DE102009031291A1

DE102009031291A1 - Substratanordnung zur Begrünung

Info

Publication number: DE102009031291A1
Application number: DE102009031291A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Kohlstadt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-05

Abstract

Um auf einfache Weise z. B. ein Fußballfeld oder ein Dach mit einem Rasen zu begrünen oder um Pflanzen in trockenen Gegenden zu bewässern oder um verödetes Land rückzugewinnen, wird eine Substratanordnung vorgeschlagen, die zumindest A) eine Substratschicht für Pflanzen umfasst und B) mindestens eine wasserspeichernde Platte, bei der körniges Material mit einem Polyurethan gebunden ist. Gegebenenfalls kann sie noch C) mindestens eine Dränageschicht und D) mindestens eine Wasser-Sperrschicht enthalten. Vorzugsweise ist die wasserspeichernde Platte mit der Dränageschicht und/oder der Wasser-Sperrschicht zu einem Verbundwerkstoff miteinander verbunden, der 6-20 cm dick, 100-300 cm lang und 50-200 breit ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Substratanordnung zur Begrünung, insbesondere von Fußballfeldern und Dächern, mit

A) einer Substratschicht für Pflanzen,
B) einer wasserspeichernden Platte als Träger,
C) einer Dränageschicht und
D) einer Wasser-Sperrschicht.

Die Erfindung betrifft auch die Herstellung sowie die Verwendung der Substratanordnung.
Derartige Substratanordnungen zur Begrünung, d. h. zum Versehen einer Fläche z. B. am Bauwerk mit Pflanzen wie Bäumen, Büschen, Nutzpflanzen, Rasen o. Ä. sind bekannt, was sich aus folgenden Dokumenten ergibt:
Das Dokument GB 2036523 (bzw. die parallele DE 2852286 ) betrifft Substratplatten für Pflanzenkulturen. Gemäß Beispiel 1 werden

A) Melonen-Pflanzen in Einheitserde in einem PU-Topf mit Löchern im Boden auf
B) eine Substratplatte aus einem Phenolharzschaumstoff gestellt, welche
C) auf einer Wasser undurchlässigen Folie ruht.

Die Substratplatte hat eine Dichte von 19,5 kg/cm³, eine Wasseraufnahmegeschwindigkeit von 5 Minuten und 20 Sekunden sowie eine negative Wasserretention von 31 cm³. Anstelle von Phenolharz- kann auch ausdrücklich Polyurethan-Schaumstoff als Substratmaterial verwendetet werden (s. S. 2, Z. 7–12).
Diese Substratplatte ist nicht belastbar, egal ob sie aus einem Phenolharzschaumstoff oder einem Polyurethanschaumstoff besteht, was sich aus der geringen Dichte ergibt. Außerdem ist von einer Dränageschicht keine Rede.
Gleiches gilt für das Substrat gemäß der DE 2827524 . Sie beschreibt ebenfalls Phenolharz-Schäume als Substrat zur Kultivierung von Jungpflanzen. Gemäß Beispiel 1 werden

A) Geranien in Torfballen auf
B) eine Substratplatte aus einem Phenolharzschaumstoff gestellt, die eine Dichte von 18,2 kg/m³, eine Dicke von 6 cm, eine Wasseraufnahmefähigkeit von 82,8 Vol-% hatte, sowie eine Druckfestigkeit von 0,71 kp/cm².

In der Einleitung wird ganz allgemein auf die Verwendbarkeit von Schaumstoffen auf der Basis von z. B. Polyurethanen neben vielen anderen Materialien als Substratmaterial hingewiesen (s. S. 2).
Von einer Dränagezone ist allerdings keine Rede.
Die EP 0 266 701 B1 betrifft eine Substratanordnung zur Dachbegrünung.
Es wird zunächst von Zeile 56 der Spalte 1 bis Zeile 8 der Spalte 2 eine schon damals bekannte Substratanordnung beschrieben. Demnach soll zur Wasserspeicherung und Dränage unterhalb des Vegetationssubstrates eine Wasserspeicherschicht aus offenporigem Hartschaumstoff angeordnet werden, deren Porengröße so bemessen ist, dass diese Schicht wie ein Schwamm eine große Menge an Wasser aufnimmt und zurückhält, überschüssiges Wasser aber nach unten hindurchsickern lässt. Unterhalb dieser Wasserspeicherschicht ist eine Dränageschicht angeordnet, die dazu dient, das Wasser möglichst rasch vom Dach abzuleiten. Diese Substratanordnung sei zwar brauchbar, habe aber eine zu geringe Belastbarkeit.
Die in der EP 0 266 701 B1 beanspruchte Erfindung zeichnet sich dagegen durch eine höhere Tragfähigkeit und Belastbarkeit sowie durch eine hohe Speicherfähigkeit aus. Die geschützte Substratanordnung umfasst im Wesentlichen

A) eine Schicht aus Vegetationssubstrat, welche einen Bewuchs wie z. B. Rasen, Kräuter, Büsche und Bäumen trägt (s. 1 sowie Sp. 1, Z. 25–32),
B) mindestens eine verrottungssichere Trägerplatte
– mit tragenden Wänden aus hartem, z. B. offenporigem Schaumstoff (Sp. 5, Z. 43), vorzugsweise aus Polystyrolschaum,
– mit nach oben offenen Wasserspeicherkammem, die mit einem Wasser aufsaugenden Schaumstoff gefüllt sind, insbesondere mit Polyurethan-Hartschaum mit geeigneter Porengröße (Sp. 6, Z. 7–10) und
– mit Öffnungen zur Dränagezone,
C) eine Filtereinrichtung wie z. B. ein Filtervlies (s. Sp. 5, Z. 31–40), um das Wegschwemmen von Material aus dem Vegetationssubstrat in die Dränagezone zu verhindern, sowie
D) eine Dränagezone, welche eine grobporige Schaumstoffschicht, bzw. ein so groß- und offenporiger Schaumstoff ist, dass das Wasser in den Poren nicht zurückgehalten wird, sondern ungehindert ablaufen kann (s. Sp. 9, Z 13–17).
E) Diese Substratanordnung befindet sich auf einer Dachkonstruktion mit einer Wasser-Sperrschicht.
F) Darüber hinaus kann noch gewünschtenfalls eine Wurzelverankerungsschicht zwischen Vegetationssubstrat und Trägerplatte verwendet werden.

Diese Substratanordnung ist sehr kompliziert und nur für die Dachbegrünung geeignet.
Außerdem ist ihre Festigkeit für viele Anwendungen noch zu gering. Gleiches gilt für die Wasserspeicherung. Schließlich läuft das anfallende Regenwasser zu schnell ab in die Kanalisation.
In der EP 266701 B1 werden offenporige Formteile für den Baustoffbereich auf der Basis eines duromeren Polyurethans als Bindemittel für körniges Material beschrieben, die sich ebenfalls durch hohe Druckfestigkeit auszeichnen. Sie sind durch ein Porenvolumen von 30 bis 60 Vol.-% und eine so hohe Wasserdurchlässigkeit gekennzeichnet, dass Regenwasser ohne weiteres versickern kann. Die Wasserdurchlässigkeit kann gezielt durch geeignete Wahl der Korngröße und Korngrößenverteilung variiert werden, und zwar so stark, dass die Durchlässigkeit auf praktisch 0 reduziert wird. Die Formteile eignen sich z. B. als Gehwegplatten, zur Dränage oder für Blumentröge und Formsteine für eine Hangbepflanzung.
Von einem wasserspeichernden Formteil ist keine Rede, erst recht nicht von einer Substratanordnung mit Wasser sperrenden, speichernden und ableitenden Schichten.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Substratanordnung zur Begrünung zu entwickeln, die die oben genannten Nachteile weitgehend vermeidet und die insbesondere auf einfache Weise herzustellen und zu verlegen ist, sowie eine hohe Qualität sowohl bezüglich der mechanischen Eigenschaften- insbesondere der Druckfestigkeit- als auch bezüglich seines Umweltverhaltens aufweist.
Die erfindungsgemäße Lösung ist den Patentansprüchen zu entnehmen. Sie besteht sowohl in der Auswahl von Schichten aus Kunststoff-gebundenem körnigem Material anstelle von Schichten aus Schaumkunststoffen und insbesondere in der Auswahl von bestimmten Isocyanat/Polyol-Reaktionsharzen als Bindemittel für das körnige Material, aber auch in der Substratanordnung unabhängig von der Art der Schicht.
Unter „Substratanordnung” wird die Grundlage für die Begrünung verstanden, insbesondere die Summe der einzelnen Schichten und deren Reihenfolge. Die einzelnen Schichten sind im Wesentlichen durch ihre Funktionen folgendermaßen definiert:

A) Unter der „Substratschicht für die Pflanzen” sollen Schichten aus künstlichen oder natürlichen, zusammen- oder nicht zusammenhängenden Materialien und deren Gemische zu verstehen sein, in denen die Pflanzen wurzeln, wie z. B. natürliche oder industriell erzeugte Erden bzw. Substrate. Natürliche Erden sind in der Regel Gemische aus Haupterden wie Komposterden, Lauberden und Mistbeeterden sowie aus Hilfserden wie Moorerden sowie aus Zuschlagstoffen wie Sand, Lehm, Ton, Holzkohle, Rinde, Holzfasern, Kokosfasern und Grasspelzen. Industriell erzeugte Zuschlagstoffe sind beispielsweise Blähton, Perlit, Schaumkunststoffe aus Polystyrol oder Polyurethan. Ein industriell erzeugtes Substart ist z. B. Steinwolle. Die Substrate werden entsprechend den Anforderungen der Pflanzen ausgewählt. Bei den Pflanzen handelt es sich vor allem um Zier- und Nutzpflanzen mit flacher Wurzelausbildung und mit mehr oder weniger Wasserbedarf wie z. B. Nadelgewächse, Blumen, Zwiebeln und Gräser, insbesondere Rasen.
B) Die „wasserspeichernde Platte als Träger” soll eine solche Porosität aufweisen, dass sie Wasser entgegen der Schwerkraft zu halten vermag, sei es durch Adsorption oder Absorption. Dieses haftende Sorptions-Wasser soll vorzugsweise 100 bis 400, vorzugsweise 200 bis 300 Vol.-%, bezogen auf das Volumen der wasserspeichernden PU-gebundenen Granulat-Platte ausmachen. (Die Messbedingungen für die Wasser-Sorption sind in den Beispielen angegeben.)

Trotz der hohen Wasser-Sorption ist die Platte relativ formstabil: Sie quillt nämlich in Wasser nur um 6 bis 12 Vol.-% in der Dicke. Die Quellung in Längs- und Quer-Richtung liegt un 2 Vol-%. Die Quellung wurde durch Messung der Dicke mit einer Schieblehre vor und nach einer Lagerung eines 50 × 50 mm großen Prüfkörpers für 24 Stunden in Leitungs-Wasser bei 20°C bestimmt. Stieg die Dicke von z. B. anfangs 60 mm auf 66 mm nach der Wasser-Lagerung, so war die Quellung 10%.
Die Platte soll auch als „Träger” dienen, d. h., sie soll so fest sein, dass sie nicht nur die darüber befindlichen Schichten – einschließlich der Begrünung – trägt, sondern auch eine Bearbeitung der Pflanzen zulässt, ohne eingedrückt zu werden. Daher sollte ihre Druckfestigkeit im Bereich von 2,0 bis 3,0 kg/cm² (bar) betragen. Allerdings kann ein Teil der Last auch von den übrigen Schichten getragen werden.
Die wasserspeichernde Platte soll 15 bis 80, vorzugsweise 30 bis 60 mm dick sein und ihre Dichte soll im Bereich von 200 bis 600, vorzugsweise von 250 bis 400 kg/m³ liegen.

C) Die „Dränageschicht” soll gegen die Schwerkraft praktisch kein Wasser zurückhalten, allenfalls bis zu 2 Vol.-%., bezogen auf ihr Volumen. (Die Messbedingungen für dieses Sorptions-Wasser ist in den Beispielen angegeben.) Vielmehr soll sie das Wasser durchfließen lassen wie ein Filter. Die Durchflussmenge sollte mindestens 40, vorzugsweise mindestens 80 l/m² × Min. betragen und maximal 1000, vorzugsweise maximal 500 l/m² × Min. bei einer Dicke von 50 mm. (Die Messbedingungen sind bei den Beispielen angegeben.).

Die Dränageschicht sollte 10 bis 30 min dick sein.
Wegen ihrer relativ großen Poren können sich die Pflanzen darin auch verwurzeln.

D) Die „Wasser-Sperrschicht” soll dagegen allenfalls 10 l/m² × Min. durchlassen, vorzugsweise weniger als 1,0 l/m² × Min. Zweckmäßigerweise sollte der Durchfluss aber größer als 0,01/m² × Min. sein, wenn die Bildung von Stauwasser zu befürchten ist.

Bei der wasserspeichernden Platte soll „körniges Material mit einem PU gebunden sein”; bei den Sperr- und Dränage-Schichten verwendet man zweckmäßigerweise ebenfalls PU, aber nicht notwendigerweise. Auch Klebstoffe, z. B. Schmelzklebstoffe, auf der Basis von Epoxiden, Polyester und Polyolefinen, insbesondere EVA, sind brauchbar.
Zur Herstellung der Schichten, insbesondere der wasserspeichernden Platte, wird zweckmäßigerweise das PU gemäß der EP 1037733 und/oder der EP 711 313 B1 ausgewählt, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird und deren Inhalt übernommen werden soll. Dabei geht es um ein Isocyanat/Polyol-Reaktivharz auf der Basis folgender Komponenten:

a) Polyol,
b) Polyisocyanat,
c) Katalysator,
d) bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf das Polyol an Suspendierhilfsmittel und
e) bis zu 10 Gew-% eines Mittels zur Bindung von Wasser, bezogen auf das Polyol,

Dadurch wird erreicht, dass die Viskosität des Reaktivharzes einerseits bei Raumtemperatur unter Rühren so niedrig ist, dass körniges Material gut benetzt wird, und andererseits bei einer Temperaturerhöhung ohne Rühren so hoch ist, dass ein Film in senkrechter Stellung nicht nach unten fließt. Bei seiner Aushärtung entsteht ein duromeres Polyurethan.
Prinzipiell sind alle Polyole, die bereits zur Polyurethanherstellung bekannt sind, auch für die vorliegende Erfindung geeignet. In Betracht kommen insbesondere die an sich bekannten Polyhydroxy-Polyether des Molekulargewichtsbereiches von 60 bis 10 000, vorzugsweise 70 bis 6 000, mit 2 bis 10 Hydroxylgruppen pro Molekül. Derartige Polyhydroxypolyether werden in an sich bekannter Weise durch Alkoxylierung von geeigneten Startermolekülen erhalten, z. B. von Wasser, Propylenglykol, Glycerin, Trimethylolpropan, Sorbit, Rohrzucker usw.. Geeignete Alkoxylierungsmittel sind insbesondere Propylenoxid und eventuell auch Ethylenoxid. Ein anderer Polyhydroxy-Polyethertyp sind die durch Ringöffnungspolymerisation hergestellten Polytetrahydrofurane.
Es kommen aber auch die üblichen Polyester-Polyole des Molekulargewichts-Bereiches von 400 bis 10 000 in Frage, wenn sie 2 bis 6 Hydroxylgruppen enthalten. Das ist besonders dann der Fall, wenn es auf eine hervorragende Stabilität gegen Licht- und Wärmeeinwirkung ankommt. Geeignete Polyester-Polyole sind die an sich bekannten Umsetzungsprodukte von überschüssigen Mengen an mehrwertigen Alkoholen der als Startermoleküle bereits beispielhaft genannten Art mit mehrbasischen Säuren, wie beispielsweise Bernsteinsäure, Adipinsäure, Phthalsäure, Terephthalsäure oder beliebigen Gemischen derartiger Säuren.
Verwendet werden können auch Ester und Partialester von gesättigten und ungesättigten Fettsäuren mit Polyhydroxyverbindungen sowie deren ethoxylierten oder propoxylierten Derivaten. Bevorzugt wird ein Polyesterdiol aus Hexandiol und Adipinsäure. Schließlich können auch Prepolymere mit OH-Gruppen eingesetzt werden, also Oligomere aus Polyisocyanaten und Polyolen in starkem Überschuss, sowie Polyole auf Basis von Polycarbonaten, Polycaprolactonen und hydroxylterminierten Polybutadienen.
Als Polyisocyanate sind alle mehrwertigen aromatischen und aliphatischen Isocyanate geeignet. Vorzugsweise enthalten sie im Mittel 2 bis höchstens 4 NCO-Gruppen. Beispielsweise seien als geeignete Isocyanate genannt: 1,5-Naphthylendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), hydriertes MDI (H₁₂NDI), Xylylendiisocyanat (XDI), Tetramethylxylylendiisocyanat (TMXDI), 4,4'-Diphenyldimelhylmethandiisocyanat, Di- und Tetraalkyldiphenylmethandiisocyanat, 4,4'-Dibenzyldiisocyanat, 1,3-Phenylendiisocyanat, 1,4-Phenylendiisocyanat, die Isomeren des Toluylendiisocyanats (TDI), gegebenenfalls in Mischung, 1-Methyl-2,4-diisocyanato-cyclohexan, 1,6-Diisocyanato-2,2,4-trimethylhexan, 1,6-Diisocyanato-2,4,4-trimethylhexan, 1-Isocyanatomethyl-3-isocyanato-1,5,5-trimethylcyclo-hexan (IPDI), chlorierte und bromierte Diisocyanate, phosphorhaltige Diisocyanate, 4,4'-Diisocyanatophenylperfluorethan, Tetramethoxybutan-1,4-diisocyanat, Butan-1,4-diisocyanat, Hexan-1,6-diisocyanat (HDI), Dicyclohexylmethandiisocyanat, Cyclohexan-1,4-diisocyanat, Ethylen-diisocyanat, Phthalsäure-bis-isocyanatoethylester. Weitere wichtige Diisocyanate sind Trimethylhexamethylendiisocyanat, 1,4-Diisocyanatobutan, 1,12-Diisocyanatododecan und Dimerfettsäure-diisocyanat. Interesse verdienen trimerisierte Isocyanate und Isocyanatbiurete sowie teilweise verkappte Polyisocyanate, welche die Bildung selbstvernetzender Polyurethane ermöglichen, z. B. dimeres Toluylendiisocyanat. Schließlich können auch Prepolymere eingesetzt werden, also Oligomere mit mehreren Isocyanatgruppen. Sie werden bekanntlich bei einem großen Überschuss von monomerem Polyisocyanat in Gegenwart von z. B. Diolen erhalten. Im Allgemeinen werden aromatische Isocyanate bevorzugt eingesetzt.
Bevorzugt werden die Polyole und Polyisocyanate als Zweikomponenten-Gießharz eingesetzt, wobei ein niedermolekulares Polyisocyanat und ein gleichfalls verhältnismäßig niedermolekulares Polyol erst kurz vor ihrer Verwendung gemischt werden. Das Polyisocyanat wird mit einem bis zu 50%igem Überschuss an Isocyanat, bezogen auf das Polyol eingesetzt, vorzugsweise mit einem 10 bis 30%igem Überschuss.
Als Katalysatoren werden hochwirksame tertiäre Amine oder Amidine und metallorganische Verbindungen verwendet sowie deren Mischung. Als Amine kommen sowohl acyclische als auch insbesondere cyclische Verbindungen in Frage. Konkret seien genannt: Tetramethylbutandiamin, 1,4-Diaza-bicyclooctan (DABCO), 1,8-Diazabicyclo-(5.4.0)-undecen.
Als metallorganische Verbindungen kommen sowohl Eisen- als auch insbesondere Zinn-Verbindungen in Frage. Konkrete Eisenverbindungen sind: 1,3-Dicarbonyl-Verbindungen des Eisen wie Eisen(III)-acetylacetonat. Als Katalysatoren werden insbesondere zinnorganische Verbindungen eingesetzt. Darunter werden Verbindungen verstanden, die sowohl Zinn als auch einen organischen Rest enthalten, insbesondere Verbindungen, die eine oder mehrere Sn-C-Bindungen enthalten. Zu den organischen Verbindungen im werteren Sinne zählen z. B. auch Salze wie Zinn (II)octoat und Zinn(II)stearat. Zu den Zinnverbindungen im engeren Sinne gehören vor allem Verbindungen des vierwertigen Zinns der allgemeinen Formel R_n+1SnX_3·n, wobei n eine Zahl von 0 bis 2 ist, R eine Alkyl-, Aryl-, Alkaryl- und/oder Aralkylgruppe, die neben den C- und H-Atomen auch noch 0-Atome enthalten können, insbesondere in Form von Keto- oder Ester-Gruppen, darstellt und X schließlich eine Sauerstoff-, Schwefel- oder Stickstoffverbindung bedeutet. Die Gruppen R oder X können auch miteinander verbunden sein und dann zusammen mit dem Zinn einen Ring bilden. Solche Verbindungen sind in den Schriften EP 491 268 , EP 490 277 , EP 423 643 beschrieben. Zweckmäßigerweise enthält R mindestens 4 C-Atome, insbesondere mindestens B. Die Obergrenze liegt in der Regel bei 12 C-Atomen. Vorzugsweise ist n = 0 oder 1 sowie eine Mischung von 1 und 0. Vorzugsweise ist X eine Sauerstoff-Verbindung, also ein zinnorganisches Oxid, Hydroxid, Alkoholat, β-Dicarbonylverbindung, Carboxylat oder Salz anorganischer Säuren. X kann aber auch eine Schwefel-Verbindung sein, also ein zinnorganisches Sulfid, Thiolat oder Thiosäureester. Bei den Sn-S-Verbindungen sind vor allem Thioglykolsäureester interessant, z. B. Verbindungen mit folgenden Resten: -S-CH₂-CH₂-CO-O-(CH₂)₁₀CH₃ oder -S-CH₂-CH₂-CO-O-CH₂-CH(C₂H₅)-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃.
Derartige Verbindungen erfüllen eine weitere Auswahlregel: Das Molekulargewicht der zinnorganischen Verbindung soll vorzugsweise über 250, insbesondere über 600 liegen. Eine bevorzugte Verbindungsklasse stellen die Dialkyl-Zinn(IV)Carboxylate dar (X = O-CO-R¹). Die Carbonsäuren haben 2, vorzugsweise wenigstens 10, insbesondere 14 bis 32 C-Atome. Es können auch Dicarbonsäuren eingesetzt werden. Als Säuren seien ausdrücklich genannt: Adipinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Pimelinsäure, Terephthalsäure, Phenylessigsäure, Benzoesäure, Essigsäure, Propionsäure sowie insbesondere 2-Ethylhexan-, Capryl-, Caprin-, Laurin-, Myristin-, Palmitin- und Stearinsäure. Konkrete Verbindungen sind Dibutyl- und Dioctyl-zinndiacetat, -maleat, -bis-(2-elhylhexoat), -dilaurat, Tributylzinnacetat, Bis(β-methoxycarbonyl-ethyldizinndilaurat und Bis(β-acetylethyl)zinndilaurat.
Auch Zinnoxide und -sulfide sowie -thiolate sind bevorzugt brauchbar. Konkrete Verbindungen sind: Bis(tributyl-zinn)oxid, Bis(trioctylzinn)oxid, Dibutyl- und Dioctylzinn-bis(2-ethyl-hexylthiolat) Dibutyl- und Dioctylzinndidodecylthiolat, Bis(β-methoxycarbonylethyl)zinndidodecylthiolat, Bis(β-acetyl-ethyl)zinn-bis(2-ethylhexylthiolat), Dibutyl- und Dioctyl-zinndidodecylthiolat, Butyl- und Octylzinn-tris(thioglykolsäure-2-ethylhexoat), Dibutyl- und Dioctylzinn-bis(thio-glykolsäure-2-ethylhexoat), Tributyl- und Trioctylzinn-(thioglykolsäure-2-ethylhexoat) sowie Butyl- und Octylzinntris(thioethylenglykol-2-ethylhexoat), Dibutyl- und Dioctylzinn-bis(thioethylenglykol-2-ethylhexoat), Tributyl- und Trioctyl-zinn(thioethylenglykol-2-ethylhexoat) mit der allgemeinen Formel R_n+1Sn(SCH₂CH₂OCOC₈H₁₇)_3-n, wobei R eine Alkylgruppe mit 4 bis 8 C-Atomen ist, Bis(β-methoxycarbonyl-ethyl)zinn-bis(thioethylenglykol-2-ethylhexoat), -zinn-bis(thioglykolsäure-2-ethylhexoat), und Bis(β-acetyl-ethyl)zinn-bis(thioethylenglykol-2-ethylhexoat) und -zinn-bis(thioglykolsäure-2-ethylhexoat.
Aus den übrigen angeführten Gruppen der Zinnverbindungen seien genannt:
Tributylzinnhydroxid, Dibutylzinndiethylat, Dibutylzinndibutylat, Dihexylzinndihexylat, Dibutylzinndiacetylacetonat, Di-butylzinndiethyl-acetylacetat, Bis(butyldichlorzinn)oxid, Bis(dibutylchlorzinn)sulfid, Dibutyl- und Dioctylzinndichlorid, Dibutyl- und Dioctylzinndithioacetat.
Der Katalysator wird vorzugsweise dem Polyol zugesetzt. Seine Menge richtet sich nach seiner Aktivität und den Reaktionsbedingungen. Sie liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Polyol.
Das Suspendierhilfsmittel dient vor allem dazu, den Staub und die Füllstoffe in dem Isocyanat/Polyol-Reaktionsharz zu stabilisieren. Dazu ist zunächst deren Benetzung sehr wichtig. Außerdem soll das Absetzen der Teilchen verhindert werden. Im engen Zusammenhang damit steht der Thixotropieeffekt des Isocyanat/Polyol-Reaktionsharzes: Beim Mischen mit dem körnigen Material und beim Gießen in die Formen soll es möglichst dünnflüssig sein.
Sobald jedoch die äußeren Kräfte nachlassen, soll es möglichst zähflüssig sein, damit es in den Formen nicht nach unten fließt.
Konkrete Stoffe, die diese Aufgaben lösen, sind

– Bentonite, also verunreinigte Tone, die durch Verwitterung vulkanischer Tuffe entstanden sind, insbesondere 'Gentone”,
– hochdisperse Kieselsäure, also eine Kieselsäure mit über 99,8 Gew.-% an SiO₂, die durch Hydrolyse von Siliciumtetrachlorid in einer Knallgasflamme hergestellt wurde, insbesondere 'Aerosil”,
– ein Gemisch aus a) Kieselsäure und b) Dimethylsulfoxid, Polyoxyalkylenglykol und dessen Derivate, insbesondere mit Siloxan-Endgruppen, oder Polyethylenfasern, insbesondere Gemische aus amorpher Kieselsäure und fibrillierte Polyethylenfasern (Sylothix-53),
– gehärtetes Ricinusöl, allein oder zusammen mit Ethylen-bis-stearamid bzw. Bis(stearproylpalmitoyl)ethylendiamin (Hoechst-Wachs-C),
– oberflächenbehandeltes Calciumcarbonat.

Außerdem seien genannt: LiCl, Mischungen aus Polyamidamin und niedermolekularen Aminen (s. DE 40 23 005 ), fein verteilte Potyharnstoffe aus aliphatischen oder aromatischen Polyaminen und Isocyanaten.
Das Suspendierhilfsmittel wird in einer Menge von bis zu 10 Gew.-% eingesetzt, insbesondere von 0,5 bis 5%, bezogen auf das Polyol. Mit Vergrößerung des Staubanteils des Kies/Sandgemisches ist auch seine Menge zu vergrößern. Dies führt sowohl zu einer besseren Benetzung des Staubes als auch zu einer besseren Bindung des Staubes im nicht ausgehärteten sowie im ausgehärteten Gemisch aus Isocyanat/Polyol-Reaktionsharz und körnigem Material.
Daher wird sowohl der Staubanteil in der Luft als auch die Lagerstabilität der Formteile im Wasser verbessert. Das Suspendierhilfsmittel wird ebenfalls vorzugsweise dem Polyol zugesetzt.
Daneben kann das Isocyanat/Polyol-Reaktionsharz auch noch weitere Additive enthalten.
Dazu zählen in erster Linie die Füllstoffe. Sie dienen nicht nur dazu, das Volumen zu vergrößern, sondern auch zur Verbesserung von technischen Eigenschaften, insbesondere des Fließverhaltens. Als Füllstoffe eignen sich Carbonate, insbesondere Kalkspat, Kalkstein, Kreide und gecoatetes Calciumcarbonat und Magnesium/Calcium-Carbonat-Doppelsalze wie Dolomit, Sulfate wie Barium- und Calciumsulfat, Oxide und Hydroxide wie Aluminiumoxid, Aluminiumoxidhydrate, Silikate wie Kaolin, Feldspat, Wallostonit, Glimmer, Ton und Talkum sowie Siliciumdioxid (Quarzmehl), Kieselgur, Grafit oder Glasfasern. Die Füllstoffe werden ebenfalls vorzugsweise der Polyolkomponente zugesetzt, und zwar in einer Menge von bis zu 70 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 60 Gew.-%, bezogen auf die Harzkomponente.
Dem Polyol wird auch ein Mittel zur Bindung von Wasser zugesetzt, insbesondere Alkali-Aluminium-Silikate (Zeolith-L-Paste). Ihr Anteil beträgt bis zu 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew-%, bezogen auf das Polyol.
Das Polyol kann auch spezielle Additive wie Dispersionsmittel, Verdickungsmittel oder Thixotropiemittel enthalten, falls das Suspensionshilfsmittel diesbezüglich unbefriedigende Eigenschaften aufweist.
Als weitere Additive kommen in Frage: Pigmente z. B. Ruß, Flammschutzmittel, Stabilisatoren und Haftvermittler.
Je nach den konkreten Anwendungen kann es angebracht sein, das Polyurethan gegen Abbau zu stabilisieren. Als Antioxidantien eignen sich insbesondere bis zu 1,5 Gew-% an Irganox 1010, 1076, 3114 und 1425 der Firma Ciba Geigy, Topanol 0 der Firma ICI, und Goodrite 3114 der Firma Goodrich. Als UV-Absorber eignen sich insbesondere bis zu 1,5 Gew-% an Tinuvin P, 328 und 144 (Ciba Geigy), Sanduvor VSU und 3035 (Sandoz), Chimassorb 81 der Firma Chimosa. Als sterisch gehinderte Lichtstabilisatoren auf Aminbasis kommen bis zu 1,5 Gew-% an Tinuvin 765 und 770 der Firma Ciba Geigy, Sanduvor 3050, 3051 und 3052 der Firma Sandoz und Chimassorb 119 der Firma Chimosa sowie Mar LA 62, 63, 67 und 68 der Firma Argus Chemical Corporation in Frage.
Die Additive werden auf bekannte Art und Weise in das Polyol eingemischt. Man erhält auf diese Art und Weise das sogenannte Harz. Auch dem Polyisocyanat können Additive zugesetzt werden. Jedoch ist es nicht üblich, d. h., der Harter besteht vorzugsweise aus dem Polyisocyanat.
Natürlich können auch mehrere Polyole, Polyisocyanate, Katalysatoren, Suspendierhilfsmittel und Additive gleicher Funktion eingesetzt werden.
Unter „körnigen Materialien” sind gebrochene und/oder ungebrochene feste Körper anorganischer oder organischer Art zu verstehen. Ihre chemische Zusammensetzung ist neben den Kornmerkmalen wie Harte und Dimensionen von untergeordneter Bedeutung. Sie sollten möglichst inert sein. Es kann sich um Stoffe wie Siliciumdioxid, Silikate, Kohle, Kalkstein, Korund, SiCarbid, Metalle, massive oder hohle Kugeln aus Glas oder Kunststoff, Blähton, Vermiculit, Perlit, Bimskies oder Schlacken handeln. Bevorzugt wird Siliciumdioxid in Form von Sand und Kies. Insbesondere ist Quarzsand geeignet, der zu über 85% aus Quarz besteht. Seine Körnchen sind weitgehend abgerundet und haben einen Durchmesser von 0,06 bis 2 mm. Entsprechende Materialien mit einem Durchmesser von mehr als 2 mm werden als Kies bezeichnet. Für den vorliegenden Fall ist der Feinkies mit einer Korngröße von 2 bis 6,3 mm von besonderer Bedeutung.
Vorzugsweise wird ein Kies/Sandgemisch eingesetzt, dessen Teile einen max. Durchmesser von 6,3, vorzugsweise 4 mm haben. Entscheidend für das Herstellungsverfahren ist, dass auch körnige Materialien mit einem Durchmesser unter 1 mm verwendet werden können, und zwar mit einem Gewichtsanteil bis zu 10 Gew.-%. Davon kann die Hälfte einen Durchmesser von weniger als 0,2 mm haben. Es ist also möglich, ein Kies/Sandgemisch mit einem Staubanteil von 5 Gew.-% zu verwenden.
Ein hoher Anteil an Fein- und Mittelsand verringert allerdings die Durchlässigkeit für Wasser. Durch Variation des Anteils lässt sich gezielt die Wasserdurchlässigkeit einstellen. Ein Formteil aus einer Mischung von 2 Sandfraktionen mit einem Durchmesser von 0,20 bis 1,0 und 1,0 bis 2,0 im Verhältnis 1:1 ergibt bei Verarbeitung mit dem Reaktionsharz ein praktisch wasserundurchlässiges Formteil. Der Staubanteil kann auch bereits als Füllstoff in das Isocyanat/Polyol-Reaktionsharz eingearbeitet sein.
Bei geeigneter Korngrößenverteilung braucht also das ursprüngliche Kies/Sandgemisch nur gewaschen zu werden, um z. B. alle organischen und alle quellbaren Bestandteile zu entfernen. Ein Absieben der Staubanteile ist unter Umständen nicht notwendig. Das gewaschene Kies/Sandgemisch wird mit heißer Luft getrocknet und schließlich in Silos unter üblichen Umweltbedingungen gelagert. Vorzugsweise wird das Kies/Sandgemisch jedoch noch vor der Lagerung mit einem Teil des Polyols gemischt, insbesondere wenn das Gemisch einen hohen Staubanteil hat. Das Polyol kann auch noch weitere Komponenten enthalten wie Füllstoffe, Suspendierhilfsmittel und Katalysator. Diese Vorbehandlung führt zu einer vollständigen Benetzung des Kies/Sand/Staub-Gemisches und damit zu einer vollständigen Ummantelung der einzelnen Partikel. Dadurch wird nicht nur der Staubanteil in der Luft während der Herstellung der Formteile verringert, sondern auch die Stabilität der Formteile gegenüber Wasser bei deren Lagerung erhöht.
Das Gewichtsverhältnis von Quarzsand:Polyurethan-Bindemittel beträgt vorzugsweise weniger als 20:1, insbesondere gleich oder weniger als 16 : 1. Bei einer Körnung zwischen 1,6 und 4,0 mm sind für Filter mit einer Wasserflussrate von 0 m³/min × m² gleiche Gewichtsanteile an Quarzsand und Bindemittel erforderlich. Bei einem Sand mit einer Körnung bis zu 4 mm, jedoch mit 20 Gew.-% an Teilchen unter 1,6 mm – bezogen auf die Gesamtmenge des Sandes – verringert sich der Bindemittelanteil für gleichen Filtertyp auf ca. 10 Gew-%, bezogen auf den Sand insgesamt.
Außer Sand, Kies und Staub können insbesondere für die Dränageschicht und die wasserspeichernde Platte folgende körnigen Materialien verwendet werden:

a) Granulate von anorganischen Stoffen, insbesondere von Steinen auf der Basis von Carbonaten, Silicaten, Kieselsäuren und Oxiden, wobei vor allem zu nennen sind: Granit, Basalt und Flusskiesel.
b) Granulate von organischen Stoffen, insbesondere von harten Stoffen wie z. B. von Kernen von Früchten und Obst (z. B. Oliven, Mandeln, Pfirsichen und Kirschen) und Schalen (z. B. Kokosnuss, Walnuss und Haselnuss).

Unter Granulaten werden zerkleinerte, leicht schüttbare Feststoffe mit einer Korngröße im Bereich von 0,5 bis 10, insbesondere von 1 bis 5 und vor allem von 1 bis 2 mm. Aber auch schüttbare Teilchen von Holz, Stroh, Flachs, Mais, Reis, Palmen, Kork o. Ä. sind brauchbare Füllstoffe.
Bevorzugte körnige Materialien sind Steingranulat, Kerne von Obst oder Früchten, insbesondere von den oben genannten Pflanzen bzw. deren Granulat mit Korngrößen von 0,5 bis 10, vorzugsweise von 1 bis 5 mm sowie Granulat der oben genannten Nüsse. Aber auch Teilchen von Holz, Hanf, Stroh, Flachs, Mais, Reis und Palmen sind brauchbare Füllstoffe für die Wasser-Speicher-Platte und für die Sperrschicht. Zweckmäßigerweise werden Gemische verschiedener körniger Materialien verwendet, z. B. Steingranulat und Kernen von Früchten und Obst, bzw. deren Granulat.
Auf die Oberseite der Substratanordnung wird zweckmäßigerweise eine 5 bis 40, vorzugsweise 10 bis 20 mm dicke Schicht von Sand, Feinkies oder Feinsplitt mit einer Körnung von 0,5 bis 5, vorzugsweise 0,5 bis 2 mm vor dem Verfüllen mit Erde eingebracht.
Weitere Bestandteile der Substratanordnung können Anschlüsse für die Wasserableitung und/oder Wasserzuleitung sein, falls die Substratanordnung auch zum Bewässern dienen soll. Außerdem sind Halterungsvorrichtung zur leichteren Handhabung beim Transport und der Verlegung zweckmäßig, z. B. Dübel, zumindest Löcher dafür, mit Stopfen verschlossen werden können.
Bei einer industriellen Vorfertigung der Substratanordnung können die Abmessungen in weiten Bereichen variieren. Im Allgemeinen sind angemessen: 1000–3000, vorzugsweise 1500 mm Länge, 500–2000, vorzugsweise 750 mm Breite und 60–200, vorzugsweise 80–150 mm Dicke.
Die wasserspeichernde Substratplatte kann mit und ohne Nut/Feder eingesetzt werden.
Aus dem Isocyanat/Polyol-Reaktionsharz und den körnigen Materialien sowie gegebenenfalls weiteren Zusätzen werden die offenporigen Formteile hergestellt, und zwar im Prinzip nach dem Gießverfahren, sei es vor Ort oder in einem Werk.
Dazu werden zunächst die beiden Komponenten des Isocyanat/Polyol-Reaktionsharzes dosiert und gemischt, nämlich das Polyol zusammen mit dem Katalysator, dem Suspendierhilfsmittel und gegebenenfalls Additiven als erste Komponente und dem Polyisocyanat als zweite Komponente.
In der Regel werden dann diese Isocyanat/Polyol-Reaktionsharze sowie das körnige Material und gegebenenfalls weitere Zusätze bei Raumtemperatur dosiert und gemischt, bis die festen Bestandteile von dem Harz benetzt sind. Diese Formmasse wird dann drucklos unter Rütteln in die Form mit den gewünschten Dimensionen gegossen. Bei länglichen Formen kann es vorteilhaft sein, einen Druck von z. B. 15 N/cm² anzuwenden. Zusätzlich kann zur Verstärkung ein Vlies, ein Geflecht oder eine Matte aus Glas oder Metall eingelegt werden. Es ist auch möglich, oberflächlich eine Schicht aus dekorativem Material aufzubringen, z. B. weiße Kieselsteine. Es ist ebenfalls möglich, eine Schicht aus Aktivkohle-Granulat einzubauen, um eine Sperrschicht in dem Formteil zu erhalten. Die Formen werden in der Regel nicht vorgewärmt. Sie sind mit einem handelsüblichen Trennmittel versehen.
Zur Härtung werden die Formen mit ihrem Inhalt auf 80 bis 150°C erwärmt, was z. B. in einem Umluftofen geschehen kann. Die Erwärmung kann bis zu 2 Stunden dauern, vorzugsweise bis zu einer Stunde, insbesondere bis zu 10 Min.. Dabei beginnt die Erwärmzeit mit dem Einfüllen der Formmasse in die Formen und endet mit dem Entformen.
Zweckmäßigerweise wird vor dem Entformen nicht auf 25°C abgekühlt, vorzugsweise nicht auf 50, insbesondere überhaupt nicht, d. h., es wird praktisch bei der Reaktionstemperatur entformt. Entformt wird, wenn kein flüchtiges Isocyanat mehr vorhanden ist und die Formteile soweit gehärtet sind, dass sie sich ohne Schwierigkeit handhaben lassen. Dazu zählt nicht nur das Entformen, sondern auch der Transport, die Lagerung und gegebenenfalls eine Nachbearbeitung der Formteile. Die Festigkeiten der Formteile nehmen noch innerhalb eines Tages merklich zu. Diese Nachhärtungszeit hängt von der Lagertemperatur, von der Feuchtigkeit (Luftfeuchtigkeit, flüssiges Wasser) und den Dimensionen des Formteils ab.
Bei den Formen handelt es sich um Dauerformen. Sie brauchen nicht jedes Mal nach ihrer Benutzung gereinigt zu werden, sondern vielmehr erst nach ca. 10- oder gar nach 20facher Benutzung.
Die Anlage zur Herstellung der Formteile ist vorzugsweise für ein kontinuierliches halbautomatisches Chargen-Verfahren ausgelegt.
Die wasserspeichernde Platte kann einen kontinuierlichen Gradienten bezüglich der Wasserdurchlässigkeit bzw. der Wasserspeicherfähigkeit haben mit Außenbereichen, die die Eigenschaften der Dränageschicht einerseits und die der Sperrschicht andererseits aufweisen. So lässt sich eine Zweischichtenplatte mit einer von der einen auf die andere Seite zunehmenden Dichte – von z. B. 200–400 einerseits auf 800–1000 kg/m³ andererseits – in einem Arbeitsschritt herstellen. Dazu wird die Seite mit der höheren Dichte aus sehr feinen Partikeln (z. B. aus Spänen) unter starker Verdichtung mit einer Zweischichten-Streumaschine hergestellt. Die Seite mit der höheren Dichte sollte zweckmäßigerweise die Unterseite der wasserspeichernden Platte sein und ca. 10 bis 30 Vol.-% ausmachen.
Zur Bewässerung sollten durchgehend Kanäle in der wasserspeichernden Platte sein, die eine schnelle Verteilung von zugespeistem Wasser in der Platte und den darüberliegenden Schichten ermöglichen. Solche Kanäle können leicht erhalten werden, wenn bei den ohnehin zweckmäßigen Verbindungen einzelner Substratanordnungen durch Nut und Feder die Feder kürzer als die Nut ist.
Die so hergestellten Formteile haben hervorragende Eigenschaften, die vor allem auf dem Polyurethan-Bindemittel und seiner Verteilung in dem körnigen Material beruhen:

– Das Polyurethan-Bindemittel ist gegenüber Wasser praktisch inert. Die Wasserqualität wird auch nach 7tägiger Kontaktzeit nicht beeinflusst. Das gilt nicht nur für die Farbe, den Geruch, die Klarheit und die Oberflächenspannung des Wassers, sondern vor allem auch für seinen Gehalt an Aminen. Die Formteile eignen sich daher sogar als Ausrüstungsgegenstände zur Trinkwassergewinnung.
– Das Polyurethan-Bindemittel ist in dem körnigen Material so verteilt, dass ein offenes Porensystem mit gezielter Porosität entsteht.
– Dementsprechend sind die Formteile leichter als entsprechend dimensionierte kompakte Formteile mit Zement als Bindemittel.
– Auch die Wärmeleitfähigkeit wird durch die Poren reduziert.
– Das Porensystem ist offen, d. h., die Formteile sind permeabel. Sie lassen Gase und Flüssigkeiten durch, z. B. flüssiges oder gasförmiges Wasser, Luft oder polare Flüssigkeiten. Die Wasserdurchlässigkeit ist einstellbar. Sie kann praktisch 0 sein oder aber hoch, und zwar schon bei geringem oder gar keinem Druck, sodass Wasser ohne Stauungen versickern kann.
– Die Wasserdurchlässigkeit kann gezielt durch geeignete Wahl der Korngröße und Korngrößenverteilung variiert werden. Das gilt sowohl bezüglich des Porenvolumens insgesamt als auch bezüglich der Porengrößenverteilung über den Querschnitt des Formteils. Solch ein asymmetrisches Porensystem lässt sich aufbauen, indem man z. B. auf eine Schicht aus mittelkörnigem Material (1 bis 3 mm) eine zweite Schicht aus grobkörnigem Material 3 bis 10 mm aufbringt. Eine Schicht mit kleinkörnigem Material (0,3 bis 1,0 mm) darf nur sehr dünn sein, damit die Durchlässigkeit nicht praktisch auf 0 reduziert wird.
– Durch die gleichmäßige Verteilung des PU-Bindemittels im körnigen Material werden gute mechanische Eigenschaften erzielt. Die Festigkeit der Formvorteile ist für ein organisches Bindemittel erstaunlich günstig. Das gilt sowohl für die Druckfestigkeit und Zugfestigkeit als auch für die Biegefestigkeit. Die Schlagzähigkeit ist außerordentlich hoch. Falls diese Werte für spezielle Einsatzgebiete nicht ausreichen sollten, lassen sie sich durch Verstärkungsmittel noch erhöhen. Die hohen Festigkeitswerte können durch Auswahl geeigneter Ausgangsstoffe und durch Zusatz von Stabilisatoren über Jahre weitgehend konstant gehalten werden. So lässt sich z. B. die Hydrolysestabilität durch Verwendung eines Polyether-Polyols anstatt eines Polyester-Polyols wesentlich verbessern.

Vorteilhafterweise haben die Substratanordnungen eine Sandwich-Bauweise, also sprunghafte Änderungen von einer zu anderen Schicht. Derartige Substrate haben in der Regel auf der einen Seite der wasserspeichernden Platte eine Dränageschicht und auf der anderen Seite die Sperrschicht.
Zur Bewässerung empfiehlt sich auch eine Substratanordnung mit folgender Reihenfolge der Schichten von oben nach unten: Dränageschicht/wasserspeichernde Platte/Dränageschicht/Sperrschicht. Die untere Dränageschicht hat einen Wasseranschluss. Die wasserspeichernde Platte und die darüberliegenden Schichten, einschließlich der Substratschicht für die Pflanzen werden also von unten bewässert.
Konkrete Beispiele für die erfindungsgemäßen Substratanordnungen in Sandwichbauweise:

A) 30 mm Dränageschicht, 60 mm wasserspeichernde Platte und 20 mm Sperrschicht mit einer Gesamtdicke von 110 mm,
B) 30 mm Dränageschicht, 60 mm wasserspeichernde Platte, 30 mm Dränageschicht und 20 mm Sperrschicht mit einer Gesamtdicke von 140 mm und
C) 30 mm Dränageschicht, 40 mm wasserspeichernde Platte, 30 mm Dränageschicht, 40 mm wasserspeichernde Platte, 30 mm Dränageschicht und 20 mm Sperrschicht mit einer Gesamtdicke von 190 mm.

Weitere Substratanordnungen sind: a) Dränageschicht/wasserspeichernde Platte/Sperrschicht und b) Dränageschicht/wasserspeichernde Schicht/Dränageschicht/wasserspeichernde Schicht/Sperrschicht.
Aufgrund dieser wertvollen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Substratanordnungen eignen sie sich – nicht zuletzt wegen ihrer Härte, Elastizität und stabilisierenden Wirkung bei künstlichem Rasen – zur Begrünung von Sportstätten wie Golf-, Fußball- und Tennis-Plätze, zur Begrünung von Bauwerken wie Dächer, zur Begrünung von Dämmen und Deichen. Die Substratanordnungen eignen sich auch für Anwendungen, bei denen keine ebenen Platten benötigt werden, sondern runde Formen, z. B. für Pflanzkübel, -Töpfe oder -Bänke. Es können auch künstliche schwimmende Pflanzeninseln in stehenden Gewässern geschaffen werden, wenn man die Gesamtdichte entsprechend einstellt. Auch zur Landgewinnung(-Erhaltung und -Erzeugung) sind die erfindungsgemäßen Substratanordnungen geeignet, z. B. in Kuwait und den Emiraten.
Beispiele:
Die Erfindung wird nun im Einzelnen anhand von Beispielen beschrieben:
Beispiel 1: Herstellung und Eigenschaften der Filter- bzw. Dränageschicht:
Das Isocyanat/Polyol-Reaktionsharzgemisch wurde aus den beiden Komponenten Polyol mit Additiven (Harz) und Isocyanat (Härter) hergestellt. Die Polyolkomponente setzte sich zusammen aus 33 Gew.-% Polypropylendiol und 10 Gew.-% Polyethertriol, 10 Gew.-% Zeolith-Paste, 45% Kreide, 1,6% an pyrogener Kieselsäure sowie weniger als 1% an Dibutylzinndilaurat. 3 Gew.-Teile dieses Harzes wurden mit 1 Gew.-Teil des PolyisocyanatsDiphenylmethan-4,4-diisocyanat mit einer Funktionalität von 2,7 bei Raumtemperatur mit einem dynamischen Mischer gemischt. Man erhielt so das Isocyanat/Polyol-Reaktivharz.
Aus 1 Gew.-Teil dieses Isocyanat/Polyol-Reaktionsharzes und 16 Gew.-Teilen eines Kies/Sandgemisches wurde die Füllmasse durch Mischen bei Raumtemperatur unter Rütteln hergestellt. Das Kies/Sandgemisch enthielt 99 bis 100 Gew.-% an Partikeln mit einem Durchmesser wie in Tab. 1 angegeben und 1 bis 0 Gew.-% an Partikeln mit einem Durchmesser von < 1 mm.
Die Füllmasse wurde bei Raumtemperatur unter Rütteln in die Form gegossen, die mit einem Teflonspray beschichtet war. Zusätzlich wurde ein definierter Druck angewendet.
Die Härtung erfolgte bei 140°C in ca. 10 Min. in einem Umluftofen. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde entformt.
Die Messergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Sie zeigen, dass die Korngröße des Steingranulates die Dichte der Filterschicht praktisch nicht beeinflusst hat, wohl aber sowohl die Durchflussmenge als auch das Stauvolumen, und zwar in weitem Bereich, nämlich von 79 bis 860 l/m² × Min. bzw. 25 bis 45% bei einer Korngröße von 1–3 mm auf der einen Seite und 8–11 mm auf der anderen Seite.
Beispiel 2: Herstellung und Eigenschaften der Wasser-Sperrschicht
Die Wasser-Sperrschicht wurde wie im Beispiel 1 beschrieben hergestellt, allerdings mit folgender Besonderheit bezüglich der Zusammensetzung des Kies/Sand-Gemisches: 50 Gew.-% Sand (0–2 mm), 15 Gew.-% Granitsplitt (2–5 mm), 15 Gew.-% Granitsplitt (5–8 mm) und 20 Gew.-% Granitsplitt (8–11 mm).
Die Messergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Demnach kann die Durchflussmenge über die zugesetzte Menge an Bindemittel variiert werden, und zwar von 10 bis 0 l/m² × Mm. durch Erhöhung der Bindemittelmenge von 5 auf 10 Gew.-%.
Beispiel 3: Herstellung und Eigenschaften der Wasser sorbierenden Schicht
In einem Horizontalmischer wurden 4050 g Fichtenholzspäne vorgelegt. Innerhalb von 5 Minuten wurden 180 g der Harz-Komponente eines 2-K-Polyurethan-Klebstoffes und danach innerhalb von weiteren 5 Minuten 270 g der Härter-Komponente mit einer 1.0-mm-Breitschlitzdüse bei einem Spritzdruck von 1,5 bar unter Rühren zudosiert. Die Fichtenholzspäne setzten sich bezüglich ihrer Teilchengröße folgendermaßen zusammen: > 5 Gew.-% mit 5 mm, 40 Gew.-% mit 5–2 mm, 53 Gew.-% mit 2–0,5 mm und 2 Gew.-% mit < 0,5 mm. Bei der Härter-Komponente handelt es sich um das Diphenylmethandiisocyanat, seine Isomere und Homologe mit ca. 29–33% Isocyanat. Die Harz-Komponente basiert auf einem Polyol-Gemisch mit folgenden Bestandteilen in Gewichtsteilen: 21,00 Dipropylenglykol, 7,00 Glyzerin, 56,52 Propylenglykol (Mn 400), 14,00 Rapsfettsäure, 1,00 des Schaumstabilisators Tegostab 8404 der Fa. Goldschmidt, 0,40 N-Methylimidazol, 0,08 Dibutylzinndilaurat und Wasser.
Dann wurden 4500 g des Gemisches in eine Form mit einer Länge und Breite von jeweils 500 mm gegeben und mit einem Druck von 0,1 bar vorverdichtet. Anschließend wurde der „Kuchen” in einer Presse mit 230°C Pressen-Temperatur (Die Temperatur mitten im „Kuchen” betrug 97°C.) 15 Minuten lang auf 60 mm Distanz verpresst. Die Platte wurde heiß aus der Presse entnommen und an der Umgebungsluft abgekühlt.
Die Platte hatte folgen Eigenschaften: Abmessungen: Länge und Breite jeweils 500 mm, Dicke 60,2 mm. Dichte: 295 kg/m³. Weitere Messergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Sie zeigen, dass 1 m² Platte mit einer Dicke von 50 mm und einem Trockengewicht von 15 kg 45 1 Wasser zu speichern vermag.
Beispiel 4: Begrünung einer Substratanordnung
a) Herstellung und Eigenschaften der Substratanordnung
Es wurde folgende Substratanordnung mit einer Fläche von 600 mm Länge, 500 mm Breite und einer Gesamtdicke von 180 mm hergestellt:

– 70 mm Humus-Schicht
– 30 mm Dränageschicht mit einem Stauvolumen von 45%
– 60 mm Speicherplatte mit einer Dichte von 300 kg/m³
– 20 mm Sperrschicht

Dieses Speicherelement wurde in einen PE-Behälter eingepasst, der am Boden perforiert war, sodass das Wasser ablaufen konnte. Aufgrund der Dränageschicht und der Speicherplatte hatte es eine Speicherkapazität von 20 250 g auf seiner Fläche von 0,3 m² (oder umgerechnet auf 1 m²: 67 500 g pro 1 m²), wobei 4 050 g (nämlich 60 cm × 50 cm × 3 cm × 45/100, wobei 1 cm³ Wasser 1 ml bzw. 1 g Wasser entspricht) auf die Dränageschicht und 16 200 g (nämlich 60 cm × 50 cm × 6 cm × 0,3 g/cm³ × 300 g·100^–1 g) auf die Speicherschicht entfielen.
b) Bepflanzung der Substratanordnung und deren Eignung zur Begrünung
Es wurde Rasen eingesät, und zwar sowohl auf der oben beschriebenen Substratanordnung mit der erfindungsgemäßen Substratanordnung als auch auf einer Substratanordnung ohne die erfindungsgemäße Substratanordnung, also auf einer reinen Humus-Schicht. Zuvor wurden die Speicherplatte und die Dränageschicht bis zur Sättigung gewassert. Der Humus wurde in beiden Fällen prozentual gleich stark befeuchtet.
In der erfindungsgemäßen Anordnung ging die Staat um 5 bis 7 Tage schneller auf.
Nachdem der Rasen dicht gewachsen war, blieb er noch gut grün auch nach 14 Tagen ohne Wasserzugabe und erhielt wieder sein anfängliches Aussehen, wenn man wieder Wasser zugab. Der Rasen in dem nicht erfindungsgemäßen Behälter war bereits nach 7 Tagen degeneriert, sodass er sich nicht mehr erholen konnte.
Untersuchungen:
Die Dichte wurde bestimmt, indem man durch das ermittelte Gewicht in g durch das ausgemessene Volumen des Prüfkörpers (Quader oder Würfel) in cm³ dividiert. So ergibt sich die Dichte in g/cm³ oder nach Umrechnung kg/m³. Um die Genauigkeit zu verbessern wurden 10 Prüfkörper einzeln gewogen und die Proben mit dem niedrigsten und höchsten Einzelwert eliminiert. Von den verbliebenen 8 Proben wurde die Summe des Gewichtes berechnet und auf die Summe ihrer Volumina bezogen.
Die Durchflussmenge wurde bestimmt, indem man die Menge des bei 20°C durchgelaufenen Wassers in Liter auf die Zeit in Minuten und die Oberfläche der Probe in m² bezieht. So ergibt sich die Durchflussmenge in Liter pro m² und Minute für die jeweilige Platte mit deren spezifischen Dicke.
Das Stauvolumen wurde bestimmt, indem man einen Prüfkörper mit einem genau ausgemessenem Volumen, insbesondere mit einer Länge, Breite und Höhe von jeweils 70 mm (also 343 cm³) in ein genau definiertes Volumen von 1000 ml bzw. cm³ an Leitungs-Wasser von 20°C stellt. Nach 10 Minuten wurde der Volumenzuwachs in ml gemessen.
Bezieht man den ermittelten Volumenzuwachs auf das Ausgangsvolumen des Prüfkörpers, erhält man das Stauvolumen in Vol.-%. Ist z. B. das Ausgangsvolumen 343 ml und der Volumenzuwachs 213 ml errechnet sich das Stauvolumen, indem man (343–213) mit 100 multipliziert und durch 343 dividiert. So erhält man 40,6 Vol.-%.
Die Wasser-Sorption wurde bestimmt, indem man einen Prüfkörper mit einer Länge, Breite und Höhe von jeweils 70 mm genau vermisst, wiegt und dann in Leitungswasser von 20°C legt. Nach 24 Stunden Wasserlagerung wird das Gewicht wieder bestimmt. Die Gewichtsdifferenz in Gramm wird auf das Volumen des trockenen Prüfkörpers in ml bezogen. So erhält man die Wasser-Sorption in Vol.-%, wenn man unterstellt, dass 1 ml Wasser 1 g wiegt. Um die Genauigkeit zu verbessern, wurden 10 Prüfkörper nach der Wasserlagerung einzeln gewogen und die Proben mit dem niedrigsten und höchsten Einzelwert eliminiert. Von den verbliebenen 8 Proben wurde die Summe der Gewichts-Zunahme berechnet und auf die Summe der Gewichte vor der Wasserlagerung bezogen.
Die Korngröße wird bestimmt, indem man eine abgewogene Teilchenmenge mit einem Siebsatz mit Maschenweiten von 11, 8, 5, 4, 3, 2 und 1 mm siebt und die erhaltenen Fraktionen wiegt. Das Gewicht dieser Siebdurchgänge wird jeweils auf die Gesamtmenge bezogen und ergibt so den Anteil des jeweiligen Siebdurchganges in Gew.-%. Trägt man die Siebdurchgänge in Gew.-% in Abhängigkeit von der Maschenweite in mm auf, erhält man die Körnung in Form der Sieblinie. Verwendet man z. B. einen Siebsatz mit Maschenweiten von 5, 2, und 1 mm, so erhält man einzelne Fraktionen mit > 5, 5-2, 2-1 und < 1 mm. Wenn man 1000 g Teilchen siebt und 10, 500, 430 und 60 g schwere Fraktionen erhält, so ist der Siebdurchgang 1,0, 50,0, 43,0 und 6,0 Gew.-%, jeweils in der Reihenfolge der genannten Fraktionen. Bei den Untersuchungen wurden Teilchen eingesetzt, deren Korngrößen durch Siebdurchgänge zwischen den angegeben Maschenweiten erhalten wurden.
Die Druckfestigkeit wurde bestimmt, indem man einen Druckzylinder mit einer ebenen Fläche von 6,25 cm² auf einen trockenen Prüfkörper mit einer Länge und Breite von jeweils 20 mm kontinuierlich zunehmend drückt. Die Druckbelastung in kg/cm² bei beginnender sichtbaren Deformation des Prüfkörpers wurde gemessen und als Druckfestigkeit angegeben. Tabelle 1: Eigenschaften einer Dränageschicht in Abhängigkeit von der Korngröße

Korngröße mm Dichte kg/m³ Durchflussmenge l/m² × Min. Stauvolumen %

1–3 1623 79 25

2–4 1577 356 35

2–5 1496 458 40

5–8 1624 543 43

8–11 1580 860 45

Tabelle 2: Durchflussmengen einer Wasser-Sperrschicht in Abhängigkeit von der Menge an Bindemittel bei einem körnigen Material mit einer Sieblinie von 0,1 bis 11 mm

Bindemittelmenge Gew.-% Durchflussmenge l/m² × Min.

10 Kein Durchfluss

₅ 10

Tabelle 3: Zusammenhang zwischen der Dichte einer wasserspeichernden Platte mit einer Dicke von 50 mm und der Menge an sorbiertem Wasser

Dichte kg/m³ Wasser-Sorption Gew.-% Wasser-Sorption l/m²

295 300 45
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- GB 2036523 [0003]
- DE 2852286 [0003]
- DE 2827524 [0006]
- EP 0266701 B1 [0009, 0011]
- EP 266701 B1 [0014]
- EP 1037733 [0025]
- EP 711313 B1 [0025]
- EP 491268 [0033]
- EP 490277 [0033]
- EP 423643 [0033]
- DE 4023005 [0041]

Claims

Substratanordnung zur Begrünung, insbesondere von Fußballfeldern und Dächern sowie zur Landgewinnung, mit A) einer Substratschicht für Pflanzen, B) mindestens einer wasserspeichernden Platte, bei der körniges Material mit einem PU gebunden ist, C) gegebenenfalls mindestens einer Dränageschicht und D) gegebenenfalls mindestens einer Wasser-Sperrschicht.
Substratanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das körnige Material Sand, Kies und/oder ein Granulat eines organischen oder anorganischen Stoffes ist.
Substratanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das PU basiert auf einem Isocyanat/Polyol-Reaktionsharz mit folgenden Komponenten: a) Polyol, b) Polyisocyanat, c) Katalysator, d) bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf das Polyol, an Suspendierhilfsmittel und e) bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf das Polyol, eines Mittels zur Bindung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator und das Suspendierhilfsmittel in solcher Konzentration im Reaktionsharz enthalten sind, dass es unmittelbar nach dem Vermischen innerhalb von 10 Min. bei 25°C um mindestens 15 cm und bei 130°C um 3 bis 0,3 cm nach unten fließt, wenn man das Isocyanat/Polyol-Reaktionsharz nach Vermischung sofort mit einer Rakel als 10 cm langen rechteckigen Streifen mit einer Höhe von 1 mm und einer Breite von 1 cm auf ein entfettetes Stahlblech aufbringt, welches auf die Aushärtungstemperatur vortemperiert wurde, und wenn man unmittelbar nach Auftrag die Probe senkrecht in einen temperierten Trockenschrank stellt, sodass der Reaktionsharzstreifen sich in waagerechter Lage befindet.
Substratanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die wasserspeichernde Platte mit der Dränageschicht und/oder der Wasser-Sperrschicht zu einem Verbundwerkstoff miteinander verbunden ist, der 6–20, insbesondere 8–15 cm dick, 100–300, insbesondere 100 cm lang und 50–200, insbesondere 50 cm breit ist.
Substratanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Wasser-Sperrschicht und der Wasser-Speicherschicht eine Dränage-Schicht befindet, an die Anschlüsse sowohl für die Wasserzufuhr als auch für die Wasserableitung angeschlossen sind.
Substratanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasser-Speicherschicht Kanäle enthält, mit deren Hilfe weite Flächen der Substratanordnung bewässert werden können.
Herstellung der Substratanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man zunächst eine wasserspeichernde Platte dafür herstellt, indem man das körnige Material zunächst mit dem Harz und dann mit dem Harter mischt und die Mischung homogenisiert, in eine Form gibt, dort vorverdichtet, unter Druck erwärmt und schließlich nach der Umsetzung des Isocyanats entformt.
Verwendung der Substratanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Begrünung mit einem Rasen, insbesondere von Fußballfeldern oder Dächern.
Verwendung der Substratanordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6 zur Bewässerung von Pflanzen in sehr trockenen Gebieten.
Verwendung der Substratanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Rückgewinnung von verödetem Land sowie zur Gewinnung von Neuland, welches bisher nicht kultiviert wurde.