DE19703980A1 - Verwendung abbaubarer Schmelzkleber im Bereich der Bodensanierung - Google Patents

Description

Die erfindungsgemäße Lehre betrifft das Arbeitsgebiet der Rekultivierung und/oder Sanierung von Bodenbereichen, die aufgrund ihrer Beschaffenheit und/oder auf­ grund ihrer Lage auf konventionelle m Wege nicht oder nur unbefriedigend bearbei­ tet und wiederbelebt werden können. Der nachfolgend als ein Beispiel für die erfin­ dungsgemäße Lehre geschilderte Sachverhalt klärt die der Erfindung zugrundelie­ gende Aufgabenstellung:
Der heute übliche Skibetrieb auf zahlreichen Gebirgshängen, beispielsweise im Be­ reich der Alpen, führt zu einer so starken Beschädigung des Skipistenbereiches, daß - insbesondere unter Berücksichtigung des vergleichsweise mageren Unter­ grundes und der zeitlich begrenzten Wachstumsphasen - die hinreichende Rekul­ tivierung dieser Hangbereiche in den schneefreien Monaten nicht mehr stattfindet. Das Ergebnis ist die zunehmende bleibende Schädigung des Pflanzenwachstums auf Hangflächen beträchtlicher Größe, die in dieser Form nicht mehr hingenommen werden kann. Unzureichendes oder fehlendes Pflanzenwachstum - insbesondere Graswachstum - als Primärschaden führt bekanntlich in starken Regenphasen zu Sekundärschäden durch Abspülen der hier oftmals ohnehin vergleichsweise mage­ ren Bodenschichten, so daß damit langfristig schwerwiegende bleibende Schäden ausgelöst werden.

Schon seit einigen Jahren werden Hilfsmaßnahmen in die Praxis umgesetzt. Hier wird beispielsweise wie folgt vorgegangen: Vor Ort wird die gesamte Piste zu­ nächst mechanisch planiert, dann mit einem faserförmigen Material - insbesondere Stroh aus üblichen Strohballen - lose von Hand und so gleichmäßig wie möglich bedeckt. Anschließend wird der so bedeckte Hangbereich mit Bitumen, das in stückiger Form angeliefert und vor Ort in einem Ofen geschmolzen wird, besprüht.

Auf diese Weise werden die aufgetragenen Strohhalme in voneinander getrennten Teilbereichen miteinander verschweißt und insgesamt die Strohschicht entspre­ chend an die Hangfläche angebunden. Nachfolgend wird Pflanzensamen, insbe­ sondere G rassamen, aufgegeben, gegebenenfalls werden Wachstumshilfsstoffe beigefügt. Tatsächlich gelingt es auf diese Weise das Graswachstum und damit die Rekultivierung der geschädigten Pistenbereiche weitgehend zu fördern. Nachteilig bleibt natürlich die Tatsache, daß das als Bindemittel eingesetzte Bitumen späteren Abbauprozessen wiedersteht, so daß die Hangfläche in zunehmendem Ausmaße geteert wird.

Das hier dargestellte Beispiel der der Erfindung zugrundeliegenden Problemberei­ che hat in gleicher Weise Gültigkeit beispielsweise für horizontal angeordnete Erd­ flächen, die derart stark verdichtet oder mit so geringer Erdkrume versehen sind, daß die übliche Rekultivierung durch Pflügen und anschließendes Besäen aus­ scheidet.

Die erfindungsgemäße Lehre geht von der Aufgabe aus, das grundsätzlich bewähr­ te Arbeitsprinzip der hier dargestellten Form beizubehalten, jetzt aber den zum Einsatz kommenden Schmelzbinder so auszugestalten, daß auch hier einerseits die hinreichende mechanische Verfestigung und Anbindung für den gewünschten Zeitraum sichergestellt sind, andererseits aber letztlich der Schmelzbinder doch auch natürlichen Abbauprozessen unterliegt und damit der entscheidende Nachteil der Binder auf Bitumenbasis beseitigt ist. Insbesondere geht die erfindungsgemäße Lehre von der Aufgabe aus Binder dieser Art aufzuzeigen, die wie Bitumen einen relativ niedrigen Schmelzpunkt aufweisen, kurz oberhalb der Schmelztemperatur eine niedrige Viskosität zeigen und nach dem Auftrag und dem Erkalten eine Min­ destkohäsion, vergleichbar mit der von Bitumen, besitzen. Die Adhäsion zu Fasern wie zu Böden soll gut sein. Das gleiche gilt für die Abbaubarkeit und die Umwelt­ verträglichkeit. Die anfallenden Abbauprodukte müssen aus ökologischen Ge­ sichtspunkten heraus vertretbar sein. Zu den Eigenschaften der erkalteten Binder gilt das folgende Anforderungsprofil: Die ausgebildeten Bindungen sollen hinrei­ chend fest, insbesondere reißfest, flexibel, nicht wasserlöslich, biologisch abbaubar und verrottbar sein.

Gegenstand der Erfindung

Von diesem Anforderungskatalog ausgehend ist Gegenstand der technischen Leh­ re der Erfindung die Verwendung von Schmelzen organischer Thermoplaste auf Basis von Oligomeren niederer Hydroxycarbonsäuren und/oder oligomeren Estern des Vinylalkohols mit niederen Monocarbonsäuren oder deren Abmischungen mit untergeordneten Mengen höherer Monocarbonsäuren als ökologisch verträgliche und durch natürliche Prozesse abbaubare Schmelzbinder im Rahmen der Bo­ densanierung durch Anbinden eines faserigen Gutes, insbesondere pflanzlichen Ursprungs, und nachfolgenden Auftrag von Saatgut und gewünschtenfalls Wachs­ tumshilfen.

Einzelheiten zur erfindungsgemäßen Lehre

Zur Befestigung von losem Erdreich, das insbesondere durch Wind- und/oder Wassererrosion bedroht ist, existiert ein umfangreicher Stand der Technik. So schildert die Anmelderin in ihren eigenen Schutzrechten gem. DE-A-43 24 474 und DE-A-44 28 269 den Einsatz wasserbasierter und haftvermittelnder Kleber auf Ba­ sis von Estern des Polyvinylalkohols mit C_1-5 Monocarbonsäuren und/oder deren Gemischen mit höheren Monocarbonsäuren, gewünschtenfalls unter Mitverwen­ dung von bei Luftzutritt aushärtenden Komponenten zur Erhöhung der Wasserfe­ stigkeit der Imprägniermasse als biologisch verträgliche Kleberkomponenten. Auf die sachliche Offenbarung dieser Druckschriften wird im Zusammenhang mit der nachfolgenden Lehre der Erfindung ausdrücklich verwiesen. Die Offenbarung der genannten Druckschriften gibt auch weitere Hinweise auf den einschlägigen druck­ schriftlichen Stand der Technik.

Neben der Verwendung von synthetischen, insbesondere wasserbasierten Poly­ merdispersionen sind zahlreiche andere Vorschläge zur Erdreichbefestigung ge­ macht worden. Weitere Beispiele aus dem Stand der Technik hierfür sind Polysac­ charide, Polysaccharidderivate und lösliche Proteine, insbesondere tierischen Ur­ sprungs.

Allen diesen Vorschlägen des Standes der Technik ist gemeinsam, daß sie - in hin­ reichender Verdünnung aufgetragen - in das Erdreich eindringen und dieses in den oberflächennahen Schichten befestigen. Üblicherweise werden zur Erd- bzw. Sandbefestigung stark verdünnte Polymerdispersionen mit einem Feststoffgehalt von etwa 1 bis 10 Gew.-% verwendet. Bei üblichen Auftragsmengen wird vom frei­ en Volumen zwischen den zu verfestigenden Partikeln, z. B. Sandteilchen, nur ein geringer Prozentsatz aufgefüllt. Die Art der Verbindung kann als Punktverschwei­ ßung der Partikel untereinander verstanden werden. Die Böden sind beispielsweise bis zu einer Tiefe von 25 mm locker verfestigt. Die resultierende Schicht ist luft- und wasserdurchlässig. Für wieder zu bepflanzende Flächen ist dieses Verhalten ge­ wünscht und notwendig.

Der erfindungsgemäß betroffene Problembereich kann verständlicherweise von diesem bekannten Mechanismus der Bodenverfestigung mit abbaubaren wäßrigen Binderdispersionen bzw. -emulsionen keinen Gebrauch machen. Der hier notwen­ dige Bindungsmechanismus ist ein anderer. Beim Aufbringen des heißen Binders werden zunächst auf der zu sanierenden verfestigten Oberfläche befindliche Mate­ rialien - beispielsweise das aufgestreute Stroh - von der heißen Schmelze getrof­ fen. Ein Teil der Schmelze benetzt das Stroh und verklebt einzelne Halme nach dem Abkühlen miteinander. Ein Teil des geschmolzenen Binders erreicht die Bo­ denoberfläche und erstarrt dort, wobei gleichzeitig das Strohvlies mit der Oberflä­ che verklebt wird. Auch hier tritt eine vollflächige Beschichtung des Bodens mit dem verfestigten Binder nicht auf. Der Binder selbst dringt nicht in den Boden ein, eine Befestigung in der Tiefe findet hier also generell nicht statt, ist ja aber auch tatsächlich gar nicht nötig.

Die erfindungsgemäße Lehre sieht den Einsatz von zwei Stoffklassen als Schmelzbinder vor, wobei natürlich auch Abmischungen unterschiedlicher Vertreter dieser Stoffklassen miteinander eingesetzt werden können.

Gemeinsam ist den erfindungsgemäß vorgesehenen Schmelzbindern die Erfüllung des bereits angesprochenen Anforderungsprofils: Nicht toxisch, nicht wasserge­ fährdend, umweltverträglich, vergleichsweise niedriger Schmelzpunkt, niedrige Schmelzviskosität, abbaubar und umweltverträgliche Abbauprodukte. Die Eigen­ schaften der erkalteten Masse entsprechen den Anforderungen der hinreichenden Reißfestigkeit, Flexibilität, Wasserunlöslichkeit jedoch Verrottbarkeit durch biologi­ schen Abbau.

Die erfindungsgemäße Lehre sieht zwei Stoffklassen von Oligomerverbindungen vor, die - insbesondere unter Berücksichtigung der weiteren Bestimmungsparame­ ter der im nachfolgenden geschilderten Art - den Anforderungskatalog an den Schmelzbinder optimal erfüllen. Bei der ersten Stoffklasse handelt es sich um Oli­ gomere niederer Hydroxycarbonsäuren. In Betracht kommen hier insbesondere die Hydroxycarbonsäuren mit bis zu 5 C-Atomen im Molekül. In Betracht kommen ent­ sprechende Oligokondensationsprodukte von Hydroxycarbonsäuren natürlichen und/oder synthetischen Ursprungs. Bekannte Vertreter der hier angesprochenen Stoffklasse von niederen Hydroxycarbonsäuren sind die Glykolsäure, die Milchsäu­ re, Hydroxybuttersäure und die Hydroxyvaleriansäure. Oligomere dieser monome­ ren Vertreter werden bekanntlich durch gezielte veresternde Kondensation herge­ stellt. Dabei können Oligomere einer bestimmten Monomereinheit der hier betroffe­ nen Art ausgebildet werden, es können aber auch Co-Oligomere von 2 oder mehr spezifischen Vertretern der angesprochenen Hydroxycarbonsäureklasse Verwen­ dung finden. Ein besonders geeigneter Schmelzbinder im Sinne des erfindungs­ gemäßen Handelns ist Oligomilchsäure. Bevorzugt sind dabei Oligomere und/oder Co-Oligomere der angegebenen Art mit mittleren Molekulargewichten bis maximal etwa 20.000 und vorzugsweise bis etwa 10.000. Weiterhin sind entsprechende Kondensationsprodukte bevorzugt, deren Rest-Monomergehalt gleich/kleiner 5 Gew.-% und insbesondere bei Werten gleich/kleiner 2 Gew.-% liegt.

Die zweite Stoffklasse für die erfindungsgemäß definierten Schmelzbinder wird durch oligomere Ester des Vinylalkohols mit wenigstens überwiegend niederen Monocarbonsäuren gebildet, wobei aber auch entsprechende Ester des Vinylalko­ hols mit Abmischungen von Carbonsäuren in Betracht kommen können, die zum überwiegenden Anteil durch die Klasse der niederen Monocarbonsäuren und in untergeordneten Mengen durch höhere Monocarbonsäuren gebildet ist. Niedere esterbildende Monocarbonsäuren in dem hier betroffenen Sinne sind insbesondere entsprechende C_1-5-Monocarbonsäuren, wobei der Essigsäure die größte Bedeu­ tung zukommen kann. Einer der bevorzugten Schmelzbinder für die erfindungsge­ mäße Lehre ist dementsprechend das Oligovinylacetat. Aber auch höhere Mono­ carbonsäuren, insbesondere solche des Fettbereiches, unterliegen bekanntlich dem mikrobiellen Abbau. In den zuvor geschilderten Schutzrechten der Anmelderin ist im einzelnen auf die Bedeutung der Mitverwendung solcher Anteile an höheren Monocarbonsäurenausbildung entsprechender Ester des Polyvinylalkohols einge­ gangen. Insbesondere wird die Wasserfestigkeit der Polyvinylester angehoben. Auf die Offenbarung dieser genannten Druckschriften wird hier ausdrücklich verwiesen und sie wird hiermit zum Gegenstand auch der erfindungsgemäßen Offenbarung gemacht. Geeignete Fettsäuren mit höherer Kohlenstoffzahl sind beispielsweise entsprechende Monocarbonsäuren des Bereichs C_10-20, die allerdings in unterge­ ordneten Mengen neben den entsprechenden Estern der niederen Monocarbon­ säuren im oligomeren Molekül mitverwendet werden können.

Auch für die hier besprochene Klasse der Oligoester des Vinylalkohols gelten die im Zusammenhang mit den Oligohydroxycarbonsäuren gemachten Angaben zu geeigneten und besonders bevorzugten mittleren Molekulargewichten und zu wei­ terhin bevorzugten Monomergehalten in dem Schmelzbinder - mittlere Molekular­ gewichte vorzugsweise nicht größer als etwa 20.000, insbesondere nicht größer als etwa 10.000, Restmonomergehalte bevorzugt gleich/kleiner 5 Gew.-% und insbe­ sondere gleich/kleiner 2 Gew.-%.

Die erfindungsgemäß als Schmelzbinder definierten Oligomeren bzw. Co-Oligomeren können auch in Abmischung miteinander eingesetzt werden. Zusätz­ lich mit diesen Hauptkomponenten des Binders können weitere Hilfsstoffe zur Modifizierung der Schmelzbinder mitverwendet werden. In Betracht kommen hier insbesondere Weichmacher, wie sie insbesondere in der eingangs genannten DE-43 24 474 beschrieben sind. Genannt sind hier insbesondere Triester des Glyce­ rins mit niederen aliphatischen Monocarbonsäuren, Zitronensäuretriester mit niede­ ren aliphatischen monofunktionellen Alkoholen und/oder epoxidierte Triglyeride wenigstens anteilsweise olefinisch ungesättigter Fettsäuren. Aber auch niedere mehrfunktionelle Alkohole, insbesondere Glycerin, können als Weichmacherkom­ ponenten im erfindungsgemäßen Einsatz der Schmelzkleber mitverwendet werden. Geeignet sind aber auch entsprechende Partialester und/oder höhere, insbesonde­ re olefinisch 1- und/oder mehrfach ungesättigte Fettalkohole. Im einzelnen kann auf das einschlägige Fachwissen verwiesen werden. Die Weichmacher können da­ bei in Abmischung mit den Schmelzbindern aufgetragen werden, es ist aber auch möglich statt dessen oder zusätzlich eine nachträgliche Ausrüstung der erfin­ dungsgemäß behandelten Flächenbereiche mit den weichmachenden Komponen­ ten vorzusehen.

Wie eingangs dargestellt eignen sich für die erfindungsgemäße Lehre insbesonde­ re solche Erdreichflächen, die - wie beispielsweise die genannten Skipisten - einer konventionellen Regeneration nicht oder nicht ohne weiteres zugänglich sind. In diesem Sinne wird die Bedeutung des Auftrags und Anbindens des faserförmigen Materials auf der insbesondere verfestigten Erdoberfläche verständlich. Hier sind grundsätzlich Faserstoffe beliebigen Ursprungs geeignet, die verständlicherweise insbesondere in hinreichender Menge und zu vertretbaren Kosten zur Verfügung stehen. Fasermaterialien pflanzlichen Ursprungs und insbesondere überwiegend Zellulose-enthaltende Fasermaterialien sind hier geeignete Vertreter. Aus dem landwirtschaftlichen Bereich kommt insbesondere Stroh in Betracht, aber auch bei­ spielsweise Kokosfasern können interessante Hilfsstoffe für die Verwirklichung der erfindungsgemäßen Lehre sein.

Das Fasermaterial kann ungebunden, als Wirrvlies oder aber auch in vorgebildeter Mattenform auf die zu regenerierende Bodenfläche aufgebracht und dort mit den erfindungsgemäßen Schmelzklebern fixiert werden.

Über das auf die verfestigte Bodenfläche aufgetragene und dort mit dem Schmelz­ binder fixierte Fasergut kann dann in an sich bekannter Weise die Bodenrekultivie­ rung vorgenommen werden. Insbesondere wird hier der Eintrag von Pflanzensa­ men - in der Regel Grassamen - und gegebenenfalls von weiterführenden Hilfsstof­ fen in Betracht kommen. Das auf der verfestigten Erdoberfläche fixierte Faserma­ terial sichert die örtliche Fixierung aufgebrachten Samengutes, insbesondere auch gegen Wind- und Regenerrosion, die keimende und dann wachsende Pflanze be­ kommt in dieser Weise die Möglichkeit des Aufschlusses auch stark verfestigter Erdreichschichten.

Die erfindungsgemäße Lehre kann aber auch in einem ganz anderen Einsatzgebiet mit Vorteil verwendet werden. Zu verweisen ist hier auf das heute zunehmende Bedeutung bekommende Gebiet der Dachbegrünung. Es ist sofort einleuchtend, daß der hier für die praktische Verwirklichung gegebene Problembereich zur Pflan­ zenaufzucht weitgehend vergleichbar ist mit dem eingangs ausführlich dargestell­ ten Einsatzbereich bei der Wiederbegrünung von mechanisch geschädigten Skipi­ sten. Ausführliche Sachangaben zu diesem Problembereich finden sich beispiels­ weise in der Veröffentlichung "Dach und Grün", Fachmagazin für Fachwerksbegrü­ nung, Verlagsanstalt Alexander Koch, Leinfelden-Echterdingen. Verwiesen werden kann hier beispielsweise auf die Veröffentlichung H.J. Liesecke "Entwicklungen in der Bau- und Vegetationstechnik", a.a.O., 6 bis 10. Beschrieben wird hier als ein wesentlicher Schritt der vorbereitenden Ausrüstung der zu begrünenden Dachflä­ chen das Aufbringen und Fixieren von stabilisierenden Fasermaterialien, die bei­ spielsweise in der Form von Geflechten, Geweben, Vliesstoffen oder anderen mattenartigen Ausbildungen auf der zu begrünenden Fläche angebunden werden. Genannt sind im einzelnen beispielsweise entsprechende Hilfsstoffe auf Basis von Kokosfasern, Jute oder Baumwoll-Reststoffen. Es ist sofort einleuchtend, daß auch in diesem Arbeitsbereich mit den erfindungsgemäßen Schmelzbindern zur Fixie­ rung und Sicherung gegen Wind- und Regeneinflüsse eines solchen faserförmigen Gutes in der Übergangsphase bis zur hinreichenden Verfestigung der aufgetrage­ nen Bodenschicht durch das Wurzelwerk der gewachsenen Pflanzen substantielle Hilfestellung gegeben werden kann.

Beispiele Beispiel 1

Eine Kunststoffschale (Abmessung 35,5 cm×25,5 cm×40 cm - Länge, Breite, Tiefe) wird mit Sand (maximaler Korndurchmesser 2 mm) gefüllt. Die Oberfläche wird eingeebnet.

In einem ersten Versuch wird über dieses Versuchsfeld eine parallele Auflage von 20 bis 25 cm langen Kokosfasern aufgelegt. Ein zweites Versuchsfeld der zuvor angegebenen Art wird mit einem Wirrflies von Kokosfasern belegt.

Mit Hilfe einer beheizten Hochdruckkolbenpumpe, an deren Ende eine Flachdüse angebracht ist, werden jetzt jeweils 42,1 g - entsprechend 465 g/m² - erschmolze­ ner und auf 165°C aufgeheizter heißer Polymilchsäure aufgetragen.

In beiden Fällen werden die aufgetragenen Fasern analog einer Punktverschwei­ ßung untereinander und gleichzeitig mit der Sandoberfläche verklebt.

Beispiel 2

Die Arbeitsschritte des Beispiels 1 werden wiederholt. Jetzt wird jedoch als Binder ein erschmolzenes und auf 160°C aufgeheiztes Perlpolymerisat auf Basis Polyviny­ lacetat (Regler: Thioglykolsäure) als Schmelzbinder in einer Menge von 18 g - ent­ sprechend 200 g/m² - aufgesprüht.

Nach Auskühlen ist eine ca. 5 bis 6 mm dicke flexible Deckschicht erkennbar, die mit dem Sanduntergrund fest verbunden ist.

Beispiel 3

Im nachfolgenden Versuch wird Polymilchsäure zusammen mit einem Hydroxyl­ gruppen-haltigen Weichmacher eingesetzt. Wie in Beispiel 1 beschrieben wird das Versuchsfeld vorbereitet und mit Hilfe der Pumpe und der Flachdüse 45,3 g (entspricht 500 g/m²) einer Mischung aus 40,1 g (entspricht 88,5 Gew.-%) Poly­ milchsäure und 5,2 g (entspricht 11,5 Gew.-%) Ölsäuremonoglycerid aufgespritzt.

Nach dem Auskühlen fällt eine weiche biegsame 3 bis 4 mm starke Schicht an.

Claims (8)

1. Verwendung von Schmelzen organischer Thermoplaste auf Basis von Oli­ gomeren niederer Hydroxycarbonsäuren und/oder oligomeren Estern des Vinylalkohols mit niederen Monocarbonsäuren oder deren Abmischungen mit untergeordneten Mengen höherer Monocarbonsäuren als ökologisch verträgliche und durch natürliche Prozesse abbaubare Schmelzbinder im Rahmen der Bodensanierung durch Anbinden eines faserigen Gutes insbe­ sondere pflanzlichen Ursprungs und nachfolgenden Auftrag von Saatgut und gewünschtenfalls Wachstumshilfen.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man oligome­ re Ester von Hydroxycarbonsäuren mit 2 bis 5 C-Atomen und/oder oligomere Ester des Vinylalkohols mit C_1-5-Monocarbonsäuren oder deren Abmischun­ gen mit untergeordneten Mengen von Monocarbonsäuren des Fettsäurebe­ reichs als Schmelzbinder einsetzt.

3. Verwendung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Oligomere und/oder Co-Oligomere der Milchsäure und/oder des Vinylacetats einsetzt.

4. Verwendung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Oligomere und/oder Co-Oligomere der angegebenen Art mit mittleren Mole­ kulargewichten nicht oberhalb 20.000, vorzugsweise bis etwa 10.000, ein­ setzt, wobei weiterhin entsprechende Komponenten mit Rest- Monomergehalten gleich/kleiner 5 Gew.-% und insbesondere gleich/kleiner 2 Gew.-% bevorzugt sind.

5. Verwendung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmelzbinder zusammen mit Weichmachern einsetzt, wobei diese Weichmacher in Abmischung mit den Schmelzbindern und/oder nachträglich aufgetragen werden können.

6. Verwendung nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man niedermolekulare Weichmacher, insbesondere niedere polyfunktionelle Al­ kohole, vorzugsweise Glycerin, und/oder deren Partialester und/oder höhere Fettalkohole einsetzt, die bevorzugt olefinisch ungesättigt sind.

7. Verwendung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Arbeitsmittel der angegebenen Art zur Sanierung verfestigter Bodenbe­ reiche einsetzt, die insbesondere in Hanglage vorliegen.

8. Verwendung nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das faserige Gut pflanzlichen Ursprungs als Streugut und/oder als vorgebildetes flächiges Material, z. B. in Form von Matten, eingesetzt wird.