WO2009127448A1 - Verfahren zum verkleben von granulaten - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Verkleben einer Schicht aus Granulaten, wobei eine Schüttung aus mineralischen Granulaten mit einer Korngröße von 1 bis 75 mm hergestellt wird, diesegegebenenfalls verdichtet und geformt wird, und die Granulatteilchen danach mit einem Schmelzklebstoff verklebt werden, wobei der Schmelzklebstoff eine Viskosität von 200 mPas bis 10000 mPas oberhalb von 130°C aufweist. Der aufgeschmolzene Klebstoff wird bei einer Temperatur von 150 bis 230°C durch Gießen, Sprühen, Tränken aufgebracht, danach verfließt er auch in tieferliegende Schichten.

Description

„Verfahren zum Verkleben von Granulaten"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um Schichten aus mineralischen Granulaten mit Schmelzklebstoffen durch Verkleben zu befestigen.

Straßenbeläge aus Asphalt sind bekannt. Dabei handelt es sich um verfestigte Schichten aus Granulaten, die mit thermoplastischem Bitumen gebunden werden. Diese Beläge haben den Nachteil, dass bei erhöhter Umgebungstemperatur unter mechanischer Belastung häufig eine Verformung auftritt. Sie werden durch Mischen von Granulaten mit aufgeheizten flüssigen Bitumen hergestellt.

In der WO 2006/099819 wird ein Bodenbelag als Fahrbahndecke beschrieben, der aus Glaspartikeln zusammen mit einem reaktiven 1 K- oder 2K-Klebstoff auf Basis von Polyurethan-Klebstoffen oder Epoxidklebstoffen besteht. Die Bestandteile werden gemischt und danach aufgetragen und bearbeitet.

In der WO 2005/075741 wird ein wasserdurchlässiger Bodenbelag beschrieben, der aus bestimmten partikelförmigen Rohstoffen besteht, die mit organischen Klebstoffen verfestigt werden. Als Klebstoffe sind reaktive Polyurethane oder Epoxidharze beschrieben. Es wird ein verformbares Gemisch aus Klebstoff und Schotter eingebracht. Es wird beschrieben, dass man im Fall des Aufbringens einer Oberschicht zusätzlich noch eine Klebstoffschicht aufsprühen kann. Die Klebstoffe werden nicht weiter spezifiziert.

In der WO 96/26821 wird ein Verfahren zum Auftragen eines vernetzenden 2-Komponenten-Klebstoffs beschrieben, wobei zwei Komponenten gemischt und unter Druck als Strahl unter vermeiden von Sprühnebeln auf eine Schotteroberfläche aufgetragen werden. Weiterhin wird eine geeignete Vorrichtung für das Mischen und Austragen des Klebstoffs beschrieben.

Die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren haben den Nachteil, dass bei 2-Komponenenten-Klebstoffen sichergestellt sein muss, dass ein ausreichendes Mischungsverhältnis eingehalten wird. Anderenfalls bleiben diese Materialien dauerhaft klebrig und bilden keine stabile Verklebung. Werden reaktive einkomponenten Systeme eingesetzt, ist sicherzustellen, dass diese eine ausreichende Benetzung der Teilchen sicherstellen. Ist die Viskosität zu niedrig, werden die oberen Schichten nicht ausreichend verklebt und in den unteren Schichten reichert sich der Klebstoff an und es entsteht eine dichte wasserundurchlässige Schicht. Das führt zu einem Problem, wenn solche Schichten Niederschlagswasser abführen sollen. Wird eine Sprühdüse zum Auftragen des Klebstoffs eingesetzt, kühlen die Tropfen schnell ab und ein Fließen des Klebstoffs ist nicht mehr möglich.

Wird als thermoplastisches Material Bitumen eingesetzt ist festzustellen, dass dieses häufig so hoch viskos ist, dass eine Durchmischung schwierig ist. Weiterhin sind Bitumen und andere Teer- und Ölhaltige Produkte nachteilig unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes. Es kann in vielen Fällen nicht sichergestellt werden, dass aus diesen klebrigen Materialien niedermolekulare Bestandteile in den Boden ausgewaschen werden, die dort umwelttoxische Eigenschaften aufweisen.

Ausgehend von den bekannten Klebstoffen und Applikationsverfahren ergibt sich die Aufgabe, ein Verfahren zum Befestigen eines Belags aus mineralischen Granulaten zur Verfügung zu stellen, wobei eine nachträgliche Verfestigung der Granulatschicht ermöglicht werden soll. Weiterhin sollen keine aufwendigen Mischapperaturen notwendig sein, um eine sichere Applikation zu gewährleisten. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren bereitzustellen, mit dem auch nachträglich Reparaturen von bereits verklebten Schichten möglich ist.

Die Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Befestigen einer Schicht aus Granulaten, wobei eine Schüttung von mineralischen Granulaten mit einer Korngröße von 1 bis 75 mm hergestellt wird, diese ggf. verdichtet und geformt wird, und die Granulatteilchen mit einem thermoplastischen Schmelzklebstoff verklebt werden, wobei der Schmelzklebstoff eine Viskosität von 200 mPas bis 10.000 mPas bei 130⁰C aufweisen soll und der aufgeschmolzene Klebstoff bei einer Temperatur von 150 bis 230⁰C durch gießen, sprühen oder tränken aufgebracht wird.

Das Verfahren kann auf schichten aus bekannten Granulaten aus mineralischen Materialien angewendet werden. Diese Granulate bestehen aus den grobkörnigen Mineralien, beispielsweise Stein, Kies, Grobsand, Splitt, oder Schotter. Die Korngrößenverteilung der Granulate soll von 1 bis 75 mm liegen, insbesondere zwischen 2 bis 60 mm. Beispiele für übliche kommerziell erhältliche Korngrößen der Granulate sind zwischen 8 bis 11 mm, 16 bis 32 mm oder 33 bis 56 mm. Es ist vorteilhaft, mehrere unterschiedliche Korngrößenverteilungen gemeinsam einzusetzen. Die Korngrößenverteilung definiert sich nach DIN 66145, bei einem Parameter von mindestens 9 und unter Vernachlässigung von je 1 % Über- und Unterkorn.

Als Granulate können handelsübliche Mischungen eingesetzt werden, insbesondere Kies, SpNt oder Schotter. Es ist jedoch auch möglich eine farbliche Auswahl zu treffen, so dass eine besondere farbliche Gestaltung der Oberfläche möglich ist, beispielsweise aus Keramik oder farbigen Steinmaterialien. Für bestimmte Anwendungszwecke ist es auch möglich, untergeordnete Anteile von harten duroplastischen Kunststoffgranulaten zuzusetzen. Das geeignete mineralische Granulat soll bevorzugt verschiedene Korngrößen umfassen. Durch die Auswahl der Granulate ist es möglich, das Hohlraumvolumen in dem Belag zu beeinflussen. So ergeben hohe Korngrößen, beispielsweise Korngrößen zwischen 30 bis 50 mm, einen hohen Anteil von Hohlräumen. Feine Korngrößen, beispielsweise zwischen 5 bis 18 mm, ergeben ein geringeres Hohlraumvolumen. Solche Granulate sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise können Schotterschichten, wie im Straßenbau oder im Gleisbau üblich, erfindungsgemäß eingesetzt werden.

Es ist zweckmäßig, wenn das Hohlraumvolumen der verklebten Belagschicht zwischen 10 bis 60 Volumen-% beträgt, d.h. die fertige Schicht soll eine Vielzahl von Hohlräumen aufweisen. Insbesondere kann der Anteil 15 bis 45 % betragen. Das Hohlraumvolumen kann als Stauvolumen gemessen werden, worunter das Volumen der Wasseraufnahme eines Körpers verstanden wird, dass dieser in seinen Hohlräumen aufnehmen kann. Bevorzugt ist es möglich das Granulat so zu verkleben, dass die Hohlräume miteinander verbunden sind und eine Wasserdurchlässigkeit durch die Schicht in dem Untergrund möglich ist.

Als Klebstoff für das erfindungsgemäße Verfahren sind thermoplastischen Schmelzklebstoffe geeignet, die eine hohe Erweichungstemperatur aufweisen (Ring-Ball-Methode, gemessen nach DIN 52011 ). Es handelt sich dabei um bei Raumtemperatur feste, nicht reaktive, lösemittelfreie Klebstoffe, die bei erhöhten Temperaturen aufschmelzen, in der Wärme appliziert werden und beim Abkühlen eine feste Verklebung ergeben. Solche Schmelzklebstoffe enthalten ein oder mehrere thermoplastische Basispolymere sowie Harze, Weichmacher und ggf. andere Additive und Zusatzstoffe. In einem erfindungsgemäß geeigneten Schmelzklebstoff können die bekannten thermoplastischen Basispolymere eingesetzt werden, wie Polyolefine, Ethylenvinylacetatcopolymere, Polyamide, Polyester, Polyurethane, Polyacrylate oder Styrolcopolymere oder -block- copolymere. Solche Polymere sind dem Fachmann im Prinzip bekannt. Über die Auswahl der Monomeren und das Molekulargewicht ist die Erweichungstemperatur zu beeinflussen.

Beispiele für geeignete Basispolymere sind durch radikalische oder koordinative Polymerisation erhältliche Homo- oder Copolymere auf Basis von Ethylen und/oder Propylen sowie ggf. weiteren copolymerisierbaren Monomeren. Bei den Monomeren, die zusätzlich zu Ethylen und/oder Propylen eingesetzt werden können, handelt es sich um die bekannten mit Ethylen/Propylen copolymerisierbaren olefinisch ungesättigte Monomere. Insbesondere handelt es sich um lineare oder verzweigte C₄ bis C₂o-oc-Olefine, wie Buten, Hexen, Methylpenten, Octen; cyclisch ungesättigte Verbindungen, wie Norbornen oder Norbornadien; symmetrisch oder unsymmetrisch substituierte Ethylen-Derivate, wobei als Substituenten Ci bis Ci₂-Al kylreste geeignet sind. Es kann sich dabei um Homopolymere oder Copolymere handeln, die auch weitere copolymerisierbare Monomere enthalten können. Es sollen unter Homo/Copolymere auch Polymere aus mehr als zwei Monomeren verstanden werden. Dabei soll bevorzugt die Menge der Comonomere unterhalb 30 % betragen. Eine Ausführungsform der Erfindung verwendet Copolymere auf Basis von Ethylen mit C₄ bis C₂o-oc-Olefinen. Eine andere Ausführungsform verwendet Polymere aus Propylen mit C₄ bis C₂o-oc-Olefinen. Ebenso sind Copolymere auf Basis Ethylen und/oder Propylen geeignet. Diese können auch durch Katalyse mit Metallocen-Verbindungen hergestellt werden. Solche Bindemittel sind häufig amorphe ataktische Polyolefine ( APAO ).

Die so erhaltenen (Co)polymere weisen ein Molekulargewicht von 1000 bis zu 200000 g/mol auf, insbesondere von 1500 bis zu 50000 g/mol, besonders bevorzugt bis zu 30000 g/mol (zahlenmittleres Molekulargewicht (M_N), durch Gelpermeationschromatographie bestimmbar). Insbesondere sind solche Polymere geeignet, die bei 150 bis 180 ⁰C eine niedrige Viskosität aufweisen. Solche Polyolefine sind dem Fachmann bekannt und können von verschiedenen Herstellern kommerziell erhalten werden. Weiterhin sind Ethylenvinylacetat (EVA-) Copolymere geeignet. Es handelt sich dabei um Copolymere auf Basis von Vinylacetat und Ethylen, die ggf. noch weitere einpolymerisierbare Monomere enthalten können. Diese sollen kristallin oder teilkristallin sein und einen Erweichungspunkt oberhalb von 90⁰C aufweisen. Dabei soll der Gehalt an Vinylacetat von 10 bis 50 Gew.-% liegen, bevorzugt zwischen 15 und 40 Gew.-%, insbesondere 18 bis etwa 30 Gew.-%.

Zusätzlich können weitere Monomere in den EVA-Polymer einpolymerisiert enthalten sein, wie beispielsweise C₃ bis Ci₀ ungesättigte Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure; α-ß-ungesättigte C₄ bis C-io -Alkylendicarbonsäuren, wie Maleinsäure, Fumarsäure oder Itaconsäure. Weitere Monomere, die in dem EVA einpolymerisiert sein können, sind beispielsweise

Ci bis C-_I5 Alkylvinylester, Ci bis Ci₅ Alkyl(meth)acrylat, Ci bis Ci₅ Alkylester von Dicarbonsäuren, beispielsweise wie Alkylfumerat, Methyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrlyat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat; Ci bis C₆ Hydroxyalkyl(meth)- acrylat, wie Hydroxyethyl- oder Hydroxypropyl(meth)acrylat; Acrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid, N-methylol-Acrylamid. Solche Monomere können in Mengen von 0,2 bis 10 Gew.-%, insbesondere bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Polymer in dem EVA-Copolymeren enthalten sein. Durch die Auswahl der Monomeren können wichtige funktionelle Parameter wie Glasübergangstemperatur (T_G), Schmelzpunkt oder Erweichungspunkt beeinflusst werden. Das Molekulargewicht (M_N) solcher EVA-Copolymere beträgt üblicherweise zwischen 3000 bis 200000 g/mol, insbesondere bis zu 100000g/mol.

Solche EVA-Polymere, Verfahren zu ihrer Herstellung und geeignete Comonomere sind dem Fachmann bekannt. Er kann sie nach anwendungstechnischen Eigenschaften, z.B. der Schmelztemperatur, Schmelzviskosität, Erweichungspunkt oder Haftungseigenschaften, auswählen. Es können beispielsweise auch elastische thermoplastische Block-Copolymere eingesetzt werden. Unter solchen elastischen Polymeren sind insbesondere Styrol-Block-Copolymere zu verstehen, die elastische oder Kautschuk-elastische Eigenschaften aufweisen können. Es kann sich dabei um 2 Block- oder 3 Block- Copolymere handeln, die mindestens einen Styrol-Block aufweisen. Beispiele dafür sind SBR, SAN, Styrol-Isopren-Copolymere (SIS), Styrol-Ethylen/Buthylen- Copolymere (SEBS), Styrol-Ethylen/Propylen-Copolymere (SEPS), Styrol-Isopren- Butylen-Copolymere (SIBS), Strylol-Butadien-Copolymere (SBS), hydrierte Styrol- Butylen-Butadien-Copolymere (SBBS). Solche Block-Copolymere sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich. Über die Länge der Styrol-Blöcke können die Eigenschaften des Block-Copolymeren beeinflusst werden. Solche Polymere können insbesondere auch als Gemische eingesetzt werden. Diese Produkte sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich. Als Schmelzklebstoff geeignet sind beispielsweise auch thermoplastische Polyester, wie sie durch Umsetzung von Dicarbonsäuren mit entsprechenden polyfunktionellen Alkoholen, insbesondere difunktionellen Alkoholen, beispielsweise difunktionellen Polyethern, wie Polyethylenoxid, erhältlich sind. Solche Polyester sind beispielsweise in der EP-A 028687 beschrieben. Es handelt sich dabei um Umsetzungsprodukte aus aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Dicarbonsäuren, die mit aliphatischen, cyclischen oder aromatischen Polyolen umgesetzt werden können. Durch Auswahl der Carbonsäuren und der Polyole können kristalline oder teilkristalline Polyester erhalten werden. Üblicherweise werden Dicarbonsäuren und Diole miteinander zur Reaktion gebracht. Es ist jedoch auch möglich, dass anteilsweise geringe Mengen an Tricarbonsäuren oder Triolen eingesetzt werden. Die entstehenden Polyester sollen nicht vernetzt sein und aufschmelzbar, bevorzugt sind lineare Polyester. Das Molekulargewicht geeigneter Polyester soll zwischen 1500 bis 30000 g/mol betragen, insbesondere zwischen 3000 bis 20000 g/mol.

Weitere geeignete Schmelzklebstoffe können beispielsweise auf thermoplastischen Polyamid-Basispolymeren beruhen. Geeignete Polyamide sind beispielsweise in der EP-A 749 463 beschrieben. Es handelt sich dabei um Polyamidschmelzklebstoffe auf Basis von Dicarbonsäuren und Polyetherdiaminen. Ebenfalls geeignete Schmelzklebstoffe sind in der EP-A 204 315 beschrieben. Es handelt sich dabei um Polyesteramide, die auf Basis von Polymerfettsäuren und Polyaminen hergestellt werden. Es können auch Blockcopolymere eingesetzt werden aus Polyamiden und Polyethern, die erhalten werden durch die Umsetzung von im wesentlichen linear aufgebauten, mit Carbonsäurefunktionen und/oder Amingruppen terminierten Polyamiden auf Basis von dimerisierten Fettsäuren sowie aliphatischen bzw. cycloaliphatischen Diaminen mit im wesentlichen linearen aliphatischen Polyethern und/oder deren Aminen.

Dimer- bzw. Polymerfettsäuren sind solche Fettsäuren, die in bekannter Weise durch Dimerisierung von aus natürlichen Rohstoffen gewonnen ungesättigten, langkettigen Fettsäuren hergestellt werden, ggf. noch hydriert werden, und anschließend durch Destillation weitergereinigt werden. Zusätzlich zu den Dimerbzw. Polymerfettsäuren kann die Säurekomponente des Polyamids noch C₄ bis C-ι₄-Dicarbonsäuren enthalten, Beispiele derartiger Dicarbonsäuren sind Maleinsäure, Succinsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dodecandisäure, Glutarsäure, Korksäure, Pimelinsäure oder auch aromatische Dicarbonsäuren wie zum Beispiel Terephthalsäure oder Mischungen.

Die Diamin-Komponente besteht im wesentlichen aus einem oder mehreren aliphatischen Diaminen, vorzugsweise mit einer geraden Anzahl an Kohlenstoffatomen, wobei die Aminogruppen an den Enden der Kohlenstoffketten sind. Die aliphatischen Diamine können 2 bis zu 20 Kohlenstoffatome enthalten, wobei die aliphatische Kette linear oder leicht verzweigt sein kann. Die Amino- Komponente kann weiterhin cyclische Diamine oder heterocyclische Diamine enthalten wie zum Beispiel 1 ,4-Cyclohexandiamin, 4,4'-Diamino-dicyclohexyl- methan, Piperazin, Cyclohexan-bis-(methylamin), Isophorondiamin, Dimethyl- piperazin, Dipiperidylpropan, Dimer-Diamine (Amine hergestellt aus Dimerfett- säuren). Beispielsweise können als Schmelzklebstoff auch Nylontypen eingesetzt, beispielsweise Nylon-6,6, Nylon-6,9 oder Nylon-6,12.

Der erfindungsgemäß geeignete Schmelzklebstoff muss mindestens ein Basis- polymer enthalten, es ist möglich, auch Gemische von Polymeren einzusetzen. Da die Polymere wesentlich die Eigenschaften des Schmelzklebstoffs beeinflussen, soll der Schmelzpunkt der Basispolymere und ihrer Gemische von 80 bis 200°C liegen, insbesondere oberhalb von 100°C und unterhalb von 160°C. Zusätzlich kann der Schmelzklebstoff weitere Bestandteile enthalten.

Ein geeigneter Schmelzklebstoff enthält mindestens ein Harz. Das Harz bewirkt eine zusätzliche Klebrigkeit und verbessert die Verträglichkeit der Schmelzklebstoff-Komponenten. Es handelt sich dabei insbesondere um Harze, die einen Erweichungspunkt von 70 bis 140⁰C (Ring-Ball-Methode, DIN 52011 ) besitzen. Es sind dieses beispielsweise aromatische, aliphatische oder cyclo- aliphatische Kohlenwasserstoff-Harze, sowie modifizierte oder hydrierte Versionen davon. Weitere geeignete Harze sind Hydroabietylalkohol und seine Ester vorzugsweise modifizierte Naturharze, wie Harzsäuren aus Balsamharz, Tallharz oder Wurzelharz, Terpen-Harze, insbesondere Copolymere des Terpens, sowie hydrierte Derivate davon; Acrylsäure-Copolymerisate und Umsetzungsprodukte auf Basis funktioneller Kohlenwasserstoffharze.

Das Harz besitzt ein niedriges Molekulargewicht von unterhalb 2000 g/mol, insbesondere unterhalb von 1500 g/mol. Es kann chemisch inert sein oder sie kann ggf. noch funktionelle Gruppen enthalten, wie beispielsweise OH-Gruppen, Carboxylgruppen oder Doppelbindungen. Die Menge des Harzes soll zwischen 0 bis 40 Gew.-% bezogen auf den Schmelzklebstoff betragen, insbesondere 5 bis 30 Gew.-%.

Als weitere Bestandteile sind in dem erfindungsgemäßen Schmelzhaftklebstoff Additive oder Zusatzstoffe enthalten, die bestimmte Eigenschaften des Klebstoffs beeinflussen können, wie z. B. Kohäsionsfestigkeit, Viskosität, Erweichungspunkt oder Verarbeitungsviskosität. Darunter sind beispielsweise Weichmacher, Stabilisatoren, Wachse, Haftvermittler, Antioxidantien oder ähnliche Zusatzstoffe zu verstehen. Die Menge soll bis zu 30 Gew. % betragen. Es können auch mehrere Additive als Gemisch eingesetzt werden. Weiterhin können Füllstoffe zur Festigkeitserhöhung eingesetzt werden.

Weichmacher werden vorzugsweise zum Einstellen der Viskosität oder der Flexibilität verwendet und sind im allgemeinen in einer Konzentration von 0 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise von 0 bis 10 Gew.-% enthalten. Geeignete Weichmacher sind beispielsweise medizinische Weißöle, naphtenische Mineralöle, Polypropylen-, Polybuten-, Polyisopren-Oligomere, hydrierte Polyisopren- und/oder Polybutadien-Oligomere, Benzoatester, Phthalate, paraffinischen Kohlenwasserstofföle oder Polypropylenglykol und Polybutylenglykol. Gegebenenfalls können dem Schmelzklebstoff Wachse in Mengen von 0 bis 30 Gew.-% zugegeben werden. Die Menge ist dabei so bemessen, dass einerseits die Viskosität auf den gewünschten Bereich abgesenkt wird, andererseits aber die Adhäsion nicht negativ beeinflusst wird. Das Wachs kann natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. Als natürliche Wachse können pflanzliche Wachse, tierische Wachse, Mineralwachse oder petrochemische Wachse eingesetzt werden. Als chemisch modifizierte Wachse können Hartwachse wie Montanesterwachse, Sarsolwachse usw. eingesetzt werden. Als synthetische Wachse finden Polyalkylenwachse sowie Polyethylenglykolwachse Verwendung. Vorzugsweise werden petrochemische Wachse wie Petrolatum, Mikrowachse sowie synthetische Wachse, insbesondere Polyethylenwachse, Polypropylenwachse, ggf. PE oder PP-Copolymere, Fischer-Tropsch-Harze, Paraffinwachse oder mikrokristalline Wachse eingesetzt.

Eine weitere Gruppe von Additiven sind Stabilisatoren oder Lichtschutzmittel. Sie haben die Aufgabe, die Polymere während der Verarbeitung vor Zersetzung zu schützen. Hier sind insbesondere die Antioxidantien zu nennen. Sie werden übl icherweise in Mengen bis zu 3 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen von etwa 0,1 bis 1 ,0 Gew.-% dem Schmelzhaftklebstoff beigefügt.

Ggf. können dem Klebstoff auch Füllstoffe in Mengen bis zu 25 Gew.-% zugesetzt werden, beispielsweise feingemahlene anorganische Verbindungen wie Kreide, beschichtete Kreide, Kalkmehl, Calcium-Magnesium-Carbonate, Aluminiumoxide und -hydroxide, gefällte Kieselsäure, Zeolithe, Bentonite, Glas, Hohlkugeln oder gemahlene Mineralien. Diese sollen als Pulver vorliegen, d.h. eine Korngröße zwischen 1 bis 200 μm aufweisen, insbesondere zwischen 3 bis 50 μm. Diese werden in dem Klebstoff homogen dispergiert. Über Auswahl und Menge kann die Festigkeit des Klebstoffs beeinflusst werden und sein Viskositätsverhalten.

Solche Additive sind dem Fachmann im Prinzip bekannt. Er kann eine Auswahl nach den erwünschten Eigenschaften des Schmelzklebstoffs treffen. Beispielsweise kann ein geeigneter Schmelzklebstoff bestehen aus 25 bis 75 Gew.-% mindestens eines Basispolymeren, 10 bis 50 Gew.-% mindestens eines klebrigmachenden Harzes, 0 bis 20 Gew.-% mindestens eines Wachses und/oder Weichmachers, 0 bis 25 Gew.-% weiterer Additive, wie Pigmente, Stabilisatoren oder Haftvermittler, wobei die Summe 100 % ergeben soll. Insbesondere geeignet für diese nicht reaktiven Schmelzklebstoffe sind Basispolymere ausgewählt aus Ethylenvinylacetat, Polyolefinen und/oder Polyestern. Die eingesetzten Bestandteile des Schmelzklebstoffs sollen bevorzugt so gewählt werden, dass diese nicht wasserlöslich sind und nicht mit Wasser auswaschbar. Insbesondere sollen keine umweltgefährdenden auswaschbaren Substanzen in einem geeigneten Schmelzklebstoff enthalten sein.

Um eine gute Benetzung der Granulate sicherzustellen, ist es notwendig, dass der Schmelzklebstoff eine Viskosität von 200 bis 10000 mPas bei Applikationstemperatur aufweist (gemessen nach EN ISO 2555, Brookfield RVT), bevorzugt zwischen 400 und 5000 mPas, insbesondere bis zu 3000 mPas. Die Applikationstemperatur soll mindestens 130⁰C betragen, bevorzugt im Bereich von 150 bis 220⁰C liegen.

Die Viskosität unter Applikationsbedingungen muss so gewählt werden, dass ein ausreichendes Eindringen des Schmelzklebstoffs in die Granulatschicht sichergestellt wird. Dieses Verfließen ist auch von der Korngröße abhängig, bei einer kleineren Korngröße muss eine niedrige Applikationsviskosität eingesetzt werden. Ist die Viskosität zu hoch, so werden die oberen Bereiche einer Schotterschicht sehr gut verklebt, die Verbindung mit den tiefer liegenden Bereichen ist jedoch nicht gewährleistet. Weiterhin kann dadurch eine zu starke Verklebung der oberen Teile der Schicht erzielt werden, so dass die Wasserdurchlässigkeit negativ beeinflusst wird.

Der Erweichungspunkt der Schmelzklebstoffe soll oberhalb von 80°C liegen, bevorzugt oberhalb von 90⁰C, er liegt aber meist unterhalb von 150°C, insbesondere unterhalb von 130°C. Ist der Erweichungspunkt zu hoch, wird nach dem Aufschmelzen im Allgemeinen keine geeignete Viskosität erhalten. Ist der Erweichungspunkt zu niedrig, ist die Verklebung des Belags nicht stabil bei erhöhter Umgebungstemperatur.

Der Schmelzklebstoff soll bei Umgebungstemperatur, beispielsweise 15 bis 30⁰C, keine Gummielastizität aufweisen. Eine elastische Dehnung soll unterhalb 20 % betragen. Bevorzugt soll der Klebstoff eine 20°C eine Shore-Härte (Shore D nach DIN 53505) über 40 aufweisen, insbesondere über 50. Das kann durch die Auswahl der Basispolymere erfolgen oder es kann ein Füllstoffpulver zugesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren bringt geeignete nicht-reaktive Schmelzklebstoffe in eine bereits hergestellte Schicht von Granulaten. Beispielsweise werden die Granulate zu einer Schicht geformt, z.B. einem Schotterbett. Auf die entsprechend vorbereitete Schicht wird der Schmelzklebstoff aufgetragen. Die Menge des Schmelzklebstoffs soll so gewählt werden, dass zwischen 1 bis 30 Gew.-% Schmelzklebstoff bezogen auf die Menge der Granulate eingesetzt werden. Dabei kann die Menge des einsetzenden Klebstoffs niedriger gewählt werden, wenn der mittlere Korndurchmesser des Granulates größer gewählt wird. Insbesondere kann die Menge des Schmelzklebstoffs 1 bis 15 Gew.-% betragen.

Bei einer Vorgehensweise gemäß der Erfindung wird zuerst eine Schicht aus dem geeigneten mineralischen Granulat hergestellt. Dieses kann entsprechend geformt werden, weiterhin ist es üblich, dass die Granulatschicht durch bekannte Maßnahmen verdichtet wird.

Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, unmittelbar vor dem Auftragen des Schmelzklebstoffs, die Granulatschicht zu erwärmen. Dabei kann die Erwärmung durch bekannte Maßnahmen, wie Erhitzen mit Flammen oder mit heißer Luft geschehen. Es ist zweckmäßig, wenn die Oberfläche der Granulate auf eine Temperatur von oberhalb von 50⁰C, insbesondere oberhalb von 70⁰C erwärmt wird. Durch das Erwärmen wird ebenfalls erreicht, dass mögliche Oberflächenfeuchtigkeit der Granulatschicht verdampft, so dass die überwiegende Oberfläche des zu benetzenden Granulates trocken ist.

Unmittelbar nach dem Erwärmen wird der Schmelzklebstoff aufgetragen. Dazu wird der Klebstoff in bekannten Aggregaten aufgeschmolzen, z.B. Schmelzkesseln oder Extruder, und über Pumpen und Leitungen zu einem Auftragskopf transportiert. Dabei kann der Auftragskopf aus einer Düse bestehen, so dass einzelne große Tropfen oder ein Strang des Schmelzklebstoffs ausgetragen werden. Eine andere Auftragsweise liegt darin, dass, beispielsweise mit einer Breitschlitzdüse, ein Film eines Schmelzklebstoffs aufgebracht wird. Weiterhin ist es möglich, dass aus einer oder mehreren Düsen der Schmelzklebstoff aufgetragen wird.

Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise ist darauf zu achten, dass der Schmelzklebstoff in den Zuführungsleitungen eine ausreichende Temperatur aufweist. Gegebenenfalls ist es möglich, auch den Auftragskopf zu erwärmen. Weiterhin kann ggf. das Auftragen mit einem heißern Luftstrom unterstützt werden. Eine bevorzugte Arbeitsweise gemäß der Erfindung ist das Auftragen als Klebstofffilm oder kontinuierlich als Strang.

Durch das erfindungsgemäße Auftragsverfahren benetzt der Schmelzklebstoff die Oberfläche der Granulate und fließt durch die Schwerkraft nach unten weiter. Die Eindringtiefe soll bis zu 20 cm betragen, in Abhängigkeit der Viskosität der Schmelzklebstoffs. Die Viskosität wird durch den ausgewählten Schmelzklebstoff bestimmt. Weiterhin ist es möglich durch eine Erhöhung der Auftragstemperatur die Viskosität abzusenken.

Es ist darauf zu achten, dass der Schmelzklebstoff bei der gewählten Temperatur sich nicht zersetzt. Dabei ist es möglich, den Schmelzklebstoff in einer geeigneten Vorrichtung so zu erhitzen, dass er in eine flüssige pumpbare Form überführt wird. Kurz vor dem Austritt aus der Düse kann der Schmelzklebstoff kurzeitig auf eine wesentlich höhere Temperatur gebracht werden. Da unmittelbar danach das Auftragen erfolgt, kann eine Zersetzung des Klebstoffs vermieden werden.

Eine Auftragsweise besteht darin, dass eine Düse ein kontinuierlicher Film oder Strang des aufgeschmolzenen Klebstoffs erzeugt wird. Dabei kann sich die Düse in Längsrichtung über die vorbereitete Granulatschicht bewegen. Eine weitere Einbringungsweise gemäß der Erfindung kann darin bestehen, dass die Auftragsdüsen oszillierend über die Überfläche der Granulate bewegt werden.

Eine weitere Arbeitsweise besteht darin, dass eine oder mehrere rohrförmig ausgestaltete Düsen in die Schotterschicht oberflächlich eindringen. Aus diesen Düsen kann dann unter Druck der Klebstoff in die Schicht gepresst werden, der dann verfließt. Danach können dann diese Düsen herausgezogen werden und an anderen Stellen den Klebstoff in die Schicht einbringen. Um eine kontinuierliche Arbeitsweise zu ermöglichen ist es notwendig, dass die Erwärmung der Schicht im allgemeinen in die Längsrichtung der Granulatschicht fortschreitet. Danach wird in einem geringen zeitlichen Abstand nach der Erwärmung auch der Auftragskopf des Schmelzklebstoffs in Längsrichtung bewegt.

Die Auftragsgeschwindigkeit ist von der Viskosität, Temperatur und der Geschwindigkeit der Bewegung der Auftrags- und Erwärmungsvorrichtung beeinflusst. Bei dünnviskosen Schmelzklebstoffen, ist es möglich, dass eine höhere Relativgeschwindigkeit des Auftragsdüse zu der Granulatschicht gewählt wird. Weiterhin kann durch eine Erwärmung der Granulatoberflächen der Schicht ein besseres Fließen des Schmelzklebstoffs erreicht werden. Das kann beispielsweise durch eine Erhöhung der Lufttemperatur und durch eine größere Menge erhitzte Luft erzielt werden.

Die Geschwindigkeit des Fortschreitens der Auftragsdüse über die Granulatschicht wird so gewählt, dass eine ausreichende Menge Klebstoff aufgetragen wird und dieser noch im erwärmten Zustand durch die Schicht nach unten fließt. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn mindestens die oberen 5 cm, insbesondere mindestens 10 cm der Granulatschicht miteinander verklebt werden.

Dabei ist es nicht notwendig, dass jedes Granulatteilchen durch den Schmelzklebstoff umhüllt wird. Es ist ausreichend, wenn einzelne Berührungspunkte der Granulatteilchen mit Schmelzklebstoff miteinander verbunden werden.

Unmittelbar nach dem Auftragen des Schmelzklebstoffs kann zusätzlich ein Verfestigungsschritt der Granulatschicht durchgeführt werden. Dabei werden die mit Klebstoff benetzten Flächen miteinander in Kontakt gebracht. Das kann beispielsweise durch Walzen, Rütteln oder ähnliche Maßnahmen geschehen. Diese Verfestigung muss durchgeführt werden, solange noch ein Fließen des Schmelzklebstoffs zwischen den Granulatteilchen möglich ist.

Nach dem Einbringen des Schmelzklebstoffs in die Granulatschicht ist es möglich, das weitere Verfließen des Schmelzklebstoffs durch zusätzlichen Wärmeeintrag zu fördern. Das kann beispielsweise durch Einblasen von heißer Luft durchgeführt werden.

Geräte und Apparaturen zum Erwärmen der Schotterschicht, zum Aufschmelzen und Auftragen von Schmelzklebstoffen sind dem Fachmann bekannt. Es können dabei beispielsweise die üblichen beheizten Gebläse eingesetzt werden. Weiterhin können die üblichen Schmelzvorrichtungen mit Förderpumpen, z.B. Zahnradförderpumpen, und flexiblen beheizte Rohrleitungen eingesetzt werden. Diese können ggf. isoliert sein oder zusätzliche Heizelemente enthalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet Tragschichten aus Schotter im Straßen- oder im Gleisbau zu verfestigen. Dabei kann auf einen an sich bekannten Unterbau eine Schicht aus Granulaten, beispielsweise aus groben Schotter, aufgebracht werden. Dieser wird entsprechend den Anforderungen vorbereitet. Anschließend wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die Schicht mit einem Schmelzklebstoff verklebt.

Es werden auf diese Art und Weise verfestigte Schichten erhalten, die danach gegebenenfalls mit weiteren Schicht abgedeckt werden können oder die anderweitig weiterbearbeitet werden. Ebenso können in dieser Schicht auch weitere Teile, beispielsweise Betonschwellen, eingearbeitet vorliegen.

Durch das Verkleben mit Schmelzklebstoffen ist es möglich eine gute Haftung der unterschiedlichen Granulatmaterialien herzustellen. Ebenso ist das Viskositätsverhalten von Schmelzklebstoffen wichtig. Der Klebstoff muss in einem engen Temperaturbereich, beispielsweise von 30⁰C, eine niedrige Viskosität aufweisen, bei Umgebungstemperatur jedoch eine gute stabile Verklebung sicherstellen. Bekannt thermoplastische Kunststoffe weisen im Allgemeinen ein zähes Fließverhalten auf, können also nicht ausreichend tief in die Granulatschicht eindringen.

Die Bodenbelagsschicht, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verklebt und in sich befestigt wurde, weist eine Vielzahl von verbesserten Eigenschaften auf. So ist in der offenporigen Form eine hohe Wasserdurchlässigkeit durch den Belag gewährleistet. Auch kurzzeitige hohe Wassermengen werden von der Oberfläche abgeführt. Auch bei kalten Witterungsbedingungen ist durch den hohen Anteil der Hohlräume noch eine Wasserabfuhr möglich.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann auf die so verfestigte Tragschicht eine weitere Schicht als Bodenbelag aufgebracht werden. Es kann sich dabei um Deckschichten handeln, wie sie im Straßenbau angewendet werden.

Eine weitere Anwendung der Verklebung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Verklebung von Schotterschichten im Gleisbau. Dabei zeichnen sich die so verfestigten Schichten durch eine hohe Wasserdurchlässigkeit aus und sie sind gegenüber den Belastungen des Schienenverkehrs stabil.

Die mit den erfindungsgemäß geeigneten Schmelzklebstoffen verklebten Schotterschichten zeigen eine gute Stabilität bei der Verklebung. So ist unter verschiedenen Witterungsbedingungen auch bei wärmere Umgebungstemperatur eine ausreichend stabile Verklebung gegeben. Auch durch die häufige Belastung der Schienen ist kein Aufbrechen der Schotterschicht zu erwarten. Der Klebstoff weist eine ausreichende Flexibilität auf, um auch die Belastung durch Vibrationen ohne Bruch der Verklebung zu überstehen. Die erfolgte Befestigung der Granulatteilchen untereinander ergibt außerdem den Vorteil, dass bei einer späteren Wiederaufarbeitung der Granulatmaterialien, nur ein geringerer Anteil an zerkleinerten, zerbrochenen oder zerriebenen Granulatbestandteile erhalten wird. Damit ist eine verbesserte Wiederverwertung des Schotters möglich.

Beim Verkleben von Granulatschichten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Schmelzklebstoffen ist es gegebenenfalls möglich, diese auch später zu reparieren. In einem räumlich begrenzten Umkreis wird die Adhäsion der Klebstoffschicht auf den Granulatteilchen aufgebrochen. Nach dem Aufbrechen ist es möglich, an den auszubessernden Stellen zusätzliche Granulatmischungen einzubringen und diese ggf. zu verdichten. Durch Erhitzen der alten Bestandteile und/oder durch zusätzliches Auftragen von Anteilen von Schmelzklebstoffen in geschmolzener Form und unter gleichzeitiger Erwärmung ist es möglich solche ausgebesserten Stellen fest mit den alten umgebenden Granulatschichten zu verbinden.

Für diesem Fall ist es zweckmäßig, einen Schmelzklebstoff einzusetzen, der eine geringe elastische Dehnung aufweist und härter ausgebildet ist.

Weiterhin ist eine hohe Stabilität gegenüber der Feuchtigkeit gegeben. Ebenso ist die so verklebte Schicht auch gegenüber erhöhter Temperatur beispielsweise wie unter direkter Sonneneinstrahlung, oder durch niedrige Temperatur, wie beispielsweise Winterperioden, geben. Der erfindungsgemäß aufgetragene Klebstoff soll eine gute Elastizität aufweisen. Durch die Auswahl der Bestandteile des Klebstoffs ist es möglich, dass die Umweltbelastungen durch den Einsatz eines Schmelzklebstoffs vermindert werden. Weiterhin sind einfach Schmelz- und Transportvorrichtungen geeignet, die bei dem Einsatz von 2-Komponenten- Klebstoffen bekannten Problem beim Mischen der Komponenten, die zu einer unterschiedlichen Verklebungsgüte führen können, werden durch die erfindungsgemäße Arbeitsweise vermieden.

Als Beispiel werden zwei Schmelzklebstoffe beschrieben, die nach Aufschmelzen eine geeignete Viskosität für die Applikation nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigen. Schmelzklebstoff:

Beispiel 1 :

Es wird eine Mischung hergestellt aus:

35 g Ethylen/1 -Octen-Copolymer (Affin ity GA 1950)

45 g Kohlenwasserstoffharz ( I-Marv P-125 ) 20 g Paraffinwachs (Sasolwachs H1 ) Viskosität bei 160⁰C : 1600 mPas Erweichungspunkt : ca. 95- 100⁰C

Beispiel 2:

Es wird eine Mischung hergestellt aus:

31 g EVA- Polymer (Escorene AD 0428)

46 g Kohlenwasserstoffharz (I- Marv P 125) 1 g Stabilisator (Irganox 1010)

24 g Wachs (Sasolwachs H 1 ) Viskosität bei 180 °C : 700 mPas Erweichungspunkt: ca. 103 - 110 ⁰C

Shore D 40 Reißdehnung 145 %

Beispiel 3:

Es wird eine Mischung analog Beispiel 2 hergestellt mit zusätzlich :

25 g Calciumcarbonat Viskosität bei 180 ⁰C : 2700 mPas Erweichungspunkt: ca. 122 ⁰C Shore D 54

Reißdehnung 10 % Es wird eine Granulatmischung verschiedener Sieblinien (12 bis 56 mm) bereitgestellt. Es können Prüfkörper 50x20x15 cm hergestellt werden und diese werden verdichtet. Ein Klebstoff nach den Beispielen 1 bis 3 wird aus einer Düse bei 180⁰C oszillierend über die Oberfläche geführt. Die Menge des Klebstoffs beträgt 8 % auf dem Granulatanteil. Die Proben werden 2 d bei Raumtemperatur ruhen gelassen. Die verklebten Prüfkörper weisen eine gute, stabile Verklebung auf. Auch nach 48 h Lagerung in Wasser und trocknen der Prüfkörper ist eine stabile Verklebung (Druckfestigkeit, Zugfestigkeit) geben.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verkleben einer Schicht aus Granulaten, wobei eine Schüttung aus mineralischen Granulaten mit einer Korngröße von 1 bis 75 mm hergestellt wird, diese gegebenenfalls verdichtet und geformt wird, und die Granulatteilchen danach mit einem Schmelzklebstoff verklebt werden, wobei der Schmelzklebstoff eine Viskosität von 200 mPas bis 10000 mPas oberhalb von 130⁰C aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgeschmolzene Klebstoff bei einer Temperatur von 150 bis 230⁰C durch gießen, sprühen, tränken aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Schmelzklebstoff ein nicht reaktiver Klebstoff eingesetzt wird, wobei das Basispolymer des Klebstoffs ausgewählt wird aus Ethylenvinylacetat-, Polyamid-, Polyesteroder Polyolefin(co)polymeren, und einen Erweichungspunkt oberhalb von 90°C aufweist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff bei 150⁰C eine Viskosität von 400 bis 5000 mPas aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor dem Aufbringen des Schmelzklebstoffs die Granulatteilchen durch einen Gasstrom erhitzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff durch eine Schlitzdüse als Klebstofffilm aufgebracht wird, wobei die Düse in einer Richtung über die Schüttung bewegt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff durch mindestens eine Düse in Form eines Strangs aufgebracht wird, wobei sich die Düse quer zu Bewegungsrichtung oszillierend über die Schüttung bewegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff durch mindestens eine Düse aufgebracht wird, wobei die Düse partiell in die Schüttung eindringt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff unter Druck ausgetragen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff vor dem Erstarren mehr als 10 cm in die Schüttung geflossen oder getropft ist.

10.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das die verklebte Schüttung Hohlräume aufweist, dass sie wasserdurchlässig ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das die verklebte Schüttung bei Temperaturen unterhalb von 50⁰C durch Einwirken von vibrierender oder oszillierender Kraft aufgebrochen werden kann.

12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff eine Shore-Härte von über 40 (Shore D) aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine in der Verklebung aufgebrochene Schüttung durch Anwendung von Wärme wieder verklebt werden kann, bevorzugt unter zusätzlichem Einbringen von aufgeschmolzenem Klebstoff.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Herstellung von Schotterbetten im Gleisbau, Straßenbau oder im Wegebau.

15. Verwendung von Schmelzklebstoffen ausgewählt aus thermoplastischen Polymeren von Polyolefinen, Ethylenvinylacetatcopolymeren, Polyamiden, Polyurethanen, Polyacrylaten oder Styrolblockcopolymeren, die oberhalb von 130⁰C eine Viskosität von 200 bis 10 000 mPas aufweisen zum Verkleben von Schichten aus mineralischen Granulaten.