DE3325067A1 - FLOOD PROTECTION - Google Patents
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Abstract
Description
PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT1 DIPLOMCHEMIKERPATENT ADVOCATE DR. HANS-GUNTHER EGGERT 1 DIPLOMA CHEMIST
5 Köln 4.1 , Räderscheidtstr. 15 Cologne 4.1, Räderscheidtstr. 1
Zur Errichtung von Schutzdämmen gegen Hochwasser, zum schnellen Abdichten von Wassereinbrüchen, zum Verschliessen von Türen und Fenstern gegen eindringendes Wasser und zum überhöhen von durch Überflutung bedrohten Schutzmauern werden seit langer Zeit Sandsäcke verwendet. Vorteile des Sandsack.es sind seine durch hohes Gewicht bedingte Standfestigkeit und die Fähigkeit, sich Unebenheiten anzupassen. Nachteilig ist, daß größere Mengen kaum gelagert oder transportiert werden können, so daß im Bedarfsfall die Säcke erst an Ort und Stelle gefüllt werden und dafür unter Umständen die Zeit fehlt.For the construction of protective dams against floods, for quick sealing of water ingress, for closing doors and windows against penetrating water and Sandbags have been used for a long time to raise protective walls threatened by flooding. Advantages of the Sandbag.it is its stability due to its high weight and the ability to adapt to bumps. The disadvantage is that larger amounts are hardly stored or can be transported so that, if necessary, the bags are only filled on the spot and therefore under There is no time.
Andererseits wurde auch versucht, große Schläuche aus beschichtetem Gewebe, die mit Wasser gefüllt werden, als Schutzdamm zu verwenden. Vorteile dieses Systems sind die gute Lagerfähigkeit der aufgerollten Schläuche und die leichte Verfügbarkeit des Füllmaterials Wasser. Nachteilig ist, daß sich die großen Schläuche den örtlichen Verhältnissen nur schlecht anpassen lassen und daß das Füllen starke leistungsfähige Pumpen und Hydranten erfordert.On the other hand, attempts have also been made to make large hoses made of coated To use fabrics that are filled with water as a protective dam. The advantages of this system are good storability of the rolled up tubes and the easy availability of the filler material water. The disadvantage is that the large hoses the local conditions can only be adjusted poorly and that filling requires strong efficient pumps and hydrants.
Ferner ist eine ausreichende Standfestigkeit nur gegeben, wenn noch ein beachtlicher Teil des gefüllten Schlauches aus dem Wasser ragt, denn nur dieser verleiht ihm noch das für den Halt erforderliche Gewicht.Furthermore, sufficient stability is only given if a considerable part of the filled hose is still present protrudes from the water, because only this gives it the weight necessary for support.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zu schaffen, das die Vorteile des Sandsackes besitzt aber nicht seine Nachteile und das die Errichtung von Schutzdämmen gegen Wasser ohne eine aufwendige Füllung ermöglicht. The invention is based on the object of creating a system which, however, has the advantages of the sandbag not its disadvantages and that allows the construction of protective dams against water without an expensive filling.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hochwasserschutz
gelöst, der sich dadurch auszeichnet, daß eine Hülle! ein wasserunlösliches, in Wasser stark quellendes Polymeres
in einer Form enthält, bei der zumindest eine Dimension
klein genug ist, um eine rasche Wasseraufnähme zu gewährleisten
und wobei die Durchlässigkeit der Hülle zwar ein
schnelles Eindringen des Wassers ermöglicht aber das Her- , ausfallen des ungequollenen Polymeren verhindert.According to the invention, this object is achieved by flood protection, which is characterized in that a shell! contains a water-insoluble, highly water-swelling polymer in a form in which at least one dimension
is small enough to ensure rapid water absorption and while the permeability of the shell is a
rapid penetration of the water enables the unswollen polymer to fall out and prevents it from falling out.
Wenn eine solche wasserdurchlässxge Hülle, z.B. in Form ; eines Sackes, der zu einem geringen Prozentsatz seinesIf such a water-permeable cover, for example in the form; of a sack that is a small percentage of his
möglichen Innenvolumens mit dem Quellungsmittel gefüllt ,possible internal volume filled with the swelling agent,
ist, mit Wasser in Berührung kommt, dann quillt das Poly- ,comes into contact with water, then the poly-,
mere sehr schnell auf und bildet ein Gel, das den Sack ; prall füllt. Man kann mit solchen "Gel-Säcken" ganzemere very quickly and form a gel that the sack; bulging. You can use such "gel bags" whole
"Gel-Mauern" errichten. Man kann auch Systeme, z.B. größe- ;Erect "gel walls". One can also use systems, e.g. size-;
re Schläuche mit dem darin befindlichen hochsaugaktiven ;re hoses with the highly absorbent in them;
Polymeren im Boden oder auf Mauern oder vor den zu schüt- ■Polymers in the ground or on walls or in front of the ■
zenden Stellen verankern. Sobald das Wasser dann die janchoring points. As soon as the water then j
Schläuche erreicht, quellen die Absorber auf, füllen \ Hoses reached, the absorbers swell, fill \
den Schlauch und bewirken damit einen automatischen | Hochwasserschutz. 'the hose and thus cause an automatic | Flood protection. '
Die im Wasser stark quellenden Polymeren sind bekannt.
Es kann sich um natürliche Quellungsmittel, wie verschie- . dene Gummen (s. Römpps Chemie-Lexikon 8. Aufl. Stichwort
Gummi, Bd. 2, S.1558/1559) handeln, sofern durch an sich
bekannte Vernetzung dieser Polysaccharide dafür gesorgt
wird, daß sie zwar aufquellen aber nicht in kolloidale
Lösungen übergehen. Ebenso sind unter dieser Voraussetzung ■
für die Zwecke der Erfindung Alginate, Pektine und GeIa- ι tine geeignet.The polymers which swell strongly in water are known.
It can be natural swelling agents, such as various. dene gums (see Römpps Chemie-Lexikon 8th edition. Keyword
Gummi, Vol. 2, S.1558 / 1559), if by itself
well-known cross-linking of these polysaccharides ensured
is that they swell but not in colloidal
Ignore solutions. Likewise, under this condition, alginates, pectins and gelatin are suitable for the purposes of the invention.
Bevorzugt werden erfindungsgemäß vollsynthetische Quellungsmittel,
bei denen es sich meist um Homopolymere der ; Acryl- oder Methacrylsäure oder um Copolymere mit einem i
oder mehreren äthylenisch ungesättigten Comonomeren han- i delt. Die Carboxylgruppen dieser vernetzten Polymeren
können auch in der einwertigen Salzform, insbesondere als !
Alkalisalze vorliegen. Derartige in Wasser unlösliche in j
Wasser stark quellende Polymeren sind beispielsweise in !
den amerikanischen Patentschriften 3 983 095, 3 954 721, !
4 017 65-3 und 4 018 951 beschrieben. Sie werden in der
Fachwelt auch als Hochsaugaktiv-Polymere oder sog. Superabsorber bezeichnet. Das gilt insbesondere für die Co-Fully synthetic swelling agents, which are mostly homopolymers of the; Acrylic or methacrylic acid or copolymers with one or more ethylenically unsaturated comonomers. The carboxyl groups of these crosslinked polymers
can also be used in the monovalent salt form, especially as! Alkali salts are present. Such water-insoluble polymers which swell strongly in water are, for example, in ! American patents 3,983,095, 3,954,721 ,! 4,017 65-3 and 4,018 951. You will be in the
Experts also refer to them as highly absorbent polymers or so-called superabsorbents. This applies in particular to the co-
polymeren von Acryl- oder Methacrylsäure mit Acrylamid,
Methacrylamid und Acrylnitril, wie sie in der DE-PS
27 06 135 beschrieben und als FAVOR ^-Polymere im Handel :
sind. !polymers of acrylic or methacrylic acid with acrylamide,
Methacrylamide and acrylonitrile, as described in DE-PS
27 06 135 and are commercially available as FAVOR ^ polymers. !
Letztere enthalten die in Wasser unlöslichen Quellungs- : mittel im Gemisch bzw. in Kombination mit aktiver Kiesel— säure, wobei das Gewichtsverhältnis von ungequollenem j Polymeren zu aktiver Kieselsäure 2 bis 10 beträgt.The latter contain the swelling agents, which are insoluble in water: medium in a mixture or in combination with active silicic acid, the weight ratio of unswollen j Polymers to active silica is 2 to 10.
Bei den aktiven Kieselsäuren handelt es sich um Produkte,
die insbesondere als Füllstoffe oder Absorber bekannt
sind, wie die Kieselsäurexerogele mit BET-Oberflächen
über 30 m2/g, in der Regel mehreren 100 m2/g oder die
durch flammenhydrolytische Spaltung von Siliciumtetrachlo-■
0 rid gewonnenen aktiven Kieselsäure mit BET-Oberflachen von;
50 bis 450 m2/g (Aerosil). Anstelle der aktiven Kieselsäuren
sind auch aus Wasserglas und den entsprechenden
Metallsalzen und eventuell Mineralsäuren gefällte aktive ; Silikate, insbesondere des Calciums, Magnesiums oder Alu- .The active silicas are products
known in particular as fillers or absorbers
are like the silicic acid xerogels with BET surfaces
over 30 m 2 / g, usually several 100 m 2 / g or the
active silica obtained by flame hydrolytic cleavage of silicon tetrachloride with BET surfaces of; 50 to 450 m 2 / g (Aerosil). Instead of the active silicas are also made of water glass and the corresponding
Metal salts and possibly active mineral acids precipitated; Silicates, especially calcium, magnesium or aluminum.
5 miniums mit BET-Oberflachen über 3 0 ma/g in Form ihrer |
Xerogele für die Zwecke der Erfindung in Kombination mit
den hothsaugaktiven Polymeren verwendbar.5 miniums with BET surfaces above 3 0 m a / g in the form of their | Xerogels for the purposes of the invention in combination with
the absorbent polymers usable.
Andere für die Zwecke der Erfindung gut geeignete Hochsaugaktiv-Polymere
sind ferner vernetzte Polyäthylen-
und/oder Polypropylenoxide.Other highly suitable high-absorbency-active polymers for the purposes of the invention are also crosslinked polyethylene
and / or polypropylene oxides.
In der Hülle liegt das ungequollene Polymere in Form von
Fasern, dünnen Bändern, Folienschnitzeln oder Teilchen
über 50 μΐη Korngröße vor. Die Korngröße und die Korngrößenverteilung
haben einen beachtlichen Einfluß auf die Kinetik des Quellvorganges. Sind die Absorberkörner groß,
z.B. über 1 mm, so werden diese zwar schnell benetzt,
aber die Kontaktfläche ist relativ klein. Sind die Absorberkörner klein, so bildet sich beim Benetzen der Schicht
außen eine kompakte Gelschicht, die das weitere Eindringen des Wassers bremst. Eine Mischung aus kleinen und großen
Teilchen verhält sich aus den gleichen Gründen ungünstig. Wenn das erfindungsgemäß zu verwendende Quellungsmittel
als zu feines Pulver vorliegt, besteht ferner die Gefahr, daß die Teilchen durch die Hülle hindurchrieseln, wennThe unswollen polymer lies in the shell in the form of
Fibers, thin ribbons, shredded film or particles
over 50 μm grain size. The grain size and the grain size distribution have a considerable influence on the kinetics of the swelling process. Are the absorber grains large,
e.g. over 1 mm, these will be wetted quickly,
but the contact area is relatively small. If the absorber grains are small, a compact gel layer is formed when the layer is wetted, which slows down further penetration of the water. A mix of small and large
Particle behaves unfavorably for the same reasons. If the swelling agent to be used according to the invention
is present as too fine a powder, there is also the risk that the particles trickle through the shell if
diese Löcher, Poren oder Maschenweite hat wie sie für eine wirksame Wasserdurchlässigkeit erforderlich ist. Aus diesen Gründen soll auch wenigstens eine Dimension des Quellungsmittels klein genug sein, um eine rasche Wasserauf-this has holes, pores or mesh size as required for effective water permeability. From these For reasons, at least one dimension of the swelling agent should be small enough to allow rapid water uptake.
nähme zu gewährleisten.would take to ensure.
Wenn das ungequollene Polymere demzufolge in Form kleiner Körnchen vorliegt, haben diese vorzugsweise eine Größe
von etwa 200 bis 500 μπι. Die "Super-Absorber" können
auch in Form von agglomerierten Körnern als Kugeln, Tabletten oder Brocken von etwa 2 bis 10 mm Durchmesser vorliegen,
die beim Kontakt mit Wasser auseinanderfallen.Accordingly, when the unswollen polymer is in the form of small granules, these are preferably sized
from about 200 to 500 μm. The "super absorbers" can
also exist in the form of agglomerated grains as balls, tablets or chunks of about 2 to 10 mm in diameter, which fall apart on contact with water.
Die für eine Füllung benötigte Menge kann in eine wasserlösliche Verpackung abgefüllt werden, was das Einbringen
der Absorber in die Säcke sehr erleichtert.The amount required for a filling can be filled into a water-soluble packaging, which is the introduction
the absorber in the sacks is very easy.
Es ist bekannt, die erfindungsgemäß zu verwendenden inN Wasser stark quellenden Polymeren auch in Faser- oder Folienform zu überführen. Demgemäß können sie auch als Fasern, in Form von Bändern oder Folienschnitzeln, eingesetzt werden. Fasern oder Bändern dieses Materials können zu Matten, Gelegen oder Vliesen geformt sein, die einfach in die Hülle eingeschoben werden können und dann schon für eine gleichmäßige Verteilung in zwei Dimensionen der Hülle sorgen.It is known that the polymers which are to be used according to the invention and which swell strongly in N water can also be converted into fiber or film form. Accordingly, they can also be used as fibers, in the form of tapes or film shreds. Fibers or ribbons of this material can be formed into mats, nonwovens or nonwovens, which can simply be pushed into the cover and then ensure an even distribution in two dimensions of the cover.
Die Füllmenge richtet sich nach dem Quellvermögen, das z.B. bei dem hochsaugaktiven Polymeren bis zum 500-fachen Volumen des ungequollenen Polymeren erreichen kann. Sie muß so bemessen sein, daß die Hülle prall gefüllt ist, wenn der Superabsorber nahezu vollständig aufgequollen ist. Daher füllt das ungequollene Polymere in der Regel 0,2 bis 10 % des möglichen Innenvolumens der Hülle aus.The filling quantity depends on the swelling capacity, which is up to 500 times higher in the case of highly absorbent polymers, for example Volume of the unswollen polymer can reach. It must be dimensioned in such a way that the envelope is tightly filled, when the superabsorbent is almost completely swollen. Therefore, the unswollen polymer usually fills 0.2 to 10% of the possible internal volume of the envelope.
0 In der Regel reichen 1 bis 5 % des verfügbaren Volumens.0 I n typically range from 1 to 5% of the available volume.
Die Hülle muß die Forderung erfüllen, daß sie zwar soweit wasserdurchlässig ist, daß sie ein schnelles Eindringen von Wasser ermöglicht aber das Herausfallen des noch ungequollenen Polymeren verhindert. Zweckmäßig hat die Hülle die Form eines Sackes oder eines an den Enden verschlossenen Schlauchs. Das Volumen der Säcke beträgt etwa 20 bis 50 1 und für die Schläuche empfiehlt sich ein Durchmesser von 20 bis 100 cm. Die Hülle besteht in der Regel aus 0 einem textlien Flächengebilde, z.B. Gewebe aus einem Material das auch naß noch eine hohe Festigkeit besitzt. Daher werden die Säcke oder Schläuche vorzugsweise aus einem synthetischen Fasermaterial, z.B. Polyestern gefertigt. Die Gewebeeinstellung ist so gewählt, daß zwar Wasser j5 eindringen kann aber daß z.B. das feinteilige Quellungsmittel nicht durch das Gewerbe rieseln kann.The envelope must meet the requirement that it is permeable to water to the extent that it can penetrate quickly of water but prevents the as yet unswollen polymer from falling out. The cover is practical the shape of a sack or a tube closed at the ends. The volume of the bags is about 20 to 50 1 and a diameter of 20 to 100 cm is recommended for the hoses. The shell usually consists of 0 a textile fabric, e.g. fabric made of a material that is still very strong even when wet. Therefore For example, the bags or tubes are preferably made of a synthetic fiber material, e.g. polyester. The fabric setting is chosen so that water can penetrate but that, for example, the finely divided swelling agent cannot trickle through the business.
Der erfindungsgemäße Hochwasserschutz ist zweckmäßigerweise so konzipiert, daß er wiederholt eingesetzt werden kann. Zwar können die aufgequollenen Absorber das gespeicherte Wasser auch an die Luft wieder abgeben und somit wäre eine Lufttrocknung der gefüllten Säcke theoretisch möglich, würde aber in den meisten Fällen zuviel Zeit benötigen. Auch ein Abtransport der mit dem Gel gefüllten Säcke und seiner Trocknungseinrichtung wäre in den meisten Fällen zu aufwendig. Deshalb ist es am einfachsten, die Säcke nach jedem Einsatz zu entleeren, zu trocknen, neu mit den Quellungsmittel auszustatten und zu lagern. Damit sind sie wieder für den Enstfall einsatzbereit.The flood protection according to the invention is expedient designed so that it can be used repeatedly. It is true that the swollen absorber can use the stored one Also release water back into the air and thus air drying of the filled bags would be theoretical possible, but would take too much time in most cases. Also a removal of those filled with the gel Bags and their drying equipment would be too expensive in most cases. That's why it's easiest to do that To empty sacks after each use, to dry them, to refurbish them with the swelling agent and to store them. In order to they are ready for use again in the event of an emergency.
Aus den genannten Gründen haben die Hüllen wenigstens eine verschließbare öffnung. Das Wiederbefüllen der Säcke wird wesentlich erleichtert, wenn sich die jeweils erforderliche Menge des ungequollenen Polymeren in einer vorgefertigten leicht einfüllbaren Form befindet, wie das oben schon für die feinkörnigen Produkte in wasserlöslichen Beuteln oder Gelegen und Vliese aus Fasern oder Bändern des Super-Absorbers beschrieben ist. Die notwendige Menge des Quellmittels kann aber auch direkt in einer verhältnis-!For the reasons mentioned, the covers have at least one closable opening. Refilling the bags is made much easier if the required amount of the unswollen polymer in a prefabricated Easily fillable form is located, like the one above for the fine-grained products in water-soluble Bags or scrims and fleeces made of fibers or tapes of the super absorber is described. The necessary amount the swelling agent can also be used directly in a ratio!
mäßig dünnen wasserdurchlässigen Hülle, beispielsweise einem Vlies, einem leichten Gewebe oder einer durchlöcherten Folie untergebracht sein, die als Einschieber für eine äußere Schutzhülle aus einem groben widerstandsfähigen· Gewebe vorgesehen ist, die für die erforderliche mechanische Festigkeit des Hochwasserschutzes sorgt. Auch in diesem Fall muß die innere den Superabsorber enthaltende Hülle ausreichende Abmessungen haben, damit der grobe äußere Sack oder Schlauch im Bedarfsfall durch das aufgequollene Polymere prall gefüllt wird. ;moderately thin, water-permeable cover, for example a fleece, a light fabric or a perforated one Be housed film, which is used as a slide for an outer protective cover made of a coarse, resistant · Fabric is provided, which ensures the necessary mechanical strength of the flood protection. Also in In this case, the inner shell containing the superabsorbent must have sufficient dimensions so that the coarse If necessary, the outer bag or tube is filled to the brim by the swollen polymer. ;
- ίο -- ίο -
Für den Aufbau von Schutzwällen aus den einzelnen Säcken oder Schläuchen empfiehlt es sich, sie mit Vorrichtungen zu versehen, die ein Verbinden der Hüllen miteinander ermöglicht. Solche Vorrichtungen, die die einzelnen Elemente zusammenhalten können Haken und ösen sein, ösen durch die ein Seil gezogen werden kann etc. Grundsätzlich sollte der Schutzwall genügend hoch vorgesehen sein, um 0 durch sein Gewicht die erforderliche Standfestigkeit zu gewährleisten, wozu aber auch eine Verankerung im Boden beitragen kann.For the construction of protective walls from the individual bags or tubes, it is advisable to use them with devices to be provided, which enables the sleeves to be connected to one another. Such devices that the individual Holding elements together can be hooks and eyes through which a rope can be pulled, etc. In principle, the protective wall should be provided high enough to 0 provides the necessary stability due to its weight guarantee, but an anchoring in the ground can also contribute to this.
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