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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Deckschichten oder Tragschichten für Straßen,
Wege und andere Verkehrsflächen, bei dem man eine Mischung,
enthaltend mineralisches Material und eine Polymerreaktionsmischung
sowie gegebenenfalls weitere Additive, herstellt, auf ein Untergrundmaterial
aufbringt, und aushärtet, wobei das mineralische Material
belastetes mineralisches Material enthält. Weiter betrifft
die vorliegende Erfindung Tragschichten oder Deckschichten für
Straßen, Wege und andere Verkehrsflächen, erhältlich
nach einem solchen Verfahren.
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Ein
Problem der industrialisierten Gesellschaft ist der Umgang mit für
die Umwelt schädlichen Abfällen. Diese werden
meist auf Deponien gelagert. Insbesondere mineralische Abfälle,
beispielsweise mit Schwermetallen belastete Hochofenschlacken, sind
problematisch, da diese sich unter Witterungseinflüssen
zersetzt und ihre umweltschädlichen Inhaltsstoffe freisetzten.
Daher müssen die Deponien so konstruiert sein, dass es
ausgeschlossen werden kann, dass für die Umwelt schädliches
Material aus der Deponie in die Umwelt gelangen kann. Dies ist aber
teuer und aufwendig. Dazu kommt, dass der Platz auf Deponien nur
begrenzt zur Verfügung steht.
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Bisher
kann für den Straßenbau nur für die Umwelt
unbedenkliches mineralisches Material eingesetzt werden. So muss
beispielsweise das Umweltverhalten von Schlacken, die für
den Straßenbau eingesetzt werden sollen, vor deren Weiterverwendung
als unbedenklich eingestuft werden. Dazu wird die Schlacke mit Hilfe
von Eluattests auf seine Auslaugbarkeit hin untersucht. Nur als
unbedenklich eingestufte Schlacke darf verwendet werden. Aufgrund des
nicht immer vorhersagbaren Langzeitverhaltens der Schlacke ist es
prinzipiell verboten, in Trinkwasserschutzzonen I und II Schlacke
als Baustoff einzusetzen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es für belastete Abfälle
sinnvolle Verwendungsmöglichkeiten zu finden, bei denen
ein Austritt umweltgefährdender Stoffe in die Umwelt nicht
stattfindet.
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Überraschenderweise
wurde jetzt gefunden, dass Deckschichten oder Tragschichten für
Straßen, Wege und andere Verkehrsflächen, die
erhältlich sind indem man eine Mischung, enthaltend mineralisches Material
und eine Polymerreaktionsmischung sowie gegebenenfalls weitere Additive,
herstellt, auf ein Untergrundmaterial aufbringt und aushärtet,
wobei das mineralische Material belastetes mineralisches Material
enthält, gelöst.
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Üblicherweise
sind Straßen, Wege und andere Verkehrsflächen
aus mehreren Schichten aufgebaut. Diese weisen mindestens eine gebundene Deckschicht
an der Oberfläche sowie gegebenenfalls weitere gebundene
und ungebundene tiefere Schichten auf. Meist handelt es sich bei
den gebundenen tieferen Schichten um die so genannten Tragschichten
und den ungebundenen tieferen Schichten um Basisschichten aus Schotter
und Kies. Als Bindemittel für die gebundenen Deckschichten
und Tragschichten wird üblicherweise Zement, Kunststoff
oder Bitumen eingesetzt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich dabei
auf die Herstellung von gebundenen Schichten. Dabei kann es sich
sowohl um Tragschichten als auch um Deckschichten handeln. Tragschichten
und Deckschichten unterscheiden sich hauptsächlich durch
die mittleren Durchmesser des verwendeten mineralischen Materials.
Vorzugsweise betrifft das erfindungsgemäße Verfahren
die Herstellung von Deckschichten. Als Untergrundmaterial können
alle beliebigen Materialien eingesetzt werden, wie beispielsweise
Sand, Erde, Lehm, Beton, Stein.
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Als
mineralisches Material kann dabei jedes bekannte mineralische Material
eingesetzt werden. Dieses enthält belastetes mineralisches
Material. Dabei wird unter einem belasteten mineralischen Material
ein mineralisches Material verstanden, das Stoffe enthält,
die nicht in die Umwelt gelangen dürfen. Dies können
beispielsweise organische Giftstoffe oder Schwermetalle sein. Beispielsweise
kann als belastetes mineralisches Material Schlacke, wie Hochofenschlacke,
Stahlwerksschlacke, Elektroofenschlacke, oder Metallhüttenschlacke,
beispielsweise aus der Verhüttung von Kupfer, Zink, Blei
oder Chrom, eingesetzt werden. Weiter kann als mineralisches Material
beispielsweise Sand oder gemahlenes Gestein, so genanntes gebrochenes
Material, eingesetzt werden, wobei Sand über eine überwiegend runde
Oberfläche verfügt und gebrochenes Material Kanten
und Bruchflächen aufweist. Der Anteil an belastetem mineralischem
Material am Gesamtgewicht von unbelastetem mineralischem Material
und belastetem mineralischem Material kann 0,1 bis 100% betragen.
Vorzugsweise beträgt der Anteil an belastetem mineralischen
Material 10 bis 80, besonders bevorzugt 20 bis 50 Gew.-%, bezogen
auf das Gesamtgewicht von unbelastetem mineralischem Material und
belastetem mineralischem Material.
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Vorzugsweise
werden als mineralisches Material Mineralstoffe mit geeigneter Korngrößenverteilung
in Anlehnung an die Vorschriften im bituminösen Straßenbau
und in Abhängigkeit des Verwendungszwecks ausgewählt.
Dabei muss die entsprechende Korngrößenverteilung
in der Mischung aus unbelastetem mineralischem Material und belastetem
mineralischem Material vorliegen.
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Unter
einer Polymerreaktionsmischung wird dabei eine Mischung verstanden,
die in der Lage ist, zu einem Polymer zu reagieren. Diese umfassen
Mischungen, enthaltend Moleküle, die beispielsweise durch
Kettenwachstumsreaktionen, wie die radikalische Polymerisation oder
die ionische Polymerisation zum Polymer reagieren können,
beispielsweise ungesättigte Verbindungen, Moleküle,
die in der Lage sind Polykondensationsreaktionen einzugehen, wie Polyalkohole,
oder Moleküle, die in der Lage sind Polyadditionsreaktionen
einzugehen, wie Polyole und Polyisocyanate oder wie Epoxide. Erfindungsgemäße
Polymerreaktionsmischungen sind vorzugsweise bei 40°C flüssig.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei der Polymerreaktionsmischung um eine Mischung
zur Herstellung eines Epoxidharzes oder eines Polyurethans. Insbesondere
handelt es sich um eine Mischung zur Herstellung eines Polyurethans,
einer Polyurethanreaktionsmischung. Dabei enthält die Polymerreaktionsmischung
vorzugsweise im Wesentlichen keine Lösungsmittel.
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Vorzugsweise
sind die aus einer Polymerreaktionsmischung erhaltenen Polymere
kompakt, das heißt, sie enthalten praktisch keine Poren.
Gegenüber zelligen Polymeren zeichnen sich kompakte Polymere
durch eine größere mechanische Stabilität aus.
Blasen innerhalb des Polymers können auftreten und sind
zumeist unkritisch. Sie sollten jedoch möglichst minimiert
werden. Außerdem ist es bevorzugt, wenn die erhaltenen
Polymere hydrophob sind. Damit wird ein Abbau der Kunststoffe durch
das Wasser unterdrückt.
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Unter
einer Mischung zur Herstellung eines Epoxidharzes werden im Rahmen
dieser Erfindung Mischungen verstanden, die Verbindungen, enthaltend
Epoxidgruppen, und geeignete Härter enthalten. Dabei sind
die Mischungen in der Lage, ausgehend von den Verbindungen, enthaltend
Epoxidgruppen, über diese Epoxidgruppen durch Polyaddition
mit geeigneten Härtern Epoxidharze zu bilden. Dabei wird im
rahmen der Erfindung von einer Mischung zur Herstellung eines Epoxidharzes
gesprochen, wenn der Reaktionsumsatz, bezogen auf die zur Herstellung
des Epoxidharzes eingesetzten Epoxidgruppen vorzugsweise kleiner
als 90%, besonders bevorzugt kleiner als 75% und insbesondere kleiner
als 50% ist.
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Als
Verbindungen, enthaltend Epoxidgruppen, werden vorzugsweise Verbindungen
eingesetzt, welche zumindest zwei Epoxidgruppen aufweisen und bei
Raumtemperatur flüssig sind. Dabei können auch
Mischungen unterschiedlicher Verbindungen, enthaltend Epoxidgruppen
eingesetzt werden. Vorzugsweise sind diese Verbindungen hydrophob
oder die Mischungen enthalten zumindest eine Verbindung, enthaltend
Epoxidgruppen, die hydrophob ist. Solche hydrophoben Verbindungen
werden beispielsweise durch Kondensationsreaktion von Bisphenol
A oder Bisphenol F mit Epichlorhydrin erhalten. Diese Verbindungen
können einzeln oder als Mischungen eingesetzt werden.
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In
einer Ausführungsform werden Mischungen aus oben genannten
hydrophoben Verbindungen, enthaltend Epoxidgruppen, mit selbst emulgierbaren
hydrophilen Verbindungen, enthaltend Epoxidgruppen, eingesetzt.
Dabei werden diese hydrophilen Verbindungen durch Einführen
von hydrophilen Gruppen in die Hauptkette der Verbindung, enthaltend
Epoxidgruppen, erhalten. Solche Verbindungen und Verfahren zu deren
Herstellung sind beispielweise in
JP-A-7-206982 und
JP-A-7-304853 offenbart.
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Als
Härter dienen Verbindungen, welche die Homopolymerisation
der Verbindungen, enthaltend Epoxidgruppen, katalysieren oder welche
kovalent mit den Epoxidgruppen oder der sekundären Hydroxylgruppen
reagieren, wie Polyamine, Polyaminoamide, Ketimine, Carbonsäureanhydride
und Melamin-Harnstoff-Phenol- und Formaldehydaddukte. Vorzugsweise
werden Ketimine, erhältlich durch Umsetzen einer Verbindung
mit primärere oder sekundärer Aminogruppe, wie
Diethylentriamin, Triethylentetramin, Propylendiamin oder Xylylendiamin
mit einer Carbonylverbindung, wie Aceton, Methylethylketon oder
Isobutylmethylketon, alphatische, alicyclische und aromatische Polyaminverbindungen
und Polyamidverbindungen eingesetzt. Besonders bevorzugt werden
als Härter Ketimine oder verträgliche Mischungen,
enthaltend Ketimine, eingesetzt.
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Das
Verhältnis an reaktiven Gruppen im Härter zu Epoxidgruppen
ist vorzugsweise von 0,7:1 bis 1,5:1, besonders bevorzugt von 1,1:1
bis 1,4:1.
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Weiter
können bei der Herstellung der Epoxydharze neben den Verbindungen,
enthaltend Epoxidgruppen, und den eingesetzten Härtern
noch weitere Zusatzstoffe, wie Lösemittel, reaktiv-Verdünnungsmittel,
Füllstoffe und Pigmente gegeben werden. Solche Zusatzstoffe
sind dem Fachmann bekannt.
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Unter
einer Polyurethanreaktionsmischung wird eine Mischung aus Verbindungen
mit Isocyanatgruppen und Verbindungen mit gegenüber Isocyanaten
reaktiven Gruppen verstanden, wobei der Reaktionsumsatz, bezogen
auf die zur Herstellung der Polyurethanreaktionsmischung eingesetzten
Isocyanatgruppen vorzugsweise kleiner 90%, besonders bevorzugt kleiner
75% und insbesondere kleiner 50% ist. Dabei umfassen die Verbindungen
mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Gruppen sowohl hochmolekulare
Verbindungen, wie Polyether- und Polyesterole als auch niedermolekulare
Verbindungen, wie beispielsweise Glycerin, Glycol und auch Wasser.
Ist der Reaktionsumsatz, bezogen auf die Isocyanatgruppe, größer
als 90% wird im Folgenden von einem Polyurethan gesprochen. Dabei
kann eine Polyurethanreaktionsmischung auch weitere Reaktionsmischungen
zur Herstellung von Polymeren enthalten. Als weitere Reaktionsmischungen
zur Herstellung von Polymeren können beispielsweise Reaktionsmischungen
zur Herstellung von Epoxiden, Acrylaten oder Polyesterharzen eingesetzt
werden. Der Anteil an weiteren Reaktionsmischungen zur Herstellung von
Polymeren beträgt dabei vorzugsweise weniger als 50 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyurethanreaktionsmischung.
Besonders bevorzugt enthält die Polyurethanreaktionsmischung
keine weiteren Reaktionsmischungen zur Herstellung von Polymeren.
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Bei
der Polyurethanreaktionsmischung kann es sich um sogenannte feuchtigkeitshärtende
Systeme handeln. Diese umfassen Isocyanatprepolymere, welche durch
Zugabe von Wasser bzw. durch Luftfeuchtigkeit unter Bildung von
in erster Linie Harnstoffgruppen Polyurethane bzw. Polyharnstoffe
bilden.
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Vorzugsweise
werden zur Herstellung der Polyurethanreaktionsmischung sogenannte
Zweikomponenten-Systeme eingesetzt. Dazu wird eine Isocyanatkomponente,
enthaltend Verbindungen Isocyanatgruppen, und eine Polyolkomponente,
enthaltend Verbindungen mit gegenüber Isocyanaten reaktiven
Gruppen in solchen Mengenverhältnissen vermischt, dass
der Isocyanatindex im Bereich von 40 bis 300, vorzugsweise 60 bis
200 und besonders bevorzugt 80 bis 150 ist.
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Dabei
wird unter Isocyanatindex im Rahmen der vorliegenden Erfindung das
stöchiometrische Verhältnis von Isocyanatgruppen
zu mit Isocyanat reaktiven Gruppen, multipliziert mit 100, verstanden. Unter
mit Isocyanat reaktiven Gruppen werden dabei alle in der Reaktionsmischung
enthaltenen, mit Isocyanat reaktiven Gruppen, einschließlich
chemischer Treibmittel, verstanden, nicht aber die Isocyanatgruppe
selbst.
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Die
Polyurethanreaktionsmischung wird vorzugsweise erhalten durch Vermischen
von a) Isocyanaten mit b) höhermolekularen Verbindungen
mit mindestens zwei gegenüber Isocyanat reaktiven Wasserstoffatomen
sowie gegebenenfalls c) Kettenverlängerungsmitteln und/oder
Vernetzungsmitteln, d) Katalysatoren und e) sonstiger Zusatzstoffe.
Besonders bevorzugt werden als Komponenten a) und b) sowie gegebenenfalls
c) bis e) solche Verbindungen eingesetzt, die zu einer hydrophoben
Polyurethanreaktionsmischung und zu einem hydrophoben Polyurethan
führen.
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Als
Isocyanate a) können prinzipiell alle bei Raumtemperatur
flüssigen Isocyanate mit mindestens zwei Isocyanatgruppen
eingesetzt werden. Vorzugsweise kommen aromatische Isocyanate zum Einsatz,
besonders bevorzugt Isomere des Toluylendiisocyanats (TDI) und des
Diphenylmethandiisocyanats (MDI), insbesondere Mischungen aus MDI
und Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanaten (Roh-MDI). Die Isocyanate
können auch modifiziert sein, beispielsweise durch den
Einbau von Isocyanuratgruppen und Carbodiimidgruppen und insbesondere
durch den Einbau von Urethangruppen. Die letztgenannten Verbindungen
werden durch Umsetzung von Isocyanaten mit einem Unterschuss an
mit Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen hergestellt
und üblicherweise als NCO-Prepolymere bezeichnet. Ihr NCO-Gehalt
liegt zumeist im Bereich zwischen 2 und 32 Gew.-%. Vorzugsweise
enthalten die Isocyanate a) Roh-MDI, wodurch die Stabilität
des erhaltenen Polyurethans erhöht wird.
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Bei
Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei denen es auf eine hohe Farbstabilität ankommt, ist
die Verwendung von Mischungen, enthaltend aliphatische Isocyanate
und aromatische Isocyanate, bevorzugt. Besonders bevorzugt werden ausschließlich
aliphatische Isocyanate eingesetzt. In einer besonderen Ausführungsform
kann eine Oberschicht aus Polyurethan auf Basis eines aliphatischen
Isocyanates eingesetzt werden, um die Deckschicht auf Basis von
aromatischem Isocyanat vor dem Vergilben zu schützen. Dabei
kann die Oberschicht auch mineralisches Material enthalten. Bevorzugte
Vertreter aliphatischer Isocyanate sind Hexamethylendiisocyanat
(HDI) und Isophorondiisocyanat (IPDI). Auf Grund der hohen Flüchtigkeit
der aliphatischen Isocyanate werden diese zumeist in Form ihrer
Umsetzungsprodukte, insbesondere als Biurete, Allophanate, Urethonimine
oder Isocyanurate eingesetzt.
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Weiter
können die Isocyanate a) auch in Form ihrer Prepolymere
verwendet werden. Dazu werden die Isocyanate a) in bekannter Weise
im Überschuss mit gegenüber Isocyanat reaktiven
Verbindungen, beispielsweise mit den unter unter b) aufgeführten
höhermolekularen Verbindungen mit zumindest 2 gegenüber
Isocyanat reaktiven Gruppen, zu Prepolymeren umgesetzt.
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Als
höhermolekularen Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber
Isocyanat reaktiven Wasserstoffatomen b) werden vorzugsweise Verbindungen
eingesetzt, die als gegenüber Isocyanat reaktive Gruppe
Hydroxylgruppen oder Aminogruppen aufweisen. Aminogruppen als gegenüber
Isocyanaten reaktive Gruppen führen zur Bildung von Harnstoffgruppen,
die wiederum zu einem überwiegend spröden Polyurethan
aushärten, das jedoch eine sehr gute Hydrolyse- und Chemikalienbeständigkeit aufweist.
Vorzugsweise werden mehrfunktionelle Alkohole als höhermolekularen
Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanat reaktiven
Wasserstoffatomen b) eingesetzt, da diese in der Regel langsamer
reagieren als Verbindungen mit Aminogruppen und damit längere
Verarbeitungszeiten erlauben. Darüber hinaus wird bei Verwendung
mehrwertiger Alkohole bei entsprechend hohen Molmassen, beispielsweise
größer 1500 g/mol, ein relativ elastisches Material
erhalten.
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Als
höhermolekulare, mehrfunktionelle Alkohole können
beispielsweise Polyether oder Polyester eingesetzt werden. Gemeinsam
mit den genannten Verbindungen können weitere Verbindungen
mit mindestens zwei gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen
eingesetzt werden.
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Auf
Grund ihrer hohen Hydrolysebeständigkeit sind Polyetheralkohole
als höhermolekularen Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber
Isocyanat reaktiven Wasserstoffatomen b) bevorzugt. Diese werden
nach üblichen und bekannten Verfahren, zumeist durch Anlagerung
von Alkylenoxiden an H-funktionelle Startsubstanzen, hergestellt.
Die mitverwendeten Polyetheralkohole haben vorzugsweise eine Funktionalität
von mindestens 2 und eine Hydroxylzahl von mindestens 10 mg KOH/g,
vorzugsweise mindestens 15 mg KOH/g, insbesondere im Bereich von
20 bis 600 mg KOH/g. Ihre Herstellung erfolgt auf üblichem
Wege durch Umsetzung von mindestens difunktionellen Startsubstanzen
mit Alkylenoxiden. Als Startsubstanzen können vorzugsweise
Alkohole mit mindestens zwei Hydroxylgruppen im Molekül
eingesetzt werden, beispielsweise Propylenglycol, Monoethylenglycol,
Diethylenglycol, Dipropylenglycol, Tripropylenglycol. Höherfunktionelle
Startsubstanzen können vorzugsweise Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit,
Sorbit und Saccharose sein. Als Alkylenoxide werden vorzugsweise
Ethylenoxid und Propylenoxid, insbesondere Propylenoxid eingesetzt.
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Vorzugsweise
enthalten erfindungsgemäße Reaktionsmischungen
Verbindungen mit hydrophoben Gruppen. Besonders bevorzugt handelt
es sich dabei um hydroxylfunktionalisierte Verbindungen mit hydrophoben
Gruppen. Solche hydrophoben Gruppen haben Kohlenwasserstoffgruppen
mit vorzugsweise mehr als 6, besonders bevorzugt mehr als 8 und
weniger als 200 und insbesondere mehr als 10 und weniger als 100
Kohlenstoffatomen. Die Verbindungen mit hydrophoben Gruppen können
als separate Komponente oder als Bestandteil einer der Komponenten
a) bis e) zur Herstellung der Reaktionsmischung eingesetzt werden.
Vorzugsweise handelt es sich bei den hydroxylfunktionalisierten
hydrophoben Verbindungen um Verbindungen, die der Definition der
höhermolekularen Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber
Isocyanaten reaktiven Wasserstoffatomen b) entspricht. Dabei kann
die Komponente b) hydroxylfunktionalisierte hydrophobe Verbindungen enthalten
oder vorzugsweise daraus bestehen.
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Als
hydroxylfunktionalisierte hydrophobe Verbindung wird vorzugsweise
eine hydroxyfunktionalisierte fettchemische Verbindung, ein fettchemisches
Polyol, eingesetzt.
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Es
sind eine Reihe von hydroxylfunktionellen fettchemischen Verbindungen
bekannt, die verwendet werden können. Beispiele sind Rizinusöl,
mit Hydroxylgruppen modifizierte Öle wie Traubenkernöl, Schwarzkümmelöl,
Kürbiskernöl, Borretschsamenöl, Sojaöl,
Weizenkeimöl, Rapsöl, Sonnenblumenöl, Erdnussöl,
Aprikosenkernöl, Pistazienkernöl, Mandelöl,
Olivenöl, Macadamianussöl, Avocadoöl,
Sanddornöl, Sesamöl, Haselnussöl, Nachtkerzenöl,
Wildrosenöl, Hanföl, Distelöl, Walnussöl,
mit Hydroxylgruppen modifizierte Fettsäureester auf Basis
von Myristoleinsäure, Palmitoleinsäure, Ölsäure,
Vaccensäure, Petroselinsäure, Gadoleinsäure,
Erucasäure, Nervonsäure, Linolsäure,
Linolensäure, Stearidonsäure, Arachidonsäure,
Timnodonsäure, Clupanodonsäure, Cervonsäure.
Bevorzugt eingesetzt werden hierbei das Rizinusöl und dessen
Umsetzungsprodukte mit Alkylenoxiden oder Keton-Formaldehyd-Harzen.
Letztgenannte Verbindungen werden beispielsweise von der Bayer AG
unter der Bezeichnung Desmophen® 1150
vertrieben.
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Eine
weitere bevorzugt eingesetzte Gruppe von fettchemischen Polyolen
kann durch Ringöffnung epoxidierter Fettsäureester
bei gleichzeitiger Umsetzung mit Alkoholen und gegebenenfalls folgenden
weiteren Umesterungsreaktionen gewonnen werden. Der Einbau von Hydroxylgruppen
in Öle und Fette erfolgt in der Hauptsache durch Epoxydierung der
in diesen Produkten enthaltenen olefinischen Doppelbindung gefolgt
von der Umsetzung der gebildeten Epoxidgruppen mit einem ein- oder
mehrwertigen Alkohol. Dabei wird aus dem Epoxidring eine Hydroxylgruppe
oder bei mehrfunktionellen Alkoholen eine Struktur mit einer höheren
Anzahl an OH-Gruppen. Da Öle und Fette meist Glyzerinester
sind, laufen bei den oben genannten Reaktionen noch parallele Umesterungsreaktionen
ab. Die so erhaltenen Verbindungen haben vorzugsweise ein Molekulargewicht
im Bereich zwischen 500 und 1500 g/mol. Derartige Produkte werden
beispielsweise von der Firma Henkel angeboten.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens enthält die höhermolekularen Verbindungen
mit mindestens zwei gegenüber Isocyanat reaktiven Wasserstoffatomen
b) mindestens ein fettchemisches Polyol und mindestens ein mit Phenol
modifiziertes aromatisches Kohlenwasserstoffharz, insbesondere ein
Inden-Cumaron-Harz. Polyurethanreaktionsmischungen auf Basis dieser
Komponente b) weisen eine derart hohe Hydrophobie auf, dass sie
prinzipiell sogar unter Wasser zu aushärten können,
bzw. der Einbau bei Regen möglich ist.
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Als
mit Phenol modifizierte aromatisches Kohlenwasserstoffharze mit
einer endständigen Phenolgruppe, werden vorzugsweise mit
Phenol modifizierte Inden-Cumaron-Harze, besonders bevorzugt technische
Gemische von aromatischen Kohlenwasserstoffharzen verwendet. Derartige
Produkte sind handelsüblich und werden beispielsweise von
der Firma Rütgers VFT AG unter dem Handelsnamen NOVARES® angeboten.
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Die
mit Phenol modifizierten aromatischen Kohlenwasserstoffharze, insbesondere
die mit Phenol modifizierten Inden-Cumaron-Harze, weisen zumeist
einen OH-Gehalt zwischen 0,5 und 5,0 Gew.-% auf.
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Vorzugsweise
werden das fettchemische Polyol und das mit Phenol modifizierte
aromatische Kohlenwasserstoffharz, insbesondere das Inden-Cumaron-Harz
in einem Gewichtsverhältnis von 100:1 bis 100:50 eingesetzt.
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Bei
der Herstellung einer erfindungsgemäßen Polyurethanreaktionsmischung
kann ein Kettenverlängerungsmittel c) eingesetzt werden.
Dabei kann auch jedoch auf das Kettenverlängerungsmittel c)
verzichtet werden. Zur Modifizierung der mechanischen Eigenschaften,
z. B. der Härte, kann sich allerdings der Zusatz von Kettenverlängerungsmitteln, Vernetzungsmitteln
oder gegebenenfalls auch Gemischen davon als vorteilhaft erweisen.
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Werden
niedermolekulare Kettenverlängerungsmittel und/oder Vernetzungsmittel
c) eingesetzt, können bei der Herstellung von Polyurethanen bekannten
Kettenverlängerer eingesetzt werden. Dies sind vorzugsweise
niedermolekulare Verbindungen mit gegenüber Isocyanaten
reaktiven Gruppen mit einem Molekulargewicht von 62 bis 400 g/mol, beispielsweise
Glycerin, Trimethylolpropan, bekannte Glycolderivate, Butandiol und
Diamine. Weitere mögliche niedermolekulare Kettenverlängerungsmittel
und/oder Vernetzungsmittel sind beispielsweise im "Kunststoffhandbuch,
Band 7, Polyurethane", Carl Hanser Verlag, 3. Auflage 1993,
Kapitel 3.2 und 3.3.2 angegeben.
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Die
eingesetzten Polyurethane können prinzipiell ohne die Anwesenheit
von Katalysatoren d) hergestellt werden. Zur Verbesserung der Aushärtung
können Katalysatoren d) mit verwendet werden. Als Katalysatoren
d) sollten vorzugsweise solche ausgewählt werden, die eine
möglichst lange Reaktionszeit bewirken. Dadurch ist es
möglich, dass die Polyurethanreaktionsmischung lange flüssig
bleibt. Solche Katalysatoren sind dem Fachmann bekannt. Prinzipiell
ist es, wie beschrieben, möglich, auch ganz ohne Katalysator
zu arbeiten.
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Der
Polyurethanreaktionsmischung können weitere übliche
Bestandteile zugesetzt werden, beispielsweise übliche Zusatzstoffe
e). Diese umfassen beispielsweise übliche Füllstoffe.
Vorzugsweise werden als Füllstoffe die an sich bekannten, üblichen
organischen und anorganischen Füllstoffe, Verstärkungsmittel
und Beschwerungsmittel verwendet. Im einzelnen seien beispielhaft
genannt: anorganische Füllstoffe, wie silikatische Mineralien,
beispielsweise Schichtsilikate, wie Antigorit, Serpentin, Hornblenden,
Amphibole, Chrisotil, Metalloxide, wie Kaolin, Aluminiumoxide, Titanoxide
und Eisenoxide, Metallsalze, wie Kreide, Schwerspat und anorganische
Pigmente, wie Cadmiumsulfid, Zinksulfid sowie Glas. Vorzugsweise
verwendet werden Kaolin (China Clay), Aluminiumsilikat und Copräzipitate
aus Bariumsulfat und Aluminiumsilikat sowie natürliche
und synthetische faserförmige Mineralien, wie Wollastonit,
Metall- und insbesondere Glasfasern verschiedener Länge,
die gegebenenfalls geschlichtet sein können. Als organische
Füllstoffe kommen beispielsweise in Betracht: Russ, Melamin,
Kollophonium, Cyclopentadienylharze und Pfropfpolymerisate sowie
Cellulosefasern, Polyamid-, Polyacrylnitril-, Polyurethan-, Polyesterfasern
auf der Grundlage von aromatischen und/oder aliphatischen Dicarbonsäureestern und
insbesondere Kohlenstofffasern.
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Werden
oben genannte anorganische Füllstoffe als Zusatzstoffe
e) eingesetzt, weisen diese vorzugsweise eine andere Mineralstoffzusammensetzung
als das mineralischen Material auf und werden nicht bei der Bestimmung
der Korngrößenverteilung des mineralischen Materials
berücksichtigt.
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Die
anorganischen und organischen Füllstoffe können
einzeln oder als Gemische verwendet werden und sind in der Reaktionsmischung
vorzugsweise in Mengen von 0,5 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt
1 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Komponenten a) bis
e) enthalten.
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Weiter
sollte die Polyurethanreaktionsmischung Trockenmittel, beispielsweise
Zeolithe, enthalten. Diese werden vorzugsweise vor der Herstellung
der erfindungsgemäßen Reaktionsmischung der Verbindungen
mit mindestens zwei gegenüber Isocyanat reaktiven Wasserstoffatomen
b) beziehungsweise der Komponente, welche die Verbindungen mit mindestens
zwei gegenüber Isocyanat reaktiven Wasserstoffatomen b)
enthält, zugegeben. Durch die Zugabe der Trockenmittel
wird die Anreicherung von Wasser in den Komponenten bzw. der Reaktionsmischung
vermieden, wodurch die Bildung von geschäumtem Polyurethan
vermieden wird. Als Additive zur Wasseradsorption werden vorzugsweise
Aluminosilikate, ausgewählt aus der Gruppe der Natriumaluminasilikate,
Kaliumaluminasilikate Calciumaluminasilikate Cäsiumaluminasilikate,
Bariumaluminasilikate, Magnesiumaluminasilikate Strontiumaluminasilikate
Natriumaluminophosphate, Kaliumaluminophosphate, Calciumaluminophosphate
und Mischungen davon, verwendet. Besonders bevorzugt werden Mischungen
von Natrium-, Kalium- und Calciumaluminasilikaten in Ricinusöl
als Trägersubstanz verwendet.
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Zur
Verbesserung der Langzeitstabilität der erfindungsgemäßen
Straßenbeläge ist es weiterhin vorteilhaft, Mittel
gegen den Angriff von Kleinlebewesen zuzusetzen. Außerdem
ist der Zusatz von UV-Stabilisatoren vorteilhaft, um eine Versprödung der
Formkörper zu vermeiden. Solche Zusatzstoffe sind bekannt
und beispielsweise im "Kunststoffhandbuch, Band
7, Polyurethane", Carl Hanser Verlag, 3. Auflage 1993,
Kapitel 3.4 angegeben.
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Der
Zusatz der Komponenten c), d) und e) erfolgt vorzugsweise zu den
Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven
Wasserstoffatomen. Diese Abmischung wird in der Technik häufig
als Polyolkomponente bezeichnet.
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Die
Kombination der Isocyanate mit den Verbindungen mit mindestens zwei
mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen sollte in einem
solchen Verhältnis erfolgen, dass vorzugsweise ein stöchiometrischer Überschuss
an Isocyanatgruppen vorliegt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
Polyurethanreaktionsmischungen eingesetzt, die zu hydrophoben, im
Wesentlichen kompakten Polyurethanen führen. Als kompaktes Polyurethan
wird ein Polyurethan bezeichnet, das im Wesentlichen frei von Gaseinschlüssen
ist. Vorzugsweise ist die Dichte eines kompakten Polyurethans größer
0,8 g/cm3, besonders bevorzugt größer
0,9 g/cm3 und insbesondere größer
1,0 g/cm3.
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Als
weitere Additive können beispielsweise Materialien eingesetzt
werden, die das Ablaufen des Bindemittels von dem mineralischen
Material verhindert. Als solche Additive können beispielsweise
organische Fasern, wie Cellulosefasern, zugegeben werden. Des Weiteren
können Polymere zugesetzt werden, die auch heute schon
in den verwendeten bitumenbasierten Systemen eingesetzt werden.
Vor allem sind dies Neoprene, Styrol-Butadien-Styrol Blockcopolymere
oder deren Mischungen sowie auch alle weiteren bekannten Gummis
und deren Mischungen. Die Additive können sowohl direkt
dem Mineralgemisch als Pulver oder Granulat zugesetzt als auch in
eine der Polyurethankomponenten dispergiert werden.
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Die
Herstellung erfindungsgemäßer Mischungen, enthaltend
mineralisches Material und eine Polymerreaktionsmischung sowie gegebenenfalls
weitere Additive, wobei das mineralische Material belastetes mineralisches
Material enthält, ist nicht beschränkt. So kann
die Herstellung beispielsweise in Mischern erfolgen, in welche das
mineralische Material eingebracht wird und die Ausgangskomponenten
zur Herstellung der Polyurethanreaktionsmischung beispielsweise
durch sprühen eingebracht werden. Gegebenenfalls zuzugebende
Additive werden dabei vorzugsweise zum jeweils vorteilhaften Zeitpunkt
zu der Mischung zugegeben. So können diese beispielsweise
in einer der Komponenten der Reaktionsmischung, beispielsweise einer
der Komponenten a) bis e), gelöst oder dispensiert vorliegen und
zusammen mit diesen der Mischung zugegeben werden. Ebenso können
die Additive auch gesondert der Mischung zugegeben werden. Beispielsweise können
Cellulosefasern zu einem solchen Zeitpunkt zugegeben werden, dass
diese in der Mischung zur Herstellung von Deckenschichten homogen
verteilt vorliegen, aber nicht durch den Mischvorgang zerstört
werden. Dabei kann die erfindungsgemäße Mischung
beispielsweise gemäß dem in
DE 19632638 beschriebenen Verfahren
hergestellt werden. Weiter ist es beispielsweise ebenfalls möglich,
zuerst die Polyurethanreaktionsmischung herzustellen und diese anschließend
mit dem mineralischen Material und den gegebenenfalls weiteren Additiven
zu vermischen. Gegebenenfalls kann in einer weiteren Ausführungsform
das mineralische Material zuerst mit einigen Komponenten der Reaktionsmischung
vermischt werden, beispielsweise mit den Komponenten b) und, falls
vorhanden c) bis e), und anschließend die noch fehlenden
Komponenten, beispielsweise die Komponente a) in einem Mischer zugegeben
werden. Die Herstellung der erfindungsgemäßen
Mischung, enthaltend gemahlenen Straßenbelag, kann mobil
an der Einbaustelle erfolgen. Ein Transport zu einer zentralen Anlage
ist nicht erforderlich.
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Die
bevorzugt eingesetzten hydrophoben Polyurethanreaktionsmischungen
zeichnen sich durch eine besonders gute Verarbeitbarkeit aus. So zeigen
diese Polyurethanreaktionsmischungen und die daraus erhaltenen Polyurethane
eine besonders gute Haftung. Auf Grund der Hydrophobie des Systems
erfolgt die Aushärtung der Polyurethanreaktionsmischung
trotz der Anwesenheit von Wasser, z. B. Regen, praktisch kompakt.
Dadurch wird gewährleistet, dass auch belastetes mineralisches
Material voll umschlossen wird und so Schadstoffe nicht in die Umwelt
abgegeben werden.
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Beim
Aufbringen der erfindungsgemäßen Mischung auf
das Untergrundmaterial ist es nicht erforderlich, dass das Untergrundmaterial
trocken vorliegt. Überraschenderweise gelingt es auch bei
Vorliegen von nassem Untergrundmaterial, eine gute Haftung zwischen
der Tragschicht bzw. der Deckschicht und dem Untergrundmaterial
zu erhalten.
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Die
erfindungsgemäße Mischung enthält dabei
vorzugsweise zwischen 1 und 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis
15 Gew.-% und insbesondere 4 bis 10 Gew.-% Polymerreaktionsmischung,
bezogen auf das Gesamtgewicht der erfindungsgemäßen
Mischung, enthaltend mineralisches Material und eine Polymerreaktionsmischung
sowie gegebenenfalls weitere Additive.
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Der
Verbund zwischen mineralischem Material und erfindungsgemäßem
Bindemittel ist sehr fest. Weiterhin kommt es, insbesondere bei
Einsatz von hydroxyfunktionellen Verbindungen mit hydrophoben Gruppen,
zu praktische keinem hydrolytischen Abbau der Polyurethane und somit
zu einer sehr langen Haltbarkeit der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Straßenbeläge und damit
zu keinem Austritt von belastetem Material. Erfindungsgemäße
Straßenbeläge sind besonders tragfähig
und damit für alle Straßen, Wege und Verkehrsflächen geeignet,
besonders für Landebahnen und stärker belastete
Straßen der Bauklasse V bis I, insbesondere III bis I und
Landebahnen, wobei es sich bei Straßen der Bauklasse V
um Anliegerstraßen, bei Straßen der Bauklasse
I um Autobahnen und Schnellstraßen handelt.
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Besonders
bei Einsatz von hydrophoben Reaktionsmischungen kommt es überraschender
weise zu geringer Ausbildung von Frostschäden. Ein weiterer
Vorteil erfindungsgemäßer Deckschichten ist der geringe
Reparaturaufwand. So reicht es aus, die Mischung zur Herstellung
einer Deckschicht vor Ort in kleinen Mengen ohne Erhitzen herzustellen
und auf die beschädigte Stelle aufzutragen und zu verdichten.
Darüber hinaus ändern sich die mechanischen Eigenschaften
der erfindungsgemäßen Deckschichten über
mehrere Jahre nicht. Ein weiterer Vorteil ist erfindungsgemäßer
Deckschichten ist eine verbesserte Nassrutschfestigkeit, insbesondere
bei Deckschichten mit hohem Polyurethananteil gegenüber Deckschichten
mit hohem Bitumenanteil.
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Vorzugsweise
wird die Mischung, enthaltend mineralisches Material und eine Polymerreaktionsmischung
sowie gegebenenfalls weitere Additive, nach dem Auftragen auf ein
Untergrundmaterial verdichtet. Die Intensität der Verdichtung
richtet sich dabei nach der gewünschten Anwendung. So wird
beispielsweise für die Herstellung von drainagefähigem
Asphalt, der das Ablaufen von Feuchtigkeit ermöglicht,
nur gering verdichtet, für die Herstellung von hoch belastbarem
Asphalt stärker verdichtet. Die notwenige Verdichtung richtet
sich auch nach der Gesteinszusammensetzung.
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Durch
die Beschichtung des belasteten mineralischen Materials wird dieses
dauerhaft verkapselt. Damit kann das belastete mineralische Material nicht
durch Witterungseinflüsse zersetzt werden und die im belasteten
mineralischen Material enthaltenen Umweltschädlichen Stoffe
werden nicht an die Umwelt abgegeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 7-206982
A [0015]
- - JP 7-304853 A [0015]
- - DE 19632638 [0050]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - ”Kunststoffhandbuch,
Band 7, Polyurethane”, Carl Hanser Verlag, 3. Auflage 1993,
Kapitel 3.2 und 3.3.2 [0039]
- - ”Kunststoffhandbuch, Band 7, Polyurethane”, Carl
Hanser Verlag, 3. Auflage 1993, Kapitel 3.4 [0045]