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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind elastische,
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amingehärtete Epoxidharze, die insbesondere zur Herstellung von elastischen
Haftbrücken zwischen Stahl oder Beton einerseits und Gußasphalt andererseits geeignet
sind sowie be Zusatz von Füllstoffen und/oder Gummiregeneraten zur Herstellung von
Fahrbahndecken sowie verschleißfesten und chemikalien-resistenten Bodenbelägen geeignet
sind. Weiterhin betrifft die Erfindung-Verfahren zur Herstellung dieser elastischen,
amingehärteten Epoxidharze sowie ihre Verwendung.
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Epoxidharze gehören zu den reaktiven Kunststoffen, die je nach Zusammensetzung
und Verarbeitung mit oder ohne Lösungsmittel eine breite Anwendung gefunden haben.
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Sie werden beispielsweise auch zur Herstellung einer Haftbrücke auf
Stahl oder Beton aufgetragen, da sie hiermit gut haftende Verbindungen eingehen.
Sofern man auf diese Haftbrücken Bitumen oder bitumenhaltige Asphaltschichten auftragen
will, findet nur eine ungenügende dauerhafte Verklebung der Epoxidharzschicht mit
dem Bitumen statt. Man hat daher bereits in der Praxis eine zweite Epoxidschicht
auf die erste aufgetragen und in diese im unreagierten Zustand Splitt eingestreut.
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Man ist davon ausgegangen, daß die aus der Epoxidharzschicht herausragenden
Splittkörner eine bessere Haftung zu der Asphaltdecke aufweisen als das Epoxidharz.
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Da der heiße Asphalt jedoch hierbei auf den kalten Splitt aufgetragen
werden muß, findet wiederum nur eine ungenügende Benetzung und Verklebung der beiden
Schichten statt.
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Man hat weiterhin in der Praxis auf die Epoxidharzschicht eine Pufferschicht
von einigen Millimetern aufgebracht, die aus polymer-modifiziertem Bitumen und einem
Füller besteht. Auch diese Pufferschichten haben nur eine bedingte Haltbarkeit und
führen insbesondere bei extremen Belastungen durch Temperatur und mechanische Kräfte
zur Ablösung der Schichten voneinander.
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Schließlich hat man auch schon mit Epoxidharzzwischenschichten gearbeitet,
die bis zu 10 % eines verträglichen Teeres oder Bitumens enthalten. Da nur wenige
Epoxidharze mit gewissen Teeren und geringen Mengen von Bitumen verträglich sind,
weisen diese Zwischenschichten ebenfalls keine optimalen Eigenschaften auf.
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Insbesondere ist noch immer die Verklebung mit einer Gußasphaltschicht
mangelhaft.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein elastisches,
amingehärtetes Epoxidharz zu entwikkeln, welches möglichst homogen ist, einfach
aufzutragen ist, sowohl an Stahl und Beton als auch an Bitumenschichten gut haftet
und aufgrund seiner Elastizität und sonstigen Eigenschaften die thermischen und
mechanischen Beanspruchungen derartiger elastischer Haftbrücken unbeschadet übersteht.
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Diese Aufgabe wurde gelöst durch ein elastisches, amingehärtetes Epoxidharz,
welches außer der gehärteten Epoxidharzkomponente 15 bis 60 Gew.- % eines dispergierten,-unverträglichen,
polymermodifizierten Bitumens enthält. Als modifiziertes Bitumen wird vorzugsweise
ein heiß homogenisiertes Gemisch aus Bitumen und Radial-Teleblock-Copolymerisaten
im Verhältnis 95/5 bis 75/25 verwendet. Derartige modifizierte Bitumina sind beispielsweise
in der deutschen Patentanmeldung
P 30 37 390 beschrieben. Dieses
Ergebnis ist überraschend, da der Fachmann bisher von der Annahme ausging, daß die
Unverträglichkeit von Epoxidharzen und Bitumen zu ungenügenden und unbeständigen
Produkten führt. Beim Verwenden von Bitumen,welches nicht durch Polymere modifiziert
ist, ist dies auch tatsächlich der Fall; vergleiche Bitumen, Teere, Asphalt, Peche
und verwandte Stoffe, 22. Jahrgang, August 1971, Seite 305 -309.
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Es ist durchaus möglich, bis zu 70 % des unreagierten Epoxids durch
unreagiertes Polyurethan zu ersetzen und hierdurch die hohe Elastizität des Polyurethans
mit dem hohen Klebevermögen des Epoxidharzes mit Stahl oder Beton zu kombinieren.
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Je nach Verwendungszweck können die erfindungsgemäßen Epoxidharze
zusätzlich mineralische Füllstoffe und/oder Gummiregenerate enthalten. Selbstverständlich
kann man auch sonstige Beimengungen wie Pigmente, Rostschutzmittel, Thixotropiermittel
etc. beimengen.
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Als Epoxidharzkomponente kommen prinzipiell alle Epoxidharze in Frage,
die mit Aminen gehärtet werden können.
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Vorzugsweise werden die preiswerten Epoxidharze auf Basis des Bisphenol
A eingesetzt. Prinzipiell können aber auch alle übrigen üblichen Epoxidharzkomponenten
verwendet werden.
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Als Aminhärter kommen prinzipiell alle üblichen Aminhärter in Frage,
die mindestens 2 oder mehr primäre oder sekundäre Aminogruppen enthalten. Die Aminhärter
können aliphatisch, zykloaliphatisch oder aromatisch sein. Es können auch die höher
molekularen>langsamer reagierenden Polyaminoamide eingesetzt werden. Die Ver-
netzung
findet stets durch Reaktion der reaktiven Wasserstoffatome am Stickstoffatom statt,
unter Ausbildung neuer Stickstoffkohlenstöffbindungen. Vorzugsweise verwendet man
das Gemisch aus zwei verschiedenen Aminhärtern, die zu stärker elastischen Produkten
führen, aber doch noch ausreichende Haftfestigkeit und Verschleißfähigkeit aufweisen.
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Sofern man die Aushärtung bei höheren Temperaturen durchführen möchte,
um vorgewärmte mineralische Füllstoffe einzuarbeiten, muß ein entsprechend langsamer
reagierender Härter eingesetzt werden, der auch bei erhöhten Temperaturen noch ausreichende
Topfzeiten gewährleistet.
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Sofern hierauf jedoch verzichtet werden kann, werden vorzugsweise
solche Härter eingesetzt, die schon bei 10 bis 300 C in angemessener Zeit aushärten.
In Sonderfällen können zwar auch aktive Aminhärter eingesetzt werden, die auch noch
bei 0° C reagieren. Da hier jedoch bereits mit Einschluß von Eiskristallen und Wasser
gerechnet werden muß, spielen diese Bedingungen für die Praxis kaum eine Rolle.
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Zur.Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Komponente
A enthaltend unreagiertes Epoxidharz sowie gegebenenfalls unreagiertes Polyurethan
und eine Komponente B enthaltend das unverträgliche polymermodifizierte Bitumen
zusammen mit einem Weichmacher und dem Aminhärter dispergiert und-innerhalb der
Topfzeit verarbeitet. Als Temperaturen-kommen prinzipiell Temperaturen von 0 bis
1100 C in Frage, vorzugsweise wird jedoch bei Temperaturen von 10 bis 30° C gearbeitet.
Da die Komponenten miteinander unverträglich sind, bleiben sie inhomogen dispergiert.
Trotzdem haften' sie überraschenderweise genau so gut an Stahl und Beton wie die
Epoxidharzkomponenten alleine. Dies ist wohl darauf
zurückzuführen,
daß'sich an der Stahl-oder Betonfläche eine dünne homogene Schicht des Epoxidharzes
bildet, die nicht durch die unvertäglichen Bitumentröpfchen unterbrochen ist. Die
dispergierten unverträglichen polymermodifizierten Bitumenteilchen hingegen sind
in der Lage auf der anderen Seite der Schicht dauerhaft und stark mit einer zweiten
Bitumenschicht zu verkleben. Als zweite Bitumenschicht kommt üblicher Gußasphaltmit
üblichen Füllstoffen in Frage Vorzugsweise verwendet man einen Belag, der als Bindemittel
das gleiche polymermodifizierte Bitumen enthält. Besonders bevorzugt sind Beläge
mit mineralischen Füllstoffen und Gummiregeneraten auf Basis von Bitumen, welcher
heiß mit thermoplastischen Polymerisaten, insbesondere Radial-Teleblock-Copolymerisaten
homogenisiert ist, gemäß deutschen Patentanmeldung P 30 37 390.
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Prinzipiell können aber auch andere Gußasphalte heiß auf die elastische
Haftbrücke aufgetragen werden und verkleben dauerhaft und wirksam mit der elastischen
Haftbrücke aus dem erfindungsgemäßen elastischen amingehärtetem Epoxidharz.
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Sofern die erfindungsgemäßen Epoxidharze zusätzlich mineralische Füllstoffe
und/oder Gummiregenerate enthalten, können sie auch unmittelbar zur Herstellung
von Fahrbahndecken sowie von verschleißfesten und chemikalien-resistenten Bodenbelägen
verarbeitet werden. Derartige Beläge zeichnen sich durch. gute Haftfestigkeit zur
Unterlage,gute Elastizität und hohe Verschleißfestigkeit aus.
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Bei der Herstellung von elastischen Haftbrücken werden die erfindungsgemäßen
Epoxidharze in Dicken von 1 bis 10 mm, vorzugsweise 3 mm Dicke aufgetragen. Nach
der
Härtung können sie ohne weiteres mit heißem Guß asphalt überzogen
werden.-Bei der Herstellung von elastischen Haftbrücken zwischen Stahl oder Beton
einerseits und Guß asphalt andererseits wird das Verhältnis Epoxidharzkomponente
zu dispergiertem unverträglichen polymermodifizierten Bitumen in dem bevorzugten
Bereich von 35 bis 50 Gew.-% gewählt. Sofern die erfindungsgemäßen Epoxidharze weniger
als 35, insbesondere weniger als 15 Gew.-% Bitumen enthalten, sind ihre Eigenschaften
denen reiner Epoxidharze ähnlich, so daß die entsprechenden Nachteile derartiger
reiner Epoxidharzschichten beobachtet werden. Bei einem Gehalt von mehr als 50,
insbesondere mehr als 60 Gew.-% polymermodifiziertem Bitumen kann es Schwierigkeiten
bereiten, das Bitumen bei Raumtemperatur ausreichend weich zu halten. Insbesondere
bei sehr niedrig-viskosen, sehr wirksamen Weichmachern können aber auch'ohne weiteres--auch
bei den oberen Grenzen brauchbare Produkte erhalten werden.
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In den nachfolgenden Beispielen sind die erfindungsgemäßen Produkte
und ihre Herstellung sowie ihre Verwendung näher erläutert.
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Beispiel 1 Als Komponente A werden 25,3 Gew.-% eines Bisphenol A
Epoxids (BY 154 der Ciba Geigy AG) mit 37,8 Gew.-% eines intern flexibilisierten
Epoxids (GY 298 der Ciba Geigy AG) vermischt. Als polymermodifiziertes Bitumen wird
eine Vormischung aus 19,8 Gew.-Teilen Bitumen B 80, 3,0 Gew.-Teile eines Radial-Teleblock-Copolymeren
(Butadien-Styrol-Verhältnis 70/30, Handelsbezeichnung Solpren 411, hergestellt von
der Philips Petroleum Company, USA, Molekulargewicht 300.000) bei 1900 60 Minuten
homogenisiert und mit 22,8 Gew.-% eines hocharomatischen Erdölproduktes (Nigrex
976, Shell) vermischt.15,6 Gew.-% dieses polymermodifizierten Bitumens werden mit
13,8 % eines Aminhärters <HY 840 der Ciba Geigy AG) und 7,5 Gew.-% eines beschleunigten
Aminhärters (HY 2958 der Ciba Geigy AG),auf Basis von Polyaminoamiden und Polyaminoimidazolinen
vermischt und ergeben die Komponente B. Diese Komponenten A und B werden im Verhältnis
1 : 1 bei Raumtemperatur vermischt-und ergeben eine Topfzeit von 3 Stunden. Eine
Haftbrücke aus diesem Material in einer Dicke von 3 mm zeigt gute Aushärtezeiten,
gute Haftfestigkeit an Stahl und Gußasphalt.
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Beispiel 2 In analoger Weise wie im Beispiel 1 beschrieben werden
als Komponente A 37,0 Gew.-% des Epoxids mit interner Flexibilität (GY 298) mit
24,7 Gew.-% eines Bisphenol A Epoxids (BY 154 Ciba Geigy AG) vermischt und ergeben
die Komponente A. Als Komponente B werden 15,4 Gew.-% des polymermodifizierten Bitumens
gemäß Beispiel 1 mit 15,4 Gew.-t des normalen Aminhärters (HY 840) und des
beschleunigten
Aminhärters <H 2958) vermischt ergeben die Komponente B. Die beiden Komponente
A und B werden im Verhältnis 1 : 1 bei Raumtemperatur gemischt und ergeben eine
Topfzeit von 2 1/2 Stunden. Eine Haftbrücke aus diesem Material haftet gut an Stahl
und Guß asphalt.
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Beispiel 3 In analoger Weise wie im Beispiel 1 beschrieben werden
als Komponente A 60 Gew.-Teile des intern flexibilisierten Epoxids (GY 298) mit
40 Gew.-Teilen des unmodifizierten Epoxids auf Bisphenol A Basis (BY 154) vermischt
ergeben die Komponente A. Als Komponente B werden 25 Gew.-Teile des polymermodifizierten
Bitumens gemäß Beispiel 1 mit 25 Gew.-Teiien des Aminhärters (HY 840) und des beschleunigten
Aminhärters (HY 2958) vermischt und ergeben die Komponente B. Die Komponenten A
und B werden im Verhältnis 1 : 1 bei Rauntemperatur vermischt.
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Die Topfzeit beträgt 2 Stunden und die Aushärtezeit 4 bis 6 Stunden.
Eine Haftbrücke aus diesem Material haftet gut an Stahl und Gußasphalt.
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Beispiel 4 51,5 Gew.-% eines Polyurethans (Desmocap 11, Polyäthylenurethanamin
der Bayer AG) werden mit 26,5 Gew.-% eines Bisphenol A Epoxidharzes (Novepox 38
DFGE der Firma Schering AG), 15,5 Gew.-% Pineöl 530 und 6,5 Gew.-% Aerosil 200 (pyrogenes
Siliziumdioxid der Degussa) zusammengegeben und gut vermsicht. Diese Mischung ergibt
die Komponente A. Die Komponente B setzt sich zusammen aus 23,5 Gew.% Bitumen B
80, 2,5 Gew.-% des Radial-Teleblock-Copolymeren
Solpren 411 und
2,5 Gew.-% des Radial-Teleblock-Copolymeren Solpren 1205 (Butadianstyrol Verhältnis
75/25, Molekulargewicht 140.000) 23,5 % eines hocharomatischen Erdölproduktes (Nigrex
976 und 5 Gew.-% eines aktiven flüssigen Verdünners auf Basis Glycidäthers. Weiterhin
werden 38 Gew.-% eines Aminhärters (Euredur 40 der Firma Chering) und 7,5 Gew.-%
eines Beschleunigers (Levepox K 10, anreagierte Epoxidaminadukte). Diese Komponenten
zusammen werden vermischt und ergeben insgesamt die Komponente B. Diese Komponenten
A und B werden im Verhältnis 1 : 1 bei Raumtemperatur gemischt und ergeben eine
hochelastische Haftbrücke, die hohen Belastungen standhält.
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Beispiel 5 In analoger Weise wie im Beispiel 4 beschrieben werden
als Komponente A 22,2 Gew.-Teile Bisphenol A (Novepox 38 D) mit 44,4 Gew.-Teile
Polyurethan (Desmocap 11-, Polyäthylenurethanamin) vermischt und ergeben die Komponente
A.
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22,2 Gew.-Teile eines polymermodifizierten Bitumens bestehend aus
87 % Bitumen B 80 und 13 % eines Gemisches zweier Radialblock-Telepolymerer (Solpren
411/1205 im Verhältnis 1 : 1) werden zu gleichen Teilen mit hocharomatischem Erdölprodukt
(Nigrex 976) vermischt.
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Diesem Produkt werden 6 Gew.-Teile eines reaktiven Verdünners (Irgarol
EP 1328,Bayer AG) 10 Gew.-Teile eines Aminhärters (Euredur 40) 1 Gew.-Teil eines
Beschleunigers (Levepox K 10) und 11 Gew.-Teile Pineöl zugegeben. Diese Komponenten
ergeben die Komponente B. Bei vermischen der Komponenten A und B beim Raumtemperatur
erhält man
eine elastische Haftbrücke mit ausgezeichneter Haftfestigkeit
an Stahl und Gußasphalt.
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Beispiel 6 - 13 In analoger Weise wie im Beispiel 1 werden als Komponenten
A intern flexibilisiertes Epoxidharz (GY 298) und Epoxid auf Bisphenol A Basis (BY.154)
vermischt und ergeben die Komponente A. Als Komponente B werden der Aminhärter (HY
840) der beschleunigte Aminhärter (HY 2958) und polymermodifiziertes Bitumen wie
im Beispiel 1 zur Komponente B verarbeitet. Die prozentuale Zusammensetzung und
die Topfzeiten sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.
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T a b e l l e Komponente 6 7 8 9 10 11 12 13
| GY 298 44,2 42,3 40,4 38,1 44,2 42,3 40,4 38,1 |
| # A |
| BY 254 18,9 18,1 17,3 16,3 18,9 18,1 17,3 16,3 |
| HY 840 13,8 13,2 12,6 11,9 13,8 13,2 12,6 11,9 |
| HY 2958 7,5 7,2 6,8 6,5 7,5 7,2 6,8 6,5 # B |
| PmB* 15,6 19,2 22,9 27,2 15,6 19,2 22,9 27,2 |
Topfzeit 3 h 3 h 3,5 h 4 h 2,5 h 2,5 h 3 h 3,5 h * in den Beispielen 10 bis 13 wurde
anstatt des hocharomatischen Erdölproduktes Nigrex 976 ein Gemisch dieses Öls mit
10 % eines reaktiven Verdünners auf Basis aliphatischer Glycidyläther verwendet
worden (DY 026 Ciba Geigy).
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Aus den oben genannten Mischungen wurden elastische Haftbrücken hergestellt,-
die elastisch sind, gute Haftfestigkeit mit Stahl und Gußasphalt aufweisen, brauchbare
Topfzeiten haben. Bei Zugabe von-Mineralien ergeben sie gute Werte für Marshall
Stabilität.