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Die Erfindung bezieht sich auf ein
wasserabhaltendes Material, das zum Wasserdichtmachen von Teichen,
Seen, Lagunen oder vergleichbaren Anlagen geeignet ist, durch die
Wasser zurückgehalten
wird oder in denen Abfall gelagert und der Boden darunter gegen
Leckage von wässeriger
oder anderer Flüssigkeit
geschützt
werden muß.
Das Material kann auch in Relation zu wasserabhaltenden Gebilden
verwendet werden, mit denen kontaminiertes Land abgedeckt wird,
um das Fließen
von Wasser in dieses kontaminierte Land zu verhindern, sowie zum
Auskleiden von Gräben,
die kontaminierte Bereiche von sauberen Bereichen trennen. Das Material
kann auch als Bedachungsmaterial auf Flach- oder geneigten Dächern verwendet
werden. Es sind in der Vergangenheit bereits mehrere Materialien
vorgeschlagen worden, zu denen eine Schicht von quellfähigem Smektit
wie Montmorillonit und/oder Saponit, der in dem Material enthalten
ist, um als das Dichtmittel zu wirken, gehören. Der Montmorillonit wird
durch eine Tragschicht oder Unterlage aufgenommen, die auf verschiedenerlei
Weise geschaffen worden ist. Eine Tragschicht dient als Schutz,
verleiht innerhalb des Materials aber auch zusätzliche Festigkeit.
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Das europäische Patent Nr. 59 625 (CLEM)
beschreibt ein wasserabhaltendes Material, welches ein Laminat ist,
das eine Textilunterlage hat, wobei Partikel von Montmorillonit
an der Unterlage haften und ein Scrim über den Montmorillonitpartikeln
angebracht ist, um diese an der Unterlage zu halten.
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In der europäischen Patentanmeldung 246
311 (McGROARTY) umfaßt
eine untere Bahn eine Unterlage und Montmorillonit, und eine darübergelegte
Bahn umfaßt
eine Unterlage und Montmorillonit. Die Unterlagen bestehen aus festem,
nichtlüftendem
und undurchlässigem
Kunststoffmaterial, so daß eine
der Unterlagen eine wasserundurchlässige Schicht zwischen den
beiden Montmorillonitschichten bildet und so für eine sehr gute Abdichtung
sorgt.
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Der Aufbau von McGROARTY bringt jedoch
mehrere praktische Schwierigkeiten mit sich. Erstens, die Unterlagen
bestehen aus einem dicken, undurchlässigen und im wesentlichen
massiven Kunststoffmaterial, das in der Beschreibung als HDPE beschrieben
ist.
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Zweitens, die Körnchen von Montmorillonit haften
nicht nur an der Unterlage, sondern auch aneinander.
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Wasserabhaltende Materialien dieser
Art werden gewöhnlich
in Rollen geliefert und müssen
aufgerollt und plaziert werden, um in dem Teich, der Lagune oder
dem Lagerraum zu liegen zu kommen. Da die Unterlagen aus Polyethylen
hoher Dichte bestehen, ist das McGROARTY-Material weniger flexibel,
als wenn ein Textilstoff (nichtgewebt oder gewebt) als Unterlage
verwendet wird. Das bedeutet, daß das Produkt viel schwieriger
zu handhaben ist und daß der
Montmorillonit während
des Faltens und Entfaltens wahrscheinlich brechen wird. Weiter ist
wegen der Art einer HDPE-Kunststoffbahn das Anhaften des Montmorillonits
an dessen Oberfläche
nicht einfach. Es müssen
ziemlich große
Mengen von sehr starkem Klebstoff verwendet werden.
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Ein weiteres wasserabhaltendes Sperrmaterial
ist in dem britischen Patent Nr. 2 202 185 (NAUE) beschrieben, bei
dem eine Schicht von Montmorillonit zwischen einem Paar Schichten
nichtgewebten Textilmaterials angeordnet ist und die beiden Schichten
durch Nadeln vereinigt sind, wobei die Nadeln durch die Montmorillonitschicht
hindurchführen
und alle drei Schichten vereinigen. Wiederum kann sich der Montmorillonit, weil
er nicht an den Schichten haftet, relativ zu den beiden Schichten
bewegen, wenn das Material während der
Installation entfaltet, gefaltet und von Menschen gehandhabt wird,
wodurch Hohlräume
und/oder durchlässigere
dünnere
Bereiche in der Montmorillonitschicht zurückbleiben.
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Es gibt einen weiteren Nachteil,
der darin besteht, daß alle
diese bekannten Materialien dazu tendieren, daß teilchenförmiger Montmorillonit verwendet
wird, der eine Größe von 2–5 und üblicherweise
von etwa 3 mm hat. Obgleich feineres Material gegossen werden kann,
um Spalten zwischen den größeren Körnchen zu
füllen,
tendieren diese Körnchen
dazu, die Hauptmasse der Montmorillonitschicht in dem wasserabhaltenden
Material auszumachen. Wenn das wasserabhaltende Material nur relativ
dünn ist,
zum Beispiel nur vielleicht eine oder zwei Schichten von Montmorillonitkörnchen enthält, können sich
Probleme bei der Verbindung mit Fremdkörpern in dem verwendeten Montmorillonit
ergeben. In seinem natürlichen
Zustand wird Montmorillonit zusammen mit Schiefer und anderen Verunreinigungen
gefunden. Der Montmorillonit kann zwar ziemlich stark gereinigt
werden, es ist jedoch nicht ungewöhnlich, daß ein niedriger Prozentsatz
an Schieferpartikeln in dem endgültigen
gesiebten und klassierten Montmorillonit zurückbleibt. Ein unerwünschtes
Ergebnis der Verwendung von relativ großen Körnchen von Montmorillonit in
der Schicht ist, daß Körnchen von
Verunreinigungen auch in das Material einverleibt werden können. Die
chemische Natur des Schiefers und einige andere Verunreinigungen
bringen es mit sich, daß sie nicht
nur nicht Montmorillonit sind (und deshalb bei Kontakt mit Wasser
nicht quellen), sondern daß sie,
wenn sie benetzt werden, das Quellen in benachbarten Montmorillonitkörnchen blockieren.
So kann ein einzelnes Körnchen
von Schiefer in einer Schicht wasserabhaltenden Materials einen
kleinen Bereich bilden (von vielleicht 10 mm im Durchmesser), der
nicht quillt, wenn er mit Wasser in Berührung kommt. Kleine derartige
Bereiche sind im allgemeinen wasserundurchlässig, aber mittlere und größere derartige
Bereiche erlauben Wasser, hindurch zu der Bahn zu gelangen. Wenn
der Wasserdruck hoch ist, kann dieser Strom ein nennenswertes Auswaschen
von benachbartem Montmorillonit verursachen, was zum Versagen des
Dichtsystems führt.
Obgleich der Prozentsatz an Verunreinigungen klein ist und obgleich
die Ausfallrate gering ist, wenn eine große Fläche abgedichtet wird, indem
Bahnmaterial verwendet wird, das solche Verunreinigungen enthält, braucht
es nur ein einzelnes Leck, um das ganze System versagen zu lassen.
Ein Teich oder eine Lagune, die ein einzelnes Leck hat, ist überhaupt
kein Teich oder überhaupt keine
Lagune!
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Teilchenförmiger Montmorillonit ist auch
bereits mit verschiedenen organischen Komponenten vermischt worden,
um einen dicken Kitt zu bilden (vgl. US-Patent 4 534 925). Typische
Komponenten sind Polypropen und Polybuten. Dieses Material ist in
Form von Stangen und Bahnen extrudiert worden, die üblicherweise
zwischen Schichten von Trennpapier gelagert werden. Dieses Material
ist zum Abdichten von Bodenfundamenten und ähnlichen Gebilden verwendet
worden. Es wird so extrudiert, daß es mit einer Trägerbahn vereinigt
wird und in großen
Rollen zum Bedecken von großen
Flächen
verwendet werden kann. Tatsächlich wird
mit dem verwendeten Polypropen und Polybuten absichtlich der Zweck
verfolgt, dem extrudierten Material eine gummiartige oder formbare
Konsistenz zu geben, die ermöglicht,
es um kleine Bereiche wie Schornsteine, an Verbindungsstellen in
Betonplatten oder dort, wo Abläufe
Fundamente durchdringen, von Hand formen zu können. Diese Materialien sind
auch ziemlich teuer, so daß sich
ihr Gebrauch in Relation zu großflächigen Bahnen
verbietet.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein wasserabhaltendes Material zu schaffen, durch das
die oben beschriebenen Nachteile reduziert oder minimiert werden.
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Calciummontmorillonit wird häufig als
ein Ersatz für
Natriummontmorillonit verwendet. Im Gebrauch hat Calciumbentonit
die Eigenschaft, daß es,
wenn es zum ersten Mal benetzt wird, quellen und sich auf dieselbe
Weise wie Natriummontmorillonit ausdehnen wird. Sollte jedoch das
Material austrocknen, zum Beispiel aufgrund von geringem Regenfall
oder fallendem Wasserstand, kann Calciummontmorillonit bei Wasserverlust nicht
zurück
auf seine ursprüngliche
Größe schrumpfen,
ohne zu reißen.
Nach dem Reißen
und bei dem Wiederbenetzen kann der Ton nicht wiederbenetzt werden,
um die wasserabhaltende Barrie re wieder herzustellen. Daher sollte
ein wasserabhaltendes Calciumbentonitmaterial nur in Fällen verwendet
werden, wo permanente Feuchtigkeit angetroffen wird.
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Alle Natrium enthaltenden Montmorillonite
haben ein Problem, wenn das Wasser, das mit ihnen in Kontakt kommt,
durch Salze verunreinigt ist, insbesondere Meerwasser, oder andere
Salze, die das Grundwasser ionisiert und äußerst aktiv machen. Im Grundwasser
ist Calcium unveränderlich
in Quantität
aus dem Boden und aus Mineralien vorhanden. Wenn derartiges ionisches
Calcium mit Montmorillonit in Kontakt kommt, tendiert es unveränderlich
dazu, den Montmorillonit aus der Natrium- in die Calciumform umzuwandeln,
mit dem Nachteil, der oben dargelegt worden ist.
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Dieser besondere Prozeß läßt es im
allgemeinen nicht ratsam erscheinen, Natrium-montmorillonit gar in
einer Situation zu verwenden, wo das Grundwasser durch Auswaschungslösungen und
dgl. schnell ionisiert oder kontaminiert werden kann. Insbesondere
Düngemittel
sind eine besonders bekannte Ursache für die Grundwasserionisation
und können
bewirken, daß Natriummontmorillonit
durchbrochen wird.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden
den Erfindung, ein verbessertes wasserabhaltendes Material zu schaffen,
durch das die oben beschriebenen Nachteile reduziert oder minimiert
werden.
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In einem Aufsatz mit dem Titel „Preparation
of Montmorillonite – Polyacrylate
Intercalation Compounds and the Water Absorbing Property" von Ogawa et al.,
veröffentlicht
in Clay Science Nr. 7, 243–251
(1989), haben die Autoren das Einbringen eines Acrylamids in Montmorillonit
und die Polymerisation des Acrylamids zur Bildung einer Polyacrylamidintercalationsverbindung
beschrieben. Die verbesserten Wasseraufnahmeeigenschaften der Verbindung
sind bemerkenswert.
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Es ist natürlich klar, daß die Prozesse,
die in dem Ogawa-Aufsatz ausgeführt
werden, im wesentlichen Laborprozesse sind, an denen geringe Materialmengen
beteiligt sind. Es sind keine Techniken beschrieben zum Herstellen
irgendeines nützlichen
Produkts, und es gibt keine Erläuterung
der Vorteile von hoher Dichte bei solchen Verbindungen wie wasserabhaltenden
Verbindungen.
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Die Druckschrift US-A-5 021 094 beschreibt
eine wasserabhaltende Einpreßmittelzusammensetzung, die
durch Vermischen von Smektit-Ton mit einer Flüssigkeit gebildet werden kann,
welche hauptsächlich
aus Wasser besteht, bis die Tonpartikel vollständig dispergiert sind, was
eine dicke, pastöse
Konsistenz ergibt.
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Die vorliegende Erfindung schafft
ein Verfahren zum Herstellen eines wasserabhaltenden Materials, wie
es in Anspruch 1 angegeben ist.
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Erwünschtermaßen ist die Smektit enthaltende
Schicht zwischen der Tragbahn und einer Deckbahn angeordnet.
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Eine Verstärkung kann in der Mitte der
Smektit enthaltenden Schicht vorgesehen werden.
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Die Verstärkung kann an der Deckbahn
und/oder der Tragbahn befestigt werden.
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Das Laminat der Smektit-Schicht und
die Tragbahn können
nach der Vereinigung behandelt werden, um zu bewirken, daß die Schicht
einen Grad an Plastizität
verliert, damit sie gehandhabt und gelagert werden kann, ohne eine
weitere Deformation zu erfahren.
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Erwünschtermaßen wird der Smektit-Ton hauptsächlich mit
Wasser vermischt, um eine pasten- oder kittartige plastische Masse
zu bilden, die extrudiert, gewalzt oder auf andere Weise zu einer
durchgehenden Schicht geformt werden kann.
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Nach dem Formen wird die Schicht
einem Trocknungsschritt unterworfen, um überschüssiges Wasser zu entfernen
und die Smektit-Schicht in eine dimensionsstabilere Konfiguration
zu verwandeln, die sich während
des Transports und des Lagerns wahrscheinlich nicht weiter verformen
wird, und um weiter die Quellfähigkeit
des Smektits bei Kontakt mit Wasser im Gebrauch zu steigern.
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Additive, welche das Verhalten des
Smektits unter gewissen vorgeschriebenen Bedingungen wie Salzwasser
oder Gegenwart von starken Auswaschungslösungen, Strahlungskohlenwasserstoffen
oder organischen Chemikalien modifizieren, können in der Mischstufe zugesetzt
werden, um wirksam zu werden, wenn der Smektit in Gebrauch ist.
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Das Vereinigen der Smektit enthaltenden
Schicht mit der Tragbahn kann durch Klebstoff erfolgen, erwünschtermaßen wird
aber kein Klebstoff verwendet, da die Mischung aus Smektit (und
anderer Substanz oder anderen Substanzen) so ist, daß es durch
Druck möglich
ist, die plastische Masse in die Zwischenräume der Deckbahn zu pressen
(die erwünschtermaßen von
textiler Natur ist), um die beiden körperlich zu vereinigen. Eine ähnliche
Verbindung kann zwischen der Schicht und der Deckbahn bewirkt werden.
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Zusätzlich zu Wasser können organische
Materialien wie Methanol, Ethanol und andere Alkohole, Glycerin,
Diesel und andere Öle
und Fette benutzt werden. Diese Materialien haben den Vorteil, daß es nicht
notwendig ist, so viel Wasser auszutreiben, um die Quellfähigkeit
der Smektitschicht zu steigern, haben aber die Nachteile, daß sie einen
Trocknungsschritt benötigen,
so daß das
Material keiner weiteren Deformation unter seinem eigenen Gewicht
während
des Lagerns und des Transports ausgesetzt ist, und daß viele
organische Materialien gewöhnlich
weit teurer als Wasser sind.
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Alkohole, insbesondere Methylalkohol,
haben jedoch besondere Vorteile. Obgleich Alkohole im allgemeinen
teuer sind, sind sie gewöhnlich
auch wesentlich flüchtiger
als Wasser. Somit kann eine plastische Masse, die unter Verwendung
von Methylalkohol hergestellt wird, nachdem sie zu einer kohäsiven durchgehenden Schicht
geformt worden ist, unter Verwendung von weit weniger Wärme getrocknet
werden, als notwendig wäre,
um das Wasser aus einer ähnlichen
Masse auszutreiben. Zusätzlich
dazu kann jedoch der ausgetriebene Alkohol kondensiert und wiederverwendet
werden, was die Kosten desselben aufwiegt.
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Die Montmorillonit-Maschengröße kann
irgendwo zwischen Siebnummer (mesh) 50 oder darunter liegen, erwünschtermaßen liegt
die Größe jedoch
bei einem Maximum von 100. In der Praxis hat sich eine Maschengröße von 200
als brauchbar herausgestellt, obgleich Variationen nach unten ab
etwa Siebnummer 100 funktionieren, allerdings mit weniger erwünschten
Qualitäten.
Feinere Maschen sind vollkommen akzeptabel, tendieren aber dazu,
unnötig
zu sein. Der Smektit, der verwendet wird, ist erwünschtermaßen Natriummontmorillonit,
obgleich Calciummontmorillonit (modifiziert durch Behandlung mit
Natriumhydroxid) verwendet werden kann. Der Montmorillonit wird üblicherweise
während
des Vermischens beträchtlich
verkleinert auf Mikrogrößen, wobei
die Anfangskorngröße nicht
kritisch ist.
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Die Textilmaterialien, die als Trag-
und/oder Deckschicht verwendet werden, können herkömmliche gewebte oder nichtgewebte
Textilien wie Nylon oder Polypropylen oder Polyester sein. Sie sollten
nichtbelüftend
sein (das heißt
sie sollten nicht Gas oder Flüssigkeit
längs der
Struktur im Gebrauch bis zu irgendeinem nennenswerten Grad durchlassen).
Die Textilmaterialien sind erwünschtermaßen gewebt,
und dieser Grad an Nichtbelüftung
kann erzielt werden, indem gewährleistet
wird, daß das
Textilmaterial relativ offenmaschig und ziemlich dünn ist,
wobei ein beträchtlicher
Teil desselben in die äußere Schicht
der Montmorillonitschicht eingebettet und mit derselben körperlich
vereinigt ist.
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Eine Vorrichtung zum Herstellen eines
solchen wasserabhaltenden Materials umfaßt einen Förderer, eine Einrichtung zum
Zuführen
eines Trägers
zu dem Förderer,
eine Einrichtung zum Aufbringen einer plastischen, Smektit enthaltenden
Masse auf den Träger
und eine Einrichtung zum Formen der plastischen Masse zu einer gleichförmigen,
durchgehenden Schicht.
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Es kann eine Einrichtung vorgesehen
sein zum Klassieren des Laminats in der Dicke und in der Breite.
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Erwünschtermaßen weist die Vorrichtung eine
Einrichtung auf zum Konditionieren des Laminats nach dem Formen,
um es im Gebrauch und bei der Lagerung stabil zu machen. Diese Einrichtung
kann einen Ofen zum Verdampfen von Substanzen aus dem Laminat umfassen.
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Eine Einrichtung zum Zuführen der
plastischen Masse zu dem Förderer
kann eine oder mehrere Düsen
und/oder einen Extrusionskopf aufweisen.
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Eine Einrichtung kann vorgesehen
sein zum Zuführen
einer Deckbahn zu einer Oberfläche
der Schicht, die von der Tragbahn entfernt ist.
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Es kann auch eine Einrichtung vorgesehen
sein zum Zuführen
einer Verstärkung,
um diese in die Smektit enthaltende Schicht einzubetten.
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Es kann eine Einrichtung vorgesehen
sein zum Vereinigen der Verstärkung
mit der Deckbahn und/oder der Tragbahn, beispielsweise durch Heißsiegeln.
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Wasserabhaltendes Material gemäß der Erfindung
kann, beispielsweise, als Bedachungsmaterial verwendet werden oder
zum Herstellen einer Dichtung für
ein Rohr oder andere Installationsanschlußstücke.
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Die Smektit-Mischung kann in Form
eines Dichtringes oder eines Kreisringes ausgebildet werden oder kann
als ein durchgehendes Stück
zum Herumwickeln um Verbindungsstellen ausgebildet sein. Das Dichtmaterial
kann durch die vorgenannten Verfahren des Verformens einer plastischen
Masse und des Extrudierens, Schneidens oder Abformens derselben
hergestellt werden.
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Acrylat- oder Polyacrylatverbindungen
können
erwünschtermaßen der
Flüssigkeit
zum Vermischen mit dem Ton zugesetzt werden.
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Das Acrylat kann die in 9 gezeigte Formel haben.
Obgleich das Natriumsalz von Polyacrylat gezeigt ist, können andere
kationische Formen verwendet werden. In der Natriumkationform kann
das Acrylat die Natriumkationen ersetzen, die normalerweise die äußeren Schichten
der Smektitplättchen
bedecken.
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Das Acrylatpolymer kann mit verschiedenen
erwünschten
Materialien dotiert werden, um verschiedene Eigenschaften des Tons
zu verändern.
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Ein besonderes Dotierungsmittel ist
Glycerol. Das Einbringen des Glycerols kann die Flexibilität des Tons
steigern, so daß ein
Stück des
Tons leicht gebogen werden kann, ohne zu brechen.
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Methanol kann ebenfalls eingebracht
werden, wie oben erwähnt.
Es ist ein brauchbares Material zum Steigern der Flexibilität und zum
Reduzieren der Steifigkeit der Mischung, so daß es bei deren Verarbeitung hilft.
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Ein weiteres Problem von Smektit-Ton,
wenn dieser als ein wasserabhaltendes Material verwendet wird, besteht
darin, daß seine
Funktion sehr von der Menge von verwendetem Montmorillonit abhängig ist. Zum
Beispiel, wenn ein Körper
aus einem Montmorillonit zwischen zwei Flächen eingespannt wird, wie
zum Beispiel dem Beton eines Gebäudes
und dem Boden, quillt er bei Berührung
durch Wasser und bildet die vorgenannte Hochdruckschicht, die das
Eindringen von Wasser zu dem Gebäude
verhindert und deshalb dieses wirksam wasserdicht macht. Zum Steigern
der wasserabhaltenden Wirkung des Tonkörpers können größere Mengen an Montmorillonit
verwendet werden. Größere Mengen
an Montmorillonit bedeuten jedoch dickere Bahnen von Material, die
schwieriger zu handhaben sind und schwerer sind, so daß sie höhere Transportkosten
verursachen und sperrig sind. In Bahnen, die hauptsächlich aus
teilchenförmigem
Montmorillonit bestehen, kann es beträchtliche Schwierigkeiten bereiten,
eine große
Menge in einen kleinen Bereich zu bekommen. Bahnmaterial, das zum
Wasserdichtmachen in einer Bodensituation oder für Dächer, Wände u. dgl. verwendet wird,
tendiert dazu, relativ niedrige Dichten zu haben. Das ist deshalb
der Fall, weil sie im allgemeinen aus teilchenförmigem Montmorillonit bestehen,
der an einer Tragbahn haftet, die beispielsweise aus einem Kunststoff oder
einem Textilmaterial besteht, und daran durch eine Vielfalt von
Maßnahmen
befestigt ist, die von Klebstoff bis zum Nadeln und Nähen reichen,
oder durch Einbettung in ein Netz von Fasern.
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Die Erfindung schafft ein wasserabhaltendes
Smektit-Tonmaterial, das eine Dichte von mehr als 1000 kg. m–3 hat.
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Das wasserabhaltende Material kann
eine Bahn mit einer Breite von wenigstens einem Meter und erwünschtermaßen bis
zu 4 Metern Breite oder mehr sein.
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Erwünschtermaßen wird das Material anschließend mit
Druck beaufschlagt. Ein solcher Druckschritt kann die Zahl der Hohlräume in dem
Produkt reduzieren sowie die Moleküle des Produkts enger zusammendrängen, um
ein dichteres Produkt zu produzieren.
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Der Druck kann durch Extrusion oder
durch Hindurchleiten des zu formenden Materials zwischen Walzen
oder durch irgendeine andere geeignete Maßnahme ausgeübt werden.
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Wenn das Produkt mit einem Druck
wie zuvor beschrieben beaufschlagt wird, ist es erwünscht, daß der Druck
ausgeübt
wird, wenn die Temperatur innerhalb des Bereiches von 15° bis 30°C ist.
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Ein weiterer Nachteil von existierenden
wasserabhaltenden Materialien auf Smektit-Basis besteht darin, daß sie bei
Beaufschlagung mit Wasser zum Quellen neigen (das ist genau der
Faktor, der ihnen ihre wasserdichtmachenden Eigenschaften gibt,
da sie einen Bereich von so hohem Druck erzeugen, daß zusätzliches Wasser
nicht hindurchdringen kann). Die Drücke tendieren jedoch dazu,
sehr hoch zu sein, und deshalb ist eine sehr beträchtliche Überlagerung
mit entweder einer schweren Erdschicht (z. B. ein bis zwei Meter)
oder mit bis zu 76 mm (3'') oder mehr Beton
notwendig, damit der Expansionsdruck des Smektits keine Bewegung oder
Verlagerung von irgendeinem Gebilde verursachen kann.
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Die Erfindung schafft ein wasserabhaltendes
Material, das einen beträchtlich
reduzierten Expansionsdruck hat, verglichen mit bekanntem wasserabhaltenden
Material auf Smektit-Basis.
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Der Expansionsdruck kann so niedrig
wie 10 mm Beton sein, wie es in dem Test ausgeführt worden ist, der weiter
unten beschrieben ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen des Materials
nach der Erfindung schaffen eine Barriere gegen aggressives ionisches
Fluid, wobei die Barriere die Form einer eingespannten Schicht aus
dem Material hat und wobei Zwischenschichten des Smektits mit Acrylat
oder Polyacrylat oder vergleichbaren Substanzen behandelt worden
sind.
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Die Zwischenschichten sind dann in
der Lage, Wasser zu absorbieren, um das Material bis zu einem Sperrdruck
quellen zu lassen, während
das Acrylat oder Polyacrylat einen Ionenaustausch zwischen dem Fluid und
dem Smektit blockiert.
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Das Fluid wird normalerweise wässerig sein
und kann ein äußerst ionisiertes
Fluid sein wie eine Auswaschungslösung oder ein Fluid enthaltendes
Düngemittel
u. dgl. Die Barriere kann jedoch gleichermaßen gegen organische Flüssigkeiten
oder gegen Flüssigkeiten,
die organisches Material enthalten, wirksam sein, da die Smektit-Zwischenschichten
gegen Ionenaustausch mit einer solchen Flüssigkeit sicher bleiben.
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Die Smektit-Schichten müssen eingespannt
werden, damit der Sperrdruck erzielt werden kann. Die Einspannung
kann eine Wiederauffüllung
oder eine Überlagerung
von Erde oder anderem Material oder in einem massiven Gebilde ein
benachbarter oder umgebender Bereich von Beton od. dgl. kann verwendet
werden.
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Ein weiteres Problem bei bekannten
wasserabhaltenden Materialien auf Smektit-Basis besteht darin, daß es sehr
schwierig gewesen ist, sie an wasserdichtzumachenden Oberflächen zu
befestigen. Eine Ebene oder eine allmählich geneigte Oberfläche kann
zwar leicht wasserdicht gemacht werden, indem einfach eine Bahn
des Smektit-Materials
daraufgelegt wird, wenn jedoch vertikale Oberflächen (wie z. B. benachbarte
Ränder
von Betonplatten) wasserdicht gemacht werden sollen, ist es notwendig
gewesen, irgendwie einen Streifen auf Smektit-Basis darauf zu befestigen.
Existierende Verfahren, die verwendet worden sind, haben das Vorsehen
von Falzen beinhaltet, in die Streifen von Dichtmaterial gedrückt werden
können,
und die Verwendung von Klammern oder Nägeln. Nägel können zwar verwendet werden,
sie tendieren jedoch dazu freigelegt zu werden, wenn sie eine wasserdichte
Schicht durchbohren, und sie können
Metallionen in das umgebende Wasser einleiten, was eine nachteilige
Wirkung haben kann. Wegen der im allgemeinen unkohäsiven Natur
von Tonen und ihrer Bröckeligkeit
sind Klebstoffe nicht sehr wirksam gewesen. Es sind einige schwere,
saugende Klebstoffe verwendet worden, insbesondere der Typ von Klebstoffen,
wie er bei dem Verkleben der Smektitpartikel mit den Bahnen verwendet
wird. Diese Klebstoffe haben jedoch eine starke Tendenz, Quelleigenschaften
des Tons zu blockieren und nachteilig zu reagieren.
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Bevorzugte Ausführungsformen des Materials
nach der Erfindung sind ohne weiteres an einer Oberfläche befestigbar,
indem ein Klebstoff verwendet wird, der mit der Acrylat- oder Polyacrylatkomponente
kompatibel ist, wie beispielsweise ein Cyanoacrylatklebstoff.
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Die Erfindung wird beispielshalber
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen weiter beschrieben, in denen:
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1 eine
Querschnittansicht ist, die ein bevorzugtes wasserabhaltendes Material
nach der Erfindung veranschaulicht;
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2 eine
vergrößerte Querschnittansicht
ist, die eine Oberfläche
eines bevorzugten Materials nach der Erfindung veranschaulicht;
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3 eine
schematische Ansicht ist, die die Vorrichtung nach der Erfindung
veranschaulicht, welche zum Ausführen
eines bevorzugten Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist;
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4 eine
Draufsicht auf einen Teil der Vorrichtung nach 3 ist und zwei mögliche Variationen veranschaulicht;
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5 eine ähnliche
Ansicht wie in 1 ist,
aber ein modifiziertes Material nach der Erfindung veranschaulicht;
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6 eine ähnliche
Ansicht wie in 5 ist,
aber noch ein weiteres modifiziertes Material veranschaulicht;
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7 eine Überlappverbindungsstelle
veranschaulicht, die unter Verwendung des Materials nach der Erfindung
hergestellt worden ist;
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8 eine
vergrößerte Ansicht
des in 7 eingekreisten
und mit der Bezugszahl X versehenen Teils ist; und
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9 eine
chemische Formel ist, die die Struktur eines Acrylats veranschaulicht,
das bei der Erfindung verwendbar ist.
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Gemäß 1 ist das bevorzugte wasserabhaltende
Material (10) nach der Erfindung ein Laminat, das aus einer
Kernschicht (11) besteht, die Montmorillonit enthält. Die
Kernschicht (11) ist mit einer Tragbahn (12) vereinigt
und ist erwünschtermaßen, aber
nicht notwendigerweise, durch eine Deckbahn (13) überlagert.
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Die wesentlichen Merkmale des Materials
(10) nach der Erfindung werden wahrscheinlich am besten aus
einer ausführlichen
Beschreibung der Art und Weise deutlich werden, auf welche es hergestellt
wird, und der Vorrichtung, die zum Herstellen desselben verwendet
wird.
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In 3,
auf die deshalb Bezug genommen wird, ist zu erkennen, daß eine bevorzugte
Vorrichtung nach der Erfindung einen Förderer (15) aufweist,
der ein oberes Trum (16) und ein unteres Trum (17)
hat, die um Endwalzen (18) und (19) geschert sind.
Das obere Trum (16) bewegt sich in 3 von links nach rechts.
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An dem stromaufwärtigen Ende des Trums (16)
wird eine Tragbahn (20) von einer Vorratsrolle (21) durch
eine Führungswalze
(22) so zugeführt,
daß sie
auf dem und in Synchronismus mit dem Förderer (16) läuft.
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Die Tragbahn (20) ist eine
Bahn gewebten oder nichtgewebten (vorzugsweise gewebten) Textilmaterials,
das relativ lose gewebt ist und in einer Richtung quer zu seiner
Ebene ziemlich porös
ist.
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Die Bahn, die die Tragbahn bildet,
kann aus irgendeinem Geotextilmaterial hergestellt sein, das zur Lagerung
im Boden für
lange Zeitspannen geeignet ist. Typische Materialien zum Weben oder
Bilden des Textilmaterials der Bahn (20) können Polypropylen,
Polyester einschließlich
Nylon und viele andere Kunststoffmaterialien allein oder in Mischungen
sein. Das Material sollte ausreichend stabil sein, um das zu bildende
Verbundlaminat zu tragen, und kann ähnlich vielen Deckbahnen sein,
die in Verbindung mit den bekannten Materialien eingesetzt werden,
welche in der Einleitung dieser Beschreibung erläutert sind. Polypropylen- und Baumwollmischer
können
ebenfalls verwendet werden. Eine typische Trag- und/oder Deckbahn kann von einer Druckwebart
sein und ein Gewicht von 700 g pro Quadratmeter haben.
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Stromabwärts der Vorratsrolle befindet
sich ein Trichtermischer (23), in welchem teilchenförmiger Montmorillonit
zugeführt
werden kann, wie es durch den Pfeil (24) angegeben ist.
Der teilchenförmige
Montmorillonit kann aus einer Mühle
oder einer ähnlichen
Versorgungsquelle zugeführt
werden und hat in der bevorzugten Ausführungsform die Siebnummer 200
(200 mesh). Eine feinere Siebnummer kann verwendet werden, obgleich
große
Vorteile nicht erzielt werden. Maschen bis zu Siebnummer 50 (50
mesh) können
verwendet werden, aber bei Größen von
mehr als 100 mesh wird die Vereinigung zwischen den Montmorillonitpartikeln
weniger wirksam.
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Der Prozeß, der in dem Trichtermischer
(23) stattfindet, kann entweder ein kontinuierlicher Prozeß oder ein
chargenweiser Prozeß sein.
In dem Trichtermischer (23) wird eine abgemessene Menge
an Montmorillonit mit einer abgemessenen Menge an Flüssigkeit
gemischt, um eine fließfähige Masse
zu produzieren. Die Flüssigkeit
kann aus einem Tank oder vergleichbaren Vorrat (25) zugeführt werden
und wird, wenn sie mit dem Montmorillonit vermischt wird, eine formbare
Masse bilden. Die verwendete Flüssigkeit
kann organische Flüssigkeit
umfassen wie Glycerin, Dieselöl
oder vergleichbare Öle
oder Gemische derselben. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen und
zur Vereinfachung der Handhabung und der Einfachheit halber ist
die Flüssigkeit
hauptsächlich
Wasser. In der bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens nach der Erfindung wird das Wasser mit dem Montmorillonit
vermischt, wobei ungefähr
10 bis 30% Wasser, erwünschtermaßen etwa
15 bis 20%, vorliegen.
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Die Flüssigkeit kann auch einen Anteil
an Alkohol enthalten. Methyl-, Ethyl- oder Propylalkohol kann verwendet werden.
Methyl wird bevorzugt. Eine Alkohol/Wasser-Mischung benötigt weniger Trocknungsenergie
als Wasser allein. Etwas Alkohol kann zurückgewonnen und wiederverwendet
werden.
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Bei dem Herstellen eines typischen
Produktes gemäß der Erfindung
wurden 5 Kilogramm Montmorillonit mit 0,446 Kilogramm Natriumcarboxymethylcellulose
(CMC), 2,5 Liter Methanol und 1,8 Liter Wasser vermischt. Sowohl
die CMC als auch das Methanol machen das gemischte und geknetete
Produkt flexibler und extrudierbarer. Je mehr Wasser verwendet wird,
um so mehr Wärme
ist erforderlich, um es auszutreiben. Das bedeutet zusätzliche
Kosten.
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Die obigen besonderen Mischungen
haben sich zwar als geeignet erwiesen, viele Variationen können jedoch
vorgenommen werden.
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Das Material enthält erwünschtermaßen ein Volumenmittel, ein
antifungizides Schutzmittel, um das Wachsen von Schimmel in oder
an dem Material zu verhindern, und erwünschtermaßen ein Schmiermittel, um es
in dem Extrusionsprozeß zu
unterstützen
und der plastischen Masse auch einen Grad an Flexibilität zu verleihen.
CMC ist eine sehr erwünschte
Substanz, weil sie alle diese Eigenschaften aufweist. Sie hat antifungizide
Eigenschaften, ist ein Schmiermittel und macht das Produkt flexibler.
Sie hat auch den großen
Vorteil, daß sie
sich bei Kontakt mit Wasser im Gebrauch auflöst. Aus denjenigen Bereichen
der äußeren Oberfläche des Materials,
die zuerst mit Wasser in Berührung
gebracht werden, wird das CMC herausgelöst, so daß Mikroporen zurückbleiben,
in die mehr Wasser eindringen kann, das mehr CMC auswaschen und
eine schnelle Expansion des benachbarten Montmorillonits bewirken
kann. Dadurch wird die Geschwindigkeit der Wassereinbringung in
das Material sehr gesteigert. Ein Volumenmittel, das sich in Wasser
auflöst
und das Eindringen von Wasser zu dem Montmorillonit unterstützt, ist
sehr erwünscht.
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Der Montmorillonit, der verwendet
wird, ist erwünschtermaßen Natriummontmorillonit,
aber Calziummontmorillonit oder behandelter Calziummontmorillonit
und andere Smektite können
ebenfalls verwendet werden. Die Materialien werden, wie gezeigt,
zuerst mit Hilfe eines Mischers (27) vermischt und dann
durch Schnecken (28) zu einer Extrusionsdüse (29)
extrudiert, wo die fließfähige Masse
als eine dünne
Schicht ausgebreitet wird, die die gesamte Breite des Fördertrums
(16) bedeckt.
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Wenn eine Verstärkung innerhalb der Montmorillonitschicht
erforderlich ist, damit sie auf steile Hänge gelegt werden kann, ohne
ihre Funktion zu verlieren, kann es erwünscht sein, eine Verstärkungsschicht
in die plastische Masse einzuverleiben. Das kann erfolgen durch
Einbetten der Verstärkungsschicht
in die Masse, wenn diese extrudiert wird oder wenn diese zu einer
Schicht ausgebreitet wird. Die Verstärkungsschicht kann in Form
eines Kerns hergestellt werden, der Borsten oder vergleichbare Formationen
hat, die sich nach außen erstrecken
und die, wenn der Kern zentrisch in dem Körper aus Montmorillonit angeordnet
ist, sich zu der Oberfläche
desselben erstrecken und diese berühren und möglicherweise durch die Oberflächenschichten
vorstehen. Das Material der Verstärkung und die Oberflächenschichten
können
so gewählt
werden, daß die
freiliegenden Borsten heißgesiegelt
werden können,
um die äußeren Schichten
zu berühren
und an diesen befestigt zu werden. Es ist vorstellbar, daß es möglich wäre, daß die Montmorillonitmasse
extrudiert oder zu zwei Bahnen geformt wird und daß die Verstärkung zwischen
sie eingebracht wird und mit ihren Borsten durch jede der beiden
Teilschichten des Montmorillonitkerns vorstehen und zu den anderen
Oberflächen
desselben vorstehen und mit den Trag-/Deckbahnen vereinigt werden
kann.
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Die Extrusion einer dünnen Schicht
der plastischen Masse, die Montmorillonit enthält, ist zwar erwünscht, da
sie 3 oder mehr Meter breit sein kann, es könnte jedoch gut sein, daß eine drei
Meter breite Extrusionsdüse
entweder teuer oder langsam ist oder übermäßige Mengen an Energie benötigt, um
erfolgreich zu sein. Eine solche Extrusionsdüse (29) ist in 3 gezeigt, die auch eine
Alternative zeigt, welche weiter unten beschrieben wird.
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Es wird erwartet, daß die Masse
als ein Stab extrudiert und flachgewalzt wird.
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Stromabwärts der Düse (29) wird die Schicht
(30) aus Montmorillonit enthaltender plastischer Masse planiert
und zu einer gleichförmigen,
ununterbrochenen Schicht geformt. Das kann mit Hilfe einer anfänglichen Schaberklinge
(31) oder, wahrscheinlicher, mit einer Walze und anschließenden Klassierwalzen
(32) bis (34) erreicht werden. Die Paare von Klassierwalzen
(32), (33), (34) können das Kneten und Planieren
des Fluidmaterials und anschließende
Größen-/Dickenreduktionen
bewirken.
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4 zeigt
eine der Walzen und zeigt das nach außen über den Rand des Förderers
hinaus extrudierte und durch Trimm-Messer (36) entfernte
Material.
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In einer der Gruppen von Walzen (32),
(33), (34) wird eine aus einer Deckbahn (37)
bestehende Bahn von einer Vorratsrolle (38) aus zugeführt. Selbstverständlich kann
das Aufbringen der Deckbahn (37) bis zu der Walze (34)
gelassen werden, wenn die Walze (32) oder (33)
und (34) für
die Erzeugung einer gleichförmigen
ebenen Schicht der Montmorillonit enthaltenden Masse benötigt werden.
Das ist jedoch nicht erwünscht, da
die Walzen (32) und (33) vor der plastischen Montmorillonitschicht
am besten durch die Deckbahn (37) geschützt werden.
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Die Flüssigkeit, die den pulverförmigen Montmorillonit
in eine plastische, fließfähige Masse
verwandelt, bedarf bis zu einem gewissen Grad einer anschließenden Behandlung,
z. B. durch Verdampfung, Trocknen oder teilweise chemische Änderung,
so daß gewährleistet
ist, daß das
endgültige
Material sich im Betrieb oder bei der Lagerung nicht weiter verformen
kann. Bewirkt werden kann das mit Hilfe einer Behandlungsanlage,
die durch die Bezugszahl (39) angedeutet ist.
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In der dargestellten Vorrichtung
hat die Behandlungseinrichtung (39) die Form eines Ofens,
der den Lösungsmittel-
und Wassergehalt der Montmorillonit enthaltenden Schicht von 20%
herunter auf 5% oder weniger reduzieren wird. Heiße Luft
wird an einem Einlaß (41)
zugeführt
und tritt über
einen Auslaß (42)
aus.
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Nach dem Verlassen der Behandlungseinrichtung
(39) kann dem Laminat gestattet werden, abzukühlen, und
es kann dann zu einer Lagerwalze (44) gefördert werden.
Ein Messer od. dgl. kann vorgesehen sein zum Zerschneiden des Laminats,
wenn es den Ofen verläßt und wenn
die Rolle (44) voll ist.
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Die anfängliche Konsistenz der plastischen/fließfähigen Masse,
welche Montmorillonit enthält,
kann weit variieren von fast einem flüssigen Zustand bis zu einer
steifen Paste. Je steifer die Paste ist, umso besser muß Wasser
mittels Durchgang durch den Ofen ausgetrieben werden.
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Die anfängliche Konsistenz der plastischen/fließfähigen Masse,
welche Montmorillonit enthält,
kann weit variieren von fast einem flüssigen Zustand bis zu einer
steifen Paste. Je steifer die Paste ist, umso besser, da Wasser
durch Hindurchleiten durch den Ofen ausgetrieben werden muß.
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Es kann, wie oben erwähnt, die
Verwendung einer sehr breiten Extrusionsdüse (29) im Hinblick
auf die für
eine solche Vorrichtung erforderliche Energie nicht praktisch sein.
Statt dessen kann gemäß der Darstellung in 4 eine kleinere Extrusions-
oder Flüssigkeitszufuhrdüse (45)
verwendet werden, die so befestigt werden kann, daß sie einen
insgesamt sinusförmigen
Weg quer zu der Bewegungsrichtung des Trums (17) des Bandes
(15) ausführt.
Die Düse
(45) kann somit einem Pfad folgen, der durch die Linie
(46) gezeigt ist. Durch Verändern der Bewegungsgeschwindigkeit
der Düse
und/oder des Durchsatzes des fließfähigen Materials kann gewährleistet
werden, daß ausreichend
Material auf das Band aufgebracht wird, um zu gestatten, daß eine Schicht
mit der gewünschten
Dicke in dem gesamten Bereich des Bandes ohne Hohlräume, Risse
und dgl., die am unerwünschtesten
wären,
hergestellt werden kann. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn
das Material mit einem gewissen beträchtlichen Überschuß aufgetragen werden kann und,
nachdem es zu einer gleichförmigen,
kohärenten
Schicht geformt worden ist, wird überschüssiges Material, das seitwärts extrudiert wird,
mit Hilfe von Trimm-Messern od. dgl. (36) entfernt. Selbstverständlich kann
dieses Material rückgewonnen
und wiederverwendet werden.
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Es ist erwähnt worden, daß die Tragbahn
und/oder die Deckbahn aus gewebtem oder nichtgewebtem Material bestehen
kann. Gewebtes Material wird bevorzugt, weil es beträchtliche
Festigkeit bei niedrigerem Gewicht der Materialien gibt. Ein nichtgewebtes
Material könnte
jedoch einen Vorteil insofern haben, als es eine körperliche
Einheit mit dem Montmorillonit enthaltenden Kern (11) bilden
kann. Der Begriff Kern (11) wird verwendet, obgleich die
Deckbahn (13) nicht vorgesehen zu werden braucht.
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In den 2 und 8 ist am besten zu erkennen,
daß die
Wirkung der Walzen (32), (33) und (34)
darin besteht, zu bewirken, daß die
Trag-/Deckbahnen (12), (13) teilweise in Oberflächenzonen
der plastischen Masse des den Kern (11) bildenden Materials
eingebettet werden, während
der Kern in einem plastischen Zustand ist. Es besteht keine Notwendigkeit
für irgendeinen
Klebstoff, welcher eine teuere und unzuverlässige Komponente ist.
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Wenn der Kern in der Einrichtung
(39) behandelt wird, entweder durch Bedampfen oder chemisch,
um so zu bewirken, daß der
Kern aushärtet,
erfolgt eine physikalische Verriegelung der Oberflächenteile
des Kerns (11) mit Teilen der Textilmaterialien (12),
(13), welche sie physikalisch mit der Oberfläche vereinigen, ohne
daß ein
Klebstoff notwendig ist. Das hat zwei wichtige Konsequenzen.
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Erstens, weil ein guter Teil der
Bahnen (12) und (13) in das Material des Kerns
eingebettet wird, liegt nur ein kleiner Teil des Körpers des
Textilmaterials oberhalb der Oberfläche frei. Im Gebrauch wird
diese Textilmaterialoberfläche
in Kontakt sein entweder mit einer verankernden überlagernden Schicht (wenigstens
150 mm überlagertes
Material werden empfohlen, um diese Schichten zu schützen) oder
mit der darunter gelegenen Erde. Die überlagernden Schichten oder
die Erde durchdringt das Textilmaterial ziemlich leicht (es ist
ein sehr offenes Textilmaterial und es besteht inniger Kontakt sowohl
mit den überlagernden
Schichten als auch mit der darunter gelegenen Erde). Das wiederum
hat zwei wichtige Konsequenzen. Erstens, wenn die Tragschicht (12)
(die normalerweise mit der darunter gelegenen Erde in Kontakt sein
wird) mit der Erde in innigem Kontakt ist, dringt Grundwasser ein,
berührt
den Montmorillonit und bewirkt das Quellen desselben, wodurch eine
Dichtung erzeugt wird.
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Es ist ein weiterer Vorteil, daß wegen
des innigen Kontakts des darunter gelegenen Bodens oder der überlagernden
Schichten mit dem Montmorillonit durch die Trag- und Deckschichten
(12), (13) keine Möglichkeit besteht, daß entweder
die Deckbahn (13) oder die Tragbahn (12) irgendein
Ablassen von Gas seitlich durch das Gewebe gestatten kann.
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Der zweite Vorteil dessen ist in
den 7 und 8 dargestellt. In 7 ist ein erstes Stück (47)
des Materials nach der Erfindung gezeigt, das ein unteres Stück (48) überlappt,
wobei beide auf dem Boden liegen. Die Überlappdeckbahn (50)
der zweiten Bahn (48) ist in Kontakt mit der Tragbahn (51)
des Stückes
(47). Gemäß der Darstellung
in 8 sind die Bahnen
(50) und (51) in innigem Kontakt, und sie werden
durch Montmorillonit von den Kernen der beiden Platten aus beträchtlich
durchdrungen. Bei dem Eintritt von Wasser in der Richtung eines
Pfeils (52) oder (53) kann der Montmorillonit
in einem oder jedem der Kerne quellen und in die ungefüllten Teile
der Textilmaterialien (50), (51) hinein expandieren
und effektiv eine durchgehende Schicht von expandiertem Montmorillonit
bilden, der die beiden Kerne vereinigt und eine vollkommen wasserdichte
Abdichtung schafft.
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Die Erfindung beschränkt sich
nicht auf die präzisen
Einzelheiten der vorstehenden Darlegungen, sondern Variationen können an
derselben vorgenommen werden.
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In einem weiteren besonderen Beispiel
der Erfindung wurden eine Menge an unbehandeltem Natriummontmorillonit
und ungefähr
10 Gew.% eines Polyacrylats der in 12 gezeigten
Formel, 2% bis 7% Natriumcarboxymethylcellulose (CMC), 14% Methanol
und 5% Glycerol innig miteinander vermischt. Kneten und Mischen
wurden fortgesetzt, bis die Mischung eine zur Extrusion geeignete
Konsistenz erreichte. Das kann länger
dauern als normalerweise für
einfaches Mischen erforderlich wäre,
da die chemische Reaktion zwischen dem Acrylat und den strukturellen
Platten des Tons einige Zeit benötigt,
bis sie stattfindet. Die Wärme, die
durch diese Reaktion emittiert wird, ist ein wichtiger Faktor, um
der plastischen Masse eine geeignete Konsistenz und Struktur zu
geben.
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Nachdem das erfolgt ist, wird die
Mischung zu einem Extruder geleitet, wo sie zu einer Extrusionsschnecke
getrieben wird und mit einer Saugstufe beaufschlagt wird, um im
wesentlichen sämtliches
mitgeführte
Gas aus ihr zu entfernen, bevor sie in Form eines Seils, Profils
oder einer Bahn, je nach Bedarf extrudiert wird.
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Der Montmorillonit, der bei dem Prozeß verwendet
wird, wird fein gemahlen, und die Kationen in der Zwischenschicht
sind im wesentlichen Natriumkationen.
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Während
der Reaktion wird der Ton acryliert, und die langen organischen
Ketten des Polyacrylats dringen in die Zwischenschichten ein und
verdrängen
das Wasser. An den Partikeloberflächen verbindet sich das Polyacrylat
mit starken Wasserstoffbindungen an den freien ungesättigten
OH-Gruppen. Dadurch werden die Natriumkationen wirksam abgeschirmt,
so daß sie
sich ihrem Austausch durch Calziumkationen in kontaminiertem Grundwasser
stark widersetzen.
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Das hat den wichtigen Effekt, daß jedwede
Kationen, die in die Zwischenschicht eindringen, Natriumkationen
nicht ersetzen können
und somit die Kapazität
des Tons zum Expandieren, Schrumpfen und erneuten Expandieren nach
dem Austrocknen nicht reduzieren.
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Statt des Ausführens der Erfindung unter Verwendung
von Acrylat können
andere Materialien verwendet werden. Zum Beispiel können Zucker
wie Fructose, Glucose, Dextrose verwendet werden. Alle wirken auf sehr ähnliche
Weise auf das Acrylmolekül
ein und haben vergleichbare und ähnliche
Effekte. Die Verwendung von Zucker kann jedoch unter einigen Umständen unerwünscht sein,
weil er mikrobielles Wachstum fördert.
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Ein weiteres alternatives Material
ist Alkylammoniumtrimethylalkylammonium, das auf die Art und Weise
verwendet werden kann, die der Polyacrylverbindung sehr ähnlich ist,
um einen ähnlichen
Komplex mit ähnlichen
Eigenschaften zu ergeben.
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In einem weiteren Beispiel des Herstellens
eines wasserabhaltenden Smektit-Ton-Materials
gemäß der Erfindung
wurde Natriummontmorillonitpulver mit Polyacrylat, Glycerol und
Methanol vermischt. Die Masse wurde zusammen für etwa 15 Minuten miteinander
vermischt und dann durch eine Öffnung
mit 25 mm im Quadrat mit einem Durchsatz von et wa 0,5 Meter pro
Sekunde extrudiert, um einen seilartigen Betondichtstreifen herzustellen,
der eine Dichte von etwa 1350 kg m–3 hat.
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Die tatsächliche Dichte kann variiert
werden, indem der Anteil der Materialien in dem Komplex variiert wird.
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Das wasserabhaltende Material kann
hergestellt werden, ohne daß Polyacrylat
verwendet wird. Darüber
hinaus ist es möglich,
CMC entweder zusätzlich
zu dem Acrylat oder als ein Ersatz für dasselbe zu verwenden. Die
CMC kann brauchbar sein beim Verändern
der Reaktionsgeschwindigkeit des Tons, sie hat aber auch eine Eigenschaft
des Formens einer Schicht an der Oberfläche des extrudierten Materials,
durch welche die Lebensdauer des Abdichtmaterials verbessert wird,
indem sie sich einer Verschlechterung und einem Quellen durch Regen
während
einiger erster Stunden oder Tage widersetzt.
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Beim Testen des vorgenannten Materials
nach der vorliegenden Erfindung wurde eine Schicht aus einer herkömmlichen
wasserabhaltenden Bahn aus teilchenförmigem Smektit-Ton auf den
Boden gelegt und mit üblichem
Wasser in Kontakt gebracht, das einen hohen Gehalt an ionischen
Auslaugchemikalien hatte. Nach sechs Stunden hatte die Bentonit-Schicht
die Flüssigkeit
absorbiert und war angeschwollen, um eine gleichförmige wasserhaltige
Schicht zu bilden.
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Ein Material nach der Erfindung wurde
ebenso behandelt und hatte innerhalb von sechs Stunden präzise denselben
Zustand erreicht.
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Den beiden Bahnen wurde dann zu trocknen
gestattet. In der komplexen Tonbahn nach der Erfindung wurde die
Bahn in ihrer Dicke auf ihre ursprüngliche Dicke reduziert, ohne
daß nennenswertes
Reißen
auftrat. Im Stand der Technik ohne Behandlung der teilchenförmigen Tonschichtbahn
kam es zu beträchtlichem
Reißen,
und es traten große
Lücken
in dem Material auf. Beide Bahnen wurden dann wieder benetzt (wobei
es keinen Unterschied machte, ob reines Wasser oder kontaminiertes
Auslaugwasser verwendet wurde). Das bekannte Material, bei dem klar
Natriummontmorillonit in Calziummontmorillonit umgewandelt worden
war, gab es kein nennenswertes erneutes Quellen. Die Risse blieben,
und Wasser war in der Lage, durch diese Risse hindurchzudringen,
selbst nach länger
dauerndem Vollsaugen mit Wasser, wozu es in einer Untergrundsituation
kommen würde.
Das bekannte Material war nicht länger wasserdicht und bildete
selbst keine wasserdichte Schicht durch Expansion.
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Hingegen bildete jedoch das Material
nach der vorliegenden Erfindung eine gleichförmige wasserabhaltende Schicht.
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Montmorillonit, Saponit und andere
Smektite können
gleichermaßen
verwendet werden. Bei dem Ausführen
von weiteren bevorzugten Prozessen können die Prozentsätze der
verschiedenen verwendeten Materialien folgendermaßen variiert
werden:
