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Kunststoffe im Garten- und Landschaftsbau

Diplomarbeit 2002 125 Seiten

Landschaftsarchitektur, Landespflege, Gartenbau

Leseprobe

INHALT

1. Einleitung:
Kunststoffe im Garten- und Landschaftsbau

2 Kunststoffe im historischen Rückblick
2.1 Definition Kunststoff
2.2 Die Entwicklung der Kunststoffe
2.3 Die Entwicklung und Verwendung von Kunststoffen im Bauwesen

3. Im Garten- und Landschaftsbau gebräuchliche Kunststoffe, ihre Zusammensetzung und Eigenschaften
3.1 PVC
3.2 PE
3.3 PP
3.4 PS
3.5 PUR
3.6 EPDM
3.7 Matrixharze
3.7.1 Ungesättigte Polyesterharze
3.7.2 Epoxidharze
3.7.3 Vinylesterharze
3.8 PMMA
3.9 PC

4. Einsatzgebiete von Kunststoffen im Garten- und Landschaftsbau
4.1 Rohre
4.2 Dichtungsbahnen
4.3 Geokunststoffe
4.4 Hangsicherungssysteme / Böschungssysteme
4.5 Frostschutzschichten / Tragschichten
4.6 Deckschichten
4.7 Ausstattungselemente
4.8 Tragende Bauteile

5. Recycling von Kunststoffen

6. Die PVC-Diskussion

7. Schlussbetrachtung

8. Glossar

9. Literaturverzeichnis
9.1 Links mit weiteren Informationen zum Thema Kunststoffe

10. Dokumentation
10.1 Abbildungen
10.2 Abkürzungen

11 Zusammenfassung

12 Summary

13 Erklärung

1. Einleitung

Mit den verschiedenen derzeit verfügbaren Kunststoffen und den daraus entwickelten Produkten stehen Werkstoffe zur Verfügung, die aufgrund der Variabilität ihrer Eigenschaften in vielen Bereichen des Garten- und Landschaftsbaues eingesetzt werden.

Eigenschaften wie Form, Farbe, Elastizität, Entflammbarkeit etc. können auf den Verwendungszweck abgestimmt werden, Kunststoff-produkte sind äußerst langlebig und leicht.

Vielerorts finden sich bereits Beispiele für Kunststoffprodukte am Bau, für die es unter wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten keinen adäquaten Ersatz gibt.

So nutzt man beispielsweise bei der Entwässerung Rohre und Drainrohre aus PVC, Rinnen und Einlaufkästen aus Polyesterharz-Beton, Folien aus PVC und PE werden als Dichtungsbahnen im Teichbau und der Dachbegrünung eingesetzt, Geokunststoffe wie Geogitter und Geotextilien werden in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt.

Im Sportplatzbau werden Gummigranulate und Polyurethane als Trag- und Deckschichten eingebaut, verschiedene Kunststoffe werden für diverse Komponenten an Spielgeräten und Ausstattungselementen benötigt.

Die Einsatzbereiche für Kunststoffprodukte sind also vielfältig, und Kunststoffe sind am Bau schon lange weit verbreitet (vgl. Kap. 2.3), wenngleich auch ihr Einsatz in vielen Fällen verdeckt erfolgt, das heißt, die verwendeten Kunststoffprodukte werden von anderen Materialien überdeckt.

Immer öfter aber treten Kunststoffprodukte auch im Garten- und Landschaftsbau in den Vordergrund, nicht nur wie im Sportplatzbau bereits seit der Zulassung von Polyurethan-Belägen für die XIX. Olympischen Spiele 1968 in Mexiko-City für Laufbahnen und Spielfeder, sondern auch in verschiedensten Formen in öffentlichen Freiräumen wie Spielplätzen, an Schulen sowie in privaten Freiräumen.

Hier finden sich beispielsweise Überdachungen, Leuchten und Abfallbehälter aus Kunststoffen, es werden Fallschutzbeläge und Spielgeräte aus Kunststoffen verwendet, in privaten Freiräumen finden Pflanzgefäße, Beeteinfassungen etc. Anwendung.

Kunststoffprodukte erleben eine Renaissance, nachdem ihre Verwendung in den 70er Jahren durch die Ölkrise eingeschränkt wurde und in den 80er Jahren durch die ökologische Welle gleichsam tabuisiert wurde.

In jüngerer Zeit finden sich immer öfter auf Gartenschauen Beispiele für die zeitgemäße Verwendung von Kunststoffen und Kunststoffprodukten, Fachzeitungen berichten über beispielhafte Verwendungen von Kunststoffen und vermehrt nutzen die Hersteller von Ausstattungselementen, Spielgeräten und Bodenbelägen die Vielseitigkeit der Kunststoffe hinsichtlich ihrer Gestaltbarkeit in Form und Farbe und ihrer chemischen und mechanischen Eigenschaften, ein Indiz für die wieder wachsende Akzeptanz von Kunststoff.

Da Kunststoffprodukte in unserer persönlichen Umgebung immer mehr Raum einnehmen und die Kunststoffbranche ständig neue Stoffe und Produkte entwickelt und vermarktet sowie bekannte und bewährte Stoffe verbessert, sollte diese Entwicklung auch auf den Garten- und Landschaftsbau einwirken. Planende und Ausführende des Garten- und Landschaftsbaues sollten sich noch öfter die Vorzüge der Kunststoffprodukte zu Nutze machen, die diese bei fach- und normgerechter Planung und Ausführung vorzuweisen haben, denn Kunststoffprodukte eröffnen technische und wirtschaftliche Perspektiven, die von anderen Materialgruppen so nicht erreicht werden.

Ziel dieser Arbeit ist es, die Vorzüge des Werkstoffes Kunststoff gegenüber alternativen Werkstoffen herauszustellen. Es soll dargestellt werden, dass Kunststoffe in vielen Bereichen des Bauwesens verbreitet sind und sich in verschiedenen Marktsegmenten durchgesetzt haben. Aus den Ausführungen wird hervorgehen, dass Kunststoffprodukte in Zukunft im Bauwesen eine größere Rolle spielen können und auch im Garten- und Landschaftsbau sowohl zu gestalterisch als auch technisch und wirtschaftlich hervorragenden Lösungen führen können.

Es werden zunächst in einem Rückblick die Entwicklung der Kunststoffe im Allgemeinen und im Bauwesen im Besonderen betrachtet.

Anschließend werden die im Garten- und Landschaftsbau gebräuchlichen Kunststoffe hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Eigenschaften untersucht und die heutigen Einsatzgebiete von Kunststoffprodukten im Garten- und Landschaftsbau erörtert.

Im Folgenden werden die unterschiedlichen Ansätze zum Umgang mit anfallenden Stoffen, Recycling oder Deponierung, behandelt sowie ein Überblick über den aktuellen Stand der PVC-Diskussion gegeben. In der Schlussbetrachtung sollen die Ergebnisse der Arbeit diskutiert und anhand zweier exemplarisch konstruierter Kunststoffprodukte Beispiele für die Vielseitigkeit von Kunststoffen erarbeitet werden.

2. Kunststoffe im historischen Rückblick

2.1 Definition `Kunststoff´

Kunststoffe sind Werkstoffe, die durch Synthese aus niedermolekularen Stoffen hergestellt oder (heute seltener) durch Umwandlung von Naturstoffen erzeugt werden.

Sie bestehen aus sehr großen Molekülen (Makromolekülen/Polymeren), die wiederum aus vielen kleinen Einheiten, den Monomeren, aufgebaut sind. Die Makromoleküle, lange Kettenmoleküle, können aus verschiedenen oder gleichartigen Monomeren bestehen. Ähnlich wie beim Erdöl dominieren Kohlenstoff- und Wasserstoffatome, die Ketten sind jedoch länger als beim Erdöl.

Kunststoffe zeichnen sich allgemein aus durch relativ geringe Dichte, recht hohes thermisches und elektrisches Isolationsvermögen, chemische Resistenz gegen feuchte Luft und Säuren sowie durch leichte Verarbeitbarkeit (vgl. SAECHTLING 1974, S. 11).

Bei den obengenannten niedermolekularen Stoffen handelt es sich heute meist um Erdöl, dessen Molekülstruktur verlängert und / oder mit anderen Stoffen, zum Beispiel anderen Erdölprodukten, kombiniert wird.

Alle Kunststoffe sind Produkte auf der Basis von Naturstoffen, man unterscheidet aber synthetische und natürliche Kunststoffe.

Für die Herstellung synthetischer Kunststoffe werden drei Verfahren angewandt: die Polymerisation, die Polykondensation und die Polyaddition.

Die Aufspaltung der Doppelbindungen der Ausgangsstoffe und anschließende Verknüpfung der beteiligten Moleküle, der Monomere, durch Hauptvalenzen zu den Makromolekülen wird als Polymerisation bezeichnet.

Bei der Polykondensation werden Wasser oder Alkohol von den Ausgangsstoffen abgespalten. Es entstehen je nach Ausgangsstoff lineare oder vernetzte Polykondensate.

Das Verfahren der Polyaddition ähnelt dem der Polykondensation, es werden aber keine niedermolekularen Verbindungen abgespalten, sondern die Makromoleküle entstehen durch Verschiebung der Wasserstoffatome entlang der Molekülkette (vgl. WEBER in Bauen mit Kunststoffen, S. 44).

Die Makromoleküle der Kunststoffe können in unterschiedlich starker Vernetzung auftreten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 01: Kettenbildung und Vernetzung von Makromolekülen

Der Grad der Vernetzung beeinflußt Eigenschaften wie Elastizität, Zugfähigkeit und Schlagzähigkeit des Kunststoffes, je nach Vernetzungsgrad unterscheidet man Thermoplaste, Elastomere und Duroplaste.

Thermoplaste bestehen aus linearen oder verzweigten Kettenmolekülen, welche nicht vernetzt sind. Sie sind schmelzbar, da die Molekülketten untereinander keine chemische Verbindung eingehen (Hauptvalenzkräfte), sondern durch Nebenvalenzkräfte verbunden sind. Zu der Gruppe der Thermoplaste gehören beispielsweise

Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polystyrol (PS) und Polypropylen (PP) (vgl. SAECHTLING, 1973, S. 22).

Elastomere bestehen aus schwach, beziehungsweise weitmaschig, Duroplaste aus stark, beziehungsweise engmaschig vernetzten Kettenmolekülen. Ihr Molekülverbund ist durch Wärmezufuhr nicht mehr zu lösen, ohne die Polymere zu zersetzen, sie sind also nicht mehr schmelzbar.

Zur Gruppe der Elastomere zählen die Polyurethane (PUR) und Silikone sowie Synthesekautschuk (EPDM) (vgl. SAECHTLING, 1973, S. 25). Sie sind aufgrund ihrer Zusammensetzung dauerelastisch, das heißt, sie verändern ihre Profilgebung durch äußere mechanische Einflüsse und kehren bei Nachlassen dieser Krafteinwirkung wieder selbständig in ihre Ausgangsform zurück. Dieser Vorgang ist unbegrenzt wiederholbar, in der Größe seiner Bewegung aber begrenzt ( vgl. PETER, S. 77).

Duroplaste sind aufgrund ihrer engmaschigen Vernetzung nicht elastisch sondern hart und spröde. Zu den Duroplasten zählen die ungesättigten Polyesterharze (UP), Vinylesterharze (VE) und Epoxidharze (EP) (vgl. SAECHTLING 1973 S. 25).

2.2 Die Entwicklung der Kunststoffe

Vor dem Hintergrund der obengenannten Definition des Begriffes Kunststoff, welche unter Kunststoffen auch die umgewandelten Naturstoffe versteht, dürfen Kunststoffe nicht nur als ein Werkstoff der Neuzeit betrachtet werden.

Vielmehr nutzten bereits die Ägypter 2000 v. Chr. Styrol, ein aus Storax-Balsam des Storax-Baumes (Styrax officinalis) gewonnenes Extrakt, das sie für die Präparation ihrer Mumien verwendeten.

Aus dem Milchsaft des Gummibaumes (Hevea brasilensis) stellten die Mayas Bälle und Kleidungsstücke her. 1530 überliefert der Schweizer Handelsherr B. Schobinger eine Rezeptur für Kunsthorn auf der Basis von Casein aus in Lauge umgesetztem, gekochtem Ziegenkäse. Der daraus gewonnene Stoff namens Galalith oder Milchstein wurde zum Beispiel in den Anker-Baukästen der Gebrüder Lilienthal verwendet (vgl. WEBER in Bauen mit Kunststoffen, S. 3).

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entstanden die ersten vollsynthetischen Kunststoffe: Aus Phenol und Formaldehyd in Verbindung mit Füllstoffen wie Gesteinsmehl, Holzmehl oder Textilschnitzel stellte L. H. Baekeland 1908 Bakelit her.

Zu diesem Zeitpunkt war der chemische Aufbau der Bestandteile der neuartigen Stoffe wie Bakelit und Zelluloid noch nicht bekannt.

Die 1911 gegründete Zeitschrift `Kunststoffe´ gab den bis dahin als Imitat- oder Surrogatstoffe bezeichneten Verbindungen ihre neue Bezeichnung Kunststoff und erst 1922 konnte Hermann Staudinger seine Theorie von den Makromolekülen, den mit Hauptvalenzen verbundenen Monomeren, mittels Röntgenverfahren belegen.

Bis dahin hatte man die Stoffe als Zusammenballung, Assoziate, kleinerer Moleküle gedeutet.

Ende der 20er Jahre gehen immer neue Kunststoffe in Produktion: Ab 1928 wird in den USA und seit 1931 in Deutschland Polyvinylchlorid (PVC) produziert. Im gleichen Jahr wird in Deutschland Polymethylmethacrylat (PMMA) entwickelt und ab 1933 unter der Bezeichnung Plexiglas hergestellt.

Im Jahr 1937 werden in Deutschland die Polyurethane (PUR) erfunden und ab 1940 gefertigt, 1947 beginnt in den USA die industrielle Produktion von Epoxidharzen.

Bereits seit 1939 werden in Großbritannien Polyethylene (PE) produziert.

1949 wird aus dem seit 1930 in Deutschland hergestellten Polystyrol Polystyrol-Partikelschaum entwickelt, der ab 1952 als Styropor vermarktet wird.

In Italien gelingt 1954 die Herstellung von Polypropylen (PP), das ab 1957 in Deutschland produziert wird.

Die genannten Stoffe können nur einen kleinen Auszug aus der Fülle der inzwischen erhältlichen darstellen. Erwähnt sei noch ein 1993 von einer britischen Firma vorgestellter Schaumstoff namens `Waterlily´, der auf Wasserbasis entwickelt wurde (vgl. WEBER in Bauen mit Kunststoffen, S. 8).

2.3 Die Entwicklung und Verwendung von Kunststoffen im Bauwesen

Bereits im 18. und 19. Jahrhundert wurden Kunststoffe im Bauwesen eingesetzt.

Aus in Wasser eingeweichtem und zu Brei zerlassenem Papier wurde, unter Zugabe von Farben, Gips und anderen Bindemitteln wie Leim, Papmaché hergestellt. Dieser Zellulose-Kunststoff fungierte als eine Art Holzersatz und erreichte bereits beachtliche Materialeigenschaften wie Härte und Festigkeit, welche sogar die Verwendung im Aussenraum ermöglichten (vgl. WEBER in Bauen mit Kunststoffen, S. 8).

Linoleum ist ein Produkt, welches 1860 in Großbritannien erfunden wurde und in erster Linie als Fußbodenbelag verwendet wurde und wird. Es handelt sich somit um einen der ersten Kunststoffe, die speziell für das Bauwesen entwickelt wurden. Für diesen Werkstoff wird Linoxyn, das Oxidationsprodukt von Leinöl, mit Harzen wie zum Beispiel Kolophonium zusammengeschmolzen. Dieser Linoleum-Zement wird unter Zusatz von Korkmehl oder Holzmehl und Farbstoffen verknetet, warm auf Jutegewebe gepreßt und nachoxidiert

(vgl. KEUNE, S. 147).

Mit der Entdeckung der Makromoleküle durch H. Staudinger (1922) begann die rasante Entwicklung der synthetischen Kunststoffe.

Bis zum Ende der 40er Jahre waren die meisten der auch heute noch im Bauwesen Anwendung findenden Kunststoffe zur Produktionsreife gelangt, insbesondere zu nennen sind hier Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polystyrol (PS) und Polyurethan (PUR) als Werkstoffe, die auch heute noch im Bauwesen ein große Rolle spielen.

Die Einsatzgebiete für Produkte aus obengenannten Stoffen waren zunächst vor allem Rohre und Dichtungen sowie Boden- und Wandbeläge, wobei es sich bei letzteren in erster Linie um Produkte für die Verwendung im Innenraum handelte.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 02: PVC-Rohre aus der Zeit um 1940

Im Aussenbereich wurden neben den Rohren aus Hart-PVC anfangs vor allem mit Weich-PVC ummantelte Fernmeldeleitungen und Installationskabel verwendet (vgl. SAECHTLING 1973, S. 171, WEBER in Bauen mit Kunststoffen, S. 8). Erst in den 50er, 60er und 70er Jahren nimmt die Verwendung von Kunststoffen auch in der Architektur mehr Raum ein. Beispiele wie das Ferienhaus des finnischen Designers Matti Suuronen von 1968 (SCHOELLER in Baumeister B8, S. 20), das Orion-Haus von 1971 oder das Dach des Münchner Olympiastadions von 1972 (vgl. SAECHTLING 1973, S. 521, EISELE in Bauen mit Kunststoffen, S. 26) belegen einen experimentellen Umgang mit den vielseitigen Kunststoffen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 03: Zwei Ansichten des Orion-Hauses, 1968 / 1971

Vor allem Fassaden- und Balkonverkleidungen aus Kunststoffen wie HPL-Platten (high pressure laminates) oder PVC sind weitere Beispiele aus dieser Zeit, die das Vordringen der Kunststoffe als Werkstoff in der Architektur dokumentieren.

Im Garten- und Landschaftsbau und in der Landschaftsarchitektur sind Kunststoffe zu dieser Zeit als gestaltendes Element noch nicht verbreitet. Lediglich Ausstattungselemente wie Parkbänke, deren Lattung aus PVC angeboten wird, Spielgeräte aus Polyethylen oder Pflanzgefäße aus Eternit finden mehr oder weniger häufig Anwendung.

Im Sportplatzbau hingegen beginnen sich bereits seit Beginn der 70er Jahre die Kunststoffbeläge für Kampfbahnen, Spielfelder und Tennisplätze durchzusetzen, so wurden beispielsweise für das Olympiastadion in München 1972 neunzehn Kleinspielfelder und Tennisplätze aus Kunststoff erstellt (MILLER in Das Gartenamt,

S. 522).

Rohre und Drainagerohre aus PVC werden im Garten- und Landschaftsbau für Entwässerungsarbeiten genutzt, zur Bodenverbesserung werden Hartschaumstoff-Flocken (Styromull) genutzt.

Seither hat mit der Entwicklung neuer Produkte und der Eroberung neuer Marktsegmente und Verwendungsbereiche durch neue Kunststoffe und die Verbesserung bereits verwendeter Kunststoffe der Verbrauch von Kunststoffen stetig zugenommen. Allein in der Bundesrepublik Deutschland stieg die Produktion von 1,97 Mio. to im Jahre 1965 auf 15,8 Mio. to im Jahr 2001.

Dabei ist die Baubranche mit ca. 27 % ein ebenso großer Abnehmer von Kunststoffprodukten wie die Verpackungsindustrie.

Die Automobil- und Möbelindustrie folgen mit je 8 %, die Elektroindustrie mit 7 % mit großem Abstand nach.

Der weitaus größte Teil der in Westeuropa in der Baubranche verbrauchten Kunststoffprodukte entfällt mit 40 % auf Rohre und Rohrleitungen, während Dämmungen und Isolierungen und Profile jeweils 18 % einnehmen. Auf Boden- und Wandbeläge entfallen 6 %, auf Platten 5 % und auf Folien nur 4 % (Sonstige: 6 %).

(VKE AA Statistik und Marktforschung, S. 4).

Innerhalb der Baubranche nehmen Hoch- und Tiefbau sicher den Hauptanteil am Verbrauch von Kunststoffprodukten für sich in Anspruch, dennoch ist davon auszugehen, das auch der kleinere auf den Garten- und Landschaftsbausektor entfallende Anteil zum jährlichen Verbrauchswachstum der Kunststoffprodukte beiträgt.

Hier ist die Verbrauchssteigerung nicht allein auf die am Markt fest verankerten Produkte wie Rohre, Dichtungsbahnen, Geotextilien und Sportplatzbeläge zurückzuführen, sondern auch auf die in schneller Folge am Markt erscheinenden Produktneuerungen wie Spielgeräte und Ausstattungselemente. Der weitaus größte Teil der am Bau verarbeiteten Kunststoffprodukte besteht aus PVC gefolgt von PS,

PE-HD und PE und PUR (VKE AA Statistik und Marktforschung, S. 4).

Diese Zahlen sind aber nicht ohne weiteres auf den Garten- und Landschaftsbau übertragbar. Polystyrole (PS) zum Beispiel werden vor allem für Dämmstoffe verwendet, ihr Anteil am Gesamtverbrauch von Kunststoffprodukten im Garten- und Landschaftsbau dürfte daher geringer ausfallen als ihr Anteil am Kunststoffprodukt-Verbrauch der Baubranche im Allgemeinen.

Hingegen dürfte der Verbrauch von Synthesekautschuk (EPDM) und Polyurethanen (PUR) im Garten- und Landschaftsbau vor allem durch die Verwendung als Trag- und Deckschichten im Sportplatzbau gegenüber dem Verbrauch in der Baubranche im Allgemeinen höher liegen.

Die Bedeutung, die Kunststoffprodukte bereits jetzt am Bau haben, und die sich in Zukunft noch verstärken wird, ist auf die hervorragenden Eigenschaften und deren Kombinationsmöglichkeiten zurückzuführen.

Maßgebliche Eigenschaften bei hoher Variabilität der Eigenschaften sind:

- Geringe Dichte
- Langlebigkeit
- Reißfestigkeit
- Schlagfestigkeit
- Schwerentflammbarkeit
- Abriebfestigkeit
- Temperaturbeständigkeit
- Chemikalienresistenz

Insbesondere die Möglichkeit, die Eigenschaften des eingeplanten Produktes beispielsweise durch Zugabe bestimmter Stoffe (wie zum Beispiel Flammschutzmittel oder Weichmacher, vgl. auch Kap. 6) auf den Verwendungszweck abzustimmen, heben Kunststoffprodukte über andere Baustoffe hinaus.

Mit der Entwicklung immer neuer Kunststoffe und Kunststoffprodukte und der damit ermöglichten Erschließung neuer Marktsegmente wird, so die Prognosen der Kunststoffindustrie, die Kunststoffproduktion und der Kunststoffverbrauch weiter ansteigen. Für den Zeitraum bis 2005 wird ein Anstieg des Verbrauches in Westeuropa um 3,3 % per annum erwartet (1998: 6,35 Mio. to – 2005: 7,95 Mio. to) (VKE AA Statistik und Marktforschung, S. 5).

3. Im Garten- und Landschaftsbau gebräuchliche

Kunststoffe, ihre Zusammensetzung und

Eigenschaften

Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass im Garten- und Landschaftsbau die selben Kunststoffe verwendet werden wie im Bauwesen. Die Anteile der einzelnen Kunststoffe am Verbrauch dürften jedoch in den verschiedenen Branchen sehr unterschiedlich sein. Im Folgenden sollen die wichtigsten im Garten- und Landschaftsbau eingesetzten Kunststoffarten dargestellt werden.

3.1 Polyvinylchlorid (PVC)

Zu den im Garten- und Landschaftsbau bereits seit langem verwendeten, und vor allem im Bereich der Entwässerungsarbeiten für Rohre, aber auch für Dichtungsbahnen eingesetzten Kunststoffen gehört Polyvinylchlorid (PVC).

Zusammensetzung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 04: Darstellung der Zusammensetzung von VC und PVC

PVC nimmt heute einen Anteil von 48 % an der Gesamtproduktion von Kunststoffprodukten ein und ist somit der mit Abstand wichtigste Kunststoff im Bauwesen (vgl. WEBER, S. 9).

Das seit 1928 in den USA und seit 1931 in Deutschland produzierte PVC wurde seit 1935 für Rohre für Wasser und aggressive Medien verwendet, in den 40er Jahren wurde es wissenschaftlich auf seine Eignung für die Kabelisolierung untersucht. Insbesondere die Verwendung von PVC für Rohre nimmt auch heute noch einen großen Teil der PVC-Produktion ein, immerhin 40 % des produzierten PVC werden für Rohre und Rohrleitungen eingesetzt.

Grundsätzlich werden Polyvinylchloride nach ihrer Erscheinungsform in Hart-PVC, heute PVC-U = Unplasticized, und Weich-PVC, heute

PVC-P = Plasticized, unterteilt. Die eigentliche Erscheinungsform des PVC ist die des PVC-U, um PVC-P zu erhalten werden dem Polymerisat ca. 10 % Weichmacher zugesetzt, die eine Vergrößerung der Kettenabstände bewirken und somit den Zusammenhalt des Molekülverbundes schwächen (in Extremfällen kann PVC-P bis zu 60 % Weichmacher enthalten, zu Weichmachern vgl. Kap. 6).

Daneben gibt es noch die Copolymerisate, bei denen zum Beispiel Vinylchlorid mit Vinylacetat copolimerisiert. Dies führt zu einer erhöhten Schlagzähigkeit, der entstandene Stoff PVC-A wird beispielsweise für Fensterprofile verwendet.

Nachchloriertes PVC mit einem erhöhten Chloranteil, PVC-C, wird in seiner chemischen Beständigkeit verbessert, die Erweichungs-temperatur steigt, die Verarbeitbarkeit wird jedoch erschwert.

Für den Einsatz im Garten- und Landschaftsbau relevante Eigenschaften sind:

- Leichte Be- und Verarbeitbarkeit
- Im Gebrauchsbereich glasklar, leicht pigmentierbar
- UV-beständig
- Hohe Resistenz gegen aggressive Medien
- Gute mechanische Eigenschaften wie Schlagfestigkeit, Zug- und Biegefestigkeit.
- Dichte in g/cm³ : PVC-U 1,38-1,55, PVC-P 1,16-1,35

PVC läßt sich durch verschiedene Fügeverfahren verbinden.

Als thermoplastischer Kunststoff läßt PVC sich sowohl verkleben als auch verschweißen. Gebräuchlich sind Warmgasschweißverfahren, die mit Gastemperaturen von etwa 300 °C unter Zugabe von Schweiß-drähten oder anderem Kunststoffmaterial arbeiten (vgl. WEBER, S. 51).

Beim Heizelementschweißen oder Stumpfschweißen werden die auf Fließtemperatur, ca. 230 °C, erwärmten Flächen der Fügeteile unmittelbar vereinigt, Hochfrequenz- und Ultraschallschweißen dienen vor allem zur industriellen Fertigung von Folien und Formteilen.

Theoretisch lassen sich PVC-Produkte auf verschiedene Weise verkleben, zum Beispiel mit Lösungen von PVC-C in Chlorkohlenwasserstoff, Heißbitumen oder Kontaktklebern auf Kunstkautschukbasis. In der Praxis werden Verklebungen im Garten- und Landschaftsbau für die Verbindung von Dichtungsbahnsegmenten oder Dichtungsbahnen und Formteilen im Bereich von Durchdringungen angewandt, für Rohrleitungen werden in der Regel Formteile verwendet.

3.2 Polyethylen (PE)

Den zweitgrößten Anteil am Kunststoffverbrauch der Bauindustrie haben die Polyethylene (PE) mit 18 %. Im Garten- und Landschaftsbau werden sie vor allem in Form von Dichtungsbahnen, Rohren und Vliesstoffen verwendet.

Zusammensetzung:

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Abb. 05: Darstellung der Zusammensetzung von PE

Polyethylen wird nach der Dichte unterschieden in das seit 1939 in Großbritannien produzierte PE-LD = Polyethylen Low Density = niedrige Dichte, und das ab 1952 in Deutschland hergestellte PE-HD = Polyethylen High Density = hohe Dichte.

Darüber hinaus gibt es inzwischen noch PE-VLD (Very Low Density) und PE-MD (Middle Density).

Die Dichte wird im Wesentlichen vom Verzweigungsgrad der Molekülketten bestimmt.

Für den Einsatz im Garten- und Landschaftsbau relevante Eigenschaften sind:

- Mittlere Be- und Verarbeitbarkeit (nicht lackierbar, eingeschränkt klebbar)
- Im Gebrauchsbereich teilkristallin, leicht pigmentierbar
- UV-beständig, kältefest (-40 °C)
- Hohe Resistenz gegen aggressive Medien
- Gute mechanische Eigenschaften wie Schlagfestigkeit, Zug- und Biegefestigkeit.
- Dichte in g/cm³ : PE-LD 0,915-0,935, PE-MD 0,93-0,94, PE-HD 0,94-0,97

Die wichtigsten Fügeverfahren für PE sind Warmgasschweißen und Heizelementschweißen. Warmgasschweißen von PE-HD wird bei ca. 320 °C durchgeführt, Heizelementschweißen bei ca. 210 °C. Verklebt werden können Werkstoffe aus PE nicht, jedenfalls nicht ohne hohen Aufwand.

3.3 Polypropylen (PP)

Polypropylen gehört dank seiner geringen Dichte zu den leichtesten Kunststoffen, die gute Verfügbarkeit seines Ausgangsproduktes macht PP darüber hinaus zu einem preiswerten Kunststoff. Das seit 1957 in Deutschland produzierte PP verfügt über eine große Eigenschaftsbreite, die auf die bei der Polymerisation auftretenden unterschiedlichen Konfigurationen der beteiligten Stoffe zurückzuführen ist.

Zusammensetzung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 06: Darstellung der Zusammensetzung von PP

Für den Einsatz im Garten- und Landschaftsbau relevante Eigenschaften sind:

- Gute Be- und Verarbeitbarkeit
- Im Gebrauchsbereich teilkristallin
- UV-beständig, hitzebeständig bis ca. 160 °C
- Hohe Resistenz gegen aggressive Medien
- Gute mechanische Eigenschaften wie Zug- und Biegefestigkeit
- Als Fasern sehr glatte Oberfläche
- Dichte in g/cm³ : 0,90

Die Fügeverfahren für PP sind mit denen für PE identisch, auch hier ist Verkleben nur eingeschränkt möglich, es werden vor allem Warmgasschweißen und Heizelementschweißen angewandt.

PP-Fasern gehören nach Polyamid- und Polyesterfasern zu den wichtigsten Synthesefasern, aufgrund ihrer glatten Oberfläche sind Vliese und Rohre aus PP im Baubereich verbreitet. Im Garten- und Landschaftsbau kommen PP-Fasern bei der Herstellung von Kunststoffrasenplätzen zum Einsatz, UV-Stabilisierte PP-Fasern bilden hier die Polschicht und die Trägerschicht. Der Anteil von PP am Gesamtkunststoffverbrauch liegt derzeit bei 5 %.

3.4 Polystyrol (PS)

Polystyrole, die in Deutschland seit 1930 produziert werden, werden überwiegend als Dämmstoffe eingesetzt.

Ihr Anteil am Gesamtkunststoffverbrauch der Bauindustrie liegt zwar bei ca. 14 %, im Garten- und Landschaftsbau findet PS jedoch, außer bei Dämmung von Gebäudeteilen mit Erdkontakt oder unter Gründächern, kaum Verwendung.

Zusammensetzung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 07: Darstellung der Zusammensetzung von PS

Man unterscheidet Polystyrol-Partikelschäume (PS-E) und Polystyrol-Extruderschäume (PS-X). Wegen ihrer höheren Festigkeit werden für Dämmungen im Aussenbereich vor allem Extruderschäume mit Schäumhaut verwendet. Die Verwendung als Bodenverbesserungsmittel hat sich nicht durchgesetzt.

Bislang wenig Verwendung im Garten- und Landschaftsbau finden auch Polystyrol-Copolymere, zum Beispiel die bei der Copolymerisation von Styrol und Acrylnitril entstehen die Copolymere ABS und ASA.

Diese zeichnen sich aus durch gute Wärmebeständigkeit und hohe Schlagzähigkeit. ASA ist im Gebrauchsbereich glasklar, während ABS dunkel gefärbt ist, beide sind pigmentierbar. Verwendet werden sie für Rohre und Lichtschächte.

3.5 Polyurethan (PUR)

Polyurethane erreichen mit 6 % einen nur relativ geringen Marktanteil am Gesamtkunststoffverbrauch des Bauwesens. Das seit 1940 in Deutschland produzierte PUR wird heute zu 80 % als Schaumstoff verwendet. Nur 20 % kommen als sogenannte nichtzellige Stoffe zum Einsatz, wovon wiederum nur ein sehr kleiner Teil als Gieß- oder Sprühelastomere im Garten- und Landschaftsbau verwendet werden. Hier gehören sie jedoch insbesondere durch ihre Verwendung im Sportplatzbau, zum Teil in Verbindung mit EPDM, zu den wichtigsten Kunststoffen nach PVC und PE.

Zusammensetzung:

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Abb. 08: Darstellung der Zusammensetzung von PUR

Während sich der Einsatz von Polyurethanen im Garten- und Landschaftsbau bislang vor allem auf Sportplatzbeläge beschränkt, sind ihre Einsatzmöglichkeiten im Hochbau durch die Verwendungsform als Schaumstoffe oder Sprühschäume ungleich vielfältiger. Durch die Verwendung von Polyurethanen in Verbindung mit Glasfaserverstärkung können noch weitere Einsatzbereiche hinzugefügt werden.

PUR werden unterteilt in Beschichtungen, Bindemittel, Elastomere, Fasern, verschiedene Schäume (Hart-, Weich-, Füllschäume etc.), Kleber, Lacke und Thermoplaste. Die aufgeführten Polyurethane werden durch zum Teil sehr unterschiedliche Eigenschaften charakterisiert, allen gemein ist ihr geringes Gewicht

(vgl. UHLIG, S. 25 ff).

Einige Eigenschaften sind durch das Mischungsverhältnis der miteinander reagierenden Vorprodukte oder durch Zusätze variabel.

Für den Einsatz im Garten- und Landschaftsbau relevante Eigenschaften sind:

- UV-beständig
- Hitzebeständig bis ca. 130 °C
- Hohe Resistenz gegen aggressive Medien
- Gute mechanische Eigenschaften wie Zug- und Biegefestigkeit
- Gut pigmentierbar

Die im Garten- und Landschaftsbau vor allem eingesetzten Gieß- oder Sprühelastomere lassen sich nach dem Aushärten nicht mehr warm-formen. Einziges Fügeverfahren ist das Kleben, meist mit PUR-Klebern.

3.6 Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM)

Synthesekautschuk im Allgemeinen wird in Deutschland bereits seit 1910 hergestellt, 1960 wurde EPDM auf dem Weltmarkt eingeführt.

Im Vergleich zu anderen Kunststoffen allerdings ist der Anteil von EPDM am Gesamtverbrauch von Kunststoffen im Bausektor sehr gering.

Dennoch zählt EPDM im Garten- und Landschaftsbau zu den wichtigen Kunststoffen. Neben der Verwendung von Dichtungsbahnen zur Bauwerksabdichtung spielt insbesondere die Verwendung von Gummigranulaten aus Schwefel- oder Peroxidvulkanisierten Synthesekautschuken für Fallschutzmaterialien eine Rolle. Naturkautschuk wird im Bauwesen aufgrund seiner kaum beeinflußbaren, witterungsabhängigen Menge und Qualität kaum verwendet.

Zusammensetzung:

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Abb. 09: Darstellung der Zusammensetzung von Kautschuk (Auszug)

Aus Kautschuk, gleich ob natürlich oder synthetisch, wird durch Vulkanisation dauerelastisches Gummi.

Bei der Vulkanisation wird plastischer Kautschuk unter Wärme und Druck zu elastischem Gummi, dies geschieht durch die Verknüpfung der fadenförmigen Makromoleküle des Kautschuks an ihren reaktionsfähigen Stellen, zum Beispiel durch Schwefel oder Peroxid.

Durch die Möglichkeit, die Bestandteile und Mischungsverhältnisse von Synthesekautschuk zu variieren, können die Eigenschaften von Kautschukprodukten erheblich beeinflußt werden.

Für den Einsatz im Garten- und Landschaftsbau relevante Eigenschaften sind:

- UV-beständig
- Dauerelastisch zwischen –35 °C und +120 °C
- Hohe Resistenz gegen aggressive Medien, außer Mineralöle
- Gute mechanische Eigenschaften wie Zug- und Biegefestigkeit
- Gut pigmentierbar
- Bitumenbeständig

Da der Vorgang der Molekülvernetzung irreversibel ist, waren Folien aus EPDM zunächst nicht durch Fügetechniken wie Warmgas- oder Heizkeilschweißen zu bearbeiten, durch integrierte Schichten oder Streifen aus unvernetztem Material können heute aber auf der Baustelle Schweißverbindungen hergestellt werden.

3.7 Matrixharze

Matrixharze sind Bindemittel. Für die verschiedenen Anwendungsgebiete werden unterschiedliche Matrixharze verwendet. Es sind vor allem ungesättigte Polyesterharze (UP-Harze),

Vinylesterharze (VE-Harze) und Epoxidharze (EP-Harze). Die UP-Harze stellen die größte Gruppe unter den Matrixharzen, ihr Anteil am Gesamtkunststoffverbrauch liegt bei 3 %. Die genannten Bindemittel können sowohl ohne Zuschläge als Kleber, oder mit Zuschlägen als Verbundwerkstoffe verarbeitet werden. Dabei können sie in ihrer Funktion als Bindemittel als alleiniges oder als zusätzliches Bindemittel neben anderen, wie zum Beispiel Zement, eingesetzt werden.

Bei der Verarbeitung zu Verbundwerkstoffen in Verbindung mit anderen Bindemitteln werden vor allem Zuschläge wie Sand oder Kies, bei der Verwendung als alleiniges Bindemittel vor allem Glasfasern eingesetzt.

Glasfaserverstärkte Polyesterharze wurden 1942 in den USA entwickelt, seit 1947 wurden dort Epoxidharze industriell produziert. In Deutschland wird seit 1950 ungesättigtes Polyester produziert.

3.7.1 Ungesättigte Polyesterharze (UP)

Bei den ungesättigten Polyestern handelt es sich um bereits hochmolekulare, lineare Polymermoleküle, die in einem polymerisierbaren Monomeren, zum Beispiel Styrol, gelöst werden. Durch sogenannte Härter, spezifische Reaktionsmittel wie Peroxid, wird die vernetzende Copolymerisation bewirkt. Die beiden Komponenten, ungesättigte Polyester und Styrol, werden zu einem dreidimensionalen Netzwerk verbunden. Bei dieser exothermen Reaktion kommt es zu Harzschwindungen, die durch thermoplastische Füllstoffe kompensiert werden können.

Zusammensetzung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 10: Darstellung der Zusammensetzung von UP

Die UP-Harze sind die für Laminier-, Wickel- und Preßverfahren gebräuchlichsten Reaktionsharze.

Für den Einsatz im Garten- und Landschaftsbau relevante Eigenschaften sind:

- UV-beständig,
- Temperaturbeständig je nach Zuschlag 70 °C - >150 °C
- Hart, spröde
- Hohe Resistenz gegen aggressive Medien
- Gute mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit und Kugeldruckhärte
- Im Gebrauchsbereich glasklar
- Dichte in g/cm³ : 1,10 – 2,0

Da die UP-Harze nach dem Aushärten nicht mehr schmelzbar sind, können Werkstoffe aus UP-Harzen und Füllstoffen nur durch Kleben miteinander verbunden werden. Als Kleber werden insbesondere die UP-Harze selbst verwendet.

3.7.2 Epoxidharze (EP-Harze)

Epoxidharzsysteme bestehen aus zwei Komponenten, nämlich aus der Harzkomponente und der Härterkomponente. Es sind sowohl unterschiedliche EP-Harze, als auch unterschiedliche Härter handelsüblich. Dabei werden die unterschiedlichen Stoffeigenschaften von den Härtern verursacht, man unterscheidet Aminhärter und Anhydridhärter. Die Reaktion von EP-Harzen mit Aminhärtern erfolgt mit oder ohne Beschleuniger bei Raumtemperatur, man spricht von Kalthärtung. Eine Beschleunigung der Härtung durch Temperaturen von 50 °C – 70 °C ist möglich. Die Reaktion von EP-Harzen mit Anhydridhärtern erfordert die Verwendung von Beschleunigern zur Anhärtung und eine thermische Nachbehandlung über 100 °C zur Aushärtung. Bei der Verwendung von Epoxidharzsystemen auf der Baustelle bietet sich daher wegen der einfacheren Anwendung die Verwendung von Systemen mit Aminhärtern an.

Bei allen EP-Harzen und Härtern sind wegen der ätzenden Wirkung Hautkontakte zu vermeiden.

Zusammensetzung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 11: Darstellung der Zusammensetzung von EP

Bei der Reaktion von EP-Harz und Härter führen Veränderungen der Mengenanteile der beiden Komponenten zu erheblichen Eigenschaftsänderungen, daher sind die vom Hersteller angeführten Mengenanteile genau einzuhalten.

Für den Einsatz im Garten- und Landschaftsbau relevante Eigenschaften sind:

- UV-beständig
- Temperaturbeständig je nach Zuschlag 100 °C - >150 °C
- Hart, spröde
- Hohe Resistenz gegen aggressive Medien
- Gute mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit und Kugeldruckhärte
- Im Gebrauchsbereich gelblich
- Dichte in g/cm³ : 1,14 - 1,20

Auch EP-Harze sind als Duroplaste nicht mehr schmelzbar, als Fügeverfahren wird, ebenso wie bei den UP-Harzen, das Kleben verwendet, vorzugsweise auch hier mit dem Werkstoff EP-Harz selbst.

3.7.3 Vinylesterharze (VE-Harze)

VE-Harze werden, ähnlich wie UP-Harze, in Styrol als Reaktionspartner gelöst und mit Hilfe von Peroxiden vernetzt. Ihre Eigenschaften differieren je nach verwendetem Ausgangsstoff, auf der Basis von Novolak (VE/NO) werden infolge höherer Vernetzung höhere mechanische Eigenschaften bei vergleichbarer chemischer Widerstandsfähigkeit erreicht, auf der Basis von Bisphenol A (VE/BA) werden zähere und elastischere Stoffeigenschaften erzielt.

Die Vinylesterharze vereinen die herausragenden Eigenschaften der EP-Harze und der UP-Harze. Neben den günstigen mechanischen Kennwerten und der außerordentlichen Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien in einem weiten Temperaturbereich zeichnen sie sich auch durch eine geringere Neigung zur Mikrorißbildung und eine höhere Ermüdungsfestigkeit aus. Voraussetzung für eine Optimierung der genannten Eigenschaften ist allerdings eine thermische Nachbehandlung (Tempern) bei hohen Temperaturen, daher bietet sich für diese Harzgruppe vor allem die Verwendung fabrikmäßig vorgefertigter Werkstoffe an.

Für den Einsatz im Garten- und Landschaftsbau relevante Eigenschaften sind:

- UV-beständig
- Temperaturbeständig je nach Zuschlag 100 °C - >150 °C
- Hart, spröde
- Hohe Resistenz gegen aggressive Medien
- Gute mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit und Kugeldruckhärte
- Im Gebrauchsbereich glasklar
- Dichte in g/cm³ : 1,7 – 2,1

Die Eigenschaften von Werkstoffen mit Matrixharzen als Bindemittel werden maßgeblich von den Zuschlägen mitbestimmt.

Auf die aus der Mörtel- und Betonherstellung und –Verarbeitung bekannten Zuschläge Sand und Kies soll hier nicht eingegangen werden, sie werden insbesondere in Verbindung mit EP-Harzen verwendet. Mit UP-Harzen, aber auch mit EP-Harzen und VE-Harzen als Bindemittel wird vor allem Textilglas verarbeitet. Textilglas ist ein Sammelbegriff für Erzeugnisse aus Textilglasfasern, die aus der Schmelze einer bestimmten Glasart mit einheitlichem Nenndurchmesser als endlose Glasfilamente oder als Spinn- oder Stapelfasern mit begrenzter Länge hergestellt werden.

Textilglasgarn ist ein Sammelbegriff für linienförmige Erzeugnisse mit einheitlichem Nenndurchmesser, der in Tex-Einheiten angegeben wird (1 tex = 1 g/km). Sie bestehen aus Glasspinnfäden, die durch eine bestimmte Anzahl Glasfasern und deren Drehung gekennzeichnet sind. Zwirne werden aus Garnen gleicher oder verschiedener Konstruktion hergestellt. Rovings sind aus Spinnfäden zusammengesetzte Stränge, oder unmittelbar aus der Schmelze gezogene Stränge gewünschter Texzahl. Rovings und Garne werden zu Matten und Geweben weiterverarbeitet. Diese flächenförmigen Erzeugnisse werden wiederum durch ihre Eigenschaften wie Flächengewicht und Struktur charakterisiert. Insbesondere die Struktur, also beispielsweise die Ausrichtung der Rovings oder Garne zu uni- oder bidirektionalen Geweben oder Matten, oder die Verwendung von Wirrfasermatten oder einer Kombination aus verschiedenen der genannten Gewebe oder Matten, beeinflußt wesentlich die Eigenschaften des hergestellten Werkstückes.

Als Stand der Technik gilt, daß zwischen Roving- oder Gewebelagen jeweils eine Wirrfaser- oder Mattenlage vorzusehen ist, um der Gefahr von Delaminierungen vorzubeugen (vgl. BÜLTJER in Bauen mit Kunststoffen, S. 102). Wegen der geringen Witterungsbeständigkeit der Glasfasern müssen diese von Matrixharz umschlossen sein.

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Details

Seiten
125
Jahr
2002
ISBN (eBook)
9783638391542
Dateigröße
2.3 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v40700
Institution / Hochschule
Fachhochschule Lippe und Höxter in Lemgo
Note
1,3
Schlagworte
Kunststoffe Garten- Landschaftsbau

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Titel: Kunststoffe im Garten- und Landschaftsbau