DE9305850U1 - Flame-retardant noise barrier made of acrylic glass - Google Patents
Flame-retardant noise barrier made of acrylic glassInfo
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Abstract
Description
BeschreibungDescription
Die Erfindung betrifft eine flammgeschützte Lärmschutzwand aus Acrylglas, bestehend aus im Untergrund verankerten Trägern und daran befestigten, z.B. 10 bis 3 0 mm dicken Acrylglasscheiben.The invention relates to a flame-retardant noise barrier made of acrylic glass, consisting of supports anchored in the subsurface and acrylic glass panes, e.g. 10 to 30 mm thick, attached to them.
Stand der TechnikState of the art
Lärmschutzwände mit Acrylglasscheiben sind bekannt; vgl. deutsches Gebrauchsmuster G 92 02844. Ein geeignetes Trägersystem ist in dem deutschen Gebrauchsmuster G 85 24319 beschrieben.Noise barriers with acrylic glass panels are known; see German utility model G 92 02844. A suitable support system is described in the German utility model G 85 24319.
Derartige Lärmschutzwände müssen einer begrenzten Brandbelastung, z.B. einem Grasbrand am Aufstellungsort, standhalten. Diese Eigenschaft läßt sich zwar leicht verwirklichen, indem man dem Acrylglas bei der Herstellung üblich flammhemmende Zusätze auf Basis von Phosphor- oder Halogenverbindungen einverleibt. Diese Zusätze sind größtenteils gesundheitsbedenklich und erfordern deshalb besondere Schutzmaßnahmen bei der Herstellung und Verarbeitung des Acrylglases.Such noise barriers must be able to withstand a limited amount of fire, e.g. a grass fire at the installation site. This property can be easily achieved by adding flame-retardant additives based on phosphorus or halogen compounds to the acrylic glass during production. These additives are mostly hazardous to health and therefore require special protective measures during the production and processing of the acrylic glass.
Aufgabe und LösungTask and solution
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Acry!glasscheiben für Lärmschutzwände ohne halogen- und phosphorhaltige Zusätze flammhemmend auszurüsten. Insbesondere soll die zusätzliche technische Vorschrift für Lärmschutzwände ZTV-Lsw 88 des Bundesministers für Verkehr erfüllt werden.The invention is based on the task of making acrylic glass panes for noise barriers flame-retardant without halogen and phosphorus additives. In particular, the additional technical regulation for noise barriers ZTV-Lsw 88 of the Federal Minister of Transport is to be fulfilled.
Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe an einer Lärmschutzwand aus Acrylglas, bestehend aus Trägern und daran befestigten Acrylglasscheiben dadurch erfüllt werden kann, daß das Acrylglas frei von halogen- und phoshorhaltigen flammhemmenden Zusätzen ist und auf den Oberflächen der Scheiben eine Schicht aus einem bis zu Temperaturen von 2 500C nicht zersetzliehen und nicht schmelzenden Material enthält. Das Material gilt als nicht zersetzlich, wenn es bei der thermogravimetrischen Analyse unter Stickstoff bei einer Temperatursteigerung von 20°C/min bis zu einer Temperatur von 2500C einen Gewichtsverlust unter 1 % aufweist.It was found that this task can be fulfilled on a noise barrier made of acrylic glass, consisting of supports and acrylic glass panes attached to them, by the acrylic glass being free of halogen and phosphorus-containing flame-retardant additives and by the surface of the panes containing a layer of a material that does not decompose and does not melt up to temperatures of 250 0 C. The material is considered non-decomposable if it shows a weight loss of less than 1% in thermogravimetric analysis under nitrogen at a temperature increase of 20 ° C/min up to a temperature of 250 0 C.
Zur Prüfung der Brandbelastbarkeit dient eine Versuchsanordnung, bei der ein Wandelement, das in einen U-Profilrahmen aus Metall eingefaßt ist, auf einem 25 cm hohen unbrennbaren Sockel senkrecht aufgestellt wird. Unmittelbar vor der Vorderseite werden auf den Boden zwei mit je 600 g Holzwolle gefüllte Drahtkörbe von 30 &khgr; 30 &khgr; 2 0 cm in den Drittelpunkten des Elements aufgestellt und gleichzeitig angezündet. Nach einer Stunde wird die gleiche Behandlung auf der Rückseite des Elements wiederholt. Das geprüfte Wandelelement darf, um denA test arrangement is used to test the fire resistance, in which a wall element, which is enclosed in a U-profile metal frame, is placed vertically on a 25 cm high non-combustible base. Immediately in front of the front, two wire baskets measuring 30 x 30 x 2 0 cm, each filled with 600 g of wood wool, are placed on the floor at the third points of the element and lit simultaneously. After one hour, the same treatment is repeated on the back of the element. The tested wall element may not be left unattended in order to
Brandtest zu erfüllen, kein Feuer fangen und auch nicht stellenweise verbrennen. Es dürfen keine Brandlöcher von mehr als 6 cm2 Fläche und keine Risse von mehr als 5 cm Länge entstehen.To meet the fire test, it must not catch fire and must not burn in places. There must be no burn holes larger than 6 cm2 and no cracks longer than 5 cm.
Wandelemente gemäß der Erfindung (hergestellt nach Beispiel 1) mit den Abmessungen 2000 &khgr; 1000 &khgr; 15 mm erfüllen den beschriebenen Brandtest. Dagegen erfüllen Wandelemente gleicher Abmessungen aus unbeschichtetem gegossenen Acrylglas, bestehend aus reinem Polymethylmethacrylat, nur zu 50 % diese Prüfbedingungen. Die anderen Elemente gerieten in Brand und mußten nach Versuchsende abgelöscht werden.Wall elements according to the invention (manufactured according to Example 1) with dimensions of 2000 x 1000 x 15 mm fulfill the fire test described. In contrast, wall elements of the same dimensions made of uncoated cast acrylic glass, consisting of pure polymethyl methacrylate, only fulfill these test conditions to 50%. The other elements caught fire and had to be extinguished after the end of the test.
Der Befund, daß die erfindungsgemäßen Acry!glasscheiben unter den Bedingungen des vorgeschriebenen Brandtests bis zum Abbrennen des Umgebungsfeuers nicht entzündet werden, ist überraschend, denn ein Einfluß der Oberflächenschicht ist schon bei sehr geringen Schichtdicken, beispielsweise 200 bis 600 nm, feststellbar. Obwohl eine Erklärung bisher nicht möglich ist, wird angenommen, daß die Entzündungsgefahr auf der Verbrennung von monomerem Methylmethacrylat-Dampf beruht, der durch thermische Depolymerisation entsteht. Es war bisher nicht feststellbar, ob die Wirkung der Schicht auf einer Hemmung der Depolymerisation oder auf der Hinderung der Freisetzung der Monomerendämpfe beruht.The finding that the acrylic glass panes according to the invention do not ignite under the conditions of the prescribed fire test until the surrounding fire has burned out is surprising, because the influence of the surface layer can be detected even with very small layer thicknesses, for example 200 to 600 nm. Although an explanation is not yet possible, it is assumed that the risk of ignition is due to the combustion of monomeric methyl methacrylate vapor, which is produced by thermal depolymerization. It has not yet been possible to determine whether the effect of the layer is due to an inhibition of depolymerization or to preventing the release of monomer vapors.
Ausführung der ErfindungImplementation of the invention
Als Acrylglas werden Homo- und Copolymerisate aus wenigstens 80 Gew.-% Polymethylmethacrylat und gegebenenfalls bis zu 20 Gew.-% an Comonomeren, wie niedere Alkylacrylate und -methacrylate, bezeichnet. Geeignet sind gegossenes und extrudiertes Acrylglas.Acrylic glass refers to homopolymers and copolymers made of at least 80% by weight of polymethyl methacrylate and, if appropriate, up to 20% by weight of comonomers such as lower alkyl acrylates and methacrylates. Cast and extruded acrylic glass are suitable.
Um eine ausreichende Lärmschutzwirkung zu erreichen, müssen die Acrylglasscheiben eine beträchtliche Dicke haben. Bei Dicken unter 10 mm ist die schalldämmende Wirkung zu gering. Bei Dicken über 30 mm steht die Wirkungszunahme in keinem wirtschaftlich tragbaren Verhältnis zum zunehmenden Materialverbrauch. Vorzugsweise sind die Scheiben 12 bis 25 mm dick. Die Herstellung entsprechend dicker Scheiben durch Extrusion ist schwierig. Eine dafür geeignete Extrusionsdüse ist in dem deutschen Gebrauchmuster G 90 015187 beschrieben.In order to achieve sufficient noise protection, the acrylic glass panes must be considerably thick. With thicknesses of less than 10 mm, the soundproofing effect is too low. With thicknesses of more than 30 mm, the increase in effect is not economically viable in relation to the increasing material consumption. The panes are preferably 12 to 25 mm thick. The production of panes of corresponding thickness by extrusion is difficult. A suitable extrusion nozzle for this is described in the German utility model G 90 015187.
Glasklare farblose Scheiben sind bevorzugt. Aus Gründen des Vogelschutzes werden manchmal Scheiben mit gut sichtbaren Längs- oder Querstreifen in Abständen von einigen Zentimetern oder undurchsichtig eingefärbte Scheiben bevorzugt.Crystal-clear, colorless panes are preferred. For bird protection reasons, panes with clearly visible longitudinal or transverse stripes at intervals of a few centimeters or opaque colored panes are sometimes preferred.
Bei Lärmschutzwänden an Autostraßen sind Vorkehrungen erforderlich, um zu verhindern, daß im Falle derIn the case of noise barriers on motorways, precautions are required to prevent noise from
Zerstörung einer Acrylglasscheibe bei einem Unfall Bruchstücke in die Umgebung geschleudert werden. In den deutschen Gebrauchsmustern G 91 09817 und G 92 02488 wird vorgeschlagen, in die Acry!glasscheiben in Längsrichtung durchlaufende zugfeste Einlagen einzubetten, die die Bruchstücke zusammenhalten. Geeignet sind z.B. monofile Fäden oder Bänder aus Polyamid oder Stahlspiralen. Sie werden bei der Herstellung gegossener Platten nach dem Kammerverfahren vor dem Einfüllen der Monomeren in der Flachkammer eingespannt und nach dem Füllen von dem polymerisierenden Monomeren umschlossen. Bei der Herstellung durch Extrusion kann man in der Weise vorgehen, daß zwei Stränge halber Dicke getrennt extrudiert und in einem Walzenstuhl im thermoplastischen Zustand vereinigt werden, wobei man die Fäden oder Bänder gleichzeitig zwischen den beiden Strängen einlaufen läßt. Als zugfeste Einlage muß in diesem Falle ein Material verwendet werden, das durch die hohe Temperatur der thermoplastischen Formmassenstränge nicht geschädigt wird.If an acrylic glass pane is destroyed in an accident, fragments can be thrown into the environment. In the German utility models G 91 09817 and G 92 02488, it is proposed to embed tensile inserts running lengthways into the acrylic glass panes to hold the fragments together. Monofilament threads or strips made of polyamide or steel spirals are suitable, for example. When producing cast panels using the chamber method, they are clamped into the flat chamber before the monomers are filled in and are enclosed by the polymerizing monomer after filling. When producing by extrusion, two strands of half the thickness can be extruded separately and combined in a roller mill in the thermoplastic state, with the threads or strips being allowed to run in between the two strands at the same time. In this case, a material must be used as a tensile insert that is not damaged by the high temperature of the thermoplastic molding compound strands.
Die Acrylglasscheiben haben üblicherweise Abmessungen von 2 bis 4 m Länge und 1 bis 2 m Breite. Sie werden in der Regel an senkrecht stehenden Trägern oder Pfosten, die im Untergrund verankert sind, befestigt. Vorzugsweise sind die Kanten mit U-Profilen aus Metall eingefaßt.The acrylic glass panels usually have dimensions of 2 to 4 m long and 1 to 2 m wide. They are usually attached to vertical supports or posts that are anchored in the ground. The edges are preferably framed with metal U-profiles.
Die auf der Oberfläche des Acrylglases angeordnete Schicht kann eine Dicke von 0,1 bis 100, vorzugsweise 0,3 bis Mikrometer haben.The layer arranged on the surface of the acrylic glass can have a thickness of 0.1 to 100, preferably 0.3 to 100 micrometers.
Siliciumdioxid erfüllt die Forderungen hinsichtlich der Schmelz- und Zersetzungstemperaturen. Eine Schicht aus kolloidalen Siliziumdioxid-Partikeln kann in an sich bekannter Weise gemäß EP 149 182 durch Auftragen eines wäßrigen Siliciumdioxid-Kolloidsols erzeugt werden. Um eine gute Haftung auf dem Acrylglas zu erreichen, ist eine Grundierung der Acrylglasoberflache mit einem löslichen organischen Polymermaterial mit einem Gehalt an polaren Gruppen vorteilhaft. Die Grundierungsschicht braucht die erfindungsgemäß an die äußerste Schicht gestellten Anforderungen nicht zu erfüllen. Geeigent sind z.B. Copolymerisate von niederen Alkylestern der Acryl- und/oder Methacrylsäure, die als polare Gruppen z.B. Einheiten von Hydroxyalkyl-acrylat oder -methacrylat, N-Methylol-acrylamid oder -methacrylamid oder deren Alkylether oder Methacryloxypropyl-trimethoxysilan enthalten können.Silicon dioxide meets the requirements with regard to melting and decomposition temperatures. A layer of colloidal silicon dioxide particles can be produced in a manner known per se according to EP 149 182 by applying an aqueous silicon dioxide colloid sol. In order to achieve good adhesion to the acrylic glass, it is advantageous to prime the acrylic glass surface with a soluble organic polymer material containing polar groups. The primer layer does not need to meet the requirements set for the outermost layer according to the invention. Suitable examples are copolymers of lower alkyl esters of acrylic and/or methacrylic acid, which can contain, for example, units of hydroxyalkyl acrylate or methacrylate, N-methylol acrylamide or methacrylamide or their alkyl ethers or methacryloxypropyl trimethoxysilane as polar groups.
Die Schicht aus kolloidalen Siliziumdioxid-Partikeln wirkt zugleich wasserspreitend. Das hat den Vorteil, daß Regenwassertropfen auf der Oberfläche der Acrylglasscheiben zu einem geschlossenen Film zusammenfließen und an der aufrecht stehenden Platte abfließen. Dabei werden lose anhaftende Staub- und Schmutzteilchen mitgerissen, so daß sich die Lärmschutzwand über längere Zeit selbst reinigt.The layer of colloidal silicon dioxide particles also has a water-spreading effect. This has the advantage that rainwater drops on the surface of the acrylic glass panes flow together to form a closed film and flow down the upright panel. Loosely adhering dust and dirt particles are carried along, so that the noise barrier cleans itself over a longer period of time.
Eine andere Art der Oberflächenschicht besteht aus einem vernetzten, bis 2500C nicht zersetzlichen organischen Polymermaterial. Die Vernetzung muß so hoch sein, daß das Polymermaterial bis zu einer Temperatur von 2500C nicht schmilzt. Infolge der Vernetzung ist es unlöslich in organischen Lösemitteln.Another type of surface layer consists of a cross-linked organic polymer material that does not decompose up to 250 0 C. The cross-linking must be so high that the polymer material does not melt up to a temperature of 250 0 C. As a result of the cross-linking, it is insoluble in organic solvents.
Bevorzugt sind Polymerisate bzw. Copolymerisate von äthylenisch ungesättigten, radikalisch polymerisierbaren Monomeren, an deren Aufbau wenigstens 10 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 80 Gew.-%, an Monomeren mit zwei oder mehr ungesättigten polymerisierbaren Gruppen beteiligt sind. Beispiele sind Diester, Triester oder höherfunktionelle Ester der Acryl- und/oder Methacrylsäure mit zwei- oder mehrwertigen Alkanolen, wie Ethylenglykol, 1,2-Propylengkykol, Butandiol-1,4, Glycerin, Trimethylolpropan und Pentaerythrit. Als einfach ungesättigte Comonomere kommen vor allem die niederen Alkylester der Acryl- und/oder Methacrylsäure (vorzugsweise mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylrest) in Betracht. Die aus diesen Monomeren aufgebauten Polymerisate und Copolymerisate erfüllen in der Regel die Voraussetzung einer nicht unter 2 500C liegenden Zersetzungstemperatur. Die daraus aufgebauten Schichten haben eine hohe mechanische Festigkeit und schützen die Oberfläche des Acrylglases gleichzeitig gegen eine Verminderung der Transparenz durch die Einwirkung von kratzenden oder reibenden Beanspruchungen.Preferred are polymers or copolymers of ethylenically unsaturated, radically polymerizable monomers, in the structure of which at least 10% by weight, preferably 30 to 80% by weight, of monomers with two or more unsaturated polymerizable groups are involved. Examples are diesters, triesters or higher-functional esters of acrylic and/or methacrylic acid with di- or polyhydric alkanols, such as ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,4-butanediol, glycerin, trimethylolpropane and pentaerythritol. The lower alkyl esters of acrylic and/or methacrylic acid (preferably with 1 to 4 carbon atoms in the alkyl radical) are particularly suitable as monounsaturated comonomers. The polymers and copolymers constructed from these monomers generally meet the requirement of a decomposition temperature of not less than 250 ° C. The resulting layers have a high mechanical strength and at the same time protect the surface of the acrylic glass against a reduction in transparency due to the effects of scratching or rubbing stress.
Beschichtungen dieser Art werden aus einer auf die Oberfläche des Acrylglases aufgebrachten Schicht der zugrundeliegenden flüssigen Monomeren durch radikalische Polymerisation erzeugt. Geeignete Polymerisationsverfahren sind aus der Technik der Kratzfestbeschichtung bekannt. Die Polymerisation wird beispielsweise durch radikalbildende Photoinitiatoren unter UV-Strahlung bewirkt. Ein Verfahren dieser Art ist z.B. in DE-A 2928512 beschrieben.Coatings of this type are produced by radical polymerization from a layer of the underlying liquid monomers applied to the surface of the acrylic glass. Suitable polymerization processes are known from scratch-resistant coating technology. The polymerization is brought about, for example, by radical-forming photoinitiators under UV radiation. A process of this type is described, for example, in DE-A 2928512.
AusführungsbeispieleExamples of implementation
1. Beschichtung von gegossenem Acrylglas mit Siliciumdioxid 1. Coating of cast acrylic glass with silicon dioxide
Als Grundierung wurde eine 2,5-prozentige Lösung eines Mischpolymerisats aus 88 Gew.-% Methylmethacrylat und 12 Gew.-% Methacryloyl-oxypropyl-trimethoxysilan in einem Gemisch aus Isopropylalkohol und Toluol hergestellt. Die Grundierung wurde auf mehrere Acrylglasplatten der Abmessungen 1000 &khgr; 1600 &khgr; 15 mm (PLEXIGLAS ® GS 233, Röhm GmbH) aufgetragen. Dazu wurde ein Textilstreifen, der auf einen geraden Stab gewickelt war, mit der Lösung getränkt und quer über die Breite der Acrylglasplatten gezogen. Der zurückbleibende Flüssigkeitsfilm wurde getrocknet. Anschließend wurde in gleicher Weise ein 3-prozentiges, schwach anionisches, oberflächlich mit Aluminiumoxid modifiziertes Kieselsol unter Zusatz von 0,01 Gew.-% eines nichtionischen Netzmittels (Isotridecylalkohol, achtfach ethoxyliert) aufgetragen und 5 min in einem Warmluftstrom bei 800C getrocknet. Beide Schichten waren je etwa 3 00 nm dick.A 2.5% solution of a copolymer of 88% by weight methyl methacrylate and 12% by weight methacryloyl-oxypropyl-trimethoxysilane in a mixture of isopropyl alcohol and toluene was prepared as a primer. The primer was applied to several acrylic glass plates measuring 1000 x 1600 x 15 mm (PLEXIGLAS ® GS 233, Röhm GmbH). To do this, a textile strip wound on a straight rod was soaked in the solution and pulled across the width of the acrylic glass plates. The remaining liquid film was dried. A 3%, weakly anionic silica sol modified on the surface with aluminum oxide was then applied in the same way with the addition of 0.01% by weight of a non-ionic wetting agent (isotridecyl alcohol, eight-fold ethoxylated) and dried for 5 minutes in a stream of warm air at 80 ° C. Both layers were approximately 3 00 nm thick.
Beim Brandtest der beschichteten Acrylglasscheiben unter den eingangs beschriebenen Bedingungen der ZTV-Lsw 88 trat in keinem Fall ein Mitbrennen oder eine Flammenbildung, ein Durchbrennen und Rißbildung auf. Im beflammten Bereich waren feine Blasen und eine braune Verfärbung sichtbar.When the coated acrylic glass panes were fire tested under the conditions of ZTV-Lsw 88 described at the beginning, there was no burning or flame formation, burning through or cracking in any case. In the flame-exposed area, fine bubbles and a brown discoloration were visible.
2. Beschichtung von gegossenem Acrylglas mit einem vernetzten Acrylpolvmeren 2. Coating of cast acrylic glass with a cross-linked acrylic polymer
Eine Überzugslösung wurde aus 3900 g Pentaerythrittetraacrylat (Sartomer® ), 5900 g 1,6-Hexandioldiacrylat und 200 g eines Photoinitiators (Darocur® 1116, Ciba-Geigy AG) bereitet.A coating solution was prepared from 3900 g pentaerythritol tetraacrylate (Sartomer®), 5900 g 1,6-hexanediol diacrylate and 200 g of a photoinitiator (Darocur® 1116, Ciba-Geigy AG).
Die Lösung wurde mittels einer Walzenauftragsmaschine im Gleichlauf auf mehrere Acrylglasplatten (wie im Beispiel 1) aufgetragen und mit einem UV-Strahler einer Leistung von 120 W/cm (Quecksilber-Hochdruckstrahler) unter Stickstoff ausgehärtet. Die Schichtdicke betrug 10 Mikrometer. Die thermogravimetrische Analyse des Beschichtungsmaterials ergab unter den oben beschriebenen Bedingungen eine Zersetzung von 1 % bei etwa 3100C.The solution was applied to several acrylic glass plates (as in Example 1) using a roller coating machine in parallel and cured under nitrogen using a UV lamp with an output of 120 W/cm (high-pressure mercury lamp). The layer thickness was 10 micrometers. Thermogravimetric analysis of the coating material showed a decomposition of 1% at about 310 0 C under the conditions described above.
Beim Brandtest erfüllten alle beschichteten Acrylglasplatten die Prüfung gemäß ZTV-Lsw 88.In the fire test, all coated acrylic glass panels passed the test according to ZTV-Lsw 88.
Claims (6)
eingebettet sind.6. Noise barrier according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that tensile inserts running through the acrylic glass in the longitudinal direction
are embedded.
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