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enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 1 Das enviTec Verfahren Beschreibung physikalischer, technischer und chemischer Grundlagen des patentierten EnviTec-Verfahrens zur Behandlung von organischen Rest- und Abfallstoffen enviTec Ltd

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enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 1

Das enviTec Verfahren Beschreibung physikalischer, technischer und chemischer Grundlagen des patentierten EnviTec-Verfahrens zur Behandlung von organischen Rest- und Abfallstoffen

enviTec Ltd

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 2

Inhaltsverzeichnis

1. Vorstellung des Verfahrens............................................................................................ 3

2. Wirkungsmechanismus der Strahlenaktivierung von Kunststoffen mittels Photonenstrahlen ............................................................................................................ 5

2.1. Darstellung der technischen Voraussetzungen zur Photonenstrahlerzeugung.................. 5

2.2. Photochemische Wirkung der Photonenstrahlung ............................................................ 7

2.3. Verfahrenstechnischer Ablauf der Aktivierung von Kunststoffschnitzeln mittels Photonenstrahlen ............................................................................................................. 20

3. Chemismus der Mineralisierung von Kunststoffoberflächen................................... 22 3.1. Photochemische Pfropfpolymerisation von Mineralien auf Kunststoffoberflächen....... 22

3.2. In den Kunststoffoberflächen erzeugte Mineralien......................................................... 37

3.3. Besonderheiten bei der Einarbeitung von DSD-Material ............................................... 51

4. Einbindung der behandelten Hochpolymere in eine Zementmatrix........................ 53 4.1. Zementierungsvorgang an der Oberfläche eines mineralisierten Kunststoffschnitzels .. 53

4.2. Eigenschaftspotentiale des neuartigen Verbundstoffes aus mineralisierten Kunststoff-schnitzeln und mineralischen Bindemitteln in einer Betonmatrix .................................. 67

5. Inertisierung der photonenbestrahlten und anmineralisierten Materialien ........... 76 5.1. Wirkungsmechanismus der verfahrensgemäßen Inertisierung von chemisch- toxisch

kontaminierten Materialien ............................................................................................. 76

5.2. Effekte der Inertisierung chemisch-toxisch kontaminierter Materialien ........................ 76

5.3. Effekte der Inertisierung biologisch-toxisch kontaminierter Materialien....................... 81

5.4. Langzeitkontamination von photonenbestrahlten und mineralisierten Materialien in Baustoffen ....................................................................................................................... 83

6. Pilotanlage...................................................................................................................... 84

7. Ausführungsobjekte...................................................................................................... 91 7.1. Landschaftsgestaltung..................................................................................................... 91

7.2. Straßen- und Wegebau .................................................................................................... 95

7.3. Basisabdichtung von Deponien....................................................................................... 97

7.4. Absorption von Druckwellen .......................................................................................... 99

7.5. Strahlenschutzmaterial .................................................................................................... 99

Literaturverzeichnis ............................................................................................................. 101

Quellennachweis für Abbildungen...................................................................................... 103

Quellennachweis Prüfungen und Gutachten ..................................................................... 105

Anlagen.................................................................................................................................. 106

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1. Vorstellung des Verfahrens

Gegenstand des elaSton-Verfahrens ist das Recycling von organischen Rest- und Abfallstoffen zu neuartigen nichtsprödbrüchigen, nichttoxischen, schall-, schwingungs-, wärme- und strahlungsdämmenden und nicht bzw. schwer brennbaren Werkstoffen.

Dieser eigenschaftsmodifizierbare Werkstoff enthält als Trägermaterial fast ausschließlich Abfall- und Reststoffe der Kunststoff-, Textil-, Leder- und Kunstlederindustrie. Diesem Werkstoff können je nach Verwendungszweck noch mineralisch gebundene Anteile in Form von Staub, Asche und/oder Schlamm zugemischt werden, die jedoch im erzeugten Werkstoff einer Inertisierung unterzogen werden. Das Verfahren gestattet auch die Verwertung von gesetzlich rücknahmepflichtigem Leergut aus Papier, Pappe, Kunststoffen und Verbundmaterialien.

Das Wesen des Verfahrens besteht darin, dass das hochpolymere Basismaterial (s.o.) zerkleinert und einer schockartigen Wärme- und Photonenstrahlungswirkung ausgesetzt wird, um es zu aktivieren und zu inertisieren bevor es mit kristallbildenden wässrigen Lösungen von mine-ralischen Abbindebeschleunigern gemischt wird. Das Verfahren nutzt diese thermischen und photochemischen Effekte zur Oberflächeneinbindung anorganischer Materialien in organische Trägersubstanzen. Die auf dem Basismaterial erzeugten anorganischen Polykristalle bilden die Ansatzpunkte für die weitere Mineralisierung mit Zementleim. Damit entsteht ein Werkstoff, der als Baustoff für mineralisch gebundene Bauglieder dient.

Die Abfallprodukte werden damit nicht adhäsiv eingebettet (mumifiziert), sondern kristallin mit dem Bindemittel verbunden. Die so entstandene Verbindung zwischen anorganischem Material und organisches Basismaterial ist mechanisch und chemisch schwer lösbar und erfüllt damit die umweltspezifischen Forderungen an Recyclingprodukte.

Im Gegensatz zu anderen stofflichen und thermischen Recyclingverfahren, z.B. Pyrolyse ... deren Technologien bedingt durch die energetische Aufspaltung des Ausgangsstoffes recht aufwendig sind, besteht das elaSton-Verfahren aus einem technologisch nur gering aufwendigen Prozess, der dass Recycling unsortierter und ungereinigter Ausgangsstoffe erlaubt. Mittels des Verfahrens ist damit die Rückführung dieser Abfallstoffe in den Wirtschaftskreislauf als hochwertige, selbst wieder recycelbare Werkstoffe wirtschaftlich möglich.

Als wesentliche Aspekte der vorzustellenden Verfahrenstechnologie sind zu sehen:

- Relativ niedriger energetischer und technischer Aufwand sowie hohe Robustheit des Recyclingverfahrens, teilweise Verwendung herkömmlicher Anlagenkomponenten in Kombination mit einer wirtschaftlichen Aktivierungs- und Inertisierungseinheit sowie entsprechenden Verkettungs- und Steuereinheiten. Das Verfahren zeichnet sich durch seine Einfachheit und technische Sicherheit aus.

- Durch die im Verfahren eingesetzten Hilfsstoffe entstehen keine zusätzlichen Umweltbe-lastungen

- Die Umweltbelastung durch Verkippung von Abfällen auf Deponien kann verringert werden

- Das Verfahren sichert eine stoffliche Verwertung von Abfällen unter energiewirtschaftlich günstigen Bedingungen

- Umweltfreundlichkeit beim Einsatz von elaSton-Erzeugnissen durch die Einsparung von Naturressourcen wie Sand, Kies und Splitt

- Das Verfahren ermöglicht die Verarbeitung auch stärker verunreinigter Abfälle (Einsparungen beim Sortierprozess)

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- Biologisch-toxische Bestandteile werden durch thermische, chemische und photochemische Inertisierung entgiftet und unauswaschbar gebunden

- Im Gegensatz zu anderen Recyclingverfahren wie der Verbrennung, wird in diesem Ver-fahren nicht "einfach beseitigt", sondern aus ihm werden weiterverwendbare (nicht um-weltbelastende) Werkstoffe für das Baugewerbe erzeugt.

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2. Wirkungsmechanismus der Strahlenaktivierung von Kunststoffen mittels Photonenstrahlen

2.1. Darstellung der technischen Voraussetzungen zur Photonenstrahlerzeugung

Das Verfahren ist durch den Einsatz von fokussierten Infrarothellstrahlen gekennzeichnet, die neben der thermischen Einwirkung auch photochemische Effekte in den damit behandelten hoch-polymeren Stoffen hervorrufen. Durch die Auswahl der Wirkungsmechanismen und die Anord-nung der Wirkungselemente zur Energieeintragung auf das zu verarbeitende Material werden günstige Verfahrensbedingungen geschaffen (Bild 1).

Bild 1:

Anordnung der Wir-kungselemente einer Strahlereinheit, ihre Abmessungen und die geometrischen Bedingungen des Strahlenganges.

1 Reflektor 2 Infrarotstrahler 3 Strahlengang 4 zu behandelndes Material 5 Stützwalze

Wie Bild 1 zeigt, wird die von einem stabförmigen Halogen-Infrarothellstrahler kommende Strahlung mittels eines halbelliptischen Aluminiumreflektors geringer Abmessungen in einer äußeren Brennlinie fokussiert. Diese äußere Brennlinie des optischen Systems ist 47,4 mm von der inneren Brennlinie entfernt, die der zylindrische Wendel des Leuchtkörpers mit einem Durchmesser von 1,4 mm bildet.

Das zu behandelnde Material wird im Bereich der äußeren Brennlinie der fokussierten Photonen-strahlung positioniert. Durch eine Änderung der Höhe der Arbeitsebene im Bereich der äußeren Brennlinie sind die Temperatureinwirkungen auf das zu behandelnde Material durch die sich verändernde Strahlenflussdichte variierbar. Die im Strahlungsfeld des Wirkungspaares Infrarot-hellstrahler und Reflektor auftretende Temperaturverteilung wurde mit einem Eisen-Konstantahn-Thermoelement gemessen und ist als Farbtemperatur des absorbierenden Eisens in den Isothermen in Bild 2 dargestellt. Deutlich ist die Wirkung der Strahlenkonzentration in der äußeren Brennlinie zu erkennen, die dort eine Temperatur von 638 °C hervorbringt.

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Bild 2:

Isothermen der Temperaturverteilung in °C im Strahlungsfeld.

Die Ausbuchtungen der Isothermen unterhalb der äußeren Brennlinien sind zurückzuführen auf die Wirkung der Strah-lensuperposition aus reflektierter Strahlung und Eigenstrahlung des Reflektormaterials (Bild 2)

Bild 3:

Temperaturverlauf in den Arbeitsebenen mit den Höhenlagen h = 0; h = + 5; h = - 5;

h = - 10 mm zur äußeren Brennlinie und im Abstand l senkrecht zur Brennlinienebene

Charakteristisch für das angewendete optische System ist der in Bild 3 dargestellte Temperatur-verlauf, der den steilen Temperaturgradienten im Strahlungsfeld veranschaulicht und die Ther-moschockwirkung der Photonenstrahlung im Bereich der äußeren Brennlinie beschreibt. Die Thermoschockwirkung resultiert aus einer Temperatureinwirkung von ca. 600°C auf das Mate-rial innerhalb von lediglich 60 ms.

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2.2. Photochemische Wirkung der Photonenstrahlung

Für die Auswahl des Halogeninfrarothellstrahlers war die Bedingung einzuhalten, die untere Grenze der Wellenlänge größer 355 nm zu legen, um keinen Lichtabbau des Polymeren zu initiieren.

Bild 4 zeigt die spektrale Strahlungsleistungsverteilung des benutzten Strahlers und bestätigt, dass die wirksamen Wellenlängen im Bereich zwischen 400 nm und 2.000 nm liegen.

Bild 4:

Spektrale Strahlungsverteilung des Strahlers in Abhängigkeit von der Betriebsspannung

Für die verfahrensgemäße Aktivierung des bestrahlten Materials an seinen Oberflächen sind 60 bis 170 kJ. mol-1 der Photonen erforderlich. Das entspricht einem Wellenlängenbereich zwischen 700 und 2.000 nm. Diese Bedingung erfüllt der benutzte Strahler gemäß seiner spekt-ralen Strahlungsverteilung nach Bild 4.

Eine photochemische Wirkung wird nur dann in einem Stoff initiiert, wenn die Strahlung vom betreffenden Stoff absorbiert wird. Während im Bereich langwelliger Infrarotstrahlen mit λ > 1.000 nm nur eine Absorption der eingestrahlten Energie durch freie Ladungsträger erfolgt, besitzt bei kürzeren Wellenlängen λ < 1.000 nm das absorbierte Photon die Energie, um den Übergang eines Elektrons vom Valenzband in das Leitband anzuregen. In diesem Sachverhalt ist der qualitative Vorteil der Infrarothellstrahlung gegenüber der Infrarotdunkelstrahlung zu sehen, der unabhängig von der Einfärbung und der Struktur des zu behandelnden Materials genutzt wer-den kann. Die mit dem besprochenen Strahler erzeugten Wellenlängen der Photonenstrahlung liegen mit einem erheblichen Anteil der Strahlung im Bereich eines günstigen Absorptionsme-chanismus der Materie.

Eine höhere Effektivität der Energieübertragung mit Photonenstrahlen im Wellenlängenbereich unter 1.000 nm lässt sich auch aus dem Planckschen Gesetz begründen, wonach die Strahlen-flussdichte φs exponentiell mit abnehmender Wellenlänge λ der emittierten Strahlung und mit höherer Temperatur des Strahlers Ts zunimmt. Die Farbtemperatur des eingesetzten Strahlers be-trägt bei einer Betriebsspannung von 220 V Ts = 2.800 K. Für die Gesamtstrahlung gilt:

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in W . m-2

wobei sich c1 aus c1=2hc0² mit h=6,626. 10-34J. s (Plancksches Wirkungs-quantum) und c0=299.792 kms-1 (Lichtgeschwin-digkeit im Vakuum) und c2 mit C2=hc0K-1 mit K=1,38. 10-23 J. K-1 (Boltzmannkonstante) als Konstanten ergeben und der

Raumwinkel im Bereich 0,5 .. 3 sr aus den geometrischen Bedingungen der Strahler-Reflek-tor-Geometrie gleichfalls konstant ergibt. In der integrierten Form dieser Gleichung, dem Stefan-Boltzmannschen Gesetz kommt der Ein-fluss der Strahlertemperatur T auf die Strahlenflussdichte φS deutlich zum Ausdruck

Φs = Cs. T 4

in Wm-2 Dabei ergibt sich cs aus

zu Cs=5,67. 10-8Wm-2K-4 als Konstante für den schwarzen Strahler.

Durch die Fokussierung und die Superposition der Strahlung lässt sich die Strahlenflussdichte und damit die Energiestromdichte noch weiter steigern. So führt die Superposition von Strahlen der gleichen Strahlungsquelle zur Verstärkung durch Interferenz. Bei Wellenlängen harmoni-scher Wellen mit geradzahligen Gangunterschieden ist bei gleichen Amplituden die Amplitude der resultierenden Welle doppelt und die Energiedichte viermal so groß wie die der sich überla-gernden Wellen der Strahlung. Bei der Fokussierung tritt bereits durch die Konzentration der Strahlung auf die Brennlinie eine wesentliche Steigerung der Strahlenflussdichte auf. Aus diesem Sachverhalt erklärt sich auch die im Bild 3 gezeigte charakteristische Temperaturvertei-lung im Strahlungsfeld der reflektierten Strahlung. Zusätzlich wird noch der Anteil der Eigenstrahlung des aufgeheizten Aluminiumreflektors superpositioniert.

Die Erhöhung der Strahlenflussdichte hat einen wesentlichen Einfluss auf die photochemische Reaktion. Nach dem fotochemischen Äquivalenzgesetz gilt, dass für die Anregung eines Teil-chens gerade ein Lichtquant (Photon) erforderlich ist. Zu beachten ist aber, dass die photo-chemische Aktivierung eines Stoffes von der Zahl der absorbierten Photonen abhängig ist.

Der in der Strahlenchemie der Photonen übliche Bezug des Energieinhaltes einer Strahlung auf ein Mol setzt das Verständnis voraus, dass ein Mol irgendeiner Substanz aus 6,02 . 10²³ Teilchen besteht, gleichgültig um was für Teilchen es sich dabei handelt. Für die konkret zu betrachtende Reaktion bedeutet das, dass die höchstmögliche Ausbeute angeregter Moleküle durch ein Mol Photonen maximal 6,02 . 10²³ reaktionsfähige Moleküle ausmachen kann. Ist ΦA die Quanten-ausbeute einer betrachteten Reaktion, dann gilt

φ Zahl der umgesetzten Moleküle

Zahl der absorbierten PhotonenA =

.

Liegt keine Kettenreaktion oder Reaktion angeregter Moleküle vor, dann ist ΦA ≤ 1, im all-gemeinen ist ΦA << 1. Solche durch Photonen initiierten Reaktionen sind als Parallelreaktionen aufzufassen.

Mit der Erhöhung der Strahlenflussdichte wird bei gleicher Zeit eine dichtere Überdeckung der bestrahlten Fläche mit Photonen und der daraus resultierende größere Menge aktivierter Mole-küle des Hochpolymeren erreicht. Die hohe Strahlungsdichte garantiert eine statistisch ausgewo-gene Anzahl von aktivierten Molekülen, und das unabhängig davon, ob Teile im Material bereits durch anderweitige Einflüsse (z.B. Sonneneinstrahlung) aktiviert sind. Damit erreicht man bei

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der nachfolgenden Pfropfpolymerisierung, dem „Andocken” von Siliziumverbindungen an die Polymer-Ketten, annähernd gleiche Reaktionschancen.

Der Nachweis der photochemischen Wirkung der Photonenstrahlung an Hochpolymeren wurde durch das „Verfahren zur Modifizierung von Polyamid-6-Faserstoff mit Photonenstrahlen” erbracht /1/. Dabei wurde ein Fadenlagennähgewirke aus Polyamid-6-Kordseide nach dem Thermoschockreckverfahren mittels Photonenstrahlen heißgereckt und dadurch eine bedeutende Verbesserung der deformationsmechanischen Eigenschaften des nähgewirkten Fördergurtgrund-materials erzielt.

Bild 5:

Vergleich der ATR-Infra-rotspektrogramme der photo-nenbestrahlten und mit 4% ge-reckten Probe 11 (oben) mit der unbehandelten Vergleichsprobe V (unten) im Bereich der Wel-lenzahl von 3.400 bis 1.300 cm_1.

Bild 6:

Vergleich der ATR-Infra-rotspektrogramme der photo-nenbestrahlten und mit 4% ge-reckten Probe 11 (oben) mit der unbehandelten Vergleichsprobe V (unten) im Bereich der Wel-lenzahl von 2.400 bis 400 cm_1.

Die infrarotspektroskopischen Untersuchungen der mit Photonenstrahlen behandelten Proben ließen keine schädigenden Veränderungen am Material erkennen. Die festgestellten Verschie-bungen der Bandenlagen, -breiten und Intensitäten in dem ATR-Infrarotspektrogrammen nach Bild 5 und Bild 6 resultieren aus der strahleninitiierten Änderung des Ordnungszustandes des Polyamid-6 durch die Ausbildung zusätzlicher Wasserstoffbrückenbindungen. Dieser, durch die photochemische Wirkung der Photonenstrahlung angeregte und mittels Recken ausgeführte Effekt einer weiteren Vernetzung des Hochpolymeren, konnte auch durch Breitlinien-Kernreso-nanz-Untersuchungen bestätigt werden.

Damit wurde der Nachweis erbracht, dass mittels der Photonenbestrahlung photochemische Reaktionen ausgelöst werden. Im obigen Beispiel wurde der angeregte Zustand dazu genutzt, um mittels eines gleichzeitigen Reckvorganges eine Kopplung (Vernetzung) der Kettenenden der

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Hochpolymere zu erreichen. Das in dieser Abhandlung beschriebene Verfahren substituiert den Reckvorgang durch eine Pfropfpolymerisation (Zubringen von leicht reaktionsfähigen, wässrigen Silikatverbindungen).

Bild 7:

Vergleich der mit Breitlinien-Kernresonanz-Untersuchungen ermittelten beweglichen Anteile in der Faserstruktur des mit Photonenstrahlen bei einem Energieeintrag von 0,12 Wh . g-1 und 0,24 Wh . g-1 sowie mit Gammastrahlen verschiedener Dosis behandelten Fadenlagen-nähgewirkes aus Polyamid-6-Kordseide mit der unbehandelten Vergleichsprobe.

Wie die in Bild 7 wiedergegebenen Ergebnisse der Breitlinien-Kernresonanz-Untersuchung aus-weisen, verringerte sich bei der Behandlung mit einer Photonenstrahlung von 0,24 Wh. g_1 der bewegliche Anteil der Faserstruktur von 22% (unbehandelte Vergleichsprobe) auf 8,3% (behan-delte Probe). Im Vergleich mit einer Gammastrahlenbehandlung, die gleichartige photochemische Effekte hervorruft, ist der Energieeintrag von 0,24 Wh. g_1 mittels Photonen-strahlung einer Gammastrahlung von 10 Mrad identisch (Bild 7).

Bild 8:

Vergleich des Relaxionsverhal-tens der Lastaufnahme bei kon-stanter Dehnung von 1,5% des nach dem Thermoschockreck-verfahrens behandelten Fördergurtgrundmaterials aus Polyamid-6-Kordseide mit einem Energieeintrag der Photonenstrahlen von 0,12 und 0,24 Wh . g_1 mit der unbe-handelten Vergleichsprobe V bei einer statistischen Sicherheit der Mittelwerte im Vertrauensbereich von 95%.

Die photonenstrahlindizierten Strukturänderungen im Polyamid-6 führten zu einer wesentlichen Verbesserung der Belastbarkeit des Fördergurtmaterials aus Polyamid-6-Kordseide. Wie Bild 8 zeigt, erhöhte sich die Lastaufnahme der photonenbestrahlten Proben im Relaxionsverhalten bei 1,5% Dehnung und 120 Minuten Belastungsdauer auf das Zwölffache. Diese Verbesserung des deformationsmechanischen Verhaltens und die bleibende Wirkung wurden durch Nachuntersu-chungen 24 bis 46 Monate nach der Strahlenbehandlung kontrolliert und bestätigt. Damit wurde die Langzeitwirkung der photochemischen Veränderungen nachgewiesen.

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Bild 9:

Untersuchungsergebnisse des Hysterese-Verhaltens 24 Monate nach der Behandlung des Mate-rials mit Photonenstrahlung von 0,24 Wh . g_1 mit einer gleich gealterten Vergleichsprobe V1 im Streifenzugversuch mit einer auf 6% Gesamtdehnung begrenzte Belastung bei stufenweise Be- und Entlastung.

Eine weitere dauerhafte photochemische Wirkung, bestätigten auch die Untersuchungen des Hysterese-Verhaltens im Streifenzugversuch 24 Monate nach der Bestrahlung des Materials im Vergleich mit einer gleichaltrigen Vergleichsprobe. Im Bild 9 wird die bleibende höhere Belast-barkeit des photonenbestrahlten Materials für alle Belastungsstufen bei der jeweilig gleichen Gesamtdehnung sichtbar. Der Grund hierfür ist eindeutig die durch die Photonenstrahlenwirkung verursachte Modifizierung des Polyamid-6-Materials.

Aus den bisherigen Untersuchungsergebnissen lässt sich ableiten, dass die Nutzung der Photonenstrahlen auch zur Modifizierung von weiteren synthetischen und natürlichen hochpolymeren Materialien mit gleichen oder ähnlichen photochemisch aktivierbaren Molekülgruppen dienen kann.

Diese Behauptung soll nachfolgend untersetzt werden.

Neue Ergebnisse von Untersuchungen der Einwirkung von Photonenstrahlen auf die Oberflächen von Polyäthylen-Folien die mittels röntgenangeregte Photoelektronenspektren nachgewiesen werden zeigt das Bild 10.

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Bild 10: Röntgenangeregte C 1s- Photoelektronenspektren der Oberflächen einer

unbehandelten und einer mit Photonenstrahlung kurzzeitig bestrahlten Folie (Abtastung bis 10 nm Tiefe).

Zur Veranschaulichung der photochemischen Wirkung werden die C 1s-Spektren im Bild 10 in jeweils 3 Einzelpeaks (dargestellt durch die durchgezogenen dünnen Linien) aufgelöst, denen die Bindungsverhältnisse des Kohlenstoffes mit C1 an Kohlenwasserstoffe, C2 in Einfachbindung an

Sauerstoff (z.B. ) und C3 in Karboxylgruppen zuzuordnen sind.

Der Vergleich der röntgenangeregten C 1s-Photoelektronenspektren der Oberflächen einer unbe-handelten PE-Folie mit einer kurzzeitig photonenbestrahlten PE-Folie macht die photochemische Wirkung im unterschiedlichen Verlauf der sich in den Messkurven überlagernden Linienzüge für die Bindungsverhältnisse C 1, C 2 und C 3 sichtbar.

Die sich gegenüber dem unbehandeltem Material infolge der Photonenbestrahlung an der Ober-fläche zeigenden Veränderungen der Bindungsverhältnisse lassen die photochemische Wirkung in der Ausbildung von Sauerstoffbrückenbindungen erkennen. Mit der Abnahme der Intensität der Bindungsenergie im Bereich des an Kohlenwasserstoffgruppen gebundenen Kohlenstoffs (dünne Linie C 1) und der Zunahme der Intensität der Bindungsenergie im Bereich des an Sauer-stoff, an Hydroxyl- und Karbonylgruppen gebundenen Kohlenstoffs (dünne Linien C 2 und C 3) zeigt sich die photochemische Wirkung der Photonenstrahlung als Erhöhung der Sauerstoffaffinität an der Materialoberfläche.

Dass diese photochemische Beeinflussung der Materialoberfläche nicht zur Festigkeitsminde-rung der strahlenbehandelten Plastwerkstoffe führt, wurde analog der Erkenntnisse zur Pho-tonenstrahlwirkung auf Polyamid-6 /1/ bereits in den siebziger Jahren anhand von Festigkeits-erhöhungen bei gleichzeitigen Dehnungsreduzierungen an mit einer Thermoschockreckeinheit unter Verwendung der Photonenstrahlung (gemäß Anordnung der Wirkungselemente nach Bild 1) hergestellten Polyolifin-Flachfäden /2/ festgestellt.

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In den Untersuchungsergebnissen kommt die unterschiedliche Wirkung der Photonenbestrahlung dahingehend zum Ausdruck, dass im Materialinnern, insbesondere bei Überlagerung von mecha-nischen Kraftwirkungen, eine Vernetzung des Materials durch die Ausbildung von Wasserstoff-brücken und die Einbindung von freibeweglichen Anteilen der Makromoleküle des Hochpoly-mers hervorgerufen wird sowie an der Materialoberfläche eine Erhöhung der Sauerstoffaffinität entsteht. Durch die Bestrahlung brechen offensichtlich angeregte Kohlenstoffketten oder Seiten-ketten sowie endständige Molekülgruppen auf. An die dadurch entstehenden freien Radikale lagert sich Sauerstoff bzw. Wasser aus der Atmosphäre an.

Dieser oberflächenwirksame radikalbildende Effekt der Photonenstrahlung wird im Mineralisie-rungsverfahren zur Aufpfropfung von Sauerstoffbindungen ausbildenden anorganischen Stoffen genutzt.

Erwähnenswert ist an dieser Stelle eine für die Photonenstrahlenaktivierung an der Oberfläche charakteristische Wirkung, die sie von der Aktivierung durch Laserstrahlung unterscheidet.

Bild 11:

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Polyamid-6.6-Ge-webe im unbehandelten Zustand (unten) und nach einer UV-Laserbehandlung (oben) mit einer charakteristischen Querfur-chung der bestrahlten Oberflä-che nach /3/.

Die im Bild 11 gezeigten rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen von unbehandeltem und mit UV-Laser (λ = 193 nm) bestrahltem Polyamid-6.6-Gewebe lassen im Vergleich der Oberflä-chenstruktur deutlich die Wirkung der energiereichen UV-Laserstrahlung erkennen, die zu einer Ausbildung einer regelmäßigen Berg- und Talstruktur quer zur Faserachse führt. Zu einer derar-tigen Deformation der Oberfläche kommt es bei der Einwirkung der Photonenstrahlung mit einer niedrigen molaren Energie gemäß Verfahren nicht (Bild 12).

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 14

Bild 12 a:

Oberflächen von unbehandelten Elementarfäden eines Faser-bündels aus Polyamid-6-Kord-seide mit aufliegenden Staubpartikeln.

Vergrößerung: 3.000 fach

Bild 12 b:

Oberflächen von pho-tonenbestrahlten Ele-mentarfäden eines Faser-bündels aus Polyamid-6-Kord-seide mit aufliegenden Staubpartikeln.

Vergrößerung: 3.000 fach

Wie in Bild 12 erkennbar ist, verursacht die Photonenbestrahlung keine Änderung der Oberflä-chenstruktur. Jedoch beim Aufbringen von auf der Oberfläche kristallbildenden Mineral-lösungen, z.B. von niedrig konzentrierter Wasserglaslösung, kommt es im Bereich des auf der Oberfläche sich ausbildenden aufsitzenden Kristalls zu einer Furchung der Oberflächenstruktur, die aus einer Orientierung in Längsrichtung der Faser zur Kristallisationsstelle hin abgelenkt wird. Diese Beobachtungen lassen den Schluss zu, dass die Anlagerung von Sauerstoff und Was-ser an die mit Photonenstrahlen aktivierten Anteile der Makromoleküle des Faserstoffes keine Deformationskräfte entstehen lassen; jedoch durch die Ausbildung von Bindungskräften zwi-schen den Hochpolymeren und dem kristallinen Material es zu diesen, die Oberflächenstruktur deformierenden Wirkungen, kommt. Diese photochemisch initiierte Anbindung von kristallbil-denden Stoffen an das hochpolymere Basismaterial bildet die physikalisch-chemische Vorausset-zung für das vorzustellende Verfahren.

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Bild 13:

Oberfläche einer unter Einwirkung von Photonen-strahlen mit einem Kristall besetzten Polyamid-6-Faser.

Vergrößerung: 2.800 fach Maßstab: 28 mm 10 µm

Die bisherigen Untersuchungen bezogen sich auf hochpolymere Fasern aus Polyamid-6 bzw. Polyamid-6,6. Dabei wurde die photochemische Beeinflussung des Materials als eine selektive Einwirkung auf Atomgruppen durch partielle Anregungen der Schwingungszustände spezieller Molekülbausteine herausgearbeitet. Es konnte geschlussfolgert werden, dass durch die einwir-kende Aktivierungsenergie eine Resonanz der Schwingungszustände der angeregten Molekül-gruppen zur Intensitätserhöhung der Bindungsenergien zwischen diesen Molekülbausteinen führt, die in den Infrarotspektrogrammen der Bilder 5 und 6 durch eine Erhöhung des Absorpti-onsgrades, einer Vergrößerung der Bandenbreite und Verschiebung der Bandenlagen in Richtung höherer molaren Energien feststellbar werden.

Bild 14:

Ausschnitt aus einem ATR-Infrarotspektrogramm von Polyamid-6 zur Darstellung des Resonanzverhaltens der Valenzschwingungen ν der Mole-

külgruppen (NH) und C=O) infol-

ge der eingestrahlten Photonen mit einer Wellenlänge λmax als Aktivierungsenergie /7, S. 160/.

Der Wirkungsmechanismus des Energieeintrages kann dabei als Superposition der Eigenschwin-gungen der Molekülgruppen des bestrahlten Materials im Wellenlängenbereich der Absorptions-banden mit den Erregerschwingungen der Photonenstrahlung verstanden werden, wobei die Wellenlänge λ ν der Eigenschwingung der Makromolekülgruppe jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Erregerschwingung λmax der Photonen ist. Bild 14 zeigt dies für den Wellenbereich λmax der maximalen Strahlungsleistung. Der physikalische Effekt der Energieübertragung wird durch die mögliche Interferenz von Eigenschwingung und Erregerschwingung begünstigt.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 16

Bekanntlich verstärken sich Wellenzüge mit den ganzzahligen Gangunterschieden durch Interfe-renz und bei gleichen Amplituden ist die Amplitude der resultierenden Welle doppelt so groß, die Energiedichte viermal so groß. Somit kommt es zu einer Erhöhung der Energie der Eigen-schwingung der betrachteten Molekülgruppen und damit zur Erhöhung der Reaktionsfähigkeit der sie beinhaltenden Hochpolymeren /7/.

Leider kann für den Wellenlängenbereich von 800 bis 2.800 nm der verwendeten Photonen-strahlung nicht auf Absorptionsspektren aus der Literatur zurückgegriffen werden, da dazu keine Angaben in der Literatur bekannt sind. Auf die Ursachen dafür weist Schmidt (1994!) hin:

„Im Gegensatz zum sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich einerseits und dem fernen Infrarotbereich andererseits, findet der Nahe Infrarotbereich (NIR) zwischen etwa 800 und 3.000 nm bis auf meteorologische Anwendungen (remote sensing: Wettersatelliten) in der Spektralanalyse bislang wenig Beachtung, was sich in Zukunft mit Sicherheit ändern wird. Nahezu alle organischen Substanzen und besonders Wasser zeigen in diesem Bereich ausgeprägte Absorptionsspektren (Abb. 4.54). Besonders die verschiedenen Kunststoffe (Polymere wie Polyethylen, Polypropylen oder Polyamid) zeigen eine spezifische Absorption, was zu ihrer Unterscheidung dienen kann.”

Zitat aus /22, Seite 184/

Bild 15:

Spektrum von Wasser und ver-schiedenen organischen Stof-fen im nahen Infrarotbereich.

/22 S. 185, Abb. 4.54 zum Zitat/

Wie aus dem Absorptionsdiagramm im Bild 15 zu ersehen ist, wirken die verfahrensmäßig be-nutzten Photonenstrahlen mit ihren Leistungsmaximum in den Absorptionsbereichen der organi-schen Stoffe mit den Wellenlängen von 1.200 bis 1.800 nm bereits direkt und durch Interferenz und Resonanz in langwelligen Bereichen. Charakteristisch für den Absorptionsmechanismus sind die spektralen Eigenschaften der die organischen Stoffe bildenden Molekülgruppen. Zur Kennzeichnung der für Kunststoffe möglichen Absorptionsspektren, muss deshalb auf die in der Literatur dargestellten Angaben für die Oberschwingungen zurückgegriffen werden. Sie lassen sich jedoch mit den in Bild 15 erkennbaren Eigenschaften der beeinflussbaren Molekülgruppen vergleichen. So finden sich die in Bild 14 angegebenen Molekülgruppen (NH und CO) in den Peptidbindungen (_ CO. NH _ ) der Proteine wieder, wie beispielsweise aus dem verkürzten For-melaufbau von Eiweißkörpern zu sehen ist: H2N . CHR. CO . NH . CHR. CO . NH . CHR. COOH. Dabei sind mit R Aminosäuren bezeichnet. Die spektral wirksamen Molekülgruppen sind hierbei (NH2); (CH); (CO); (NH); (COOH) und innerhalb der Aminosäuren (CH2); (CH3); (OH); (CH2S) u.v.a.m. Im Vergleich mit der

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 17

Kurzformel für Polyamid-6 /15, S. 1261/ sind die spektral wirksamen Molekülgruppen (NH);

(CH2) und (CO): .

Die Absorptionsbanden des Polyamid-6 liegen also innerhalb der von Schmidt /22/ angegebenen Absorptionskennlinie für Proteine. Analysiert man die spektral wirksamen Molekülketten für die Kennlinie der Stärke, dann finden sich zwischen den fortlaufenden Kettengliedern von Glucose-resten Sauerstoffbindungen:

(Maltose)

Die Absorptionsbanden für die Stärke verursachen im Wesentlichen die Molekülgruppen (OH); (CH2) und deren Beeinflussung durch die intramolekularen Bindungen bzw. der intermolekularen Verknüpfungen. Eine ähnliche Konstitution zeigt die Cellulose (C6H10O5)n, wie sie in Baumwolle, im Holz und Papier vorhanden ist. Das gilt gleichermaßen auch für die daraus abgeleiteten Kunststoffe und Kunstfasern, z.B. Viskose als Cellulose-Xanthogenat:

,

wobei als spektral wirksame Molekülgruppen (C= S) und (S_Na) hinzukommen. Dominierend sind jedoch die Absorptionskennlinien der Stärke bestimmenden Molekülgruppen, die aus der Cellulose stammen.

Die Absorptionskennlinie des Wassers (H. OH) wird durch die spektral wirksame Molekül-gruppe (OH) bestimmt.

In gleicher Weise lassen sich die Formulierungen der Kunststoffe in mehr oder weniger kompli-zierten Strukturen in die die Absorption bestimmenden Molekülgruppen zerlegen, wie noch einige wenige Beispiele zeigen sollen:

PVC: Y - (CH2 CH Cl)n - Z

Teflon: X - (CF2 CF2)n - Y

Polystyrol:

PAN-Faser:

Plexiglas:

oder ein Polyurethan:

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Durch die Absorption von Licht der geeigneten Wellenlänge bzw. Energie wird ein infrarot-akt-iver Schwingungsübergang angeregt. Die Arten von Molekülschwingungen bei polyatomaren Molekülen sind Valenz- oder Streckschwingungen ν und die Deformations-, Knick- oder Beu-gungsschwingungen σ /15, S. 467/. Entsprechend der großen Anzahl von infrarot-aktiven Schwingungsübergängen bei polyatomaren Molekülen solcher, wie der oben angegebenen orga-nischen Verbindungen wird die Anzahl von Absorptionsbanden sehr groß. Dabei treten zu-sätzliche Banden im Bereich von Oberschwingungen auf.

Aus den Tabellen für Infrarotbanden /15, S. 1282 bis 1284/ lassen sich nun dem Einstrahlungs-bereich der Photonenstrahlen im benutzten Spektrum und den dazugehörigen Oberschwingungen die dort anregbaren Resonanz-Schwingungen als Valenzschwingungen ν oder Deformati-onschwingungen σ der Molekülgruppen zuordnen. Entsprechend der in der Infrarotspektroskopie üblichen Schreibweise werden die betreffenden Wellenbereiche hier als Wellenzahl in der

Dimension cm-1 angegeben mit . Der Einstrahlungsbereich der verwendeten Photonenstrahlung im Leistungsmaximum liegt bei Wellenzahl max = 9.000 bis 5.555 cm-1. Die Wellenzahlen der den Molekülgruppen zuordenbaren bekannten Valenz- und Deformationsschwingungen liegen in Bereichen von Oberschwingungen der 2. bis 8. Ordnung. Damit ergibt sich folgende Übersicht (Auswahl) der aktivierbaren Molekülgruppen:

Ordnung der Ober-schwingung

Wellenzahlenbereich in cm-1

Zuordnung der Schwingungen der infrarot-aktiven Molekülgruppen

2. 4.500 ... 2.777 ν(RNH2); ν(R2NH); ν(RCONH2); ν(RCONHR'); ν(ROH); ν(C_ H)

3. 3.000 ... 1.851 ν(RNH3); ν(R2NH2); ν(R3NH); ν(CO2H); ν(RN=C=O); ν(R2C =N = N); ν(C≡ C ); ν(C≡ N ); ν(C =C = C)

4. 2.250 ... 1.388 ν(C=C); ν(C=Ν), ν(C=O); ν(C=C=O); ν(RONO2); ν(RNO2); ν(RN=O); ν(R=N=N), ν(R2C=O), ν(C=C-C-O); ν(RCCOOH); ν(C=C-COOH); ν(RCO2

-), ν(RCOOR); ν(C=C-COOR); ν(RCONH2); ν(RCONHR´); ν(RCONR'2)

5. 1.800 ... 1.111 ν(C-C), ν(C -O), ν(C -F); ν(RNO2); ν(RN=O);

,

6. 1.500 ... 925 ν(C-N); ν(RONO2); ν(R2S-O)

7. 1.235 ... 793 ν(C-Cl); ν(C=N-OH); ν(R3N-O-), σ(RCH=CH); σ(R2C=CH2); σ(RCH=CHR)

8. 1.125 ... 694 ν(RO-N=O); σ(R2C=CHR); σ(Aromaten); σ(RCH=CHR); σ(R2C=CHR)

Mit diesen Erkenntnissen (Stand 1994) können auch die in früheren Veröffentlichungen zur selektiven Energieeintragung mit Photonenstrahlen getroffenen Ausführungen weiter unter-mauert und bestätigt werden /1/, /7/.

Welchen Einfluss die Energieanreicherung in den infrarot-aktiven Molekülgruppen durch die Photonenbestrahlung auf den Mineralisierungsvorgang hat, konnte noch nicht durch infrarot-

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spektroskopische Untersuchungen und analytische Ergebnisse ermittelt werden. Aus dem Reaktionsverhalten der organischen Molekülgruppen wird abgeleitet, dass die zur Mineralisie-rung der Kunststoffschnitzel verwendeten anorganischen Stoffe sich ähnlich verhalten, wie von der Kieselsäure bei der Copolymerisation mit Viskose während der Herstellung von VISIL-Fasern oder als Füllstoff in Kautschuk bekannt ist. Die charakteristischen Absorptionsbanden für aktive Kieselsäure, d.h. für die (Si -O)-Gruppe, liegen bei 1.105 cm-1, von Kaolin, Al 4[(OH)8| Si4O10]8 bei 1.035 cm-1 und von Talkum, Al2[(OH)2| Si4O10], für die Valenzschwingung ν(Si -O-Si) bei 1.020 cm-1 und ν(OH) bei 3.420 bis 3.000 cm-1 /17, S. 432/. Die diesen Banden zuzuordnenden molaren Energien liegen deutlich unter dem durch die Photonenstrahlung eingetragenen Energieniveau der infrarot-aktiven Molekülgruppen der Kunststoffe, so dass für den Mineralisierungsvorgang ein hinreichendes Energiepotential zur Verfügung stehen kann.

Aus dem Bindungsverhalten von Silizium und Kohlenstoff ist bekannt, dass die C=Si -Bindung schwach ist. Die Bindungsenergie beträgt 163 kJ. mol-1 /22, S. 852/. Es lässt sich vermuten, dass im Grenzschichtbereich des mineralisierten Kunststoffes über einen größeren Zeitraum unter günstigen äußeren Einflüssen, z.B. der Hydratationstemperatur und des Pressdruckes bei der Formung, Reaktionen auftreten, wie sie bei der Entstehung von Organosilicium-Verbindungen ablaufen.

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2.3. Verfahrenstechnischer Ablauf der Aktivierung von Kunststoffschnitzeln mittels Photonenstrahlen

Die Verwertung von Kunststoffabfällen in Schnitzelform zu Produkten mit besonderen Eigen-schaften in mineralisch gebundenen Verbundwerkstoffen setzt voraus, dass die Photonenstrah-leneinwirkung reaktive Veränderungen an den Oberflächen der Materialien bewirkt, die die Grundlage für eine nachfolgende Mineralisierung bilden.

Der verfahrenstechnische Ablauf der Photonenstrahlenaktivierung von Kunststoffschnitzeln erfolgt analog der Punkte 2.1. bis 2.2. Die in Schnitzelform zu behandelnden Kunststoffgemische enthalten unsortiert und in unterschiedlichen Anteilen alle möglichen (bis zu möglicherweise 2.000 verschiedene) Kunststoffarten.

Wie die Ergebnisse der Untersuchungen zur photochemischen Wirkung der Photonenstrahlen belegen, sind die als Grundbaustein in allen Kunststoffarten wiederkehrenden funktionalen Gruppen an der Oberfläche der Hochpolymere aktivierbar. Neben der molaren Energie der Photonen im Bereich der Brennlinie des optischen Systems zur Erzeugung der Photonenstrah-lung wirkt auf den Absorptionsmechanismus insbesondere die Wärmeübertragung vor der Brennlinie ein und führen zu einer Temperaturerhöhung des zu behandelnden Materials. Die mit der Temperaturerhöhung einhergehende höhere Molekularbewegung im Material vergrößert den Wirkungsquerschnitt für die einzelnen Photonen und beschleunigt somit den photochemischen Reaktionsablauf. Daraus resultiert eine verkürzte Aktivierungszeit.

Deutlich sichtbar wird der Vorteil der verwendeten Photonenstrahlung mit einer extrem hohen Strahlenflussdichte in der Brennlinie und dem Einfluss der Vorwärmung infolge der charakteris-tischen Temperaturverteilung im Strahlerfeld im Vergleich mit Verfahren zur Oberflächenmodi-fizierung von Kunststoffen, z.B. nach Patentschrift DE 2902959C2, die zur photochemischen Aktivierung UV-Licht einsetzen und Aktivierungszeiten von 15 Minuten benötigen /4/. Diese lange Bestrahlungsdauer ist erforderlich, obwohl die Photonen des ultravioletten Lichtes eine fast hundertfach größere molare Energie besitzen als Photonen des Infrarothellstrahlers. Bei einer Brennlinienbreite von 5 mm und einer Durchlaufgeschwindigkeit von 5 m. min_1 beträgt die Verweilzeit des bestrahlten Materials im fokussierten Infrarothellstrahl ca. 0,06 s. Mit der Fokussierung der Strahlung erhöht sich die Anzahl der zur Absorption im Material pro bestrahlter Oberflächeneinheit zur Verfügung stehenden Anzahl Photonen. Damit erhöht sich die Zahl der gleichzeitig absorbierten Photonen, von welcher die Geschwindigkeit der photochemischen Aktivierung abhängt, d.h. dass soviel Photonen während der Bestrahlungszeit von einem Molekül absorbiert werden können, dass dieses reaktiv wird.

Einen weiteren verfahrenstechnischen Vorteil, beispielsweise gegenüber der Anwendung von Laserstrahlen mit punktuellen und eng wellenlängenbegrenzter Strahlungswirkung /3/, bietet die verwendete Photonenstrahlung dadurch, gleichzeitig großflächig und über erhebliche Arbeits-breiten ohne besondere Schutzvorkehrungen zu arbeiten. Da das behandelte Material ein Gemisch aus den verschiedensten hochpolymeren Ausgangsstoffen darstellt, ermöglicht die spektrale Bandbreite der benutzten Photonenstrahlung die unselektive photochemische Akti-vierung der meisten vorkommenden funktionalen Molekülgruppen im Stoffgemisch. Gleichzeitig erzeugt diese spektrale Bandbreite vom sichtbaren bis zum infraroten Licht, überlagerbare Effekte aus der Wechselwirkung der Photonen des sichtbaren Lichtes mit den Elektronen, wel-che sich auf der äußersten Bahn befinden und sich an der chemischen Reaktion beteiligen sowie

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aus der Wechselwirkung mit den Photonen des infraroten Lichtes, die die Moleküle zu Schwingungen anregen /5/.

Dadurch kann die Anwendung von Photoneninitiatoren entfallen, wie sie bei der Verwendung von UV-Licht als Strahlungsquelle erforderlich sind, um genügend Radikale zur Auslösung der photochemischen Reaktionen im Polymer zu erzeugen /6/. Solche Photoneninitiatoren müssten darüber hinaus im zu bestrahlenden Kunststoff eingebracht sein, was für die unsortiert vorliegenden Kunststoffgemische nicht der Fall ist. Das unterstreicht die Bedeutung für den verfahrensgemäßen Einsatz, die hier vorliegende Art der Photonenstrahlung zur Strahlen-aktivierung zu nutzen.

Die zu bestrahlenden Kunststoffschnitzel werden zweckmäßig auf ein Förderband abgelegt und unter einer Photonenbestrahlungseinheit hindurchgeführt. Verfahrenstechnisch günstig ist die flache Form der vorgelegten Kunststoffschnitzel, die lose in einer Schicht verteilt mit überwiegend dem größten Querschnitt im Strahlengang liegen. Als Wirkungsquerschnitt aus Länge und Breite der Schnitzel ist die Absorptionsfläche als projizierte Fläche im Strahlenfeld immer ein Optimum, da die Dicke der Schnitzel gegenüber der Längs- und Breitenausdehnung stets gering ist.

Die einzuhaltende Schichtdicke ist von der durch die geometrischen Gestaltung des Wirkungs-paares Infrarothellstrahler und Reflektor bedingten Ausrichtung der Brennlinie auf die Schicht-mitte abhängig.

Die verfahrenstechnisch einzuhaltende Höhe der zu bestrahlenden Kunststoffschnitzelschicht kann bei der Ausrichtung der Brennlinie auf Schichtdickenmitte nach der Temperaturverteilung im Strahlenfeld (vergl. Bild 2) bis 25 mm betragen. Der Absorptionsmechanismus in der Schicht ist wellenlängen- und temperaturabhängig und wird von Materialeinflüssen überlagert. Nach dem Lambertschen Gesetz der Absorption nimmt die Strahlenflussdichte bei der Durchstrahlung einer Schicht exponentiell ab. Im Experiment mit unterschiedlichen hochpolymeren Stoffen konnten über den durchstrahlten Schichtquerschnitt gleich bleibende Effekte ermittelt werden, wenn die aus der Schicht austretende (durch die Schichtdicke transmittierende) Strahlenfluss-dichte noch 10% der eingestrahlten Strahlenflussdichte der Photonenstrahlung beträgt.

Eine derartige Einstellung der Bestrahlungseinrichtung setzt allerdings voraus, dass die mit der Reststrahlungsflussdichte von 10% der Gesamtstrahlungsflussdichte belasteten Bauelemente gekühlt werden müssen. Bei ausreichender Kühlung der dem Wirkungspaar Strahler und Re-flektor gegenüber angeordneten Bauelemente wurde in ausgeführten Bestrahlungseinheiten keine Begrenzung der Arbeitsbreite bis 6.000 mm gefunden /7/.

Die unter der Bestrahlungseinheit kontinuierlich in annähernd gleich bleibender Schichtdicke hindurch geführten Kunststoffschnitzel sind sofort anschließend einer verfahrensgemäß durchzuführenden Mineralisierung zuzuleiten.

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3. Chemismus der Mineralisierung von Kunststoffoberflächen

3.1. Photochemische Pfropfpolymerisation von Mineralien auf Kunststoffoberflächen

Für die Mineralisierung der Kunststoffschnitzel an ihren Oberflächen wird ein Mechanismus genutzt, der als photochemische Pfropfpolymerisation bekannt ist. Er besteht aus einer Vorbe-strahlung des Polymers in Luft und einer anschließenden Kontaktierung mit dem in Lösung befindlichen Mineral als Pfropfmedium sowie der nachfolgenden Pfropfung durch freie Radikale bei normalen Temperaturen /8/. Der Chemismus der Mineralisierung von Kunststoffoberflächen nutzt dabei den Effekt möglicher Sauerstoffbindungen zwischen dem photochemisch aktivierten Polymer und dem Sauerstoffanteil des als Pfropfmedium gewählten Minerals.

Aus grundlegenden Untersuchungen über die Strahlungswirkung auf Kunststoffe ist bekannt, dass kurzzeitige Bestrahlung und große Dosisleistungen die Sauerstoffeinwirkung auf eine nur sehr dünne Oberflächenschicht beschränken /9/. Damit ist der schädigende Einfluss der Strahlen-oxydation des Kunststoffes weitestgehend begrenzt und gleichzeitig die Voraussetzung gegeben, an oxydierte Molekülgruppen der Oberfläche die sauerstoffaffinen Atomgruppen von Mineralien anzulagern. Solche sauerstoffaffinen Atomgruppen enthalten insbesondere die Silikate, die als Ketten-, Band-, Ring- oder Schichtsilikate kristalline Mineralien bilden oder in den kieselsäure-haltigen Anteilen anderer Mineralarten zu finden sind. Verfahrensgemäß werden als kristallbil-dende anorganische Stoffe vorzugsweise Silikatgele wie Wasserglas eingesetzt.

Bild 16:

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines auf der Oberflä-chengrenzschicht einer Polyamid-6-Faser sitzenden Kristalls aus Wasserglas

Vergrößerung: 17.000 fach

Die Oberflächendeformation im Bereich des Kristalls bei einer sonst glatten Oberfläche (z. B. der Faser) lässt auf die photochemisch indizierte Anbindung des Wasserglaskristalls an das Hochpolymere des Faserstoffes schließen (vergl. auch Bild 13). Die Deformationskräfte, die zu der sichtbaren Furchenbildung im Ergebnis der Photonenstrahlbehandlung führen, entwickeln sich in der Grenzschicht zwischen organischen und anorganischen Material. Ihre Ursache sind

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vermutlich Wirkungen, die durch einen der Pfropfcopolymerisation zwischen dem Polyamid und dem Polysilikat analogen Vorgang ausgelöst werden.

Bekannt sind solche Copolymerisate bei organisch-anorganischen Hybridfasern, wovon die Hybridfaser Visil ein typischer Vertreter ist. Bei deren Herstellung wird gleichzeitig die Cellu-lose-Komponente mit der Polymerisation der Kieselsäure regeneriert /10/. Der Vorgang lässt sich formelmäßig wie folgt beschreiben (/10/):

Die Copolymerisation zur Einbindung der Kieselsäure erfolgt demnach über die Sauerstoffaf-finität des Siliziumatoms an die freien Valenzen der endständigen Sauerstoffatome im Makro-molekül der Cellulose und im Kieselsäuremolekül.

In der verwendeten Alkalisilikatlösung stehen Na2O . n SiO2. mH2O im Gemisch etwa 11 bis

13% Na2O, 30 bis 33% SiO2 und maximal 59% H2O in der Handelsform zur Verfügung. Durch Wasserzugabe wird die Dichte der Lösung variiert. Aus den Bestandteilen Na2O und SiO2 hat sich das Mineral gebildet, aus dem der Kristallrest auf der Polyamidfaser in Bild 16 besteht.

Die chemische Zusammensetzung der Mineralisierungsstoffe beeinflusst neben den Oberflächen-eigenschaften der Basismaterialien die Mineralbildung durch die entstehenden Kristallformen und sich daraus bildenden Mineral-Aggregate.

Bild 17:

Pfropfpolymerisation auf ver-schiedenen Fasern.

Anordnung: a) Polyamid b) Flachs c) Polyester d) Polyethylen

Vergrößerung: 250 fach

Maßstab: 4 mm 100 µm

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Bild 18:

Verteilung von Kristallbildungen auf der Fadenlegung eines Vlie-ses aus Polyamidfasern, die nach der Photonenbestrahlung und Mineralisierung mit einer Natronwasserglaslösung von 37/40 °Bé entstand.

Vergrößerung: 100 fach

Maßstab: 1 mm 10 µm

Bild 19:

Stapelig ausgebildeter Kristall auf einer Polyamidfaser, der nach der Photonenbestrahlung und Mineralisierung mit einer Natronwasserglaslösung von 37/40 °Bé entstand.

(Fadenstärke 2 µm)

Vergrößerung: 100 fach

Maßstab: 1 mm 10 µm

Die in Bild 18, 20 und 21 sichtbar auf den Fasern verteilten Kristall-Aggregate gehören zu den stapelig ausgebildeten Kristallformen aus Natronwasserglas, wie sie in Bild 19 als Beispiel in 100 facher Vergrößerung gezeigt wird. Beim mechanischen Abstoßen der kristallinen Masse bleibt auf der Faseroberfläche aufsitzend ein festhaftender kristalliner Rest als strukturierter Kristallit zurück, der in Bild 16 in einer rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme mit 17.000 facher Vergrößerung sichtbar wird. Die Stelle des anhaftenden Kristallrestes wird als Kristallisationspunkt des dort anhaftenden Kristall-Aggregates aus Natronwasserglas inter-pretiert, dessen Verankerung sich als photochemisch initiierte Pfropfcopolymerisation analog der Copolymerisation zwischen Kieselsäure und Cellulose bei der Herstellung der Visil-Hybridfaser aufgrund von Radikalbildungen der Faserstoffoberfläche erklären lässt.

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Bild 20:

Unterschiedliche Kristallformaus-bildungen auf PA-Faserma-terialien.

Bild 21:

REM-Aufnahme der Verteilung von Kristallbildungen auf einer Polyamidfaseroberflächen ent-sprechend Bild 18.

Vergrößerung: 2.200 fach Maßstab: 11 mm 5 µm

Der Chemismus der Mineralisierung von Kunststoffoberflächen erfolgt gleichartig, jedoch mit der Herausbildung anderer Kristallformen, die durch die ebene Oberflächenform von Abfall-schnitzeln und die dadurch bedingte Wirkung der Aktivierungsenergie im räumlich vernetzten Hochpolymer mit ihren oberflächenspezifischen Eigenschaften entstehen.

Als Nachweis der Kristallbildung auf Kunststoffschnitzeln dienen mikroskopische Fotos, die einen optischen Eindruck der Oberflächenstruktur des Kristallbesatzes und die Verteilung der dort gebildeten Aggregate vermitteln. Für die erforderliche größere Auflösung werden röntgen-mikroskopische Aufnahmen genutzt.

Die nachfolgenden Abbildungen zeigen Kristallformen auf behandelten Kunststoffschnitzeln einer DSD-Mischfraktion. Die Schnitzel wurden gemäß Verfahren mit einer Photonenstrahlung (elektrische Leistung 1,3 kW; Arbeitsbreite ca. 300 mm; Brennlinienabstand ca. 28 mm; λmax = 1035 nm; Wellenlängenbereich ca. 600 .. 2.000 nm; Farbtemperatur des Strahlers T = 2.800 K; Durchlaufgeschwindigkeit v = 3 m. min-1) initiiert. Die Mineralisierung erfolgte in einer wässrigen Natronwasserglaslösung von 8 °Bé (handelsübliches Natronwasserglas Typ

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Na(2,5) 48/50 °Bé; Zusammensetzung: 31,0 - 33,0% SiO2-Gehalt und 12,0 bis 15,5% Na2O- Ge-halt sowie etwa 1% Verunreinigung aus Al2O3).

Die Verweilzeit in der Mineralisierungslösung betrug für die Kunststoffschnitzel ca. 3 min. Die Aufnahmen entstanden etwa 3 Wochen nach der Mineralisierung, so dass der Auskristallisie-rungsvorgang als abgeschlossen angenommen werden kann.

Im Nachfolgenden werden charakteristische REM-Aufnahmen diskutiert, die unserer Meinung nach einen Einblick in typische Kristallbildungen gemäß dem Verfahren gewähren. Sie zeigen, dass sich nach dem dargestellten Verfahren, in und auf den Oberflächen von Hochpolymeren an den aktivierten Kettenenden Kristalle ausbilden.

Bild 22:

REM-Aufnahme eines Ausschnit-tes aus einer mineralisierten Kunststoffschnitzeloberfläche mit großkristallinen Aggregaten, sowie kleinkristallinen und amor-phen Mineralauflagen.

Vergrößerung: 1.000 fach

Maßstab: 11 mm 10 µm

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Bild 23:

REM-Aufnahme einer Ausschnittsvergrößerung mit Darstellung der die Kristallisationswurzel umgebenden Mineralaggregate in kristallinen und amorphen gelartigen Phasen.

Vergrößerung: 2.500 fach

Maßstab: 26 mm 10 µm

Bild 24:

REM-Aufnahme der Kristallschichtung und des amorphen Materials im Bereich der Kristallwurzel von Bild 22, wobei deutlich die Verdrängung des amorphen Materials durch das Wachsen der Kristall-aggregate sichtbar ist.

Vergrößerung: 7.500 fach

Maßstab: 8 mm 1 µm

Die rasterelektronischen Untersuchungen vermitteln einen optischen Eindruck von der Gestal-tung der Mineralaggregate in kristalliner und amorpher Form. Um die Ausbildung der Kristall-Aggregate stufenweise sichtbar zu machen, werden die Bilder 22 bis 24 mit 1.000-, 2.500-, und 7.500 facher Vergrößerung verwendet.

In Bild 22 ist erkennbar, dass die Wurzel des Kristall-Aggregates mit einem Bündel von Ein-zelkristallen neben der wellenförmigen amorphen Mineralschicht liegt. Die 2.5000 fache Ver-größerung (Bild 23) des Bereiches einer Kristallwurzel zeigt weiterhin deutlich Kristallbündel, die in Richtung der Wurzel orientiert sind und somit den Kristallisationsursprung lokalisieren lassen.

Dass es sich bei dem Kristallisationsursprung um einen am Untergrund, d.h. an der Grenzschicht zum Kunststoff festhaltenden Teil des Mineralaggregates handelt, bestätigt die in Bild 24 zu sehende Verdrängung der amorphen, nicht in das Kristallaggregat eingebundenen Material-schicht, die vom Einzelkristall während seiner Entstehung bzw. während seines Wachstums wie ein Span weg geschoben wird.

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Neben langprismatischen, nadeligen Kristallen in radialstrahligen Aggregaten (vergl. Bilder 22 und 23) sind auch einzelne kleinkristalline Bildungen in Nadelform und mehlig dicht an-geordnete Kristalle möglich, wie sie die Bilder 25 bis 27 zeigen.

Bild 25:

REM-Aufnahme eines Oberflächenausschnittes mit langprismatischen Kristallen als nadelige Einzelkristalle und mehlig dichten kleinkristallinen Bildungen.

Vergrößerung: 250 fach

Maßstab: 4 mm 100 µm

Die weitere REM-Untersuchung von Ausschnitten aus Bild 25 in höheren Vergrößerungen (1.000 und 2.500fach) macht die vielfältigen Bildungen der kleinkristallinen und amorphen Erscheinungsformen des Minerals sichtbar. So gibt bereits Bild 25 einen Überblick über die ungerichtete Anordnung großer und kleiner geometrisch eindeutig erkennbarer Kristalle. Gut sichtbar sind die großflächigen mit mehlig dichten kleinkristallinen Bildungen belegten Gebiete der Kunststoffoberfläche und dazwischen gelagerten amorphen Mineralauflagen, wie sie beispielsweise im zum unteren Bildrand geneigten Kopfbereich des nadeligen Einzelkristalls in Bild 25 sichtbar werden.

Bild 26:

REM-Aufnahme eines vergrößerten Ausschnittes aus Bild 25 mit dem Kopfbereich eines nadelförmigen Kristalls mit kleinkristallinen und amorphen Bildungen des Minerals.

Vergrößerung: 1.000 fach

Maßstab: 11 mm 10 µm

Eine zusätzliche vierfache Vergrößerung eines Ausschnittes davon macht die Ausbildung der Mineralformen in Bild 26 sichtbar. Deutlich ist die von oben links in das Bild hineinragende Nadelform des Kristalls als relativ großkristalline Bildung innerhalb der hier betrachteten Mine-ralisierung zu erkennen. Unter und oberhalb des Kopfendes der Nadel sind gelartige amorphe

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Bildungen vorhanden, die von dicht besetzten kleinkristallinen Erscheinungsformen umgeben sind. In Fortsetzung der Nadelachsrichtung sind die Fibrillen des Kunststoffes an der Oberfläche des Schnitzels mit dazwischen liegenden kleinkristallinen Bildungen des Minerals bemerkens-wert. Die mehlig dicht angeordneten Mineralindividuen kleinster Kristalle bedecken einen großen Teil des Bildausschnittes und lassen eine gute Mineralisierung an der Kunststoffoberfläche erkennen. Gerade diese kleinkristallinen Mineralbildungen ergeben im nachfolgenden Zementierungsvorgang die Vielzahl der Kristallisationskeime für die Anlagerung und die Entstehung der Polysilikatkristalle aus dem Zementgel.

Bild 27:

REM-Aufnahme einer weiteren Vergrößerung eines Bildaus-schnittes im Kopfbereich des nadelförmigen Kristalls aus Bild 25. Deutlich sichtbar sind kleinkristalline Bildungen als Auflagen im Kopfbereich des Kristalls.

Vergrößerung: 2.500 fach

Maßstab: 26 mm 100 µm

Die kleinkristallinen Auflagen im Kopfstück des gut ausgebildeten nadelförmigen Kristalls wei-sen darauf hin, dass die Minerallösungsreste und teilweise amorphen Bereiche noch Kristall-bildungen zeitlich später nachvollziehen.

Der Ursprung eines Kristalls oder Kristall-Aggregates liegt nach unserer Meinung im Grenz-schichtbereich der Kunststoffoberfläche. Bis auf diese Schicht sind dazu die Kristallauflagen des Minerals abzustoßen. Dieses Abtragen kann durch mechanisches Abreiben mit nachfolgendem Abwaschen erfolgen. Im Ergebnis dieser Behandlung von mineralisierten Kunststoffschnitzel-proben entstanden die Bilder 28 und 29 mit unterschiedlichen Abrasionstiefen. Mit weiteren Vergrößerungen wurde versucht, nach mechanischer Entfernung der kristallinen Bildungen den Untergrund der Kristallanwachsungen des Minerals an die Grenzschicht der Kunststoffoberfläche als Kristallisationswurzel sichtbar zu machen. Dazu mussten REM-Auf-nahmen mit 7.500 facher und 10.000 facher Vergrößerung gewählt werden (Bilder 28 bis 30).

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Bild 28:

REM-Aufnahme einer Probe mit weitgehend abgetragener (trocken abgewischt und gewa-schen) Mineralauflage. Es werden kleinkristalline und amorphe Bildungen im Bereich der Kunststoffoberfläche sicht-bar.

Vergrößerung: 7.500 fach

Maßstab: 8 mm 1 mm

Bild 29:

REM-Aufnahme einer abgetragenen Mineralauflage, welche die Anbindung des Mi-nerals an die Grenzschicht erkennen lässt.

Vergrößerung: 7.500 fach

Maßstab: 8 mm 100 µm

Während das Bild 28 die mehlig dichten Erscheinungsformen des Minerals in Grundschichtnähe optisch darstellt, zeigt Bild 29 oberhalb der Bildmitte einen Bereich des kontinuierlichen Übergangs der Mineralauflage in die Grenzschicht des Kunststoffes, der auch als Bereich der Kristallisationswurzel diskutiert werden kann.

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Bild 30:

REM-Aufnahme des in Bild 29 gezeigten Anbindungsüber-gangs zwischen Mineral und der Kunststoffgrenzschicht. Die Pfropfpolymerisierung des anor-ganischen Materials an den or-ganischen Fibrillen des Kunst-stoffes erfolgt sichtbar über längere Molekülkettenbereiche der die Fibrillen bildenden Makromolekülbündel (Bildmitte in Richtung oberer Rand).

Vergrößerung: 10.000 fach

Maßstab: 11 mm 1 µm

Eine Diskussion der Situation im Bereich des Anbindungsübergangs zwischen Mineralauflage und Kunststoffgrenzschicht ermöglicht die mit der hierbei angewendeten REM-Aufnahme-technik gerade noch erreichbare 10.000 fache Vergrößerung im Bild 30. Im Bereich des Anbin-dungsübergangs zwischen dem anorganischen Mineral und der aus organischen Substanzen bestehenden Kunststoffgrenzschicht werden die Stellen einer Pfropfpolymerisation zwischen den chemischen Hauptbestandteilen des Minerals und den photochemisch aktivierten Molekülgrup-pen in der Kunststoffoberfläche gesehen.

Die in Verbindung mit den Ergebnissen der Untersuchung der photochemischen Wirkung auf die Oberfläche einer PEHD-Folie im Bild 10 dargestellten und mit röntgenangeregten C 1s-Photo-elektronenspektren gewonnenen Erkenntnisse lassen die Vorgänge einer Pfropfpolymerisation begründen. Wie in der Diskussion der nachgewiesenen Veränderungen der Bin-dungsverhältnisse (vergl. Bild 10) durch die Photonenstrahleinwirkung mit der Zunahme der Intensität der Bindungsenergie im Bereich des an Sauerstoff, an Hydroxyl- und Karbonyl-gruppen gebundenen Kohlenstoffs am gemessenen Spektrogramm herausgearbeitet wurde, entsteht eindeutig eine Erhöhung der Sauerstoffaffinität an der organischen Matrix-Oberfläche. Die Pfropfpolymerisation der reaktionsfähige Silizium-Sauerstoff-Verbindungen enthaltenden anorganischen Minerale erfolgt über photochemisch aktivierte Radikale an den endständigen Molekülgruppen der Hauptketten oder verzweigten Seitenketten der Makromoleküle des Hoch-polymeren an der Kunststoffoberfläche. Über längere und ausgedehntere Bereiche der Makro-molekülbündel des Hochpolymeren kommt es zur Anlagerung der anorganischen Substanzen an die die Fibrillen des Kunststoffes bildenden Kettenmoleküle, die sich sowohl in geordneten und ungeordneten Strukturen befinden.

Zur Unterstützung dieser Vorstellung vom Chemismus der Mineralisierung von photonenbehan-delten Hochpolymeroberflächen wurden noch weitere Untersuchungen an ausgehärteten Beschichtungen auf einer PEHD-Folie durchgeführt. Die photonenbestrahlte PE-Oberfläche wurde dazu mit einem polymerisierfähigen Gemisch aus Acrylat und Benetzungsmittelzusätzen in einer wässrigen Lösung von 3 °Bé und einer Wasserglaslösung von 8 °Bé besprüht. Die Ziel-stellung dieser Versuche bestand darin, Aufklärung sowohl über die Verteilung des mine-

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ralischen Bestandteiles wie auch über die Haftfestigkeit von Kristallen des Minerals an aus-gehärteten Hochpolymeren zu erhalten.

In experimenteller Hinsicht eignen sich die farblosen und glasklar durchsichtigen Polyacrylaufla-gen gut für die optische Untersuchung der Einlagerung von mineralischen Bestandteilen der polymerisierten Lösung und zum Studium der Verteilung von sich ausbildenden Kristallen.

Bild 31:

REM-Aufnahme eines Oberflächenausschnittes einer unbehandelten PEHD-Folie, wie sie für die Durchführung der Versuche benutzt wurde. Die Auflage unten rechts ist ein Staubpartikel.

Vergrößerung: 500 fach

Maßstab: 5 mm 10 µm

Die in den Bildern 31 bis 36 gezeigten REM-Aufnahmen dokumentieren die Untersuchungs-ergebnisse in Vergrößerungen von 50- bis 10.000 fach.

Wie dem Bild 31 zu entnehmen ist, besitzt der Beschichtungsträger eine sehr dichte und glatte Oberfläche, worauf eine mechanische Verankerung der aufzubringenden Schicht weitestgehend ausgeschlossen werden kann.

Bild 32:

REM-Aufnahme der aus-gehärteten Beschichtungsober-fläche des Gemisches aus Acrylat, Wasserglas und Benetzungsmittel in wässriger Lösung

Vergrößerung: 50 fach

Maßstab: 5 mm 100 µm

Im Bild 32 lässt sich eine Trübung der sonst glasklar ausgehärteten Acrylat-Schicht erkennen, die durch den eingelagerten Wasserglas-Mineralanteil hervorgerufen wird.

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Bild 33:

REM-Aufnahme eines 10-fach vergrößerten Bildausschnittes aus Bild 32, die die Mine-raleinlagen sichtbar macht, die zur Trübung der angehärteten Acrylschicht führen.

Vergrößerung: 500 fach

Maßstab: 5 mm 10 µm

Aufgrund der niedrigen Konzentration der zum Besprühen der Folie benutzten Lösungen ist die Feinverteilung der kleinkristallinen Bildungen des Wasserglases nur bei höherer Vergrößerung sichtbar, die das Bild 34 mit 2.500 facher, Bild 35 mit 5.000 facher und Bild 36 mit 10.000 facher Vergrößerung zeigt.

Bild 34:

REM-Aufnahme zur Sichtbarmachung der Verteilung von in der Acrylatschicht einge-bundenen und auf der Schichtoberfläche aufge-wachsenen kristallinen Bildungen der Wasserglasanteile als Mineral.

Vergrößerung: 2.500 fach

Maßstab: 26 mm 10 µm

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Bild 35:

REM-Aufnahme aus reinem Acryl-Wasserglas-Gemisch ge-bildeten Schicht mit unorientiert aufliegenden nadeligen Kristal-len des Minerals.

Vergrößerung: 5.000 fach

Maßstab: 5 mm 100 µm

Bild 36:

REM-Aufnahme einer Bildaus-schnittvergrößerung aus Bild 35, die neben den nadeligen Kristal-len mehlig dichte Erscheinungs-formen des Minerals als klein-kristalline Bildungen zeigt.

Vergrößerung: 10.000 fach

Maßstab: 11 mm 1 µm

Sowohl die Verteilung der Kristalle auf der Oberfläche der Schicht, wie auch die Anordnung von kristallinen Bildungen in der Schichtoberfläche, bestätigen die Effekte des Mineralisie-rungsverfahrens.

Um die Einflüsse der Minerallösungskonzentration auf die Einlagerung, Verteilung und die Form der Kristallbildung in der Acrylat-Wasserglas-Gemisch-Schicht festzustellen, wurde im Gemisch mit der Zugabe hochkonzentrierter Wasserglaslösung die Dichte der Sprühlösung auf 18 °Bé erhöht.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 35

Bild 37:

REM-Aufnahme der ausgehärteten Oberfläche einer Beschichtung der PEHD-Folie mit der Lösung eines Acryl-Wasserglasgemisches von einer Konzentration von 18 °Bé.

Vergrößerung: 1.000 fach

Maßstab: 11 mm 10 µm

Wie der Vergleich der Kristallformen auf der Schichtoberfläche in Bild 34 mit den Bild 37 erkennen lässt, verändert sich mit der Konzentration der Minerallösung die Kristallbildung auf der Schichtoberfläche. Die nadelig fasrigen Einzelkristalle in Bild 37 lagern sich zu federähn-lichen Kristallaggregaten zusammen und bedecken unausgerichtet in dichter Verteilung die Schichtoberfläche.

Bild 38:

REM-Aufnahme einer Ausschnittsvergrößerung der Mitte des Bildes 37 zur Sicht-barmachung der Lage von gerissenen und in die Schicht eingebundenen sowie an der Schichtoberfläche als Aufwachsungen erscheinenden Kristallen.

Vergrößerung: 2.500 fach

Maßstab: 26 mm 10 µm

Die bereits in Bild 37 sichtbare charakteristische Kristallform an großen Aggregaten ist in Bild 38 und 39 bei weiteren Vergrößerungen auch an kleinkristallinen Bildungen zu erkennen.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 36

Bild 39:

REM-Aufnahme eines durch die Zugkraftwirkung in Längsrich-tung aufgerissenen Kristalls, das fest in die Schicht des aus-gehärteten Polymers auf Acrylatbasis zu beiden Seiten des durchgehenden Risses eingebunden ist.

Vergrößerung: 7.500 fach

Maßstab: 8 mm 1 µm

Eine Aussage zur Haftfestigkeitsvermittlung zwischen dem aufgepfropften Kristall-Aggregat und der hochpolymeren Schicht liefert die Darstellung der senkrecht in Längsrichtung gespal-tenen Kristalle. Bild 37 lässt entlang des Risses in der Schicht mehrere so geteilte Kristalle er-kennen. Die 2.500 fache Ausschnittsvergrößerung in Bild 38 zeigt, dass dieser Trennungsvor-gang an mehreren Kristallen in gleicher Weise erfolgte. Eine weitere Vergrößerung auf das 7.500 fache lässt erkennen, dass die Kristallteile fest in der abgezogenen Schicht bis in deren Tiefe verankert sind.

Mit der Erkenntnis aus Bild 39 ist der Nachweis erbracht, dass die Haftfestigkeit zwischen Kristall und ausgehärtetem Polymeren größer ist, als die Zugfestigkeit in der polymeren Schicht selbst.

Für das Festigkeitsverhalten der Mineralien in sich selbst ist die Absoluthärte (Schleifhärte nach Rosiwal) von Bedeutung (/11/, S.22). Um eine quantitative Abschätzung der Festigkeit für die erzeugten Kristalle ableiten zu können, muss nach ihren chemischen Zusammensetzungen und nach dem jeweiligen strukturellen Aufbau die Zuordnung der Kristalle zu einer Gruppe der Mineralien im Mineraliensystem und die wahrscheinliche Identität des Minerals selbst festge-stellt werden. Mit Hilfe der für die bestimmten Mineralien in der Literatur angegebenen Ritzhärte gemäß der Mohsschen Härteskala kann auf die Absoluthärtewerte geschlossen werden. Eine messtechnische Bestimmung der Absoluthärte ist nur mit großem Aufwand möglich und würde im vorliegenden Fall keine baustoffrelevanten Aussagen ermöglichen. Deshalb sind die Betrachtungen zum Festigkeitsverhalten der verfahrensgemäß hergestellten Baustoffe und Bauteile für die Anwendungsfälle bedeutungsvoller.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 37

3.2. In den Kunststoffoberflächen erzeugte Mineralien

Zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der kristallbildenden Mineralien wird die Methode der Röntgenstrahlanalyse verwendet. Damit ist es möglich, die prozentuale Häufigkeit der an der Kunststoffoberfläche angelagerten chemischen Substanzen zu ermitteln und von der Lage der Bindungsenergien her, Aussagen über den strukturellen Aufbau der Stoffe abzuleiten. Im Vergleich mit den vorliegenden REM-Aufnahmen ist eine Zuordnung der betrachteten mine-ralischen Individuen in das Mineralsystem und die Bestimmung der Mineralart mit großer Wahr-scheinlichkeit vorzunehmen.

Während in Bild 10 nur der Bereich der Kohlenstoffbindungen im röntgenangeregten C 1s-Pho-tonenelektronenspektrum der unbehandelten und bestrahlten Folie diskutiert wurde und dort die durch die Photonenstrahlung initiierten photochemischen Veränderung der Bindungsverhältnisse für die Überlagerung der Spektralanteile für C 1, C 2 und C 3 zum Ausdruck kommen, zeigt der Vergleich der röntgenanalytischen Untersuchung der PEHD-Folie Probe 1 als unbehandelte Probe mit der nur bestrahlten PEHD-Folie Probe 6 die Veränderung infolge der photochemischen Wirkung im Bereich der Sauerstoffbindungen zwischen 750 und 1.000 eV Bindungsenergie (Bild 40).

Vergleicht man die röntgenangeregten Photonenelektronenspektren der Oberfläche der strahlen-aktivierten Probe 6 mit der bestrahlten und mineralisierten Probe 7 in Bild 41, dann ist deutlich die Veränderung im Bereich der Bindungsenergien zwischen den Peaks für O KL1 und C KL1 von 750 bis 1.000 eV zu erkennen sowie die Anwesenheit der Elemente Natrium, Silizium und Schwefel im Bereich unter 400 eV und für Natrium Na 15 bei 1.080 eV Bindungsenergie, die durch den Sprühauftrag einer Mischung aus Acryl-Hydrosol mit Wasserglaslösung verursacht wurde. Über den Anteil des Acryl-Hydrosols erfolgt der Eintrag von Schwefel in das Gemisch, der im Bereich der Bindungsenergie zwischen 100 und 200 eV zur geringen Ausbildung von Peaks führt. Durch die Dotierung des Acryl-Hydrosols mit Schwefel soll offenbar die Polymeri-sation des sich in wässriger Lösung befindlichen Acrylates beschleunigt werden. Damit im Zusammenhang kann die Anhebung des Peaks für C 1s von 65 auf 175 kCPS stehen. Das Erscheinen von Chlor als Cl 2p bei 200 eV ist auf eine geringe Verunreinigung des Gemisches mit NaCl in der Wasserglaslösung zurückzuführen.

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Bild 40: Vergleich der unbehandelten Probe 1 einer PEHD-Folie mit der photonenbestrahlten Probe 6.

Der Verlauf der Spektrogramme der röntgenanalytischen Untersuchungen zeigt deutlich die photochemisch initiierte Veränderung im Bereich der Sauerstoffbindungen und der Peakbildung des Kohlenstoffes.

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Bild 41: Vergleich der nur photonenbestrahlten Probe 6 mit der bestrahlten und verfahrensgemäß mine-ralisierten Probe 7. Der Verlauf des Spektrogrammes der röntgenanalytischen Untersuchung bestätigt die durch das Besprühen eingebrachten Elemente Natrium (Na), Silizium (Si) und Schwefel (S) und die Wirkungen auf die Sauerstoffbindungen der so mineralisierten Probe 7.

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Bild 42: Vergleich der Spektrogramme für die behandelte Probe 7 und für die nachfolgend noch mit Alu-miniumsulfatlösung besprühte Probe 9.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 41

Zur Beschleunigung des Abbindevorgangs beim Zementieren der mineralisierten Kunststoff-schnitzel kann als Abbindebeschleuniger neben Wasserglas auch Aluminiumsulfat eingesetzt werden. Der Vergleich der Spektrogramme für die Probe 7 und Probe 9 zeigt in Bild 42 die bei der Einwirkung einer niedrig konzentrierten wässrigen Aluminiumsulfatlösung von 3 °Bé statt-findende chemischen Veränderung der Oberfläche der bestrahlten und mit einem Gemisch aus Acryl-Hydrosol und Wasserglaslösung besprühten Probe 7 auf, die anschließend mit der Aluminiumsulfatlösung besprüht zur Probe 9 wird.

Ein wesentliches Merkmal der chemischen Veränderungen ist das Verschwinden des bei einer Bindungsenergie von 200 eV in der Probe 7 nachgewiesenen Chlors Cl 2p nach dem Besprühen mit einer wässrigen Aluminiumsulfatlösung von 3 °Bé im Spektrogramm für die Probe 9. Das gelöste Aluminiumsulfat (Al2(SO4)3

. 18 H2O) mit Wasserüberschuss der Sprühlösung führt zum Eintrag von Schwefel S 2s bei einer Bindungsenergie von etwa 240 eV. Es hinterlässt aber kein nachweisbares Aluminium im Spektrum der Probe 9. Damit muss das „Verschwinden” des Chlors und des Aluminiums im Spektrum im kausalen Zusammenhang stehen. Für den dabei ablaufenden Chemismus muss angenommen werden, dass das gesamte gelöst eingebrachte Aluminiumsulfat mit dem, im gelösten Wasserglas als Verunreinigung vorhandenen Natrium-chlorid zu AlCl3. 6 H2O und Na2So4

. 10 H2O reagiert. Das Aluminiumchlorid AlCl3. 6 H2O löst

sich im Sprühmittelwasserüberschuss und fließt an der vertikal zum Besprühen aufgehängten Probe als wässrige Lösung ab, wogegen das Natriumsulfat Na2So4

. 10 H2O als Niederschlag das Mineral Thenardit bildet und sich kristallin ablagert.

Bild 43:

Eine Ausschnittsvergrößerung des Bildes 38 (rechts oben) zeigt die Aggregat-Bildungen des Minerals Thenardit in ihren räumlichen Anordnungen.

Vergrößerung: ca. 3.900 fach

Maßstab: ca. 41 mm 10 µm

Wie sich das kristallin ausgebildete Mineral Thenardit (Na2[SO4]) auf der Probe 9 (Bild 43) in Aggregaten anordnet, zeigt eine Ausschnittsvergrößerung aus Bild 38 rechts oben. Mit einem Beobachtungswinkel von α = 30° wird die räumliche Anordnung in dem nunmehr 3.900 fach vergrößerten REM-Aufnahmeausschnitt sichtbar.

Die in den REM-Aufnahmen der Bilder 22 bis 25 gezeigten Kristalle lassen bei 250, 1.000, 2.500 und 7.500 facher Vergrößerung gut ausgebildete Aggregate und Einzelkristallformen der Mineralien erkennen. Dabei handelt es sich um kristalline Bildungen, die auf Schnitzel einer DSD-Mischfraktion verfahrensgemäß erzeugt wurden.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 42

Bild 44:

REM-Aufnahme von fest anhaftenden einzelnen kristallinen Bildungen, sich überlagernder und aufliegend verwachsener Kristalle mit benachbarten mehlig dichten kristallinen und gelartig amorphen Bildungen.

Vergrößerung: 500 fach

Maßstab: 5 mm 1 µm

Bild 45:

REM-Aufnahme von Kristallaggregaten, die fest auf der Kunststoffoberfläche aufge-wachsen sind und sowohl Zwillingsbildungen als Kontaktzwillinge wie auch Durchgangszwillinge aufweisen.

Vergrößerung: 1.000 fach

Maßstab: 11 mm 10 µm

Bild 46:

REM-Aufnahme eines mineralisierten Kunststoff-schnitzels, welches nach der Ausmineralisierung trocken abgewischt wurde. Das Bild zeigt noch festhaftende kleinkri-stalline strahlige und mehlig dichte Kristallbildungen.

Vergrößerung: 2.500 fach

Maßstab: 26 mm 10 µm

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 43

Bevor das DSD-Kunststoffgemisch zur Mineralisierung bereit steht, wird es einer mehrstufigen Zerkleinerung unterzogen. Das führt zu einer Feinstverteilung von Inhaltsstoffen der geshred-derten Altmaterialien, z.B. aus Plastikflaschen von Waschmitteln, Kosmetika, Autopflege-mitteln, Farben, Fruchtsäften und anderen mehr. Diese Verschmutzungen tragen unterschied-lichste Chemikalien in das DSD-Kunststoffgemisch ein. Die undefinierten chemischen Sub-stanzen haften in geringen Mengen gemeinsam mit Schmutzteilchen auf den Oberflächen der Kunststoffschnitzel und werden in den Mineralisierungsprozess mit eingebunden. So ist es zu erklären, dass Mineralien mit unterschiedlicher Zusammensetzung entstehen können, in denen außer den Elementen, die der Wasserglaslösung mit seinen Verunreinigungen eigen sind, alle anderen Feststoffe und Flüssigkeiten bildenden chemischen Elemente nachweisbar werden.

Aus der Palette der mineralischen Verunreinigungen der Altkunststoffe werden neben Kalk-, Gips-, Zement- und Quarzstaub noch Ton- und Salzmineralien, Metallabriebe und auch Polyme-re in Staubform in die Kunststoffgemische eingetragen, so dass eine genaue Definition der sich bildenden Mineralien nach dem Bestrahlungs- und Mineralisierungsvorgang vorher nicht möglich ist und nur exemplarisch einige charakteristische Beispiele zur Veranschaulichung der Bildungen herausgegriffen werden können.

Die REM-Aufnahmen in den Bildern 44 bis 46 zeigen solche Kristallformen, deren Mineralart bestimmbar ist. Es handelt sich dabei um fest auf der Kunststoffoberfläche oder ihrer Mi-neralbelegung haftende kristalline Bildungen der Minerale, die aus der Vielfalt der Erschei-nungsformen willkürlich herausgegriffen wurden.

In Bild 44 werden zur Demonstration der Kristallbildungen in 500 facher Vergrößerung gut aus-gebildete Exemplare gezeigt, die eine Mineralbestimmung zulassen. Der im Quadranten rechts oben des Bildes 44 deutlich erkennbare Kristall hat eine Größe von etwa 10 µm Länge, 2 µm Breite und 0,5 µm Dicke. Seine linealartige, langsäulige Ausbildung lässt auf das Mineral Aktinolith schließen, dessen chemische Zusammensetzung mit Ca2(Mg, Fe)5[(OH, F)/Si4O11]2 angegeben wird. Da die Kristallausbildung dieses Minerals auch als prismatisch, nadelig, fasrig und breitstängelig beschrieben ist, können auch die benachbarten Bildungen in den übrigen Quadranten des Bildes diesem Mineral zugeordnet werden /11, S.86//12, S.361/. Für die relativ hohe Absoluthärte von 6,5 bis 37 (Schleifhärte nach Rosiwal /11, S.23) spricht die gut erhaltene Form der Kristalle, obwohl das mineralisierte Material aus dem die Probe entnommen wurde, mehrfachen Transportbewegungen, also Schubbeanspruchung, ausgesetzt war.

Für den verfahrensgemäß nach der Mineralisierung erfolgenden Zementierungsvorgang hat die Absoluthärte des Minerals aber keinen Einfluss, da sich die Kristallmasse des Minerals im Zementleim einbindet bzw. bei mechanisch abgestoßenen Mineralbildungen auf der noch vor-handenen Kristallisationswurzel des Minerals die Neubildung des Polysilikatkristalls erfolgt.

Das zur Mineralisierung der Kunststoffschnitzel verwendete Wasserglas vom Typ Na(2,5) 48/50 °Bé hat in der Ausgangslösung eine SiO2-Gehalt von 31,0 .. 33,0%, Na2O-Gehalt von 12,0 .. 15,5% und Verunreinigungen als Al2O3 und Fe2O3 von 1%. Dazu kommen noch die undefinierten chemischen Bestandteile der Kunststoffverschmutzung, die mit dem Wasserglas gemeinsam in die chemische Zusammensetzung der sich bildenden Minerale eingehen. Die überwiegend in den Mineralien zu erwartenden Elemente sind demnach Silizium (Si), Sauerstoff (O), Natrium (Na), Aluminium (Al), Eisen (Fe), und aus den Schmutzanteilen Kalzium (Ca), Kalium (K), Magnesium (Mg) sowie Fluor (F), Sulfationen (SO4

--) und Hydroxylgruppen (OH-).

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 44

Im Vergleich mit den in den Lehrbüchern /11/ und /12/ dargestellten Mineralien können anhand der REM-Aufnahmen und mikroskopischen Übersichtsaufnahmen den dort erkennbaren Bildungen eine ganze Reihe Mineralien zugeordnet werden. Der Unterschied zu den lehrbuch-mäßigen Kristallbildungen der Minerale, die unter den chemischen und physikalischen Bedingungen der gesteinsbildenden Naturvorgänge entstanden sind, besteht in der verfah-rensgemäßen Mineralisierung bei Raumtemperatur und Normaldruck.

Zum Verständnis der für die Praxis relevanten Zusammenhänge soll hier versucht werden, einige Erkenntnisse der durchgeführten Beobachtungen darzulegen.

Im Bild 45 zeigt die REM-Aufnahme in 1.000 facher Vergrößerung Kristallaggregate, die auf der aktivierten Kunststoffoberfläche aufgewachsen sind und die neben Einzelkristallen Zwil-lingsbildungen als Kontaktzwillinge wie auch Durchdringungszwillinge aufweisen.

Eine lamellare Zwillingsverwachsung ist in der Mitte des oberen Bildrandes zu erkennen. Darunter im Bild liegt ein Durchkreuzungszwilling, dessen Kristallbildung zum linken Bildrand hin herausgewachsen ist.

Ausgehend von der sechsseitigen, säuligen Kristallbildung können diese Bildungen Quarz, SiO2, Staurolith, Al4Fe[O|OH|SiO4]2 nach /12, S. 384/ oder 2FeO. AlOOH . 4Al2[O|SiO4] nach /11, S.78/ und Kyamit, Al2[O|SiO4] zugeordnet werden. Dem Mineral Kyanit entspricht der linealartig geformte Kristall am rechten Rand des Bildes 45. Es ist auch eine Zuordnung des Minerals Epidot, Ca2(Al,Fe)Al2[O|OH|SiO4|Si2O7], mit seinen stängeligen, strahligen und büschligen Bildungen denkbar, das ebenso der Bildung des Kristall-Aggregates in Bild 22 entspricht, wobei dort deutlich die büschelig stehenden Kristallindividuen in Richtung der Kristallisationswurzel orientiert sind.

Zu den hexagonalen Kristallsystemen, die formähnlich mit den Bildungen in Bild 45 sind, gehört ebenso wie Aragonit, CaCO3, das säulig, stängelig, an- und aufgewachsen auftritt, auch Horn-blende mit der Formulierung (Ca,Na,K)2-3(Mg,Fe,Al)5[(OH,F)2|(Si,Al)2Si6O22] mit dann sechs-seitigen Querschnitten. Mit hexagonalen Kristallsystemen erscheint auch Nephelin, KNa3[AlSiO4]4, in kurzsäuligen Kristallen.

Auf der in Bild 46 gezeigten REM-Aufnahme einer trocken abgewischten mineralisierten Kunst-stoffschnitzelprobe sind in einem Bruch Kristall-Aggregate zu erkennen, die als rosettenförmige und grobstrahlige Bildung vorliegen. Die Abwischbarkeit deutet auf sehr geringe Härte hin. Dieser Eigenschaft kann das Mineral Pyrophyllit, Al2[(OH)2|Si4O10], mit einer Absoluthärte von 0,03 .. 0,8 zugeordnet werden (links im Bild 46). Das rechts im Bild 46 sichtbare Aggregat, das offenbar auf darunter liegenden Kristallen erhaben auf der Oberfläche aufsitzt, kann als das Mineral Ägirin (Aegirin), NaFe[Si2O6], mit kurzsäuligen, nadeligen und meist mit spitzen Enden auslaufenden Kristallen von einer Absoluthärte 37 .. 100 oder als Jadeit, NaAl[Si2O6], mit einer Absoluthärte von 100 .. 120 gedeutet werden.

Zu den härteren Mineralien mit Absoluthärten zwischen 37 und 100, die verfahrensgemäß entstehen können, gehören Zoisit, Ca2Al 3[O|OH|SiO4|Si2O7], mit einer säuligen, nadeligen und breitstängeligen Kristallausbildung ohne gut entwickelte Endbegrenzung, ebenso Albit, Na[AlSi3O8], und Anorthit, Ca[Al2Si2O8], die säulige und als Wiederholungszwillinge ausgebil-dete Kristalle aufweisen. Solchen Kristallformen kann die Bildung in Bild 23 zugeordnet werden.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 45

Während die REM-Aufnahmen die Kristallbildung im Grenzschichtbereich zum Kunststoff mit hohen Vergrößerungen erkennbar machen, sind mit niedrigeren Vergrößerungen mittels optischer Mikroskope größere aufsitzende Kristallaggregate abbildbar.

Als häufigste Kristallformen kommen zur Zeolith-Gruppe gehörende Mineralien vor: Natrolith, Na2[Al 2Si3O10] . 2H2O und Mesolith, Na2Ca2[Al 2Si3O10]3

. 8H2O, die durch Licht eines Farbfilters vom Untergrund abgehoben erscheinen. Die langprismatischen, nadeligen und radialstrahlig angeordneten Kristalle treten besonders hervor. Als Einzelkristall erscheint das zur Gruppe der Foide gehörende Analcim, Na[AlSi2O6] . H2O, mit seiner kugelförmigen Gestalt.

Bild 47:

Mikroskopische Aufnahme eines mineralisierten roten Kunststoff-schnitzels. Die Mineralbildungen leuchten im Auflichte hell auf.

Vergrößerung: 160 fach

Maßstab: 8 mm 50 µm

Bild 48:

Eine Ausschnittsvergrößerung aus Bild 47 im Auflichte mit Braunfilter. Die größeren, licht-stark reflektierenden Aggregate heben sich vom abgedunkelten Untergrund leuchtend ab.

Vergrößerung: 320 fach

Maßstab: 16 mm 50 µm

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 46

Bild 49:

Ein Kristall-Aggregates im Auflichte mit Braunfilter fotografiert. Die nadeligen Kristalle sind radialstrahlig im Aggregat als Minerale angeordnet.

Vergrößerung: 320 fach

Maßstab: 16 mm 50 µm

Bild 50:

Kristallablagerung auf der Kunststoffoberfläche im Auflichte.

Vergrößerung: 320 fach

Maßstab: 16 mm 50 µm

Bild 51:

Eine Bildausschnittsvergrößer-ung von Bild 50 im Auflichte mit Braunfilter. Deutlich ist die Auflagerung des Minerals auf ei-nem Kristall zu erkennen.

Vergrößerung: 640 fach

Maßstab: 32 mm 50 µm

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 47

Die Bilder 47 bis 56 vermitteln einen Eindruck von der Kristallverteilung auf einer mineralisier-ten Kunststoffoberfläche und von der Makrostruktur vorgefundener Kristall-Aggregate.

In der im Auflichte entstandenen mikroskopischen Aufnahme von der mineralisierten Oberfläche eines rot eingefärbten Kunststoffschnitzels sind sehr deutlich die hell aufleuchtenden Mineralbil-dungen zu erkennen, wie Bild 47 zeigt. Unter Verwendung eines Farbfilters, hier wurde ein Braunfilter zum Abdunkeln des roten Untergrundes genutzt, treten die größeren lichtstark reflek-tierenden kristallinen Aggregate besonders gut hervor und heben sich vom abgedunkelten Unter-grund leuchtend ab. Die Aufnahme im Bild 48 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung der mikroskopischen Aufnahme von Bild 47 in 320 facher Vergrößerung bei Hervorhebung der größeren Kristall-Aggregate.

Unter Ausnutzung der Wirkung eines Braunfilters wird im Bild 49 ein Mineral sichtbar gemacht, dessen nadeligen Kristalle in einem radialstrahligen Aggregat eingewachsen sind. In solchen ra-dialstrahlig angeordneten langprismatischen, nadeligen Kristallen zeigen sich die Mineralien Natrolith und Mesolith, die sich aus den Substanzen der Wasserglaslösung und den eingebrachten Verunreinigungen entwickeln.

Wie sich die verschiedenen Mineralien durch Auflagerungen überschichten können, veran-schaulicht Bild 50. Durch das Einbringen von mit einer Wasserglaslösung (8 °Bé) minerali-sierten Kunststoffschnitzeln in eine Aluminiumsulfatlösung (3 °Bé) kommt es zur Auflagerung von Aggregaten des Minerals Aluminit, (Al2SO4)3

. 18H2O, und nach teilweisen chemischen Reaktionen der Aluminiumsulfatlösung mit noch löslichen Wasserglasanteilen auf der Kunststoffoberfläche zur Belegung mit dem Mineral Thenardit, Na2SO4, innerhalb der Aufla-gerung. In Bild 51 lässt sich in einer Bildausschnittsvergrößerung von Bild 50 (640 fach) die Auflagerung eines solchen Minerals auf dem Kristall-Aggregat eines Zeoliths am Rand einer solchen Bildung erkennen. Deutlich sind die noch herausragenden Kristallnadeln des darunter liegenden Aggregates zu sehen. Der Zusatz von Aluminiumsulfatlösung bewirkt eine Erhöhung der Druckfestigkeit der hergestellten zementgebundenen Bauglieder.

Die Verteilung der Kristall-Aggregate in der Mineralbelegung einer Kunststoffschnitzeloberflä-che zeigt Bild 52. Neben der Formenvielfalt sind auch verschiedenen Mineralien zu erkennen, so erscheinen beispielsweise neben den Mesolith- und Natrolith-Aggregaten links unterhalb der großen Mesolith-Bildung als Einzelkristalle fast kugelförmige Bildungen (Ikositetraeder) des Analcims.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 48

Bild 52:

Auflichtaufnahme der Mineralbelegung einer Kunststoffoberfläche mit aufsitzenden Kristall-Aggregaten unterschiedlicher Größen-ordnung.

Vergrößerung: 160 fach

Maßstab: 8 mm 50 µm

Bild 53:

Braunfilterauflichtaufnahme einer Ausschnittsvergrößerung aus Bild 52.

Vergrößerung: 320 fach

Maßstab: 16 mm 50 µm

Bild 54:

Eine Ausschnittsvergrößerung aus Bild 52 zur Sichtbarmachung von kleineren Kristall-Aggregaten im Auflichte mit Braunfilter.

Vergrößerung: 640 fach

Maßstab: 32 mm 50 µm

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 49

Bild 55:

Kristallaggregate im Auflichte mit Braunfilter fotografiert.

Vergrößerung: 320 fach

Maßstab: 16 mm 50 µm

Bild 56:

Ein Kristall-Aggregat im Auflichte mit Braunfilter aufgenommen.

Vergrößerung: 320 fach

Maßstab: 16 mm 50 µm

Das Bild 53 zeigt in 320 facher Vergrößerung das Zentrum der als Mesolith-Aggregate gedeu-teten Bildung mit einem eingewachsenen linealartigen, längssäulig ausgebildeten Kristall. Diese Kristallform trat bereits bei Einzelkristallen auf, die in den Bildern 44 und 45 zu sehen sind. Bei genauer Betrachtung des Bildes 52 sind solche Bildungen im rechten Bildteil vielfach zu erkennen.

Dass sich auch noch kleinere gut ausgebildete Kristall-Aggregate zwischen den größeren be-finden, beweist Bild 54 mit einer 640 fachen Ausschnittvergrößerung des im Bild 54 abgebil-deten Objektes. Während das Mineral Mesolith dem Kristallaggregat in der Bildmitte zugeordnet werden kann, ist rechts am Bildrand ein Natrolith-Aggregat zu sehen. Auch werden die darunter liegenden Mineralbildungen schemenhaft sichtbar, die durch die Benutzung des Braunfilters ver-dunkelt sind. Die durch Aufhellen im Auflichte hervorgehobenen Aggregate stellen also Auf-wachsungen auf tiefer gelegenen Bildungen dar. Diese Situation ist auch in Darstellung von Bild 55 erkennbar, die Kristallbildungen und Schichtungen in der Oberfläche einer anderen Probe von mineralisierten Kunststoffschnitzeln mit 320 facher Vergrößerung im Auflichte mit Braunfilter zeigt. Auch hier sind neben den Aggregaten von Mesolith- und Natrolith-Kristallen eine Bildung des Minerals Analcim als Einzelkristall und ein ausgeprägter Einzelkristall in der linealartigen

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 50

Form des Minerals zu sehen, das als Selenit, Gipsspat oder Aktinolith gedeutet werden kann. Schließlich zeigt die Aufnahme des Bildes 56 aufgehellt die Bildung eines Natrolith-Aggregates auf dem abgedunkelten Untergrund.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 51

3.3. Besonderheiten bei der Einarbeitung von DSD-Material

Nachteilig für den Einsatz des Mineralisierungsverfahrens können beispielsweise verstärkt als Verunreinigung in geshreddertes DSD-Material eingetragene chemische Substanzen auswirken, die bereits in geringen Mengen einer Anlagerung der Mineralisierungslösung an der Kunststoff-schnitzeloberfläche entgegenwirken. Solche chemischen Substanzen, die eine Solubilisation des Mineralanteils im Mineralbad durch Umhüllung der Mineralbestandteile und / oder die Verbin-dung der Kristallbildung an der aktivierten Oberfläche des Kunststoffschnitzels durch grenzflä-chenaktive Wirkung hervorrufen, sind insbesondere in Reinigungsverstärkern von Waschmitteln enthalten, die über deren anfallenden Verpackungsmittel als anhaftende Verunreinigung in den Prozessablauf hineingetragen werden. Das Wirkprinzip dieser Reinigungsverstärker besteht darin, dass sie im Reinigungs- bzw. Waschprozess die Redeposition des Schmutzes, also das Wiederaufziehen der Schmutzpartikel auf die gereinigte Oberfläche, verhindern. So wie diese Substanzen einer Demulgierung des emulgierten Schmutzes entgegenwirken, sind diese im solubilisierenden Wasser enthaltenen Chemikalien dem gewollten Mineralisierungsprozess abträglich.

Die störenden Komponenten sind meist grenzflächenaktive Stoffe, die als Gemische von anion-aktiven, kationaktiven und nichtionogenen Tensiden den Waschmitteln zugesetzt werden und amphiphile Stoffe darstellen. Sie wirken in der Regel mit Zusätzen hydrotroper Substanzen zusammen, die die Wasserlöslichkeit von sonst schwerlöslichen Stoffen erhöhen.

Als Tenside häufig verwendet werden Alkylsulfate und Alkylacrylsulfonate. Die Alkylsulfate sind als Fettalkoholsulfate die Salze einer etwa gleich starken Säure und Lauge, die in wässriger Lösung vollkommen neutral und härtebeständig sind. Sie besitzen ein hohes Emulgier-, Dispergier-, Netz-, Schaum- und Reinigungsvermögen und bilden somit eine Abschwemmgefahr für die auf die Kunststoffschnitzel aufzubringende Mineralisierungslösung.

Die Alkylacrylsulfonate sind ebenso säure- und basenbeständig und besitzen eine hohe Härtebe-ständigkeit. Noch stärker grenzflächenaktiv als die ionogenen Tenside sind die nichtionogenen Tenside, die Noionics. Sie sind säure- und alkaliresistend und auf ihre Eigenschaften hat der pH-Wert der Mineralisierungslösung keinen Einfluss.

Die als Aufbaustoffen von Waschmitteln verwendeten Mineralstoffe stören den Mineralisie-rungsvorgang nicht. Zu ihnen gehören als Alkalispender neben Wasserglas kalzinierte Soda, Na2CO3, oder Kristallsoda, Na2CO3

. 10 H2O, sowie Natriummetasilikat, Na2SiO3, und Natrium-silikat, Na2Si2O5, die in die Kristallbildungen als mineralische Bestandteile eingehen können.

Aus Untersuchungen wurde die Erfahrung gewonnen, dass den negativen Einflüssen der Tenside, wenn sie in erhöhtem Maße auftreten, mit einem Zusatz eines wässrigen Acryl-Hy-drosols entgegengewirkt werden kann. Die zur Pfropfpolymerisation geeigneten Acryl-Mono-mere in wässriger Lösung verbessern dabei auch die Pfropfpolymerisation der mineralisierenden anorganischen Bestandteile in einem Gemisch als Mineralisierungslösung.

Die im DSD-Material enthaltenen Eiweißverunreiningungen durch Lebensmittelreste werden einerseits inertisiert und wirken andererseits in der Zementierung wie freie Kieselsäure, indem der im Zement enthaltene Kalk zu wasserfestem Kalkeiweiß (Kalkalbuminat) gebunden wird /18/.

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Wasch- und Lebensmittelreste sind die wesentlichsten Verunreinigungen der DSD-Materialien. Zur verfahrensgemäßen Verwertung des DSD-Materials ist die Verarbeitung der Kunststoff-schnitzel ohne einen zwischengeschalteten Waschprozess sinnvoll.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 53

4. Einbindung der behandelten Hochpolymere in eine Zementmatrix

4.1. Zementierungsvorgang an der Oberfläche eines mineralisierten Kunststoffschnitzels

Nach der Mineralisierung von photonenbestrahlten Hochpolymeren ist deren Einbindung in eine Betonmatrix mit Zement als Bindemittel möglich. Der Zementierungsvorgang an den Oberflächen eines Kunststoffschnitzels entspricht der Fortführung des Mineralisierungsvor-ganges mit einem anderen Gemisch der Mineralisierungslösung, dem Zementleim. Der Wir-kungsmechanismus entspricht dabei einer Auflagerung des Zementsteins als Mineral auf der Kristallbelegung der mineralisierten Kunststoffoberfläche, wie sie in den mikroskopischen Aufnahmen der Bilder 50 und 51 veranschaulicht wurde.

Bild 57:

Aufnahme einer zementierten Oberfläche eines Kunststoff-schnitzels.

Vergrößerung: 160 fach

Maßstab: 8 mm 50 µm

Bild 58:

Ausschnittvergrößerung von Bild 57, die im Auflichte die Einzel-heiten von Zementaggregaten erkennen lässt.

Vergrößerung: 320 fach

Maßstab: 16 mm 50 µm

Die Mikroskopaufnahme in Bild 57 zeigt eine zementierte Oberfläche eines mineralisierten Kunststoffschnitzels in 160 facher Vergrößerung. Das Probenmaterial wurde einem maschinell gefertigten Formstein (Ökopflasterstein: hergestellt aus ca. 80 Volumenprozent gemäß Verfahren behandelte DSD-Mischfraktion und 20 Volumenprozent Zement PZ45F) entnommen. Das Bild 57 gibt eine geschlossen mit Zementstein bedeckte Fläche wieder. dass es sich dabei um kristal-

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line Zementaggregate handelt, veranschaulicht das mit 320 facher Vergrößerung im Auflichte fotografierte Bild 58. Es sind Bildungen des Zementsteins mit 10 µm Durchmesser und weniger zu erkennen.

Wie die Bildung des Kalk-Silikat-Hydrates im Zementstein aussieht, ist aus der Literatur be-kannt. Das Bild 59 zeigt die REM-Aufnahme eines 12 Tage alten Zementsteins /13, S. 53/. Die Strichlänge in der Schriftleiste des Bildes 59 entspricht 10 µm und zeigt die Größenordnung der sichtbaren Kristallaggregate an.

Bild 59:

REM-Aufnahme von Bildungen der Kalk-Silikat-Hydrate in einem 12 Tage alten Zementstein.

Entnommen aus /13, S. 53/

Vergrößerung: ca. 4500 fach

Maßstab: 45 mm 10 µm

Die im Bild 58 im Auflichte sichtbaren Einzelheiten von Zementstein-Aggregaten bestehen demnach ebenso aus nadeligen Kristallen. Sie beginnen sich nach dem Einmischen des Zement-leimes in die Schüttung der mineralisierten Kunststoffschnitzel in einem Zwangsumlaufmischer im Verlaufe der Hydratation auszubilden, wobei der Zementleim zu Zementstein erstarrt. Die Hydratation ist die eigentliche Erhärtungsreaktion. Während der Hydratation werden die Zementbestandteile allmählich in wasserhaltige kristalline Neubildungen umgewandelt. Das Calziumsilikathydrat, m CaO. SiO2

. n H2O, trägt in allen Normzementen hauptsächlich zur Festigkeit bei /14, S. 138/.

Bild 60:

REM-Aufnahme einer Zementbelegung der mineralisierten Kunst-stoffoberfläche.

Vergrößerung: 7.500 fach

Maßstab: 8 mm 1 µm

Im Bild 60 zeigt die REM-Aufnahme die Oberflächenstruktur einer Zementsteinbelegung der mineralisierten Oberfläche eines Kunststoffschnitzels. Die Kristallbildungen des Calziumsili-

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kathydrates sind bereits dicht zusammengewachsen und befinden sich in der Endphase der Hydratation.

Bild 61:

REM-Aufnahme einer mit Aluminiumsulfatlösung angelösten und überdeckten Oberfläche einer bei der Mineralisierung mit Wasserglaslösung entstandenen Mineralschicht.

Vergrößerung: 3.000 fach

Maßstab: 32 mm 10 µm

Durch die Berührung des sich im Gelzustand befindlichen Zementleimes mit den kristallinen Bildungen auf den Oberflächen der mineralisierten Kunststoffschnitzel kann es während der Hydratation zur Auflösung der bereits entstandenen Kristall-Aggregate der Minerale kommen. Das Bild 61 zeigt einen analogen Auflösungsvorgang, der durch das Aufbringen von Alumini-umsulfatlösung auf der durch Mineralisierung mit Wasserglaslösung entstandenen Oberflächen-belegung eingeleitet wurde. Dabei werden die nadelförmig und radialstrahlig abstehenden Kristalle der Mineralaggregate gelöst und ihre chemischen Bestandteile zu neuen Bildungen umgewandelt. Das am linken Bildrand sichtbare Einzelkristall des kugelförmigen Analcims blieb ungelöst.

Bild 62:

REM-Aufnahme der nach der Zementierung entstandenen kri-stallinen Neubildungen des Zementsteins auf der mineralisierten Oberfläche eines Kunststoffschnitzels.

Vergrößerung: 7.500 fach

Maßstab: 8 mm 1 µm

Zu solchen Auflösungen der Minerale in ihre Bestandteile und deren Einbindung in die sich neubildenden Silikate kommt es während der Hydratation des Zementgels zu Zementstein. Bild 62 zeigt in 7.500 fachen Vergrößerung nach der Zementierung entstandene kristalline Neubil-dungen von Zementstein auf der Oberfläche eines mineralisierten Kunststoffschnitzels. Diese

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Neubildungen finden dabei ihre Kristallisationswurzeln an den Stellen der Grenzschicht zwischen Kunststoff und den angelösten, in die kristalline Neubildung eingegangenen ehe-maligen Kristallaggregaten der Minerale oder sie wachsen an den ungelösten Kristallbildungen auf. Damit entsteht ein neuartiger Verbundstoff.

Bild 63:

REM-Aufnahme eines minera-lisierten Kunststoffschnitzels, das mehrfach in Behältern transportiert wurde.

Vergrößerung: 1.500 fach

Maßstab: 16 mm 10 µm

Die durch teilweisen mechanisch trockenen Abrieb (Material wurde nach der Mineralisierung mehrfach in Säcken und Behältern transportiert; Anlieferung an Formsteinfertiger) entstandene Oberfläche eines mit Wasserglaslösung mineralisierten Kunststoffschnitzels ist in Bild 63 zu sehen. Im linken Teil der Bildmitte ist deutlich ein abgescherter Kristall zu erkennen, der offenbar fest auf der Grenzschicht der Kunststoffoberfläche aufsitzt. Die Haftkräfte des Kristalls in der Grenzschicht sind demnach größer als die Scherfestigkeit des Kristalls, die durch seine Absoluthärte abgeschätzt werden kann.

Beachtenswert erscheint auch die Führung der Bruchlinie (von der linken Bildrandmitte bis zum rechten oberen Bildrand) innerhalb der Mineralschichtoberfläche. Dieser Bruch entstand vermutlich durch den Abreibedruck gegen das elastische Kunststoffschnitzelvolumen. Die dabei entstandenen Schollen der Mineralschicht haften, wie der abgescherte Kristall, fest an der Grenz-schicht.

Bild 64:

REM-Aufnahme eines mineralisierten Kunststoff-schnitzels analog zu Bild 63, das nach ca. 30 Tagen mit Alu-miniumsulfat nachbehandelt wurde.

Vergrößerung: 3.000 fach

Maßstab: 32 mm 10 µm

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Bild 65:

REM-Aufnahme einer Probe wie in Bild 64, jedoch mit ausgeprägteren Bruchlinien auf der Oberfläche.

Vergrößerung: 3.000 fach

Maßstab: 32 mm 10 µm

Bild 66:

REM-Aufnahme eines aus einem Formstein entnommenen vollständig verfahrensgemäß behandelten Kunststoff-schnitzels. Sichtbar ist die ze-mentierte Oberfläche.

Vergrößerung: 20 fach

Maßstab: 22 mm 1 mm

Bild 67:

REM-Aufnahme einer 12,5 fachen Ausschnitts-vergrößerung von Bild 66 zum Sichtbarmachen von ober-flächigen Bruchlinien und auf-sitzenden kristallinen Bildungen der Zementsteinschicht.

Vergrößerung: 250 fach

Maßstab: 27 mm 100 µm

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 58

Bild 68:

REM-Aufnahme einer 75 fachen Ausschnittsvergrößerung von Bild 66 mit der Darstellung von Bruchlinien auf der Oberfläche der Zementsteinschicht.

Vergrößerung: 1.500 fach

Maßstab: 16 mm 10 µm

Spannungsrisse, die durch Schrumpfung des Schichtmaterials hervorgerufen wurden, lassen eine weitere Deutung der Entstehung von Bruchlinien innerhalb der Mineralschichtoberfläche zu. Das ist der Fall, wenn die Mineralschicht aus Wasserglas nur abgetrocknet und damit amorph und nicht auskristallisiert ist. Das Auskristallisieren des Minerals erfolgt durch die Aufnahme von Kristallwasser, die zu einem Kristallwachstum führt. So lässt sich das Aufreißen der Mineral-schichtoberfläche auch durch Anheben der oberen Schicht durch Ausdehnung der darunter liegenden Schichten infolge des Kristallwachstums erklären.

Während mit Bild 63 eine aus Wasserglaslösung entstandene Mineralschicht diskutiert wurde, zeigen die Bilder 64 und 65 die REM-Aufnahmen von verschiedenen Oberflächenbereichen eines verfahrensgemäß mineralisierten Kunststoffschnitzels, das mit einer Alumi-niumsulfatlösung später nachbehandelt wurde. Im Vergleich der beiden REM-Aufnahmen wird sichtbar, dass die unterschiedlichen Oberflächenstrukturen auf ein und derselben Probe von verschiedenen Reaktionen der sich überschichtenden und die Minerale bildenden chemischen Substanzen, also Wasserglaslösung in der unteren Schicht und Aluminiumsulfatlösung in der darauf aufgebrachten oberen Schicht, in ihrer mengenmäßigen Verteilung beeinflusst werden und zu diesen unterschiedlichen Oberflächenstrukturen führen.

Zur Untersuchung dieser Strukturvorgänge an Oberflächen wurde aus einem verfahrensgemäß maschinell gefertigten Formstein ein Kunststoffschnitzel herauspräpariert.

Die Mineralisierung des Ausgangsmaterials erfolgte verfahrensgemäß unmittelbar nach der Photonenbestrahlung mit Wasserglaslösung. Im Anmachwasser der Zementierung wurde Alumi-niumsulfatlösung zugegeben. Die zementierte Oberfläche des Kunststoffschnitzels entstand schließlich unter dem Pressdruck der Steinformmaschine. Die Hydratation in der Abbindephase erfolgte analog der üblichen Betonformsteinherstellung im entformten Zustand. Die Entnahme der Probe erfolgte aus dem Inneren eines aufgebrochenen Formsteins.

Die vielfältig strukturierte Oberfläche des zementierten Kunststoffschnitzels zeigt die REM-Auf-nahme im Bild 66 in 20 facher Vergrößerung. Eine Ausschnittsvergrößerung in 250 facher Vergrößerung zeigt Bild 67. Bei dieser Vergrößerung werden neben den aufsitzenden härteren kristallinen Bildungen des Zementsteins auch oberflächige Bruchlinien sichtbar. Die Darstellung eines Abschnittes einer solchen Oberflächenbruchlinie des Zementsteins in 1.500 facher

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Vergrößerung zeigt Bild 68. Hier ist erkennbar, dass die Bruchlinie auf der Oberfläche der Zementsteinschicht aus längenbegrenzten Rissen an der Oberfläche besteht.

Die 7.500 fache Vergrößerung eines Risses, der bereits im Bild 60 gezeigt wurde, lässt erkennen, dass Brücken zwischen den Seitenbegrenzungen des Risses vorhanden sind, die analog dem Wachstum von Kalk-Silikat-Hydraten des Zementsteins (Bild 59) schließlich den Riss mit weiterer Hydratation kristallin ausfüllen.

Bild 69:

Aufnahme der Oberfläche eines aus dem Inneren eines Form-steines heraus gelösten und trocken abgeriebenen Kunst-stoffschnitzels.

Vergrößerung: 160 fach

Werden mineralisierte Kunststoffschnitzel zu zementgebundenen Formsteinen verarbeitet, dann verhindert der Pressdruck der Formsteinmaschine das ungestörte Wachstum der Minerale. Während sich in äußerlich unbelasteten Mineralschichten an ihrem Habitus erkennbare Mineralien ausbilden können, werden unter der Einwirkung des Pressdruckes andere Formen der Mineralien zu erwarten sein.

Bekanntlich wird die Flächenentwicklung der Kristalle neben der stofflichen Zusammensetzung der bildenden Lösung vom Druck und von der Temperatur während der Bildung beeinflusst. Eine Mineralart kann, bei gleichem Chemismus und Feinbau, deshalb ganz verschiedene Gestalten aufweisen /12, S.62/. Um den Einfluss der Pressdruckbelastung auf die Mineralbildung in Formsteinen zu ermitteln, wurde aus dem Inneren eines Formsteins 28 Tage nach seiner Her-stellung ein Kunststoffschnitzel herausgelöst und unter starkem Druck trocken abgerieben. Die dabei erhaltene Oberfläche zeigt Bild 69.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 60

Bild 70:

REM-Aufnahme eines Ausschnittes aus der Oberfläche, die im Foto (Bild 69) zu sehen ist. Die Vergrößerung zeigt völlig unregelmäßige Bil-dungen an der betrachteten Oberfläche.

Vergrößerung: 1.000 fach

Maßstab: 10 mm 10 µm

Zur Sichtbarmachung der Erscheinungsformen der Mineralbildungen wurden REM-Aufnahmen mit abgestuften Vergrößerungen eines Ausschnittes der Oberfläche des abgeriebenen Kunststoff-schnitzels von Bild 69 angefertigt. In einer 1.000 fachen Vergrößerung der betrachteten Oberfläche werden völlig unregelmäßige Bildungen sichtbar, die Bild 70 wiedergibt.

Mineralbildungen, die völlig unregelmäßig und als draht-, baum- oder astförmige Wachstumsge-bilde erscheinen, sind aus der Natur bekannt. Neben den Bildungsbedingungen beeinflusst aber auch die Anordnung der Atome im Kristallgitter die Entwicklung der Formen der Silikate. Es ist kein Zufall, dass die Minerale der Glimmergruppe, die einen netzartigen Atomverband haben, häufig blättchenförmig kristallisieren, während die kettenförmigen Gitter der Hornblende und Augite eine säulige oder fasrige Ausbildung zur Folge haben /12, S. 63/. Die Glimmermineralien ähneln in ihrem Chemismus den verfahrensgemäß erzeugten Silikatmineralien auf den Kunst-stoffschnitzeln.

Aus /21/ sind REM-Aufnahmen von Glimmermineralien bekannt, die zur vergleichsweisen Betrachtung herangezogen werden.

Bild 71:

REM-Aufnahme eines expandierten Glimmerminerals nach /21/.

Vergrößerung: 1.300 fach

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Bild 72:

REM-Aufnahme des Glimmerminerals nach Bild 71 nach /21/.

Vergrößerung: 4.000 fach

Bild 73:

Diagramm der Röntgenspektralanalyse zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung (EDX-Diagramm) des Glimmermine-rals nach /21/.

Aus dem röntgenspektralanalytischen Diagramm in Bild 73 nach /21/ ist ersichtlich, dass die chemische Zusammensetzung mit den Elementen Mg, Si, Al, K und Fe das untersuchte Glim-mermineral als Biotit, K(Mg, Fe)3[(OH, F)2|Al Si3O10] in der Hauptmasse ausweist. Beimi-schungen können daran sein: Muskovit, K Al2[(OH, F)2|Al Si3O10], und Phlogopit, K Mg3[(F, OH)2|Al Si3O10], aber auch eisenhaltiges Augit, (Ca, Mg, Fe)2[(Si, Al)2O6], und Ägirin, Na Fe[Si2O6], wenn die unbezeichnete Spitze rechts im Diagramm dem Element Natrium zugeordnet wird /11/.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 62

Bild 74:

REM-Aufnahme einer Aus-schnittsvergrößerung aus Bild 70, Bildmitte, von zapfenförmi-gen stalaktitischen Gebilden.

Vergrößerung: 3.000 fach

Maßstab: 33 mm 10 µm

Aufgrund des Expansionsvorganges des als Ausgangsstoff eingesetzten Glimmerschiefers kommt es bei der Herstellung des Agroverm®-Vermiculite durch die Einwirkung der Deformati-onskräfte zur Richtungsorientierung der Mineralkristalle. Diese Vorzugsrichtungen der Bildungen sind in den Bildern 71 und 72 zu erkennen. Vergleicht man die restlich anhaftenden Mineralbildungen im Bild 70 auf der betrachteten Oberfläche des trocken abgeriebenen mineralisierten und unter Druck zementierten Kunststoffschnitzels damit, dann ist die völlig unregelmäßige Struktur der Bildungen in Bild 70 verständlich, weil bei ihrer Entstehung der Pressdruck im Formstein senkrecht zur Oberfläche des Kunststoffschnitzels als Gegenlage wirkte und keine Vorzugsrichtung in den Koordinaten der Ebene erzeugte. Die Vergleiche der REM-Aufnahmen in den Bildern 70 mit 71 und 72 mit 74 in ähnlich hohen Vergrößerungen lassen in allen Abbildungen die identischen Strukturen der Silikate erkennen, die sich nur in den Ausrichtungen der Bildungen aufgrund der äußeren Krafteinwirkungen bei ihrer Entstehung unter den Herstellungsbedingungen der Produkte unterscheiden. Zur Diskussion der Entstehung der Mineralbildungen sind auch die in Bild 74, Bildmitte, sichtbaren zapfenförmigen, stalaktiti-schen Gebilde dienlich. Derartige Bildungen können einer Entstehung aus getrockneten gallertartigen Massen zugeordnet werden, die auf die vormals kolloidale Natur eines Minerals hinweisen /12, S.67/. Die im Bild 75 hervorgehobenen stalaktitischen Erscheinungsformen sind verfahrensgemäß aus einer Wasserglaslösung, also aus einer kolloidalen Form der Silikatverbin-dung entstanden und entsprechen damit einer gesetzmäßigen Erscheinungsform.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 63

Bild 75:

REM-Aufnahme einer Aus-schnittsvergrößerung aus der Bildmitte des Bildes 74 die zapfenförmige, stalaktitische Bildungen parallel zur Oberfläche des Kunststoff-schnitzels liegend, zeigt.

Vergrößerung: 7.500 fach

Maßstab: 8 mm 1 µm

Bild 76:

REM-Aufnahme einer stalaktitischen Verwachsung in einem Ausschnitt aus Bild 75.

Vergrößerung: 12.000 fach

Maßstab: 13 mm 1 µm

Eine optische Untersuchung der stalaktitischen Verwachsungen in Bild 75 links oben durch eine weitere Vergrößerung in einer 12.000 fachen REM-Aufnahme gibt keinen Aufschluss darüber, ob es sich hierbei um amorphe oder kryptokristalline Bildungen des Minerals handelt (Bild 76). Deutlich ist ein Kristallaggregat in Blockform zu erkennen, das sich als zwischen den stalaktitischen Gebilden eingewachsen zeigt und den bekannten Formen der Kristalle aus Wasserglas nach Bild 16 und 19 entspricht. Die Aufnahmen in den Bildern 74 bis 76 zeigen demnach die, auf der Oberfläche des mineralisierten und zementierten Kunststoffschnitzels nach Abrieb noch fest haftenden Mineralschichtreste. Wird die Mineralschicht stellenweise voll-ständig abgestoßen, dann kommt die Textur der Fibrillen des Kunststoffes zum Vorschein, die linienförmig in der Orientierungsrichtung sichtbar werden (Bild 77, rechts unten bis Mitte der Bildhöhe). Die in der Umgebung der Fibrillentextur sichtbaren Mineralreste haften am Unter-grund als kryptokristalline Bildungen fest an.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 64

Bild 77:

REM-Aufnahme eines Aus-schnittes aus der in Bild 69 gezeigten Oberfläche eines trocken abgeriebenen, mine-ralisierten und zementierten Kunststoffschnitzels, das aus einem Formstein herausgelöst wurde. Rechts im Bild ist die linienförmige Textur des Kunststoffes erkennbar, die unter der Mineralschicht liegt.

Vergrößerung: 1.5000 fach

Maßstab: 15 mm 10 µm

An dieser Stelle ist nochmals darauf hinzuweisen, dass der Widerstand gegen den mechanischen Abrieb der Mineralbildungen ihrer Absoluthärte entspricht.

Bild 78:

REM-Aufnahme analog Bild 70 die eine Mehrfachschichtung amorpher und kryptokristalliner Bildungen zeigt.

Vergrößerung: 2.000 fach

Maßstab: 21 mm 10 µm

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 65

Bild 79:

Eine Ausschnittsvergrößerung aus Bild 70, welche die Struktur der mineralischen Bildungen in der tiefer liegenden Schicht zeigt.

Vergrößerung: 5.000 fach

Maßstab: 5 mm 1 µm

In den Vergrößerungen der REM-Aufnahmen in den Bildern 78 und 79 von anderen Aus-schnitten des Bildes 70 sind ebenfalls die Erscheinungsformen der stalaktitischen Bildungen zu erkennen. Diese bestehen offenbar aus einer erstarrten gelartigen Phase amorpher und kleinkri-stalliner Mineralaggregate. Auffallend ist die unregelmäßige Anordnung ohne wiederkehrende charakteristische Gestalt oder Textur in den Mineralschichtungen.

Bild 80:

Ein Ausschnitt aus Bild 70, der eine völlig unregelmäßige An-ordnung der Mineralbildungen zeigt.

Vergrößerung: 7.500 fach

Maßstab: 7,5 mm 1 µm

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 66

Bild 81:

Doppelte Vergrößerung der Mitte von Bild 70, die eine unstruktu-rierte Mineralbildung sichtbar macht.

Vergrößerung: 15.000 fach

Maßstab: 15 mm 1 µm

Die in den Bildern 80 und 81 gezeigten Vergrößerungen bestätigen die bereits dargestellte Situation, dass es unter der Einwirkung des Pressdruckes bei der Herstellung von Formsteinen an der mineralisierten Oberfläche der zementgebundenen Kunststoffschnitzel nicht zu den wohlaus-gebildeten Kristallformen der Minerale kommt, wie sie in den Bildern 22 bis 27 gezeigt werden, sondern die Minerale als kryptokristalline Masse vorliegen und so die Bindungsschichten zum Kunststoff ausbilden. Der Anbindungsübergang besteht demnach aus kryptokristallinen mineralischen Bildungen, die an den Pfropfstellen auf die Makromolekülbündel aufgewachsen sind und unter dem äußeren Zwang des Pressdruckes nur geringe Abmaße erreichen. Zusammen mit den umgebenden ungeordneten amorphen Massen erscheinen sie in Bild 81 bei 10.000 facher Vergrößerung als erstarrte gelartige Phase des Minerals.

Die hier gewonnene Erkenntnis entspricht auch der zu Bild 30 getroffenen Aussage zum Anbin-dungsübergang zwischen Mineral und Kunststoffgrenzschicht, der den neuartigen Verbundstoff kennzeichnet.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 67

4.2. Eigenschaftspotentiale des neuartigen Verbundstoffes aus mineralisierten Kunststoff-schnitzeln und mineralischen Bindemitteln in einer Betonmatrix

Die Eigenart solcher Kunststoff-Mineral-Verbunde besteht darin, dass Eigenschaften der Aus-gangsstoffe zu neuen Eigenschaftspotentialen der damit erzeugten Verbundstoffe kombiniert werden können. Ein solches neuartiges Eigenschaftspotential für die mineralisch gebundenen Baustoffe ist die Nichtsprödbrüchigkeit bei Druckbelastung. Während Betonproben aus einem Zement-Sand-Kies-Gemisch das typische Bruchbild von gegeneinandergerichteten Doppelke-geln aufweisen, wie Bild 82 zeigt, führt die Druckkraftbelastung bei einem sehr stark zusam-mengedrückten Probekörper aus zementgebundenen mineralisierten Kunststoffschnitzeln zwar zu einer bleibenden Deformation, jedoch entsteht kein Sprödbruch, wie der Vergleich des Bildes 83 für den Probekörper mit mineralisierten Kunststoffschnitzeln gegenüber dem herkömmlichen Beton in Bild 82 nachweist.

Bild 82:

Das Bruchbild eines Betonprobekörpers aus einem Zement- Sand- Kies- Gemisch zeigt das sprödbrüchige Verhalten herkömmlichen Be-tons.

Bild 83:

Deformation eines hoch-belasteten Probekörpers aus ze-mentgebundenen Kunststoff-schnitzeln nach der Entlastung. Der zusammengedrückte Probekörper zeigt das nichtsprödbrüchige Verhalten im Vergleich zum Probekörper nach Bild 82 für Beton.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 68

Bild 84:

Ansicht der Flächen des nichtsprödbrüchigen Prüfkörpers aus zementgebundenen Kunststoffschnitzeln. Die Struktur des druckbelasteten Werk-stoffes bleibt weitgehend erhalten.

Bild 85:

Das Foto zeigt die Kanten eines druckbe-lasteten Prüfkörpers. Trotz Volumenkon-traktion bleiben die Kanten bei großer Höhenänderung noch erhalten.

Bild 86:

Der entlastete Prüfling mit reduzierter Höhe als bleibende Deformation.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 69

Die Fotos in den Bildern 84, 85 und 86 zeigen die Flächen und Kanten von Prüfkörpern aus zementgebundenen mineralisierten Kunststoffschnitzeln, deren Struktur trotz einer Volumen-kontraktion bei großer Höhenänderung noch erhalten blieb. Die elastischen Anteile an der Deformation bringen nach Druckentlastung des Prüflings wieder einen Höhengewinn. Das nicht-sprödbrüchige Verhalten ist abhängig von den Mischungsanteilen von Bindemittel und mineralisierten Kunststoffschnitzeln sowie von Zumischungen von Textilschnitzel- oder Fa-seranteilen. Aus diesem Eigenschaftspotential des nichtsprödbrüchigen Verhaltens unter Druck-beanspruchung resultiert beispielsweise bei Gemischen mit Textilschnitzelanteilen die Erdbeben-sicherheit, die mit Dauerstoßbelastungen im 3-Minuten-Abstand bis zu einer Deformation von 10% Stauchung bei einer Dauer von ca. 7 Stunden zu keinen Ermüdungserscheinungen, keine Rissbildung aufwiesen und damit auch nicht zum Bruch führen. Als weitere Eigenschaft aus diesem elastischen und nichtsprödbrüchigen Verhalten leitet sich die Schwingungsdämpfung ab. Aufgrund der Werkstoffstruktur des Verbundes, die sich aus elastischem Material (Kunststoffe, Textilien, usw.) und den mineralisierten Oberflächen (gemäß Verfahren und Zementierung) mit einer Vielzahl von Haftpunkten zusammensetzt, ergibt sich das Schalldämpfungsverhalten im Infraschallbereich mit einem Maximum im Bereich der Bassfrequenz. Die Schalldämmung des Baustoffes ist nach unserer Meinung nutzbar in Schichten zur Vermeidung von Körperschall, Trittschall und Luftschalleinwirkungen; bei der Herstellung von Maschinenfundamenten sowie von Straßen_, Autobahn- und Gleiskörperunterbau.

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 70

Bild 87: Schallemissionsdiagramm der SEA-Messungen an Normalbeton (oben), Textil-

schnitzelbeton mit unbehandelten Polyamidschnitzeln und verfahrensgemäß aus mineralisierten und zementierten Polyamidschnitzeln hergestellter Probe /23/

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 71

Die gegenüber Normalbeton besonders im Schwingungsverhalten anders gearteten Eigenschaf-ten des neuartigen Verbundstoffes, können auch zu seiner Identifizierung durch die Methode der Schallemissionsanalyse (SEA) /24/ genutzt werden.

Die Schallemissionsanalyse dient der Untersuchung von Aspekten der bruchmechanischen Werkstoffcharakterisierung durch die Möglichkeit, die zeitliche und räumliche Abhängigkeit ak-tiver Rissquellen voneinander zu analysieren. Daraus lassen sich Aussagen zum Haftverbund zwischen Füllmaterial und Zementmatrix, zu den elastischen Eigenschaften und zum Bruchver-halten ableiten.

Das Schallemissionsspektrum im Bild 87 zeigt für Normalbeton (Diagramm oben) zum Bruch-punkt hin einen deutlichen Anstieg der Impulsrate pro Zeiteinheit. Eine Textilbetonprobe aus unbehandelten Polyamidschnitzeln und Zementleim zeigt dagegen eine hohe Impulsrate der Rissbildung bei Belastungsbeginn und ein ständiges Weiterreißen und Zerbrechen des Werk-stoffes bis zum endgültigen Bruch (Diagramm mittig). Einen qualitativ anderen Verlauf zeigt das Diagramm (unten) für die Probe aus verfahrensgemäß mineralisierten und zementierten Polya-midschnitzeln. Charakteristisch ist die nur minimale Rissbildung bei Lastbeginn bis hin zu ca. 60% der Bruchlastaufnahme. Bis zur Bruchausbildung steigt dann die Impulsrate pro Zeiteinheit stark an. Dabei kommt es nicht zum abrupten Bruch, sondern zu einer irreversiblen Deformation, in deren weiteren Verlauf die Rissbildung fortschreitet und die Impulsrate steig abnimmt. Das bestätigt auch der in den Bildern 82 bis 86 gezeigte Sachverhalt der Druckprüfung. Im Gegensatz zu Normalbeton ist bei unbehandelten und behandelten Polyamid-Zement-Gemischen also ein plastisches Fließen mit Beginn des Lasteintrages zu erkennen. Bei der verfahrensgemäß behan-delten Probe lässt sich ein besserer Verbund in der Matrix erkennen als bei der unbehandelten Probe. Mit den Schallemissionsdiagrammen kann die Auswirkung der Kristallbildung auf dem hochpolymeren Füllstoff und den guten Haftverbund zur Zementmatrix, welche die elastischen Eigenschaften des Verbundstoffes zur Geltung bringt, dargestellt werden.

Die Eigenschaft der Druckstoßkompensation durch elastische Energieaufnahme ist auch die Ursache für den mittels Sprengversuch nachgewiesenen Detonationswiderstand des eigen-schaftsmodifizierten Baustoffes mit Textilanteilen.

Die durch Plattendruckprüfung nach DIN 18134-300 ermittelten Drucksetzungswerte bestätigen die hohen Elastizitätsmoduln mit EV1 = 63 .. 151 N/mm² und EV2 = 88 .. 295 N/mm² sowie das Elastizitätsverhältnis EV2/EV1 ≤ 2 N/mm² auf einem Untergrund (Ascheschüttung) mit nur EV2/EV1 ≤ 4 N/mm². Diese günstigen Drucksetzungswerte ermöglichen einen eventuellen Einsatz des Baustoffes für den Straßenbau, für den Schichtenaufbau von Deponieabdichtungen sowie für Abdeckungen in Altbergbaugebieten und bruchtektonisch gefährdetem Gelände. Speziell die guten Verdichtungs- und Tragfähigkeitseigenschaften des Materials sollten hierbei genutzt werden.

Ein weiters Eigenschaftspotential, das aus der Struktur des Baustoffes resultiert, ist die Wasser-durchlässigkeit. Die vom Verdichtungsgrad des Baustoffes abhängige Porigkeit bestimmt den Wasserdurchsatz und das Wasserrückhaltevermögen. Jedoch ist auch bei geringem Po-renvolumen stets die Wasserdurchlässigkeit gewährt, sobald die Poren mit Kapillarwasser gefüllt sind und das Überschusswasser unter dem Bauteil frei abfließen kann.

Zu diesem eben erwähnten Eigenschaftspotential gehört auch die Frost-Tau-Wechselbeständig-keit. Der Frost-Tau-Wechselversuch nach DIN 52 104 führte nach 56 Wechseln zu keinerlei Abplatzungen und Zerstörungen der aus mineralisierten Hochpolymeren mit Zement herge-

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stellten Proben. Die im Jahre 1992 aus diesem Material gebaute Teststrecke (Talsperreneinlauf) zeigt bis zum heutigen Datum keinerlei Witterungsschäden auf (Frostschäden, Unterspülungen, Auswaschungen, Spannungsrisse, ...).

Das Eigenschaftspotential der Wärmedämmung ergibt sich ebenfalls aus der Struktur und der stofflichen Zusammensetzung des Baustoffes, die mit der auf die Rohdichte bezogene Wärme-leitfähigkeit bei 10 °C Mitteltemperatur im trockenen Zustand angegeben werden soll. Für Prüflinge mit der Rohdichte ρtrocken= 790 kg/m³ wurde eine Wärmeleitfähigkeit von λ10,tr = 0,165 .. 0,172 W(m. K) ermittelt. Dies ermöglicht einen Einsatz des Baustoffes für Wärmedämmzwecke.

Zu einem anders gearteten Eigenschaftspotential gehört die Strahlenschutzwirkung solcher mineralisch gebundenen Baustoffe. Die für die Strahlenschutzwirkung bei Gamma-Strahlung bis zu einer Dosisleistung von 70.000 nGy/h nachgewiesenen Schwächungswerte mit Schichtdicken bis 540 mm lassen sich durch die Ausnutzung der Gasdichtheit von Bentofixmatten der Fa. Naue Fasertechnik im Schichten-Kombinationssystem auch zur Abdeckung von radonkontaminierten Flächen als Unterboden verwenden. In Bezug auf die Schutzwirkung gegenüber Gammastrahlung konnte für die zementgebundenen Baustoffe aus mineralisiertem, hochpolymerem Material ein höherer Massenabsorptionskoeffizient ermittelt werden als für Schwerbeton.

Die Eigenschaftspotentiale für den Bereich der mechanischen Beanspruchung solcher Baustoffe werden wesentlich durch das Mischungsverhältnis von Zement zu Füllstoff (bis zu 80 Volumen-prozent Füllstoffe), durch die Wasser-Zement-Zahl (unter Beachtung der Restfeuchte, die vom Mineralisierungsvorgang zurückbleibt) und durch den Verdichtungsgrad (zwischen 20 bis ca. 50%) bei der Weiterverarbeitung der Mischung bestimmt. In üblicher Weise wurden die anzuwendenden Rezepturen nach den Anforderungen des Einsatzzweckes entwickelt.

Bild 88 und Bild 89:

Dieser Baustoff kann mit herkömmlichen Bau-technologien verarbeitet werden. Die Auf-nahmen zeigen Arbeiten am Testobjekt Deponie „Himmlisch Heer” in Annaberg.

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Der neuartige Baustoff und die daraus gefertigten Bauglieder sind nach herkömmlicher Art und Weise recycelbar. Sie lassen sich mechanisch durch Sägen, Bohren und Fräsen bearbeiten. Entstehende Abfälle können geshreddert dem technologischen Prozess wieder zugeführt werden.

Die angeführten Beispiele für die nutzbaren Eigenschaftspotentiale sollten aufzeigen, dass der vorgestellte Baustoff ein vielseitiges und flexibel einsetzbares Material ist, nicht zuletzt auch aufgrund der Kombination von nutzbaren Eigenschaften der organischen und anorganischen Ausgangsstoffe in einem Verbundstoff.

Die Zusammenfassung wichtiger technischer Daten erfolgt im angeführten Datenblatt. Die zuge-hörigen Gutachten sind als Anlagen beigefügt bzw. können auf Anforderung zur Verfügung gestellt werden. Der Werkstoff, der aus recycelten organischen Abfall- und Restmaterialien hergestellt wird, hatte im Laufe seiner Entwicklung unterschiedliche Produkt- bzw. Arbeitsnamen (Textilschnitzelbeton, Elbasto, eocodur und elaston). Die werden Sie gegebenen-falls in den Gutachten wieder finden.

Konkrete erste Anwendungsfälle (z.B. Talsperreneinlauf, Rasensteine, ...) entnehmen Sie bitte beiliegendem Prospekt.

PARAMETER WERT QUELLE

Druckfestigkeit

vorwiegend fasrige Stoffe 4,15 ..5,60 N/mm² bei ρ = 1,09...1,20 kg/dm³

P1

DSD-Mischfraktion 4,2 ..7,5 N/mm² bei ρ = 0,93...1,22 kg/dm³

P18

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DSD-Mischfraktion ohne verfah-rensgemäße Behandlung

1,56 ..1,79 N/mm² bei ρ = 0,84...0,91 kg/dm³

P18

Druckspannung 2,73 ..0,83 N/mm² bei 10% Stauchung P1

Zugfestigkeit 0,47 ..0,83 N/mm² P1

Biegezugfestigkeit 1,79 ..3,26 N/mm² P1

Wärmeleitwert 0,227 ..0,245 W/m. k bei Rohdichte trocken von 0,86...0,95 kg/dm³

P2

0,144 ..0,178 W/m. k bei Rohdichte trocken von 0,71...0,86 kg/dm³ λ10,tr= 0,165...0,172 W/m. k bei Bezugsfeuchtegehalt 12,1...12,5% (geprüft nach DIN 52620) λ10,80%= 0,195...0,200 W/m. k 3) bei Rohdichte 0,740...0,790 kg/dm³, bei Bezugsfeuchtegehalt 80% (nach DIN 52620) Zuschlagwert mindestens 0,198 W/m. k

P3

λ25,tr= 0,0791...0,0997 W/m. k bei Rohdichte trocken von 0,36...0,51 kg/dm³

P4

Baustoffklasse B 1 - schwerentflammbar P5

Druck-Setzungswerte elaSton-Schicht aus loser Schüttung: zum Plattendruck-Versuch Ev1 = 94,70 ; 151,86 N/mm² Ev2 = 150,08 ; 295,51 N/mm² Ev2 / Ev1 = 1,6 ; 2,0

P6

elaSton-Schicht mit Dichtungsmatte als Einlage: Ev1 = 63,88 ; 69,55 N/mm² Ev2 = 88,34 ; 100,25 N/mm² Ev2 / Ev1 = 1,4 ; 1,4.

P6

Tragfähigkeit im Straßenbau Verformungsmodule größer als die Mindestan-forderung nach RSTO 86/89 mit Ev2 ≥120 N/mm² und Verhältnissen Ev2 / Ev1 = 2...1,6 auf Grundplanum mit Ev2 < 4N/mm² günstiger als die gemäß ZTVE-StB 76 zu erreichenden Verhältniswerte. Für Fahrbahnen der Bauklasse VI mindestens geeignet.

P7

Frost-Tau-Wechselbeständigkeit Nach 56 Frost-Tau-Wechseln war kein Probe-würfel zerstört und es traten keinerlei Abplat-zungen auf.

P10

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Wasserdurchlässigkeit Bei der Prüfung der Wasserdurchlässigkeit kommt es sofort zum Wasserdurchtritt nach Sättigung des Materials.

P9

Versickerungsversuche von Gießwasser ergaben einen Wasserdurchlass von 40 l/m² in 10 min bei 80 mm Schichtdicke (das entspricht 666 l/s.ha). Gas- und Sickerwasserdurchtritt kann durch den Einbau mineralisch ge-bundener Dichtmatten verhindert werden.

P10

Wasseraufnahmegrad Wm,amassebezogen = 70,9 % Wv,avolumenbezogen = 50,0%

P11

Tragkraft Die Kraftaufnahme bei einer Stauchung von 2 bis 3% beträgt ca. 2.000 kN/m², das ent-spricht vergleichsweise der Last einer Erdauf-schüttung von 100 m Höhe.

P11

Eluat-Analysen Alle Werte genügen den Kriterien der TA-Abfall. Die Eluat-Werte liegen weit unter den Zuordnungswerten nach der TA- Abfall.

P12

Akute Fischtoxität GF-Wert 2 bei pH- Wert von 7,4 P13

Witterungs- und Verrottungs-beständigkeit

Vergleichbar mit Holzspanbeton durch Mine-ralisierung der Textilschnitzel und deren zementgebundene Verarbeitung; seit mehr als 70 Jahren Stand der Technik und als wit-terungsbeständig sowie als frost- und fäulnis-sicher im Bauwesen international bestätigt.

P14

Haftungsvermögen der Mineral-schichten auf zementgebundenen Textilschnitzeln

Nachweis anhand des Aschegehaltes bei 850°C nach Intensivkochwäsche: für Deponie- Alttextilien unbehandelt: 3% 1% zementgebunden und ungewaschen: 53,17% 42,33% gewaschen und ausgelesen: 34,95% 30,09% festhaftende Anteile: 65,73% 71,08%

P15

Schallabsorption Infraschallabsorption mit Maximum bei 350 Hz.

P16

Strahlenschutz Gammadosisleistung von 70.000 nGy/h wurde bei 320 mm Materialstärke auf 670 nGy/h und bei 540 mm Materialstärke auf 238 nGy/h re-duziert. In 1m Höhe über der Materialschicht wurde ein Normalwert von 160 nGy/h gemes-sen.

P17

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5. Inertisierung der photonenbestrahlten und anmineralisierten Materialien

5.1. Wirkungsmechanismus der verfahrensgemäßen Inertisierung von chemisch- toxisch kontaminierten Materialien

Von altersher bekannte natürliche Wirkungsmechanismen, die ihre Ursache in Sonnenstrahlen und alkalisch wirkenden Medien haben und eine sehr lange Einwirkungsdauer erfordern, werden mit technischen Mitteln erzeugt und in einem beschleunigten technologischen Ablauf zur verfahrensgemäßen Inertisierung genutzt. Den wirksamen Wellenlängen des Sonnenlichtes von 660 nm bis 2.100 nm entspricht der Bereich der spektralen Leistungsverteilung in den Wellen-längen 700 nm bis 2.200 nm des als Wirkungselement zur Strahlenerzeugung genutzten Infrarot-Halogenhellstrahlers, dessen Kennlinie in Bild 4 wiedergegeben ist. Der von der Sonne auf die Erdoberfläche eingestrahlten Strahlungsleistungsdichte von 0,1387 W. cm_² steht die von dem genutzten Infrarot-Hellstrahler erzeugte elektrische Leistungsdichte von ca. 400 W. cm_² im Wirkungspaar Strahler - Reflektor im Bereich der äußeren Brennlinie gegenüber (vergl. Bild 1). Im Bereich der äußeren Brennlinie ist der technologische Vorgang der thermischen Inertisierung lokalisiert. Dort erfolgt der Energieeintrag konzentriert durch die Fokussierung der Infrarot-Hell-strahlung (Bild 1), der sich in der Temperaturverteilung nach Bild 2 ausmessen lässt. Das besondere des Energieeintrages ist die schockartige Wärmestrahleneinwirkung auf das bestrahlte Material, die durch den Temperaturverlauf mit dem steilen Temperaturgradienten in der Brennli-nienebene gekennzeichnet ist, wie ihn Bild 3 zeigt. Die dabei auftretende Wärmewirkung erzielt eine Farbtemperatur von mehr als 600 °C in der Brennlinie. Die Dosis der Energiezufuhr für den Inertisierungsvorgang als Menge der vom bestrahlten Material absorbierten Strahlungsenergie kann über die Durchlaufgeschwindigkeit, den Abstand des Strahlers vom Material und der Schichtdicke des auf einem Transportband liegenden Materials eingestellt werden.

Die Keimfreimachung und / oder Entgiftung erfolgt mit der Wärmestrahlung im Bereich einer molaren Energie von 60 bis 170 kJ. mol-1, die gleichzeitig eine photochemische Aktivierung verursacht. Dadurch ist es möglich, das thermisch dekontaminierte Material einschließlich des unschädlich gemachten, vorher toxischen Substrates, nach der photochemischen Behandlung zu mineralisieren. Eine dauerhafte Dekontamination wird mit der verfahrensgemäßen Mineralisierung und Zementierung erreicht, die in den Abschnitten 2. und 3. beschrieben wurden.

5.2. Effekte der Inertisierung chemisch-toxisch kontaminierter Materialien

Zu den bisher bekannten Verfahren zur photochemischen Entseuchung wird UV-Licht und sicht-bares Licht in Verbindung mit färbenden Sensibilisatoren angewendet, deren Nachteile in lang dauernden Zykluszeiten und Beschränkungen auf bestimmte Materialien bestehen. Nachteilig in materialwirtschaftlicher Sicht ist auch die Stoffvernichtung durch pyrolytische Zersetzung und basische Einbindung der Verbrennungsrückstände zwecks Deponierung. Bekannt ist nach diesem Verfahren aber auch der Nachweis der Langzeitlagerung durch Bindung der Reststoffe mit Zement, Bentonit oder Branntkalk bzw. Gemischen solcher Bindemittel.

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Bild 90: Chromatogramme relativ unpolarer und ohne Derivatisierung der gaschromatischen Be-

stimmung zugänglicher Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel nach dem GC-Programm 8.0 für die unbehandelte Vergleichsprobe (oben) und die nach dem Inertisierungsverfahren behandelte Probe (unten).

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Bild 91: Chromatogramme relativ polarer und erst nach Derivatisierung der gaschromatischen Be-

stimmung zugänglicher Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel gemäß GC-Programm 12.0 für die unbehandelte Vergleichsprobe (oben) und die nach dem Inerti-sierungsverfahren behandelte Probe (unten).

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Nach dem hier vorgestellten Verfahren wird die Behandlung des schadstoffkontaminierten Materials in folgenden Stufen vorgenommen:

a) Desorption giftiger Stoffe oder Verunreinigungen durch Thermoschock

b) Entgiftung durch Neutralisation

c) Kapselung der neutralisierten Stoffe.

Die Effekte der Inertisierung wurden an chemisch-toxisch kontaminierten Kunststoffmischungen geshredderter Giftbehälter untersucht denen mehr als 67 verschiedenen Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel als Verunreinigungen anhafteten.

Im Bild 90 sind die Chromatogramme von relativ unpolaren und ohne Derivatisierung der gas-chromatischen Bestimmung zugänglichen Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungs-mittel zu sehen. Das obere Spektrum zeigt die Analyseergebnisse des unbehandelten Materials, im unteren Spektrum werden die Ergebnisse nach dem Inertisierungsverfahren wiedergegebenen (P20). Der Vergleich der Chromatogramme der unbehandelten und der inertisierten Probe zeigt den Behandlungseffekt im Sinne einer Entgiftung der verunreinigten Kunststoffmischung. Die überwiegende Mehrheit der Gifte ist nicht mehr nachweisbar. Der verbleibende Restanteil von Schadstoffen wurde auf unterkritische Werte reduziert.

Der Vergleich der quantitativen Befunde weist für die verbliebenen Restanteile Reduzierungs-faktoren aus, die für Aldrin 3,92 mit einem Rückstand von 0,26 mg. kg_1, für α_Endosulfat 4,09 mit Rückstand von 0,093 mg. kg_1, für trans-Heptachlorepoxid 227,89 mit einem Rückstand von 0,071 mg. kg_1, sowie für Heptachlor 1,25 mit einem verbliebenen Rückstand von 0,048 mg. kg_1 betrafen. Alle weiteren Anteile von relativ unpolaren chlororganischen Insektiziden, die zu dieser Untersuchungsgruppe gehören, liegen unter 0,01 mg. kg_1. Die Chromatogramme relativ polarer und erst nach Derivatisierung der gaschromatischen Bestimmung zugänglichen Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel zeigt Bild 91 für die unbehandelte Vergleichsprobe oben und für die behandelte Probe unten.

Der Vergleich der quantitativen Befunde für die in Bild 91 dargestellten Chromatogramme der relativ polaren Phenoxycarbonsäure-Herbizide zeigt folgende Reduzierungsfaktoren mit den verbleiben Rückständen auf, für:

2,4-D 2,5 0,026 mg. kg_1 Dichlorprop (2,4DP) 11,34 0,091 mg. kg_1 MCPA (CMPA) 8,70 0,043 mg. kg_1 Mecoprop (MCPP) 4,26 0,69 mg. kg_1 .

Alle weiteren Anteile der relativ polaren Phenoxycarbonsäure-Herbizide sind kleiner als 0,02 mg. kg_1.

Die Befunde ergaben eine starke Abnahme der Gifte in den behandelten Proben. Es muss jedoch angeführt werden, dass infolge der Zementierung eine relative Erhöhung der Masse und eine Verdünnung der Kunststoffausgangsmaterialien zu beachten ist.

Bei den unpolaren chlororganischen Insektiziden handelt es sich um stark persistente Schäd-lingsbekämpfungsmittel. Die relativ unpolaren Phenoxycarbonsäure-Herbizide sind minder persistent. Die Persistenz, d.h. die Beständigkeit in der Umwelt, ist von entscheidender Bedeu-tung für die Bewertung der Rückstände. Die Untersuchungen bestätigen, dass die persistenten Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel durch die Inertisierung bis auf einen geringfügigen Anteil abgebaut wurden. Durch Veränderungen in den Verfahrensschritten, z. B.

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durch Erhöhung der thermischen Einwirkung und Varianten der Rezeptur, können die zulässigen Grenzwerte für die nicht zu eliminierenden Wirkstoffe im behandelten Material unterschritten werden.

Im Übrigen kann als sicher angesehen werden, dass derartig hohe Schadstoffkonzentrationen wie sie in den obigen Untersuchung vorgegeben waren, im zu verwendenden DSD-Kunststoffmate-rial nicht auftreten.

Die Inertisierung, der durch Schwermetallanteile chemisch-toxisch kontaminierten Materialien ist ebenso verfahrensgemäß durchführbar. Die Anwendung einer Wasserglaslösung überführt die in der Form von Oxiden, Hydroxiden oder Oxidhydraten sowie von Sulfaten, Chloriden, Fluoriden und Carbonaten gebundenen Schwermetalle in Silikate. Diese sind analog den in der Natur vorkommenden Mineralen als Meta- und Orthosilikate gegen chemische Einwirkung äußerst widerstandsfähig. Solche Mineralien sind zum Beispiel im Abschnitt 2.2. beschrieben und in den Bildern 44 bis 46 dargestellt. Die komplizierten Mineralstrukturen der Polysilikate stellen chemische Komplexe dar, in die Erdalkalimetalle und Schwermetalle, beispielsweise Ca, Cd, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, Pb und Zn, fest eingebunden sind. Erkennbar sind solche Mineralien an Proben der mineralisierten Kunststoffschnitzel als Aktinolith, Ca2(Mg, Fe)5[(OH,F)|Si4O11]2, Staurolith, Al4Fe[O|OH|SiO4]2 oder 2Fe2O . AlOOH . 4Al2[O|SiO4] sowie Mineralien der Zeolith-Gruppe als Natrolith, Na2[Al 2Si3O10] . 2H2O, und Mesolith, Na2Ca2[Al 2Si3O10]3

. 8H2O (vergl. auch Bilder 22 bis 24). Die Oxidhydrate der Schwermetalle werden hauptsächlich durch Farbstoffe eingetragen, wie z.B. Zn(OH)2, Pb(OH)2, Fe(OH)2 oder Sn(OH)2 als weiße Farbpigmente, Mn(OH)4 als braune, Ni(OH)2 und Cr(OH)3 als grüne oder Cu(OH)2 als blaue Farbanteile. In den kristallinen Bildungen der Minerale werden nach ihrer chemischen Umsetzung in Silikate diese Schwermetallverbindungen aufgenommen und zu unlöslichen Polysilikatkomplexen strukturiert.

Die verfahrensgemäße Zementierung der mineralisierten Kunststoffschnitzel unterstützt den Inertisierungsvorgang der mit Schwermetallverbindungen kontaminierten Materialien. Das wird zahlenmäßig für den Zementierungsvorgang in Verbindung mit einer Wasserglasbehandlung in der Offenlegungsschrift DE 3909060A1 zum Verfahren zur Inertisierung von Ver-brennungsrückständen sowie von natürlichen und industriellen Sedimenten /16/ belegt.

Anhand von Untersuchungen zum Eluatverhalten von zementgebundenen mineralisierten Textil- und Lederabfällen (P19), die verfahrensgemäß behandelt wurden, zeigte ein geforderter Vergleich der Eluatanalyse mit den zulässigen Werten für die Deponieklasse 2 des Landes Nordrhein-Westfalen (NRW2) nicht nur die Unterschreitung der zulässigen Werte, sondern auch die geringen Eluatwerte der flüssigen Phase nach DIN 38414 Teil 4 in mg/l für Zn = 0,1; Fe = 0,5; Pb = 0,1 und Cr = 0,1. Für Mn, Ni und Cd lagen die Werte unterhalb der Bestimmungsgrenze. Die von den Erzeugern genannten Werte der Eluatanalysen für die unbehandelten Abfälle lagen weit über den Werten der Deponieklasse NRW2.

Die absoluten Eluatwerte sind weiterhin von der jeweiligen Rezeptur abhängig. So kann durch Beimischung ausreichend nichttoxischer Materialmengen (Verdünnung) die erforderliche Unter-schreitung der zulässigen Grenzwerte bewirkt werden.

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5.3. Effekte der Inertisierung biologisch-toxisch kontaminierter Materialien

Zum Nachweis von Effekten der Inertisierung biologisch-toxisch kontaminierter Materialien wurden Untersuchungen an biologischen Indikatoren mit dem Ziel durchgeführt, die Einwir-kungsdauer der Photonenbestrahlung und die Wirkung einer Wasserglaslösung niedriger Kon-zentration bis zur Abtötung von definierten Bazillenkulturen zu bestimmen.

Als Indikatoren dienten Sporen von Bacillus stearothermophilius und Bacillus subtilis (niger), wie sie zum Nachweis der Funktionstüchtigkeit von Sterilisationsgeräten in der Medizin ver-wendet werden (Bild 95).

Bild 92:

Spezifikation der als biologische Indikatoren verwendeten Sporen von Bacillus stearothermophilius und Bacillus subtilis (niger) in der Form von Teststreifen.

Von diesen Indikatoren sind die zur Sterilisation erforderlichen Temperaturen und Einwirkzeiten bekannt. Da es sich hierbei um sehr widerstandsfähige Bazillen handelt, lassen sich damit die Effekte der Inertisierung biologisch-toxisch kontaminierter Materialien mit hoher Sicherheit auch gegenüber weniger lebensfähigen Bakterien nachweisen.

Die Abtötung eventuell vorhandener infektiöser Erreger in den Ausgangsstoffen ist eine Be-dingung für deren Weiterverarbeitung. Erfahrungsgemäß sollen auf chemisch-physikalischem Weg die Feinstrukturen der dem Material anhaftenden Bakterien zerstört werden. Die technolo-gischen Bedingungen dazu schaffen die thermischen Wirkungen der Photonenstrahlen neben den photochemischen Effekten im Zusammenwirken mit der alkalischen Hydrolyse im Mineralisie-rungsvorgang und im Zementierungsvorgang die alkalische Wirkung bei pH-Werten größer als 10 in Verbindung mit der Hydratationswärme. Der Zementierungsvorgang sichert durch das Basischstellen des Endproduktes gleichzeitig die Langzeitwirkung der Inertisierung auf chemischem Wege.

Die Untersuchungsergebnisse zeigten bei einer Behandlung der mit den Kulturen des Bacillus stearothermophilius und Bacillus subtilis (niger) versehenen Nährlösung gemäß Gebrauchsan-

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weisung der ATI Fa. Division of PyMatt Corp. /19/ bereits durch die Einwirkung einer Wasser-glaslösung mit der geringen Konzentration von 3 °Bé eine weitestgehende Reduzierung der Keimzahl, die nach 4 Tagen Wartezeit nur noch eine punktuelle Ausbildung von infizierten Herden in der Nährlösung hinterließ und nicht zu einer weitflächigen Ausbildung führte.

In den Versuchen zur Ermittlung der Wirkung der Photonenstrahlen wurde der Strahler in Pendelbewegung über einer Petrischale mit 90 mm Durchmesser geführt und die Bestrahlungs-dauer der in der Petrischale befindlichen infizierten Nährlösung gemessen.

Die Untersuchungen ergaben, dass bei der alternierenden Bestrahlung der infizierten Nährlösung mit einer Bestrahlungsdauer bis 165 s (2,75 min) keine deutliche Inertisierungseffekte nach 4 Tagen Wartezeit sichtbar waren. Erst ein weiterer Versuch mit einer Bestrahlungsdauer von 286 s (4,77 min) erbrachte das gleiche Ergebnis der Reduzierung der Keimanzahl wie die Behandlung der infizierten Nährlösung mit einer Wasserglaslösung der Konzentration 3 °Bé.

Eine vollständige Inertisierung der infizierten Nährlösung ergab die gleichzeitige Behandlung mit der Wasserglaslösung in der Konzentration von 3 °Bé und einer Dauer der Photonenbe-strahlung von 161 s (2,68 min). Der so erzielte Inertisierungseffekt war nach 6 monatiger Be-obachtung noch gleich bleibend und es kam nicht zur Keimbildung bei Lagerung der Probe unter den Bedingungen des Raumklimas.

Im Vergleich mit den in der technischen Information /19/ angegebenen Bedingungen zur Tempe-ratur von Sattdampf und Heißluft sowie deren Einwirkungsdauer für das Überleben und Abtöten der als Indikator benutzten Bazillen wird die Wirkung der Photonenstrahlung und der alkalischen Lösung offenbar. Während der widerstandfähigere Bacillus subtilis (niger) in Heißluft von 121 °C bei einer Behandlungsdauer von 30 min (1.800 s) noch überlebt, wird er in trockener Hitze bei 149 °C und 1 Stunde (3.600 s) Einwirkungsdauer vollständig abgetötet. Die Bedingungen für den Bacillus stearothermophilius reichen im Sattdampf bei 132 °C und 20 s bzw. bei 121 °C und 5 min (300 s) noch zum Überleben aus, jedoch tritt bei der Behandlung mit Sattdampf von 132 °C und 2 min (120 s) Dauer bzw. 121 °C und 15 min (900 s) Dauer die voll-ständige Inertisierung ein.

Die Photonenbestrahlung der infizierten Nährlösung erfolgte im Raumklima, so dass die Dampftemperatur von 100 °C nicht überschritten werden konnte. Die Verkürzung der Behand-lungsdauer gegenüber den Vorgaben der technischen Information für die vollständig inertisierte Probe ist damit der Einwirkung der Photonenstrahlen und einer daraus resultierenden chemischen Beeinflussung der alkalischen Reaktion des Wasserglases zuzuordnen.

Frühere im November 1991 durchgeführte Untersuchungen zur Inertisierung von Gerberei-schlämmen bestätigten in Laborversuchen bereits die Wirksamkeit des Verfahrens bei der Mineralisierung und Zementierung von getränkten Textilschnitzeln.

Während die Zementierung von nicht vorbehandelten Textilschnitzeln mit Gerbereibrühe (Ab-wasser der Gerberei zur Klärgrube) als Anmachwasser weder einen festen Textilschnitzelbeton noch eine geruchsfrei abgebundene deponierfähige Masse ergab, zeigte die Verwendung von mit Wasserglaslösung verfahrensgemäß mineralisierten Textilschnitzeln und als Anmachwasser für den Zementleim benutzte Gerbereibrühe bereits positive Effekte durch eine Geruchsminderung und feste Abbindung des Textilbetons. Wurden die vorbehandelten Textilschnitzel mit einer Mischung von Gerbereibrühe und Wasserglas in einer Teilmenge des für die Zementierung bestimmten Anmachwasser gebunden, dann ergab das einen geruchsfreien und ausreichend festen Textilbeton, der in kurzer Zeit erhärtet.

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Die Einarbeitung von Gerbereischlamm erfolgte in gleichen Volumenanteilen mit einer Wasser-glaslösung von 12 °Bé, wobei dieser wässrige Schlamm mit dem fünffachen Volumenanteil des Gerbereischlammes an Textilschnitzeln (Filzabfälle der Hausschuhherstellung) aufgetrocknet wurde, diese feuchte Masse zur Photonenbestrahlung kam und anschließend mit Zementleim gemischt in Betonformteilen aushärtete. Bereits die Mischung aus Gerbereischlamm und Wasserglaslösung führte zu einer merklichen Geruchsverminderung und Temperaturerhöhung der Masse infolge der alkalischen Reaktion. In der Nachfolge der verfahrensgemäßen Behandlung mit Photonenstrahlen und Zementierung wurde der Inertisierungsvorgang abge-schlossen. Die so hergestellte inerte Probe zeigt heute nach 3 Jahren Lagerzeit weder eine Geruchsentwicklung noch anderweitige Veränderungen an den luftzugänglichen Flächen und der Auflagefläche.

5.4. Langzeitkontamination von photonenbestrahlten und mineralisierten Materialien in Baustoffen

Sowohl die seit 5 Jahren dem Wetterwechsel ausgesetzten, im Freien lagernden zementgebunde-nen Dämmplatten aus verfahrensgemäß behandelten Kunststoff- und Textilschnitzeln in Mischung mit Holzspänen wie auch die vor 3 Jahren aus photonenbestrahlten, mineralisierten und zementierten Textilabfallschnitzeln hergestellten Wasserbauwerke in der Form von Uferbe-festigungen aus Wandbauplatten im Bereich der Wasserführung und als Pflanzlochplatten mit Pflanzenbewuchs oberhalb der Wasserlinie sowie das aus einer verdichteten Schüttung gebaute Flussbett einer Nassstrecke im Bereich des Einlaufs einer Talsperre zeigen keinerlei Schädigung aufgrund von chemischen, biologischen, mikrobiologischen oder klimatischen Einwirkungen. Die Witterungs- und Verrottungsbeständigkeit ist vergleichbar mit der für Holzbeton, der aus zementierten Holzspänen gefertigt wird. Bauwerke aus Holzbeton sind seit mehr als 70 Jahren Stand der Technik und als witterungs- und verrottungsbeständig sowie als frost- und fäulnissicher im Bauwesen international bestätigt /20/.

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6. Pilotanlage

Die angewendete Verfahrenstechnik beruht darauf, dass die zu verarbeitenden Materialien in zerkleinertem Zustand durch ein technisch unaufwendiges mehrstufiges Verfahren inertisiert, mineralisiert, zementiert und schließlich zu Bauglieder geformt werden. Dazu können im we-sentlichen bekannte, handelsübliche Maschinen und Anlagen eingesetzt werden. Aus techno-logischer Sicht setzt sich das anzuwendende Verfahren eingangsseitig aus der für Kunststoffre-cycler typischen Aufbereitung der DSD-Ballen zur geshredderten DSD-Mischfraktion (linker Teil in Bild 93) und ausgangsseitig aus einer nur geringfügig modifizierten Betonfertigteiltech-nologie (rechter Teil in Bild 93) zusammen. Das verbindende Element ist dabei die verfahrens-spezifische Bestrahlungs- und Mineralisierungseinrichtung (Positionen 12 bis 15 in Bild 93).

1. Aufgabe-Band 2. Shredder 3. Förderband 4. Metallabscheider 5. Schneidmühle

6. Fördergebläse 7. Silos 8. Misch- und Förder-schnecke

9. Förderschnecke 10. Mischsilo

11. Dosiereinrichtung 12. Dosierband 13. Elektro-chemische Behandlungseinrichtung

14. Zuschlagstoff-Dosier-Einrich-tung

15. Förderband

16. Förderschnecke 17. Mischsilo 18. Mischer 19. Zwischensilo 20. Fördergebläse

21. Mechanischer Trockner

22. Auffangtank mit Pumpe

23. Metall-Auffangbox

Bild 93: Prinzipdarstellung der Fertigung

Die dargestellte Technologie wurde in einem ehemaligen Holzbetonwerk der heutigen Crotten-dorfer Elastbaustoff ELBASTO GmbH, auf der Basis der vorhandenen Technik installiert. Diese Fertigung wird vom Werk als Alternative zur herkömmlichen Holzbetonherstellung angeboten und entsprechend der Auftragslage für Versuchs- und Referenzbauten in Anspruch genommen.

Die Erfahrungen aus dieser Fertigung unter industriellen Bedingungen erlauben die Aussage, dass die genutzten thermischen, photochemischen und chemischen Effekte einzeln und in der Aufeinanderfolge technologisch sicher beherrschbar sind.

Mit den Fotos in den Bildern 94 bis 105 werden Verfahrensschritte der industriellen Fertigung veranschaulicht. Die gezeigten technischen Einrichtungen entsprechen dem bisherigen Technik-stand der Holzbetonproduktion, die durch Einrichtungen zur verfahrensspezifischen Bestrahlung und Mineralisierung ergänzt wurden.

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Bild 94:

Anlieferung von Materialschnit-zeln durch Andiener oder Zufüh-rung von Ausgangsstoffen für spezielle Mischungen aus Außenlagern.

Bild 95:

Mischband zur mengenmäßigen Zusammenstellung von ver-schiedenen Ausgangsstoffen

Die in der Prinzipdarstellung der Fertigung nach Bild 93 in den Positionen 1 bis 5 aufgezeigten Passagen der Vorbereitung des Ausgangsmaterials können als vor gelagerter Zerkleinerungspro-zess auch außerhalb des Betriebes bei Andienern durchgeführt werden. Bild 94 zeigt die Zufüh-rung von Materialschnitzeln zum Mischband, auf dem eine Zusammenstellung der verschiedenen Ausgangsstoffe nach Mengenverhältnissen erfolgt, wie in Bild 95 erkennbar ist. Das entspricht dem Vorgang in den Positionen 6 bis 8 des Bildes 93.

Über eine pneumatische Förderleitung wird das Schnitzelgut im turbulenten Förderstrom ge-öffnet und durchmischt einem Füllschacht vor der Bestrahlungs- und Mineralisierungseinrich-tung zugeführt (Bild 96).

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Bild 96:

Bestrahlungseinheit mit vor gelagertem Füll-schacht zur Mischung, Dosierung und Ausbreitung des Schnitzelgutes auf einem Förderband, welches das Material unter dem Strahlerband hindurchführt und in das Minera-lisierungsgefäßsystem abwirft. Die Strahler sind mit Blendschutzblechen abgedeckt. Da-rüber sind die pneumatischen Stellelemente der Bestrahlungseinheit zu erkennen.

Im unteren Teil des Füllschachtes befindet sich eine Dosier- und Öffnungseinrichtung, die über Abzugswalzen und Schläger der Öffnungselemente das Schnitzelgut in regelbarer Schichthöhe auf ein Förderband ablegt. Mit dem Förderband wird das Material unter dem Strahlerband der Bestrahlungseinheit hindurchgeführt und nach der Strahlenbehandlung in das Mineralisierungs-gefäßsystem abgeworfen.

Bild 97:

Blick auf das zwischen Füll-schacht und Bestrah-lungseinheit ausgebreitete Schnitzelgut. Vor dem Strahler-band befindet sich eine An-drückwalze, die gleichzeitig als Blendschutz wirkt.

Das Bild 97 zeigt das vom Füllschacht kommende Förderband mit dem ausgebreiteten Schnitzelgut. Vor dem Strahlerband wird mit einer Andrückwalze das ausgebreitete Vlies des Schnitzelgutes auf gleich bleibender Höhe leicht verdichtet. Die Andrückwalze ist im Durchmes-ser so gewählt, dass sie gleichzeitig einen Blendschutz ergibt.

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Bild 98:

Das mineralisierte Schnitzelgut wird über den Aufzug (Skip) dem Zwangsumlaufmischer zugeführt.

Die in den Bildern 96 und 97 erfassten maschinentechnischen Aggregate entsprechen den Einrichtungen nach den Positionen 10 bis 18 im Bild 93. Der in Bild 97 abgebildete Aufzug übernimmt diskontinuierlich die Funktion der Einrichtungen nach Position 15 bis 17 (Bild 93).

Bild 99:

Im Zwangsumlaufmischer wird das vom Auf-zug (Bild 98) zugeführte mineralisierte Schnit-zelgut mit dosiert zugegebenen Mengen an Anmachwasser, Zement und Ab-bindebeschleuniger gemischt.

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Bild 100:

Die vom Zwangsumlaufmischer über einen Dosierer zur Weiter-verarbeitung abgegebene Mas-se des mineralisierten und zementierten Schnitzelgutes

Bild 101:

Formmaschine zur Herstellung von Wand-bauplatten mit dem Zwangsumlaufmischer /Bild 99/) im Hintergrund; entgegen der Materialflussrichtung fotografiert.

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Bild 102:

Materialabstreif- und Verdichtungseinrichtung der Formmaschine; in Materialflussrichtung aufgenommen.

Das vom Zwangsumlaufmischer kommende formbare Gemisch wird vom Dosierer (Bild 100) auf das Plattenförderband der Formmaschine (Bild 101) abgelegt. Durch den in Bild 102 (Mitte links) sichtbaren Materialabstreifer erfolgt die technologisch bedingte Schichthöhenausbildung über dem Plattenförderband, bevor die Masse unter einem exzenterbetriebenen Schwingungs-plattenstampfer zur Wandbauplatte verdichtet werden kann.

Bild 103: Die gefertigten Wandbauplatten transportiert das Wandplattenband der Formmaschine weiter. An dieser Stelle ist eine erste Qualitätskontrolle der Formhaltigkeit der Wandbauplatten möglich.

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Durch die in Bild 101 (Bildmitte) erkennbaren Stegplatten auf dem Plattenförderband werden die Längsabmessungen der Wandbauplatten vorgegeben. Diese Stegplatten dienen gleichzeitig als Trennschilde zwischen den kontinuierlich geformten einzelnen Wandbauplatten. Durch das Verstellen der seitlichen Führungswangen lässt sich die Breite der Wandbauplatten variieren. Gleichzeitig formen die seitlichen Führungswangen die Mörtelnuten für die Längsseiten der Wandbauplatten (Bild 103 Mitte).

Bild 104:

Qualitätskontrolle der fertigen Wandbauplatten und Übergabe an die automatische Sta-peleinrichtung

Bild 105:

Transportstapel verfahrensgemäß hergestellter Wandbauplatten.

Vom Plattenförderband werden die fertigen Wandbauplatten über einen Querförderer einem Arbeitsplatz für die Qualitätskontrolle und anschließend einer automatischen Stapeleinrichtung zugeführt (Bild 104). Der mit der automatischen Stapeleinrichtung hergestellte Transportstapel (Bild 105) dient dem Verbringen der Wandbauplatten zum Nacherhärten bzw. vollständigen Abbinden auf einem Lagerplatz.

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7. Ausführungsobjekte

7.1. Landschaftsgestaltung

Bei der Verwendung als Baustoff zur Landschaftsgestaltung kommen besonders nachfolgende elaston-Eigenschaften zum Tragen:

- Druckfestigkeit (bei Rohdichten von 0,8 ..1,2 kg/dm³) von 0,8 .. 7,5 N/mm²

- ein Wasseraufnahmevermögen von 50 Volumen%

- Wasserdurchlässigkeit

- Frostbeständigkeit

- Begrünbarkeit, Wurzeleinwachstum im Porenvolumen ohne wesentlichen Verlust der Werk-stoffeigenschaften

- schneller und sicherer Einbau als vorgefertigtes Formteil oder loses Schüttgut

- ausreichende Stabilität und Tragfähigkeit als Untergrundbefestigung

Pflanzlochplatte:

Bild 106:

Skizze einer Pflanzlochplatte mit den Abmessung: 400*600*60 mm. Muster wurden mit der Lochzahl 6 (Bepflanzung mit Büschen) und 24 (Bepflanzung mit Gräsern) hergestellt und verlegt.

Einsatzgebiete:

Die Pflanzlochplatte kann im Landschaftsbau vielfältig z.B. als Hangabdeckung mit Bepflan-zung, als Uferbefestigung, als Böschungsbefestigung, zum Ausbau von Flussbetten, Radwege oder Reitbahnen eingesetzt werden.

Die Platten sind leicht von Hand verlegbar (m = 12 .. 17 kg, je nach Verdichtung und Lochzahl) und schnell und sicher im Verbund einbaubar.

Bild 107:

Eine im Verbund mit Naturstein und elaston-Schüttung einge-baute Pflanzlochplatte.

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Bild 108:

elaston-Werkstoff als Schutz-schicht für den Starkbaumbe-stand zur Durchlüftung und na-türlichen Bewässerung im Wurzelbereich zum Erhalt wert-voller Starkbäume auf Park-plätzen und ähnlichen Nutzflä-chen.

Entwurf von Frau Dipl.-Landschaftsarchitektin Eva Kämpfe, Wittgensdorf

Bild 109:

elaston-Werkstoff eignet sich unter Nutzung des Wasserspeichervermögens im Porenvolumen zur Gestaltung von begrünbaren Treppen und Wegen.

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Bilder 110, 111, 112:

Beispiel für die Gestaltung eines Talsperrenein-laufes mit der Ausbildung von Böschungen mit-tels Wandplatten, Pflanzlochplatten verschiede-ner Lochgrößen aus elaston und Gestaltung des Flussbettes und des Überlaufes aus einer losen Schüttung elaston-Baustoff mit einer in Zement-leim eingebrachten Rauhigkeitsschicht aus einem Sand-Kies-Gemisch.

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Bild 113:

Gestaltungsvariante für einen Gehweg in Kombination von ela-ston und Schieferplatten.

Für den Unterbau wurde eine elaston-Schüttung verwendet auf welchen ebenfalls aus elaston der Haftgrund für die Natursteine aufgebaut wurde.

Für die ökologisch stark belasteten Großstadtbiotope signalisieren Dachbegrünungen mit elaston die Möglichkeit einer neuartigen Bio-Architektur. Hier liefern die elaston-Eigenschaften eines gut handhabbaren Baustoffes, die biologische Akzeptanz, Wasserspeichervermögen sowie die mechanische, chemische und biologische Stabilität die Grundlage zur kreativen garten-gestalterischen Komposition lebensfähiger Biotope.

Ein weiteres Einsatzgebiet findet elaston beim Bau von begrünbaren Schallschutzwänden zur Abschirmung von Autobahnen und in Wohngebieten. Neben der mechanischen Festigkeit bietet hier elaston durch sein hohes Wasserspeichervermögen auch in längeren Trockenperioden die Gewähr für dauerhaftes Pflanzenwachstum. Trotz des hohen Wasserspeichervermögens treten bei Frost keine Spannungsrisse auf, da das elaston-Material elastisch ist.

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7.2. Straßen- und Wegebau

Im Straßenbau wird der als Schüttgut gelieferte elaston-Kies mittels herkömmlicher Straßenbau-maschinen analog zur Einbringung eines Walzbetons ausgebracht. Das ausgeprägte kristalline Gefüge des elaston-Werkstoffes bedingt, dass die ausgebrachten und angewalzten Schichten schon nach kurzer Zeit befahrbar sind. Der Schichtaufbau von zeitlich versetzt aufgebrachten Lagen kristallisiert in sich homogen aus, die Grenzen der einzelnen Lagen sind nach dem Abbin-den nicht mehr nachweisbar.

Die Fähigkeit große Wassermengen schnell durch das Material zu leiten, ermöglicht in Verbin-dung mit, den Wasserdurchtritt gezielt hemmenden Geotextilien, Straßenkonstruktionen, die lediglich durch den Schichtaufbau auch bei starkem Regen die Bildung von Wasserlachen auf der Straße verhindern.

Gegenüber den im Straßenbau herkömmlichen Frostsicherungen, vermindern wärmedämmende Tragschichten aus elaston sowohl die Gefahr der Tauschäden als auch die der Frosthebungen. Durch Substitution des Frostschutzkieses durch elaston wird die Tiefenwirkung des Frostes ver-ringert. Die Dämmschicht reduziert nicht nur die Frosteindringgeschwindigkeit und damit die Frosttiefe, sondern auch in gleichem Maße das Entweichen von Bodenwärme. Die Stabilität von elaston gegenüber Frost-Tauwechseln im Zusammenhang mit der guten Wasserdurchlässigkeit mindert die Problematik der Eislinsenbildung, mit der damit verbundenen Gefahr von Frosthe-bungen und späteren Auftauschäden, beträchtlich. Somit kann in der konstruktiven Ausführung der Frostschutzschicht herkömmlicher Kies durch elaston ersetzt werden, wobei die Schichtdicke um ca. 40% reduziert wird.

Der elaston-Werkstoff zeichnet sich durch eine gute Druckfestigkeit aus. Mit dem Ein-satz von elaston als Straßentragschicht kann aufgrund der Nichtsprödbrüchigkeit des Bau-stoffes, die eine bruchfreie Verformung bis zu 30% gewährleistet, auf die herkömmlich notwendigen Dehnungsfugen verzichtet wer-den. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bau-stoffen verringert sich bei elaston-Werk-stoffen die Fähigkeit zur Aufnahme von Druckspannungen auch nach einer Sättigung mit Wasser nicht.

Bild 114: Vergleich der Druckfestigkeit von Ziegel mit

elaston-Varianten

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Schallfrequenz

Bild 115:

Relative Schallabsorption von elaston.

Die Fähigkeit niedrige Schallfrequenzen zu absorbieren, minimiert die Fahrgeräusche auf den mit elaston gebauten Straßen.

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7.3. Basisabdichtung von Deponien

Eine interessante Anwendung finden elaston-Baustoffe als Geobaustoff im Verbund mit Geotextilien (im Feldversuch wurde das Geotextil Bentofix®, ein Produkt der Naue-Fasertechnik GmbH & Co. KG, Lübbecke, verwendet) zur Schaffung von Deponieabdichtungen und -abdeckungen. Neben der hohen mechanischen Beanspruchbarkeit und des Eluatverhaltens (Eluatwerte unter den gesetzlichen Grenzwerten der TA Abfall) ist hier die Verwendung von Vorort- Sekundärmaterialien interessant. Die im Versuchsobjekt „Deponieabdichtung Himmlisch Heer” unter Berücksichtigung der Besonderheiten des Altbergbaus eingesetzte Ausbringungstechnologie ist in den Bildern 89 bis 91 dargestellt.

Bild116: Der elaston-Baustoff wird als Schüttgut ausgebracht und mit-tels Straßenwalze verfestigt. Das Ausbringen kann in mehreren Etappen erfolgen, ohne dass der Stoffzusammenhalt in der Trägerschicht dadurch gestört wird (es kommt nicht zu einer Schichtentrennung, wie sie bei der Betontechnologie auftreten kann).

Bild 117: Auf der elaston-Trägerschicht wird einen ebenfalls verfahrens-gemäß mineralisierte Bentofix-Matte angewalzt, welche mit einer zweiten elaston-Schicht abgedeckt wird. Auf diese Schicht können dann Pflanzlochplatten und Begrünun-gen aufgebracht werden.

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Bild 118:

Die fertige Deponieabdeckung auf der Deponie Himmlisch Heer in Annaberg-Buchholz. Sie de-monstriert recht gut den Schich-tenaufbau.

Durch den Einsatz von elaston können beim Aufbau von Schutzschichten im Deponiebau bis zu 40% der bisher notwendigen Aufbauhöhe eingespart werden.

Bild 119: Herkömmliches Kombinationssystem unter Beachtung der TA Siedlungsabfall.

Durch den Einsatz von 2 Lagen elaston zu je 25 cm mit eingelagerter Bentofixmatte werden 1,5 m mineralischer Dichtungsschicht eingespart. Gleichzeitig wird der Arbeitsaufwand um das Ausbringen von 4 Lagen reduziert.

Bild120: Neuartiges Kombinationssystem mit elaston und Bentofixmatte. Entwurf von Herrn Prof. W. Knaupe, Lehrstuhlleiter Erd- und Verkehrsbau der Hochschule für Technik, Wirtschaft und

Kultur Leipzig (FH), Öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Straßenbau

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7.4. Absorption von Druckwellen

Um die Sprengwirkung auf einen Formkörper aus elaston-Baustoff zu ermitteln, wurde ein Sprengversuch mit einer Platte in den Abmessungen 320 x 800 x 1500 mm im Vergleich zu einer gleich großen Gneisplatte mit jeweils einem Auflegerschuss aus 400 g Gelamon durchgeführt.

Bild121:

Ansicht der mit 400 g aufliegendem Gelamon gesprengten elaston-Platte.

Während die Vergleichsprobe aus Gneis durchgehend aufriss, löste die Sprengung auf der elaston-Platte ein Werkstoffvolumen von weniger als 1 dm³ trichterförmig an der Auflagestelle des Sprengstoffes ab.

Diese geringe Zerstörungswirkung liegt in der Eigenschaft der Nichtsprödbrüchigkeit des Bau-stoffes elaston begründet. Die Druckwelle wird über das gesamte Material gleichmäßig verteilt und die Druckenergie elastisch absorbiert. Die kurzzeitige Verdichtung des Materials durch die Sprengdruckwelle zeigt, dass elaston extrem hohe Kräfte aufnehmen kann (siehe auch Eigen-schaft Druckfestigkeit).

7.5. Strahlenschutzmaterial

Interessant sind auch die Anwendungseigenschaften des elaston - Baustoffes zur Gammastrah-lungsabsorption als lose Schüttung oder als Formstein und Reduzierung der Durchlässigkeit für Neutronenstrahlung in Verbindung mit Dichtungseinlagen.

Ergebnisse von Laborversuchen:

Um die Strahlenschutzwirkung des Werkstoffes zu prüfen, wurde natürliches Uran mit einer Gammastrahlendosisleistung von 70.000 nGy/h flächig überdeckt (Bild 116). Bei einer Schicht-stärke von 32 cm elaston reduzierte sich bei aufgelegtem Messgerät (Typ MIRA 661) die Rest-strahlendosis auf 670 nGy/h. Bei Erhöhung der Schichtstärke auf 54 cm elaston konnte eine Reduzierung auf 238 nGy/h unmittelbar an der Oberfläche und in 1 m Höhe über der Abdeckung eine Reduzierung auf 160 nGy/h erreicht werden. Somit konnte die Gammastrahlendosisleistung von 70.000 nGy/h auf Normalwerte in der Luft gedämmt werden.

Kontrollmessungen ebenfalls unter Laborbedingungen zeigten bei einer Dosisleistung der Strah-lenquelle von 4.770 nGy/h gleiche Dämmwerte wie für Schwerbeton, wobei die Dichte des Bau-stoffes elaston 1,2 kg/dm³ und für den ausgemessenen Schwerbeton 2,1 kg/dm³ betrug. Es konnte für elaston und Schwerbeton eine annähernde Übereinstimmung des totalen Schwächungskoeffizienten bestimmt werden. Daraus resultiert, dass zum Erzielen des gleichen Strahlendämmeffektes geringere Massen (an elaston) einzubringen sind. Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, dass eine elaston-Fläche begrünbar ist.

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Ergebnisse von Freilandversuchen:

Im Freilandversuch wurde natürlicher Uranmulm mit einer Gammadosisleistung von 42.700 nGy/h überdeckt. Bei der Herstellung dieser Überdeckung reduzierte sich die Strah-lungsleistung bei einer Schicht von 10 cm elaston Feuchtmaterial (Verarbeitungsweise analog Walzbeton) auf 18.400 nGy/h, bei 20 cm elaston Feuchtmaterial auf 11.100 nGy/h und bei einer Schichtdicke von 25 cm auf 3.900 nGy/h (bei aufgelegtem Messgerät, Typ MIRA 661). Bei einer Überdeckung mit 32 cm elaston wurden zwischen 420 und 164 nGy/h (in Abhängigkeit von der jeweiligen Umgebungsradioaktivität - u.a. befindet sich die Versuchsfläche auf einer Altsilber-bergbauhalde) gemessen.

Kontrollmessungen nach 1 Jahr ergaben bei aufliegendem Messgerät eine Restdosisleistung zwischen 142 und 151 nGy/h, die Gammastrahlendosisleistung in der Luft (1 m Höhe) ergab 80 - 125 nGy/h (bei leichtem Regenwetter).

Kombination elaston und Bentofix®-Matte

Die Bentofix-Matte (Bentofix® ist ein Produkt der Naue-Fasertechnik GmbH & Co. KG, Lüb-becke) als Dichtungsmatte hat eine gasdurchtrittshemmende Wirkung, die durch eine wasserzu-rückhaltende quellende Zwischenschicht erzielt wird, die aus einem wasserspeichernden pulverförmigen Material besteht, das sich zwischen zwei Vliesstoffbahnen befindet.

Der Effekt der Gasdurchtrittshemmung (z.B. Gas Radon) wird dadurch erzielt, dass sich in der wasserspeichernden mineralischen Pulvermasse (Bentonit) eine ausreichend dicke Wasserschicht ausbildet, die einen Gasdurchtritt unterbindet.

Die Bentofix-Dichtungsmatte kann beiderseitig in elaston-Baustoff mineralisch eingebettet werden, so dass im Baugewerke einsetzbare Strahlenschutzplatten oder -schichten entstehen. Diese vorgegebene Konstruktion ist ebenfalls patentiert.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, auf kontaminierten Flächen eine Trägerschicht elaston-Baustoff aufzubringen, diese mit der Bentofix-Matte abzudecken und abschließend mit einer Deckschicht elaston-Baustoff zu schließen. Die Schichten aus elaston-Baustoff garantieren den für die Gasdurchtrittshemmung notwendigen Feuchtegehalt der Bentofix-Matte. Auf diese kom-binierte Strahlenschutzschicht wird abschließend in herkömmlicher Weise Mineral- bzw. Kultur-boden zur Rekultivierung aufgebracht.

Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, dass die nichtsprödbrüchigen flexiblen Konstruktionsschichten (elaston-Baustoff, Bentofix-Matte) durch mögliche Belastungen und Dehnungen bis zu maximal 40% nicht zerstört werden (z.B. nachträglicher Versatz des Unter-grundes) sowie wechselnden Beanspruchungen standhalten. Aus diesem Grunde eignet sich diese Kombination besonders zur flächigen Überdeckung und nachfolgenden Rekultivierung von strahlenverseuchten Gebieten (Reaktorunglücke, Endlager für die Entsorgung radioaktiver Materialien, atomare Versuchsgelände), von Bergbauhalden, von verfüllten Sumpflöchern und Mooren.

Das Kombinationssystem elaston-Baustoff und Bentofix-Matte in einer Mehrschichtkonstruktion mit gewährleisteter Wasserzufuhr zur Einhaltung des erforderlichen Feuchtegehaltes in den Zwischenschichten unterbindet ebenfalls die Durchlässigkeit für Neutronenstrahlung.

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Literaturverzeichnis

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Quellennachweis für Abbildungen

Bild 1 bis 9: Fuchs, H.: Modifizierung von Polyamid-6-Faserstoff mit Photonenstrahlen Habilitationsschrift, TH Karl-Marx-Stadt, 1978

Bild 10: TU Chemnitz - Zwickau im Auftrag der enviTec Ltd., 12/1994 Bild 11: Schollmeyer, E.; Bahners, T., Deutsches Textilforschungszentrum Nord-

West e.V. Krefeld: Oberflächenveränderung von Fasern durch Laser-bestrahlung Melliand Textilberichte 4/1990, S. 251 - 256

Bild 12 und 13: Institut für Technische Textilien GmbH Dresden, Dresden, 1993 Bild 14: Fuchs, H.: Photonenstrahlen helfen Energie und Material sparen

Leder Schuhe Lederwaren 1983/4, S. 160 Bild 15: Schmidt, W.: Optische Spektroskopie

VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1994, S. 185, Abb. 4.54 Bild 16 und 17: Institut für Technische Textilien GmbH Dresden, Dresden, 1993 Bild 18 bis 19: Technische Universität Chemnitz, Chemnitz, 1992 Bild 20: enviTec Ltd. / Institut für Technische Textilien GmbH Dresden, Dresden,

1992 Bild 21: Institut für Technische Textilien GmbH Dresden, Dresden, 1992 Bild 22 bis 39: Technische Universität Chemnitz - Zwickau im Auftrag der enviTec Ltd.,

Chemnitz, 12/1994 Bild 40 bis 42: Technische Universität Chemnitz - Zwickau im Auftrag der enviTec Ltd.,

Chemnitz, 12/1994 Bild 43 bis 46: Technische Universität Chemnitz - Zwickau im Auftrag der enviTec Ltd.,

Chemnitz, 12/1994 Bild 47 bis 58: Technische Universität Chemnitz - Zwickau, Institutsverbund Verarbei-

tungsmaschinen - und Verfahrenstechnik - Labor, im Auftrag der enviTec Ltd., Chemnitz, 12/1994

Bild 59: Krüger, R.: Betonarten für den Wohnungsbau in Beton im Wohnungsbau - Beiträge zum gesunden Wohnen, herausgege-ben vom Bundesverband der deutschen Zementindustrie e.V. Beton-Verlag GmbH Düsseldorf

Bild 60 bis 68: Technische Universität Chemnitz - Zwickau im Auftrag der enviTec Ltd., Chemnitz, 12/1994

Bild 69: Technische Universität Chemnitz - Zwickau, Institutsverbund Verarbei-tungsmaschinen - und Verfahrenstechnik - Labor, im Auftrag der enviTec Ltd., Chemnitz, 12/1994

Bild 70: Technische Universität Chemnitz - Zwickau im Auftrag der enviTec Ltd., Chemnitz, 12/1994

Bild 71 bis 73: Institut für Baubiologie Rosenheim GmbH: Gutachten für den Dämmstoff "Agroverm®-Vermiculite" Isola-Werke Wilhelm Zimmermann GmbH, Sprockhövel Rosenheim, Dezember 1993

Bild 74 bis 81: Technische Universität Chemnitz - Zwickau im Auftrag der enviTec Ltd., Chemnitz, 12/1994

Bild 82 bis 86: Eigenaufnahmen enviTec Ltd. am Institut Dr. Körner und Partner, Materialprüfung und Forschung, Anerkannte Prüfstelle nach RAP-Stra, Wiederitzsch, 1993

Bild 87: Technische Hochschule Leipzig, Lehrstuhl Erd- und Verkehrsbau, 1992 Bild 88 und 89: Elbasto GmbH: Werksaufnahmen, Crottendorf, 1991

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 104

Bild 90 und 91: Prüfbericht der LWU Analytik GmbH, Chemische und biologische Laboratorien, Jahnsdorf, 17.06.1994

Bild 92: ATI, Division of PyMaH Corp.: Technical Information Biological Indicators Somerville, USA-NJ, 11/93

Bild 93: EXTRUSION ENGINEERING, Köppen, K. P.: Projektvorlage für enviTec Ltd., 1994

Bild 94 bis 105: Elbasto GmbH: Werksaufnahmen, Crottendorf, 1991 Bild 106 bis 107: enviTec Ltd., 1994 Bild 108 und 109: Kämpfe, E.: Entwürfe zum Einsatz von ELBASTO, Wittgensdorf, 1992 Bild 110 bis 112: enviTec Ltd. 1994, Bauausführung durch ELBASTO Crottendorf GmbH,

1992 Bild 113: enviTec Ltd. 1994 Bild 114 und 115: Fuchs, H.: Bericht über die Untersuchung von eigenschaftsmodifizierten

Füllstoffen für mineralisch gebundenen Textilschnitzelbeton, 1992 Bild 116 bis 118: Elbasto GmbH: Werksaufnahmen, Crottendorf, 1991 Bild 119 und 120: Knaupe, W.: Entwurf für ELBASTO Crottendorf GmbH, 1991 Bild 121: Elbasto GmbH: Werksaufnahmen, Crottendorf, 1992

enviTec Ltd. 14.07.06 Seite 105

Quellennachweis Prüfungen und Gutachten

P1 geprüft in Anlehnung an DIN 1101 und DIN 1045 durch Materialprüfanstalt für das Bauwesen Freistaat Sachsen, Dresden

P2 geprüft nach DIN 52612 durch Materialprüfanstalt für das Bauwesen Freistaat Sachsen, Dresden

P3 geprüft nach DIN 52612 von der Materialforschungs- und Prüfanstalt an der Hochschule für Architektur und Bauwesen Weimar

P4 geprüft nach DIN 52612 an der Bauakademie Weimar, Institut für Baustoffe, Abteilung Meß- und Prüfwesen, Weimar

P5 geprüft in Anlehnung an DIN 4102, Teil 1, durch die Materialprüfanstalt für das Bauwesen des Freistaates Sachsen, Außenstelle Freiberg, Referat Brandschutz

P6 geprüft nach DIN 18134-300 durch die Sächsische Bauprüf- und Kontrollgesellschaft mbH Chemnitz

P7 Gutachten über die Eignung des Baustoffes als Tragschicht für Straßen der Bauklasse VI vom 12.2.1993, erstellt von Prof. Dr. sc. techn. Werner Knaupe, öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Straßenbau, Leipzig

P8 Geprüft nach DIN 52104; Untersuchung der Frost-Taubeständigkeit von Textilschnitzel-beton, Technische Hochschule Leipzig, Fachbereich Bauingenieurwesen, vom 10.07.92

P9 geprüft nach DIN 1048 T5 06/91; Auswertung von Versuchen zur Wasserdurchlässigkeit; Gutachten von Prof. Knaupe vom 13.02.1993

P10 Eigenprüfung

P11 Gutachten über Wasseraufnahmegrad und Tragkraft von Probekörpern vom 27.04.1993 von Prof. Dr. sc. techn. Werner Knaupe, öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Straßenbau, Leipzig

P12 geprüft nach DIN 38414-S4; Analyseergebnisse des Laboratoriums für Wasser- und Umweltanalytik GmbH Jahnsdorf vom 19.01.1993

P13 geprüft nach DIN 38412 L31 (nach pH-Wert-Einstellung auf 7,4); Untersuchungsbefund akute Fischtoxität des Laboratoriums für Wasser- und Umweltanalytik GmbH Jahnsdorf vom 12.02.1993

P14 Literatur: "Holzbeton" Herausgeber: Dipl.-Ing. Wilhelm Gehlhausen Paderborn 1990

P15 Untersuchungsergebnisse des Sächsischen Textil- Forschungsinstitutes Chemnitz vom 23.09.1992

P16 Untersuchungen zur Demontage und Verwertung von PKW- Seitenverkleidungen (Schallabsorptionsgrad von Leichtbausteinen mit unterschiedlichen Füllstoffen - Messung im Kundt´schen Rohr vom 24.01.1992) Bericht der IFA PKW AG Werkstoffapplikation und Recycling Zwickau

P17 Protokoll zur Überprüfung der γ-Strahlungsdurchlässigkeit von eigenschaftsmodifiziertem Material verschiedener Stärken, Bergtechnisches Ingenieurbüro GEOPRAX Schneeberg vom 19.08.1992

P18 Eigenprüfung in Zusammenarbeit mit Chemnitzer Baustoff und Fertigteil GmbH, Beton-prüfstelle, Blankenburgstraße, Chemnitz, 10/94-12/94

P19 Untersuchungsbericht zum Eluatverhalten von zementgebundenen mineralisierten Textil- und Lederabfällen des USAKO - Büro für Umweltsanierungskonzepte der SDAG Wismut - Geschäftsbereich Umweltengineering, Gera, 08.04.1991

P20 Prüfbericht der LWU Analytik GmbH, chemische und biologische Laboratorien, 09387 Jahnsdorf, 17.06.1994

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Anlagen