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Die
Erfindung betrifft Baumaterialien, die sich zur Verwendung als Verschleißschicht
oder in einer Verschleißschicht
eignen, beispielsweise für
Spielbereiche von Kindern, Wettkämpfern
und für
andere Spiele und beim Reiten von Pferden. Sie betrifft außerdem Verfahren
zur Herstellung derartiger Baumaterialien und Polymere, die in diesen
Materialien vorhanden sind, und zwar in granulierter oder anderer
zerkleinerter Form.
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In
den letzten Jahren wurde als Verschleißschicht von Laufbereichen
oder ähnlichen
Oberflächen,
auf denen Spiele stattfanden, ein Polymermaterial eingesetzt, das
in Form einer Verbindung als EPDM bekannt ist. Andere Materialien
sind in der WO A-92 19 669 beschrieben. "EPDM" bezieht
sich auf Thermoplaster, die durch die Co-Polymerisation von Äthylen und
Propylen mit einem kleinen Anteil Diolefin-Monomer erhalten werden,
um herkömmliche
Schwefelvulkanisation an Orten olefinischer Nichtsättigung
zu ermöglichen.
Auch wurden ähnliche
Verschleißschichten
als Stoßabsorbierungsmittel
an Orten verwendet, an denen die Sicherheit ein Haupterfordernis
bildet, so beispielsweise auf Spielplätzen von Kindern. Gewöhnlich findet
die Verwendung mit einer Grund- oder Massenschicht aus recycelten
Gummigranulaten statt.
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Trotz
seiner weit verbreiteten Benutzung sind jedoch EPDM-Materialien
mit gewissen Nachteilen versehen, von denen die wesentlichsten im
folgenden genannt werden:
- a) Aufgrund des beim
industriellen Bau von Sport-/Sicherheits-Oberflächen bestehenden Druckes, die
Kosten von EPDM zu reduzieren, wurde die formelmäßige Zusammensetzung verbilligt,
indem weniger Polymer als ursprünglich
angegeben verwendet wurde und jetzt öfter auach außerhalb
der Spezifikation liegendes Polymer berücksichtigt wird, d. h. Polymer
schlechte rer Qualität,
um die Kosten weiter zu senken. Da die Benutzer auf dieser Kostenreduzierung
bestehen, wird dadurch die Verbreitung der Anwendung auf Sport-
und Sicherheitsoberflächen
beeinflußt,
weil unzureichende Mengen an von der Spezifikation abweichendem
EPDM zur Verfügung
stehen.
- b) Aufgrund der strengen Gesetze in den USA läßt sich
nicht der Spezifikation entsprechendes EPDM-Material in diesem Land
nicht verwenden.
- c) Die Verbesserung der Zusammensetzung und die Verwendung von
spezifikationsfremdem Polymer hat die Qualität der Oberflächen, die
durch Benutzung von EPDM erhalten werden, im Vergleich zu dem ursprünglichen
Konzept vermindert.
- d) Spezifikationsfremdes EPDM hat typischerweise statt wasserweißer Färbung eine
Braunfärbung.
Die sich ergebende Verbindung erfordert die Verwendung großer Mengen
an Titandioxid, um den braunfarbigen Hindergrund zu überdecken
und/oder von hohen Pigmentkonzentrationen. Infolge dessen ist das
Produkt aufgrund der großen
Menge an Pigment, die zur Überdeckung
der Braunfärbung
erforderlich sind, teuer.
- e) Die Granulierung des zusammengesetzten EPDM erzeugt einen
hohen Staubgehalt (ca. 20 %), der aus dem Granulat entfernt werden
muß. Es
besteht nur eine kleine Verwendungsmöglichkeit für Staub (0 bis 0,5 mm und 0,5
bis 1,5 mm) in Textursprays und beim Recyceln zu jungfräulichen
EPDM-Verbindungen. Die
Beseitigung des Staubs ist jedoch oft teuer und verringert die kostenmäßige Effizienz
des Produktes.
- f) Was die wichtige Verwendung in Sicherheitsoberflächen von
Spielplätzen
anbelangt, so schreibt die britische Norm BS 7188:1989 einen Abriebtest
vor, bei gegenwärtig
Materialien, die auf derzeitigen EPDM-Granulaten basieren, welche
mit geläufigen
Feuchte aushärtenden
Polyurethan gebunden sind, häufig
nicht entsprechen. Dies hält
viele Konstrukteure von Sicherheitsober flächen, die farbiges EPDM benutzen,
ab, wenn ihre Kunden eine vollständige Übereinstimmung
mit der Britischen Norm BS 5696:1986 verlangen.
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Es
wurde nun erfindungsgemäß festgestellt,
daß ausgezeichnete
Baumaterialien zur Verwendung bei der Herstellung von Verschleißschichten
erhalten werden können,
wenn ihr Polymerbestandteil (oder wenigstens einer ihrer Polymerbestandteile)
ein thermoplastisches Elastomer (im folgenden auch mit "TPE" bezeichnet) ist,
da dadurch die Nachteile der oben erwähnten, sich auf EPDM stützenden
Materialien vermieden werden oder wenigstens in einem wesentlichen
Maß abgemildert
werden.
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In
erster Hinsicht wird nun durch die vorliegende Erfindung, wie im
Anspruch 1 gekennzeichnet, ein Baumaterial geschaffen, das zur Verwendung
als Verschleißschicht
oder in einer Verschleißschicht
dient, welche ein Agglomerat aus Granulat eines thermoplastischen
Elastomers in Form eines Block-Co-Polymers der Styrol-art aufweist. Geeignete
Beispiele für
letzteres sind ein oder mehrere eines
Styrol-Butadien-Styrol
(SBS)-Blockcopolymers,
Styrol-Isopren-Styrol (SIS)-Blockcopolymers
und
Styrol-Äthylen-Butadien-Styrol
(SEBS)-Blockcopolymers.
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Thermoplastische
Elastomere haben im allgemeinen ein Molekulargewicht im Bereich
von 50.000 bis 500.000. Sie können
herkömmliche
Verbindungen bilden, benötigen
jedoch kein Querverbindungssystem. In den Fällen, in denen beispielsweise
das thermoplastische Elastomer ein SBS-Blockcopolymer ist , nehmen
bei Erwärmung
die Polymerblöcke
eine willkürliche
Verteilung ein, die die Gestaltung und Formgebung ermöglicht. Beim
Abkühlen
bilden die Polystyrolblöcke
angenommenermaßen
Gebiete, die durch Polybutadienbrücken verbunden sind. Dieser
Mechanismus erzeugt ein Gleichgewicht aus Steifigkeit und Elastizität ähnlich der Querverbindung.
Beim Wiedererwärmen
verschwinden die Bereiche und das thermoplastische Elastomer wird wieder
thermoplastisch.
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Beispiele
für thermoplastische
Elastomere, die für
den erfindungsgemäßen Zweck
geeignet sind, werden unter den Marken Calprene, Finaprene und/oder
Europrene Sol, verkauft.
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Das
thermoplastische Elastomer wird normalerweise in einer verbundenen
Form verwendet. Geeignete Verbindungen sind beispielsweise solche,
die einen oder mehrere Füllstoffe,
Prozeßöle, Prozeßhilfsmittel, Antioxidantien
und Pigmente enthalten.
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Das
benutzte thermoplastische Elastomer sollte im allgemeinen eine Erweichungstemperatur
aufweisen, die zu den Umgebungsbedingungen paßt, unter denen das erfindungsgemäße Konstruktionsmaterial
verwendet werden soll.
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Im
allgemeinen enthält
das thermoplastische Elastomer ein weißes oder farbiges Pigment,
um dadurch ein gewünschtes
Erscheinungsbild in dem ausgelegten Verschleißschichten zu erzeugen, obgleich
das Elastomer auch, falls erforderlich, ohne zusätzliches Pigment benutzt werden
kann.
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Das
Granulat des Agglomerats kann irgendeine geeignete Form und Größe aufweisen.
Im allgemeinen wird die Größe und insbesondere
die Form durch die Eigenschaften vorgegeben, die von der Verschleißschicht
erwartet werden, und insbesondere von der Menge an sogenanntem Bindemittel,
das bei der Herstellung des Agglomerats benutzt wird. Somit wird
einerseits im allgemeinen die Verwendung von kugelförmigen oder
sphärisch
gekrümmten
Granulatteilchen gern vermieden, weil derartige Formen keinen guten
Bindekontakt zwischen benachbarten Granulatteilchen ergeben. Wenn
andererseits die Granulatteilchen eine zu große Oberfläche aufweisen, kann dies dazu
führen,
daß eine übermäßige Menge
an Bindemittel erforderlich wird. Vorzugsweise sollen die Granulatteilchen
winklig sein, d. h. sie sollen auf ihrem Umfang wenigstens eine
Kante aufweisen. Insbesondere können
die Granulatteilchen mit mehreren Flächen versehen sein, insbesondere
bis zu acht, insbesondere aber fünf,
sechs oder sieben Flächen
besitzen. Im Hinblick darauf, daß eine zu große Bindemittelmenge
(wo dieses Verwendung findet) erforderlich ist, sollen die Granulatteilchen
vorzugsweise glatte Oberflächen
aufweisen.
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Was
die Größe der Granulatteilchen
anbelangt, so hat sich eine Größe im Bereich
von 0,5 mm bis 10 mm bewährt,
d. h. alle Granulatteilchen gehen durch ein 10 mm Sieb, jedoch werden
alle durch ein 0,5 mm maschiges Sieb zurückgehalten. Eine bevorzugte
Größe liegt
im Bereich von 1 mm bis 4 mm.
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Die
TPE-Granulatteilchen können
unter Verwendung einer Flüssigkeit
oder eines anderen Bindemittels, beispielsweise eines Polyurethanbindemittels,
zu einem Agglomerat geformt werden. Das Bindemittel, entweder Polyurethan
oder ein anderes Material, kann in einer geeigneten Menge Verwendung
finden, die gewöhnlich
ein Gleichgewicht zwischen einerseits der Erreichung einer zufriedenstellenden
Agglomeration zwischen den Granulatteilchen bildet und andererseits
den Wirtschaftlichkeitserwägungen,
was die verwendete Bindemittelmenge anbelangt, Rechnung trägt. Geeignete
Bindemittelmengen insbesondere in den Fällen, in denen ein Polyurethanbindemittel
verwendet wird, liegen im Bereich zwischen 5 und 30 Gewichtsteilen,
d. h. 5 bis 30 Gewichtsteile Bindemittel pro 100 Gewichtsteile Elastomer
(oder zusammengesetztes Elastomer) und insbesondere 10, 15, 20,
25 oder eine andere Menge im Bereich von 10 bis 25 Gewichtsteilen
des Bindemittels.
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Als
Alternative zur Verwendung eines Bindemittels – oder sogar zusätzlich zur
Verwendung eines Bindemittels – läßt sich
das Agglomerat durch Schmelzen der Granulatteilchen bilden, d. h.
durch Schmelzen oder Erweichen ihrer Oberflächen in einem Ausmaß, das ermöglicht,
daß sie
sich verbinden, und zwar, falls erforderlich, unter Einwirkung äußeren Druckes.
In den Fällen,
in denen das Schmelzen benutzt wird, kann dies beispielsweise durch
Verwendung von Infrarotstrahlung, Heißluft, Mikrowellenstrahlung
oder durch Benutzung einer heißen
Platte erfolgen. Wenn eine heiße
Platte Verwendung findet, wird gewöhnlich eine vorgefertigte Verschleißschicht
oder ein anderer Körper
für die
spätere
Bahn geschaffen. Bei Verwendung einer heißen Platte lassen sich vorgefertigte
Körper
schaffen, die entweder eine glatte, undurchlässige Oberfläche oder
eine texturierte Oberfläche
mit beispielsweise geeigneten Drainagekanälen oder anderen dreidimensionalen
Konfigurationen aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung bietet, wie im Anspruch 6 gekennzeichnet,
eine Zusammensetzung, die sich für
die Schaffung des Baumaterials von Anspruch 1 eignet und folgende
Teile aufweist:
- a) eine erste Komponente, die
das granulierte, thermoplastische Elastomer enthält; und
- b) eine zweite Komponente, die ein Bindemittel für die Granulatteilchen
enthält.
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Die
Granulatteilchen aus dem thermoplastischen Elastomer lassen sich
mit dem Bindemittel mischen, um die erfindungsgemäße gemischte
Zusammensetzung mit herkömmlichen
Mitteln zu erzeugen, wie sie zum Mischen der Granulatteilchen aus
EPDM mit dem Bindemittel verwendet werden. Das sich ergebende gemischte
Produkt kann als Verschleißschicht
mit herkömmlichen
Mitteln abgelegt werden, so beispielsweise mit Hilfe eines Naßgießverfahrens
und, falls geeignet, Oberflächenverdichtung.
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Die
Vorteile der erfindungsgemäßen Baumaterialien
(wenigstens in ihren bevorzugten Ausführungsformen) lassen sich im
Vergleich mit den EPDM-Materialien wie folgt angeben:
- 1. Sie entsprechen vollständig
der BS 5696 (siehe Tabelle unten),
- 2. Leuchtende Farben lassen sich ohne zusätzliche Kosten erhalten,
- 3. Verbesserte Effizienz bei der Verwendung (siehe Tabellen
unten),
- 4. Widerstand gegen hohe Konzentration von UV-Licht und Ozon
(siehe Tabellen),
- 5. Verwendung eines vorgegebenen Polymers,
- 6. Der im Granulierungsverfahren erzeugte Staub läßt sich
zur eigenen Farbbildung recyceln,
- 7. Die ausschließlich
thermoplastisches Elastomer verwendenden Bauteile sind recycelbar.
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Beispiele
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der verschiedenen Erfindungsmerkmale sind in den folgenden Beispielen
dargestellt.
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Beispiel 1
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Dieses
Beispiel beschreibt die Herstellung eines blauen pigmentierten TPE-Granulats gemäß der Erfindung,
wobei TPE ein Styrol-Butadien-Styrol (SBS) Blockcopolymer ist.
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Eine
Bahn aus zusammengesetzten, pigmentierten Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer, das unter
der Marke TPR 99 (aus Manchester-Gummi) verkauft wird, wurde mit
Hilfe einer Alpine-Hochgeschwindigkeits-Maschine zu einem Granulatprodukt
granuliert.
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Das
Granulatprodukt wurde dann in einen Zyklon gefördert, um Staub zu entfernen
und ein Produkt zu erhalten, das im wesentlichen zu 100 % aus eckigen
Granulatteilchen bestand (wie hier definiert). Die Größe der Granulatteilchen
ist im Vergleich mit einem typischen EPDM-Produkt im folgenden angegeben:
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Beispiel 2
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Dieses
Beispiel beschreibt die Herstellung einer thermoplastischen Zusammensetzung
für eine
Lage als Verschleißschicht.
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Das
pigmentierte Granulatmaterial, das als Produkt des Beispiels 1 erhalten
wird, wurde mit einem flüssigen
Polyurethanbindemittel vermischt, das von Stockmeier unter der Marke
STOBIELAST S133 verkauft wird. Das Polyurethanbindemittel wurde
in einer Menge von 15 Teilen pro 100 Teile Granulatmaterial (Gewichtsteile)
verwendet. Die Mischung wurde in einen Crete-Winkelschalenmischer
ausgetragen.
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Das
sich ergebende Produkt war ein leicht bearbeitetes, gleichmäßig beschichtetes
Gemisch aus Gummi und Bindemittel.
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Vergleichsbeispiel
A
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Zu
Vergleichszwecken wurde Beispiel 1 wiederholt, jedoch wurde anstelle
des Styrol-Butadien-Styrol-Blockpolymers ein EPDM-Material derart
benutzt, wie es zur Herstellung herkömmlicher Verschleißschichten
Verwendung findet. Das sich ergebende Erzeugnis hatte ebenfalls
eine Teilchengröße, die
dadurch gekennzeichnet war, daß alle
Teilchen durch ein 4 mm-Maschensieb und ein kleiner Anteil durch
ein 1 mm-Maschensieb hindurchgingen.
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Vergleichsbeispiel
B
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Zu
Vergleichszwecken wurde Beispiel 2 wiederholt, jedoch anstelle der
Verwendung des Produktes von Beispiel 1 wurde das Produkt des Vergleichsbeispiels
A benutzt, und das Polyurethan-Bindemittel wurde in einer Menge
von 17,5 Teilen pro 100 Teilen EPDM (Gewichtsteile) eingesetzt.
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Beispiel 3
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Dieses
Beispiel beschreibt die Verwendung des gemischten Produkts von Beispiel
2 als Verschleißschicht.
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In
eine flache Form von 7 cm Tiefe und einer Seitenabmessung von 1
m × 1
m wurde eine Trag- oder Massenschicht von 5 cm Tiefe aus einem Tragmaterial
ausgebreitet, bestehend aus folgender Mischung:
- a)
Gummigranulatteilchen der Größe im Bereich
von 2 mm bis 6 mm und
- b) einem flüssigen
Polyurethan-Bindemittel in einer Menge von 8 Teilen pro 100 Teile
(Gewichtsteile) Gummi. Das Gummigranulat wurde durch Granulierung
von Lastwagenreifenschnitzeln aus Gummi erhalten.
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24
Stunden nach dem Legen der Tragschicht wurde auf ihrer Oberfläche eine
2 cm dicke Verschleißschicht
aus dem Mischprodukt des obigen Beispiels 2 ausgebreitet, und die
Tragschicht wurde durch Druckeinwirkung mit Hilfe einer geradkantigen
Kelle verdichtet.
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Vergleichsbeispiel
C
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Das
Beispiel 3 wurde wiederholt, jedoch wurde anstelle des Mischprodukts
von Beispiel 2 das Mischprodukt des Vergleichsbeispiels B benutzt.
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Die
Produkte von Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel C wurden gemäß BS 7188:1989
getestet (Testmethoden für
stoßabsorbierende
Spielplatzoberflächen),
und der Leichtentzündungstest
entsprechend BS 4790:1987 wurde durchgeführt. Die Anforderungen der
BS5696:1986 werden in einer getrennten Spalte gezeigt.
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Die
erhaltenen Ergebnisse sind unten dargestellt. Man erkennt, daß in fast
jedem Test das Produkt auf der Basis TPE erheblich besser war als
dasjenige auf der Basis EPDM. Test
betreffend die Stoßabsorptions-Spielplatz-Sicherheitsoberflächen gemäß BS 7188:1989
BS 7188:1989
Testmethoden für
Stoßabsorbierende
Spielplatzoberflächen
BS
5696:1986 Spielplatzausstattung für dauerhafte Installationen
im Freien
BS 4790:1987 Verfahren zur Bestimmung der Auswirkungen
einer kleinen Entzündungsquelle
auf textile Bodenbeläge
(Heißmetallmutterverfahren)
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Beispiel 4
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Beispiel
2 wurde wiederholt, jedoch unter Verwendung von 20 Teilen (anstelle
von 15 Teilen) von Polyurethan-Bindemitteln pro 100 Teile des Granulatmaterials
(Gewichtsteile).
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Vergleichsbeispiel
D
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Das
Vergleichsbeispiel B wurde wiederholt, jedoch unter Verwendung von
20 Teilen (anstelle von 15 Teilen) von Polyurethan-Bindemitteln
pro 100 Teile des Granulatmaterials (Gewichtsteile).
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Beispiel 5
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Dieses
Beispiel beschreibt die Verwendung des gemischten Produkts von Beispiel
4 als Verschleißschicht
einer stoßabsorbierenden
Struktur.
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In
einer flachen Form von 2 cm Tiefe und seitlichen Abmessungen von
0,1 m × 0,1
m wurde eine 2 cm Verschleißschicht
des oben erwähnten
Mischprodukts von Beispiel 2 ausgebreitet und die Verschleißschicht durch
Druckeinwirkung mit Hilfe einer geradkantigen Kelle verdichtet.
Es wurde keine Massenschicht (Tragschicht) verwendet.
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Vergleichsbeispiel
E
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Beispiel
5 wurde wiederholt, jedoch unter Verwendung des Mischprodukts von
Vergleichsbeispiel D anstelle des Mischprodukts von Beispiel 2.
Das Polyurethan-Bindemittel
wurde in einer Menge von 20 Teilen pro 100 Teile EPDM (Gewichtsteile)
benutzt.
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Beschleunigte
Aussetzung der Atmosphäre
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Die
Produkte des Beispiels 5 und des Vergleichsbeispiels E wurden einem
beschleunigten Alterungstest auf einem "EMMAQUA Fresnel Reflektionskonzentrator" unterworfen, und
zwar in den DSET Labors, Phönix,
Arizona, USA. Die erhaltenen Ergebnisse sind folgende, wobei die
Bezeichnung "TPE" das Produkt von Beispiel
4 und "EPDM" das Produkt des
Vergleichsbeispiels D bezeichnen.
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NB
Die Einwirkungsaussetzung in diesem Test war äquivalent zu der 36monatigen
Einwirkungsaussetzung unter typischen Wetterbedingungen in England.
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Die
erfindungsgemäßen Baumaterialien
lassen sich in vielfältiger
Weise in Gebäuden
und außerhalb derselben
verwenden. So können
sie beispielsweise an dem Ort, an dem sie benutzt werden, durch
beispielsweise ein Naßgießverfahren
abgelegt werden, oder sie können
beispielsweise zu Ziegeln, Blöcken,
Platten oder anderen Bauelementen für den nachfolgenden Einbau
vorgeformt werden.
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Bevorzugte
zusammengesetzte thermoplastische Elastomermaterialien, die für die Herstellung
der erfindungsgemäßen Granulatmaterialien
benutzt werden, haben eine oder mehrere der folgenden physikalischen
Eigenschaften (gemessen gemäß BS 903):
| Zugfestigkeit
(MPa>) – größer als
2,0 beispielsweise | 5,5 |
| Bruchdehnung
(%) – größer als
200, beispielsweise | 785,0 |
| Härte IRHD – im Bereich
30 – 90,
beispielsweise | 76,0 |
| Reißwiderstand
kN/m – etwa | 10,0 |
| Abriebverlust
mm2 (DIN 53516) – weniger als 450, beispielsweise | 360,0 |
| Alterung
168 h bei 70° (Wechsel)
% | |
| Härte | 0 |
| Zugfestigkeit | 0 |
| Bruchdehnung | 0 |
| Spezifisches
Gewicht g/m3 | etwa
1,25 |
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Bei
dem bevorzugten Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Baumaterials
sind ein oder mehrere der folgenden Merkmale verwirklicht:
- a) Die Granulatteilchen haben glatte Oberflächen.
- b) Die Granulatteilchen sind im wesentlichen staubfrei.
- c) Alle Granulatteilchen haben eine Größe im Bereich von 0,5 bis 10
mm.
- d) Im wesentlichen alle Granulatteilchen haben eine Größe von 1
bis 4 mm.
- e) Das Baumaterial enthält
ein Pigment.
- f) Jegliches, im wesentlichen vorhandenes Bindemittel füllt die
Zwischenräume
zwischen den Granulatteilchen.
- g) Die Granulatteilchen sind dadurch, daß sie miteinander verschmolzen
sind, agglomeriert.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zusammensetzung,
die für
die Herstellung des Baumaterials geeignet ist, ist das Bindemittel
Polyurethan.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verschleißschichten
sind eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften anzutreffen:
- a) Die Dicke liegt im Bereich 1 bis 10 cm,
insbesondere 2 cm.
- b) Das Baumaterial ist nach dem Ablegen verdichtet worden.
- c) Die Verschleißschicht
ist direkt auf den Erdboden aufgelegt worden.
- d) Die Baumaterialschicht wird von einer darunterliegenden Massenschicht
getragen.
- e) Die zuletzt genannte Massenschicht besteht aus einem Gummi
in Granulatform; beispielsweise sind die Gummigranulatteilchen durch
ein Bindemittel agglomeriert worden.
- f) Die genannte Massenschicht hat eine Dicke von bis zu 10 cm,
insbesondere von 2 bis 6 cm.
BS 7188:1989 Testmethoden für Stoßabsorbierende Spielplatzoberflächen
