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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren, um Schichten aus mineralischen
Granulaten mit Schmelzklebstoffen durch Verkleben zu befestigen.
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Straßenbeläge
aus Asphalt sind bekannt. Dabei handelt es sich um verfestigte Schichten
aus Granulaten, die mit thermoplastischem Bitumen gebunden werden.
Diese Beläge haben den Nachteil, dass bei erhöhter
Umgebungstemperatur unter mechanischer Belastung häufig
eine Verformung auftritt. Sie werden durch Mischen von Granulaten
mit aufgeheizten flüssigen Bitumen hergestellt.
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In
der
WO 2006/099819 wird
ein Bodenbelag als Fahrbahndecke beschrieben, der aus Glaspartikeln zusammen
mit einem reaktiven 1 K- oder 2 K-Klebstoff auf Basis von Polyurethan-Klebstoffen
oder Epoxidklebstoffen besteht. Die Bestandteile werden gemischt
und danach aufgetragen und bearbeitet.
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In
der
WO 2005/075741 wird
ein wasserdurchlässiger Bodenbelag beschrieben, der aus
bestimmten partikelförmigen Rohstoffen besteht, die mit
organischen Klebstoffen verfestigt werden. Als Klebstoffe sind reaktive
Polyurethane oder Epoxidharze beschrieben. Es wird ein verformbares
Gemisch aus Klebstoff und Schotter eingebracht. Es wird beschrieben,
dass man im Fall des Aufbringens einer Oberschicht zusätzlich noch
eine Klebstoffschicht aufsprühen kann. Die Klebstoffe werden
nicht weiter spezifiziert.
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In
der
WO 96/26821 wird
ein Verfahren zum Auftragen eines vernetzenden 2-Komponenten-Klebstoffs beschrieben,
wobei zwei Komponenten gemischt und unter Druck als Strahl unter
vermeiden von Sprühnebeln auf eine Schotteroberflä che
aufgetragen werden. Weiterhin wird eine geeignete Vorrichtung für
das Mischen und Austragen des Klebstoffs beschrieben.
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Die
im Stand der Technik beschriebenen Verfahren haben den Nachteil,
dass bei 2-Komponenenten-Klebstoffen sichergestellt sein muss, dass
ein ausreichendes Mischungsverhältnis eingehalten wird.
Anderenfalls bleiben diese Materialien dauerhaft klebrig und bilden
keine stabile Verklebung. Werden reaktive einkomponenten Systeme
eingesetzt, ist sicherzustellen, dass diese eine ausreichende Benetzung
der Teilchen sicherstellen. Ist die Viskosität zu niedrig,
werden die oberen Schichten nicht ausreichend verklebt und in den
unteren Schichten reichert sich der Klebstoff an und es entsteht
eine dichte wasserundurchlässige Schicht. Das führt
zu einem Problem, wenn solche Schichten Niederschlagswasser abführen
sollen. Wird eine Sprühdüse zum Auftragen des
Klebstoffs eingesetzt, kühlen die Tropfen schnell ab und
ein Fließen des Klebstoffs ist nicht mehr möglich.
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Wird
als thermoplastisches Material Bitumen eingesetzt ist festzustellen,
dass dieses häufig so hoch viskos ist, dass eine Durchmischung
schwierig ist. Weiterhin sind Bitumen und andere Teer- und Ölhaltige
Produkte nachteilig unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes.
Es kann in vielen Fällen nicht sichergestellt werden, dass
aus diesen klebrigen Materialien niedermolekulare Bestandteile in
den Boden ausgewaschen werden, die dort umwelttoxische Eigenschaften
aufweisen.
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Ausgehend
von den bekannten Klebstoffen und Applikationsverfahren ergibt sich
die Aufgabe, ein Verfahren zum Befestigen eines Belags aus mineralischen
Granulaten zur Verfügung zu stellen, wobei eine nachträgliche
Verfestigung der Granulatschicht ermöglicht werden soll.
Weiterhin sollen keine aufwendigen Mischapperaturen notwendig sein,
um eine sichere Applikation zu gewährleisten. Eine weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren bereitzustellen,
mit dem auch nachträglich Reparaturen von bereits verklebten
Schichten möglich ist.
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Die
Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Befestigen
einer Schicht aus Granulaten, wobei eine Schüttung von
mineralischen Granulaten mit einer Korn größe von
1 bis 75 mm hergestellt wird, diese ggf. verdichtet und geformt
wird, und die Granulatteilchen mit einem thermoplastischen Schmelzklebstoff
verklebt werden, wobei der Schmelzklebstoff eine Viskosität
von 200 mPas bis 10.000 mPas bei 130°C aufweisen soll und
der aufgeschmolzene Klebstoff bei einer Temperatur von 150 bis 230°C
durch gießen, sprühen oder tränken aufgebracht
wird.
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Das
Verfahren kann auf Schichten aus bekannten Granulaten aus mineralischen
Materialien angewendet werden. Diese Granulate bestehen aus den
grobkörnigen Mineralien, beispielsweise Stein, Kies, Grobsand,
Splitt, oder Schotter. Die Korngrößenverteilung
der Granulate soll von 1 bis 75 mm liegen, insbesondere zwischen
2 bis 60 mm. Beispiele für übliche kommerziell
erhältliche Korngrößen der Granulate
sind zwischen 8 bis 11 mm, 16 bis 32 mm oder 33 bis 56 mm. Es ist
vorteilhaft, mehrere unterschiedliche Korngrößenverteilungen
gemeinsam einzusetzen. Die Korngrößenverteilung
definiert sich nach DIN 66145, bei einem Parameter
von mindestens 9 und unter Vernachlässigung von je 1% Über-
und Unterkorn.
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Als
Granulate können handelsübliche Mischungen eingesetzt
werden, insbesondere Kies, Split oder Schotter. Es ist jedoch auch
möglich eine farbliche Auswahl zu treffen, so dass eine
besondere farbliche Gestaltung der Oberfläche möglich
ist, beispielsweise aus Keramik oder farbigen Steinmaterialien.
Für bestimmte Anwendungszwecke ist es auch möglich,
untergeordnete Anteile von harten duroplastischen Kunststoffgranulaten
zuzusetzen.
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Das
geeignete mineralische Granulat soll bevorzugt verschiedene Korngrößen
umfassen. Durch die Auswahl der Granulate ist es möglich,
das Hohlraumvolumen in dem Belag zu beeinflussen. So ergeben hohe Korngrößen,
beispielsweise Korngrößen zwischen 30 bis 50 mm,
einen hohen Anteil von Hohlräumen. Feine Korngrößen,
beispielsweise zwischen 5 bis 18 mm, ergeben ein geringeres Hohlraumvolumen.
Solche Granulate sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise können
Schotterschichten, wie im Straßenbau oder im Gleisbau üblich,
erfindungsgemäß eingesetzt werden.
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Es
ist zweckmäßig, wenn das Hohlraumvolumen der verklebten
Belagschicht zwischen 10 bis 60 Volumen-% beträgt, d. h.
die fertige Schicht soll eine Vielzahl von Hohlräumen aufweisen.
Insbesondere kann der Anteil 15 bis 45% betragen. Das Hohlraumvolumen
kann als Stauvolumen gemessen werden, worunter das Volumen der Wasseraufnahme
eines Körpers verstanden wird, dass dieser in seinen Hohlräumen
aufnehmen kann. Bevorzugt ist es möglich das Granulat so
zu verkleben, dass die Hohlräume miteinander verbunden
sind und eine Wasserdurchlässigkeit durch die Schicht in
dem Untergrund möglich ist.
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Als
Klebstoff für das erfindungsgemäße Verfahren
sind thermoplastischen Schmelzklebstoffe geeignet, die eine hohe
Erweichungstemperatur aufweisen (Ring-Ball-Methode, gemessen nach DIN
52011). Es handelt sich dabei um bei Raumtemperatur feste,
nicht reaktive, lösemittelfreie Klebstoffe, die bei erhöhten Temperaturen
aufschmelzen, in der Wärme appliziert werden und beim Abkühlen
eine feste Verklebung ergeben. Solche Schmelzklebstoffe enthalten
ein oder mehrere thermoplastische Basispolymere sowie Harze, Weichmacher
und ggf. andere Additive und Zusatzstoffe. In einem erfindungsgemäß geeigneten
Schmelzklebstoff können die bekannten thermoplastischen
Basispolymere eingesetzt werden, wie Polyolefine, Ethylenvinylacetatcopolymere,
Polyamide, Polyester, Polyurethane, Polyacrylate oder Styrolcopolymere
oder -blockcopolymere. Solche Polymere sind dem Fachmann im Prinzip
bekannt. Über die Auswahl der Monomeren und das Molekulargewicht
ist die Erweichungstemperatur zu beeinflussen.
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Beispiele
für geeignete Basispolymere sind durch radikalische oder
koordinative Polymerisation erhältliche Homo- oder Copolymere
auf Basis von Ethylen und/oder Propylen sowie ggf. weiteren copolymerisierbaren
Monomeren. Bei den Monomeren, die zusätzlich zu Ethylen
und/oder Propylen eingesetzt werden können, handelt es
sich um die bekannten mit Ethylen/Propylen copolymerisierbaren olefinisch
ungesättigte Monomere. Insbesondere handelt es sich um
lineare oder verzweigte C4 bis C20-α-Olefine, wie Buten, Hexen, Methylpenten,
Octen; cyclisch ungesättigte Verbindungen, wie Norbornen
oder Norbornadien; symmetrisch oder unsymmetrisch substituierte
Ethylen-Derivate, wobei als Substituenten C1 bis
C12-Alkylreste geeignet sind. Es kann sich
dabei um Homopolymere oder Copolymere handeln, die auch weitere
copolymerisierbare Monomere enthalten können. Es sollen
unter Homo/Copolymere auch Polymere aus mehr als zwei Monomeren
verstanden werden. Dabei soll bevorzugt die Menge der Comonomere
unterhalb 30% betragen. Eine Ausführungsform der Erfindung
verwendet Copolymere auf Basis von Ethylen mit C4 bis
C20-α-Olefinen. Eine andere Ausführungsform
verwendet Polymere aus Propylen mit C4 bis
C20-α-Olefinen. Ebenso sind Copolymere auf
Basis Ethylen und/oder Propylen geeignet. Diese können
auch durch Katalyse mit Metallocen-Verbindungen hergestellt werden.
Solche Bindemittel sind häufig amorphe ataktische Polyolefine
(APAO).
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Die
so erhaltenen (Co)polymere weisen ein Molekulargewicht von 1000
bis zu 200000 g/mol auf, insbesondere von 1500 bis zu 50000 g/mol,
besonders bevorzugt bis zu 30000 g/mol (zahlenmittleres Molekulargewicht
(MN), durch Gelpermeationschromatographie
bestimmbar). Insbesondere sind solche Polymere geeignet, die bei
150 bis 180°C eine niedrige Viskosität aufweisen.
Solche Polyolefine sind dem Fachmann bekannt und können
von verschiedenen Herstellern kommerziell erhalten werden.
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Weiterhin
sind Ethylenvinylacetat (EVA-)Copolymere geeignet. Es handelt sich
dabei um Copolymere auf Basis von Vinylacetat und Ethylen, die ggf.
noch weitere einpolymerisierbare Monomere enthalten können. Diese
sollen kristallin oder teilkristallin sein und einen Erweichungspunkt
oberhalb von 90°C aufweisen. Dabei soll der Gehalt an Vinylacetat
von 10 bis 50 Gew.-% liegen, bevorzugt zwischen 15 und 40 Gew.-%,
insbesondere 18 bis etwa 30 Gew.-%.
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Zusätzlich
können weitere Monomere in den EVA-Polymer einpolymerisiert
enthalten sein, wie beispielsweise C3 bis
C10 ungesättigte Carbonsäuren,
wie Acrylsäu re, Methacrylsäure, Crotonsäure,
Isocrotonsäure; α-β-ungesättigte
C4 bis C10-Alkylendicarbonsäuren,
wie Maleinsäure, Fumarsäure oder Itaconsäure. Weitere
Monomere, die in dem EVA einpolymerisiert sein können,
sind beispielsweise C1 bis C15 Alkylvinylester,
C1 bis C15 Alkyl(meth)acrylat,
C1 bis C15 Alkylester
von Dicarbonsäuren, beispielsweise wie Alkylfumerat, Methyl(meth)acrylat,
Butyl(meth)acrlyat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat; C1 bis
C6 Hydroxyalkyl(meth)acrylat, wie Hydroxyethyl-
oder Hydroxypropyl(meth)acrylat; Acrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid,
N-methylol-Acrylamid. Solche Monomere können in Mengen
von 0,2 bis 10 Gew.-%, insbesondere bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Polymer
in dem EVA-Copolymeren enthalten sein. Durch die Auswahl der Monomeren
können wichtige funktionelle Parameter wie Glasübergangstemperatur
(TG), Schmelzpunkt oder Erweichungspunkt
beeinflusst werden. Das Molekulargewicht (MN)
solcher EVA-Copolymere beträgt üblicherweise zwischen
3000 bis 200000 g/mol, insbesondere bis zu 100000 g/mol.
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Solche
EVA-Polymere, Verfahren zu ihrer Herstellung und geeignete Comonomere
sind dem Fachmann bekannt. Er kann sie nach anwendungstechnischen
Eigenschaften, z. B. der Schmelztemperatur, Schmelzviskosität,
Erweichungspunkt oder Haftungseigenschaften, auswählen.
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Es
können beispielsweise auch elastische thermoplastische
Block-Copolymere eingesetzt werden. Unter solchen elastischen Polymeren
sind insbesondere Styrol-Block-Copolymere zu verstehen, die elastische oder
Kautschuk-elastische Eigenschaften aufweisen können. Es
kann sich dabei um 2 Block- oder 3 Block-Copolymere handeln, die
mindestens einen Styrol-Block aufweisen. Beispiele dafür
sind SBR, SAN, Styrol-Isopren-Copolymere (SIS), Styrol-Ethylen/Buthylen-Copolymere
(SEES), Styrol-Ethylen/Propylen-Copolymere (SEPS), Styrol-Isopren-Butylen-Copolymere
(SIES), Strylol-Butadien-Copolymere (SBS), hydrierte Styrol-Butylen-Butadien-Copolymere
(SBBS). Solche Block-Copolymere sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich. Über
die Länge der Styrol-Blöcke können die
Eigenschaften des Block-Copolymeren beeinflusst werden. Solche Polymere
können insbesondere auch als Gemische eingesetzt werden.
Diese Produkte sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich.
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Als
Schmelzklebstoff geeignet sind beispielsweise auch thermoplastische
Polyester, wie sie durch Umsetzung von Dicarbonsäuren mit
entsprechenden polyfunktionellen Alkoholen, insbesondere difunktionellen
Alkoholen, beispielsweise difunktionellen Polyethern, wie Polyethylenoxid,
erhältlich sind. Solche Polyester sind beispielsweise in
der
EP-A 028687 beschrieben.
Es handelt sich dabei um Umsetzungsprodukte aus aliphatischen, cycloaliphatischen
oder aromatischen Dicarbonsäuren, die mit aliphatischen,
cyclischen oder aromatischen Polyolen umgesetzt werden können.
Durch Auswahl der Carbonsäuren und der Polyole können kristalline
oder teilkristalline Polyester erhalten werden. Üblicherweise
werden Dicarbonsäuren und Diole miteinander zur Reaktion
gebracht. Es ist jedoch auch möglich, dass anteilsweise
geringe Mengen an Tricarbonsäuren oder Triolen eingesetzt
werden. Die entstehenden Polyester sollen nicht vernetzt sein und
aufschmelzbar, bevorzugt sind lineare Polyester. Das Molekulargewicht
geeigneter Polyester soll zwischen 1500 bis 30000 g/mol betragen,
insbesondere zwischen 3000 bis 20000 g/mol.
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Weitere
geeignete Schmelzklebstoffe können beispielsweise auf thermoplastischen
Polyamid-Basispolymeren beruhen. Geeignete Polyamide sind beispielsweise
in der
EP-A 749 463 beschrieben.
Es handelt sich dabei um Polyamidschmelzklebstoffe auf Basis von
Dicarbonsäuren und Polyetherdiaminen. Ebenfalls geeignete
Schmelzklebstoffe sind in der
EP-A
204 315 beschrieben. Es handelt sich dabei um Polyesteramide, die
auf Basis von Polymerfettsäuren und Polyaminen hergestellt
werden. Es können auch Blockcopolymere eingesetzt werden
aus Polyamiden und Polyethern, die erhalten werden durch die Umsetzung
von im wesentlichen linear aufgebauten, mit Carbonsäurefunktionen
und/oder Amingruppen terminierten Polyamiden auf Basis von dimerisierten
Fettsäuren sowie aliphatischen bzw. cycloaliphatischen
Diaminen mit im wesentlichen linearen aliphatischen Polyethern und/oder
deren Aminen.
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Dimer-
bzw. Polymerfettsäuren sind solche Fettsäuren,
die in bekannter Weise durch Dimerisierung von aus natürlichen
Rohstoffen gewonnen ungesättigten, langkettigen Fettsäuren
hergestellt werden, ggf. noch hydriert werden, und anschließend
durch Destillation weitergereinigt werden. Zusätzlich zu
den Dimer- bzw. Polymerfettsäuren kann die Säurekomponente
des Polyamids noch C4 bis C14-Dicarbonsäuren
enthalten, Beispiele derartiger Dicarbonsäuren sind Maleinsäure,
Succinsäure, Adipinsäure, Azelainsäure,
Sebacinsäure, Dodecandisäure, Glutarsäure,
Korksäure, Pimelinsäure oder auch aromatische
Dicarbonsäuren wie zum Beispiel Terephthalsäure
oder Mischungen.
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Die
Diamin-Komponente besteht im wesentlichen aus einem oder mehreren
aliphatischen Diaminen, vorzugsweise mit einer geraden Anzahl an
Kohlenstoffatomen, wobei die Aminogruppen an den Enden der Kohlenstoffketten
sind. Die aliphatischen Diamine können 2 bis zu 20 Kohlenstoffatome
enthalten, wobei die aliphatische Kette linear oder leicht verzweigt
sein kann. Die Amino-Komponente kann weiterhin cyclische Diamine
oder heterocyclische Diamine enthalten wie zum Beispiel 1,4-Cyclohexandiamin,
4,4'-Diamino-dicyclohexylmethan, Piperazin, Cyclohexan-bis-(methylamin),
Isophorondiamin, Dimethylpiperazin, Dipiperidylpropan, Dimer-Diamine
(Amine hergestellt aus Dimerfettsäuren). Beispielsweise
können als Schmelzklebstoff auch Nylontypen eingesetzt,
beispielsweise Nylon-6,6, Nylon-6,9 oder Nylon-6,12.
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Der
erfindungsgemäß geeignete Schmelzklebstoff muss
mindestens ein Basispolymer enthalten, es ist möglich,
auch Gemische von Polymeren einzusetzen. Da die Polymere wesentlich
die Eigenschaften des Schmelzklebstoffs beeinflussen, soll der Schmelzpunkt
der Basispolymere und ihrer Gemische von 80 bis 200°C liegen,
insbesondere oberhalb von 100°C und unterhalb von 160°C.
Zusätzlich kann der Schmelzklebstoff weitere Bestandteile
enthalten.
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Ein
geeigneter Schmelzklebstoff enthält mindestens ein Harz.
Das Harz bewirkt eine zusätzliche Klebrigkeit und verbessert
die Verträglichkeit der Schmelzklebstoff-Komponenten. Es
handelt sich dabei insbesondere um Harze, die einen Er weichungspunkt
von 70 bis 140°C (Ring-Ball-Methode, DIN 52011)
besitzen. Es sind dieses beispielsweise aromatische, aliphatische
oder cycloaliphatische Kohlenwasserstoff-Harze, sowie modifizierte
oder hydrierte Versionen davon. Weitere geeignete Harze sind Hydroabietylalkohol
und seine Ester vorzugsweise modifizierte Naturharze, wie Harzsäuren
aus Balsamharz, Tallharz oder Wurzelharz, Terpen-Harze, insbesondere
Copolymere des Terpens, sowie hydrierte Derivate davon; Acrylsäure-Copolymerisate
und Umsetzungsprodukte auf Basis funktioneller Kohlenwasserstoffharze.
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Das
Harz besitzt ein niedriges Molekulargewicht von unterhalb 2000 g/mol,
insbesondere unterhalb von 1500 g/mol. Es kann chemisch inert sein
oder sie kann ggf. noch funktionelle Gruppen enthalten, wie beispielsweise
OH-Gruppen, Carboxylgruppen oder Doppelbindungen. Die Menge des
Harzes soll zwischen 0 bis 40 Gew.-% bezogen auf den Schmelzklebstoff
betragen, insbesondere 5 bis 30 Gew.-%.
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Als
weitere Bestandteile sind in dem erfindungsgemäßen
Schmelzhaftklebstoff Additive oder Zusatzstoffe enthalten, die bestimmte
Eigenschaften des Klebstoffs beeinflussen können, wie z.
B. Kohäsionsfestigkeit, Viskosität, Erweichungspunkt
oder Verarbeitungsviskosität. Darunter sind beispielsweise
Weichmacher, Stabilisatoren, Wachse, Haftvermittler, Antioxidantien
oder ähnliche Zusatzstoffe zu verstehen. Die Menge soll bis
zu 30 Gew.% betragen. Es können auch mehrere Additive als
Gemisch eingesetzt werden. Weiterhin können Füllstoffe
zur Festigkeitserhöhung eingesetzt werden.
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Weichmacher
werden vorzugsweise zum Einstellen der Viskosität oder
der Flexibilität verwendet und sind im allgemeinen in einer
Konzentration von 0 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise von 0 bis 10 Gew.-%
enthalten. Geeignete Weichmacher sind beispielsweise medizinische
Weißöle, naphtenische Mineralöle, Polypropylen-, Polybuten-,
Polyisopren-Oligomere, hydrierte Polyisopren- und/oder Polybutadien-Oligomere,
Benzoatester, Phthalate, paraffinischen Kohlenwasserstofföle
oder Polypropylenglykol und Polybutylenglykol.
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Gegebenenfalls
können dem Schmelzklebstoff Wachse in Mengen von 0 bis
30 Gew.-% zugegeben werden. Die Menge ist dabei so bemessen, dass
einerseits die Viskosität auf den gewünschten
Bereich abgesenkt wird, andererseits aber die Adhäsion
nicht negativ beeinflusst wird. Das Wachs kann natürlichen
oder synthetischen Ursprungs sein. Als natürliche Wachse
können pflanzliche Wachse, tierische Wachse, Mineralwachse
oder petrochemische Wachse eingesetzt werden. Als chemisch modifizierte
Wachse können Hartwachse wie Montanesterwachse, Sarsolwachse
usw. eingesetzt werden. Als synthetische Wachse finden Polyalkylenwachse
sowie Polyethylenglykolwachse Verwendung. Vorzugsweise werden petrochemische
Wachse wie Petrolatum, Mikrowachse sowie synthetische Wachse, insbesondere
Polyethylenwachse, Polypropylenwachse, ggf. PE oder PP-Copolymere,
Fischer-Tropsch-Harze, Paraffinwachse oder mikrokristalline Wachse
eingesetzt.
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Eine
weitere Gruppe von Additiven sind Stabilisatoren oder Lichtschutzmittel.
Sie haben die Aufgabe, die Polymere während der Verarbeitung
vor Zersetzung zu schützen. Hier sind insbesondere die
Antioxidantien zu nennen. Sie werden üblicherweise in Mengen
bis zu 3 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen von etwa 0,1 bis 1,0 Gew.-%
dem Schmelzhaftklebstoff beigefügt.
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Ggf.
können dem Klebstoff auch Füllstoffe in Mengen
bis zu 25 Gew.-% zugesetzt werden, beispielsweise feingemahlene
anorganische Verbindungen wie Kreide, beschichtete Kreide, Kalkmehl,
Calcium-Magnesium-Carbonate, Aluminiumoxide und -hydroxide, gefällte
Kieselsäure, Zeolithe, Bentonite, Glas, Hohlkugeln oder
gemahlene Mineralien. Diese sollen als Pulver vorliegen, d. h. eine
Korngröße zwischen 1 bis 200 μm aufweisen,
insbesondere zwischen 3 bis 50 μm. Diese werden in dem
Klebstoff homogen dispergiert. Über Auswahl und Menge kann
die Festigkeit des Klebstoffs beeinflusst werden und sein Viskositätsverhalten.
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Solche
Additive sind dem Fachmann im Prinzip bekannt. Er kann eine Auswahl
nach den erwünschten Eigenschaften des Schmelzklebstoffs
treffen.
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Beispielsweise
kann ein geeigneter Schmelzklebstoff bestehen aus 25 bis 75 Gew.-%
mindestens eines Basispolymeren, 10 bis 50 Gew.-% mindestens eines
klebrigmachenden Harzes, 0 bis 20 Gew.-% mindestens eines Wachses
und/oder Weichmachers, 0 bis 25 Gew.-% weiterer Additive, wie Pigmente,
Stabilisatoren oder Haftvermittler, wobei die Summe 100% ergeben
soll. Insbesondere geeignet für diese nicht reaktiven Schmelzklebstoffe
sind Basispolymere ausgewählt aus Ethylenvinylacetat, Polyolefinen
und/oder Polyestern. Die eingesetzten Bestandteile des Schmelzklebstoffs
sollen bevorzugt so gewählt werden, dass diese nicht wasserlöslich
sind und nicht mit Wasser auswaschbar. Insbesondere sollen keine
umweltgefährdenden auswaschbaren Substanzen in einem geeigneten
Schmelzklebstoff enthalten sein.
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Um
eine gute Benetzung der Granulate sicherzustellen, ist es notwendig,
dass der Schmelzklebstoff eine Viskosität von 200 bis 10000
mPas bei Applikationstemperatur aufweist (gemessen nach EN
ISO 2555, Brookfield RVT), bevorzugt zwischen 400 und 5000
mPas, insbesondere bis zu 3000 mPas. Die Applikationstemperatur
soll mindestens 130°C betragen, bevorzugt im Bereich von
150 bis 220°C liegen.
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Die
Viskosität unter Applikationsbedingungen muss so gewählt
werden, dass ein ausreichendes Eindringen des Schmelzklebstoffs
in die Granulatschicht sichergestellt wird. Dieses Verfließen
ist auch von der Korngröße abhängig,
bei einer kleineren Korngröße muss eine niedrige
Applikationsviskosität eingesetzt werden. Ist die Viskosität
zu hoch, so werden die oberen Bereiche einer Schotterschicht sehr
gut verklebt, die Verbindung mit den tiefer liegenden Bereichen
ist jedoch nicht gewährleistet. Weiterhin kann dadurch
eine zu starke Verklebung der oberen Teile der Schicht erzielt werden,
so dass die Wasserdurchlässigkeit negativ beeinflusst wird.
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Der
Erweichungspunkt der Schmelzklebstoffe soll oberhalb von 80°C
liegen, bevorzugt oberhalb von 90°C, er liegt aber meist
unterhalb von 150°C, insbesondere unterhalb von 130°C.
Ist der Erweichungspunkt zu hoch, wird nach dem Auf schmelzen im
Allgemeinen keine geeignete Viskosität erhalten. Ist der
Erweichungspunkt zu niedrig, ist die Verklebung des Belags nicht
stabil bei erhöhter Umgebungstemperatur.
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Der
Schmelzklebstoff soll bei Umgebungstemperatur, beispielsweise 15
bis 30°C, keine Gummielastizität aufweisen. Eine
elastische Dehnung soll unterhalb 20% betragen. Bevorzugt soll der
Klebstoff eine 20°C eine Shore-Härte (Shore D
nach DIN 53505) über 40 aufweisen, insbesondere über
50. Das kann durch die Auswahl der Basispolymere erfolgen oder es
kann ein Füllstoffpulver zugesetzt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren bringt geeignete nicht-reaktive
Schmelzklebstoffe in eine bereits hergestellte Schicht von Granulaten.
Beispielsweise werden die Granulate zu einer Schicht geformt, z.
B. einem Schotterbett. Auf die entsprechend vorbereitete Schicht
wird der Schmelzklebstoff aufgetragen. Die Menge des Schmelzklebstoffs
soll so gewählt werden, dass zwischen 1 bis 30 Gew.-% Schmelzklebstoff
bezogen auf die Menge der Granulate eingesetzt werden. Dabei kann
die Menge des einsetzenden Klebstoffs niedriger gewählt
werden, wenn der mittlere Korndurchmesser des Granulates größer
gewählt wird. Insbesondere kann die Menge des Schmelzklebstoffs
1 bis 15 Gew.-% betragen.
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Bei
einer Vorgehensweise gemäß der Erfindung wird
zuerst eine Schicht aus dem geeigneten mineralischen Granulat hergestellt.
Dieses kann entsprechend geformt werden, weiterhin ist es üblich,
dass die Granulatschicht durch bekannte Maßnahmen verdichtet
wird.
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Erfindungsgemäß ist
es zweckmäßig, unmittelbar vor dem Auftragen des
Schmelzklebstoffs, die Granulatschicht zu erwärmen. Dabei
kann die Erwärmung durch bekannte Maßnahmen, wie
Erhitzen mit Flammen oder mit heißer Luft geschehen. Es
ist zweckmäßig, wenn die Oberfläche der
Granulate auf eine Temperatur von oberhalb von 50°C, insbesondere
oberhalb von 70°C erwärmt wird. Durch das Erwärmen
wird ebenfalls erreicht, dass mögliche Oberflächenfeuchtig keit
der Granulatschicht verdampft, so dass die überwiegende Oberfläche
des zu benetzenden Granulates trocken ist.
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Unmittelbar
nach dem Erwärmen wird der Schmelzklebstoff aufgetragen.
Dazu wird der Klebstoff in bekannten Aggregaten aufgeschmolzen,
z. B. Schmelzkesseln oder Extruder, und über Pumpen und
Leitungen zu einem Auftragskopf transportiert. Dabei kann der Auftragskopf
aus einer Düse bestehen, so dass einzelne große
Tropfen oder ein Strang des Schmelzklebstoffs ausgetragen werden.
Eine andere Auftragsweise liegt darin, dass, beispielsweise mit
einer Breitschlitzdüse, ein Film eines Schmelzklebstoffs
aufgebracht wird. Weiterhin ist es möglich, dass aus einer
oder mehreren Düsen der Schmelzklebstoff aufgetragen wird.
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Bei
der erfindungsgemäßen Arbeitsweise ist darauf
zu achten, dass der Schmelzklebstoff in den Zuführungsleitungen
eine ausreichende Temperatur aufweist. Gegebenenfalls ist es möglich,
auch den Auftragskopf zu erwärmen. Weiterhin kann ggf.
das Auftragen mit einem heißern Luftstrom unterstützt
werden. Eine bevorzugte Arbeitsweise gemäß der
Erfindung ist das Auftragen als Klebstofffilm oder kontinuierlich
als Strang.
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Durch
das erfindungsgemäße Auftragsverfahren benetzt
der Schmelzklebstoff die Oberfläche der Granulate und fließt
durch die Schwerkraft nach unten weiter. Die Eindringtiefe soll
bis zu 20 cm betragen, in Abhängigkeit der Viskosität
der Schmelzklebstoffs. Die Viskosität wird durch den ausgewählten
Schmelzklebstoff bestimmt. Weiterhin ist es möglich durch
eine Erhöhung der Auftragstemperatur die Viskosität
abzusenken.
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Es
ist darauf zu achten, dass der Schmelzklebstoff bei der gewählten
Temperatur sich nicht zersetzt. Dabei ist es möglich, den
Schmelzklebstoff in einer geeigneten Vorrichtung so zu erhitzen,
dass er in eine flüssige pumpbare Form überführt
wird. Kurz vor dem Austritt aus der Düse kann der Schmelzklebstoff
kurzeitig auf eine wesentlich höhere Temperatur gebracht
werden. Da unmittelbar danach das Auftragen erfolgt, kann eine Zersetzung
des Klebstoffs vermieden werden.
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Eine
Auftragsweise besteht darin, dass eine Düse ein kontinuierlicher
Film oder Strang des aufgeschmolzenen Klebstoffs erzeugt wird. Dabei
kann sich die Düse in Längsrichtung über
die vorbereitete Granulatschicht bewegen. Eine weitere Einbringungsweise
gemäß der Erfindung kann darin bestehen, dass
die Auftragsdüsen oszillierend über die Überfläche
der Granulate bewegt werden.
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Eine
weitere Arbeitsweise besteht darin, dass eine oder mehrere rohrförmig
ausgestaltete Düsen in die Schotterschicht oberflächlich
eindringen. Aus diesen Düsen kann dann unter Druck der
Klebstoff in die Schicht gepresst werden, der dann verfließt.
Danach können dann diese Düsen herausgezogen werden
und an anderen Stellen den Klebstoff in die Schicht einbringen.
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Um
eine kontinuierliche Arbeitsweise zu ermöglichen ist es
notwendig, dass die Erwärmung der Schicht im allgemeinen
in die Längsrichtung der Granulatschicht fortschreitet.
Danach wird in einem geringen zeitlichen Abstand nach der Erwärmung
auch der Auftragskopf des Schmelzklebstoffs in Längsrichtung
bewegt.
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Die
Auftragsgeschwindigkeit ist von der Viskosität, Temperatur
und der Geschwindigkeit der Bewegung der Auftrags- und Erwärmungsvorrichtung
beeinflusst. Bei dünnviskosen Schmelzklebstoffen, ist es
möglich, dass eine höhere Relativgeschwindigkeit
des Auftragsdüse zu der Granulatschicht gewählt
wird. Weiterhin kann durch eine Erwärmung der Granulatoberflächen
der Schicht ein besseres Fließen des Schmelzklebstoffs
erreicht werden. Das kann beispielsweise durch eine Erhöhung
der Lufttemperatur und durch eine größere Menge
erhitzte Luft erzielt werden.
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Die
Geschwindigkeit des Fortschreitens der Auftragsdüse über
die Granulatschicht wird so gewählt, dass eine ausreichende
Menge Klebstoff aufgetragen wird und dieser noch im erwärmten
Zustand durch die Schicht nach unten fließt. Insbesondere
ist es zweckmäßig, wenn mindestens die oberen
5 cm, insbesondere mindestens 10 cm der Granulatschicht miteinander
verklebt werden.
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Dabei
ist es nicht notwendig, dass jedes Granulatteilchen durch den Schmelzklebstoff
umhüllt wird. Es ist ausreichend, wenn einzelne Berührungspunkte
der Granulatteilchen mit Schmelzklebstoff miteinander verbunden
werden.
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Unmittelbar
nach dem Auftragen des Schmelzklebstoffs kann zusätzlich
ein Verfestigungsschritt der Granulatschicht durchgeführt
werden. Dabei werden die mit Klebstoff benetzten Flächen
miteinander in Kontakt gebracht. Das kann beispielsweise durch walzen,
rütteln oder ähnliche Maßnahmen geschehen.
Diese Verfestigung muss durchgeführt werden, solange noch
ein Fließen des Schmelzklebstoffs zwischen den Granulatteilchen
möglich ist.
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Nach
dem Einbringen des Schmelzklebstoffs in die Granulatschicht ist
es möglich, das weitere Verfließen des Schmelzklebstoffs
durch zusätzlichen Wärmeeintrag zu fördern.
Das kann beispielsweise durch Einblasen von heißer Luft
durchgeführt werden.
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Geräte
und Apparaturen zum Erwärmen der Schotterschicht, zum Aufschmelzen
und Auftragen von Schmelzklebstoffen sind dem Fachmann bekannt.
Es können dabei beispielsweise die üblichen beheizten
Gebläse eingesetzt werden. Weiterhin können die üblichen
Schmelzvorrichtungen mit Förderpumpen, z. B. Zahnradförderpumpen,
und flexiblen beheizte Rohrleitungen eingesetzt werden. Diese können
ggf. isoliert sein oder zusätzliche Heizelemente enthalten.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet
Tragschichten aus Schotter im Straßen- oder im Gleisbau
zu verfestigen. Dabei kann auf einen an sich bekannten Unterbau
eine Schicht aus Granulaten, beispielsweise aus groben Schotter,
aufgebracht werden. Dieser wird entsprechend den Anforderungen vorbereitet.
Anschließend wird durch das erfindungsgemäße
Verfahren die Schicht mit einem Schmelzklebstoff verklebt.
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Es
werden auf diese Art und Weise verfestigte Schichten erhalten, die
danach gegebenenfalls mit weiteren Schicht abgedeckt werden können
oder die anderweitig weiterbearbeitet werden. Ebenso können
in dieser Schicht auch weitere Teile, beispielsweise Betonschwellen,
eingearbeitet vorliegen.
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Durch
das Verkleben mit Schmelzklebstoffen ist es möglich eine
gute Haftung der unterschiedlichen Granulatmaterialien herzustellen.
Ebenso ist das Viskositätsverhalten von Schmelzklebstoffen
wichtig. Der Klebstoff muss in einem engen Temperaturbereich, beispielsweise
von 30°C, eine niedrige Viskosität aufweisen,
bei Umgebungstemperatur jedoch eine gute stabile Verklebung sicherstellen.
Bekannt thermoplastische Kunststoffe weisen im Allgemeinen ein zähes
Fließverhalten auf, können also nicht ausreichend
tief in die Granulatschicht eindringen.
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Die
Bodenbelagsschicht, die mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren verklebt und in sich befestigt wurde, weist eine Vielzahl
von verbesserten Eigenschaften auf. So ist in der offenporigen Form
eine hohe Wasserdurchlässigkeit durch den Belag gewährleistet.
Auch kurzzeitige hohe Wassermengen werden von der Oberfläche
abgeführt. Auch bei kalten Witterungsbedingungen ist durch
den hohen Anteil der Hohlräume noch eine Wasserabfuhr möglich.
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In
einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann auf
die so verfestigte Tragschicht eine weitere Schicht als Bodenbelag
aufgebracht werden. Es kann sich dabei um Deckschichten handeln,
wie sie im Straßenbau angewendet werden.
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Eine
weitere Anwendung der Verklebung nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren ist die Verklebung von Schotterschichten im Gleisbau.
Dabei zeichnen sich die so verfestigten Schichten durch eine hohe
Wasserdurchlässigkeit aus und sie sind gegenüber
den Belastungen des Schienenverkehrs stabil.
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Die
mit den erfindungsgemäß geeigneten Schmelzklebstoffen
verklebten Schotterschichten zeigen eine gute Stabilität
bei der Verklebung. So ist unter verschie denen Witterungsbedingungen
auch bei wärmere Umgebungstemperatur eine ausreichend stabile
Verklebung gegeben. Auch durch die häufige Belastung der Schienen
ist kein Aufbrechen der Schotterschicht zu erwarten. Der Klebstoff
weist eine ausreichende Flexibilität auf, um auch die Belastung
durch Vibrationen ohne Bruch der Verklebung zu überstehen.
Die erfolgte Befestigung der Granulatteilchen untereinander ergibt
außerdem den Vorteil, dass bei einer späteren
Wiederaufarbeitung der Granulatmaterialien, nur ein geringerer Anteil
an zerkleinerten, zerbrochenen oder zerriebenen Granulatbestandteile
erhalten wird. Damit ist eine verbesserte Wiederverwertung des Schotters
möglich.
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Beim
Verkleben von Granulatschichten nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren mit Schmelzklebstoffen ist es gegebenenfalls möglich,
diese auch später zu reparieren. In einem räumlich
begrenzten Umkreis wird die Adhäsion der Klebstoffschicht
auf den Granulatteilchen aufgebrochen. Nach dem Aufbrechen ist es
möglich, an den auszubessernden Stellen zusätzliche
Granulatmischungen einzubringen und diese ggf. zu verdichten. Durch
Erhitzen der alten Bestandteile und/oder durch zusätzliches
Auftragen von Anteilen von Schmelzklebstoffen in geschmolzener Form
und unter gleichzeitiger Erwärmung ist es möglich
solche ausgebesserten Stellen fest mit den alten umgebenden Granulatschichten
zu verbinden. Für diesem Fall ist es zweckmäßig,
einen Schmelzklebstoff einzusetzen, der eine geringe elastische
Dehnung aufweist und härter ausgebildet ist.
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Weiterhin
ist eine hohe Stabilität gegenüber der Feuchtigkeit
gegeben. Ebenso ist die so verklebte Schicht auch gegenüber
erhöhter Temperatur beispielsweise wie unter direkter Sonneneinstrahlung,
oder durch niedrige Temperatur, wie beispielsweise Winterperioden,
geben. Der erfindungsgemäß aufgetragene Klebstoff
soll eine gute Elastizität aufweisen. Durch die Auswahl
der Bestandteile des Klebstoffs ist es möglich, dass die
Umweltbelastungen durch den Einsatz eines Schmelzklebstoffs vermindert
werden. Weiterhin sind einfach Schmelz- und Transportvorrichtungen
geeignet, die bei dem Einsatz von 2-Komponenten-Klebstoffen bekannten
Problem beim Mischen der Komponenten, die zu einer un terschiedlichen
Verklebungsgüte führen können, werden
durch die erfindungsgemäße Arbeitsweise vermieden.
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Als
Beispiel werden zwei Schmelzklebstoffe beschrieben, die nach Aufschmelzen
eine geeignete Viskosität für die Applikation
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigen.
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Schmelzklebstoff:
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Beispiel 1:
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Es
wird eine Mischung hergestellt aus:
35
g Ethylen/1-Octen-Copolymer | (Affinity
GA 1950) |
45
g Kohlenwasserstoffharz | (I-Marv
P-125) |
20
g Paraffinwachs | (Sasolwachs
H1) |
Viskosität
bei 160°C: 1600 mPas | |
Erweichungspunkt:
ca. 95–100°C | |
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Beispiel 2:
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Es
wird eine Mischung hergestellt aus:
31
g EVA-Polymer | (Escorene
AD 0428) |
46
g Kohlenwasserstoffharz | (I-Marv
P 125) |
1 g
Stabilisator | (Irganox
1010) |
24
g Wachs | (Sasolwachs
H1) |
Viskosität
bei 180°C: 700 mPas | |
Erweichungspunkt:
ca. 103–110°C | |
Shore
D 40 | |
Reißdehnung
145% | |
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Beispiel 3:
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Es
wird eine Mischung analog Beispiel 2 hergestellt mit zusätzlich:
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- 25 g Calciumcarbonat
- Viskosität bei 180°C: 2700 mPas
- Erweichungspunkt: ca. 122°C
- Shore D 54
- Reißdehnung 10%
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Es
wird eine Granulatmischung verschiedener Sieblinien (12 bis 56 mm)
bereitgestellt. Es können Prüfkörper
50 × 20 × 15 cm hergestellt werden und diese werden
verdichtet. Ein Klebstoff nach den Beispielen 1 bis 3 wird aus einer
Düse bei 180°C oszillierend über die
Oberfläche geführt. Die Menge des Klebstoffs beträgt
8% auf dem Granulatanteil. Die Proben werden 2 d bei Raumtemperatur
ruhen gelassen. Die verklebten Prüfkörper weisen
eine gute, stabile Verklebung auf. Auch nach 48 h Lagerung in Wasser
und trocknen der Prüfkörper ist eine stabile Verklebung
(Druckfestigkeit, Zugfestigkeit) geben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2006/099819 [0003]
- - WO 2005/075741 [0004]
- - WO 96/26821 [0005]
- - EP 028687 A [0021]
- - EP 749463 A [0022]
- - EP 204315 A [0022]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DIN 66145 [0010]
- - DIN 52011 [0014]
- - DIN 52011 [0026]
- - EN ISO 2555 [0035]
- - DIN 53505 [0038]