DE102009000179A1

DE102009000179A1 - Schnelltest zur Ermittlung des Einflusses einer Bestrahlung auf den Abrieb eines Granulats

Info

Publication number: DE102009000179A1
Application number: DE102009000179A
Authority: DE
Inventors: Marisa Cruz; Rainer Dr. Fuchs; Frank Dieter Kuhn
Original assignee: Evonik Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2010-07-15
Also published as: TW201040522A; EP2376889A2; US20110272601A1; CN102282451A; WO2010081633A2; WO2010081633A3; BRPI0923952A2

Abstract

Schnelltest zur Ermittlung des Einflusses einer Bestrahlung auf den Abrieb eines Granulats, bei welchem man
i.) den Abrieb eines Granulats vor der Bestrahlung bestimmt,
ii.) das Granulat bestrahlt,
iii.) den Abrieb des bestrahlten Granulats bestimmt,
dadurch gekennzeichnet, dass
- man den Abrieb bestimmt, indem man
a) das Granulat in einer Schneidmühle mahlt,
b) das gemahlene Produkt einer Siebanalyse unterzieht und
c) das Ergebnis der Siebanalyse mit mindestens einem Referenzwert vergleicht, um den Abrieb des Granulats einzuordnen,
- man das Granulat bestrahlt, indem man mehrere Granulatpartikel in einem Probenbehälter (2) anordnet und mit einer Bestrahlungslame (3) bestrahlt, wobei man die Granulatpartikel während der Bestrahlung periodisch durchmischt, so dass verschiedene Oberflächen der Granulatpartikel bestrahlt werden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schnelltest zur Ermittlung des Einflusses einer Bestrahlung auf den Abrieb eines Granulats, bevorzugt eines anorganischen oder organischen Granulats, besonders bevorzugt eines Kunststoffgranulats.
STAND DER TECHNIK
Kunststoffgranulate sind eine typische Lieferform von thermoplastischen Kunststoffen der Rohstoffhersteller für die Kunststoff-verarbeitende Industrie. Sie sind wegen ihrer Rieselfähigkeit ein Schüttgut, wie Sand oder Kies, und damit vergleichsweise leicht zu transportieren und weiterzuverarbeiten.
Neuerdings wird die Verwendung von Kunststoffgranulaten als Füllmaterial für Kunstrasen intensiv diskutiert. Beispielsweise offenbart die europäische Patentanmeldung EP 1 416 009 A1 den Einsatz von ummantelten Gummipartikeln als Einstreumaterial oder als lose Elastikschicht für Kunstrasen oder andere Bodenbeläge. Die Gummipartikel sind in der Regel unregelmäßig, n-eckig geformt und haben vorzugsweise eine mittlere Größe zwischen 0,4 mm und 2,5 mm bis maximal 4,0 mm. Die einzelnen Gummipartikel sind über ihre komplette Oberfläche mit einem 5 μm bis 35 μm dicken Überzug versehen. Der Überzug bildet eine dauerelastische Ummantelung, die das Auswaschen von Schadstoffen, wie z. B. Zink weitgehend verhindern soll. Außerdem soll durch diese Verkapselung ein für Altgummi typischer Gummigeruch reduziert werden.
Für die Anwendung als Füllmaterial für Kunstrasen müssen derartige Kunststoffgranulate u. a. eine hohe Abriebfestigkeit aufweisen. Leider ist aber bis heute kein Test bekannt, durch den die Abriebfestigkeit von Kunststoffgranulaten auf einfache Art und Weise, schnell und kostengünstig ermittelt und eingeschätzt werden kann.
Bisher wird für die Testung der Abriebfestigkeit von Kunstrasengranulaten (Infill-Materialien) der sogenannte Hardgroove-Test gemäß ISO-5074 durchgeführt. Dazu wird das Kunststoffgranulat in einer speziellen Kugelmühle gemahlen (500 Umdrehungen), wobei keine Pulverisierung oder andere Veränderungen des Kautschukgranulats zugelassen werden. Die Partikelgröße des Kunststoffgranulats wird vor und nach dem Mahlen ermittelt und miteinander verglichen, wobei eine Abriebfestigkeit von mindestens 95% gefordert wird, um den Test zu bestehen.
Dieser Test weist jedoch viele Nachteile auf:

• Er erzeugt relativ wenig Abrieb (geforderte Abriebstabilität ≥ 95% bei der exakten Durchführung des Tests bei geeigneten Füllmaterialien). Das ist zwar vorteilhaft, um möglichst viele Kunstrasenpartikelsysteme zuzulassen, nicht aber, um die Eignung verschiedener Materialien auf schnelle und einfache Art und Weise bestimmen und sinnvoll miteinander vergleichen zu können. Z. B. können mit dieser Methode verschiedene Beschichtungen, die ein unterschiedliches Abriebverhalten haben, nicht oder nur schwach voneinander unterschieden werden, weil die anfallenden Messergebnisse sehr dicht beieinander liegen. Dadurch kann z. B. kein „Ranking”, also keine Einstufung verschieden abriebfester Beschichtungen relativ zueinander vorgenommen werden. Oder eine solche Einstufung gelingt nur in einem engen Rahmen, der sich nur wenig oder gar nicht von der üblichen Schwankungsbreite der gewonnenen Messwerte unterscheidet. Bei der Einstufung von Füllmaterialien mit diesem Test durch ISA werden alle Produkte mit einer Abriebstabilität von ≥ 95% als geeignet für den Einsatz als Kunstrasenfüllmaterialen nach dem niederländischen Standard für Infillmaterialien auf Gummibasis, ISA-M37, eingestuft.
• Zudem ist die benötigte Kugelmühle vergleichsweise teuer.
• Der Test ist äußerst zeitaufwändig, da 500 Umdrehungen benötigt werden, und sehr aufwändig, die Testapparatur kann z. B. aufgrund des Gewichts des Gerätes kaum transportiert werden, eine möglichst quantitative Entleerung der Apparatur ist äußerst zeitaufwendig und schwierig, weil an der hohen Oberfläche viele Partikel haften bleiben, z. B. durch elektrostatische Aufladungseffekte der Partikel oder der Testapparaturoberfläche.
• Die Methode benötigt sehr viel Probenmaterial.
• Die Mühle ist schwer zu temperieren, um das Abriebverhalten bei verschiedenen Temperaturen messen zu können.

Vereinzelt wurden auch andere Abrieb-Testverfahren für Füllgranulate eingesetzt. Zum Beispiel mittels Rollenbock oder Ringscherzelle. Auch diese Methoden zeigen wesentliche Nachteile. Die Erzeugung von erkennbarem bzw. messbarem Abrieb mittels eines Rollenbocks benötigt sehr lange Zeit. Außerdem ist eine quantitative Überführung des erzeugten Feinanteils aufgrund der hohen Oberfläche und evtl. hoher elektrostatischer Aufladung sehr schwierig bis unmöglich. Das Gerät ist umständlich zu befüllen und zu leeren und schwer zu temperieren, um das Abriebverhalten bei verschiedenen Temperaturen messen zu können.
Die Erzeugung von erkennbarem bzw. messbarem Abrieb mittels Ringscherzelle benötigt ebenfalls eine lange Zeit. Eine quantitative Überführung des Materials nach der Mahlung aus der Apparatur ist schwierig und ebenso ist eine Reinigung der Apparatur schwierig. Die Apparatur lässt sich weiterhin nur schwer temperieren, um das Abriebverhalten bei verschiedenen Temperaturen messen zu können.
Die Abriebbestimmungsverfahren (DIN 53516) für Kunststoffblöcke und Felle (und damit z. B. für durchgefärbtes Material, wie EPDM oder TPE) werden in der DIN V18035-7:2002-06 beschrieben und sind für Abriebmessungen an beschichtetem Altreifengummigranulat nicht anwendbar.
Gleiches gilt für den in der DIN ISO 4649 beschriebenen Abriebtest für zylindrische Elastomer-Probekörper, die einer definierten Abriebbelastung mittels eines Schmirgelbogens ausgesetzt werden. Auch dieser Test ist für kleinteilige Granulate nicht anwendbar.
Für die Anwendung als Füllmaterial für Kunstrasen ist weiterhin wichtig zu erfahren, wie sich die Eigenschaften derartiger Kunststoffgranulate, insbesondere der Abrieb, unter Sonnenbestrahlung mit der Zeit ändern (sogenanntes Altern der Kunststoffgranulate). Leider ist aber bis heute kein Test bekannt, durch den die Sonnenbestrahlung von Kunststoffgranulaten auf einfache Art und Weise, schnell und kostengünstig simuliert und eingeschätzt werden kann und der es ermöglicht, die Auswirkung der Bestrahlung auf die Kunststoffgranulate, insbesondere auf die Partikeloberflächen, innerhalb einer kurzen Zeit zu bestimmen.
Bekannt sind lediglich verschiedene Behandlungsverfahren zur Bestrahlung von Oberflächen von beschichteten oder unbeschichteten Blechen oder anderen zweidimensionalen Oberflächen oder beschichteten oder unbeschichteten Partikeln. Beispielsweise wird für die Testung der Wirkung von UV-Strahlen auf Automobil-Lacke häufig der Sun-Test eingesetzt, der weiterhin auch für partikuläre Systeme verwendet werden kann. Hier kommt ein Behälter zur Anwendung, in den die zu belichtenden beschichteten oder unbeschichteten Partikel eingestreut und dann belichtet werden.
Als ein weiteres Beispiel für die Bestrahlung von beschichteten oder unbeschichteten Partikeln wird von dem Institut ISA Sport zur Bewertung der Bewitterungsbeständigkeit von Füllmaterialien für Kunstrasen ein Gerät eingesetzt, welches nach dem Standard ISO 4892-3 arbeitet. Dabei wird ein beschichtetes oder unbeschichtetes Gummigranulat einer klimatischen Simulation unterworfen, bei der die Probe mit UV-Licht für eine Zeitdauer von 125 Tagen belastet wird.
Diese Tests weisen jedoch diverse Nachteile auf, die für eine schnelle Einschätzung des Einflusses einer Sonnenbestrahlung auf die Eigenschaften von Kunststoffgranulaten hinderlich sind:

• Die Tests sind langwierig und äußerst zeitintensiv, da sie in der Regel eine Bestrahlung von mehreren Monaten oder Jahren erfordern.
• Es gibt derzeit keinen Test, der es erlaubt, beschichtete oder unbeschichtete Partikel, wie z. B. Kunststoffgranulat, gleichmäßig auf der ganzen Oberfläche mit Belichtung und Bewitterung zu belasten. Das aber ist nötig, um ein möglichst einheitliches Verhalten der gesamten beschichteten oder unbeschichteten Partikel auf ihrer gesamten Oberfläche zu erreichen. Wegen der Belichtung nur einer Seite der beschichteten oder unbeschichteten Granulate resultieren zwei stark unterschiedliche Oberflächen, weshalb diverse weitergehende Analysen und Bestimmungen (z. B. Schadstoffeluation, Farbmessung) an den belichteten beschichteten oder unbeschichteten Granulaten nur schwer möglich sind.
• Einige der bisherigen Tests können nur wenig Material auf einmal behandeln; für die Durchführung von an die Bestrahlung anschließende Analysenmethoden (z. B. Farbmessung, Schadstoffeluation) ist es allerdings wichtig, dass genügend Mustermaterial zur Verfügung steht.
• Teilweise müssen Oberflächen hängend bestrahlt werden (z. B. im Xenontest). Dies kann mit Granulaten nur dann erfolgen, wenn diese an eine Oberfläche angeklebt werden, die dann hängend bestrahlt wird. In diesem Fall ist die Loslösung der Partikel äußerst aufwendig und der an den Partikeln verbleibende Kleber verfälscht die Ergebnisse nachfolgender Untersuchungen. Außerdem wird wieder nur eine Partikelseite bestrahlt.

Darüber hinaus ist es wichtig zu erfahren, wie sich die Farbe, die Zinkeluation und das Wasserrückhaltevermögen derartiger Kunststoffgranulate unter Bestrahlung ändern. So liefert die Ermittlung der Wasserrückhaltefähigkeit sehr gute Anhaltspunkte über die Eignung eines Materials als Kunstrasenfüllmaterial: je schneller der Ablauf des Wassers ist, desto schneller ist das Material wieder bespielbar. Vor allem in der Überganszeit ist diese Größe daher wichtig, weil immer dann, wenn Wasser lange in der Schüttung verbleibt, kann es gefrieren und den Platz nicht mehr bespielbar machen. Oder zu feuchtes Kunststoffgranulat ist zu glitschig und/oder rutschig.
Sollte allerdings gewünscht werden, dass nach Bewässerung (z. B. wegen Abkühlung, Verminderung von Reibung beim Schlittern oder Stürzen der Fußballer im Sommer) noch Wasser in der Schüttung verbleibt, dann sind die Füllmaterialien zu bevorzugen, die mittel bis viel Wasserrückhaltefähigkeit aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es war somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Möglichkeiten zur Schnelltestung des Einflusses einer Bestrahlung auf die Abriebfestigkeit von Granulaten, insbesondere von Füllmaterialien für Kunstrasen, aufzuzeigen.
Zusätzlich wurde ein Schnelltest zur Ermittlung des Einflusses einer Bestrahlung auf die Festigkeit und die Haftung von Stoffschichten auf Oberflächen oder in Zwischenschichten von mehrschichtigen Granulaten gewünscht.
Der Test sollte möglichst schnell und möglichst effektiv durchführbar sein, möglichst universell einsetzbar sein und eine möglichst genaue Klassifizierung des Abriebverhaltens von verschiedenen Granulaten erlauben. Dabei sollte er sich insbesondere für die Testung ummantelter Gummipartikel eignen.
Weiterhin sollte der Schnelltest nach Möglichkeit die folgenden Bedingungen erfüllen:

• Möglichst preiswerte Bestimmung des Abriebverhaltens sowie ggf. weiterer Eigenschaften.
• Möglichst schnelle Bestimmung des Abriebverhaltens sowie ggf. weiterer Eigenschaften.
• Möglichst einfache Handhabung.
• Möglichst universelle Einsetzbarkeit, eine ggf. notwendige Testapparatur sollte möglichst leicht transportabel sein und einen möglichst geringen Platzbedarf haben.
• Möglichst geringe nötige Mustermenge.
• Sehr empfindlicher Test, der eine möglichst genaue Einschätzung und Klassifizierung des Abriebverhaltens von sehr ähnlichen Materialien zulässt und insbesondere – auch bei sehr ähnlichen aber nicht gleichen Beschichtungen noch eine Unterscheidung von deren Abriebverhalten zulässt. – eine Unterscheidung von gleichermaßen beschichteten Gummipartikeln oder unbeschichteten Gummipartikeln, aber unterschiedlicher Bewitterung oder Vorbehandlung des Produktes, erlaubt. – eine Unterscheidung von gleichermaßen beschichteten organischen oder anorganischen Körpern oder Polymeren oder von unbeschichteten organischen oder anorganischen Körpern oder Polymeren nach unterschiedlicher Bewitterung oder Vorbehandlung zulässt.
• Möglichst nicht nur die Messung eines Punktes, also des Abriebverhaltens zu einem bestimmten Zeitpunkt, sondern die Messung eines Verlaufes des Abriebverhaltens über die Zeit, um das Abriebverhalten von Granulaten, insbesondere von Beschichtungen, Beschichtung/Gummi-Grenzflächen, Gummioberflächen und/oder tieferen Gummischichten nach Bestrahlung bestimmen zu können.
• Möglichst sowohl die Messung eines definierten Punktes (für schnelle Vergleichszwecke), als auch die Messung von verschiedenen Punkten einer Kurve (Abrieb über die Zeit), insbesondere um Erkenntnisse über die Beschichtung, die Anbindung der Beschichtung an der Gummioberfläche und das Gummi-Bulkmaterial, über die Pigmentanbindung in der Beschichtung und/oder über die Beschichtungsdicke oder die Schichtdickenverteilung der Beschichtung zu gewinnen.
• Einsetzbarkeit bei möglichst vielen verschiedenen Temperaturen, insbesondere bei höheren Temperaturen, um das Verhalten von Kunstrasen-Füllmaterialien in der obersten Füllmaterialschicht im Sommer zu simulieren, und/oder bei tiefen Temperaturen, um das Verhalten von Kunstrasen-Füllmaterialien in der kalten Jahreszeit (Herbst, Winter) zu simulieren.
• Möglichst Hinweise auf die Vollständigkeit der Aushärtung der Polymerbeschichtung bei beschichteten Granulaten.

Es war weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Möglichkeiten zur besseren Simulation des Einflusses von Sonnenstrahlen auf die Eigenschaften von Granulaten, insbesondere von Füllmaterialien für Kunstrasen, aufzuzeigen.
Bei der Entwicklung von Beschichtungen von Partikeln wäre es von großem Vorteil, möglichst schnell Resultate zu erhalten, die dazu verwendet werden können, um verschiedene Beschichtungen auf ihre Stabilität gegenüber UV-Bestrahlung zu testen und die besseren Beschichtungen auszuwählen.
Ganz besonders vorteilhaft wäre es, wenn die UV-Strahlung zur Anwendung kommen könnte, die auf der Erde auftrifft, also in der Regel UV-B und UV-A Strahlung mit einer Wellenlänge > 295 nm. Ganz besonders vorteilhaft wäre es außerdem, wenn hauptsächlich die UV-B-Strahlung zur Testung ausgenutzt werden könnte, denn sehr viele Schädigungen an Beschichtungen resultieren aus einer Belastung durch UV-B Strahlung.
Weiterhin wurde nach einer Möglichkeit gesucht, eine möglich gleichmäßige Einwirkung auf die gesamte Oberfläche der Granulate zu erreichen.
Insbesondere wurde eine Lösung angestrebt, die

• eine schnelle Simulation des Einflusses von Sonnenstrahlen auf die Eigenschaften von Granulaten erlaubt,
• leicht realisier- und handhabbar ist,
• möglichst preiswert umgesetzt werden kann,
• möglichst universell anwendbar ist,
• möglichst geringe Mindestmustermengen erfordert, aber dennoch genügend Mustermengen an belichtetem Granulat für nachfolgende Untersuchungen bereitstellen kann,
• ggf. aber auch die Behandlung großer Mustermengen ermöglicht,
• möglichst selektiv ist, um auch bei sehr ähnlichen Granulaten noch eine Unterscheidung ihres Alterungsverhalten zuzulassen,
• nicht nur die Messung eines Punktes, sondern auch die Messung eines Verlaufes der Alterung über die Zeit ermöglicht; dadurch können weitere wichtige Hinweise über das Alterungsverhalten von Beschichtungen, Partikeln und insbesondere von Altreifengummigranulat gewonnen werden. Weiterhin könnte so auch der Einfluss der Art und der Menge einer den Granulaten enthaltenen Pigmentierung auf die Alterung ermittelt werden.

Gelöst werden diese sowie weitere Aufgaben, die sich aus den diskutierten Zusammenhängen ergeben, durch die Bereitstellung eines Schnelltests mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1. Besonders zweckmäßige Varianten des Schnelltests werden in den rückbezogenen Unteransprüchen beschrieben. Weiterhin wird ein Granulat unter Schutz gestellt, dass ein hervorragendes Eigenschaftsprofil aufweist und sich daher insbesondere als Füllmaterial für Kunstrasen eignet.
Dadurch, dass man einen Test durchführt, bei welchem man

i.) den Abrieb eines Granulats vor der Bestrahlung bestimmt,
ii.) das Granulat bestrahlt,
iii.) den Abrieb des bestrahlten Granulats bestimmt,

• man den Abrieb bestimmt, indem man a) das Granulat in einer Schneidmühle mahlt, b) das gemahlene Produkt einer Siebanalyse unterzieht und c) das Ergebnis der Siebanalyse mit mindestens einem Referenzwert vergleicht, um den Abrieb des Granulats einzuordnen,
• man das Granulat bestrahlt, indem man mehrere Granulatpartikel in einem Probenbehälter (2) anordnet und mit einer Bestrahlungslampe (3) bestrahlt, wobei man die Granulatpartikel während der Bestrahlung periodisch durchmischt, so dass verschiedene Oberflächen der Granulatpartikel bestrahlt werden,

Darüber hinaus ergeben sich durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise zahlreiche weitere Vorteile:

• Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Untersuchung sowohl von beschichteten als auch von unbeschichteten Partikeln als auch von beschichteten oder unbeschichteten Partikelgemischen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist äußerst schnell, sehr einfach durchführbar und hat nur einen sehr geringen Personal- und Zeitbedarf. Es ermöglicht insbesondere Rückschlüsse auf eine ggf. vorliegende Langzeit-UV-Schädigung infolge von Sonneneinstrahlung des bestrahlten beschichteten oder unbeschichteten Produktes durch die Verwendung einer hohen Strahlendosis während einer kurzen Bestrahlungszeit.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr kostengünstig.
• Bzgl. der zu untersuchenden Probenmenge ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr flexibel. Es können sowohl große Mengen als auch kleine Mengen an gealterten Granulaten erhalten werden, je nachdem wie viel Probenmaterial für die nachfolgenden Untersuchungen benötigt wird.
• Eine Testung ohne vorherige Fixierung der Granulate ist möglich.
• Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die gesamte Oberfläche der Granulate gleichmäßig belastet, hieraus resultiert eine wesentlich einfachere Bestimmung der Eigenschaften der gealterten Granulate.
• Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahren können auch Granulate mit komplexer Struktur untersucht werden, die z. B. unregelmäßig beschichtet sind und/oder eine kantige oder andere komplexere, ggf. irreguläre oder kugelige Form aufweisen.
• Der erfindungsgemäße Test erlaubt Rückschlüsse auf den Einfluss einer Bestrahlung auf die Festigkeit und die Haftung von Stoffschichten auf Oberflächen oder in Zwischenschichten von mehrschichtigen Granulaten.
• Der erfindungsgemäße Test ermöglicht eine sehr genaue Klassifizierung des Abriebverhaltens von verschiedenen Granulaten. Er eignet sich insbesondere für die Testung ummantelter Gummipartikel, welche als Füllmaterialien für Kunstrasen Verwendung finden.
• Der erfindungsgemäße Test ist sehr empfindlich, er lässt eine äußerst genaue Einschätzung und Klassifizierung des Abriebverhaltens von sehr ähnlichen Materialien zu und insbesondere • ermöglicht auch bei ähnlichen aber nicht gleichen Beschichtungen noch eine Unterscheidung von deren Abriebverhalten. • erlaubt eine Unterscheidung von gleichermaßen beschichteten Gummipartikeln oder unbeschichteten Gummipartikeln, aber unterschiedlicher Bewitterung oder Vorbehandlung des Produktes. • lässt eine Unterscheidung von gleichermaßen beschichteten organischen oder anorganischen Körpern oder Polymeren oder von unbeschichteten organischen oder anorganischen Körpern oder Polymeren nach unterschiedlicher Bewitterung oder Vorbehandlung zu.
• Eine Ermittlung des Abriebverhaltens bei verschiedenen Temperaturen ist möglich, insbesondere bei höheren Temperaturen, um das Verhalten von Kunstrasen-Füllmaterialien in der obersten Füllmaterialschicht im Sommer zu simulieren, und/oder bei tiefen Temperaturen, um das Verhalten von Kunstrasen-Füllmaterialien in der kalten Jahreszeit (Herbst, Winter) zu simulieren.
• Durch die Beobachtung von durch den Abriebtest hervorgerufenen Einfärbungen oder Belägen der Mühlenwandung können Rückschlüsse auf die Vollständigkeit der Aushärtung von Polymerschichten oder Schichtsystemen gezogen werden. Dies ist für die Entwicklung von neuen Stoff- oder Lack- oder Beschichtungssystemen, Klebesystemen oder Verbundsystemen oder von Bulkmaterial oder Pellets aus einem oder mehreren Materialien von besonderer Bedeutung.

ABBILDUNG
Die Abbildung 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bestrahlung von Granulaten. Bezugszeichenliste:

1 Temperierelement

2 Probenbehälter

3 Bestrahlungslampe

4 Inertgasspülung

5 Quenchraum

7 abgeschrägte Enden
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der erfindungsgemäße Test dient zur Schnellbestimmung des Einflusses von Licht auf die Abriebfestigkeit von Granulaten, zweckmäßigerweise von anorganischen oder organischen Granulaten, bevorzugt von Kunststoffgranulaten, besonders bevorzugt von beschichteten Kunststoffgranulaten, insbesondere von ummantelten Gummipartikeln, die u. a. als Einstreumaterial oder als lose Elastikschicht für Kunstrasen oder andere Bodenbeläge eingesetzt werden.
Die Gummipartikel sind in der Regel unregelmäßig, n-eckig geformt und haben vorzugsweise eine mittlere Größe zwischen 0,4 mm und 4,0 mm. Die maximale Teilchengröße der Partikel ist vorzugsweise kleiner 10 mm, besonders bevorzugt kleiner 7 mm. Die minimale Teilchengröße der Partikel ist vorzugsweise größer 0,1 mm, besonders bevorzugt größer 0,5 mm. Die einzelnen Gummipartikel sind vorzugsweise mit einem 5 μm bis 35 μm dicken Überzug versehen. Der Überzug bildet vorzugsweise eine dauerelastische Ummantelung, die das Auswaschen von Schadstoffen, wie z. B. Zink weitgehend verhindern soll. Außerdem soll durch diese Verkapselung ein für Altgummi typischer Gummigeruch reduziert werden. Weitere Details zu derartigen Kunststoffgranulaten können beispielsweise der europäischen Patentanmeldung EP 1 416 009 A1 entnommen werden.
Der erfindungsgemäße Test ist insbesondere in der Lage, unterschiedliche Beschichtungen gut zu differenzieren. So kann die Güte von farbigen Beschichtungen durch eine mehr oder weniger starke Färbung der Wand der Schneidmühle nach der Durchführung des Abriebtestes beurteilt werden. Der Grad der Färbung der Mühlenwand z. B. ist durch einen visuellen Vergleich mit verschiedenen Vergleichsfärbungen bestimmbar. Alternativ können auch andere geeignete Methoden zur Bestimmung von Anhaftungen an der Mühlenwand nach der Abriebtestdurchführung angewendet werden, um festzustellen, wie weit eine Aushärtung von Schichten fortgeschritten ist, was insbesondere bei farblosen Beschichtungssystemen von Vorteil ist.
Der erfindungsgemäße Test kann ferner auch genutzt werden, um die Anbindung eines Materialverbunds zu beurteilen. Zu diesem Zweck untersucht man vorzugsweise Partikel, die aus dem Materialverbund gewonnen wurden und die vorzugsweise aus dem Materialverbund geschnitten, gestanzt oder gebrochen wurden.
Der erfindungsgemäße Schnelltest umfasst die Schritte, dass man

i.) den Abrieb eines Granulats vor der Bestrahlung bestimmt,
ii.) das Granulat bestrahlt,
iii.) den Abrieb des bestrahlten Granulats bestimmt.

Die Bestimmung der Abriebfestigkeit schließt die folgenden Schritte ein:
A) Mahlen in einer Schneidmühle
Durch Mahlen wird zunächst versucht, das Granulat zumindest teilweise zu zerkleinern. Zu diesem Zweck wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Schneidmühle eingesetzt, die üblicherweise aus einem horizontal oder vertikal angeordneten Rotor besteht, der mit Messern bestückt ist, die im Rahmen einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegen im Gehäuse der Mühle verankerte Messer arbeiten. Eine schematische Skizze einer derartigen Mühle ist in Römpp Lexikon Chemie, Herausgeber: J. Falbe, M. Regitz, 10. Auflage, Georg Thieme Verlage, Stuttgart, New York, 1998, Band: 4, Stichwort: „Mühle", Seite 2770 dargestellt. Für weitere Details wird daher auf diese Druckschrift und die genannten Literaturstellen verwiesen.
Im Rahmen einer zweiten besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Gehäuse der Mühle keine verankerten Messer, so dass das gemahlene Granulat leichter aus dem Gehäuse entnommen werden kann.
Das Arbeitsprinzip der Schneidmühle ist vorzugsweise cutting/impact.
Über die von der Mühle abgegebene Energie kann die Intensität der Mahlung gesteuert werden. Bevorzugt werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Schneidmühlen eingesetzt, die eine Energie der Schneidmühle im Bereich von 10 W bis 400 W, insbesondere im Bereich von 50 W bis 300 W, abgeben.
Die Drehzahl der Schneidmühle liegt vorzugsweise im Bereich von 100/min bis 30000/min, insbesondere im Bereich von 1000/min bis 25000/min.
Die Umfanggeschwindigkeit der Schneidmühle liegt vorzugsweise im Bereich von 10 m/s bis 100 m/s, insbesondere im Bereich von 20 m/s bis 80 m/s.
Die Dimensionierung der Mühle kann grundsätzlich frei gewählt und auf die Erfordernisse des Einzelfalls angepasst werden. Zweckmäßigerweise wird die Mahlkammer der Schneidmühle beim Mahlen zu mindestens 10%, bezogen auf das maximale Nutzvolumen der Schneidmühle, gefüllt.
Die Schneidmühle und das Schneidwerkzeug sind vorzugsweise aus einem härteren Material gefertigt als das zu untersuchende Granulat. Besonders bewährt hat sich der Einsatz von Mahlkammern und Schneidmessern aus Edelstahl, insbesondere aus Edelstahl 1.4034.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das Mahlgut vorzugsweise in der Kammer der Schneidmühle platziert und durch einen Edelstahlschläger innerhalb einer vorgegebenen Belastungszeit („Mahldauer”) scherbelastet. Dabei tritt ein gegeneinander Reiben, Zerschlagen und Zerschneiden von Granulaten oder von Schichten auf den Granulaten auf. Durch die massive und komplexe Natur der Scherungen wird eine schnelle Testung der Abriebstabilität von Granulaten insbesondere von beschichteten Kunststoffgranulaten, erreicht. Die Ergebnisse des Tests werden vor allem durch folgende Variablen beeinflusst:

• Elastizität der Beschichtung.
• Scherfestigkeit der Beschichtung.
• Stärke der Anhaftung der Beschichtung am Partikel.
• Größe der Partikel.
• Größenverteilung der Partikel.
• Elastizität der Partikel.
• Scherfestigkeit der Partikel.

Auch durch die Dauer des Mahlens werden die Ergebnisse beeinflusst. Bevorzugt werden für die Zwecke der vorliegenden Erfindung Mahldauern im Bereich von 5 Sekunden bis 10 Minuten, insbesondere im Bereich von 5 Sekunden bis 150 Sekunden, gewählt.
Die Einwirkung der Mahlkraft der Schneidmühle kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Es hat sich eine Vorgehensweise besonders bewährt, bei welcher die Mahlkraft während der Mahlung vorzugsweise nicht variiert wird.
Bei Bedarf kann die Mahlkammer der Schneidmühle während dem Mahlen temperiert, insbesondere geheizt oder gekühlt, werden, um Erkenntnisse über das Abriebverhalten der Granulate bei anderen Temperaturen zu erlangen. Auch eine sich im Mahlverlauf ändernde Temperierung ist denkbar. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise eine geeignete, temperierte Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, in die Heiz-/Kühlkammer der Mahlkammer, eingebracht.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Schneidmühlen sind kommerziell erhältlich. Ganz besonders bewährt hat sich die folgende Mühle:

– Analysenmühle: Universalmühle M20,
– Hersteller: IKA-Werke GmbH & Co. KG
– Arbeitsprinzip: cutting/impact
– Drehzahl max. (1/min.): 20000
– Material Schläger/Messer: Edelstahl 1.4034
– Material Mahlkammer: Edelstahl 1.4301

B) Siebung der scherbelasteten Granulate
Nach dem Mahlen wird die Teilgrößenverteilung des gemahlenen Produkts durch Siebanalyse ermittelt, wobei vorzugsweise in Anlehnung an die DIN 53 477 (November 1992) vorgegangen wird.
Es werden vorzugsweise runde Analysensiebe (kurz Siebe genannt) eingesetzt, deren Siebrahmen vorzugsweise aus Metall besteht. Die Siebe haben bevorzugt einen Nenndurchmesser von 200 mm. Der Siebdeckel, sämtliche Siebrahmen und die Siebpfanne passen vorzugsweise dichtschließend auf- oder ineinander. Die Siebe sind vorzugsweise mit Metalldrahtgewebe nach DIN ISO 3310 Teil 1 bespannt. In vielen Fällen ist ein Siebsatz von 6 Sieben mit Metalldrahtgewebe (Maschenweite: 63 μm, 125 μm, 250 μm, 500 μm, 1 mm, 2 mm) ausreichend. Besonders bevorzugt wird für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ein Siebsatz verwendet, der ein 500 μm Sieb und einen Boden umfasst.
Von mechanischen Siebhilfen, wie Gummiwürfel, ist wegen der Gefahr der Verfälschung der Ergebnisse und der Beschädigung des Siebes mit Metalldrahtgewebe abzuraten.
Durch die Auswahl der Plansiebmaschine wird vorzugsweise dafür gesorgt, dass eine dem Siebgut entsprechende Trennung in Kornfraktionen nach 15 Minuten beendet ist. Die Trennung wird vorzugsweise durch eine horizontale, kreisförmige Bewegung des Siebsatzes mit einer Umdrehungsfrequenz von vorzugsweise 300 +– 30 min^–1 und einer Amplitude von 15 mm erreicht.
Vorzugsweise wird diskontinuierlich gesiebt, besonders bevorzugt in mehreren Intervallen, ganz besonders bevorzugt in 3 bis 10 Intervallen, insbesondere in 5 Intervallen. Dabei sind die Intervalle vorzugsweise gleich lang und sind zweckmäßigerweise 1 Minute bis 5 Minuten, insbesondere 3 Minuten, lang. Nach jedem Intervall wird die Siebung vorzugsweise unterbrochen und dann wieder neu gestartet. Dies kann eventuell an der Siebmaschine programmiert werden.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Siebmaschinen sind kommerziell erhältlich. Ganz besonders bewährt hat sich die folgende Siebmaschine:

– Siebmaschine: Modell: AS 400 Control
– Hersteller: Retsch GmbH
– Siebgutbewegung: horizontal kreisend
– Drehzahl digital: 50–300 min^–1
– Intervallbetrieb 1–10 min
– B × H × T: 540 × 260 × 507 mm

B) Wägung der unterschiedenen Siebfraktionen
Die Ermittlung der Teilchengrößenverteilung erfolgt auf an sich bekannte Weise durch Auswiegen der Siebe.
Das Ergebnis der Siebanalyse wird mit mindestens einem Referenzwert verglichen, um den Abrieb des untersuchten Granulats einzuordnen.
Dabei vergleicht man die ermittelte Korngrößenverteilung des gemahlenen Produkts vorzugsweise mit dem Ergebnis von mindestens einem anderen Granulat, um den Abrieb des untersuchten Granulats im Vergleich zum anderen Granulat einzuordnen.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vergleicht man die ermittelte Korngrößenverteilung des gemahlenen Produkts mit der Korngrößenverteilung des ungemahlenen Edukts, um den Abrieb des untersuchten Granulats einzuordnen.
Im Rahmen einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vergleicht man die ermittelte Korngrößenverteilung des gemahlenen Produkts mit mindestens einem vorgegebenen Grenzwert, um den Abrieb des untersuchten Granulats einzuordnen.
Im Übrigen hat sich für die Zwecke der vorliegenden Erfindung insbesondere der Anteil von Partikeln kleiner 500 μm als besonders geeignetes Kriterium erwiesen, um den Abrieb der Partikel zu beurteilen.
D) Optional: Prüfung von Belägen auf den Wänden der Mahlkammer Im Rahmen einer besonders bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung werden die Wände nach dem Mahlen hinsichtlich möglicher Beläge geprüft, die durch die Scherbelastung der Granulate in der Schneidmühle hervorgerufen wurden. Durch optischen Vergleich (z. B. mit geeigneten Referenzproben, Referenzen, Referenzskalen) ist es in der Regel möglich, die Festigkeit und die Haftung von Stoffschichten auf Oberflächen oder in Zwischenschichten von mehrschichtigen Granulaten einzuschätzen oder einzustufen.
Für die erfindungsgemäße Bestrahlung der Granulate ordnet man die Granulate in einem Probenbehälter an und bestrahlt sie mit einer Bestrahlungslampe, wobei man die Granulate während der Bestrahlung periodisch durchmischt, so dass verschiedene Oberflächen der Granulate bestrahlt werden.
Der Begriff „periodisch” bezeichnet in diesem Zusammenhang eine in gleichen Abständen regelmäßig wiederkehrende Tätigkeit (hier die Durchmischung), wobei vorliegend eine Wiederholung von mindestens 2 Vorgängen, bevorzugt von mindestens 5 Vorgängen, insbesondere von mindestens 10 Vorgängen, bevorzugt wird.
Die Wiederholungsrate der Tätigkeit (hier die Durchmischung) ist vorzugsweise mindestens 1 Vorgang pro Minute, bevorzugt mindestens 5 Vorgänge pro Minute, insbesondere mindestens 10 Vorgänge pro Minute. Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt während der Bestrahlung eine kontinuierliche Durchmischung.
Der Begriff „Durchmischung” bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine gründliche Mischung der Granulate. Dies führt vorzugsweise zu einer Veränderung der dreidimensionalen Orientierung von mindestens zwei Granulaten, bevorzugt von mindestens 5 Granulaten, insbesondere von mindestens 10 Granulaten. Weiterhin werden vorzugsweise die Positionen von mindestens zwei Granulaten, bevorzugt von mindestens 5 Granulaten, insbesondere von mindestens 10 Granulaten, relativ zueinander verändert.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Granulate derart durchmischt, dass mindestens zwei verschiedene, vorzugsweise mindestens drei verschiedene, Oberflächen der Granulate nacheinander bestrahlt werden, wobei jede dieser Oberflächen mindestens zweimal, bevorzugt mindestens fünfmal, insbesondere mindestens 10 mal, bestrahlt wird.
Das erfindungsgemäße Bestrahlungsverfahren unterscheidet sich aufgrund der periodischen Durchmischung der Granulate während der Bestrahlung von den bekannten Bestrahlungsverfahren, bei welchen man die Granulate während der Bestrahlung nicht durchmischt und nur eine Oberfläche der Granulate kontinuierlich bestrahlt.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer sehr gleichmäßigen Bestrahlung der gesamten Oberfläche der Granulate. Vorzugsweise erfolgt die Bestrahlung in einer Weise, dass der Unterschied zwischen der kürzesten Bestrahlungsdauer einer Oberfläche der Granulate und der längsten Bestrahlungsdauer einer Oberfläche der Granulate höchstens 100%, bevorzugt höchstens 50%, insbesondere höchstens 20%, der längsten Bestrahlungsdauer einer Oberfläche der Granulate beträgt.
Durch die Bestrahlung wird der Einfluss von Licht, insbesondere von Sonnenlicht, auf die Granulate simuliert. Das Licht umfasst daher vorzugsweise Bestandteile des natürlichen Sonnenlichts; die Bestrahlung erfolgt vorzugsweise mit einer Wellenlänge im Bereich von 1 nm bis 1.000 nm, bevorzugt mit einer Wellenlänge im Bereich von 200 nm bis 400 nm (sogenanntes Nahe UV-Strahlung), insbesondere mit einer Wellenlänge im Bereich von 295 nm bis 315 nm (sogenannte UV-B-Strahlung).
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestrahlung von Granulaten. Diese Vorrichtung umfasst

a. mindestens eine Bestrahlungslampe und
b. mindestens einen Probenbehälter für das zu bestrahlende Granulat,

Die Position der Bestrahlungslampe relativ zum Probenbehälter kann prinzipiell frei gewählt werden, wobei die Bestrahlungslampe vorzugsweise innerhalb des Probenbehälters angeordnet ist. Sie kann jedoch auch außerhalb des Probenbehälters angeordnet sein, wenngleich diese Variante weniger bevorzugt wird.
Bevorzugt wird weiterhin eine direkte Einwirkung der Strahlen auf das zu bestrahlende Granulat. Materialien, die das Licht der Bestrahlungsquelle teilweise oder vollständig absorbieren oder umlenken können, sind daher nach Möglichkeit auf der Verbindungsgeraden zwischen der Bestrahlungslampe und dem Granulat zu vermeiden. Es sei denn, durch spezielle Materialien, wie z. B. Filter, wird eine gewünschte Verringerung von unerwünschter Strahlung, wie z. B. IR-Strahlung (Wärmestrahlung), erreicht, bei gleichzeitig möglichst guter Durchlässigkeit insbesondere für UV-B Strahlung.
Die Bestrahlungslampe ist vorzugsweise mit einer Inertgasspülung ummantelt, die vorzugsweise zwischen der Bestrahlungslampe und dem Probenbehälter angeordnet ist. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders geeignete Inertgase umfassen insbesondere Stickstoff sowie alle Edelgase, wie Helium und Neon.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Spülung der Granulate im Probenraum mit mindestens einem Gas und/oder mindestens einer Flüssigkeit vorgesehen, um den Einfluss des Gases und/oder der Flüssigkeiten auf die Eigenschaften des Granulats während der Bestrahlung zu untersuchen. Für diese Zwecke besonders geeignet sind Luft, Wasserdampf, saurer Wasserdampf, saurer Regen und Wasser.
Weiterhin ist die Bestrahlungslampe vorzugsweise mit einem Filter versehen, der zumindest teilweise IR-Strahlung (780 nm bis 1 mm) aus dem Strahlungsspektrum der Bestrahlungslampe herausfiltert. Bevorzugt ist die Bestrahlungslampe zu diesem Zweck mit einem Quenchraum ummantelt, der eine IR-Quenchflüssigkeit umfasst und vorzugsweise zwischen der Bestrahlungslampe und dem Probenbehälter, besonders bevorzugt zwischen der Inertgasspülung und dem Probenbehälter angeordnet ist.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders geeignete IR-Quenchflüssigkeiten umfassen alle Flüssigkeiten, die bei den Untersuchungsbedingungen flüssig sind und die im Bereich von 780 nm bis 1 mm Licht zumindest teilweise absorbieren.
Durch die Verwendung eines IR-Filters wird ein Erwärmen der Granulate während der Bestrahlung weitgehend vermieden.
Die Form des Probenbehälters unterliegt ebenfalls keinen besonderen Beschränkungen. Besonders bewährt haben sich jedoch Probenbehälter mit einem Bereich, der eine gerade zylindrischen Form umfasst, wobei die Bestrahlungslampe vorzugsweise zentriert in der Mitte des Zylinders angeordnet ist.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Bestrahlungslampe eine längliche Form, wobei die Ausrichtung der Bestrahlungslampe vorzugsweise der Hauptachse des Probenbehälters, insbesondere der Hauptachse eines geraden zylindrischen Teils des Probenbehälters, entspricht.
Die Innenwände des Probenbehälters umfassen vorzugsweise ein reflektierendes Material, um das Licht, welches z. B. die Granulate nicht getroffen oder passiert hat, nach Reflexion auf die Granulate zu leiten. Auf diese Weise lässt sich die Effektivität der Bestrahlung deutlich erhöhen. In diesem Zusammenhang besonders geeignete reflektierende Materialien führen zu einer Reflexion von mindestens 5%, bevorzugt mindestens 25%, besonders bevorzugt mindestens 50%, der einfallenden Strahlung. Ein für diesen Zweck ganz besonders geeignetes Material ist Stahl.
Vorzugsweise sind mindestens 80% der gesamten inneren Oberfläche des Probenbehälters mit dem reflektierenden Material beschichtet und/oder bestehen aus diesem.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Probenbehälter weiterhin ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, bevorzugt einer Wärmeleitfähigkeit größer 1 W/(m·K), insbesondere größer 3 W/(m·K), gemessen bei 25°C.
Vorzugsweise bestehen mindestens 80% des Probenbehälters aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit.
Zusätzlich umfasst die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise mindestens ein Temperierelement, bevorzugt ein Heiz- oder Kühlelement, insbesondere ein Kühlelement, das die Bestrahlung der Kunststoffpartikel bei fest vorgegebenen Temperaturbedingungen oder in fest vorgegebenen Temperaturbereichen erlaubt.
Der Probenbehälter umfasst ferner vorzugsweise mindestens ein Mischelement zum Vermischen der Granulate während der Bestrahlung. Besonders bewährt haben sich in diesem Zusammenhang Strömungsbrecher, die die Bewegung der Granulate bei einer Rotation des Behälters entlang seiner Hauptachse zumindest teilweise umlenken.
Zur Steigerung des Durchmischungseffekts der Granulate sind das Kopf- und/oder das Fußende, besonders bevorzugt das Kopf- und das Fußende, des Probenbehälters angeschrägt, um die Granulate während der Bestrahlung noch stärker zu durchmischen. Dabei nimmt der Innendurchmesser des Probenbehälters in Richtung des angeschrägten Endes vorzugsweise ab.
Die Größe des Probenbehälters ist von untergeordneter Bedeutung. Bevorzugt ist der Probenbehälter derart dimensioniert, dass er zwischen 10 g und 500 kg Granulate aufnehmen kann. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ganz besonders geeignete Probenbehälter weisen ein Fassungsvolumen im Bereich von 1 kg bis 10 kg auf.
Während der Bestrahlung wird der Probenbehälter vorzugsweise zu 0,1% bis 10%, bevorzugt zu 0,5% bis 5%, bezogen auf das das Gesamtvolumen des Probenbehälters, mit Granulaten gefüllt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Probenbehälter vorzugsweise gedreht, um die Durchmischung der Granulate zu erreichen. Die Drehung erfolgt dabei vorzugsweise um eine Hauptachse des Behälters, wobei die Bestrahlungslampe vorzugsweise ebenfalls entlang dieser Hauptachse positioniert ist.
Die Drehgeschwindigkeit ist vorzugsweise im Bereich von 1 UPM bis 500 UPM.
Der Aufbau einer für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders geeigneten Bestrahlungsapparatur wird in 1 schematisch gezeigt. Sie umfasst eine Bestrahlungslampe (3) und einen Probenbehälter (2), wobei die Bestrahlungslampe (3) länglich ausgebildet und zentriert entlang der Hauptachse des Probenbehälters (2) angeordnet ist.
Der Probenbehälter (2) weist eine gerade zylindrische Form mit angeschrägten Kopf- und Fußenden (7) auf, wobei der Innendurchmesser des Probenbehälters (2) in Richtung der angeschrägten Enden (7) abnimmt.
Der Probenbehälter (2) ist vorzugsweise aus einem wärmeleitfähigen Stahl gefertigt, der mindestens 5% der einfallenden Strahlung reflektiert.
Die Bestrahlungslampe ist mit einer Inertgasspülung (4) ummantelt, die zwischen der Bestrahlungslampe (3) und dem Probenbehälter (2) angeordnet ist.
Weiterhin ist die Bestrahlungslampe (3) mit einem Quenchraum (5) ummantelt, der eine IR-Quenchflüssigkeit umfasst und zwischen der Inertgasspülung (4) und dem Probenbehälter (2) angeordnet ist.
Die Vorrichtung umfasst ein Temperierelement (1), vorzugsweise ein Kühlwasserbad, zum Temperieren des Probenbehälters (2) im Laufe der Bestrahlung.
Während der Bestrahlung wird der Probenbehälter (2) mittels des Antriebs vorzugsweise kontinuierlich um die Hauptachse des Probenbehälters (3) gedreht, entlang der die Bestrahlungslampe (3) positioniert ist.
Die Temperatur während der Bestrahlung kann prinzipiell frei gewählt und insbesondere auf die Bedingungen abgestimmt werden, die simuliert oder nachgestellt werden sollen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung liegt die Temperatur jedoch vorzugsweise im Bereich von 0°C bis 95°C.
Über die Zeitdauer der Bestrahlung und über die Bestrahlungsstärke lässt sich die Intensität der Bestrahlung der Granulate steuern. Bevorzugt erfolgt die Bestrahlung für eine Zeit im Bereich von 1 h bis 1.000 h, insbesondere im Bereich von 24 h bis 500 h. Weiterhin erfolgt die Bestrahlung der Granulate vorzugsweise mit einer Bestrahlungsstärke im UV-B Bereich im Bereich von 1 W/m² bis 10.000 W/m², insbesondere im Bereich von 100 W/m² bis 1.000 W/m².
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Schnelltests werden weiterhin die Farbeigenschaften des Granulats vor und nach der Bestrahlung untersucht. Die Farbmessung erfolgt dabei vorzugsweise in Anlehnung an DIN 5033.
Darüber hinaus wird vorzugsweise die Zinkeluation des Granulats vor und nach der Bestrahlung untersucht. Die Messung der Zinkeluation erfolgt dabei vorzugsweise in Anlehnung an die Vornorm DIN V 18035-7, 6.11.3 (Sportplätze, Teil 7: Kunstrasenoberflächen). Besonders bewährt hat sich insbesondere die folgende Vorgehensweise: Zur Bestimmung der Konzentration der Schwermetalle werden 100 g Granulate in einer Flasche mit CO₂-Einleitungseinrichtung mit 1 l entionisiertem Wasser (Granulat zu Wasser wie 1:10) unter ständiger CO₂-Begasung (etwa 50 ml CO₂/min) während 24 h eluiert. Das Eluat wird durch einen Glasfilter (säuregewaschen, 0,3 μm bis 1 μm) abfiltriert (1. Eluat). Die gleiche Probe wird anschließend einer zweiten Elution über 24 h unterzogen (2. Eluation: 24 h bis 48 h, so genanntes saures 48 h-Eluat), und das Eluat abfiltriert. Zur Ablösung von anhaftenden Gasblasen wird die Flasche während der Elution gelegentlich geschüttelt (eventuell Schütteltisch).
Für die Bewertung werden vorzugsweise die im sauren 48 h-Eluat bestimmten Schwermetallkonzentrationen herangezogen.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Schnelltests wird darüber hinaus das Wasserrückhaltevermögen des Granulats vor der Bestrahlung untersucht. Besonders bevorzugt ist weiterhin die Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens des Granulats nach der Bestrahlung.
Für die Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens hat sich in diesem Zusammenhang die folgende Vorgehensweise besonders bewährt:

In einem Kunststoffzylinder (D_innen = 27 mm, H = 160 mm), dessen Unterseite mit einem Netzgewebe (Maschenweite ca. 0,4 mm) versehen ist, werden eine ca. 40 mm hohe Schüttung der Probe eingebracht. Der Zylinder wird an einer Waage angebracht und in einen Wasserbehälter eingetaucht, um die Granulatschüttung komplett mit Flüssigkeit zu bedecken (ca. 10 mm Überstand). Um eine Benetzung der Probe mit VE-Wasser zu erzielen werden nach dem 1. Eintauchen Probe und Wasser verrührt.
Ggf. sind die Granulate mit Wasser schwer benetzbar. Dann können nach dem Auffüllen mit Wasser die Luftblasen nicht vollständig entfernt werden.
Nach Entfernen des Wasserbehälters wird die Massenänderung des Zylinders mit der Probe aufgezeichnet (Messintervall 1 s.). Es werden jeweils 2 Schüttungen 2-fach gemessen. Von den aufgezeichneten Messwerten werden die Messwerte eines Blindversuches (leerer Zylinder) subtrahiert und das Ergebnis auf die Masse der trockenen Probenmasse bezogen (Masse der nassen Probe geteilt durch die Masse der trockenen Probe).
Der beschriebene Test zur Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens ist schnell durchzuführen und benötigt nur wenig Probenmaterial. Das Ziel der Untersuchung mit diesem Test ist es, zu beurteilen, wie viel Wasser nach einer kurzen Ablaufphase von einer Partikelschüttung zurückgehalten wird. Insbesondere das Verhalten eines Kunstrasens mit Füllmaterial gegenüber starkem Regen ist für die Anwendung sehr wichtig. Wenn ein Kunstrasensystem einen sehr schnellen Abfluss von Regenwasser erlaubt, sind z. B. Fußballspiele auch bei sehr starkem Regen weniger oder nicht behindert, im Vergleich zu einem Kunstrasensystem, welches einen nicht sehr schnellen Wasserablauf ermöglicht.
Weil die Füllmaterialschüttung dabei einen großen Einfluss hat, ermöglicht der entwickelte Test des Wasserablaufverhaltens eine schnelle und einfache Einschätzung oder Einstufung von verschiedenen Füllmaterialien im Hinblick auf deren Wasserablaufverhalten und damit der Bespielbarkeit bei Regenwetter.
Als Füllmaterialien für Kunstrasen haben sich ummantelte Gummipartikel mit den folgenden Eigenschaften ganz besonders bewährt:

• Abrieb vor Bestrahlung: höchstens 2%
• Abrieb nach Bestrahlung: höchstens 2,5%
• Farbänderung nach Bestrahlung: ΔE·ab höchstens 4
• Zinkelution vor Bestrahlung: höchstens 3 mg/l
• Zinkelution nach Bestrahlung: höchstens 3 mg/l
• Wasserrückhaltevermögen vor Bestrahlung: höchstens 60%

Diese Werte beziehen sich auf Messungen nach den im experimentellen Teil beschriebenen Methoden.
Nachfolgend wird die Erfindung durch mehrere Beispiele weiter veranschaulicht, ohne dass hierdurch eine Beschränkung des Erfindungsgedankens erfolgen soll.
Beispiele
Zur Bestrahlung wurde eine Vorrichtung mit einem schematischen Aufbau gemäß 1 verwendet. In einem zylindrischen VA-Trommelreaktor mit ca. 12 Litern Rauminhalt (Länge: 19,6 cm; Durchmesser: 27,4 cm; bestrahlte Fläche: 1687 cm²) mit Strömungsbrechern und Wasserkühlung wurde in der Rotationsachse ein Borosilikatglasrohr mit Wasserkühlung und Stickstoffspülung sowie im Borosilikatglasrohr ein eisendotierter Hg-Mitteldruckstrahler mit 150 mm Leuchtlänge mit 1,8 kW Maximalleistung positioniert, der durch ein geeignetes elektronisches Vorschaltgerät betrieben werden konnte.
In einem Becherglas wurden 100 g der zu bestrahlenden beschichteten oder unbeschichteten Probe eingewogen und in den Reaktor gefüllt. Danach baute man das Tauchrohr mit dem UV-Strahler in die dafür vorgesehene Halterung der Anlage ein. Der Stickstoffstrom wurde auf 6 L/h, der Kühlwasserstrom auf 100 L/h eingestellt. Dann wurde die UV-Belastungsanlage eingeschaltet und der Motor gestartet, der für die Reaktordrehung (12 UPM) sorgte.
Nun wurde die zu untersuchende beschichtete oder unbeschichtete Probe 240 Stunden bei 1,55 kW Strahlerleistung (Wellenlänge der die Probe belastenden Strahlung im UV-Bereich: 295–380 nm) unter Rotation bestrahlt.
Nach abgeschlossener Bestrahlung wurde die Anlage abgeschaltet und die bestrahlte beschichtete oder unbeschichtete Probe quantitativ aus dem Reaktor entnommen.
Die Probe wurde nachfolgenden Tests unterzogen, um die Wirkung der UV-Bestrahlung zu untersuchen.
Der beschriebene UV-Test war in seiner Intensität im UVB-Bereich ungefähr 360-fach stärker als das natürliche Sonnenlicht im Sommer zur Mittagszeit in Deutschland durch 24-stündige Dauerbestrahlung. Bei einer Strahlerleistung von 1,55 kW entfielen auf den UVA und UVB Bereich folgende Leistungen: UVB (295 – 315 nm) = 74 W UVA (315 – 380 nm) = 325 W;
Aus den Trommel-Abmessungen ergab sich eine bestrahlte Fläche von 1.687 cm², das bedeutete eine Bestrahlungsstärke für den UVB-Bereich von 439 W/m².
Zur Gewinnung der Ergebnisse wurde wie folgt verfahren:

Zunächst wurde vom unbestrahlten Produkt die Farbe, der Abrieb oder die Zinkeluation gemessen. Dann wurde jeweils ein Muster eines Produktes der UV-Bestrahlung in der UV-Bestrahlungsapparatur unterzogen, das bestrahlte Produkt aus der Apparatur möglichst quantitativ entnommen und jeweils einem weiteren Test oder allen Tests unterworfen: entweder Zinkeluation, oder Farbmessung oder Abrieb oder Wasserrückhaltevermögen oder allen angegebenen Tests.
Die Differenz der [Werte der Untersuchung nach UV-Bestrahlung] minus [Werte der Untersuchung vor UV-Bestrahlung] ergibt einen Delta-Wert, dessen Höhe und Vorzeichen die Auswirkung der UV-Bestrahlung auf das getestete Material beschreibt. UV-eluierbare Stoffe, wie z. B. Zn

Bezeichnung unbehandelte Muster Nach UV Δ_Zn (mg/L)

Zink (mg/L) Zink (mg/L)

GTR 5,0 5,4 0,4

Granufill (CGTR) 3,6 5,4 1,8

Evonik 1 0,3 1,3 1,0

Evonik 2 0,8 2,6 1,8

Evonik 3 0,5 2,4 1,9

GTR: ground tire rubber, Gummigranulat
Der Zink-Gehalt wurde nach Vornorm DIN V 18035-7, 6.11.3 (Sportplätze, Teil 7: Kunststoffrasenflächen) bestimmt.

Bezeichnung	unbehandelte Muster	Nach UV	Δ_Abrieb
Bezeichnung	Abrieb (%)	Abrieb (%)	Δ_Abrieb
RTW GO 2008 RAL 6025 (CGTR)	6,0	7,37	1,37
Granufill (CGTR)	2,84	2,51	–0,33
GTR	1,25	1,6	0,35
Evonik 1	1,50	1,80	0,30
Evonik 2	1,40	1,90	0,50
Evonik 3	1,10	2,50	1,40

CGTR: coated GTR

Bezeichnung	unbehandelte Muster				Nach UV		ΔE·ab
Bezeichnung	L	a	b	L	A	b	ΔE·ab
MRH-grün SOCC (CGTR)	18,95	–8,68	8,07	14,81	–6,01	8,24	4,93
RTW GO 2008 RAL 6025 (CGTR)	29,90	–7,88	14,18	22,19	–4,36	8,78	10,06
Granufill (CGTR)	18,20	–12,79	9,80	15,74	–7,54	7,37	6,29
Evonik 1	36,96	–5,31	2,25	36,00	–3,66	2,03	1,92
Evonik 2	40,88	–7,22	6,70	39,42	–5,40	5,82	2,49
Evonik 3	38,26	–6,08	3,55	36,26	–3,48	2,59	3,42

Die Farbmessung wurde in Anlehnung an DIN 5033 bestimmt.

Bezeichnung	Feuchte nach 30 s [%]	STABW [%]
„GTR Fein” von Fa. GENAN	58	4
Evonik W1	36	2
Evonik W2	43	1
GO 2008 RAL 6025	110	6
Granufill von Fa. Granuband	92	1
EPDM geschäumt, von Fa. Melos	71	2

Das Wasserrückhaltevermögen wurde nach dem zuvor beschriebenen Test ermittelt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1416009 A1 [0003, 0031]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ISO-5074 [0005]
- ISA-M37 [0006]
- DIN 53516 [0009]
- DIN V18035-7:2002-06 [0009]
- DIN ISO 4649 [0010]
- Standard ISO 4892-3 [0013]
- Römpp Lexikon Chemie, Herausgeber: J. Falbe, M. Regitz, 10. Auflage, Georg Thieme Verlage, Stuttgart, New York, 1998, Band: 4, Stichwort: „Mühle”, Seite 2770 [0036]
- DIN 53 477 (November 1992) [0049]
- DIN ISO 3310 Teil 1 [0050]
- DIN 5033. [0100]
- Vornorm DIN V 18035-7, 6.11.3 (Sportplätze, Teil 7: Kunstrasenoberflächen) [0101]
- Vornorm DIN V 18035-7, 6.11.3 (Sportplätze, Teil 7: Kunststoffrasenflächen) [0120]
- DIN 5033 [0120]

Claims

Schnelltest zur Ermittlung des Einflusses einer Bestrahlung auf den Abrieb eines Granulates, bei welchem man i.) den Abrieb eines Granulats vor der Bestrahlung bestimmt, ii.) das Granulat bestrahlt, iii.) den Abrieb des bestrahlten Granulats bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass – man den Abrieb bestimmt, indem man a) das Granulat in einer Schneidmühle mahlt, b) das gemahlene Produkt einer Siebanalyse unterzieht und c) das Ergebnis der Siebanalyse mit mindestens einem Referenzwert vergleicht, um den Abrieb des Granulats einzuordnen, – man das Granulat bestrahlt, indem man mehrere Granulatpartikel in einem Probenbehälter (2) anordnet und mit einer Bestrahlungslampe (3) bestrahlt, wobei man die Granulatpartikel während der Bestrahlung periodisch durchmischt, so dass verschiedene Oberflächen der Granulatpartikel bestrahlt werden.
Schnelltest nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man weiterhin die Farbeigenschaften des Granulats vor und nach der Bestrahlung untersucht.
Schnelltest nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man weiterhin die Zinkeluation des Granulats vor und nach der Bestrahlung untersucht.
Schnelltest nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man weiterhin das Wasserrückhaltevermögen des Granulats vor der Bestrahlung untersucht.
Schnelltest nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man weiterhin das Wasserrückhaltevermögen des Granulats nach der Bestrahlung untersucht.
Schnelltest nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Korngrößenverteilung des gemahlenen Produkts durch diskontinuierliches Sieben ermittelt.
Schnelltest nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man den Anteil von Partikeln kleiner 500 μm als Kriterium wählt, nach welchem der Abrieb der Partikel beurteilt wird.
Schnelltest nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei verschiedene Oberflächen der Granulate nacheinander bestrahlt werden, wobei jede dieser Oberflächen mindestens zweimal bestrahlt wird.
Schnelltest nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Granulate mit einem Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 1 nm bis 1.000 nm bestrahlt.
Schnelltest nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Granulate unter Verwendung einer Vorrichtung bestrahlt, die a. mindestens eine Bestrahlungslampe (3) und b. mindestens einen Probenbehälter (2) für das zu bestrahlende Granulat umfasst, wobei der Probenbehälter mit einem Antrieb verbunden ist, damit der Probenbehälter während der Bestrahlung bewegt und die Granulate durchmischt werden können.
Schnelltest nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man den Probenbehälter mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 1 UPM bis 500 UPM periodisch dreht.
Schnelltest nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bestrahlung bei einer Temperatur im Bereich von 0°C bis 95°C durchführt.
Schnelltest nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung für eine Zeit im Bereich von 1 h bis 1.000 h erfolgt.
Schnelltest nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung mit einem Licht mit einer Bestrahlungsstärke im Bereich von 1 W/m² bis 10.000 W/m² erfolgt.
Schnelltest nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man den Test zusätzlich zur Bestimmung der Festigkeit und der Anhaftung von Stoffschichten auf der Oberfläche des Granulats oder in Zwischenschichten von mehrschichtigen Granulaten vor und/oder nach der Bestrahlung nutzt.
Schnelltest nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man ummantelte Gummipartikel untersucht.
Schnelltest nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man Partikel untersucht, die aus einem Materialverbund gewonnen wurden.
Ummantelte Gummipartikel mit den folgenden Eigenschaften: – Abrieb vor Bestrahlung: höchstens 2% – Abrieb nach Bestrahlung: höchstens 2,5% – Farbänderung nach Bestrahlung: ΔE·ab höchstens 4 – Zinkelution vor Bestrahlung: höchstens 3 mg/l – Zinkelution nach Bestrahlung: höchstens 3 mg/l – Wasserrückhaltevermögen vor Bestrahlung: höchstens 60%