Verfahrensbeschreibung enviTec (4,55 MB) - IMC GmbH

Das enviTec Verfahren 

Beschreibung physikalischer, technischer und chemischer 

Grundlagen des patentierten EnviTec-Verfahrens zur 

Behandlung von organischen Rest- und Abfallstoffen 

enviTec Ltd 

enviTec Ltd. 14.07.06 

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Inhaltsverzeichnis 

1. Vorstellung des Verfahrens............................................................................................ 3 

2. Wirkungsmechanismus der Strahlenaktivierung von Kunststoffen mittels 

Photonenstrahlen ............................................................................................................ 5 

2.1. Darstellung der technischen Voraussetzungen zur Photonenstrahlerzeugung.................. 5 

2.2. Photochemische Wirkung der Photonenstrahlung ............................................................ 7 

2.3. Verfahrenstechnischer Ablauf der Aktivierung von Kunststoffschnitzeln mittels 

Photonenstrahlen............................................................................................................. 20 

3. Chemismus der Mineralisierung von Kunststoffoberflächen................................... 22 

3.1. Photochemische Pfropfpolymerisation von Mineralien auf Kunststoffoberflächen....... 22 

3.2. In den Kunststoffoberflächen erzeugte Mineralien......................................................... 37 

3.3. Besonderheiten bei der Einarbeitung von DSD-Material ............................................... 51 

4. Einbindung der behandelten Hochpolymere in eine Zementmatrix........................ 53 

4.1. Zementierungsvorgang an der Oberfläche eines mineralisierten Kunststoffschnitzels .. 53 

4.2. Eigenschaftspotentiale des neuartigen Verbundstoffes aus mineralisierten Kunststoffschnitzeln 

und mineralischen Bindemitteln in einer Betonmatrix .................................. 67 

5. Inertisierung der photonenbestrahlten und anmineralisierten Materialien ........... 76 

5.1. Wirkungsmechanismus der verfahrensgemäßen Inertisierung von chemisch- toxisch 

kontaminierten Materialien ............................................................................................. 76 

5.2. Effekte der Inertisierung chemisch-toxisch kontaminierter Materialien ........................ 76 

5.3. Effekte der Inertisierung biologisch-toxisch kontaminierter Materialien....................... 81 

5.4. Langzeitkontamination von photonenbestrahlten und mineralisierten Materialien in 

Baustoffen ....................................................................................................................... 83 

6. Pilotanlage...................................................................................................................... 84 

7. Ausführungsobjekte...................................................................................................... 91 

7.1. Landschaftsgestaltung..................................................................................................... 91 

7.2. Straßen- und Wegebau .................................................................................................... 95 

7.3. Basisabdichtung von Deponien....................................................................................... 97 

7.4. Absorption von Druckwellen .......................................................................................... 99 

7.5. Strahlenschutzmaterial .................................................................................................... 99 

Literaturverzeichnis ............................................................................................................. 101 

Quellennachweis für Abbildungen...................................................................................... 103 

Quellennachweis Prüfungen und Gutachten ..................................................................... 105 

Anlagen.................................................................................................................................. 106 


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1. Vorstellung des Verfahrens 

Gegenstand des elaSton-Verfahrens ist das Recycling von organischen Rest- und Abfallstoffen 

zu neuartigen nichtsprödbrüchigen, nichttoxischen, schall-, schwingungs-, wärme- und 

strahlungsdämmenden und nicht bzw. schwer brennbaren Werkstoffen. 

Dieser eigenschaftsmodifizierbare Werkstoff enthält als Trägermaterial fast ausschließlich 

Abfall- und Reststoffe der Kunststoff-, Textil-, Leder- und Kunstlederindustrie. Diesem 

Werkstoff können je nach Verwendungszweck noch mineralisch gebundene Anteile in Form von 

Staub, Asche und/oder Schlamm zugemischt werden, die jedoch im erzeugten Werkstoff einer 

Inertisierung unterzogen werden. Das Verfahren gestattet auch die Verwertung von gesetzlich 

rücknahmepflichtigem Leergut aus Papier, Pappe, Kunststoffen und Verbundmaterialien. 

Das Wesen des Verfahrens besteht darin, dass das hochpolymere Basismaterial (s.o.) zerkleinert 

und einer schockartigen Wärme- und Photonenstrahlungswirkung ausgesetzt wird, um es zu 

aktivieren und zu inertisieren bevor es mit kristallbildenden wässrigen Lösungen von mineralischen 

Abbindebeschleunigern gemischt wird. Das Verfahren nutzt diese thermischen und 

photochemischen Effekte zur Oberflächeneinbindung anorganischer Materialien in organische 

Trägersubstanzen. Die auf dem Basismaterial erzeugten anorganischen Polykristalle bilden die 

Ansatzpunkte für die weitere Mineralisierung mit Zementleim. Damit entsteht ein Werkstoff, der 

als Baustoff für mineralisch gebundene Bauglieder dient. 

Die Abfallprodukte werden damit nicht adhäsiv eingebettet (mumifiziert), sondern kristallin mit 

dem Bindemittel verbunden. Die so entstandene Verbindung zwischen anorganischem Material 

und organisches Basismaterial ist mechanisch und chemisch schwer lösbar und erfüllt damit die 

umweltspezifischen Forderungen an Recyclingprodukte. 

Im Gegensatz zu anderen stofflichen und thermischen Recyclingverfahren, z.B. Pyrolyse ... 

deren Technologien bedingt durch die energetische Aufspaltung des Ausgangsstoffes recht 

aufwendig sind, besteht das elaSton-Verfahren aus einem technologisch nur gering aufwendigen 

Prozess, der dass Recycling unsortierter und ungereinigter Ausgangsstoffe erlaubt. Mittels des 

Verfahrens ist damit die Rückführung dieser Abfallstoffe in den Wirtschaftskreislauf als 

hochwertige, selbst wieder recycelbare Werkstoffe wirtschaftlich möglich. 

Als wesentliche Aspekte der vorzustellenden Verfahrenstechnologie sind zu sehen: 

- Relativ niedriger energetischer und technischer Aufwand sowie hohe Robustheit des 

Recyclingverfahrens, teilweise Verwendung herkömmlicher Anlagenkomponenten in 

Kombination mit einer wirtschaftlichen Aktivierungs- und Inertisierungseinheit sowie 

entsprechenden Verkettungs- und Steuereinheiten. Das Verfahren zeichnet sich durch seine 

Einfachheit und technische Sicherheit aus. 

- Durch die im Verfahren eingesetzten Hilfsstoffe entstehen keine zusätzlichen Umweltbelastungen 

- Die Umweltbelastung durch Verkippung von Abfällen auf Deponien kann verringert werden 

- Das Verfahren sichert eine stoffliche Verwertung von Abfällen unter energiewirtschaftlich 

günstigen Bedingungen 

- Umweltfreundlichkeit beim Einsatz von elaSton-Erzeugnissen durch die Einsparung von 

Naturressourcen wie Sand, Kies und Splitt 

- Das Verfahren ermöglicht die Verarbeitung auch stärker verunreinigter Abfälle 

(Einsparungen beim Sortierprozess) 


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- Biologisch-toxische Bestandteile werden durch thermische, chemische und photochemische 

Inertisierung entgiftet und unauswaschbar gebunden 

- Im Gegensatz zu anderen Recyclingverfahren wie der Verbrennung, wird in diesem Verfahren 

nicht "einfach beseitigt", sondern aus ihm werden weiterverwendbare (nicht umweltbelastende) 

Werkstoffe für das Baugewerbe erzeugt. 


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2. Wirkungsmechanismus der Strahlenaktivierung von Kunststoffen mittels 

Photonenstrahlen 

2.1. Darstellung der technischen Voraussetzungen zur Photonenstrahlerzeugung 

Das Verfahren ist durch den Einsatz von fokussierten Infrarothellstrahlen gekennzeichnet, die 

neben der thermischen Einwirkung auch photochemische Effekte in den damit behandelten hochpolymeren 

Stoffen hervorrufen. Durch die Auswahl der Wirkungsmechanismen und die Anordnung 

der Wirkungselemente zur Energieeintragung auf das zu verarbeitende Material werden 

günstige Verfahrensbedingungen geschaffen (Bild 1). 

Bild 1: 

Anordnung der Wirkungselemente 

einer 

Strahlereinheit, 

ihre 

Abmessungen und die 

geometrischen Bedingungen des 

Strahlenganges. 

1 Reflektor 

2 Infrarotstrahler 

3 Strahlengang 

4 zu behandelndes Material 

5 Stützwalze 

Wie Bild 1 zeigt, wird die von einem stabförmigen Halogen-Infrarothellstrahler kommende 

Strahlung mittels eines halbelliptischen Aluminiumreflektors geringer Abmessungen in einer 

äußeren Brennlinie fokussiert. Diese äußere Brennlinie des optischen Systems ist 47,4 mm von 

der inneren Brennlinie entfernt, die der zylindrische Wendel des Leuchtkörpers mit einem 

Durchmesser von 1,4 mm bildet. 

Das zu behandelnde Material wird im Bereich der äußeren Brennlinie der fokussierten Photonenstrahlung 

positioniert. Durch eine Änderung der Höhe der Arbeitsebene im Bereich der äußeren 

Brennlinie sind die Temperatureinwirkungen auf das zu behandelnde Material durch die sich 

verändernde Strahlenflussdichte variierbar. Die im Strahlungsfeld des Wirkungspaares Infrarothellstrahler 

und Reflektor auftretende Temperaturverteilung wurde mit einem Eisen- 

Konstantahn-Thermoelement gemessen und ist als Farbtemperatur des absorbierenden Eisens in 

den Isothermen in Bild 2 dargestellt. Deutlich ist die Wirkung der Strahlenkonzentration in der 

äußeren Brennlinie zu erkennen, die dort eine Temperatur von 638 °C hervorbringt. 


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Bild 2: 

Isothermen der Temperaturverteilung in °C im 

Strahlungsfeld. 

Die Ausbuchtungen der Isothermen 

unterhalb der äußeren Brennlinien sind 

zurückzuführen auf die Wirkung der Strahlensuperposition 

aus reflektierter Strahlung 

und Eigenstrahlung des Reflektormaterials 

(Bild 2) 

Bild 3: 

Temperaturverlauf in den Arbeitsebenen mit den 

Höhenlagen h = 0; h = + 5; h = - 5; 

h = - 10 mm zur äußeren Brennlinie und im 

Abstand l senkrecht zur Brennlinienebene 

Charakteristisch für das angewendete optische System ist der in Bild 3 dargestellte Temperaturverlauf, 

der den steilen Temperaturgradienten im Strahlungsfeld veranschaulicht und die Thermoschockwirkung 

der Photonenstrahlung im Bereich der äußeren Brennlinie beschreibt. Die 

Thermoschockwirkung resultiert aus einer Temperatureinwirkung von ca. 600°C auf das Material 

innerhalb von lediglich 60 ms. 


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2.2. Photochemische Wirkung der Photonenstrahlung 

Für die Auswahl des Halogeninfrarothellstrahlers war die Bedingung einzuhalten, die untere 

Grenze der Wellenlänge größer 355 nm zu legen, um keinen Lichtabbau des Polymeren zu 

initiieren. 

Bild 4 zeigt die spektrale Strahlungsleistungsverteilung des benutzten Strahlers und bestätigt, 

dass die wirksamen Wellenlängen im Bereich zwischen 400 nm und 2.000 nm liegen. 

Bild 4: 

Spektrale Strahlungsverteilung 

des Strahlers in Abhängigkeit 

von der Betriebsspannung 

Für die verfahrensgemäße Aktivierung des bestrahlten Materials an seinen Oberflächen sind 60 

bis 170 kJ . mol -1 der Photonen erforderlich. Das entspricht einem Wellenlängenbereich 

zwischen 700 und 2.000 nm. Diese Bedingung erfüllt der benutzte Strahler gemäß seiner spektralen 

Strahlungsverteilung nach Bild 4. 

Eine photochemische Wirkung wird nur dann in einem Stoff initiiert, wenn die Strahlung vom 

betreffenden Stoff absorbiert wird. Während im Bereich langwelliger Infrarotstrahlen mit 

λ > 1.000 nm nur eine Absorption der eingestrahlten Energie durch freie Ladungsträger erfolgt, 

besitzt bei kürzeren Wellenlängen λ < 1.000 nm das absorbierte Photon die Energie, um den 

Übergang eines Elektrons vom Valenzband in das Leitband anzuregen. In diesem Sachverhalt ist 

der qualitative Vorteil der Infrarothellstrahlung gegenüber der Infrarotdunkelstrahlung zu sehen, 

der unabhängig von der Einfärbung und der Struktur des zu behandelnden Materials genutzt werden 

kann. Die mit dem besprochenen Strahler erzeugten Wellenlängen der Photonenstrahlung 

liegen mit einem erheblichen Anteil der Strahlung im Bereich eines günstigen Absorptionsmechanismus 

der Materie. 

Eine höhere Effektivität der Energieübertragung mit Photonenstrahlen im Wellenlängenbereich 

unter 1.000 nm lässt sich auch aus dem Planckschen Gesetz begründen, wonach die Strahlenflussdichte 

φ s exponentiell mit abnehmender Wellenlänge λ der emittierten Strahlung und mit 

höherer Temperatur des Strahlers T s zunimmt. Die Farbtemperatur des eingesetzten Strahlers beträgt 

bei einer Betriebsspannung von 220 V T s = 2.800 K. 

Für die Gesamtstrahlung gilt: 


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wobei sich c 1 aus c 1=2hc 0² 

in W . m -2 mit h=6,626 . 10 -34 J . s (Plancksches Wirkungsquantum) 

und c 0=299.792 kms -1 (Lichtgeschwindigkeit 

im Vakuum) und 

c 2 mit C 2=hc 0K -1 

mit K=1,38 . 10 -23 J . K -1 (Boltzmannkonstante) als 

Konstanten ergeben und der 

Raumwinkel im Bereich 0,5 .. 3 sr aus den geometrischen Bedingungen der Strahler-Reflektor-Geometrie 

gleichfalls konstant ergibt. 

In der integrierten Form dieser Gleichung, dem Stefan-Boltzmannschen Gesetz kommt der Einfluss 

der Strahlertemperatur T auf die Strahlenflussdichte φ S deutlich zum Ausdruck 

Φs = C . s T 4 in Wm -2 Dabei ergibt sich c s aus 

zu C s=5,67 . 10 -8 Wm -2 K -4 als Konstante für den schwarzen 

Strahler. 

Durch die Fokussierung und die Superposition der Strahlung lässt sich die Strahlenflussdichte 

und damit die Energiestromdichte noch weiter steigern. So führt die Superposition von Strahlen 

der gleichen Strahlungsquelle zur Verstärkung durch Interferenz. Bei Wellenlängen harmonischer 

Wellen mit geradzahligen Gangunterschieden ist bei gleichen Amplituden die Amplitude 

der resultierenden Welle doppelt und die Energiedichte viermal so groß wie die der sich überlagernden 

Wellen der Strahlung. Bei der Fokussierung tritt bereits durch die Konzentration der 

Strahlung auf die Brennlinie eine wesentliche Steigerung der Strahlenflussdichte auf. Aus 

diesem Sachverhalt erklärt sich auch die im Bild 3 gezeigte charakteristische Temperaturverteilung 

im Strahlungsfeld der reflektierten Strahlung. Zusätzlich wird noch der Anteil der 

Eigenstrahlung des aufgeheizten Aluminiumreflektors superpositioniert. 

Die Erhöhung der Strahlenflussdichte hat einen wesentlichen Einfluss auf die photochemische 

Reaktion. Nach dem fotochemischen Äquivalenzgesetz gilt, dass für die Anregung eines Teilchens 

gerade ein Lichtquant (Photon) erforderlich ist. Zu beachten ist aber, dass die photochemische 

Aktivierung eines Stoffes von der Zahl der absorbierten Photonen abhängig ist. 

Der in der Strahlenchemie der Photonen übliche Bezug des Energieinhaltes einer Strahlung auf 

ein Mol setzt das Verständnis voraus, dass ein Mol irgendeiner Substanz aus 6,02 . 10²³ Teilchen 

besteht, gleichgültig um was für Teilchen es sich dabei handelt. Für die konkret zu betrachtende 

Reaktion bedeutet das, dass die höchstmögliche Ausbeute angeregter Moleküle durch ein Mol 

Photonen maximal 6,02 . 10²³ reaktionsfähige Moleküle ausmachen kann. Ist Φ A die Quantenausbeute 

einer betrachteten Reaktion, dann gilt 

φ 

A = 

Zahl der umgesetzten Moleküle 

Zahl der absorbierten Photonen 

. 

Liegt keine Kettenreaktion oder Reaktion angeregter Moleküle vor, dann ist Φ A ≤ 1, im allgemeinen 

ist Φ A

der nachfolgenden Pfropfpolymerisierung, dem „Andocken” von Siliziumverbindungen an die 

Polymer-Ketten, annähernd gleiche Reaktionschancen. 

Der Nachweis der photochemischen Wirkung der Photonenstrahlung an Hochpolymeren wurde 

durch das „Verfahren zur Modifizierung von Polyamid-6-Faserstoff mit Photonenstrahlen” 

erbracht /1/. Dabei wurde ein Fadenlagennähgewirke aus Polyamid-6-Kordseide nach dem 

Thermoschockreckverfahren mittels Photonenstrahlen heißgereckt und dadurch eine bedeutende 

Verbesserung der deformationsmechanischen Eigenschaften des nähgewirkten Fördergurtgrundmaterials 

erzielt. 

Bild 5: 

Vergleich der ATR-Infrarotspektrogramme 

der photonenbestrahlten 

und mit 4% gereckten 

Probe 11 (oben) mit der 

unbehandelten Vergleichsprobe 

V (unten) im Bereich der Wellenzahl 

von 3.400 bis 

1.300 cm _1 . 

Bild 6: 

Vergleich der ATR-Infrarotspektrogramme 

der photonenbestrahlten 

und mit 4% gereckten 

Probe 11 (oben) mit der 

unbehandelten Vergleichsprobe 

V (unten) im Bereich der Wellenzahl 

von 2.400 bis 400 cm _1 . 

Die infrarotspektroskopischen Untersuchungen der mit Photonenstrahlen behandelten Proben 

ließen keine schädigenden Veränderungen am Material erkennen. Die festgestellten Verschiebungen 

der Bandenlagen, -breiten und Intensitäten in dem ATR-Infrarotspektrogrammen nach 

Bild 5 und Bild 6 resultieren aus der strahleninitiierten Änderung des Ordnungszustandes des 

Polyamid-6 durch die Ausbildung zusätzlicher Wasserstoffbrückenbindungen. Dieser, durch die 

photochemische Wirkung der Photonenstrahlung angeregte und mittels Recken ausgeführte 

Effekt einer weiteren Vernetzung des Hochpolymeren, konnte auch durch Breitlinien-Kernresonanz-Untersuchungen 

bestätigt werden. 

Damit wurde der Nachweis erbracht, dass mittels der Photonenbestrahlung photochemische 

Reaktionen ausgelöst werden. Im obigen Beispiel wurde der angeregte Zustand dazu genutzt, um 

mittels eines gleichzeitigen Reckvorganges eine Kopplung (Vernetzung) der Kettenenden der 


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Hochpolymere zu erreichen. Das in dieser Abhandlung beschriebene Verfahren substituiert den 

Reckvorgang durch eine Pfropfpolymerisation (Zubringen von leicht reaktionsfähigen, wässrigen 

Silikatverbindungen). 

Bild 7: 

Vergleich der mit Breitlinien- 

Kernresonanz-Untersuchungen 

ermittelten beweglichen Anteile 

in der Faserstruktur des mit 

Photonenstrahlen bei einem 

Energieeintrag von 0,12 Wh . g -1 

und 0,24 Wh . g -1 sowie mit 

Gammastrahlen verschiedener 

Dosis behandelten Fadenlagennähgewirkes 

aus Polyamid-6- 

Kordseide mit der unbehandelten 

Vergleichsprobe. 

Wie die in Bild 7 wiedergegebenen Ergebnisse der Breitlinien-Kernresonanz-Untersuchung ausweisen, 

verringerte sich bei der Behandlung mit einer Photonenstrahlung von 0,24 Wh . g _1 der 

bewegliche Anteil der Faserstruktur von 22% (unbehandelte Vergleichsprobe) auf 8,3% (behandelte 

Probe). Im Vergleich mit einer Gammastrahlenbehandlung, die gleichartige 

photochemische Effekte hervorruft, ist der Energieeintrag von 0,24 Wh . g _1 mittels Photonenstrahlung 

einer Gammastrahlung von 10 Mrad identisch (Bild 7). 

Bild 8: 

Vergleich des Relaxionsverhaltens 

der Lastaufnahme bei konstanter 

Dehnung von 1,5% des 

nach dem Thermoschockreckverfahrens 

behandelten 

Fördergurtgrundmaterials aus 

Polyamid-6-Kordseide mit einem 

Energieeintrag 

der 

Photonenstrahlen von 0,12 und 

0,24 Wh . g _1 mit der unbehandelten 

Vergleichsprobe V bei 

einer statistischen Sicherheit der 

Mittelwerte im Vertrauensbereich 

von 95%. 

Die photonenstrahlindizierten Strukturänderungen im Polyamid-6 führten zu einer wesentlichen 

Verbesserung der Belastbarkeit des Fördergurtmaterials aus Polyamid-6-Kordseide. Wie Bild 8 

zeigt, erhöhte sich die Lastaufnahme der photonenbestrahlten Proben im Relaxionsverhalten bei 

1,5% Dehnung und 120 Minuten Belastungsdauer auf das Zwölffache. Diese Verbesserung des 

deformationsmechanischen Verhaltens und die bleibende Wirkung wurden durch Nachuntersuchungen 

24 bis 46 Monate nach der Strahlenbehandlung kontrolliert und bestätigt. Damit wurde 

die Langzeitwirkung der photochemischen Veränderungen nachgewiesen. 


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Bild 9: 

Untersuchungsergebnisse des 

Hysterese-Verhaltens 24 Monate 

nach der Behandlung des Materials 

mit Photonenstrahlung von 

0,24 Wh . g _1 mit einer gleich 

gealterten Vergleichsprobe V1 im 

Streifenzugversuch mit einer auf 

6% Gesamtdehnung begrenzte 

Belastung bei stufenweise Beund 

Entlastung. 

Eine weitere dauerhafte photochemische Wirkung, bestätigten auch die Untersuchungen des 

Hysterese-Verhaltens im Streifenzugversuch 24 Monate nach der Bestrahlung des Materials im 

Vergleich mit einer gleichaltrigen Vergleichsprobe. Im Bild 9 wird die bleibende höhere Belastbarkeit 

des photonenbestrahlten Materials für alle Belastungsstufen bei der jeweilig gleichen 

Gesamtdehnung sichtbar. Der Grund hierfür ist eindeutig die durch die Photonenstrahlenwirkung 

verursachte Modifizierung des Polyamid-6-Materials. 

Aus den bisherigen Untersuchungsergebnissen lässt sich ableiten, dass die Nutzung der 

Photonenstrahlen auch zur Modifizierung von weiteren synthetischen und natürlichen 

hochpolymeren Materialien mit gleichen oder ähnlichen photochemisch aktivierbaren 

Molekülgruppen dienen kann. 

Diese Behauptung soll nachfolgend untersetzt werden. 

Neue Ergebnisse von Untersuchungen der Einwirkung von Photonenstrahlen auf die Oberflächen 

von Polyäthylen-Folien die mittels röntgenangeregte Photoelektronenspektren nachgewiesen 

werden zeigt das Bild 10. 


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Bild 10: Röntgenangeregte C 1s- Photoelektronenspektren der Oberflächen einer 

unbehandelten und einer mit Photonenstrahlung kurzzeitig bestrahlten 

Folie (Abtastung bis 10 nm Tiefe). 

Zur Veranschaulichung der photochemischen Wirkung werden die C 1s-Spektren im Bild 10 in 

jeweils 3 Einzelpeaks (dargestellt durch die durchgezogenen dünnen Linien) aufgelöst, denen die 

Bindungsverhältnisse des Kohlenstoffes mit C1 an Kohlenwasserstoffe, C2 in Einfachbindung an 

Sauerstoff (z.B. 

) und C3 in Karboxylgruppen zuzuordnen sind. 

Der Vergleich der röntgenangeregten C 1s-Photoelektronenspektren der Oberflächen einer unbehandelten 

PE-Folie mit einer kurzzeitig photonenbestrahlten PE-Folie macht die photochemische 

Wirkung im unterschiedlichen Verlauf der sich in den Messkurven überlagernden Linienzüge für 

die Bindungsverhältnisse C 1, C 2 und C 3 sichtbar. 

Die sich gegenüber dem unbehandeltem Material infolge der Photonenbestrahlung an der Oberfläche 

zeigenden Veränderungen der Bindungsverhältnisse lassen die photochemische Wirkung 

in der Ausbildung von Sauerstoffbrückenbindungen erkennen. Mit der Abnahme der Intensität 

der Bindungsenergie im Bereich des an Kohlenwasserstoffgruppen gebundenen Kohlenstoffs 

(dünne Linie C 1) und der Zunahme der Intensität der Bindungsenergie im Bereich des an Sauerstoff, 

an Hydroxyl- und Karbonylgruppen gebundenen Kohlenstoffs (dünne Linien C 2 und C 3) 

zeigt sich die photochemische Wirkung der Photonenstrahlung als Erhöhung der 

Sauerstoffaffinität an der Materialoberfläche. 

Dass diese photochemische Beeinflussung der Materialoberfläche nicht zur Festigkeitsminderung 

der strahlenbehandelten Plastwerkstoffe führt, wurde analog der Erkenntnisse zur Photonenstrahlwirkung 

auf Polyamid-6 /1/ bereits in den siebziger Jahren anhand von Festigkeitserhöhungen 

bei gleichzeitigen Dehnungsreduzierungen an mit einer Thermoschockreckeinheit 

unter Verwendung der Photonenstrahlung (gemäß Anordnung der Wirkungselemente nach Bild 

1) hergestellten Polyolifin-Flachfäden /2/ festgestellt. 


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In den Untersuchungsergebnissen kommt die unterschiedliche Wirkung der Photonenbestrahlung 

dahingehend zum Ausdruck, dass im Materialinnern, insbesondere bei Überlagerung von mechanischen 

Kraftwirkungen, eine Vernetzung des Materials durch die Ausbildung von Wasserstoffbrücken 

und die Einbindung von freibeweglichen Anteilen der Makromoleküle des Hochpolymers 

hervorgerufen wird sowie an der Materialoberfläche eine Erhöhung der Sauerstoffaffinität 

entsteht. Durch die Bestrahlung brechen offensichtlich angeregte Kohlenstoffketten oder Seitenketten 

sowie endständige Molekülgruppen auf. An die dadurch entstehenden freien Radikale 

lagert sich Sauerstoff bzw. Wasser aus der Atmosphäre an. 

Dieser oberflächenwirksame radikalbildende Effekt der Photonenstrahlung wird im Mineralisierungsverfahren 

zur Aufpfropfung von Sauerstoffbindungen ausbildenden anorganischen Stoffen 

genutzt. 

Erwähnenswert ist an dieser Stelle eine für die Photonenstrahlenaktivierung an der Oberfläche 

charakteristische Wirkung, die sie von der Aktivierung durch Laserstrahlung unterscheidet. 

Bild 11: 

Rasterelektronenmikroskopische 

Aufnahme von Polyamid-6.6-Gewebe 

im unbehandelten Zustand 

(unten) und nach einer UV- 

Laserbehandlung (oben) mit 

einer charakteristischen Querfurchung 

der bestrahlten Oberfläche 

nach /3/. 

Die im Bild 11 gezeigten rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen von unbehandeltem und 

mit UV-Laser (λ = 193 nm) bestrahltem Polyamid-6.6-Gewebe lassen im Vergleich der Oberflächenstruktur 

deutlich die Wirkung der energiereichen UV-Laserstrahlung erkennen, die zu einer 

Ausbildung einer regelmäßigen Berg- und Talstruktur quer zur Faserachse führt. Zu einer derartigen 

Deformation der Oberfläche kommt es bei der Einwirkung der Photonenstrahlung mit einer 

niedrigen molaren Energie gemäß Verfahren nicht (Bild 12). 


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Bild 12 a: 

Oberflächen von unbehandelten 

Elementarfäden eines Faserbündels 

aus Polyamid-6-Kordseide 

mit aufliegenden 

Staubpartikeln. 

Vergrößerung: 3.000 fach 

Bild 12 b: 

Oberflächen von photonenbestrahlten 

Elementarfäden 

eines Faserbündels 

aus Polyamid-6-Kordseide 

mit aufliegenden 

Staubpartikeln. 


Wie in Bild 12 erkennbar ist, verursacht die Photonenbestrahlung keine Änderung der Oberflächenstruktur. 

Jedoch beim Aufbringen von auf der Oberfläche kristallbildenden Minerallösungen, 

z.B. von niedrig konzentrierter Wasserglaslösung, kommt es im Bereich des auf der 

Oberfläche sich ausbildenden aufsitzenden Kristalls zu einer Furchung der Oberflächenstruktur, 

die aus einer Orientierung in Längsrichtung der Faser zur Kristallisationsstelle hin abgelenkt 

wird. Diese Beobachtungen lassen den Schluss zu, dass die Anlagerung von Sauerstoff und Wasser 

an die mit Photonenstrahlen aktivierten Anteile der Makromoleküle des Faserstoffes keine 

Deformationskräfte entstehen lassen; jedoch durch die Ausbildung von Bindungskräften zwischen 

den Hochpolymeren und dem kristallinen Material es zu diesen, die Oberflächenstruktur 

deformierenden Wirkungen, kommt. Diese photochemisch initiierte Anbindung von kristallbildenden 

Stoffen an das hochpolymere Basismaterial bildet die physikalisch-chemische Voraussetzung 

für das vorzustellende Verfahren. 


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Bild 13: 

Oberfläche einer unter 

Einwirkung von Photonenstrahlen 

mit einem Kristall 

besetzten Polyamid-6-Faser. 


Maßstab: 28 mm 10 µm 

Die bisherigen Untersuchungen bezogen sich auf hochpolymere Fasern aus Polyamid-6 bzw. 

Polyamid-6,6. Dabei wurde die photochemische Beeinflussung des Materials als eine selektive 

Einwirkung auf Atomgruppen durch partielle Anregungen der Schwingungszustände spezieller 

Molekülbausteine herausgearbeitet. Es konnte geschlussfolgert werden, dass durch die einwirkende 

Aktivierungsenergie eine Resonanz der Schwingungszustände der angeregten Molekülgruppen 

zur Intensitätserhöhung der Bindungsenergien zwischen diesen Molekülbausteinen 

führt, die in den Infrarotspektrogrammen der Bilder 5 und 6 durch eine Erhöhung des Absorptionsgrades, 

einer Vergrößerung der Bandenbreite und Verschiebung der Bandenlagen in Richtung 

höherer molaren Energien feststellbar werden. 

Bild 14: 

Ausschnitt aus einem ATR- 

Infrarotspektrogramm von 

Polyamid-6 zur Darstellung des 

Resonanzverhaltens der 

Valenzschwingungen ν der Molekülgruppen 

(NH) und C = O) infolge 

der eingestrahlten Photonen 

mit einer Wellenlänge λ max als 

Aktivierungsenergie /7, S. 160/. 

Der Wirkungsmechanismus des Energieeintrages kann dabei als Superposition der Eigenschwingungen 

der Molekülgruppen des bestrahlten Materials im Wellenlängenbereich der Absorptionsbanden 

mit den Erregerschwingungen der Photonenstrahlung verstanden werden, wobei die 

Wellenlänge λ ν der Eigenschwingung der Makromolekülgruppe jeweils ein ganzzahliges 

Vielfaches der Erregerschwingung λ max der Photonen ist. Bild 14 zeigt dies für den Wellenbereich 

λ max der maximalen Strahlungsleistung. Der physikalische Effekt der Energieübertragung wird 

durch die mögliche Interferenz von Eigenschwingung und Erregerschwingung begünstigt. 


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Bekanntlich verstärken sich Wellenzüge mit den ganzzahligen Gangunterschieden durch Interferenz 

und bei gleichen Amplituden ist die Amplitude der resultierenden Welle doppelt so groß, 

die Energiedichte viermal so groß. Somit kommt es zu einer Erhöhung der Energie der Eigenschwingung 

der betrachteten Molekülgruppen und damit zur Erhöhung der Reaktionsfähigkeit 

der sie beinhaltenden Hochpolymeren /7/. 

Leider kann für den Wellenlängenbereich von 800 bis 2.800 nm der verwendeten Photonenstrahlung 

nicht auf Absorptionsspektren aus der Literatur zurückgegriffen werden, da dazu keine 

Angaben in der Literatur bekannt sind. Auf die Ursachen dafür weist Schmidt (1994!) hin: 

„Im Gegensatz zum sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich einerseits und 

dem fernen Infrarotbereich andererseits, findet der Nahe Infrarotbereich (NIR) 

zwischen etwa 800 und 3.000 nm bis auf meteorologische Anwendungen (remote 

sensing: Wettersatelliten) in der Spektralanalyse bislang wenig Beachtung, was 

sich in Zukunft mit Sicherheit ändern wird. Nahezu alle organischen Substanzen 

und besonders Wasser zeigen in diesem Bereich ausgeprägte Absorptionsspektren 

(Abb. 4.54). Besonders die verschiedenen Kunststoffe (Polymere wie Polyethylen, 

Polypropylen oder Polyamid) zeigen eine spezifische Absorption, was zu ihrer 

Unterscheidung dienen kann.” 

Zitat aus /22, Seite 184/ 

Bild 15: 

Spektrum von Wasser und verschiedenen 

organischen Stoffen 

im nahen Infrarotbereich. 

/22 S. 185, Abb. 4.54 zum Zitat/ 

Wie aus dem Absorptionsdiagramm im Bild 15 zu ersehen ist, wirken die verfahrensmäßig benutzten 

Photonenstrahlen mit ihren Leistungsmaximum in den Absorptionsbereichen der organischen 

Stoffe mit den Wellenlängen von 1.200 bis 1.800 nm bereits direkt und durch Interferenz 

und Resonanz in langwelligen Bereichen. Charakteristisch für den Absorptionsmechanismus 

sind die spektralen Eigenschaften der die organischen Stoffe bildenden Molekülgruppen. Zur 

Kennzeichnung der für Kunststoffe möglichen Absorptionsspektren, muss deshalb auf die in der 

Literatur dargestellten Angaben für die Oberschwingungen zurückgegriffen werden. Sie lassen 

sich jedoch mit den in Bild 15 erkennbaren Eigenschaften der beeinflussbaren Molekülgruppen 

vergleichen. So finden sich die in Bild 14 angegebenen Molekülgruppen (NH und CO) in den 

Peptidbindungen ( _ CO . NH _ ) der Proteine wieder, wie beispielsweise aus dem verkürzten Formelaufbau 

von Eiweißkörpern zu sehen ist: 

H 2N . CHR . CO . NH . CHR . CO . NH . CHR . COOH. Dabei sind mit R Aminosäuren bezeichnet. 

Die spektral wirksamen Molekülgruppen sind hierbei (NH 2); (CH); (CO); (NH); (COOH) und 

innerhalb der Aminosäuren (CH 2); (CH 3); (OH); (CH 2S) u.v.a.m. Im Vergleich mit der 


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Kurzformel für Polyamid-6 /15, S. 1261/ sind die spektral wirksamen Molekülgruppen (NH); 

(CH 2) und (CO): . 

Die Absorptionsbanden des Polyamid-6 liegen also innerhalb der von Schmidt /22/ angegebenen 

Absorptionskennlinie für Proteine. Analysiert man die spektral wirksamen Molekülketten für die 

Kennlinie der Stärke, dann finden sich zwischen den fortlaufenden Kettengliedern von Glucoseresten 

Sauerstoffbindungen: 

(Maltose) 

Die Absorptionsbanden für die Stärke verursachen im Wesentlichen die Molekülgruppen (OH); 

(CH 2) und deren Beeinflussung durch die intramolekularen Bindungen bzw. der intermolekularen 

Verknüpfungen. Eine ähnliche Konstitution zeigt die Cellulose (C 6H 10O 5) n, wie sie in Baumwolle, 

im Holz und Papier vorhanden ist. Das gilt gleichermaßen auch für die daraus abgeleiteten 

Kunststoffe und Kunstfasern, z.B. Viskose als Cellulose-Xanthogenat: 

wobei als spektral wirksame Molekülgruppen (C = S) und (S _ Na) hinzukommen. Dominierend 

sind jedoch die Absorptionskennlinien der Stärke bestimmenden Molekülgruppen, die aus der 

Cellulose stammen. 

Die Absorptionskennlinie des Wassers (H . OH) wird durch die spektral wirksame Molekülgruppe 

(OH) bestimmt. 

In gleicher Weise lassen sich die Formulierungen der Kunststoffe in mehr oder weniger komplizierten 

Strukturen in die die Absorption bestimmenden Molekülgruppen zerlegen, wie noch 

einige wenige Beispiele zeigen sollen: 

PVC: 

Teflon: 

Polystyrol: 

Y - (CH 2 CH Cl) n - Z 

X - (CF 2 CF 2) n - Y 

, 

PAN-Faser: 

Plexiglas: 

oder ein Polyurethan: 


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Durch die Absorption von Licht der geeigneten Wellenlänge bzw. Energie wird ein infrarot-aktiver 

Schwingungsübergang angeregt. Die Arten von Molekülschwingungen bei polyatomaren 

Molekülen sind Valenz- oder Streckschwingungen ν und die Deformations-, Knick- oder Beugungsschwingungen 

σ /15, S. 467/. Entsprechend der großen Anzahl von infrarot-aktiven 

Schwingungsübergängen bei polyatomaren Molekülen solcher, wie der oben angegebenen organischen 

Verbindungen wird die Anzahl von Absorptionsbanden sehr groß. Dabei treten zusätzliche 

Banden im Bereich von Oberschwingungen auf. 

Aus den Tabellen für Infrarotbanden /15, S. 1282 bis 1284/ lassen sich nun dem Einstrahlungsbereich 

der Photonenstrahlen im benutzten Spektrum und den dazugehörigen Oberschwingungen 

die dort anregbaren Resonanz-Schwingungen als Valenzschwingungen ν oder Deformationschwingungen 

σ der Molekülgruppen zuordnen. Entsprechend der in der Infrarotspektroskopie 

üblichen Schreibweise werden die betreffenden Wellenbereiche hier als Wellenzahl in der 

Dimension cm -1 angegeben mit . Der Einstrahlungsbereich der verwendeten 

Photonenstrahlung im Leistungsmaximum liegt bei Wellenzahl max = 9.000 bis 5.555 cm -1 . Die 

Wellenzahlen der den Molekülgruppen zuordenbaren bekannten Valenz- und 

Deformationsschwingungen liegen in Bereichen von Oberschwingungen der 2. bis 8. Ordnung. 

Damit ergibt sich folgende Übersicht (Auswahl) der aktivierbaren Molekülgruppen: 

Ordnung 

der Oberschwingung 

Wellenzahlenbereich 

in cm -1 

Zuordnung der Schwingungen der infrarot-aktiven 

Molekülgruppen 

2. 4.500 ... 2.777 ν(RNH 2); ν(R 2NH); ν(RCONH 2); ν(RCONHR'); 

ν(ROH); ν(C _ H) 

3. 3.000 ... 1.851 ν(RNH 3); ν(R 2NH 2); ν(R 3NH); ν(CO 2H); 

ν(RN = C = O); ν(R 2C = N = N); ν(C ≡ C ); ν(C ≡ N ); 

ν(C = C = C) 

4. 2.250 ... 1.388 ν(C=C); ν(C=Ν), ν(C=O); ν(C=C=O); ν(RONO 2); 

ν(RNO 2); ν(RN=O); ν(R=N=N), ν(R 2C=O), 

ν(C=C-C-O); ν(RCCOOH); ν(C=C-COOH); 

- 

ν(RCO 2 ), ν(RCOOR); ν(C=C-COOR); 

ν(RCONH 2); ν(RCONHR´); ν(RCONR' 2) 

5. 1.800 ... 1.111 ν(C-C), ν(C - O), ν(C - F); ν(RNO2); ν(RN=O); 

6. 1.500 ... 925 ν(C-N); ν(RONO 2); ν(R 2S - O) 

7. 1.235 ... 793 ν(C-Cl); ν(C =N - OH); ν(R3N - O - ), σ(RCH = CH); 

σ(R2C = CH2); σ(RCH =CHR) 

8. 1.125 ... 694 ν(RO-N=O); σ(R2C=CHR); σ(Aromaten); 

σ(RCH=CHR); σ(R2C=CHR) 

Mit diesen Erkenntnissen (Stand 1994) können auch die in früheren Veröffentlichungen zur 

selektiven Energieeintragung mit Photonenstrahlen getroffenen Ausführungen weiter untermauert 

und bestätigt werden /1/, /7/. 

Welchen Einfluss die Energieanreicherung in den infrarot-aktiven Molekülgruppen durch die 

Photonenbestrahlung auf den Mineralisierungsvorgang hat, konnte noch nicht durch infrarot- 

, 


Seite 18

spektroskopische Untersuchungen und analytische Ergebnisse ermittelt werden. Aus dem 

Reaktionsverhalten der organischen Molekülgruppen wird abgeleitet, dass die zur Mineralisierung 

der Kunststoffschnitzel verwendeten anorganischen Stoffe sich ähnlich verhalten, wie von 

der Kieselsäure bei der Copolymerisation mit Viskose während der Herstellung von VISIL- 

Fasern oder als Füllstoff in Kautschuk bekannt ist. Die charakteristischen Absorptionsbanden für 

aktive Kieselsäure, d.h. für die (Si - O)-Gruppe, liegen bei 1.105 cm -1 , von Kaolin, 

Al 4[(OH) 8| Si 4O 10] 8 bei 1.035 cm -1 und von Talkum, Al 2[(OH) 2| Si 4O 10], für die Valenzschwingung 

ν(Si - O -Si) bei 1.020 cm -1 und ν(OH) bei 3.420 bis 3.000 cm -1 /17, S. 432/. Die diesen Banden 

zuzuordnenden molaren Energien liegen deutlich unter dem durch die Photonenstrahlung 

eingetragenen Energieniveau der infrarot-aktiven Molekülgruppen der Kunststoffe, so dass für 

den Mineralisierungsvorgang ein hinreichendes Energiepotential zur Verfügung stehen kann. 

Aus dem Bindungsverhalten von Silizium und Kohlenstoff ist bekannt, dass die C = Si - Bindung 

schwach ist. Die Bindungsenergie beträgt 163 kJ . mol -1 /22, S. 852/. Es lässt sich vermuten, dass 

im Grenzschichtbereich des mineralisierten Kunststoffes über einen größeren Zeitraum unter 

günstigen äußeren Einflüssen, z.B. der Hydratationstemperatur und des Pressdruckes bei der 

Formung, Reaktionen auftreten, wie sie bei der Entstehung von Organosilicium-Verbindungen 

ablaufen. 


Seite 19

2.3. Verfahrenstechnischer Ablauf der Aktivierung von Kunststoffschnitzeln mittels 

Photonenstrahlen 

Die Verwertung von Kunststoffabfällen in Schnitzelform zu Produkten mit besonderen Eigenschaften 

in mineralisch gebundenen Verbundwerkstoffen setzt voraus, dass die Photonenstrahleneinwirkung 

reaktive Veränderungen an den Oberflächen der Materialien bewirkt, die die 

Grundlage für eine nachfolgende Mineralisierung bilden. 

Der verfahrenstechnische Ablauf der Photonenstrahlenaktivierung von Kunststoffschnitzeln 

erfolgt analog der Punkte 2.1. bis 2.2. Die in Schnitzelform zu behandelnden Kunststoffgemische 

enthalten unsortiert und in unterschiedlichen Anteilen alle möglichen (bis zu möglicherweise 

2.000 verschiedene) Kunststoffarten. 

Wie die Ergebnisse der Untersuchungen zur photochemischen Wirkung der Photonenstrahlen 

belegen, sind die als Grundbaustein in allen Kunststoffarten wiederkehrenden funktionalen 

Gruppen an der Oberfläche der Hochpolymere aktivierbar. Neben der molaren Energie der 

Photonen im Bereich der Brennlinie des optischen Systems zur Erzeugung der Photonenstrahlung 

wirkt auf den Absorptionsmechanismus insbesondere die Wärmeübertragung vor der 

Brennlinie ein und führen zu einer Temperaturerhöhung des zu behandelnden Materials. Die mit 

der Temperaturerhöhung einhergehende höhere Molekularbewegung im Material vergrößert den 

Wirkungsquerschnitt für die einzelnen Photonen und beschleunigt somit den photochemischen 

Reaktionsablauf. Daraus resultiert eine verkürzte Aktivierungszeit. 

Deutlich sichtbar wird der Vorteil der verwendeten Photonenstrahlung mit einer extrem hohen 

Strahlenflussdichte in der Brennlinie und dem Einfluss der Vorwärmung infolge der charakteristischen 

Temperaturverteilung im Strahlerfeld im Vergleich mit Verfahren zur Oberflächenmodifizierung 

von Kunststoffen, z.B. nach Patentschrift DE 2902959C2, die zur photochemischen 

Aktivierung UV-Licht einsetzen und Aktivierungszeiten von 15 Minuten benötigen /4/. Diese 

lange Bestrahlungsdauer ist erforderlich, obwohl die Photonen des ultravioletten Lichtes eine 

fast hundertfach größere molare Energie besitzen als Photonen des Infrarothellstrahlers. Bei 

einer Brennlinienbreite von 5 mm und einer Durchlaufgeschwindigkeit von 5 m . min _1 beträgt 

die Verweilzeit des bestrahlten Materials im fokussierten Infrarothellstrahl ca. 0,06 s. Mit der 

Fokussierung der Strahlung erhöht sich die Anzahl der zur Absorption im Material pro 

bestrahlter Oberflächeneinheit zur Verfügung stehenden Anzahl Photonen. Damit erhöht sich die 

Zahl der gleichzeitig absorbierten Photonen, von welcher die Geschwindigkeit der 

photochemischen Aktivierung abhängt, d.h. dass soviel Photonen während der Bestrahlungszeit 

von einem Molekül absorbiert werden können, dass dieses reaktiv wird. 

Einen weiteren verfahrenstechnischen Vorteil, beispielsweise gegenüber der Anwendung von 

Laserstrahlen mit punktuellen und eng wellenlängenbegrenzter Strahlungswirkung /3/, bietet die 

verwendete Photonenstrahlung dadurch, gleichzeitig großflächig und über erhebliche Arbeitsbreiten 

ohne besondere Schutzvorkehrungen zu arbeiten. Da das behandelte Material ein 

Gemisch aus den verschiedensten hochpolymeren Ausgangsstoffen darstellt, ermöglicht die 

spektrale Bandbreite der benutzten Photonenstrahlung die unselektive photochemische Aktivierung 

der meisten vorkommenden funktionalen Molekülgruppen im Stoffgemisch. Gleichzeitig 

erzeugt diese spektrale Bandbreite vom sichtbaren bis zum infraroten Licht, überlagerbare 

Effekte aus der Wechselwirkung der Photonen des sichtbaren Lichtes mit den Elektronen, welche 

sich auf der äußersten Bahn befinden und sich an der chemischen Reaktion beteiligen sowie 


Seite 20

aus der Wechselwirkung mit den Photonen des infraroten Lichtes, die die Moleküle zu 

Schwingungen anregen /5/. 

Dadurch kann die Anwendung von Photoneninitiatoren entfallen, wie sie bei der Verwendung 

von UV-Licht als Strahlungsquelle erforderlich sind, um genügend Radikale zur Auslösung der 

photochemischen Reaktionen im Polymer zu erzeugen /6/. Solche Photoneninitiatoren müssten 

darüber hinaus im zu bestrahlenden Kunststoff eingebracht sein, was für die unsortiert 

vorliegenden Kunststoffgemische nicht der Fall ist. Das unterstreicht die Bedeutung für den 

verfahrensgemäßen Einsatz, die hier vorliegende Art der Photonenstrahlung zur Strahlenaktivierung 

zu nutzen. 

Die zu bestrahlenden Kunststoffschnitzel werden zweckmäßig auf ein Förderband abgelegt und 

unter einer Photonenbestrahlungseinheit hindurchgeführt. Verfahrenstechnisch günstig ist die 

flache Form der vorgelegten Kunststoffschnitzel, die lose in einer Schicht verteilt mit 

überwiegend dem größten Querschnitt im Strahlengang liegen. Als Wirkungsquerschnitt aus 

Länge und Breite der Schnitzel ist die Absorptionsfläche als projizierte Fläche im Strahlenfeld 

immer ein Optimum, da die Dicke der Schnitzel gegenüber der Längs- und Breitenausdehnung 

stets gering ist. 

Die einzuhaltende Schichtdicke ist von der durch die geometrischen Gestaltung des Wirkungspaares 

Infrarothellstrahler und Reflektor bedingten Ausrichtung der Brennlinie auf die Schichtmitte 

abhängig. 

Die verfahrenstechnisch einzuhaltende Höhe der zu bestrahlenden Kunststoffschnitzelschicht 

kann bei der Ausrichtung der Brennlinie auf Schichtdickenmitte nach der Temperaturverteilung 

im Strahlenfeld (vergl. Bild 2) bis 25 mm betragen. Der Absorptionsmechanismus in der Schicht 

ist wellenlängen- und temperaturabhängig und wird von Materialeinflüssen überlagert. Nach 

dem Lambertschen Gesetz der Absorption nimmt die Strahlenflussdichte bei der Durchstrahlung 

einer Schicht exponentiell ab. Im Experiment mit unterschiedlichen hochpolymeren Stoffen 

konnten über den durchstrahlten Schichtquerschnitt gleich bleibende Effekte ermittelt werden, 

wenn die aus der Schicht austretende (durch die Schichtdicke transmittierende) Strahlenflussdichte 

noch 10% der eingestrahlten Strahlenflussdichte der Photonenstrahlung beträgt. 

Eine derartige Einstellung der Bestrahlungseinrichtung setzt allerdings voraus, dass die mit der 

Reststrahlungsflussdichte von 10% der Gesamtstrahlungsflussdichte belasteten Bauelemente 

gekühlt werden müssen. Bei ausreichender Kühlung der dem Wirkungspaar Strahler und Reflektor 

gegenüber angeordneten Bauelemente wurde in ausgeführten Bestrahlungseinheiten keine 

Begrenzung der Arbeitsbreite bis 6.000 mm gefunden /7/. 

Die unter der Bestrahlungseinheit kontinuierlich in annähernd gleich bleibender Schichtdicke 

hindurch geführten Kunststoffschnitzel sind sofort anschließend einer verfahrensgemäß 

durchzuführenden Mineralisierung zuzuleiten. 


Seite 21

3. Chemismus der Mineralisierung von Kunststoffoberflächen 

3.1. Photochemische Pfropfpolymerisation von Mineralien auf Kunststoffoberflächen 

Für die Mineralisierung der Kunststoffschnitzel an ihren Oberflächen wird ein Mechanismus 

genutzt, der als photochemische Pfropfpolymerisation bekannt ist. Er besteht aus einer Vorbestrahlung 

des Polymers in Luft und einer anschließenden Kontaktierung mit dem in Lösung 

befindlichen Mineral als Pfropfmedium sowie der nachfolgenden Pfropfung durch freie Radikale 

bei normalen Temperaturen /8/. Der Chemismus der Mineralisierung von Kunststoffoberflächen 

nutzt dabei den Effekt möglicher Sauerstoffbindungen zwischen dem photochemisch aktivierten 

Polymer und dem Sauerstoffanteil des als Pfropfmedium gewählten Minerals. 

Aus grundlegenden Untersuchungen über die Strahlungswirkung auf Kunststoffe ist bekannt, 

dass kurzzeitige Bestrahlung und große Dosisleistungen die Sauerstoffeinwirkung auf eine nur 

sehr dünne Oberflächenschicht beschränken /9/. Damit ist der schädigende Einfluss der Strahlenoxydation 

des Kunststoffes weitestgehend begrenzt und gleichzeitig die Voraussetzung gegeben, 

an oxydierte Molekülgruppen der Oberfläche die sauerstoffaffinen Atomgruppen von Mineralien 

anzulagern. Solche sauerstoffaffinen Atomgruppen enthalten insbesondere die Silikate, die als 

Ketten-, Band-, Ring- oder Schichtsilikate kristalline Mineralien bilden oder in den kieselsäurehaltigen 

Anteilen anderer Mineralarten zu finden sind. Verfahrensgemäß werden als kristallbildende 

anorganische Stoffe vorzugsweise Silikatgele wie Wasserglas eingesetzt. 

Bild 16: 

Rasterelektronenmikroskopische 

Aufnahme eines auf der Oberflächengrenzschicht 

einer 

Polyamid-6-Faser sitzenden 

Kristalls aus Wasserglas 


Die Oberflächendeformation im Bereich des Kristalls bei einer sonst glatten Oberfläche (z. B. 

der Faser) lässt auf die photochemisch indizierte Anbindung des Wasserglaskristalls an das 

Hochpolymere des Faserstoffes schließen (vergl. auch Bild 13). Die Deformationskräfte, die zu 

der sichtbaren Furchenbildung im Ergebnis der Photonenstrahlbehandlung führen, entwickeln 

sich in der Grenzschicht zwischen organischen und anorganischen Material. Ihre Ursache sind 


Seite 22

vermutlich Wirkungen, die durch einen der Pfropfcopolymerisation zwischen dem Polyamid und 

dem Polysilikat analogen Vorgang ausgelöst werden. 

Bekannt sind solche Copolymerisate bei organisch-anorganischen Hybridfasern, wovon die 

Hybridfaser Visil ein typischer Vertreter ist. Bei deren Herstellung wird gleichzeitig die Cellulose-Komponente 

mit der Polymerisation der Kieselsäure regeneriert /10/. Der Vorgang lässt 

sich formelmäßig wie folgt beschreiben (/10/): 

Die Copolymerisation zur Einbindung der Kieselsäure erfolgt demnach über die Sauerstoffaffinität 

des Siliziumatoms an die freien Valenzen der endständigen Sauerstoffatome im Makromolekül 

der Cellulose und im Kieselsäuremolekül. 

In der verwendeten Alkalisilikatlösung stehen Na 2O . n SiO 2 . mH 2O im Gemisch etwa 11 bis 

13% Na 2O, 30 bis 33% SiO 2 und maximal 59% H 2O in der Handelsform zur Verfügung. Durch 

Wasserzugabe wird die Dichte der Lösung variiert. Aus den Bestandteilen Na 2O und SiO 2 hat 

sich das Mineral gebildet, aus dem der Kristallrest auf der Polyamidfaser in Bild 16 besteht. 

Die chemische Zusammensetzung der Mineralisierungsstoffe beeinflusst neben den Oberflächeneigenschaften 

der Basismaterialien die Mineralbildung durch die entstehenden Kristallformen 

und sich daraus bildenden Mineral-Aggregate. 

Bild 17: 

Pfropfpolymerisation auf verschiedenen 

Fasern. 

Anordnung: 

a) Polyamid 

b) Flachs 

c) Polyester 

d) Polyethylen 

Vergrößerung: 250 fach 



Seite 23

Bild 18: 

Verteilung von Kristallbildungen 

auf der Fadenlegung eines Vlieses 

aus Polyamidfasern, die 

nach der Photonenbestrahlung 

und Mineralisierung mit einer 

Natronwasserglaslösung von 

37/40 °Bé entstand. 



Bild 19: 

Stapelig ausgebildeter Kristall 

auf einer Polyamidfaser, der 

nach der Photonenbestrahlung 

und Mineralisierung mit einer 

Natronwasserglaslösung 

von 37/40 °Bé entstand. 

(Fadenstärke 2 µm) 



Die in Bild 18, 20 und 21 sichtbar auf den Fasern verteilten Kristall-Aggregate gehören zu den 

stapelig ausgebildeten Kristallformen aus Natronwasserglas, wie sie in Bild 19 als Beispiel in 

100 facher Vergrößerung gezeigt wird. Beim mechanischen Abstoßen der kristallinen Masse 

bleibt auf der Faseroberfläche aufsitzend ein festhaftender kristalliner Rest als strukturierter 

Kristallit zurück, der in Bild 16 in einer rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme mit 

17.000 facher Vergrößerung sichtbar wird. Die Stelle des anhaftenden Kristallrestes wird als 

Kristallisationspunkt des dort anhaftenden Kristall-Aggregates aus Natronwasserglas interpretiert, 

dessen Verankerung sich als photochemisch initiierte Pfropfcopolymerisation analog der 

Copolymerisation zwischen Kieselsäure und Cellulose bei der Herstellung der Visil-Hybridfaser 

aufgrund von Radikalbildungen der Faserstoffoberfläche erklären lässt. 


Seite 24

Bild 20: 

Unterschiedliche Kristallformausbildungen 

auf PA-Fasermaterialien. 

Bild 21: 

REM-Aufnahme der Verteilung 

von Kristallbildungen auf einer 

Polyamidfaseroberflächen entsprechend 

Bild 18. 



Der Chemismus der Mineralisierung von Kunststoffoberflächen erfolgt gleichartig, jedoch mit 

der Herausbildung anderer Kristallformen, die durch die ebene Oberflächenform von Abfallschnitzeln 

und die dadurch bedingte Wirkung der Aktivierungsenergie im räumlich vernetzten 

Hochpolymer mit ihren oberflächenspezifischen Eigenschaften entstehen. 

Als Nachweis der Kristallbildung auf Kunststoffschnitzeln dienen mikroskopische Fotos, die 

einen optischen Eindruck der Oberflächenstruktur des Kristallbesatzes und die Verteilung der 

dort gebildeten Aggregate vermitteln. Für die erforderliche größere Auflösung werden röntgenmikroskopische 

Aufnahmen genutzt. 

Die nachfolgenden Abbildungen zeigen Kristallformen auf behandelten Kunststoffschnitzeln 

einer DSD-Mischfraktion. Die Schnitzel wurden gemäß Verfahren mit einer Photonenstrahlung 

(elektrische Leistung 1,3 kW; Arbeitsbreite ca. 300 mm; Brennlinienabstand ca. 28 mm; 

λ max = 1035 nm; Wellenlängenbereich ca. 600 .. 2.000 nm; Farbtemperatur des Strahlers 

T = 2.800 K; Durchlaufgeschwindigkeit v = 3 m . min -1 ) initiiert. Die Mineralisierung erfolgte in 

einer wässrigen Natronwasserglaslösung von 8 °Bé (handelsübliches Natronwasserglas Typ 


Seite 25

Na(2,5) 48/50 °Bé; Zusammensetzung: 31,0 - 33,0% SiO 2-Gehalt und 12,0 bis 15,5% Na 2O- Gehalt 

sowie etwa 1% Verunreinigung aus Al 2O 3). 

Die Verweilzeit in der Mineralisierungslösung betrug für die Kunststoffschnitzel ca. 3 min. Die 

Aufnahmen entstanden etwa 3 Wochen nach der Mineralisierung, so dass der Auskristallisierungsvorgang 

als abgeschlossen angenommen werden kann. 

Im Nachfolgenden werden charakteristische REM-Aufnahmen diskutiert, die unserer Meinung 

nach einen Einblick in typische Kristallbildungen gemäß dem Verfahren gewähren. Sie zeigen, 

dass sich nach dem dargestellten Verfahren, in und auf den Oberflächen von Hochpolymeren an 

den aktivierten Kettenenden Kristalle ausbilden. 

Bild 22: 

REM-Aufnahme eines Ausschnittes 

aus einer mineralisierten 

Kunststoffschnitzeloberfläche mit 

großkristallinen Aggregaten, 

sowie kleinkristallinen und amorphen 

Mineralauflagen. 




Seite 26

Bild 23: 

REM-Aufnahme 

einer 

Ausschnittsvergrößerung mit 

Darstellung der die 

Kristallisationswurzel 

umgebenden Mineralaggregate 

in kristallinen und amorphen 

gelartigen Phasen. 



Bild 24: 

REM-Aufnahme 

der 

Kristallschichtung und des 

amorphen Materials im Bereich 

der Kristallwurzel von Bild 22, 

wobei deutlich die Verdrängung 

des amorphen Materials durch 

das Wachsen der Kristallaggregate 

sichtbar ist. 



Die rasterelektronischen Untersuchungen vermitteln einen optischen Eindruck von der Gestaltung 

der Mineralaggregate in kristalliner und amorpher Form. Um die Ausbildung der Kristall- 

Aggregate stufenweise sichtbar zu machen, werden die Bilder 22 bis 24 mit 1.000-, 2.500-, und 

7.500 facher Vergrößerung verwendet. 

In Bild 22 ist erkennbar, dass die Wurzel des Kristall-Aggregates mit einem Bündel von Einzelkristallen 

neben der wellenförmigen amorphen Mineralschicht liegt. Die 2.5000 fache Vergrößerung 

(Bild 23) des Bereiches einer Kristallwurzel zeigt weiterhin deutlich Kristallbündel, 

die in Richtung der Wurzel orientiert sind und somit den Kristallisationsursprung lokalisieren 

lassen. 

Dass es sich bei dem Kristallisationsursprung um einen am Untergrund, d.h. an der Grenzschicht 

zum Kunststoff festhaltenden Teil des Mineralaggregates handelt, bestätigt die in Bild 24 zu 

sehende Verdrängung der amorphen, nicht in das Kristallaggregat eingebundenen Materialschicht, 

die vom Einzelkristall während seiner Entstehung bzw. während seines Wachstums wie 

ein Span weg geschoben wird. 


Seite 27

Neben langprismatischen, nadeligen Kristallen in radialstrahligen Aggregaten (vergl. Bilder 22 

und 23) sind auch einzelne kleinkristalline Bildungen in Nadelform und mehlig dicht angeordnete 

Kristalle möglich, wie sie die Bilder 25 bis 27 zeigen. 

Bild 25: 

REM-Aufnahme 

eines 

Oberflächenausschnittes mit 

langprismatischen Kristallen als 

nadelige Einzelkristalle und 

mehlig dichten kleinkristallinen 

Bildungen. 



Die weitere REM-Untersuchung von Ausschnitten aus Bild 25 in höheren Vergrößerungen 

(1.000 und 2.500fach) macht die vielfältigen Bildungen der kleinkristallinen und amorphen 

Erscheinungsformen des Minerals sichtbar. So gibt bereits Bild 25 einen Überblick über die 

ungerichtete Anordnung großer und kleiner geometrisch eindeutig erkennbarer Kristalle. Gut 

sichtbar sind die großflächigen mit mehlig dichten kleinkristallinen Bildungen belegten Gebiete 

der Kunststoffoberfläche und dazwischen gelagerten amorphen Mineralauflagen, wie sie 

beispielsweise im zum unteren Bildrand geneigten Kopfbereich des nadeligen Einzelkristalls in 

Bild 25 sichtbar werden. 

Bild 26: 

REM-Aufnahme eines 

vergrößerten Ausschnittes aus 

Bild 25 mit dem Kopfbereich 

eines nadelförmigen Kristalls mit 

kleinkristallinen und amorphen 

Bildungen des Minerals. 



Eine zusätzliche vierfache Vergrößerung eines Ausschnittes davon macht die Ausbildung der 

Mineralformen in Bild 26 sichtbar. Deutlich ist die von oben links in das Bild hineinragende 

Nadelform des Kristalls als relativ großkristalline Bildung innerhalb der hier betrachteten Mineralisierung 

zu erkennen. Unter und oberhalb des Kopfendes der Nadel sind gelartige amorphe 


Seite 28

Bildungen vorhanden, die von dicht besetzten kleinkristallinen Erscheinungsformen umgeben 

sind. In Fortsetzung der Nadelachsrichtung sind die Fibrillen des Kunststoffes an der Oberfläche 

des Schnitzels mit dazwischen liegenden kleinkristallinen Bildungen des Minerals bemerkenswert. 

Die mehlig dicht angeordneten Mineralindividuen kleinster Kristalle bedecken einen 

großen Teil des Bildausschnittes und lassen eine gute Mineralisierung an der 

Kunststoffoberfläche erkennen. Gerade diese kleinkristallinen Mineralbildungen ergeben im 

nachfolgenden Zementierungsvorgang die Vielzahl der Kristallisationskeime für die Anlagerung 

und die Entstehung der Polysilikatkristalle aus dem Zementgel. 

Bild 27: 

REM-Aufnahme einer weiteren 

Vergrößerung eines Bildausschnittes 

im Kopfbereich des 

nadelförmigen Kristalls aus Bild 

25. Deutlich sichtbar sind 

kleinkristalline Bildungen als 

Auflagen im Kopfbereich des 

Kristalls. 



Die kleinkristallinen Auflagen im Kopfstück des gut ausgebildeten nadelförmigen Kristalls weisen 

darauf hin, dass die Minerallösungsreste und teilweise amorphen Bereiche noch Kristallbildungen 

zeitlich später nachvollziehen. 

Der Ursprung eines Kristalls oder Kristall-Aggregates liegt nach unserer Meinung im Grenzschichtbereich 

der Kunststoffoberfläche. Bis auf diese Schicht sind dazu die Kristallauflagen des 

Minerals abzustoßen. Dieses Abtragen kann durch mechanisches Abreiben mit nachfolgendem 

Abwaschen erfolgen. Im Ergebnis dieser Behandlung von mineralisierten Kunststoffschnitzelproben 

entstanden die Bilder 28 und 29 mit unterschiedlichen Abrasionstiefen. Mit weiteren 

Vergrößerungen wurde versucht, nach mechanischer Entfernung der kristallinen Bildungen den 

Untergrund der Kristallanwachsungen des Minerals an die Grenzschicht der 

Kunststoffoberfläche als Kristallisationswurzel sichtbar zu machen. Dazu mussten REM-Aufnahmen 

mit 7.500 facher und 10.000 facher Vergrößerung gewählt werden (Bilder 28 bis 30). 


Seite 29

Bild 28: 

REM-Aufnahme einer Probe 

mit weitgehend abgetragener 

(trocken abgewischt und gewaschen) 

Mineralauflage. Es 

werden kleinkristalline und 

amorphe Bildungen im Bereich 

der Kunststoffoberfläche sichtbar. 


Maßstab: 8 mm 1 mm 

Bild 29: 

REM-Aufnahme 

einer 

abgetragenen Mineralauflage, 

welche die Anbindung des Minerals 

an die Grenzschicht 

erkennen lässt. 



Während das Bild 28 die mehlig dichten Erscheinungsformen des Minerals in Grundschichtnähe 

optisch darstellt, zeigt Bild 29 oberhalb der Bildmitte einen Bereich des kontinuierlichen 

Übergangs der Mineralauflage in die Grenzschicht des Kunststoffes, der auch als Bereich der 

Kristallisationswurzel diskutiert werden kann. 


Seite 30

Bild 30: 

REM-Aufnahme des in Bild 29 

gezeigten Anbindungsübergangs 

zwischen Mineral und der 

Kunststoffgrenzschicht. Die 

Pfropfpolymerisierung des anorganischen 

Materials an den organischen 

Fibrillen des Kunststoffes 

erfolgt sichtbar über 

längere Molekülkettenbereiche 

der die Fibrillen bildenden 

Makromolekülbündel (Bildmitte 

in Richtung oberer Rand). 



Eine Diskussion der Situation im Bereich des Anbindungsübergangs zwischen Mineralauflage 

und Kunststoffgrenzschicht ermöglicht die mit der hierbei angewendeten REM-Aufnahmetechnik 

gerade noch erreichbare 10.000 fache Vergrößerung im Bild 30. Im Bereich des Anbindungsübergangs 

zwischen dem anorganischen Mineral und der aus organischen Substanzen 

bestehenden Kunststoffgrenzschicht werden die Stellen einer Pfropfpolymerisation zwischen den 

chemischen Hauptbestandteilen des Minerals und den photochemisch aktivierten Molekülgruppen 

in der Kunststoffoberfläche gesehen. 

Die in Verbindung mit den Ergebnissen der Untersuchung der photochemischen Wirkung auf die 

Oberfläche einer PEHD-Folie im Bild 10 dargestellten und mit röntgenangeregten C 1s-Photoelektronenspektren 

gewonnenen Erkenntnisse lassen die Vorgänge einer Pfropfpolymerisation 

begründen. Wie in der Diskussion der nachgewiesenen Veränderungen der Bindungsverhältnisse 

(vergl. Bild 10) durch die Photonenstrahleinwirkung mit der Zunahme der 

Intensität der Bindungsenergie im Bereich des an Sauerstoff, an Hydroxyl- und Karbonylgruppen 

gebundenen Kohlenstoffs am gemessenen Spektrogramm herausgearbeitet wurde, 

entsteht eindeutig eine Erhöhung der Sauerstoffaffinität an der organischen Matrix-Oberfläche. 

Die Pfropfpolymerisation der reaktionsfähige Silizium-Sauerstoff-Verbindungen enthaltenden 

anorganischen Minerale erfolgt über photochemisch aktivierte Radikale an den endständigen 

Molekülgruppen der Hauptketten oder verzweigten Seitenketten der Makromoleküle des Hochpolymeren 

an der Kunststoffoberfläche. Über längere und ausgedehntere Bereiche der Makromolekülbündel 

des Hochpolymeren kommt es zur Anlagerung der anorganischen Substanzen an 

die die Fibrillen des Kunststoffes bildenden Kettenmoleküle, die sich sowohl in geordneten und 

ungeordneten Strukturen befinden. 

Zur Unterstützung dieser Vorstellung vom Chemismus der Mineralisierung von photonenbehandelten 

Hochpolymeroberflächen wurden noch weitere Untersuchungen an ausgehärteten 

Beschichtungen auf einer PEHD-Folie durchgeführt. Die photonenbestrahlte PE-Oberfläche 

wurde dazu mit einem polymerisierfähigen Gemisch aus Acrylat und Benetzungsmittelzusätzen 

in einer wässrigen Lösung von 3 °Bé und einer Wasserglaslösung von 8 °Bé besprüht. Die Zielstellung 

dieser Versuche bestand darin, Aufklärung sowohl über die Verteilung des mine- 


Seite 31

alischen Bestandteiles wie auch über die Haftfestigkeit von Kristallen des Minerals an ausgehärteten 

Hochpolymeren zu erhalten. 

In experimenteller Hinsicht eignen sich die farblosen und glasklar durchsichtigen Polyacrylauflagen 

gut für die optische Untersuchung der Einlagerung von mineralischen Bestandteilen der 

polymerisierten Lösung und zum Studium der Verteilung von sich ausbildenden Kristallen. 

Bild 31: 

REM-Aufnahme 

eines 

Oberflächenausschnittes einer 

unbehandelten PEHD-Folie, wie 

sie für die Durchführung der 

Versuche benutzt wurde. Die 

Auflage unten rechts ist ein 

Staubpartikel. 


Maßstab: 

5 mm 10 µm 

Die in den Bildern 31 bis 36 gezeigten REM-Aufnahmen dokumentieren die Untersuchungsergebnisse 

in Vergrößerungen von 50- bis 10.000 fach. 

Wie dem Bild 31 zu entnehmen ist, besitzt der Beschichtungsträger eine sehr dichte und glatte 

Oberfläche, worauf eine mechanische Verankerung der aufzubringenden Schicht weitestgehend 

ausgeschlossen werden kann. 

Bild 32: 

REM-Aufnahme der ausgehärteten 

Beschichtungsoberfläche 

des Gemisches aus 

Acrylat, Wasserglas und 

Benetzungsmittel in wässriger 

Lösung 



Im Bild 32 lässt sich eine Trübung der sonst glasklar ausgehärteten Acrylat-Schicht erkennen, 

die durch den eingelagerten Wasserglas-Mineralanteil hervorgerufen wird. 


Seite 32

Bild 33: 

REM-Aufnahme eines 10-fach 

vergrößerten Bildausschnittes 

aus Bild 32, die die Mineraleinlagen 

sichtbar macht, die 

zur Trübung der angehärteten 

Acrylschicht führen. 



Aufgrund der niedrigen Konzentration der zum Besprühen der Folie benutzten Lösungen ist die 

Feinverteilung der kleinkristallinen Bildungen des Wasserglases nur bei höherer Vergrößerung 

sichtbar, die das Bild 34 mit 2.500 facher, Bild 35 mit 5.000 facher und Bild 36 mit 

10.000 facher Vergrößerung zeigt. 

Bild 34: 

REM-Aufnahme 

zur 

Sichtbarmachung der Verteilung 

von in der Acrylatschicht eingebundenen 

und auf der 

Schichtoberfläche aufgewachsenen 

kristallinen 

Bildungen der Wasserglasanteile 

als Mineral. 




Seite 33

Bild 35: 

REM-Aufnahme aus reinem 

Acryl-Wasserglas-Gemisch gebildeten 

Schicht mit unorientiert 

aufliegenden nadeligen Kristallen 

des Minerals. 



Bild 36: 

REM-Aufnahme einer Bildausschnittvergrößerung 

aus Bild 35, 

die neben den nadeligen Kristallen 

mehlig dichte Erscheinungsformen 

des Minerals als kleinkristalline 

Bildungen zeigt. 



Sowohl die Verteilung der Kristalle auf der Oberfläche der Schicht, wie auch die Anordnung von 

kristallinen Bildungen in der Schichtoberfläche, bestätigen die Effekte des Mineralisierungsverfahrens. 

Um die Einflüsse der Minerallösungskonzentration auf die Einlagerung, Verteilung und die 

Form der Kristallbildung in der Acrylat-Wasserglas-Gemisch-Schicht festzustellen, wurde im 

Gemisch mit der Zugabe hochkonzentrierter Wasserglaslösung die Dichte der Sprühlösung auf 

18 °Bé erhöht. 


Seite 34

Bild 37: 

REM-Aufnahme 

der 

ausgehärteten Oberfläche einer 

Beschichtung der PEHD-Folie 

mit der Lösung eines Acryl- 

Wasserglasgemisches von einer 

Konzentration von 18 °Bé. 



Wie der Vergleich der Kristallformen auf der Schichtoberfläche in Bild 34 mit den Bild 37 

erkennen lässt, verändert sich mit der Konzentration der Minerallösung die Kristallbildung auf 

der Schichtoberfläche. Die nadelig fasrigen Einzelkristalle in Bild 37 lagern sich zu federähnlichen 

Kristallaggregaten zusammen und bedecken unausgerichtet in dichter Verteilung die 

Schichtoberfläche. 

Bild 38: 

REM-Aufnahme 

einer 

Ausschnittsvergrößerung der 

Mitte des Bildes 37 zur Sichtbarmachung 

der Lage von 

gerissenen und in die Schicht 

eingebundenen sowie an der 

Schichtoberfläche 

als 

Aufwachsungen erscheinenden 

Kristallen. 



Die bereits in Bild 37 sichtbare charakteristische Kristallform an großen Aggregaten ist in Bild 

38 und 39 bei weiteren Vergrößerungen auch an kleinkristallinen Bildungen zu erkennen. 


Seite 35

Bild 39: 

REM-Aufnahme eines durch die 

Zugkraftwirkung in Längsrichtung 

aufgerissenen Kristalls, das 

fest in die Schicht des ausgehärteten 

Polymers auf 

Acrylatbasis zu beiden Seiten 

des durchgehenden Risses 

eingebunden ist. 



Eine Aussage zur Haftfestigkeitsvermittlung zwischen dem aufgepfropften Kristall-Aggregat 

und der hochpolymeren Schicht liefert die Darstellung der senkrecht in Längsrichtung gespaltenen 

Kristalle. Bild 37 lässt entlang des Risses in der Schicht mehrere so geteilte Kristalle erkennen. 

Die 2.500 fache Ausschnittsvergrößerung in Bild 38 zeigt, dass dieser Trennungsvorgang 

an mehreren Kristallen in gleicher Weise erfolgte. Eine weitere Vergrößerung auf das 

7.500 fache lässt erkennen, dass die Kristallteile fest in der abgezogenen Schicht bis in deren 

Tiefe verankert sind. 

Mit der Erkenntnis aus Bild 39 ist der Nachweis erbracht, dass die Haftfestigkeit zwischen 

Kristall und ausgehärtetem Polymeren größer ist, als die Zugfestigkeit in der polymeren Schicht 

selbst. 

Für das Festigkeitsverhalten der Mineralien in sich selbst ist die Absoluthärte (Schleifhärte nach 

Rosiwal) von Bedeutung (/11/, S.22). Um eine quantitative Abschätzung der Festigkeit für die 

erzeugten Kristalle ableiten zu können, muss nach ihren chemischen Zusammensetzungen und 

nach dem jeweiligen strukturellen Aufbau die Zuordnung der Kristalle zu einer Gruppe der 

Mineralien im Mineraliensystem und die wahrscheinliche Identität des Minerals selbst festgestellt 

werden. Mit Hilfe der für die bestimmten Mineralien in der Literatur angegebenen 

Ritzhärte gemäß der Mohsschen Härteskala kann auf die Absoluthärtewerte geschlossen werden. 

Eine messtechnische Bestimmung der Absoluthärte ist nur mit großem Aufwand möglich und 

würde im vorliegenden Fall keine baustoffrelevanten Aussagen ermöglichen. Deshalb sind die 

Betrachtungen zum Festigkeitsverhalten der verfahrensgemäß hergestellten Baustoffe und 

Bauteile für die Anwendungsfälle bedeutungsvoller. 


Seite 36

3.2. In den Kunststoffoberflächen erzeugte Mineralien 

Zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der kristallbildenden Mineralien wird die 

Methode der Röntgenstrahlanalyse verwendet. Damit ist es möglich, die prozentuale Häufigkeit 

der an der Kunststoffoberfläche angelagerten chemischen Substanzen zu ermitteln und von der 

Lage der Bindungsenergien her, Aussagen über den strukturellen Aufbau der Stoffe abzuleiten. 

Im Vergleich mit den vorliegenden REM-Aufnahmen ist eine Zuordnung der betrachteten mineralischen 

Individuen in das Mineralsystem und die Bestimmung der Mineralart mit großer Wahrscheinlichkeit 

vorzunehmen. 

Während in Bild 10 nur der Bereich der Kohlenstoffbindungen im röntgenangeregten C 1s-Photonenelektronenspektrum 

der unbehandelten und bestrahlten Folie diskutiert wurde und dort die 

durch die Photonenstrahlung initiierten photochemischen Veränderung der Bindungsverhältnisse 

für die Überlagerung der Spektralanteile für C 1, C 2 und C 3 zum Ausdruck kommen, zeigt der 

Vergleich der röntgenanalytischen Untersuchung der PEHD-Folie Probe 1 als unbehandelte 

Probe mit der nur bestrahlten PEHD-Folie Probe 6 die Veränderung infolge der 

photochemischen Wirkung im Bereich der Sauerstoffbindungen zwischen 750 und 1.000 eV 

Bindungsenergie (Bild 40). 

Vergleicht man die röntgenangeregten Photonenelektronenspektren der Oberfläche der strahlenaktivierten 

Probe 6 mit der bestrahlten und mineralisierten Probe 7 in Bild 41, dann ist deutlich 

die Veränderung im Bereich der Bindungsenergien zwischen den Peaks für O KL1 und C KL1 

von 750 bis 1.000 eV zu erkennen sowie die Anwesenheit der Elemente Natrium, Silizium und 

Schwefel im Bereich unter 400 eV und für Natrium Na 15 bei 1.080 eV Bindungsenergie, die 

durch den Sprühauftrag einer Mischung aus Acryl-Hydrosol mit Wasserglaslösung verursacht 

wurde. Über den Anteil des Acryl-Hydrosols erfolgt der Eintrag von Schwefel in das Gemisch, 

der im Bereich der Bindungsenergie zwischen 100 und 200 eV zur geringen Ausbildung von 

Peaks führt. Durch die Dotierung des Acryl-Hydrosols mit Schwefel soll offenbar die Polymerisation 

des sich in wässriger Lösung befindlichen Acrylates beschleunigt werden. Damit im 

Zusammenhang kann die Anhebung des Peaks für C 1s von 65 auf 175 kCPS stehen. Das 

Erscheinen von Chlor als Cl 2p bei 200 eV ist auf eine geringe Verunreinigung des Gemisches 

mit NaCl in der Wasserglaslösung zurückzuführen. 


Seite 37

Bild 40: Vergleich der unbehandelten Probe 1 einer PEHD-Folie mit der photonenbestrahlten Probe 6. 

Der Verlauf der Spektrogramme der röntgenanalytischen Untersuchungen zeigt deutlich die 

photochemisch initiierte Veränderung im Bereich der Sauerstoffbindungen und der Peakbildung 

des Kohlenstoffes. 


Seite 38

Bild 41: Vergleich der nur photonenbestrahlten Probe 6 mit der bestrahlten und verfahrensgemäß mineralisierten 

Probe 7. Der Verlauf des Spektrogrammes der röntgenanalytischen Untersuchung 

bestätigt die durch das Besprühen eingebrachten Elemente Natrium (Na), Silizium (Si) und 

Schwefel (S) und die Wirkungen auf die Sauerstoffbindungen der so mineralisierten Probe 7. 


Seite 39

Bild 42: Vergleich der Spektrogramme für die behandelte Probe 7 und für die nachfolgend noch mit Aluminiumsulfatlösung 

besprühte Probe 9. 


Seite 40

Zur Beschleunigung des Abbindevorgangs beim Zementieren der mineralisierten Kunststoffschnitzel 

kann als Abbindebeschleuniger neben Wasserglas auch Aluminiumsulfat eingesetzt 

werden. Der Vergleich der Spektrogramme für die Probe 7 und Probe 9 zeigt in Bild 42 die bei 

der Einwirkung einer niedrig konzentrierten wässrigen Aluminiumsulfatlösung von 3 °Bé stattfindende 

chemischen Veränderung der Oberfläche der bestrahlten und mit einem Gemisch aus 

Acryl-Hydrosol und Wasserglaslösung besprühten Probe 7 auf, die anschließend mit der 

Aluminiumsulfatlösung besprüht zur Probe 9 wird. 

Ein wesentliches Merkmal der chemischen Veränderungen ist das Verschwinden des bei einer 

Bindungsenergie von 200 eV in der Probe 7 nachgewiesenen Chlors Cl 2p nach dem Besprühen 

mit einer wässrigen Aluminiumsulfatlösung von 3 °Bé im Spektrogramm für die Probe 9. Das 

gelöste Aluminiumsulfat (Al 2(SO 4) 3 . 18 H 2O) mit Wasserüberschuss der Sprühlösung führt zum 

Eintrag von Schwefel S 2s bei einer Bindungsenergie von etwa 240 eV. Es hinterlässt aber kein 

nachweisbares Aluminium im Spektrum der Probe 9. Damit muss das „Verschwinden” des 

Chlors und des Aluminiums im Spektrum im kausalen Zusammenhang stehen. Für den dabei 

ablaufenden Chemismus muss angenommen werden, dass das gesamte gelöst eingebrachte 

Aluminiumsulfat mit dem, im gelösten Wasserglas als Verunreinigung vorhandenen Natriumchlorid 

zu AlCl 3 . 6 H 2O und Na 2So 4 . 10 H 2O reagiert. Das Aluminiumchlorid AlCl 3 . 6 H 2O löst 

sich im Sprühmittelwasserüberschuss und fließt an der vertikal zum Besprühen aufgehängten 

Probe als wässrige Lösung ab, wogegen das Natriumsulfat Na 2So 4 . 10 H 2O als Niederschlag das 

Mineral Thenardit bildet und sich kristallin ablagert. 

Bild 43: 

Eine Ausschnittsvergrößerung 

des Bildes 38 (rechts oben) 

zeigt die Aggregat-Bildungen 

des Minerals Thenardit in ihren 

räumlichen Anordnungen. 

Vergrößerung: ca. 3.900 fach 

Maßstab: ca. 41 mm 10 µm 

Wie sich das kristallin ausgebildete Mineral Thenardit (Na 2[SO 4]) auf der Probe 9 (Bild 43) in 

Aggregaten anordnet, zeigt eine Ausschnittsvergrößerung aus Bild 38 rechts oben. Mit einem 

Beobachtungswinkel von α = 30° wird die räumliche Anordnung in dem nunmehr 3.900 fach 

vergrößerten REM-Aufnahmeausschnitt sichtbar. 

Die in den REM-Aufnahmen der Bilder 22 bis 25 gezeigten Kristalle lassen bei 250, 1.000, 

2.500 und 7.500 facher Vergrößerung gut ausgebildete Aggregate und Einzelkristallformen der 

Mineralien erkennen. Dabei handelt es sich um kristalline Bildungen, die auf Schnitzel einer 

DSD-Mischfraktion verfahrensgemäß erzeugt wurden. 


Seite 41

Bild 44: 

REM-Aufnahme von fest 

anhaftenden einzelnen 

kristallinen Bildungen, sich 

überlagernder und aufliegend 

verwachsener Kristalle mit 

benachbarten mehlig dichten 

kristallinen und gelartig 

amorphen Bildungen. 



Bild 45: 

REM-Aufnahme 

von 

Kristallaggregaten, die fest auf 

der Kunststoffoberfläche aufgewachsen 

sind und sowohl 

Zwillingsbildungen 

als 

Kontaktzwillinge wie auch 

Durchgangszwillinge aufweisen. 



Bild 46: 

REM-Aufnahme 

eines 

mineralisierten Kunststoffschnitzels, 

welches nach der 

Ausmineralisierung trocken 

abgewischt wurde. Das Bild 

zeigt noch festhaftende kleinkristalline 

strahlige und mehlig 

dichte Kristallbildungen. 




Seite 42

Bevor das DSD-Kunststoffgemisch zur Mineralisierung bereit steht, wird es einer mehrstufigen 

Zerkleinerung unterzogen. Das führt zu einer Feinstverteilung von Inhaltsstoffen der geshredderten 

Altmaterialien, z.B. aus Plastikflaschen von Waschmitteln, Kosmetika, Autopflegemitteln, 

Farben, Fruchtsäften und anderen mehr. Diese Verschmutzungen tragen unterschiedlichste 

Chemikalien in das DSD-Kunststoffgemisch ein. Die undefinierten chemischen Substanzen 

haften in geringen Mengen gemeinsam mit Schmutzteilchen auf den Oberflächen der 

Kunststoffschnitzel und werden in den Mineralisierungsprozess mit eingebunden. So ist es zu 

erklären, dass Mineralien mit unterschiedlicher Zusammensetzung entstehen können, in denen 

außer den Elementen, die der Wasserglaslösung mit seinen Verunreinigungen eigen sind, alle 

anderen Feststoffe und Flüssigkeiten bildenden chemischen Elemente nachweisbar werden. 

Aus der Palette der mineralischen Verunreinigungen der Altkunststoffe werden neben Kalk-, 

Gips-, Zement- und Quarzstaub noch Ton- und Salzmineralien, Metallabriebe und auch Polymere 

in Staubform in die Kunststoffgemische eingetragen, so dass eine genaue Definition der sich 

bildenden Mineralien nach dem Bestrahlungs- und Mineralisierungsvorgang vorher nicht 

möglich ist und nur exemplarisch einige charakteristische Beispiele zur Veranschaulichung der 

Bildungen herausgegriffen werden können. 

Die REM-Aufnahmen in den Bildern 44 bis 46 zeigen solche Kristallformen, deren Mineralart 

bestimmbar ist. Es handelt sich dabei um fest auf der Kunststoffoberfläche oder ihrer Mineralbelegung 

haftende kristalline Bildungen der Minerale, die aus der Vielfalt der Erscheinungsformen 

willkürlich herausgegriffen wurden. 

In Bild 44 werden zur Demonstration der Kristallbildungen in 500 facher Vergrößerung gut ausgebildete 

Exemplare gezeigt, die eine Mineralbestimmung zulassen. Der im Quadranten rechts 

oben des Bildes 44 deutlich erkennbare Kristall hat eine Größe von etwa 10 µm Länge, 2 µm 

Breite und 0,5 µm Dicke. Seine linealartige, langsäulige Ausbildung lässt auf das Mineral 

Aktinolith schließen, dessen chemische Zusammensetzung mit Ca 2(Mg, Fe) 5[(OH, F)/Si 4O 11] 2 

angegeben wird. Da die Kristallausbildung dieses Minerals auch als prismatisch, nadelig, fasrig 

und breitstängelig beschrieben ist, können auch die benachbarten Bildungen in den übrigen 

Quadranten des Bildes diesem Mineral zugeordnet werden /11, S.86//12, S.361/. Für die relativ 

hohe Absoluthärte von 6,5 bis 37 (Schleifhärte nach Rosiwal /11, S.23) spricht die gut erhaltene 

Form der Kristalle, obwohl das mineralisierte Material aus dem die Probe entnommen wurde, 

mehrfachen Transportbewegungen, also Schubbeanspruchung, ausgesetzt war. 

Für den verfahrensgemäß nach der Mineralisierung erfolgenden Zementierungsvorgang hat die 

Absoluthärte des Minerals aber keinen Einfluss, da sich die Kristallmasse des Minerals im 

Zementleim einbindet bzw. bei mechanisch abgestoßenen Mineralbildungen auf der noch vorhandenen 

Kristallisationswurzel des Minerals die Neubildung des Polysilikatkristalls erfolgt. 

Das zur Mineralisierung der Kunststoffschnitzel verwendete Wasserglas vom Typ 

Na(2,5) 48/50 °Bé hat in der Ausgangslösung eine SiO 2-Gehalt von 31,0 .. 33,0%, Na 2O-Gehalt 

von 12,0 .. 15,5% und Verunreinigungen als Al 2O 3 und Fe 2O 3 von 1%. Dazu kommen noch die 

undefinierten chemischen Bestandteile der Kunststoffverschmutzung, die mit dem Wasserglas 

gemeinsam in die chemische Zusammensetzung der sich bildenden Minerale eingehen. Die 

überwiegend in den Mineralien zu erwartenden Elemente sind demnach Silizium (Si), Sauerstoff 

(O), Natrium (Na), Aluminium (Al), Eisen (Fe), und aus den Schmutzanteilen Kalzium (Ca), 

Kalium (K), Magnesium (Mg) sowie Fluor (F), Sulfationen (SO 4 

-- 

) und Hydroxylgruppen (OH - ). 


Seite 43

Im Vergleich mit den in den Lehrbüchern /11/ und /12/ dargestellten Mineralien können anhand 

der REM-Aufnahmen und mikroskopischen Übersichtsaufnahmen den dort erkennbaren 

Bildungen eine ganze Reihe Mineralien zugeordnet werden. Der Unterschied zu den lehrbuchmäßigen 

Kristallbildungen der Minerale, die unter den chemischen und physikalischen 

Bedingungen der gesteinsbildenden Naturvorgänge entstanden sind, besteht in der verfahrensgemäßen 

Mineralisierung bei Raumtemperatur und Normaldruck. 

Zum Verständnis der für die Praxis relevanten Zusammenhänge soll hier versucht werden, 

einige Erkenntnisse der durchgeführten Beobachtungen darzulegen. 

Im Bild 45 zeigt die REM-Aufnahme in 1.000 facher Vergrößerung Kristallaggregate, die auf 

der aktivierten Kunststoffoberfläche aufgewachsen sind und die neben Einzelkristallen Zwillingsbildungen 

als Kontaktzwillinge wie auch Durchdringungszwillinge aufweisen. 

Eine lamellare Zwillingsverwachsung ist in der Mitte des oberen Bildrandes zu erkennen. 

Darunter im Bild liegt ein Durchkreuzungszwilling, dessen Kristallbildung zum linken Bildrand 

hin herausgewachsen ist. 

Ausgehend von der sechsseitigen, säuligen Kristallbildung können diese Bildungen Quarz, SiO 2, 

Staurolith, Al 4Fe[O|OH|SiO 4] 2 nach /12, S. 384/ oder 2FeO . AlOOH . 4Al 2[O|SiO 4] nach /11, S.78/ 

und Kyamit, Al 2[O|SiO 4] zugeordnet werden. Dem Mineral Kyanit entspricht der linealartig 

geformte Kristall am rechten Rand des Bildes 45. Es ist auch eine Zuordnung des Minerals 

Epidot, Ca 2(Al,Fe)Al 2[O|OH|SiO 4|Si 2O 7], mit seinen stängeligen, strahligen und büschligen 

Bildungen denkbar, das ebenso der Bildung des Kristall-Aggregates in Bild 22 entspricht, wobei 

dort deutlich die büschelig stehenden Kristallindividuen in Richtung der Kristallisationswurzel 

orientiert sind. 

Zu den hexagonalen Kristallsystemen, die formähnlich mit den Bildungen in Bild 45 sind, gehört 

ebenso wie Aragonit, CaCO 3, das säulig, stängelig, an- und aufgewachsen auftritt, auch Hornblende 

mit der Formulierung (Ca,Na,K) 2-3(Mg,Fe,Al) 5[(OH,F) 2|(Si,Al) 2Si 6O 22] mit dann sechsseitigen 

Querschnitten. Mit hexagonalen Kristallsystemen erscheint auch Nephelin, 

KNa 3[AlSiO 4] 4, in kurzsäuligen Kristallen. 

Auf der in Bild 46 gezeigten REM-Aufnahme einer trocken abgewischten mineralisierten Kunststoffschnitzelprobe 

sind in einem Bruch Kristall-Aggregate zu erkennen, die als rosettenförmige 

und grobstrahlige Bildung vorliegen. Die Abwischbarkeit deutet auf sehr geringe Härte hin. 

Dieser Eigenschaft kann das Mineral Pyrophyllit, Al 2[(OH) 2|Si 4O 10], mit einer Absoluthärte von 

0,03 .. 0,8 zugeordnet werden (links im Bild 46). Das rechts im Bild 46 sichtbare Aggregat, das 

offenbar auf darunter liegenden Kristallen erhaben auf der Oberfläche aufsitzt, kann als das 

Mineral Ägirin (Aegirin), NaFe[Si 2O 6], mit kurzsäuligen, nadeligen und meist mit spitzen Enden 

auslaufenden Kristallen von einer Absoluthärte 37 .. 100 oder als Jadeit, NaAl[Si 2O 6], mit einer 

Absoluthärte von 100 .. 120 gedeutet werden. 

Zu den härteren Mineralien mit Absoluthärten zwischen 37 und 100, die verfahrensgemäß 

entstehen können, gehören Zoisit, Ca 2Al 3[O|OH|SiO 4|Si 2O 7], mit einer säuligen, nadeligen und 

breitstängeligen Kristallausbildung ohne gut entwickelte Endbegrenzung, ebenso Albit, 

Na[AlSi 3O 8], und Anorthit, Ca[Al 2Si 2O 8], die säulige und als Wiederholungszwillinge ausgebildete 

Kristalle aufweisen. Solchen Kristallformen kann die Bildung in Bild 23 zugeordnet 

werden. 


Seite 44

Während die REM-Aufnahmen die Kristallbildung im Grenzschichtbereich zum Kunststoff mit 

hohen Vergrößerungen erkennbar machen, sind mit niedrigeren Vergrößerungen mittels 

optischer Mikroskope größere aufsitzende Kristallaggregate abbildbar. 

Als häufigste Kristallformen kommen zur Zeolith-Gruppe gehörende Mineralien vor: Natrolith, 

Na 2[Al 2Si 3O 10] . 2H 2O und Mesolith, Na 2Ca 2[Al 2Si 3O 10] 3 . 8H 2O, die durch Licht eines Farbfilters 

vom Untergrund abgehoben erscheinen. Die langprismatischen, nadeligen und radialstrahlig 

angeordneten Kristalle treten besonders hervor. Als Einzelkristall erscheint das zur Gruppe der 

Foide gehörende Analcim, Na[AlSi 2O 6] . H 2O, mit seiner kugelförmigen Gestalt. 

Bild 47: 

Mikroskopische Aufnahme eines 

mineralisierten roten Kunststoffschnitzels. 

Die Mineralbildungen 

leuchten im Auflichte hell auf. 



Bild 48: 


aus Bild 47 im Auflichte mit 

Braunfilter. Die größeren, lichtstark 

reflektierenden Aggregate 

heben sich vom abgedunkelten 

Untergrund leuchtend ab. 




Seite 45

Bild 49: 

Ein Kristall-Aggregates im 

Auflichte mit Braunfilter 

fotografiert. Die nadeligen 

Kristalle sind radialstrahlig im 

Aggregat als Minerale 

angeordnet. 



Bild 50: 

Kristallablagerung auf der 

Kunststoffoberfläche im 

Auflichte. 



Bild 51: 

Eine Bildausschnittsvergrößerung 

von Bild 50 im Auflichte mit 

Braunfilter. Deutlich ist die 

Auflagerung des Minerals auf einem 

Kristall zu erkennen. 




Seite 46

Die Bilder 47 bis 56 vermitteln einen Eindruck von der Kristallverteilung auf einer mineralisierten 

Kunststoffoberfläche und von der Makrostruktur vorgefundener Kristall-Aggregate. 

In der im Auflichte entstandenen mikroskopischen Aufnahme von der mineralisierten Oberfläche 

eines rot eingefärbten Kunststoffschnitzels sind sehr deutlich die hell aufleuchtenden Mineralbildungen 

zu erkennen, wie Bild 47 zeigt. Unter Verwendung eines Farbfilters, hier wurde ein 

Braunfilter zum Abdunkeln des roten Untergrundes genutzt, treten die größeren lichtstark reflektierenden 

kristallinen Aggregate besonders gut hervor und heben sich vom abgedunkelten Untergrund 

leuchtend ab. Die Aufnahme im Bild 48 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung der 

mikroskopischen Aufnahme von Bild 47 in 320 facher Vergrößerung bei Hervorhebung der 

größeren Kristall-Aggregate. 

Unter Ausnutzung der Wirkung eines Braunfilters wird im Bild 49 ein Mineral sichtbar gemacht, 

dessen nadeligen Kristalle in einem radialstrahligen Aggregat eingewachsen sind. In solchen radialstrahlig 

angeordneten langprismatischen, nadeligen Kristallen zeigen sich die Mineralien 

Natrolith und Mesolith, die sich aus den Substanzen der Wasserglaslösung und den 

eingebrachten Verunreinigungen entwickeln. 

Wie sich die verschiedenen Mineralien durch Auflagerungen überschichten können, veranschaulicht 

Bild 50. Durch das Einbringen von mit einer Wasserglaslösung (8 °Bé) mineralisierten 

Kunststoffschnitzeln in eine Aluminiumsulfatlösung (3 °Bé) kommt es zur Auflagerung 

von Aggregaten des Minerals Aluminit, (Al 2SO 4) 3 . 18H2O, und nach teilweisen chemischen 

Reaktionen der Aluminiumsulfatlösung mit noch löslichen Wasserglasanteilen auf der 

Kunststoffoberfläche zur Belegung mit dem Mineral Thenardit, Na 2SO 4, innerhalb der Auflagerung. 

In Bild 51 lässt sich in einer Bildausschnittsvergrößerung von Bild 50 (640 fach) die 

Auflagerung eines solchen Minerals auf dem Kristall-Aggregat eines Zeoliths am Rand einer 

solchen Bildung erkennen. Deutlich sind die noch herausragenden Kristallnadeln des darunter 

liegenden Aggregates zu sehen. Der Zusatz von Aluminiumsulfatlösung bewirkt eine Erhöhung 

der Druckfestigkeit der hergestellten zementgebundenen Bauglieder. 

Die Verteilung der Kristall-Aggregate in der Mineralbelegung einer Kunststoffschnitzeloberfläche 

zeigt Bild 52. Neben der Formenvielfalt sind auch verschiedenen Mineralien zu erkennen, so 

erscheinen beispielsweise neben den Mesolith- und Natrolith-Aggregaten links unterhalb der 

großen Mesolith-Bildung als Einzelkristalle fast kugelförmige Bildungen (Ikositetraeder) des 

Analcims. 


Seite 47

Bild 52: 

Auflichtaufnahme 

der 

Mineralbelegung einer 

Kunststoffoberfläche mit 

aufsitzenden Kristall-Aggregaten 

unterschiedlicher Größenordnung. 



Bild 53: 

Braunfilterauflichtaufnahme 

einer Ausschnittsvergrößerung 

aus Bild 52. 



Bild 54: 


aus Bild 52 zur 

Sichtbarmachung von kleineren 

Kristall-Aggregaten im Auflichte 

mit Braunfilter. 




Seite 48

Bild 55: 

Kristallaggregate im Auflichte 

mit Braunfilter fotografiert. 



Bild 56: 

Ein Kristall-Aggregat im 

Auflichte mit Braunfilter 

aufgenommen. 



Das Bild 53 zeigt in 320 facher Vergrößerung das Zentrum der als Mesolith-Aggregate gedeuteten 

Bildung mit einem eingewachsenen linealartigen, längssäulig ausgebildeten Kristall. Diese 

Kristallform trat bereits bei Einzelkristallen auf, die in den Bildern 44 und 45 zu sehen sind. Bei 

genauer Betrachtung des Bildes 52 sind solche Bildungen im rechten Bildteil vielfach zu 

erkennen. 

Dass sich auch noch kleinere gut ausgebildete Kristall-Aggregate zwischen den größeren befinden, 

beweist Bild 54 mit einer 640 fachen Ausschnittvergrößerung des im Bild 54 abgebildeten 

Objektes. Während das Mineral Mesolith dem Kristallaggregat in der Bildmitte zugeordnet 

werden kann, ist rechts am Bildrand ein Natrolith-Aggregat zu sehen. Auch werden die darunter 

liegenden Mineralbildungen schemenhaft sichtbar, die durch die Benutzung des Braunfilters verdunkelt 

sind. Die durch Aufhellen im Auflichte hervorgehobenen Aggregate stellen also Aufwachsungen 

auf tiefer gelegenen Bildungen dar. Diese Situation ist auch in Darstellung von Bild 

55 erkennbar, die Kristallbildungen und Schichtungen in der Oberfläche einer anderen Probe von 

mineralisierten Kunststoffschnitzeln mit 320 facher Vergrößerung im Auflichte mit Braunfilter 

zeigt. Auch hier sind neben den Aggregaten von Mesolith- und Natrolith-Kristallen eine Bildung 

des Minerals Analcim als Einzelkristall und ein ausgeprägter Einzelkristall in der linealartigen 


Seite 49

Form des Minerals zu sehen, das als Selenit, Gipsspat oder Aktinolith gedeutet werden kann. 

Schließlich zeigt die Aufnahme des Bildes 56 aufgehellt die Bildung eines Natrolith-Aggregates 

auf dem abgedunkelten Untergrund. 


Seite 50

3.3. Besonderheiten bei der Einarbeitung von DSD-Material 

Nachteilig für den Einsatz des Mineralisierungsverfahrens können beispielsweise verstärkt als 

Verunreinigung in geshreddertes DSD-Material eingetragene chemische Substanzen auswirken, 

die bereits in geringen Mengen einer Anlagerung der Mineralisierungslösung an der Kunststoffschnitzeloberfläche 

entgegenwirken. Solche chemischen Substanzen, die eine Solubilisation des 

Mineralanteils im Mineralbad durch Umhüllung der Mineralbestandteile und / oder die Verbindung 

der Kristallbildung an der aktivierten Oberfläche des Kunststoffschnitzels durch grenzflächenaktive 

Wirkung hervorrufen, sind insbesondere in Reinigungsverstärkern von Waschmitteln 

enthalten, die über deren anfallenden Verpackungsmittel als anhaftende Verunreinigung in den 

Prozessablauf hineingetragen werden. Das Wirkprinzip dieser Reinigungsverstärker besteht 

darin, dass sie im Reinigungs- bzw. Waschprozess die Redeposition des Schmutzes, also das 

Wiederaufziehen der Schmutzpartikel auf die gereinigte Oberfläche, verhindern. So wie diese 

Substanzen einer Demulgierung des emulgierten Schmutzes entgegenwirken, sind diese im 

solubilisierenden Wasser enthaltenen Chemikalien dem gewollten Mineralisierungsprozess 

abträglich. 

Die störenden Komponenten sind meist grenzflächenaktive Stoffe, die als Gemische von anionaktiven, 

kationaktiven und nichtionogenen Tensiden den Waschmitteln zugesetzt werden und 

amphiphile Stoffe darstellen. Sie wirken in der Regel mit Zusätzen hydrotroper Substanzen 

zusammen, die die Wasserlöslichkeit von sonst schwerlöslichen Stoffen erhöhen. 

Als Tenside häufig verwendet werden Alkylsulfate und Alkylacrylsulfonate. Die Alkylsulfate 

sind als Fettalkoholsulfate die Salze einer etwa gleich starken Säure und Lauge, die in wässriger 

Lösung vollkommen neutral und härtebeständig sind. Sie besitzen ein hohes Emulgier-, 

Dispergier-, Netz-, Schaum- und Reinigungsvermögen und bilden somit eine Abschwemmgefahr 

für die auf die Kunststoffschnitzel aufzubringende Mineralisierungslösung. 

Die Alkylacrylsulfonate sind ebenso säure- und basenbeständig und besitzen eine hohe Härtebeständigkeit. 

Noch stärker grenzflächenaktiv als die ionogenen Tenside sind die nichtionogenen 

Tenside, die Noionics. Sie sind säure- und alkaliresistend und auf ihre Eigenschaften hat der pH- 

Wert der Mineralisierungslösung keinen Einfluss. 

Die als Aufbaustoffen von Waschmitteln verwendeten Mineralstoffe stören den Mineralisierungsvorgang 

nicht. Zu ihnen gehören als Alkalispender neben Wasserglas kalzinierte Soda, 

Na 2CO 3, oder Kristallsoda, Na 2CO 3 . 10 H 2O, sowie Natriummetasilikat, Na 2SiO 3, und Natriumsilikat, 

Na 2Si 2O 5, die in die Kristallbildungen als mineralische Bestandteile eingehen können. 

Aus Untersuchungen wurde die Erfahrung gewonnen, dass den negativen Einflüssen der 

Tenside, wenn sie in erhöhtem Maße auftreten, mit einem Zusatz eines wässrigen Acryl-Hydrosols 

entgegengewirkt werden kann. Die zur Pfropfpolymerisation geeigneten Acryl-Monomere 

in wässriger Lösung verbessern dabei auch die Pfropfpolymerisation der mineralisierenden 

anorganischen Bestandteile in einem Gemisch als Mineralisierungslösung. 

Die im DSD-Material enthaltenen Eiweißverunreiningungen durch Lebensmittelreste werden 

einerseits inertisiert und wirken andererseits in der Zementierung wie freie Kieselsäure, indem 

der im Zement enthaltene Kalk zu wasserfestem Kalkeiweiß (Kalkalbuminat) gebunden wird 

/18/. 


Seite 51

Wasch- und Lebensmittelreste sind die wesentlichsten Verunreinigungen der DSD-Materialien. 

Zur verfahrensgemäßen Verwertung des DSD-Materials ist die Verarbeitung der Kunststoffschnitzel 

ohne einen zwischengeschalteten Waschprozess sinnvoll. 


Seite 52

4. Einbindung der behandelten Hochpolymere in eine Zementmatrix 

4.1. Zementierungsvorgang an der Oberfläche eines mineralisierten Kunststoffschnitzels 

Nach der Mineralisierung von photonenbestrahlten Hochpolymeren ist deren Einbindung in eine 

Betonmatrix mit Zement als Bindemittel möglich. Der Zementierungsvorgang an den 

Oberflächen eines Kunststoffschnitzels entspricht der Fortführung des Mineralisierungsvorganges 

mit einem anderen Gemisch der Mineralisierungslösung, dem Zementleim. Der Wirkungsmechanismus 

entspricht dabei einer Auflagerung des Zementsteins als Mineral auf der 

Kristallbelegung der mineralisierten Kunststoffoberfläche, wie sie in den mikroskopischen 

Aufnahmen der Bilder 50 und 51 veranschaulicht wurde. 

Bild 57: 

Aufnahme einer zementierten 

Oberfläche eines Kunststoffschnitzels. 



Bild 58: 

Ausschnittvergrößerung von Bild 

57, die im Auflichte die Einzelheiten 

von Zementaggregaten 

erkennen lässt. 



Die Mikroskopaufnahme in Bild 57 zeigt eine zementierte Oberfläche eines mineralisierten 

Kunststoffschnitzels in 160 facher Vergrößerung. Das Probenmaterial wurde einem maschinell 

gefertigten Formstein (Ökopflasterstein: hergestellt aus ca. 80 Volumenprozent gemäß Verfahren 

behandelte DSD-Mischfraktion und 20 Volumenprozent Zement PZ45F) entnommen. Das Bild 

57 gibt eine geschlossen mit Zementstein bedeckte Fläche wieder. dass es sich dabei um kristal- 


Seite 53

line Zementaggregate handelt, veranschaulicht das mit 320 facher Vergrößerung im Auflichte 

fotografierte Bild 58. Es sind Bildungen des Zementsteins mit 10 µm Durchmesser und weniger 

zu erkennen. 

Wie die Bildung des Kalk-Silikat-Hydrates im Zementstein aussieht, ist aus der Literatur bekannt. 

Das Bild 59 zeigt die REM-Aufnahme eines 12 Tage alten Zementsteins /13, S. 53/. Die 

Strichlänge in der Schriftleiste des Bildes 59 entspricht 10 µm und zeigt die Größenordnung der 

sichtbaren Kristallaggregate an. 

Bild 59: 

REM-Aufnahme von Bildungen 

der Kalk-Silikat-Hydrate in 

einem 12 Tage alten 

Zementstein. 

Entnommen aus /13, S. 53/ 

Vergrößerung: ca. 4500 fach 


Die im Bild 58 im Auflichte sichtbaren Einzelheiten von Zementstein-Aggregaten bestehen 

demnach ebenso aus nadeligen Kristallen. Sie beginnen sich nach dem Einmischen des Zementleimes 

in die Schüttung der mineralisierten Kunststoffschnitzel in einem Zwangsumlaufmischer 

im Verlaufe der Hydratation auszubilden, wobei der Zementleim zu Zementstein erstarrt. Die 

Hydratation ist die eigentliche Erhärtungsreaktion. Während der Hydratation werden die 

Zementbestandteile allmählich in wasserhaltige kristalline Neubildungen umgewandelt. Das 

Calziumsilikathydrat, m CaO . SiO 2 . n H 2 O, trägt in allen Normzementen hauptsächlich zur 

Festigkeit bei /14, S. 138/. 

einer 

der 

Kunst- 

Bild 60: 

REM-Aufnahme 

Zementbelegung 

mineralisierten 

stoffoberfläche. 



Im Bild 60 zeigt die REM-Aufnahme die Oberflächenstruktur einer Zementsteinbelegung der 

mineralisierten Oberfläche eines Kunststoffschnitzels. Die Kristallbildungen des Calziumsili- 


Seite 54

kathydrates sind bereits dicht zusammengewachsen und befinden sich in der Endphase der 

Hydratation. 

Bild 61: 

REM-Aufnahme einer mit 

Aluminiumsulfatlösung 

angelösten und überdeckten 

Oberfläche einer bei der 

Mineralisierung 

mit 

Wasserglaslösung entstandenen 

Mineralschicht. 



Durch die Berührung des sich im Gelzustand befindlichen Zementleimes mit den kristallinen 

Bildungen auf den Oberflächen der mineralisierten Kunststoffschnitzel kann es während der 

Hydratation zur Auflösung der bereits entstandenen Kristall-Aggregate der Minerale kommen. 

Das Bild 61 zeigt einen analogen Auflösungsvorgang, der durch das Aufbringen von Aluminiumsulfatlösung 

auf der durch Mineralisierung mit Wasserglaslösung entstandenen Oberflächenbelegung 

eingeleitet wurde. Dabei werden die nadelförmig und radialstrahlig abstehenden 

Kristalle der Mineralaggregate gelöst und ihre chemischen Bestandteile zu neuen Bildungen 

umgewandelt. Das am linken Bildrand sichtbare Einzelkristall des kugelförmigen Analcims blieb 

ungelöst. 

Bild 62: 

REM-Aufnahme der nach der 

Zementierung entstandenen kristallinen 

Neubildungen des 

Zementsteins auf der 

mineralisierten Oberfläche eines 

Kunststoffschnitzels. 



Zu solchen Auflösungen der Minerale in ihre Bestandteile und deren Einbindung in die sich 

neubildenden Silikate kommt es während der Hydratation des Zementgels zu Zementstein. Bild 

62 zeigt in 7.500 fachen Vergrößerung nach der Zementierung entstandene kristalline Neubildungen 

von Zementstein auf der Oberfläche eines mineralisierten Kunststoffschnitzels. Diese 


Seite 55

Neubildungen finden dabei ihre Kristallisationswurzeln an den Stellen der Grenzschicht 

zwischen Kunststoff und den angelösten, in die kristalline Neubildung eingegangenen ehemaligen 

Kristallaggregaten der Minerale oder sie wachsen an den ungelösten Kristallbildungen 

auf. Damit entsteht ein neuartiger Verbundstoff. 

Bild 63: 

REM-Aufnahme eines mineralisierten 

Kunststoffschnitzels, 

das mehrfach in Behältern 

transportiert wurde. 



Die durch teilweisen mechanisch trockenen Abrieb (Material wurde nach der Mineralisierung 

mehrfach in Säcken und Behältern transportiert; Anlieferung an Formsteinfertiger) entstandene 

Oberfläche eines mit Wasserglaslösung mineralisierten Kunststoffschnitzels ist in Bild 63 zu 

sehen. Im linken Teil der Bildmitte ist deutlich ein abgescherter Kristall zu erkennen, der 

offenbar fest auf der Grenzschicht der Kunststoffoberfläche aufsitzt. Die Haftkräfte des Kristalls 

in der Grenzschicht sind demnach größer als die Scherfestigkeit des Kristalls, die durch seine 

Absoluthärte abgeschätzt werden kann. 

Bild 64: 

Beachtenswert erscheint auch die Führung der Bruchlinie (von der linken Bildrandmitte bis zum 

rechten oberen Bildrand) innerhalb der Mineralschichtoberfläche. Dieser Bruch entstand 

vermutlich durch den Abreibedruck gegen das elastische Kunststoffschnitzelvolumen. Die dabei 

entstandenen Schollen der Mineralschicht haften, wie der abgescherte Kristall, fest an der Grenzschicht. 

REM-Aufnahme 

eines 

mineralisierten Kunststoffschnitzels 

analog zu Bild 63, 

das nach ca. 30 Tagen mit Aluminiumsulfat 

nachbehandelt 

wurde. 




Seite 56

Bild 65: 

REM-Aufnahme einer Probe wie 

in Bild 64, jedoch mit 

ausgeprägteren Bruchlinien auf 

der Oberfläche. 



Bild 66: 

REM-Aufnahme eines aus 

einem Formstein entnommenen 

vollständig verfahrensgemäß 

behandelten Kunststoffschnitzels. 

Sichtbar ist die zementierte 

Oberfläche. 


Maßstab: 22 mm 1 mm 

Bild 67: 

REM-Aufnahme 

einer 

12,5 fachen Ausschnittsvergrößerung 

von Bild 66 zum 

Sichtbarmachen von oberflächigen 

Bruchlinien und aufsitzenden 

kristallinen Bildungen 

der Zementsteinschicht. 


Maßstab: 

27 mm 100 µm 


Seite 57

Bild 68: 

REM-Aufnahme einer 75 fachen 

Ausschnittsvergrößerung von 

Bild 66 mit der Darstellung von 

Bruchlinien auf der Oberfläche 

der Zementsteinschicht. 



Spannungsrisse, die durch Schrumpfung des Schichtmaterials hervorgerufen wurden, lassen eine 

weitere Deutung der Entstehung von Bruchlinien innerhalb der Mineralschichtoberfläche zu. Das 

ist der Fall, wenn die Mineralschicht aus Wasserglas nur abgetrocknet und damit amorph und 

nicht auskristallisiert ist. Das Auskristallisieren des Minerals erfolgt durch die Aufnahme von 

Kristallwasser, die zu einem Kristallwachstum führt. So lässt sich das Aufreißen der Mineralschichtoberfläche 

auch durch Anheben der oberen Schicht durch Ausdehnung der darunter 

liegenden Schichten infolge des Kristallwachstums erklären. 

Während mit Bild 63 eine aus Wasserglaslösung entstandene Mineralschicht diskutiert wurde, 

zeigen die Bilder 64 und 65 die REM-Aufnahmen von verschiedenen Oberflächenbereichen 

eines verfahrensgemäß mineralisierten Kunststoffschnitzels, das mit einer Aluminiumsulfatlösung 

später nachbehandelt wurde. Im Vergleich der beiden REM-Aufnahmen wird 

sichtbar, dass die unterschiedlichen Oberflächenstrukturen auf ein und derselben Probe von 

verschiedenen Reaktionen der sich überschichtenden und die Minerale bildenden chemischen 

Substanzen, also Wasserglaslösung in der unteren Schicht und Aluminiumsulfatlösung in der 

darauf aufgebrachten oberen Schicht, in ihrer mengenmäßigen Verteilung beeinflusst werden 

und zu diesen unterschiedlichen Oberflächenstrukturen führen. 

Zur Untersuchung dieser Strukturvorgänge an Oberflächen wurde aus einem verfahrensgemäß 

maschinell gefertigten Formstein ein Kunststoffschnitzel herauspräpariert. 

Die Mineralisierung des Ausgangsmaterials erfolgte verfahrensgemäß unmittelbar nach der 

Photonenbestrahlung mit Wasserglaslösung. Im Anmachwasser der Zementierung wurde Aluminiumsulfatlösung 

zugegeben. Die zementierte Oberfläche des Kunststoffschnitzels entstand 

schließlich unter dem Pressdruck der Steinformmaschine. Die Hydratation in der Abbindephase 

erfolgte analog der üblichen Betonformsteinherstellung im entformten Zustand. Die Entnahme 

der Probe erfolgte aus dem Inneren eines aufgebrochenen Formsteins. 

Die vielfältig strukturierte Oberfläche des zementierten Kunststoffschnitzels zeigt die REM-Aufnahme 

im Bild 66 in 20 facher Vergrößerung. Eine Ausschnittsvergrößerung in 250 facher 

Vergrößerung zeigt Bild 67. Bei dieser Vergrößerung werden neben den aufsitzenden härteren 

kristallinen Bildungen des Zementsteins auch oberflächige Bruchlinien sichtbar. Die Darstellung 

eines Abschnittes einer solchen Oberflächenbruchlinie des Zementsteins in 1.500 facher 


Seite 58

Vergrößerung zeigt Bild 68. Hier ist erkennbar, dass die Bruchlinie auf der Oberfläche der 

Zementsteinschicht aus längenbegrenzten Rissen an der Oberfläche besteht. 

Die 7.500 fache Vergrößerung eines Risses, der bereits im Bild 60 gezeigt wurde, lässt erkennen, 

dass Brücken zwischen den Seitenbegrenzungen des Risses vorhanden sind, die analog dem 

Wachstum von Kalk-Silikat-Hydraten des Zementsteins (Bild 59) schließlich den Riss mit 

weiterer Hydratation kristallin ausfüllen. 

Bild 69: 

Aufnahme der Oberfläche eines 

aus dem Inneren eines Formsteines 

heraus gelösten und 

trocken abgeriebenen Kunststoffschnitzels. 


Werden mineralisierte Kunststoffschnitzel zu zementgebundenen Formsteinen verarbeitet, dann 

verhindert der Pressdruck der Formsteinmaschine das ungestörte Wachstum der Minerale. 

Während sich in äußerlich unbelasteten Mineralschichten an ihrem Habitus erkennbare 

Mineralien ausbilden können, werden unter der Einwirkung des Pressdruckes andere Formen der 

Mineralien zu erwarten sein. 

Bekanntlich wird die Flächenentwicklung der Kristalle neben der stofflichen Zusammensetzung 

der bildenden Lösung vom Druck und von der Temperatur während der Bildung beeinflusst. 

Eine Mineralart kann, bei gleichem Chemismus und Feinbau, deshalb ganz verschiedene 

Gestalten aufweisen /12, S.62/. Um den Einfluss der Pressdruckbelastung auf die Mineralbildung 

in Formsteinen zu ermitteln, wurde aus dem Inneren eines Formsteins 28 Tage nach seiner Herstellung 

ein Kunststoffschnitzel herausgelöst und unter starkem Druck trocken abgerieben. Die 

dabei erhaltene Oberfläche zeigt Bild 69. 


Seite 59

Bild 70: 

REM-Aufnahme 

eines 

Ausschnittes aus der 

Oberfläche, die im Foto (Bild 69) 

zu sehen ist. Die Vergrößerung 

zeigt völlig unregelmäßige Bildungen 

an der betrachteten 

Oberfläche. 



Zur Sichtbarmachung der Erscheinungsformen der Mineralbildungen wurden REM-Aufnahmen 

mit abgestuften Vergrößerungen eines Ausschnittes der Oberfläche des abgeriebenen Kunststoffschnitzels 

von Bild 69 angefertigt. In einer 1.000 fachen Vergrößerung der betrachteten 

Oberfläche werden völlig unregelmäßige Bildungen sichtbar, die Bild 70 wiedergibt. 

Mineralbildungen, die völlig unregelmäßig und als draht-, baum- oder astförmige Wachstumsgebilde 

erscheinen, sind aus der Natur bekannt. Neben den Bildungsbedingungen beeinflusst aber 

auch die Anordnung der Atome im Kristallgitter die Entwicklung der Formen der Silikate. Es ist 

kein Zufall, dass die Minerale der Glimmergruppe, die einen netzartigen Atomverband haben, 

häufig blättchenförmig kristallisieren, während die kettenförmigen Gitter der Hornblende und 

Augite eine säulige oder fasrige Ausbildung zur Folge haben /12, S. 63/. Die Glimmermineralien 

ähneln in ihrem Chemismus den verfahrensgemäß erzeugten Silikatmineralien auf den Kunststoffschnitzeln. 

Aus /21/ sind REM-Aufnahmen von Glimmermineralien bekannt, die zur vergleichsweisen 

Betrachtung herangezogen werden. 

Bild 71: 

REM-Aufnahme eines 

expandierten Glimmerminerals 

nach /21/. 



Seite 60

Bild 72: 

REM-Aufnahme 

des 

Glimmerminerals nach Bild 71 

nach /21/. 


Bild 73: 

Diagramm 

der 

Röntgenspektralanalyse zur 

Bestimmung der chemischen 

Zusammensetzung (EDX- 

Diagramm) des Glimmerminerals 

nach /21/. 

Aus dem röntgenspektralanalytischen Diagramm in Bild 73 nach /21/ ist ersichtlich, dass die 

chemische Zusammensetzung mit den Elementen Mg, Si, Al, K und Fe das untersuchte Glimmermineral 

als Biotit, K(Mg, Fe) 3[(OH, F) 2|Al Si 3O 10] in der Hauptmasse ausweist. Beimischungen 

können daran sein: Muskovit, K Al 2[(OH, F) 2|Al Si 3O 10], und Phlogopit, K Mg 3[(F, 

OH) 2|Al Si 3O 10], aber auch eisenhaltiges Augit, (Ca, Mg, Fe) 2[(Si, Al) 2O 6], und Ägirin, 

Na Fe[Si 2O 6], wenn die unbezeichnete Spitze rechts im Diagramm dem Element Natrium 

zugeordnet wird /11/. 


Seite 61

Bild 74: 

REM-Aufnahme einer Ausschnittsvergrößerung 

aus Bild 

70, Bildmitte, von zapfenförmigen 

stalaktitischen Gebilden. 



Aufgrund des Expansionsvorganges des als Ausgangsstoff eingesetzten Glimmerschiefers 

kommt es bei der Herstellung des Agroverm ® -Vermiculite durch die Einwirkung der Deformationskräfte 

zur Richtungsorientierung der Mineralkristalle. Diese Vorzugsrichtungen der 

Bildungen sind in den Bildern 71 und 72 zu erkennen. Vergleicht man die restlich anhaftenden 

Mineralbildungen im Bild 70 auf der betrachteten Oberfläche des trocken abgeriebenen 

mineralisierten und unter Druck zementierten Kunststoffschnitzels damit, dann ist die völlig 

unregelmäßige Struktur der Bildungen in Bild 70 verständlich, weil bei ihrer Entstehung der 

Pressdruck im Formstein senkrecht zur Oberfläche des Kunststoffschnitzels als Gegenlage 

wirkte und keine Vorzugsrichtung in den Koordinaten der Ebene erzeugte. Die Vergleiche der 

REM-Aufnahmen in den Bildern 70 mit 71 und 72 mit 74 in ähnlich hohen Vergrößerungen 

lassen in allen Abbildungen die identischen Strukturen der Silikate erkennen, die sich nur in den 

Ausrichtungen der Bildungen aufgrund der äußeren Krafteinwirkungen bei ihrer Entstehung 

unter den Herstellungsbedingungen der Produkte unterscheiden. Zur Diskussion der Entstehung 

der Mineralbildungen sind auch die in Bild 74, Bildmitte, sichtbaren zapfenförmigen, stalaktitischen 

Gebilde dienlich. Derartige Bildungen können einer Entstehung aus getrockneten 

gallertartigen Massen zugeordnet werden, die auf die vormals kolloidale Natur eines Minerals 

hinweisen /12, S.67/. Die im Bild 75 hervorgehobenen stalaktitischen Erscheinungsformen sind 

verfahrensgemäß aus einer Wasserglaslösung, also aus einer kolloidalen Form der Silikatverbindung 

entstanden und entsprechen damit einer gesetzmäßigen Erscheinungsform. 


Seite 62

Bild 75: 

REM-Aufnahme einer Ausschnittsvergrößerung 

aus der 

Bildmitte des Bildes 74 die 

zapfenförmige, stalaktitische 

Bildungen parallel zur 

Oberfläche des Kunststoffschnitzels 

liegend, zeigt. 



Bild 76: 

REM-Aufnahme 

einer 

stalaktitischen Verwachsung in 

einem Ausschnitt aus Bild 75. 



Eine optische Untersuchung der stalaktitischen Verwachsungen in Bild 75 links oben durch eine 

weitere Vergrößerung in einer 12.000 fachen REM-Aufnahme gibt keinen Aufschluss darüber, 

ob es sich hierbei um amorphe oder kryptokristalline Bildungen des Minerals handelt (Bild 76). 

Deutlich ist ein Kristallaggregat in Blockform zu erkennen, das sich als zwischen den 

stalaktitischen Gebilden eingewachsen zeigt und den bekannten Formen der Kristalle aus 

Wasserglas nach Bild 16 und 19 entspricht. Die Aufnahmen in den Bildern 74 bis 76 zeigen 

demnach die, auf der Oberfläche des mineralisierten und zementierten Kunststoffschnitzels nach 

Abrieb noch fest haftenden Mineralschichtreste. Wird die Mineralschicht stellenweise vollständig 

abgestoßen, dann kommt die Textur der Fibrillen des Kunststoffes zum Vorschein, die 

linienförmig in der Orientierungsrichtung sichtbar werden (Bild 77, rechts unten bis Mitte der 

Bildhöhe). Die in der Umgebung der Fibrillentextur sichtbaren Mineralreste haften am Untergrund 

als kryptokristalline Bildungen fest an. 


Seite 63

Bild 77: 

REM-Aufnahme eines Ausschnittes 

aus der in Bild 69 

gezeigten Oberfläche eines 

trocken abgeriebenen, mineralisierten 

und zementierten 

Kunststoffschnitzels, das aus 

einem Formstein herausgelöst 

wurde. Rechts im Bild ist die 

linienförmige Textur des 

Kunststoffes erkennbar, die 

unter der Mineralschicht liegt. 



An dieser Stelle ist nochmals darauf hinzuweisen, dass der Widerstand gegen den mechanischen 

Abrieb der Mineralbildungen ihrer Absoluthärte entspricht. 

Bild 78: 

REM-Aufnahme analog Bild 70 

die eine Mehrfachschichtung 

amorpher und kryptokristalliner 

Bildungen zeigt. 




Seite 64

Bild 79: 


aus Bild 70, welche die Struktur 

der mineralischen Bildungen in 

der tiefer liegenden Schicht zeigt. 



In den Vergrößerungen der REM-Aufnahmen in den Bildern 78 und 79 von anderen Ausschnitten 

des Bildes 70 sind ebenfalls die Erscheinungsformen der stalaktitischen Bildungen zu 

erkennen. Diese bestehen offenbar aus einer erstarrten gelartigen Phase amorpher und kleinkristalliner 

Mineralaggregate. Auffallend ist die unregelmäßige Anordnung ohne wiederkehrende 

charakteristische Gestalt oder Textur in den Mineralschichtungen. 

Bild 80: 

Ein Ausschnitt aus Bild 70, der 

eine völlig unregelmäßige Anordnung 

der Mineralbildungen 

zeigt. 


Maßstab: 7,5 mm 1 µm 


Seite 65

Bild 81: 

Doppelte Vergrößerung der Mitte 

von Bild 70, die eine unstrukturierte 

Mineralbildung sichtbar 

macht. 



Die in den Bildern 80 und 81 gezeigten Vergrößerungen bestätigen die bereits dargestellte 

Situation, dass es unter der Einwirkung des Pressdruckes bei der Herstellung von Formsteinen an 

der mineralisierten Oberfläche der zementgebundenen Kunststoffschnitzel nicht zu den wohlausgebildeten 

Kristallformen der Minerale kommt, wie sie in den Bildern 22 bis 27 gezeigt werden, 

sondern die Minerale als kryptokristalline Masse vorliegen und so die Bindungsschichten zum 

Kunststoff ausbilden. Der Anbindungsübergang besteht demnach aus kryptokristallinen 

mineralischen Bildungen, die an den Pfropfstellen auf die Makromolekülbündel aufgewachsen 

sind und unter dem äußeren Zwang des Pressdruckes nur geringe Abmaße erreichen. Zusammen 

mit den umgebenden ungeordneten amorphen Massen erscheinen sie in Bild 81 bei 

10.000 facher Vergrößerung als erstarrte gelartige Phase des Minerals. 

Die hier gewonnene Erkenntnis entspricht auch der zu Bild 30 getroffenen Aussage zum Anbindungsübergang 

zwischen Mineral und Kunststoffgrenzschicht, der den neuartigen Verbundstoff 

kennzeichnet. 


Seite 66

4.2. Eigenschaftspotentiale des neuartigen Verbundstoffes aus mineralisierten Kunststoffschnitzeln 

und mineralischen Bindemitteln in einer Betonmatrix 

Die Eigenart solcher Kunststoff-Mineral-Verbunde besteht darin, dass Eigenschaften der Ausgangsstoffe 

zu neuen Eigenschaftspotentialen der damit erzeugten Verbundstoffe kombiniert 

werden können. Ein solches neuartiges Eigenschaftspotential für die mineralisch gebundenen 

Baustoffe ist die Nichtsprödbrüchigkeit bei Druckbelastung. Während Betonproben aus einem 

Zement-Sand-Kies-Gemisch das typische Bruchbild von gegeneinandergerichteten Doppelkegeln 

aufweisen, wie Bild 82 zeigt, führt die Druckkraftbelastung bei einem sehr stark zusammengedrückten 

Probekörper aus zementgebundenen mineralisierten Kunststoffschnitzeln zwar 

zu einer bleibenden Deformation, jedoch entsteht kein Sprödbruch, wie der Vergleich des Bildes 

83 für den Probekörper mit mineralisierten Kunststoffschnitzeln gegenüber dem herkömmlichen 

Beton in Bild 82 nachweist. 

Bild 82: 

Das Bruchbild eines 

Betonprobekörpers aus einem 

Zement- Sand- Kies- Gemisch 

zeigt das sprödbrüchige 

Verhalten herkömmlichen Betons. 

Bild 83: 

Deformation eines hochbelasteten 

Probekörpers aus zementgebundenen 

Kunststoffschnitzeln 

nach der Entlastung. 

Der zusammengedrückte 

Probekörper zeigt das 

nichtsprödbrüchige Verhalten im 

Vergleich zum Probekörper 

nach Bild 82 für Beton. 


Seite 67

Bild 84: 

Ansicht der Flächen des 

nichtsprödbrüchigen 

Prüfkörpers aus 

zementgebundenen 

Kunststoffschnitzeln. Die 

Struktur 

des 

druckbelasteten Werkstoffes 

bleibt weitgehend 

erhalten. 

Bild 85: 

Das Foto zeigt die 

Kanten eines druckbelasteten 

Prüfkörpers. 

Trotz Volumenkontraktion 

bleiben die 

Kanten bei großer 

Höhenänderung noch 

erhalten. 

Bild 86: 

Der entlastete Prüfling 

mit reduzierter Höhe als 

bleibende Deformation. 


Seite 68

Die Fotos in den Bildern 84, 85 und 86 zeigen die Flächen und Kanten von Prüfkörpern aus 

zementgebundenen mineralisierten Kunststoffschnitzeln, deren Struktur trotz einer Volumenkontraktion 

bei großer Höhenänderung noch erhalten blieb. Die elastischen Anteile an der 

Deformation bringen nach Druckentlastung des Prüflings wieder einen Höhengewinn. Das nichtsprödbrüchige 

Verhalten ist abhängig von den Mischungsanteilen von Bindemittel und 

mineralisierten Kunststoffschnitzeln sowie von Zumischungen von Textilschnitzel- oder Faseranteilen. 

Aus diesem Eigenschaftspotential des nichtsprödbrüchigen Verhaltens unter Druckbeanspruchung 

resultiert beispielsweise bei Gemischen mit Textilschnitzelanteilen die Erdbebensicherheit, 

die mit Dauerstoßbelastungen im 3-Minuten-Abstand bis zu einer Deformation von 

10% Stauchung bei einer Dauer von ca. 7 Stunden zu keinen Ermüdungserscheinungen, keine 

Rissbildung aufwiesen und damit auch nicht zum Bruch führen. Als weitere Eigenschaft aus 

diesem elastischen und nichtsprödbrüchigen Verhalten leitet sich die Schwingungsdämpfung ab. 

Aufgrund der Werkstoffstruktur des Verbundes, die sich aus elastischem Material (Kunststoffe, 

Textilien, usw.) und den mineralisierten Oberflächen (gemäß Verfahren und Zementierung) mit 

einer Vielzahl von Haftpunkten zusammensetzt, ergibt sich das Schalldämpfungsverhalten im 

Infraschallbereich mit einem Maximum im Bereich der Bassfrequenz. Die Schalldämmung des 

Baustoffes ist nach unserer Meinung nutzbar in Schichten zur Vermeidung von Körperschall, 

Trittschall und Luftschalleinwirkungen; bei der Herstellung von Maschinenfundamenten sowie 

von Straßen _ , Autobahn- und Gleiskörperunterbau. 


Seite 69

Bild 87: 

Schallemissionsdiagramm der SEA-Messungen an Normalbeton (oben), Textilschnitzelbeton 

mit unbehandelten Polyamidschnitzeln und verfahrensgemäß aus 

mineralisierten und zementierten Polyamidschnitzeln hergestellter Probe /23/ 


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Die gegenüber Normalbeton besonders im Schwingungsverhalten anders gearteten Eigenschaften 

des neuartigen Verbundstoffes, können auch zu seiner Identifizierung durch die Methode der 

Schallemissionsanalyse (SEA) /24/ genutzt werden. 

Die Schallemissionsanalyse dient der Untersuchung von Aspekten der bruchmechanischen 

Werkstoffcharakterisierung durch die Möglichkeit, die zeitliche und räumliche Abhängigkeit aktiver 

Rissquellen voneinander zu analysieren. Daraus lassen sich Aussagen zum Haftverbund 

zwischen Füllmaterial und Zementmatrix, zu den elastischen Eigenschaften und zum Bruchverhalten 

ableiten. 

Das Schallemissionsspektrum im Bild 87 zeigt für Normalbeton (Diagramm oben) zum Bruchpunkt 

hin einen deutlichen Anstieg der Impulsrate pro Zeiteinheit. Eine Textilbetonprobe aus 

unbehandelten Polyamidschnitzeln und Zementleim zeigt dagegen eine hohe Impulsrate der 

Rissbildung bei Belastungsbeginn und ein ständiges Weiterreißen und Zerbrechen des Werkstoffes 

bis zum endgültigen Bruch (Diagramm mittig). Einen qualitativ anderen Verlauf zeigt das 

Diagramm (unten) für die Probe aus verfahrensgemäß mineralisierten und zementierten Polyamidschnitzeln. 

Charakteristisch ist die nur minimale Rissbildung bei Lastbeginn bis hin zu ca. 

60% der Bruchlastaufnahme. Bis zur Bruchausbildung steigt dann die Impulsrate pro Zeiteinheit 

stark an. Dabei kommt es nicht zum abrupten Bruch, sondern zu einer irreversiblen Deformation, 

in deren weiteren Verlauf die Rissbildung fortschreitet und die Impulsrate steig abnimmt. Das 

bestätigt auch der in den Bildern 82 bis 86 gezeigte Sachverhalt der Druckprüfung. Im Gegensatz 

zu Normalbeton ist bei unbehandelten und behandelten Polyamid-Zement-Gemischen also ein 

plastisches Fließen mit Beginn des Lasteintrages zu erkennen. Bei der verfahrensgemäß behandelten 

Probe lässt sich ein besserer Verbund in der Matrix erkennen als bei der unbehandelten 

Probe. Mit den Schallemissionsdiagrammen kann die Auswirkung der Kristallbildung auf dem 

hochpolymeren Füllstoff und den guten Haftverbund zur Zementmatrix, welche die elastischen 

Eigenschaften des Verbundstoffes zur Geltung bringt, dargestellt werden. 

Die Eigenschaft der Druckstoßkompensation durch elastische Energieaufnahme ist auch die 

Ursache für den mittels Sprengversuch nachgewiesenen Detonationswiderstand des eigenschaftsmodifizierten 

Baustoffes mit Textilanteilen. 

Die durch Plattendruckprüfung nach DIN 18134-300 ermittelten Drucksetzungswerte bestätigen 

die hohen Elastizitätsmoduln mit E V1 = 63 .. 151 N/mm² und E V2 = 88 .. 295 N/mm² sowie das 

Elastizitätsverhältnis E V2 /E V1 ≤ 2 N/mm² auf einem Untergrund (Ascheschüttung) mit nur 

E V2 /E V1 ≤ 4 N/mm². Diese günstigen Drucksetzungswerte ermöglichen einen eventuellen Einsatz 

des Baustoffes für den Straßenbau, für den Schichtenaufbau von Deponieabdichtungen sowie 

für Abdeckungen in Altbergbaugebieten und bruchtektonisch gefährdetem Gelände. Speziell die 

guten Verdichtungs- und Tragfähigkeitseigenschaften des Materials sollten hierbei genutzt 

werden. 

Ein weiters Eigenschaftspotential, das aus der Struktur des Baustoffes resultiert, ist die Wasserdurchlässigkeit. 

Die vom Verdichtungsgrad des Baustoffes abhängige Porigkeit bestimmt den 

Wasserdurchsatz und das Wasserrückhaltevermögen. Jedoch ist auch bei geringem Porenvolumen 

stets die Wasserdurchlässigkeit gewährt, sobald die Poren mit Kapillarwasser gefüllt 

sind und das Überschusswasser unter dem Bauteil frei abfließen kann. 

Zu diesem eben erwähnten Eigenschaftspotential gehört auch die Frost-Tau-Wechselbeständigkeit. 

Der Frost-Tau-Wechselversuch nach DIN 52 104 führte nach 56 Wechseln zu keinerlei 

Abplatzungen und Zerstörungen der aus mineralisierten Hochpolymeren mit Zement herge- 


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stellten Proben. Die im Jahre 1992 aus diesem Material gebaute Teststrecke (Talsperreneinlauf) 

zeigt bis zum heutigen Datum keinerlei Witterungsschäden auf (Frostschäden, Unterspülungen, 

Auswaschungen, Spannungsrisse, ...). 

Das Eigenschaftspotential der Wärmedämmung ergibt sich ebenfalls aus der Struktur und der 

stofflichen Zusammensetzung des Baustoffes, die mit der auf die Rohdichte bezogene Wärmeleitfähigkeit 

bei 10 °C Mitteltemperatur im trockenen Zustand angegeben werden soll. Für 

Prüflinge mit der Rohdichte ρ trocken= 790 kg/m³ wurde eine Wärmeleitfähigkeit von 

λ 10,tr = 0,165 .. 0,172 W(m . K) ermittelt. Dies ermöglicht einen Einsatz des Baustoffes für 

Wärmedämmzwecke. 

Zu einem anders gearteten Eigenschaftspotential gehört die Strahlenschutzwirkung solcher 

mineralisch gebundenen Baustoffe. Die für die Strahlenschutzwirkung bei Gamma-Strahlung bis 

zu einer Dosisleistung von 70.000 nGy/h nachgewiesenen Schwächungswerte mit Schichtdicken 

bis 540 mm lassen sich durch die Ausnutzung der Gasdichtheit von Bentofixmatten der Fa. Naue 

Fasertechnik im Schichten-Kombinationssystem auch zur Abdeckung von radonkontaminierten 

Flächen als Unterboden verwenden. In Bezug auf die Schutzwirkung gegenüber 

Gammastrahlung konnte für die zementgebundenen Baustoffe aus mineralisiertem, 

hochpolymerem Material ein höherer Massenabsorptionskoeffizient ermittelt werden als für 

Schwerbeton. 

Die Eigenschaftspotentiale für den Bereich der mechanischen Beanspruchung solcher Baustoffe 

werden wesentlich durch das Mischungsverhältnis von Zement zu Füllstoff (bis zu 80 Volumenprozent 

Füllstoffe), durch die Wasser-Zement-Zahl (unter Beachtung der Restfeuchte, die vom 

Mineralisierungsvorgang zurückbleibt) und durch den Verdichtungsgrad (zwischen 20 bis ca. 

50%) bei der Weiterverarbeitung der Mischung bestimmt. In üblicher Weise wurden die 

anzuwendenden Rezepturen nach den Anforderungen des Einsatzzweckes entwickelt. 

Bild 88 und Bild 89: 

Dieser Baustoff kann mit herkömmlichen Bautechnologien 

verarbeitet werden. Die Aufnahmen 

zeigen Arbeiten am Testobjekt 

Deponie „Himmlisch Heer” in Annaberg. 


Seite 72

Der neuartige Baustoff und die daraus gefertigten Bauglieder sind nach herkömmlicher Art und 

Weise recycelbar. Sie lassen sich mechanisch durch Sägen, Bohren und Fräsen bearbeiten. 

Entstehende Abfälle können geshreddert dem technologischen Prozess wieder zugeführt werden. 

Die angeführten Beispiele für die nutzbaren Eigenschaftspotentiale sollten aufzeigen, dass der 

vorgestellte Baustoff ein vielseitiges und flexibel einsetzbares Material ist, nicht zuletzt auch 

aufgrund der Kombination von nutzbaren Eigenschaften der organischen und anorganischen 

Ausgangsstoffe in einem Verbundstoff. 

Die Zusammenfassung wichtiger technischer Daten erfolgt im angeführten Datenblatt. Die zugehörigen 

Gutachten sind als Anlagen beigefügt bzw. können auf Anforderung zur Verfügung 

gestellt werden. Der Werkstoff, der aus recycelten organischen Abfall- und Restmaterialien 

hergestellt wird, hatte im Laufe seiner Entwicklung unterschiedliche Produkt- bzw. 

Arbeitsnamen (Textilschnitzelbeton, Elbasto, eocodur und elaston). Die werden Sie gegebenenfalls 

in den Gutachten wieder finden. 

Konkrete erste Anwendungsfälle (z.B. Talsperreneinlauf, Rasensteine, ...) entnehmen Sie bitte 

beiliegendem Prospekt. 

PARAMETER WERT QUELLE 

Druckfestigkeit 

vorwiegend fasrige Stoffe 

DSD-Mischfraktion 

4,15 ..5,60 N/mm² 

bei ρ = 1,09...1,20 kg/dm³ 

4,2 ..7,5 N/mm² 

bei ρ = 0,93...1,22 kg/dm³ 

P1 

P18 


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DSD-Mischfraktion ohne verfahrensgemäße 

Behandlung 

1,56 ..1,79 N/mm² 

bei ρ = 0,84...0,91 kg/dm³ 

Druckspannung 2,73 ..0,83 N/mm² bei 10% Stauchung P1 

Zugfestigkeit 0,47 ..0,83 N/mm² P1 

Biegezugfestigkeit 1,79 ..3,26 N/mm² P1 

Wärmeleitwert 

0,227 ..0,245 W/m . k 

bei Rohdichte trocken von 0,86...0,95 kg/dm³ 

0,144 ..0,178 W/m . k 


λ 10,tr= 0,165...0,172 W/m . k 

bei Bezugsfeuchtegehalt 12,1...12,5% 

(geprüft nach DIN 52620) 

λ 10,80%= 0,195...0,200 W/m . k 3) 

bei Rohdichte 0,740...0,790 kg/dm³, 

bei Bezugsfeuchtegehalt 80% 

(nach DIN 52620) 

Zuschlagwert mindestens 0,198 W/m . k 

λ 25,tr= 0,0791...0,0997 W/m . k 


Baustoffklasse B 1 - schwerentflammbar P5 

Druck-Setzungswerte 

Tragfähigkeit im Straßenbau 

Frost-Tau-Wechselbeständigkeit 

elaSton-Schicht aus loser Schüttung: 

zum Plattendruck-Versuch 

E v1 = 94,70 ; 151,86 N/mm² 

E v2 = 150,08 ; 295,51 N/mm² 

E v2 / E v1 = 1,6 ; 2,0 

elaSton-Schicht mit Dichtungsmatte als 

Einlage: 

E v1 = 63,88 ; 69,55 N/mm² 

E v2 = 88,34 ; 100,25 N/mm² 

E v2 / E v1 = 1,4 ; 1,4. 

Verformungsmodule größer als die Mindestanforderung 

nach RSTO 86/89 mit 

E v2 ≥120 N/mm² und Verhältnissen 

E v2 / E v1 = 2...1,6 auf Grundplanum mit 

E v2 < 4N/mm² günstiger als die gemäß ZTVE- 

StB 76 zu erreichenden Verhältniswerte. 

Für Fahrbahnen der Bauklasse VI mindestens 

geeignet. 

Nach 56 Frost-Tau-Wechseln war kein Probewürfel 

zerstört und es traten keinerlei Abplatzungen 

auf. 

P18 

P2 

P3 

P4 

P6 

P6 

P7 

P10 


Seite 74

Wasserdurchlässigkeit 

Bei der Prüfung der Wasserdurchlässigkeit 

kommt es sofort zum Wasserdurchtritt nach 

Sättigung des Materials. 

Versickerungsversuche von Gießwasser 

ergaben einen Wasserdurchlass von 40 l/m² in 

10 min bei 80 mm Schichtdicke (das entspricht 

666 l/s.ha). Gas- und Sickerwasserdurchtritt 

kann durch den Einbau mineralisch gebundener 

Dichtmatten verhindert werden. 

Wasseraufnahmegrad W m,amassebezogen = 70,9 % 

W v,avolumenbezogen = 50,0% 

Tragkraft 

Eluat-Analysen 

Die Kraftaufnahme bei einer Stauchung von 

2 bis 3% beträgt ca. 2.000 kN/m², das entspricht 

vergleichsweise der Last einer Erdaufschüttung 

von 100 m Höhe. 

Alle Werte genügen den Kriterien der TA- 

Abfall. Die Eluat-Werte liegen weit unter den 

Zuordnungswerten nach der TA- Abfall. 

Akute Fischtoxität GF-Wert 2 bei pH- Wert von 7,4 P13 

Witterungs- und Verrottungsbeständigkeit 

Haftungsvermögen der Mineralschichten 

auf zementgebundenen 

Textilschnitzeln 

Vergleichbar mit Holzspanbeton durch Mineralisierung 

der Textilschnitzel und deren 

zementgebundene Verarbeitung; seit mehr als 

70 Jahren Stand der Technik und als witterungsbeständig 

sowie als frost- und fäulnissicher 

im Bauwesen international bestätigt. 

Nachweis anhand des Aschegehaltes bei 

850°C nach Intensivkochwäsche: 

für Deponie- Alttextilien 

unbehandelt: 3% 1% 

zementgebunden 

und ungewaschen: 53,17% 42,33% 

gewaschen und 

ausgelesen: 34,95% 30,09% 

festhaftende 

Anteile: 65,73% 71,08% 

Schallabsorption Infraschallabsorption mit Maximum bei 

350 Hz. 

Strahlenschutz 

Gammadosisleistung von 70.000 nGy/h wurde 

bei 320 mm Materialstärke auf 670 nGy/h und 

bei 540 mm Materialstärke auf 238 nGy/h reduziert. 

In 1m Höhe über der Materialschicht 

wurde ein Normalwert von 160 nGy/h gemessen. 

P9 

P10 

P11 

P11 

P12 

P14 

P15 

P16 

P17 


Seite 75

5. Inertisierung der photonenbestrahlten und anmineralisierten Materialien 

5.1. Wirkungsmechanismus der verfahrensgemäßen Inertisierung von chemisch- toxisch 

kontaminierten Materialien 

Von altersher bekannte natürliche Wirkungsmechanismen, die ihre Ursache in Sonnenstrahlen 

und alkalisch wirkenden Medien haben und eine sehr lange Einwirkungsdauer erfordern, werden 

mit technischen Mitteln erzeugt und in einem beschleunigten technologischen Ablauf zur 

verfahrensgemäßen Inertisierung genutzt. Den wirksamen Wellenlängen des Sonnenlichtes von 

660 nm bis 2.100 nm entspricht der Bereich der spektralen Leistungsverteilung in den Wellenlängen 

700 nm bis 2.200 nm des als Wirkungselement zur Strahlenerzeugung genutzten Infrarot- 

Halogenhellstrahlers, dessen Kennlinie in Bild 4 wiedergegeben ist. Der von der Sonne auf die 

Erdoberfläche eingestrahlten Strahlungsleistungsdichte von 0,1387 W . cm _ ² steht die von dem 

genutzten Infrarot-Hellstrahler erzeugte elektrische Leistungsdichte von ca. 400 W . cm _ ² im 

Wirkungspaar Strahler - Reflektor im Bereich der äußeren Brennlinie gegenüber (vergl. Bild 1). 

Im Bereich der äußeren Brennlinie ist der technologische Vorgang der thermischen Inertisierung 

lokalisiert. Dort erfolgt der Energieeintrag konzentriert durch die Fokussierung der Infrarot-Hellstrahlung 

(Bild 1), der sich in der Temperaturverteilung nach Bild 2 ausmessen lässt. Das 

besondere des Energieeintrages ist die schockartige Wärmestrahleneinwirkung auf das bestrahlte 

Material, die durch den Temperaturverlauf mit dem steilen Temperaturgradienten in der Brennlinienebene 

gekennzeichnet ist, wie ihn Bild 3 zeigt. Die dabei auftretende Wärmewirkung erzielt 

eine Farbtemperatur von mehr als 600 °C in der Brennlinie. Die Dosis der Energiezufuhr für den 

Inertisierungsvorgang als Menge der vom bestrahlten Material absorbierten Strahlungsenergie 

kann über die Durchlaufgeschwindigkeit, den Abstand des Strahlers vom Material und der 

Schichtdicke des auf einem Transportband liegenden Materials eingestellt werden. 

Die Keimfreimachung und / oder Entgiftung erfolgt mit der Wärmestrahlung im Bereich einer 

molaren Energie von 60 bis 170 kJ . mol -1 , die gleichzeitig eine photochemische Aktivierung 

verursacht. Dadurch ist es möglich, das thermisch dekontaminierte Material einschließlich des 

unschädlich gemachten, vorher toxischen Substrates, nach der photochemischen Behandlung zu 

mineralisieren. Eine dauerhafte Dekontamination wird mit der verfahrensgemäßen 

Mineralisierung und Zementierung erreicht, die in den Abschnitten 2. und 3. beschrieben 

wurden. 

5.2. Effekte der Inertisierung chemisch-toxisch kontaminierter Materialien 

Zu den bisher bekannten Verfahren zur photochemischen Entseuchung wird UV-Licht und sichtbares 

Licht in Verbindung mit färbenden Sensibilisatoren angewendet, deren Nachteile in lang 

dauernden Zykluszeiten und Beschränkungen auf bestimmte Materialien bestehen. Nachteilig in 

materialwirtschaftlicher Sicht ist auch die Stoffvernichtung durch pyrolytische Zersetzung und 

basische Einbindung der Verbrennungsrückstände zwecks Deponierung. Bekannt ist nach 

diesem Verfahren aber auch der Nachweis der Langzeitlagerung durch Bindung der Reststoffe 

mit Zement, Bentonit oder Branntkalk bzw. Gemischen solcher Bindemittel. 


Seite 76

Bild 90: Chromatogramme relativ unpolarer und ohne Derivatisierung der gaschromatischen Bestimmung 

zugänglicher Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel nach dem 

GC-Programm 8.0 für die unbehandelte Vergleichsprobe (oben) und die nach dem 

Inertisierungsverfahren behandelte Probe (unten). 


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Bild 91: Chromatogramme relativ polarer und erst nach Derivatisierung der gaschromatischen Bestimmung 

zugänglicher Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel gemäß GC- 

Programm 12.0 für die unbehandelte Vergleichsprobe (oben) und die nach dem Inertisierungsverfahren 

behandelte Probe (unten). 


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Nach dem hier vorgestellten Verfahren wird die Behandlung des schadstoffkontaminierten 

Materials in folgenden Stufen vorgenommen: 

a) Desorption giftiger Stoffe oder Verunreinigungen durch Thermoschock 

b) Entgiftung durch Neutralisation 

c) Kapselung der neutralisierten Stoffe. 

Die Effekte der Inertisierung wurden an chemisch-toxisch kontaminierten Kunststoffmischungen 

geshredderter Giftbehälter untersucht denen mehr als 67 verschiedenen Pflanzenbehandlungsund 

Schädlingsbekämpfungsmittel als Verunreinigungen anhafteten. 

Im Bild 90 sind die Chromatogramme von relativ unpolaren und ohne Derivatisierung der gaschromatischen 

Bestimmung zugänglichen Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel 

zu sehen. Das obere Spektrum zeigt die Analyseergebnisse des unbehandelten Materials, 

im unteren Spektrum werden die Ergebnisse nach dem Inertisierungsverfahren wiedergegebenen 

(P20). Der Vergleich der Chromatogramme der unbehandelten und der inertisierten Probe zeigt 

den Behandlungseffekt im Sinne einer Entgiftung der verunreinigten Kunststoffmischung. Die 

überwiegende Mehrheit der Gifte ist nicht mehr nachweisbar. Der verbleibende Restanteil von 

Schadstoffen wurde auf unterkritische Werte reduziert. 

Der Vergleich der quantitativen Befunde weist für die verbliebenen Restanteile Reduzierungsfaktoren 

aus, die für Aldrin 3,92 mit einem Rückstand von 0,26 mg . kg _1 , für α _ Endosulfat 4,09 

mit Rückstand von 0,093 mg . kg _1 , für trans-Heptachlorepoxid 227,89 mit einem Rückstand von 

0,071 mg . kg _1 , sowie für Heptachlor 1,25 mit einem verbliebenen Rückstand von 0,048 mg . kg _1 

betrafen. Alle weiteren Anteile von relativ unpolaren chlororganischen Insektiziden, die zu 

dieser Untersuchungsgruppe gehören, liegen unter 0,01 mg . kg _1 . Die Chromatogramme relativ 

polarer und erst nach Derivatisierung der gaschromatischen Bestimmung zugänglichen 

Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel zeigt Bild 91 für die unbehandelte 

Vergleichsprobe oben und für die behandelte Probe unten. 

Der Vergleich der quantitativen Befunde für die in Bild 91 dargestellten Chromatogramme der 

relativ polaren Phenoxycarbonsäure-Herbizide zeigt folgende Reduzierungsfaktoren mit den 

verbleiben Rückständen auf, für: 

2,4-D 2,5 0,026 mg . kg _1 

Dichlorprop (2,4DP) 11,34 0,091 mg . kg _1 

MCPA (CMPA) 8,70 0,043 mg . kg _1 

Mecoprop (MCPP) 4,26 0,69 mg . kg _1 . 

Alle weiteren Anteile der relativ polaren Phenoxycarbonsäure-Herbizide sind kleiner als 

0,02 mg . kg _1 . 

Die Befunde ergaben eine starke Abnahme der Gifte in den behandelten Proben. Es muss jedoch 

angeführt werden, dass infolge der Zementierung eine relative Erhöhung der Masse und eine 

Verdünnung der Kunststoffausgangsmaterialien zu beachten ist. 

Bei den unpolaren chlororganischen Insektiziden handelt es sich um stark persistente Schädlingsbekämpfungsmittel. 

Die relativ unpolaren Phenoxycarbonsäure-Herbizide sind minder 

persistent. Die Persistenz, d.h. die Beständigkeit in der Umwelt, ist von entscheidender Bedeutung 

für die Bewertung der Rückstände. Die Untersuchungen bestätigen, dass die persistenten 

Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel durch die Inertisierung bis auf einen 

geringfügigen Anteil abgebaut wurden. Durch Veränderungen in den Verfahrensschritten, z. B. 


Seite 79

durch Erhöhung der thermischen Einwirkung und Varianten der Rezeptur, können die zulässigen 

Grenzwerte für die nicht zu eliminierenden Wirkstoffe im behandelten Material unterschritten 

werden. 

Im Übrigen kann als sicher angesehen werden, dass derartig hohe Schadstoffkonzentrationen wie 

sie in den obigen Untersuchung vorgegeben waren, im zu verwendenden DSD-Kunststoffmaterial 

nicht auftreten. 

Die Inertisierung, der durch Schwermetallanteile chemisch-toxisch kontaminierten Materialien 

ist ebenso verfahrensgemäß durchführbar. Die Anwendung einer Wasserglaslösung überführt die 

in der Form von Oxiden, Hydroxiden oder Oxidhydraten sowie von Sulfaten, Chloriden, 

Fluoriden und Carbonaten gebundenen Schwermetalle in Silikate. Diese sind analog den in der 

Natur vorkommenden Mineralen als Meta- und Orthosilikate gegen chemische Einwirkung 

äußerst widerstandsfähig. Solche Mineralien sind zum Beispiel im Abschnitt 2.2. beschrieben 

und in den Bildern 44 bis 46 dargestellt. Die komplizierten Mineralstrukturen der Polysilikate 

stellen chemische Komplexe dar, in die Erdalkalimetalle und Schwermetalle, beispielsweise Ca, 

Cd, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, Pb und Zn, fest eingebunden sind. Erkennbar sind solche 

Mineralien an Proben der mineralisierten Kunststoffschnitzel als Aktinolith, Ca 2(Mg, 

Fe) 5[(OH,F)|Si 4O 11] 2, Staurolith, Al 4Fe[O|OH|SiO 4] 2 oder 2Fe 2O . AlOOH . 4Al 2[O|SiO 4] sowie 

Mineralien der Zeolith-Gruppe als Natrolith, Na 2[Al 2Si 3O 10] . 2H 2O, und Mesolith, 

Na 2Ca 2[Al 2Si 3O 10] 3 . 8H 2O (vergl. auch Bilder 22 bis 24). Die Oxidhydrate der Schwermetalle 

werden hauptsächlich durch Farbstoffe eingetragen, wie z.B. Zn(OH) 2, Pb(OH) 2, Fe(OH) 2 oder 

Sn(OH) 2 als weiße Farbpigmente, Mn(OH) 4 als braune, Ni(OH) 2 und Cr(OH) 3 als grüne oder 

Cu(OH) 2 als blaue Farbanteile. In den kristallinen Bildungen der Minerale werden nach ihrer 

chemischen Umsetzung in Silikate diese Schwermetallverbindungen aufgenommen und zu 

unlöslichen Polysilikatkomplexen strukturiert. 

Die verfahrensgemäße Zementierung der mineralisierten Kunststoffschnitzel unterstützt den 

Inertisierungsvorgang der mit Schwermetallverbindungen kontaminierten Materialien. Das wird 

zahlenmäßig für den Zementierungsvorgang in Verbindung mit einer Wasserglasbehandlung in 

der Offenlegungsschrift DE 3909060A1 zum Verfahren zur Inertisierung von Verbrennungsrückständen 

sowie von natürlichen und industriellen Sedimenten /16/ belegt. 

Anhand von Untersuchungen zum Eluatverhalten von zementgebundenen mineralisierten Textilund 

Lederabfällen (P19), die verfahrensgemäß behandelt wurden, zeigte ein geforderter 

Vergleich der Eluatanalyse mit den zulässigen Werten für die Deponieklasse 2 des Landes 

Nordrhein-Westfalen (NRW2) nicht nur die Unterschreitung der zulässigen Werte, sondern auch 

die geringen Eluatwerte der flüssigen Phase nach DIN 38414 Teil 4 in mg / l für Zn = 0,1; Fe = 0,5; 

Pb = 0,1 und Cr = 0,1. Für Mn, Ni und Cd lagen die Werte unterhalb der Bestimmungsgrenze. 

Die von den Erzeugern genannten Werte der Eluatanalysen für die unbehandelten Abfälle lagen 

weit über den Werten der Deponieklasse NRW2. 

Die absoluten Eluatwerte sind weiterhin von der jeweiligen Rezeptur abhängig. So kann durch 

Beimischung ausreichend nichttoxischer Materialmengen (Verdünnung) die erforderliche Unterschreitung 

der zulässigen Grenzwerte bewirkt werden. 


Seite 80

5.3. Effekte der Inertisierung biologisch-toxisch kontaminierter Materialien 

Zum Nachweis von Effekten der Inertisierung biologisch-toxisch kontaminierter Materialien 

wurden Untersuchungen an biologischen Indikatoren mit dem Ziel durchgeführt, die Einwirkungsdauer 

der Photonenbestrahlung und die Wirkung einer Wasserglaslösung niedriger Konzentration 

bis zur Abtötung von definierten Bazillenkulturen zu bestimmen. 

Als Indikatoren dienten Sporen von Bacillus stearothermophilius und Bacillus subtilis (niger), 

wie sie zum Nachweis der Funktionstüchtigkeit von Sterilisationsgeräten in der Medizin verwendet 

werden (Bild 95). 

Bild 92: 

Spezifikation der als biologische 

Indikatoren verwendeten Sporen 

von Bacillus stearothermophilius und 

Bacillus subtilis (niger) in der Form 

von Teststreifen. 

Von diesen Indikatoren sind die zur Sterilisation erforderlichen Temperaturen und Einwirkzeiten 

bekannt. Da es sich hierbei um sehr widerstandsfähige Bazillen handelt, lassen sich damit die 

Effekte der Inertisierung biologisch-toxisch kontaminierter Materialien mit hoher Sicherheit 

auch gegenüber weniger lebensfähigen Bakterien nachweisen. 

Die Abtötung eventuell vorhandener infektiöser Erreger in den Ausgangsstoffen ist eine Bedingung 

für deren Weiterverarbeitung. Erfahrungsgemäß sollen auf chemisch-physikalischem 

Weg die Feinstrukturen der dem Material anhaftenden Bakterien zerstört werden. Die technologischen 

Bedingungen dazu schaffen die thermischen Wirkungen der Photonenstrahlen neben den 

photochemischen Effekten im Zusammenwirken mit der alkalischen Hydrolyse im Mineralisierungsvorgang 

und im Zementierungsvorgang die alkalische Wirkung bei pH-Werten größer als 

10 in Verbindung mit der Hydratationswärme. Der Zementierungsvorgang sichert durch das 

Basischstellen des Endproduktes gleichzeitig die Langzeitwirkung der Inertisierung auf 

chemischem Wege. 

Die Untersuchungsergebnisse zeigten bei einer Behandlung der mit den Kulturen des Bacillus 

stearothermophilius und Bacillus subtilis (niger) versehenen Nährlösung gemäß Gebrauchsan- 


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weisung der ATI Fa. Division of PyMatt Corp. /19/ bereits durch die Einwirkung einer Wasserglaslösung 

mit der geringen Konzentration von 3 °Bé eine weitestgehende Reduzierung der 

Keimzahl, die nach 4 Tagen Wartezeit nur noch eine punktuelle Ausbildung von infizierten 

Herden in der Nährlösung hinterließ und nicht zu einer weitflächigen Ausbildung führte. 

In den Versuchen zur Ermittlung der Wirkung der Photonenstrahlen wurde der Strahler in 

Pendelbewegung über einer Petrischale mit 90 mm Durchmesser geführt und die Bestrahlungsdauer 

der in der Petrischale befindlichen infizierten Nährlösung gemessen. 

Die Untersuchungen ergaben, dass bei der alternierenden Bestrahlung der infizierten Nährlösung 

mit einer Bestrahlungsdauer bis 165 s (2,75 min) keine deutliche Inertisierungseffekte nach 4 

Tagen Wartezeit sichtbar waren. Erst ein weiterer Versuch mit einer Bestrahlungsdauer von 

286 s (4,77 min) erbrachte das gleiche Ergebnis der Reduzierung der Keimanzahl wie die 

Behandlung der infizierten Nährlösung mit einer Wasserglaslösung der Konzentration 3 °Bé. 

Eine vollständige Inertisierung der infizierten Nährlösung ergab die gleichzeitige Behandlung 

mit der Wasserglaslösung in der Konzentration von 3 °Bé und einer Dauer der Photonenbestrahlung 

von 161 s (2,68 min). Der so erzielte Inertisierungseffekt war nach 6 monatiger Beobachtung 

noch gleich bleibend und es kam nicht zur Keimbildung bei Lagerung der Probe unter 

den Bedingungen des Raumklimas. 

Im Vergleich mit den in der technischen Information /19/ angegebenen Bedingungen zur Temperatur 

von Sattdampf und Heißluft sowie deren Einwirkungsdauer für das Überleben und Abtöten 

der als Indikator benutzten Bazillen wird die Wirkung der Photonenstrahlung und der alkalischen 

Lösung offenbar. Während der widerstandfähigere Bacillus subtilis (niger) in Heißluft von 

121 °C bei einer Behandlungsdauer von 30 min (1.800 s) noch überlebt, wird er in trockener 

Hitze bei 149 °C und 1 Stunde (3.600 s) Einwirkungsdauer vollständig abgetötet. Die 

Bedingungen für den Bacillus stearothermophilius reichen im Sattdampf bei 132 °C und 20 s 

bzw. bei 121 °C und 5 min (300 s) noch zum Überleben aus, jedoch tritt bei der Behandlung mit 

Sattdampf von 132 °C und 2 min (120 s) Dauer bzw. 121 °C und 15 min (900 s) Dauer die vollständige 

Inertisierung ein. 

Die Photonenbestrahlung der infizierten Nährlösung erfolgte im Raumklima, so dass die 

Dampftemperatur von 100 °C nicht überschritten werden konnte. Die Verkürzung der Behandlungsdauer 

gegenüber den Vorgaben der technischen Information für die vollständig inertisierte 

Probe ist damit der Einwirkung der Photonenstrahlen und einer daraus resultierenden 

chemischen Beeinflussung der alkalischen Reaktion des Wasserglases zuzuordnen. 

Frühere im November 1991 durchgeführte Untersuchungen zur Inertisierung von Gerbereischlämmen 

bestätigten in Laborversuchen bereits die Wirksamkeit des Verfahrens bei der 

Mineralisierung und Zementierung von getränkten Textilschnitzeln. 

Während die Zementierung von nicht vorbehandelten Textilschnitzeln mit Gerbereibrühe (Abwasser 

der Gerberei zur Klärgrube) als Anmachwasser weder einen festen Textilschnitzelbeton 

noch eine geruchsfrei abgebundene deponierfähige Masse ergab, zeigte die Verwendung von mit 

Wasserglaslösung verfahrensgemäß mineralisierten Textilschnitzeln und als Anmachwasser für 

den Zementleim benutzte Gerbereibrühe bereits positive Effekte durch eine Geruchsminderung 

und feste Abbindung des Textilbetons. Wurden die vorbehandelten Textilschnitzel mit einer 

Mischung von Gerbereibrühe und Wasserglas in einer Teilmenge des für die Zementierung 

bestimmten Anmachwasser gebunden, dann ergab das einen geruchsfreien und ausreichend 

festen Textilbeton, der in kurzer Zeit erhärtet. 


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Die Einarbeitung von Gerbereischlamm erfolgte in gleichen Volumenanteilen mit einer Wasserglaslösung 

von 12 °Bé, wobei dieser wässrige Schlamm mit dem fünffachen Volumenanteil des 

Gerbereischlammes an Textilschnitzeln (Filzabfälle der Hausschuhherstellung) aufgetrocknet 

wurde, diese feuchte Masse zur Photonenbestrahlung kam und anschließend mit Zementleim 

gemischt in Betonformteilen aushärtete. Bereits die Mischung aus Gerbereischlamm und 

Wasserglaslösung führte zu einer merklichen Geruchsverminderung und Temperaturerhöhung 

der Masse infolge der alkalischen Reaktion. In der Nachfolge der verfahrensgemäßen 

Behandlung mit Photonenstrahlen und Zementierung wurde der Inertisierungsvorgang abgeschlossen. 

Die so hergestellte inerte Probe zeigt heute nach 3 Jahren Lagerzeit weder eine 

Geruchsentwicklung noch anderweitige Veränderungen an den luftzugänglichen Flächen und der 

Auflagefläche. 

5.4. Langzeitkontamination von photonenbestrahlten und mineralisierten Materialien in 

Baustoffen 

Sowohl die seit 5 Jahren dem Wetterwechsel ausgesetzten, im Freien lagernden zementgebundenen 

Dämmplatten aus verfahrensgemäß behandelten Kunststoff- und Textilschnitzeln in 

Mischung mit Holzspänen wie auch die vor 3 Jahren aus photonenbestrahlten, mineralisierten 

und zementierten Textilabfallschnitzeln hergestellten Wasserbauwerke in der Form von Uferbefestigungen 

aus Wandbauplatten im Bereich der Wasserführung und als Pflanzlochplatten mit 

Pflanzenbewuchs oberhalb der Wasserlinie sowie das aus einer verdichteten Schüttung gebaute 

Flussbett einer Nassstrecke im Bereich des Einlaufs einer Talsperre zeigen keinerlei Schädigung 

aufgrund von chemischen, biologischen, mikrobiologischen oder klimatischen Einwirkungen. 

Die Witterungs- und Verrottungsbeständigkeit ist vergleichbar mit der für Holzbeton, der aus 

zementierten Holzspänen gefertigt wird. Bauwerke aus Holzbeton sind seit mehr als 70 Jahren 

Stand der Technik und als witterungs- und verrottungsbeständig sowie als frost- und 

fäulnissicher im Bauwesen international bestätigt /20/. 


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6. Pilotanlage 

Die angewendete Verfahrenstechnik beruht darauf, dass die zu verarbeitenden Materialien in 

zerkleinertem Zustand durch ein technisch unaufwendiges mehrstufiges Verfahren inertisiert, 

mineralisiert, zementiert und schließlich zu Bauglieder geformt werden. Dazu können im wesentlichen 

bekannte, handelsübliche Maschinen und Anlagen eingesetzt werden. Aus technologischer 

Sicht setzt sich das anzuwendende Verfahren eingangsseitig aus der für Kunststoffrecycler 

typischen Aufbereitung der DSD-Ballen zur geshredderten DSD-Mischfraktion (linker 

Teil in Bild 93) und ausgangsseitig aus einer nur geringfügig modifizierten Betonfertigteiltechnologie 

(rechter Teil in Bild 93) zusammen. Das verbindende Element ist dabei die verfahrensspezifische 

Bestrahlungs- und Mineralisierungseinrichtung (Positionen 12 bis 15 in Bild 93). 

1. Aufgabe-Band 2. Shredder 3. Förderband 4. Metallabscheider 5. Schneidmühle 

6. Fördergebläse 7. Silos 8. Misch- und Förderschnecke 

11. Dosiereinrichtung 12. Dosierband 13. Elektro-chemische 

Behandlungseinrichtung 

9. Förderschnecke 10. Mischsilo 

14. Zuschlagstoff- 

Dosier-Einrichtung 

15. Förderband 

16. Förderschnecke 17. Mischsilo 18. Mischer 19. Zwischensilo 20. Fördergebläse 

21. Mechanischer 

Trockner 

22. Auffangtank 

mit Pumpe 

23. Metall-Auffangbox 

Bild 93: Prinzipdarstellung der Fertigung 

Die dargestellte Technologie wurde in einem ehemaligen Holzbetonwerk der heutigen Crottendorfer 

Elastbaustoff ELBASTO GmbH, auf der Basis der vorhandenen Technik installiert. Diese 

Fertigung wird vom Werk als Alternative zur herkömmlichen Holzbetonherstellung angeboten 

und entsprechend der Auftragslage für Versuchs- und Referenzbauten in Anspruch genommen. 

Die Erfahrungen aus dieser Fertigung unter industriellen Bedingungen erlauben die Aussage, 

dass die genutzten thermischen, photochemischen und chemischen Effekte einzeln und in der 

Aufeinanderfolge technologisch sicher beherrschbar sind. 

Mit den Fotos in den Bildern 94 bis 105 werden Verfahrensschritte der industriellen Fertigung 

veranschaulicht. Die gezeigten technischen Einrichtungen entsprechen dem bisherigen Technikstand 

der Holzbetonproduktion, die durch Einrichtungen zur verfahrensspezifischen Bestrahlung 

und Mineralisierung ergänzt wurden. 


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Bild 94: 

Anlieferung von Materialschnitzeln 

durch Andiener oder Zuführung 

von Ausgangsstoffen für 

spezielle Mischungen aus 

Außenlagern. 

Bild 95: 

Mischband zur mengenmäßigen 

Zusammenstellung von verschiedenen 

Ausgangsstoffen 

Die in der Prinzipdarstellung der Fertigung nach Bild 93 in den Positionen 1 bis 5 aufgezeigten 

Passagen der Vorbereitung des Ausgangsmaterials können als vor gelagerter Zerkleinerungsprozess 

auch außerhalb des Betriebes bei Andienern durchgeführt werden. Bild 94 zeigt die Zuführung 

von Materialschnitzeln zum Mischband, auf dem eine Zusammenstellung der verschiedenen 

Ausgangsstoffe nach Mengenverhältnissen erfolgt, wie in Bild 95 erkennbar ist. Das entspricht 

dem Vorgang in den Positionen 6 bis 8 des Bildes 93. 

Über eine pneumatische Förderleitung wird das Schnitzelgut im turbulenten Förderstrom geöffnet 

und durchmischt einem Füllschacht vor der Bestrahlungs- und Mineralisierungseinrichtung 

zugeführt (Bild 96). 


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Bild 96: 

Bestrahlungseinheit mit vor gelagertem Füllschacht 

zur Mischung, Dosierung und 

Ausbreitung des Schnitzelgutes auf einem 

Förderband, welches das Material unter dem 

Strahlerband hindurchführt und in das Mineralisierungsgefäßsystem 

abwirft. Die Strahler 

sind mit Blendschutzblechen abgedeckt. Darüber 

sind die pneumatischen Stellelemente 

der Bestrahlungseinheit zu erkennen. 

Im unteren Teil des Füllschachtes befindet sich eine Dosier- und Öffnungseinrichtung, die über 

Abzugswalzen und Schläger der Öffnungselemente das Schnitzelgut in regelbarer Schichthöhe 

auf ein Förderband ablegt. Mit dem Förderband wird das Material unter dem Strahlerband der 

Bestrahlungseinheit hindurchgeführt und nach der Strahlenbehandlung in das Mineralisierungsgefäßsystem 

abgeworfen. 

Bild 97: 

Blick auf das zwischen Füllschacht 

und Bestrahlungseinheit 

ausgebreitete 

Schnitzelgut. Vor dem Strahlerband 

befindet sich eine Andrückwalze, 

die gleichzeitig als 

Blendschutz wirkt. 

Das Bild 97 zeigt das vom Füllschacht kommende Förderband mit dem ausgebreiteten 

Schnitzelgut. Vor dem Strahlerband wird mit einer Andrückwalze das ausgebreitete Vlies des 

Schnitzelgutes auf gleich bleibender Höhe leicht verdichtet. Die Andrückwalze ist im Durchmesser 

so gewählt, dass sie gleichzeitig einen Blendschutz ergibt. 


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Bild 98: 

Das mineralisierte Schnitzelgut wird über den 

Aufzug (Skip) dem Zwangsumlaufmischer 

zugeführt. 

Die in den Bildern 96 und 97 erfassten maschinentechnischen Aggregate entsprechen den 

Einrichtungen nach den Positionen 10 bis 18 im Bild 93. Der in Bild 97 abgebildete Aufzug 

übernimmt diskontinuierlich die Funktion der Einrichtungen nach Position 15 bis 17 (Bild 93). 

Bild 99: 

Im Zwangsumlaufmischer wird das vom Aufzug 

(Bild 98) zugeführte mineralisierte Schnitzelgut 

mit dosiert zugegebenen Mengen an 

Anmachwasser, Zement und Abbindebeschleuniger 

gemischt. 


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Bild 100: 

Die vom Zwangsumlaufmischer 

über einen Dosierer zur Weiterverarbeitung 

abgegebene Masse 

des mineralisierten und 

zementierten Schnitzelgutes 

Bild 101: 

Formmaschine zur Herstellung von Wandbauplatten 

mit dem Zwangsumlaufmischer 

/Bild 99/) im Hintergrund; entgegen der 

Materialflussrichtung fotografiert. 


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Bild 102: 

Materialabstreif- und Verdichtungseinrichtung 

der Formmaschine; in Materialflussrichtung 

aufgenommen. 

Das vom Zwangsumlaufmischer kommende formbare Gemisch wird vom Dosierer (Bild 100) 

auf das Plattenförderband der Formmaschine (Bild 101) abgelegt. Durch den in Bild 102 (Mitte 

links) sichtbaren Materialabstreifer erfolgt die technologisch bedingte Schichthöhenausbildung 

über dem Plattenförderband, bevor die Masse unter einem exzenterbetriebenen Schwingungsplattenstampfer 

zur Wandbauplatte verdichtet werden kann. 

Bild 103: Die gefertigten Wandbauplatten transportiert das Wandplattenband der Formmaschine weiter. 

An dieser Stelle ist eine erste Qualitätskontrolle der Formhaltigkeit der Wandbauplatten möglich. 


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Durch die in Bild 101 (Bildmitte) erkennbaren Stegplatten auf dem Plattenförderband werden die 

Längsabmessungen der Wandbauplatten vorgegeben. Diese Stegplatten dienen gleichzeitig als 

Trennschilde zwischen den kontinuierlich geformten einzelnen Wandbauplatten. Durch das 

Verstellen der seitlichen Führungswangen lässt sich die Breite der Wandbauplatten variieren. 

Gleichzeitig formen die seitlichen Führungswangen die Mörtelnuten für die Längsseiten der 

Wandbauplatten (Bild 103 Mitte). 

Bild 104: 

Qualitätskontrolle der fertigen Wandbauplatten 

und Übergabe an die automatische Stapeleinrichtung 

Bild 105: 

Transportstapel verfahrensgemäß hergestellter 

Wandbauplatten. 

Vom Plattenförderband werden die fertigen Wandbauplatten über einen Querförderer einem 

Arbeitsplatz für die Qualitätskontrolle und anschließend einer automatischen Stapeleinrichtung 

zugeführt (Bild 104). Der mit der automatischen Stapeleinrichtung hergestellte Transportstapel 

(Bild 105) dient dem Verbringen der Wandbauplatten zum Nacherhärten bzw. vollständigen 

Abbinden auf einem Lagerplatz. 


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7. Ausführungsobjekte 

7.1. Landschaftsgestaltung 

Bei der Verwendung als Baustoff zur Landschaftsgestaltung kommen besonders nachfolgende 

elaston-Eigenschaften zum Tragen: 

- Druckfestigkeit (bei Rohdichten von 0,8 ..1,2 kg/dm³) von 0,8 .. 7,5 N/mm² 

- ein Wasseraufnahmevermögen von 50 Volumen% 

- Wasserdurchlässigkeit 

- Frostbeständigkeit 

- Begrünbarkeit, Wurzeleinwachstum im Porenvolumen ohne wesentlichen Verlust der Werkstoffeigenschaften 

- schneller und sicherer Einbau als vorgefertigtes Formteil oder loses Schüttgut 

- ausreichende Stabilität und Tragfähigkeit als Untergrundbefestigung 

Pflanzlochplatte: 

Bild 106: 

Skizze einer Pflanzlochplatte mit den Abmessung: 400*600*60 mm. 

Muster wurden mit der Lochzahl 6 (Bepflanzung mit Büschen) und 24 

(Bepflanzung mit Gräsern) hergestellt und verlegt. 

Einsatzgebiete: 

Die Pflanzlochplatte kann im Landschaftsbau vielfältig z.B. als Hangabdeckung mit Bepflanzung, 

als Uferbefestigung, als Böschungsbefestigung, zum Ausbau von Flussbetten, Radwege 

oder Reitbahnen eingesetzt werden. 

Die Platten sind leicht von Hand verlegbar (m = 12 .. 17 kg, je nach Verdichtung und Lochzahl) 

und schnell und sicher im Verbund einbaubar. 

Bild 107: 

Eine im Verbund mit Naturstein 

und elaston-Schüttung eingebaute 

Pflanzlochplatte. 


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Bild 108: 

elaston-Werkstoff als Schutzschicht 

für den Starkbaumbestand 

zur Durchlüftung und natürlichen 

Bewässerung im 

Wurzelbereich zum Erhalt wertvoller 

Starkbäume auf Parkplätzen 

und ähnlichen Nutzflächen. 

Entwurf von Frau Dipl.- 

Landschaftsarchitektin Eva Kämpfe, 

Wittgensdorf 

Bild 109: 

elaston-Werkstoff eignet sich 

unter Nutzung des 

Wasserspeichervermögens im 

Porenvolumen zur Gestaltung 

von begrünbaren Treppen und 

Wegen. 


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Bilder 110, 111, 112: 

Beispiel für die Gestaltung eines Talsperreneinlaufes 

mit der Ausbildung von Böschungen mittels 

Wandplatten, Pflanzlochplatten verschiedener 

Lochgrößen aus elaston und Gestaltung des 

Flussbettes und des Überlaufes aus einer losen 

Schüttung elaston-Baustoff mit einer in Zementleim 

eingebrachten Rauhigkeitsschicht aus einem 

Sand-Kies-Gemisch. 


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Bild 113: 

Gestaltungsvariante für einen 

Gehweg in Kombination von elaston 

und Schieferplatten. 

Für den Unterbau wurde eine 

elaston-Schüttung verwendet 

auf welchen ebenfalls aus 

elaston der Haftgrund für die 

Natursteine aufgebaut wurde. 

Für die ökologisch stark belasteten Großstadtbiotope signalisieren Dachbegrünungen mit elaston 

die Möglichkeit einer neuartigen Bio-Architektur. Hier liefern die elaston-Eigenschaften eines 

gut handhabbaren Baustoffes, die biologische Akzeptanz, Wasserspeichervermögen sowie die 

mechanische, chemische und biologische Stabilität die Grundlage zur kreativen gartengestalterischen 

Komposition lebensfähiger Biotope. 

Ein weiteres Einsatzgebiet findet elaston beim Bau von begrünbaren Schallschutzwänden zur 

Abschirmung von Autobahnen und in Wohngebieten. Neben der mechanischen Festigkeit bietet 

hier elaston durch sein hohes Wasserspeichervermögen auch in längeren Trockenperioden die 

Gewähr für dauerhaftes Pflanzenwachstum. Trotz des hohen Wasserspeichervermögens treten 

bei Frost keine Spannungsrisse auf, da das elaston-Material elastisch ist. 


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7.2. Straßen- und Wegebau 

Im Straßenbau wird der als Schüttgut gelieferte elaston-Kies mittels herkömmlicher Straßenbaumaschinen 

analog zur Einbringung eines Walzbetons ausgebracht. Das ausgeprägte kristalline 

Gefüge des elaston-Werkstoffes bedingt, dass die ausgebrachten und angewalzten Schichten 

schon nach kurzer Zeit befahrbar sind. Der Schichtaufbau von zeitlich versetzt aufgebrachten 

Lagen kristallisiert in sich homogen aus, die Grenzen der einzelnen Lagen sind nach dem Abbinden 

nicht mehr nachweisbar. 

Der elaston-Werkstoff zeichnet sich durch 

eine gute Druckfestigkeit aus. Mit dem Einsatz 

von elaston als Straßentragschicht kann 

aufgrund der Nichtsprödbrüchigkeit des Baustoffes, 

die eine bruchfreie Verformung bis 

zu 30% gewährleistet, auf die herkömmlich 

notwendigen Dehnungsfugen verzichtet werden. 

Im Gegensatz zu herkömmlichen Baustoffen 

verringert sich bei elaston-Werkstoffen 

die Fähigkeit zur Aufnahme von 

Druckspannungen auch nach einer Sättigung 

mit Wasser nicht. 

Bild 114: Vergleich der Druckfestigkeit von Ziegel mit 

elaston-Varianten 

Die Fähigkeit große Wassermengen schnell durch das Material zu leiten, ermöglicht in Verbindung 

mit, den Wasserdurchtritt gezielt hemmenden Geotextilien, Straßenkonstruktionen, die 

lediglich durch den Schichtaufbau auch bei starkem Regen die Bildung von Wasserlachen auf 

der Straße verhindern. 

Gegenüber den im Straßenbau herkömmlichen Frostsicherungen, vermindern wärmedämmende 

Tragschichten aus elaston sowohl die Gefahr der Tauschäden als auch die der Frosthebungen. 

Durch Substitution des Frostschutzkieses durch elaston wird die Tiefenwirkung des Frostes verringert. 

Die Dämmschicht reduziert nicht nur die Frosteindringgeschwindigkeit und damit die 

Frosttiefe, sondern auch in gleichem Maße das Entweichen von Bodenwärme. Die Stabilität von 

elaston gegenüber Frost-Tauwechseln im Zusammenhang mit der guten Wasserdurchlässigkeit 

mindert die Problematik der Eislinsenbildung, mit der damit verbundenen Gefahr von Frosthebungen 

und späteren Auftauschäden, beträchtlich. Somit kann in der konstruktiven Ausführung 

der Frostschutzschicht herkömmlicher Kies durch elaston ersetzt werden, wobei die Schichtdicke 

um ca. 40% reduziert wird. 


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Bild 115: 

Relative Schallabsorption von 

elaston. 

Schallfrequenz 

Die Fähigkeit niedrige Schallfrequenzen zu absorbieren, minimiert die Fahrgeräusche auf den 

mit elaston gebauten Straßen. 


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7.3. Basisabdichtung von Deponien 

Eine interessante Anwendung finden elaston-Baustoffe als Geobaustoff im Verbund mit 

Geotextilien (im Feldversuch wurde das Geotextil Bentofix ® , ein Produkt der Naue-Fasertechnik 

GmbH & Co. KG, Lübbecke, verwendet) zur Schaffung von Deponieabdichtungen und - 

abdeckungen. Neben der hohen mechanischen Beanspruchbarkeit und des Eluatverhaltens 

(Eluatwerte unter den gesetzlichen Grenzwerten der TA Abfall) ist hier die Verwendung von 

Vorort- Sekundärmaterialien interessant. Die im Versuchsobjekt „Deponieabdichtung 

Himmlisch Heer” unter Berücksichtigung der Besonderheiten des Altbergbaus eingesetzte 

Ausbringungstechnologie ist in den Bildern 89 bis 91 dargestellt. 

Bild116: 

Der elaston-Baustoff wird als 

Schüttgut ausgebracht und mittels 

Straßenwalze verfestigt. Das 

Ausbringen kann in mehreren 

Etappen erfolgen, ohne dass der 

Stoffzusammenhalt in der 

Trägerschicht dadurch gestört 

wird (es kommt nicht zu einer 

Schichtentrennung, wie sie bei 

der Betontechnologie auftreten 

kann). 

Bild 117: 

Auf der elaston-Trägerschicht 

wird einen ebenfalls verfahrensgemäß 

mineralisierte Bentofix- 

Matte angewalzt, welche mit 

einer zweiten elaston-Schicht 

abgedeckt wird. Auf diese 

Schicht können dann 

Pflanzlochplatten und Begrünungen 

aufgebracht werden. 


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Bild 118: 

Die fertige Deponieabdeckung 

auf der Deponie Himmlisch Heer 

in Annaberg-Buchholz. Sie demonstriert 

recht gut den Schichtenaufbau. 

Durch den Einsatz von elaston können beim Aufbau von Schutzschichten im Deponiebau bis zu 

40% der bisher notwendigen Aufbauhöhe eingespart werden. 

Bild 119: Herkömmliches Kombinationssystem unter Beachtung der TA Siedlungsabfall. 

Durch den Einsatz von 2 Lagen elaston zu je 25 cm mit eingelagerter Bentofixmatte werden 

1,5 m mineralischer Dichtungsschicht eingespart. Gleichzeitig wird der Arbeitsaufwand um das 

Ausbringen von 4 Lagen reduziert. 

Bild120: Neuartiges Kombinationssystem mit elaston und Bentofixmatte. 

Entwurf von Herrn Prof. W. Knaupe, Lehrstuhlleiter Erd- und Verkehrsbau der Hochschule für Technik, Wirtschaft und 

Kultur Leipzig (FH), Öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Straßenbau 


Seite 98

7.4. Absorption von Druckwellen 

Um die Sprengwirkung auf einen Formkörper aus elaston-Baustoff zu ermitteln, wurde ein 

Sprengversuch mit einer Platte in den Abmessungen 320 x 800 x 1500 mm im Vergleich zu einer 

gleich großen Gneisplatte mit jeweils einem Auflegerschuss aus 400 g Gelamon durchgeführt. 

Bild121: 

Ansicht der mit 400 g 

aufliegendem Gelamon 

gesprengten elaston-Platte. 

Während die Vergleichsprobe aus Gneis durchgehend aufriss, löste die Sprengung auf der 

elaston-Platte ein Werkstoffvolumen von weniger als 1 dm³ trichterförmig an der Auflagestelle 

des Sprengstoffes ab. 

Diese geringe Zerstörungswirkung liegt in der Eigenschaft der Nichtsprödbrüchigkeit des Baustoffes 

elaston begründet. Die Druckwelle wird über das gesamte Material gleichmäßig verteilt 

und die Druckenergie elastisch absorbiert. Die kurzzeitige Verdichtung des Materials durch die 

Sprengdruckwelle zeigt, dass elaston extrem hohe Kräfte aufnehmen kann (siehe auch Eigenschaft 

Druckfestigkeit). 

7.5. Strahlenschutzmaterial 

Interessant sind auch die Anwendungseigenschaften des elaston - Baustoffes zur Gammastrahlungsabsorption 

als lose Schüttung oder als Formstein und Reduzierung der Durchlässigkeit für 

Neutronenstrahlung in Verbindung mit Dichtungseinlagen. 

Ergebnisse von Laborversuchen: 

Um die Strahlenschutzwirkung des Werkstoffes zu prüfen, wurde natürliches Uran mit einer 

Gammastrahlendosisleistung von 70.000 nGy/h flächig überdeckt (Bild 116). Bei einer Schichtstärke 

von 32 cm elaston reduzierte sich bei aufgelegtem Messgerät (Typ MIRA 661) die Reststrahlendosis 

auf 670 nGy/h. Bei Erhöhung der Schichtstärke auf 54 cm elaston konnte eine 

Reduzierung auf 238 nGy/h unmittelbar an der Oberfläche und in 1 m Höhe über der Abdeckung 

eine Reduzierung auf 160 nGy/h erreicht werden. Somit konnte die Gammastrahlendosisleistung 

von 70.000 nGy/h auf Normalwerte in der Luft gedämmt werden. 

Kontrollmessungen ebenfalls unter Laborbedingungen zeigten bei einer Dosisleistung der Strahlenquelle 

von 4.770 nGy/h gleiche Dämmwerte wie für Schwerbeton, wobei die Dichte des Baustoffes 

elaston 1,2 kg/dm³ und für den ausgemessenen Schwerbeton 2,1 kg/dm³ betrug. Es 

konnte für elaston und Schwerbeton eine annähernde Übereinstimmung des totalen 

Schwächungskoeffizienten bestimmt werden. Daraus resultiert, dass zum Erzielen des gleichen 

Strahlendämmeffektes geringere Massen (an elaston) einzubringen sind. Ein weiterer Vorteil 

liegt darin begründet, dass eine elaston-Fläche begrünbar ist. 


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Ergebnisse von Freilandversuchen: 

Im Freilandversuch wurde natürlicher Uranmulm mit einer Gammadosisleistung von 

42.700 nGy/h überdeckt. Bei der Herstellung dieser Überdeckung reduzierte sich die Strahlungsleistung 

bei einer Schicht von 10 cm elaston Feuchtmaterial (Verarbeitungsweise analog 

Walzbeton) auf 18.400 nGy/h, bei 20 cm elaston Feuchtmaterial auf 11.100 nGy/h und bei einer 

Schichtdicke von 25 cm auf 3.900 nGy/h (bei aufgelegtem Messgerät, Typ MIRA 661). Bei einer 

Überdeckung mit 32 cm elaston wurden zwischen 420 und 164 nGy/h (in Abhängigkeit von der 

jeweiligen Umgebungsradioaktivität - u.a. befindet sich die Versuchsfläche auf einer Altsilberbergbauhalde) 

gemessen. 

Kontrollmessungen nach 1 Jahr ergaben bei aufliegendem Messgerät eine Restdosisleistung 

zwischen 142 und 151 nGy/h, die Gammastrahlendosisleistung in der Luft (1 m Höhe) ergab 80 - 

125 nGy/h (bei leichtem Regenwetter). 

Kombination elaston und Bentofix ® -Matte 

Die Bentofix-Matte (Bentofix ® ist ein Produkt der Naue-Fasertechnik GmbH & Co. KG, Lübbecke) 

als Dichtungsmatte hat eine gasdurchtrittshemmende Wirkung, die durch eine wasserzurückhaltende 

quellende Zwischenschicht erzielt wird, die aus einem wasserspeichernden 

pulverförmigen Material besteht, das sich zwischen zwei Vliesstoffbahnen befindet. 

Der Effekt der Gasdurchtrittshemmung (z.B. Gas Radon) wird dadurch erzielt, dass sich in der 

wasserspeichernden mineralischen Pulvermasse (Bentonit) eine ausreichend dicke Wasserschicht 

ausbildet, die einen Gasdurchtritt unterbindet. 

Die Bentofix-Dichtungsmatte kann beiderseitig in elaston-Baustoff mineralisch eingebettet 

werden, so dass im Baugewerke einsetzbare Strahlenschutzplatten oder -schichten entstehen. 

Diese vorgegebene Konstruktion ist ebenfalls patentiert. 

Eine andere Möglichkeit besteht darin, auf kontaminierten Flächen eine Trägerschicht elaston- 

Baustoff aufzubringen, diese mit der Bentofix-Matte abzudecken und abschließend mit einer 

Deckschicht elaston-Baustoff zu schließen. Die Schichten aus elaston-Baustoff garantieren den 

für die Gasdurchtrittshemmung notwendigen Feuchtegehalt der Bentofix-Matte. Auf diese kombinierte 

Strahlenschutzschicht wird abschließend in herkömmlicher Weise Mineral- bzw. Kulturboden 

zur Rekultivierung aufgebracht. 

Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, dass die nichtsprödbrüchigen flexiblen 

Konstruktionsschichten (elaston-Baustoff, Bentofix-Matte) durch mögliche Belastungen und 

Dehnungen bis zu maximal 40% nicht zerstört werden (z.B. nachträglicher Versatz des Untergrundes) 

sowie wechselnden Beanspruchungen standhalten. Aus diesem Grunde eignet sich 

diese Kombination besonders zur flächigen Überdeckung und nachfolgenden Rekultivierung von 

strahlenverseuchten Gebieten (Reaktorunglücke, Endlager für die Entsorgung radioaktiver 

Materialien, atomare Versuchsgelände), von Bergbauhalden, von verfüllten Sumpflöchern und 

Mooren. 

Das Kombinationssystem elaston-Baustoff und Bentofix-Matte in einer Mehrschichtkonstruktion 

mit gewährleisteter Wasserzufuhr zur Einhaltung des erforderlichen Feuchtegehaltes in den 

Zwischenschichten unterbindet ebenfalls die Durchlässigkeit für Neutronenstrahlung. 


Seite 100

Literaturverzeichnis 

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/7/ Fuchs, H.: Photonenstrahlen helfen Energie und Material sparen 

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Werner-Verlag GmbH, Düsseldorf 1992 

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21/ Institut für Baubiologie Rosenheim GmbH: Gutachten für den Dämmstoff "Agroverm ® - 

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/22/ Schmidt, W.: Optische Spektroskopie 

VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1994 

/23/ Knaupe, W.: Untersuchungen zur Verwendbarkeit von Textilabfällen als Betonzuschlagsstoff 

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Dissertation, Technische Hochschule Leipzig, 1990 


Seite 102

Quellennachweis für Abbildungen 

Bild 1 bis 9: Fuchs, H.: Modifizierung von Polyamid-6-Faserstoff mit Photonenstrahlen 

Habilitationsschrift, TH Karl-Marx-Stadt, 1978 

Bild 10: TU Chemnitz - Zwickau im Auftrag der enviTec Ltd., 12/1994 

Bild 11: 

Schollmeyer, E.; Bahners, T., Deutsches Textilforschungszentrum Nord- 

West e.V. Krefeld: Oberflächenveränderung von Fasern durch Laserbestrahlung 

Melliand Textilberichte 4/1990, S. 251 - 256 

Bild 12 und 13: Institut für Technische Textilien GmbH Dresden, Dresden, 1993 

Bild 14: 

Fuchs, H.: Photonenstrahlen helfen Energie und Material sparen 

Leder Schuhe Lederwaren 1983/4, S. 160 

Bild 15: 

Schmidt, W.: Optische Spektroskopie 

VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1994, S. 185, Abb. 4.54 

Bild 16 und 17: Institut für Technische Textilien GmbH Dresden, Dresden, 1993 

Bild 18 bis 19: Technische Universität Chemnitz, Chemnitz, 1992 

Bild 20: 

enviTec Ltd. / Institut für Technische Textilien GmbH Dresden, Dresden, 

1992 

Bild 21: Institut für Technische Textilien GmbH Dresden, Dresden, 1992 

Bild 22 bis 39: Technische Universität Chemnitz - Zwickau im Auftrag der enviTec Ltd., 

Chemnitz, 12/1994 





Bild 47 bis 58: Technische Universität Chemnitz - Zwickau, Institutsverbund Verarbeitungsmaschinen 

- und Verfahrenstechnik - Labor, im Auftrag der 

enviTec Ltd., Chemnitz, 12/1994 

Bild 59: 

Krüger, R.: Betonarten für den Wohnungsbau 

in Beton im Wohnungsbau - Beiträge zum gesunden Wohnen, herausgegeben 

vom Bundesverband der deutschen Zementindustrie e.V. 

Beton-Verlag GmbH Düsseldorf 



Bild 69: 

Technische Universität Chemnitz - Zwickau, Institutsverbund Verarbeitungsmaschinen 

- und Verfahrenstechnik - Labor, im Auftrag der enviTec 

Ltd., Chemnitz, 12/1994 

Bild 70: 

Technische Universität Chemnitz - Zwickau im Auftrag der enviTec Ltd., 


Bild 71 bis 73: Institut für Baubiologie Rosenheim GmbH: Gutachten für den Dämmstoff 

"Agroverm ® -Vermiculite" 

Isola-Werke Wilhelm Zimmermann GmbH, Sprockhövel 

Rosenheim, Dezember 1993 



Bild 82 bis 86: Eigenaufnahmen enviTec Ltd. am Institut Dr. Körner und Partner, 

Materialprüfung und Forschung, Anerkannte Prüfstelle nach RAP-Stra, 

Wiederitzsch, 1993 

Bild 87: Technische Hochschule Leipzig, Lehrstuhl Erd- und Verkehrsbau, 1992 

Bild 88 und 89: Elbasto GmbH: Werksaufnahmen, Crottendorf, 1991 


Seite 103

Bild 90 und 91: Prüfbericht der LWU Analytik GmbH, Chemische und biologische 

Laboratorien, Jahnsdorf, 17.06.1994 

Bild 92: 

ATI, Division of PyMaH Corp.: Technical Information Biological 

Indicators Somerville, USA-NJ, 11/93 

Bild 93: 

EXTRUSION ENGINEERING, Köppen, K. P.: Projektvorlage für 

enviTec Ltd., 1994 

Bild 94 bis 105: Elbasto GmbH: Werksaufnahmen, Crottendorf, 1991 

Bild 106 bis 107: enviTec Ltd., 1994 

Bild 108 und 109: Kämpfe, E.: Entwürfe zum Einsatz von ELBASTO, Wittgensdorf, 1992 

Bild 110 bis 112: enviTec Ltd. 1994, Bauausführung durch ELBASTO Crottendorf GmbH, 

1992 

Bild 113: enviTec Ltd. 1994 

Bild 114 und 115: Fuchs, H.: Bericht über die Untersuchung von eigenschaftsmodifizierten 

Füllstoffen für mineralisch gebundenen Textilschnitzelbeton, 1992 

Bild 116 bis 118: Elbasto GmbH: Werksaufnahmen, Crottendorf, 1991 

Bild 119 und 120: Knaupe, W.: Entwurf für ELBASTO Crottendorf GmbH, 1991 

Bild 121: Elbasto GmbH: Werksaufnahmen, Crottendorf, 1992 


Seite 104

Quellennachweis Prüfungen und Gutachten 

P1 geprüft in Anlehnung an DIN 1101 und DIN 1045 durch Materialprüfanstalt für das 

Bauwesen Freistaat Sachsen, Dresden 

P2 geprüft nach DIN 52612 durch Materialprüfanstalt für das Bauwesen Freistaat Sachsen, 

Dresden 

P3 geprüft nach DIN 52612 von der Materialforschungs- und Prüfanstalt an der Hochschule für 

Architektur und Bauwesen Weimar 

P4 geprüft nach DIN 52612 an der Bauakademie Weimar, Institut für Baustoffe, Abteilung 

Meß- und Prüfwesen, Weimar 

P5 geprüft in Anlehnung an DIN 4102, Teil 1, durch die Materialprüfanstalt für das Bauwesen 

des Freistaates Sachsen, Außenstelle Freiberg, Referat Brandschutz 

P6 geprüft nach DIN 18134-300 durch die Sächsische Bauprüf- und Kontrollgesellschaft mbH 

Chemnitz 

P7 Gutachten über die Eignung des Baustoffes als Tragschicht für Straßen der Bauklasse VI 

vom 12.2.1993, erstellt von Prof. Dr. sc. techn. Werner Knaupe, öffentlich bestellter und 

vereidigter Sachverständiger für Straßenbau, Leipzig 

P8 Geprüft nach DIN 52104; Untersuchung der Frost-Taubeständigkeit von Textilschnitzelbeton, 

Technische Hochschule Leipzig, Fachbereich Bauingenieurwesen, vom 10.07.92 

P9 geprüft nach DIN 1048 T5 06/91; Auswertung von Versuchen zur Wasserdurchlässigkeit; 

Gutachten von Prof. Knaupe vom 13.02.1993 

P10 Eigenprüfung 

P11 Gutachten über Wasseraufnahmegrad und Tragkraft von Probekörpern vom 27.04.1993 von 

Prof. Dr. sc. techn. Werner Knaupe, öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger 

für Straßenbau, Leipzig 

P12 geprüft nach DIN 38414-S4; Analyseergebnisse des Laboratoriums für Wasser- und 

Umweltanalytik GmbH Jahnsdorf vom 19.01.1993 

P13 geprüft nach DIN 38412 L31 (nach pH-Wert-Einstellung auf 7,4); Untersuchungsbefund 

akute Fischtoxität des Laboratoriums für Wasser- und Umweltanalytik GmbH Jahnsdorf 

vom 12.02.1993 

P14 Literatur: "Holzbeton" Herausgeber: Dipl.-Ing. Wilhelm Gehlhausen Paderborn 1990 

P15 Untersuchungsergebnisse des Sächsischen Textil- Forschungsinstitutes Chemnitz vom 

23.09.1992 

P16 Untersuchungen zur Demontage und Verwertung von PKW- Seitenverkleidungen 

(Schallabsorptionsgrad von Leichtbausteinen mit unterschiedlichen Füllstoffen - Messung 

im Kundt´schen Rohr vom 24.01.1992) Bericht der IFA PKW AG Werkstoffapplikation und 

Recycling Zwickau 

P17 Protokoll zur Überprüfung der γ-Strahlungsdurchlässigkeit von eigenschaftsmodifiziertem 

Material verschiedener Stärken, Bergtechnisches Ingenieurbüro GEOPRAX Schneeberg 

vom 19.08.1992 

P18 Eigenprüfung in Zusammenarbeit mit Chemnitzer Baustoff und Fertigteil GmbH, Betonprüfstelle, 

Blankenburgstraße, Chemnitz, 10/94-12/94 

P19 Untersuchungsbericht zum Eluatverhalten von zementgebundenen mineralisierten Textilund 

Lederabfällen des USAKO - Büro für Umweltsanierungskonzepte der SDAG Wismut - 

Geschäftsbereich Umweltengineering, Gera, 08.04.1991 

P20 Prüfbericht der LWU Analytik GmbH, chemische und biologische Laboratorien, 09387 

Jahnsdorf, 17.06.1994 


Seite 105

Anlagen 


Seite 106

Verfahrensbeschreibung enviTec (4,55 MB) - IMC GmbH

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