Roofs 2003-02-14 TPE: een nieuwe generatie afdichtingen

TPE, TPO, TPV, FPO, TPU: wie geraakt er nog wijs uit? Zo spreekt men zelfs van "gemodificeerde" TPE. Men haalt alles door elkaar. Met deze theoretische uiteenzetting hopen wij daarom een aantal misverstanden in de markt recht te kunnen zetten. Tevens is het een poging om deze nieuwe, nog weinig bekende materie op een zo helder en eenvoudig mogelijke wijze verstaanbaar te maken.

Harry Steenbrugghe, ir., Rubitec nv

TPE staat voor 'thermoplatisch' elastomeer en is een productenfamilie met een groot aantal zeer verschillende basissamenstellingen, doch allen met dezelfde specifieke fysische eigenschap dat ze elastisch zijn tot ze praktisch een vloeistof worden.

Onderscheid

Wat is nu het verschil tussen thermoplasten, elastomeren en thermoplastische elastomeren (TPE). Deze drie soorten bestaan uit hoogpolymeren oftewel lange chemische ketens die kriskras door elkaar liggen en zo bij kamertemperatuur een vast materiaal vormen.

Thermoplasten

Bij opwarmen kunnen de hoogpolymeerketens onderling verschuiven en kan het materiaal een andere vorm aannemen of met andere woorden thermisch plastisch worden.

Bij verder opwarmen komen de lange ketens verder uit elkaar en krijgt men een vloeistof.

Elastomeren

Het materiaal is gevulkaniseerd: tussen de hoogpolymeerketens worden bij EPDM zwavelbruggen gebouwd door het inbrengen van zwavel en door opwarming boven de 180 °C zodat de chemische reactie kan doorgaan. De hoogpolymeerketens zijn onderling "vernet".

Eens gevulkaniseerd kunnen de ketens niet meer onderling verschuiven door opwarmen, want ze zijn onderling in alle richtingen vast verbonden aan elkaar. De zwavelbruggen zijn immers door opwarming niet meer te verbreken. Deze materialen zijn zeer elastisch en behouden hun eigenschappen van zeer lage tot hoge temperaturen (o.a. rekvermogen en steeds volledig in hun oorspronkelijke vorm terugkomen). Ze zijn dus niet thermoplastisch vervormbaar en smelten niet meer.

TPE (thermoplastisch elastomeer)

De hoogpolymeer ketens zijn onderling gebonden door een thermoplastische bindstof. Door hun speciale moleculaire structuur hebben deze materialen rubberelastische eigenschappen.

Bij opwarming boven een bepaalde temperatuur smelt de thermoplastische bindstof en komen de lange ketens terug onderling vrij. Doordat dit pas op hoge temperatuur gebeurt, is de thermoplastische fase (zoals bij thermoplasten) dus zeer sterk teruggedrongen: het is alsof ze van de elastische toestand (zoals rubber) ineens overgaan naar een vloeistof.

Specifieke eigenschappen van TPE

Het basismateriaal wordt gemaakt in speciale apparaten onder zeer hoge druk. Hierdoor ontstaan structuren die zeer goede elastische eigenschappen hebben. Zo spreekt men dan niet meer van een mengsel van ethyleen-propyleen (EP) doch van ethyleen-propyleen-rubber (EPR).

TPE-materialen hebben een groot rekvermogen, hoge pelkrachten en zijn dynamisch belastbaar in vergelijking met thermoplasten, doch deze eigenschappen zijn beduidend minder dan bij een elastomeer (dat gevulkaniseerd materiaal is). Het grote voordeel tegenover elastomeren is dat TPE smeltbaar is, waardoor alle verbindingen lasbaar worden uitgevoerd en het gebruik van contactlijm en tapes overbodig wordt. TPE combineert dus een aantal voordelen van thermoplasten en van elastomeren. TPE-materialen kunnen met dezelfde technieken als thermoplasten worden gefabriceerd tot allerlei gebruiksproducten. Het extra vulkaniseren zoals bij elastomeren valt dus weg (op uitzondering van TPV - zie verder). Men kan ze allerlei kleuren geven zoals thermoplasten, in tegenstelling tot elastomeren (rubbers) die daardoor aan kwaliteit moeten inboeten.

TPE-producten vindt men al sinds meer dan 20 jaar terug in profielen, auto- en machineonderdelen, schoenen, coatings, kabels, slangen, enz. Daar op het dak de combinatie van eisen zo groot is, is net zoals bij PVC en EPDM de toepassing pas jaren nadien gekomen. TPE dakafdichtingen worden ondertussen al 10 à 15 jaar toegepast en men kan zeggen dat ze nu op punt staan.

Voor dakafdichtingen komen de twee laatste groepen (SBC en FPO) in aanmerking.

Styreen-Blok-Copolymeren (SBC)

SBS is ons wel bekend als toeslagstof voor gemodificeerd bitumen, die dan ook elastomeerbitumen worden genoemd. SBS en SEBS bevatten deeltjes in styreen waartussen deeltjes in butadieen zitten in de lange chemische ketens.

Het butadieen zorgt voor het rekvermogen van de ketens. De styreendeeltjes hebben de eigenschap dat ze zich onderling chemisch binden waardoor de polymeerketens niet onderling kunnen verschuiven (= niet plastisch worden). Het materiaal blijft elastisch vervormbaar (= steeds tot zijn oorspronkelijke vorm terugkomen) tot het vloeit. TPE afdichtingbanen in SBC alleen bestaan niet, wel is het reeds toegepast als smeltlaag op een EPDM-kern. Het is niet eenvoudig lasbaar en na enkele dagen moet men het geoxideerde oppervlak wegschuren met schuurpapier om er terug op te kunnen lassen.

Flexibele polyolefinen (FPO)

In deze groep situeren zich bijna alle TPE-afdichtingen. Vandaar dat de nieuwe UEAtc-richtlijn (Technical Guide) van eind 2001 uitsluitend over deze materialen handelt. Zij bestaan uit fijne partikels (= korreltjes) van 1 à 10 micron diameter in EP (ethyleen-propyleen) die aan elkaar verbonden worden met PE (polyethyleen) of PP (polypropyleen).

De partikels in EP kunnen bestaan uit EPR (ethyleen-propyleen-rubber) of EPDM (ethyleen-propyleen-dieen-monomeer) die al dan niet gevulkaniseerd is.

Om het geheel beter te overzien kan men een "simplistische" vergelijking maken:

- keien en zand onderling gebonden met cement geeft beton
- keien en zand onderling gebonden met bitumen geeft asfalt
- voegt men elastomeerkorrels (rubberen korrels) toe aan asfalt dan kan men fluisterasfalt maken, die soepeler is
- neemt men alleen zand met bitumen dan bekomt men gietasfalt.

Het bindmiddel PE of PP speelt dus een primordiale rol: de soort "korrels" geeft specifieke eigenschappen aan het materiaal.

PE verweekt bij ± 100 °C en PP pas bij ± 165 °C! Voor zichtbare afdichtingen op een dikke isolatieplaat is het PE dus veel kritischer. In spanningzones zou het materiaal kunnen vloeien (= blijvend verlengen) en dus dunner worden. Daarom worden de meeste FPO-dakafdichtingen dan ook vervaardigd op basis van PP als bindmiddel. In deze massa zit meer dan 40 % aan EPR of EPDM. Deze "rubberkorrels" geven een aantal positieve eigenschappen aan het geheel, die het toepasbaar maken op een dak. Naargelang men EPDM al dan niet vulkaniseert heeft men dan ook nog specifieke fysische eigenschappen. Omdat FPO een nog grotere thermische uitzetting heeft dan PVC en EPDM zijn alle dakafdichtingbanen steeds intern gewapend.

FPO - Type 1: TPO-thermoplastisch polyolefinen

Bij deze materialen zijn de "korrels" niet gevulkaniseerd (korrels uit EPR of EPDM). Naargelang de kwaliteit van de EPR of de EPDM en de samenstelling van het totale mengsel (toeslagstoffen, vulstoffen) heeft men een groot onderscheid in de soepelheid en verwerkbaarheid van de baan. Fabrikanten die zelf hun eigen mengsels maken hebben door hun lange ervaring soepelere banen.

FPO - Type 2: TPV-gevulkaniseerd thermoplastisch polyolefinen

Bij deze materialen worden de EPDM "korreltjes" in een bijkomende productiegang gevulkaniseerd door opwarming boven 180 °C. Deze gevulkaniseerde "korreltjes" of partikels geven aan het materiaal bepaalde specifieke eigenschappen in vergelijking met TPO:

- nog hogere elasticiteit
- hogere vermoeiingsweerstand bij cyclische rekproeven
- vloeit minder snel bij constante trekkrachten
- hogere temperatuurvastheid.

Daardoor moet men het materiaal hoger opwarmen bij het lassen van de overlappen en neemt de lasbaarheid af. De TPV-banen zijn soepeler dan de TPO bij het verwerken op het dak.

 Literatuur

Kraiburg: Thermoplastische Elastomere in Überblick

AES: TPE's zijn niet meer weg te denken

David Booth (Belgian Plastic and Rubber Institute): Europeen Outlook for TPO-TPE's

UEAtc Technical Guide for the waterproofing systems made of FPO

Basell technische documentaties Polyolefins