DE4422337A1

DE4422337A1 - Formteile zum Sichern von Böschungen

Info

Publication number: DE4422337A1
Application number: DE19944422337
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ritter; Stephan Von Dr Tapavicza
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: BASF Personal Care and Nutrition GmbH
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1994-06-27
Publication date: 1996-01-04
Also published as: WO1996000327A1; EP0767854A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf aus Kunststoff bestehende Formteile zum Sichern von Böschungen, insbesondere der Böschungen von Erdwällen.

Beim Anlegen von Erdwällen und Dämmen, z. B. Eisenbahndämmen und Lärm schutzwällen entlang Autobahnen werden die oft sehr steilen Böschungen bepflanzt, damit die Pflanzen mit ihrem Wurzelwerk auf optisch ansprechen de Weise die oberste Erdschicht gegen Herabrutschen sichern. Bevor jedoch die Wurzeln ausreichend tief ausgebildet sind, müssen Hilfsmaßnahmen zum Sichern der Böschung getroffen werden.

Es ist bekannt, als mechanische Stabilisierungshilfe Holzpfähle in die Böschung zu treiben und sie entlang gleicher Höhenlinien manuell mit einem Weidengeflecht zu verbinden. Diese Methode hat den Vorteil, daß das ver wendete biologische Material zunächst sehr effektiv die Böschung sichert, aber dann allmählich verrottet, nachdem sich das Wurzelwerk der Neuan pflanzung gebildet hat. Nachteilig ist der hohe Arbeitsaufwand und damit die hohen Kosten beim Anbringen der Sicherung.

Weniger arbeitsaufwendig ist ein weiteres bekanntes Verfahren zum Sichern von Böschungen. Hier wird die oberste Humusschicht durch vorgefertigte gitterrostartige Teile gegen Herabrutschen gesichert. Diese Formteile sind allerdings nicht verrottbar, so daß eine dauernde Anwesenheit nicht ver rottbarer Kunststoffe im Gelände akzeptiert werden muß, auch wenn der Pflanzenbewuchs schon ausreichend und somit die Stabilisierungshilfe nicht mehr notwendig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, kostengünstige Formteile zum wirksamen Sichern der Böschungen zu entwickeln, die einerseits nur wenig Arbeitsaufwand beim Anbringen an der Böschung erfordern. Anderer seits soll eine langandauernde Anwesenheit von Kunststoffteilen im Gelände vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Formteile aus einem biologisch teilweise oder vollständig abbaubaren Kunststoff, insbe sondere thermoplastischer Stärke bestehen.

Biologisch abbaubare Kunststoffe sind bekannt. Als Beispiele seien Poly hydroxybuttersäure, Polyhydroxyvaleriansäure, Copolymere aus diesen, Alkydharze, Cellulosediacetat und sogenannte thermoplastische Stärke in unterschiedlichen Abmischungen genannt. Der mikrobiologische Abbau von Alkydharzen auf der Basis von Fettsäure, Glycerin und Phthalsäure wird in der Zeitschrift "farbe + lack", 98. Jahrgang, 7/1992, Seiten 505 bis 508 beschrieben. In einem Erdeingrabversuch wurde ein Gewichtsverlust von etwa 3 bis 30% nach 6 Wochen Versuchsdauer und etwa 7 bis 35% nach 12 Wochen Versuchsdauer gefunden. Der Massenverlust war um so höher, je größer der Fettsäureanteil im Alkydharz war.

Bessere Abbauraten erhält man beim Einsatz von sogenannter thermoplasti scher Stärke. Dieses Material ist außerdem besonders preiswert, so daß sich dieser Kunststoff für viele Anwendungen eignet, bei denen ein Einsatz sonstiger biologisch abbaubarer Kunststoffe aus wirtschaftlichen Gründen nicht möglich ist. Das gilt insbesondere zur Herstellung der genannten Formteile zum Sichern von Böschungen.

Als thermoplastische Stärke wird hier und nachfolgend thermomechanisch aufgeschlossene Stärke in homogener Abmischung mit ausgewählten synthe tischen thermoplastischen Polymerverbindungen bezeichnet. Zur Herstellung wird native Stärke zusammen mit beschränkten Mengen an Wasser und gegebe nenfalls weiteren Hilfsstoffen in einem thermomechanischen Aufschluß in ein thermoplastisches Material umgewandelt, dessen formgebende Weiterver arbeitung in konventioneller Weise, zum Beispiel durch Spritzgußverfahren oder Kalandrieren möglich ist. Der thermomechanische Aufschluß unter Ein satz erhöhter Temperaturen und Drucke ist dabei insbesondere in konventio nellen Extrudern möglich, die dem formgebenden Verarbeitungsschritt vor geschaltet sind oder gleichzeitig auch zur Formgebung dienen.

Eine teilweise biologisch abbaubare thermoplastische Stärke kann durch thermomechanischen Aufschluß der Stärke mit Polyethylen oder Ethylen- Copolymeren hergestellt werden. Dieser Werkstoff, der im Rahmen der Erfin dung eingesetzt werden kann, zerfällt nach dem biologischen Abbau in fein verteilte, sehr kleine Partikel aus Polyethylen.

Angaben zu der Herstellung, den Eigenschaften und der Verarbeitung anderer thermoplastischer Stärken, die ebenfalls zum Einsatz in dieser Erfindung geeignet sind, finden sich zum Beispiel in den Patentanmeldungen DE 40 38 732 A1, DE 41 21 111 A1, DE 42 09 095 A1 des Anmelders. Auf den Inhalt dieser Druckschriften wird zum Ergänzen der Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen.

In der DE 40 38 732 A1 wird die Herstellung von thermoplastischer Stärke durch Coextrusion von Stärke mit wäßrigen Polymerdispersionen beschrieben, die in einer wäßrigen Phase das synthetische Polymermaterial in feinst disperser Verteilung enthalten. Nach dem vollständigen biologischen Abbau des Stärkeanteils bleibt der Anteil des synthetischen Polymers in feinver teilter, pulverartiger Form zurück, sofern das synthetische Polymer nicht ebenfalls biologisch abgebaut wird. Im letzterem Fall begünstigt die feinstdisperse Verteilung den schnellen Abbau durch Mikroorganismen. Als Beispiel für den synthetischen Polymeranteil werden in der DE 40 38 732 A1 insbesondere Polyvinylacetat und Copolymerisate genannt. Alternativ können beispielsweise auch mit nativen Fetten hergestelltes Polyurethan oder ein Fettalkohol-Acrylat-Homopolymeres und entsprechende Copolymere eingesetzt werden.

Die DE 41 21 111 A1 schlägt als synthetisches thermoplastisches Polymer zur homogenen Abmischung thermomechanisch aufgeschlossener Stärke Poly ester und/oder Polyamide vor, die wenigstens anteilsweise auf Basis nach wachsender Rohstoffe insbesondere auf Basis von nativen Fetten und Ölen aufgebaut sind.

Besonders preisgünstig und sehr gut biologisch abbaubar ist eine thermo plastische Stärke, die in Abmischung mit Alkydharzen hergestellt worden ist. Auch hier ist es zur Steigerung der Abbaubarkeit durch Bodenorga nismen vorteilhaft, wenn die Alkydharze vollständig oder zumindest über wiegend aus Grundstoffen auf Basis nachwachsender Rohstoffe aufgebaut sind. Eine derartige thermoplastische Stärke mit eingemischten oxidativ vernetzbaren Alkydharzen ist in der DE 42 09 095 A1 beschrieben. Hier findet sich eine ausführliche Erläuterung des Begriffs der oxidativ ver netzbaren Alkydharze, auf die verwiesen wird.

Naturstoffbasierte Alkydharze der erfindungsgemäß besonders bevorzugten Art gehen dabei vom Glycerin als 3-funktionelle Polyolkomponente und Fett säuren natürlichen Ursprungs als monofunktionelle Carbonsäurekomponente aus. Die monofunktionellen Reaktanten werden dabei im Mittel etwa in sol chen Mengen eingesetzt, daß die gewünschte Abreaktion mit Dicarbonsäuren - beispielsweise Phthalsäure beziehungsweise Phthalsäureanhydrid - möglich wird. Wenigstens überwiegend naturstoffbasierte modifizierte Alkydharze dieser Art zeichnen sich dann beispielsweise dadurch aus, daß mehr als 50 Gew.-% und vorzugsweise zwischen 60 und 70 Gew.-% des Alkydharzes aus diesen naturstoffbasierten Komponenten insbesondere Glycerin und mono funktionellen Fettsäuren gebildet wird, während zum Rest Dicarbonsäuren und gegebenenfalls zusätzliche Diolkomponenten im Polymermolekül vorlie gen.

Zusammenfassend wird daher in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung vorgeschlagen, daß die Formteile aus thermoplastische Stärke beste hen, die im Blend mit verrottbaren Polymeren, insbesondere Polyvinyl acetat, Alkydharzen, Polyestern und/oder Polyamiden vorliegen. Die voll ständige Verrottbarkeit der Polymere und damit des gesamten Werkstoffes ist insbesondere dann gewährleistet, wenn sie zumindest anteilweise aus Grundstoffen auf Basis nachwachsender Rohstoffe aufgebaut sind. Gleich zeitig sichern die synthetischen Polymere die mechanische Stabilität der erfindungsgemäßen Formteile in ausreichendem Maße.

Eine gezielte Auswahl der eingemischten Hilfsstoffe, insbesondere der synthetischen thermoplastischen Polymerverbindungen, ermöglicht die Ein stellung gewünschter Materialeigenschaften, zum Beispiel den zeitlichen Verlauf der Abnahme der mechanischen Festigkeit. Eine Verlängerung der Gebrauchseigenschaften ist außerdem durch Verwendung modifizierter oder hydrophobierter Stärke möglich. Eine weitere Möglichkeit zum zeitlichen Verlängern der Gebrauchseigenschaften besteht im Überziehen der fertigen Formteile mit einer wasserfesten, aber dennoch biologisch abbaubaren Schicht. Hier wird insbesondere ein Coating mit Polyhydroxybuttersäure, mit oxidativ vernetzenden Alkydharzen, mit durch Klimaeinflüsse oder bio logisch abbaubaren, unter Einwirkung von ultravioletter Strahlung aus härtenden Stoffen vorgeschlagen. Die Beschichtung kann auch aus einer Zu sammensetzung aus den genannten und gegebenenfalls anderen Stoffen beste hen.

Unabhängig von der Auswahl der Stärkeart, der eingemischten synthetischen Polymerverbindung und der Beschichtung läßt sich die mechanische Stabili tät der Formteile außerdem durch eingebrachte Fasern einstellen, wobei auch hier biologisch abbaubare Fasern bevorzugt sind. Beispiele für solche Füllstoffe sind Kokos- und Holzfasern sowie Woll- und Haar-Abfälle.

Die erfindungsgemäßen Formteile zum Sichern von Böschungen können eine unterschiedliche Geometrie entsprechend der jeweiligen Verwendungsart haben. So sind bänderförmige Kunststoffteile möglich, die wie in dem be kannten Verfahren um in die Böschung getriebene Holzpfähle geflochten werden können. Es wird daher vorgeschlagen, daß die Formteile die geome trische Form von Bändern mit derartigen Abmessungen haben, so daß sie um in die Böschung getriebene Holzpfähle geflochten werden können.

In einer anderen vorteilhaften Variante sind die Formteile aus dem bio logisch abbaubaren Kunststoff bestehende Gitterroste mit streifenförmigen, senkrecht zur Ebene des Gitterrosts liegenden Streifenflächen.

Der oben genannte Gitterrost kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung setzt man den Gitterrost aus Bändern zusammen und sichert ihn mit einem verrottbaren Konstruktionsklebstoff. Beispiele eines solchen Klebstoffs sind in der DE 32 04 504 A1 beschrieben. Es handelt sich hier um spezielle (Meth)-acry latverbindungen. Zur Offenbarung der Einzelheiten wird auf diese Druck schrift ausdrücklich Bezug genommen.

Eine andere Herstellungsvariante ist jedoch besonders bevorzugt. Hier wird ein Gitterrost mit der gewünschten Länge und Breite kontinuierlich als Block mit wabenförmigen Kanälen extrudiert, der nach dem Austritt aus dem Extruderkopf vom einem Querschneider entsprechend der gewünschten Dicke des Gitterrosts zerteilt wird. Dazu sind im Austrittskanal des Extruder kopfs eine der Zahl der wabenförmigen Kanäle entsprechende Anzahl von Verdrängertorpedos vorgesehen, die an Stegen innerhalb des Kopfes befe stigt sind. Diese Art von Extrusionsanlagen ist aus der Herstellung von Kunststoffrohren prinzipiell bekannt, wobei dort allerdings nur ein Ver drängertorpedo vorgesehen ist.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird eine flächige Böschungssicherung mit Bändern aus dem biologisch abbaubaren Kunststoff hergestellt, indem die Bänder zu Matten geflochtet werden, die man auf die Böschung auflegt.

Bei der Herstellung der oben genannten Bänder und Gitterroste kann zu nächst die thermoplastische Stärke als Granulat produziert und dieses danach zu den Formteilen extrudiert werden. Bevorzugt werden die Formteile jedoch in einem Arbeitsschritt gleichzeitig mit der Herstellung der ther moplastischen Stärke z. B. in einem Extruder geformt. Vorgeschlagen wird daher, daß man den thermomechanischen Aufschluß der Stärke in einem Extru der vornimmt und das Produkt mit demselben Extruder zu den Formteilen extrudiert. Die Herstellung kann an einem festen Produktionsort oder in einer bevorzugten Ausführungsform mit einem mobilen Extruder direkt vor Ort erfolgen. Die Herstellung unmittelbar am Verwendungsort ist besonders vorteilhaft im Falle der Gitterroste, denn der Transport des mit den fertiggestellten Gitterrosten unvermeidbaren großen Leervolumens wird vermieden. Zum Verwendungsort wird nur der mobile Extruder und das Granu lat aus thermoplastischer Stärke oder ein Vorgemisch transportiert.

Bei der Extrusion werden die Bänder und Gitterroste insbesondere direkt mit den gewünschten Abmessungen hergestellt, so daß eine Nachbearbeitung nicht erforderlich ist.

Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Böschung mit den erfindungs gemäßen Bändern zur Absicherung in einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gitter rostes in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Herstellungsschritts bei der Fertigung der Gitterroste und

Fig. 4 eine aus den erfindungsgemäßen Bändern geflochtene Matte.

Fig. 1 zeigt einen als Lärmschutz entlang einer Straße gelegenen Erdwall 1 mit einer steilen Böschung 2. Zum Schutz gegen ein Abrutschen von Erd massen sind Holzpfähle 3 in die Böschung 2 getrieben und Bänder 4 aus thermoplastischer Stärke geflochten worden. Die Bänder 4 mit einem Quer schnitt von etwa 3 × 100 mm wurden gleichzeitig mit der Herstellung der thermoplastischen Stärke mittels Extrusion durch eine Schlitzdüse gefer tigt.

Nach Ablauf einer gewissen Zeit, wenn der in der Fig. 1 nicht dargestell te Pflanzenbewuchs ausreichende Wurzeln zum Sichern der Böschung 2 gebil det hat, verrotten nicht nur die Holzpfähle 3, sondern auch die Bänder 4.

Fig. 2 zeigt ein alternatives Formteil zum Sichern der Böschung, nämlich einen Gitterrost 5 aus thermoplastischer Stärke. Der Gitterrost hat die Ausmaße 120 × 80 × 10 cm mit einem Wabenabstand von 10 cm und einer Materialstärke von etwa 3 mm.

Zur Herstellung des Gitterrostes 5 kann zum einen von Bändern mit den Maßen 120 × 10 × 0,3 cm bzw. 80 × 10 0,3 cm ausgegangen werden. Diese Bänder werden eingefräst, zusammengefügt und an den Fügestellen verklebt. Als Klebstoff eignen sich übliche 2-Komponenten-Kleber auf der Basis Methylmethacrylat, zum Beispiel der Klebstoff mit dem Handelsnamen "Sta bilit Express" (Produkt der Fa. Henkel KGaA) oder Epoxidklebstoffe, zum Beispiel "Stabilit Ultra" des gleichen Herstellers. Bevorzugt wird ein hochfester, jedoch verrottbarer Konstruktionsklebstoff eingesetzt, wie er zum Beispiel in der DE 32 04 504 A1 beschrieben ist, um die Verrottung des Gesamtsystems im Boden sicherzustellen.

Zur wirtschaftlichen Fertigung des Gitterrostes 5 in hoher Stückzahl wird alternativ vorgegangen. Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung einen Extruderkopf 7, in dem die nicht sichtbaren Verdrängertorpedos zur Erzeu gung der wabenförmigen Kanäle 6 in Block 8 befestigt sind.

Der Deutlichkeit halber sind nur neun Kanäle 6 gezeichnet. Tatsächlich liegt die Anzahl der Waben in der Größenordnung von 100. Quer zur Aus trittsrichtung werden mit dem Querschneider 9 etwa 10 cm breite Segmente abgetrennt. Die Schnittebene ist mit einer gestrichelten Linie 10 ange deutet. Das abgetrennte Segment stellt den fertigen Gitterrost dar, der sofort zum Sichern von Böschungen eingesetzt werden kann.

Alternativ zum Gitterrost ist das in Fig. 4 dargestellte gitterartige Mattengeflecht einsetzbar. Die Bänder 4 bestehen hier ebenfalls aus ther moplastischer Stärke.

Der Abstand zwischen benachbarten, parallel verlaufenden Bändern 4 wird je nach dem Böschungswinkel und der Art und Beschaffenheit des Erdreichs ge wählt, um eine optimale Böschungssicherung zu erreichen. Gegebenenfalls können die Bänder auch nach oben ragende Vorsprünge aufweisen, die zusätz lich das Abrutschen des Erdreichs verhindern.

Bezugszeichenliste

1 Erdwall
2 Böschung
3 Holzpfahl
4 Band
5 Gitterrost
6 Kanäle, Waben
7 Extruderkopf
8 Block
9 Querschneider
10 Schnittebene

Claims

1. Aus Kunststoff bestehende Formteile zum Sichern von Böschungen, ins besondere der Böschungen (2) von Erdwällen (1), dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem biologisch teilweise oder vollständig abbaubaren Kunststoff, insbesondere thermoplastischer Stärke bestehen.

2. Formteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile aus thermoplastische Stärke bestehen, die im Blend mit verrottbaren Polymeren, insbesondere Polyvinylacetat, Alkyd harzen, Polyestern und/oder Polyamiden vorliegen.

3. Formteile nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile aus thermoplastische Stärke bestehen, bei deren Herstellung modifizierte oder hydrophobierte Stärke eingesetzt worden ist.

4. Formteile nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile eine Beschichtung aus einem wasserfesten, aber den noch biologisch abbaubaren Stoff aufweisen.

5. Formteile nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus Polyhydroxybuttersäure, oxidativ vernetzen den Alkydharzen, einem durch Klimaeinflüsse oder biologisch abbau baren, unter Einwirkung von ultravioletter Strahlung aushärtenden Stoff oder einer Zusammensetzung daraus und gegebenenfalls anderen Stoffen besteht.

6. Formteile nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile aus Fasern bestehende, insbesondere verrottbare Füllstoffe enthalten.

7. Formteile nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile die geometrische Form der Bändern (4) mit derarti gen Abmessungen haben, so daß sie um in die Böschung (2) getriebene Holzpfähle (3) und/oder zu auf die Böschung (2) auflegbaren Matten geflochten werden können.

8. Formteile nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus dem biologisch abbaubaren Kunststoff bestehende Gitter roste (5) mit streifenförmigen, senkrecht zur Ebene des Gitterrosts (5) liegenden Streifenflächen sind.

9. Verfahren zum Herstellen der Formteile nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man modifizierte oder hydrophobierte Stärke zusammen mit be schränkten Mengen an Wasser und gegebenenfalls weiteren Hilfsstoffen in einem thermomechanischen Aufschluß in ein thermoplastisches Mate rial umwandelt und danach oder gleichzeitig mit dem thermomechani schen Aufschluß in die gewünschte Form bringt.

10. Verfahren zum Herstellen der Formteile nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Formteile nach der Formgebung mit einem wasserfesten, aber dennoch biologisch abbaubaren Stoff beschichtet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Formteile nach der Formgebung mit Polyhydroxybuttersäure, oxidativ vernetzenden Alkydharzen, einem durch Klimaeinflüsse oder biologisch abbaubaren, unter Einwirkung von ultravioletter Strahlung aushärtenden Stoff oder einer Zusammensetzung daraus und gegebenen falls anderen Stoffen beschichtet.

12. Verfahren zum Herstellen der Formteile nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den Gitterost (5) aus Bändern (8) zusammensetzt und mit einem verrottbaren Konstruktionsklebstoff sichert.

13. Verfahren zum Herstellen der Formteile nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Block mit wabenförmigen Kanälen extrudiert und dann quer zerteilt.

14. Verfahren zum Herstellen der Formteile nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den thermomechanischen Aufschluß der Stärke in einem Extruder (7) vornimmt und das Produkt mit demselben Extruder zu den Formteilen extrudiert.

15. Verfahren zum Herstellen der Formteile nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Formteile mit einem mobilen Extruder am Verwendungsort herstellt.