Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff umfassend zwei oder mehrere übereinander angeordnete Schichten eines holzartigen Werkstoffes, eine Verwendung des Verbundwerkstoffes sowie Container- oder Trailerböden gebildet aus dem Verbundwerkstoff.

Verbundwerkstoffe haben sehr vielfältige Anwendungsgebiete.

Aus Gründen einer nachhaltigen Nutzung der Ressourcen sind Verbundwerkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen besonders attraktiv. Zurzeit werden allein für Container- fußböden jährlich ca. 800.000 m ³ tropische Harthölzer (insbesondere Apitong u.a.) eingesetzt, was einer Fläche von ca. 560 km ² (= ca. 3 mal die Fläche von Washington DC) tropischen Regenwald entspricht, die dafür jedes Jahr gerodet werden. Entsprechende Restriktionen und Kontingentierungen schränken die Verfügbarkeit dieser tropischen Regenwaldhölzer bereits stark ein, so dass man intensiv nach alternativen Materialien sucht.

Aus US 2007/0088103 ist ein Verbundwerkstoff bekannt, der insbesondere zwei Schichten aufweist, die mit einem nicht geschäumten Polyurethan-Binder auf der Basis eines urethanmodifizierten Isocyanates verbunden sind. Die Schichten des Verbund- Werkstoffes können lignocellulosische Schichten, insbesondere Kork, Holz, Gras oder Stroh sein.

Das Dokument beschreibt jedoch nicht Verbundwerkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen mit niedriger Dichte und hoher mechanischer Belastbarkeit und Elastizität.

Es ist bekannt, Schichtwerkstoffe aus Bambus herzustellen, wobei die einzelnen Schichten mit Phenolformaldehyd-Klebstoffen miteinander verbunden sind (vgl. zum Beispiel Journal of Forestry Research, 13(2), Seiten 151 bis 156 (2002). Nachteilig ist jedoch, dass mit Phenolformaldehyd-Klebstoffen hergestellte Schichtwerkstoffe aus Bambus teilweise eine relativ hohe Dichte, von 0,8 bis 1 ,0 kg/l oder sogar > 1 kg/l haben. Besonders nachteilig ist jedoch die unzureichende statische und insbesondere ihre unzureichende dynamische Leistungsfähigkeit. Diese führt sowohl zu frühem Bruchversagen unter statischer Belastung (Institute of International Container Lessors (NLC), Technical Bulletin (TB) 001 , 1. September 2002, Short Span Test), und vor al- lern zu Delaminationen der einzelnen, mit Phenolformaldehyd und/oder Polyvinylacetat verklebten Schichten daraus hergestellter Schichtwerkstoffe. Derartige, mit Phenolformaldehyd verklebte Schichtwerkstoffe zeigen zudem ihr unzureichendes Leistungsvermögen insbesondere unter erhöhten Temperaturen (zum Beispiel bei 80 ⁰ C), die unter entsprechenden Klimaregionen im Inneren von Containern durchaus vorkommen können.

Es war demgegenüber Aufgabe der Erfindung, einen Verbundwerkstoff auf der Basis eines holzartigen Werkstoffes zur Verfügung zu stellen, der ausgezeichnete mechanische und dynamische Eigenschaften, insbesondere eine hohe statische und dynami- sehe Belastbarkeit und eine hohe Elastizität, bei gleichzeitig geringer Dichte, von deutlich < 1 kg/l, aufweist und sein hohes Leistungsniveau auch bei erhöhten Temperaturen beibehält.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verbundwerkstoff, umfassend zwei oder mehrere übereinander angeordnete Schichten eines holzartigen Werkstoffes, wobei die Schichten untereinander mit einem Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoff, enthaltend ein Prepolymer mit freien NCO-Gruppen verbunden sind, wobei der holzartige Werkstoff ein Monokotyledon ist.

Monokotyledone (einkeimblättrige Pflanzen) unterscheiden sich von den Dikotyledonen (zweikeimblättrigen Pflanzen), dadurch, dass sie kein sekundäres Dickenwachstum haben, weil ihre Leitbündel kein Kambium aufweisen.

Es wurden gefunden, dass ein Verbundwerkstoff auf der Basis eines verholzenden Riesengrases mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und gleichzeitig geringer Dichte erhalten werden kann, indem Schichten, gebildet aus dem Monokotyledon mit einem Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoff, enthaltend ein Prepolymer mit freien NCO-Gruppen, verbunden werden.

Das Monokotolydon ist bevorzugt ein verholzendes Riesengras.

Verholzende Riesengräser gehören zur Familie der Gräser (Graminee), und weisen verholzte, jährlich sich verlängernde Stängel auf.

Bevorzugt wird als verholzendes Riesengras Bambus eingesetzt. Struktur und Eigenschaften von Bambus sind zum Beispiel in www.bambus.rwth-aachen.de beschrieben.

Unter dem Begriff Bambus werden im Allgemeinen bäum- oder strauchartige Gräser mit ausdauerndem, verholztem oder verzweigtem Stamm verstanden. Der lignifizieren- de Zellenaufbau des Bambusgewebes und seine technischen Eigenschaften sind dem eigentlichen Holzgewebe durchaus ähnlich, jedoch gibt es auch signifikante Unterschiede.

Der Bambus ist in Größe, Leichtigkeit und Festigkeit ein extremes Produkt der Natur. Aufbau und Eigenschaften entsprechen denen eines hochmodernen Hightech- Werkstoffes: Er ist stabil, aber dank seiner Hohlräume extrem leicht und elastisch, wird durch die Trennwände versteift und hat physikalische Eigenschaften, die denen anderer Materialien, wie Holz, Beton oder Stahl teilweise überlegen sind. Während Holz einen harten Kern hat und nach außen immer weicher wird, ist Bambus außen hart und innen weich - ein viel stabilerer Aufbau.

Weltweit gibt es etwa 500 verschiedene Bambusfamilien (Bambusae), mit teilweise hunderten von Unterarten, davon 2500 im tropischen Südamerika. In Kolumbien allein werden in Kunst-, Handwerk- und Baukonstruktion etwa 25 verschiedene Riesenbam- busse verarbeitet.

Der durch von Humboldt und Kunt bezeichnete „Guadua Angustifolia" wächst bis 1800 m NN in zwei Unterarten namens Guadua Macana und Guadua Castilla meist in kleinen Wäldchen entlang der Bäche, aber auch auf wiesen oder Hanglagen. Er erreicht eine Höhe von etwa 20 bis 25 m und einen Durchmesser bis 18 cm. Dabei wächst jeder Stängel aus einem netzartigen Wurzelsystem heraus, erreicht in einem Jahr seine volle Höhe und verholzt in 6 bis 8 Jahren bis zum Verstopfen der Leitgefäße.

Der Rohrwandquerschnitt durch ein Bambusinternodium zeigt eine dekorative Muste- rung, umfassend Fasern des Gefäßbündels (Leitbündels) und Fasern des Grundgewebes. Von innen nach außen häufen sich die Leitbündel kontinuierlich. Die reißfesteren Faserstränge der Leitbündel liegen dort am dichtesten, wo die statische Beanspruchung am größten ist, in der Randzone, ähnlich der Stahlbewehrung beim Stahlbetonbau.

Die moderne Werkstofftechnik spricht bei armierten Materialien von Faserverbundwerkstoffen. Hochfeste Fasern werden in eine füllende Grundmasse (Matrix) eingebettet. Ein Zweig der Betonforschung geht ebenfalls in Richtung Beton mit Faserbewehrung.

Im Pflanzenbereich hat die Evolution zu effektiven Leichtbaukonstruktionen geführt. Dünnwandige Querschnittsformen mit aussteifenden Elementen, so dass das Gesamtträgheitsmoment in der Biegerichtung möglichst groß wird. Das Bambusrohr ist ein Musterbeispiel für eine bionische Lösung, das heißt eine technische Problemlösung in der Natur. Der Bambus zeigt eine raffinierte Leichtbauweise: in der äußersten verkieselten Randschicht laufen axialparallel hochelastische Fasern, mit einer Zugfestigkeit von bis zu 40 kN/cm ² , die die Zugfestigkeit von Baustahl (37 kN/cm ² ) noch übertrifft.

Die unbegrenzte Längsspaltbarkeit der Bambusrohrwand in den Internodien ist durch die streng parallel gerichteten Fasern bedingt. In den Nodien aber durchkreuzen sie sich nach allen Richtungen. Diese Verstärkungsknoten mit stark verkieselten Dia- phragmen erhöhen die Spaltfestigkeit und die Knickfestigkeit des Rohres.

Das Bambusgewebe hat keinen radialen Faserverlauf wie die Markstrahlen der Dikoty- ledonen und auch kein Kambium, weswegen ein Dickenwachstum oberhalb des Erdbodens unterbleibt. Der ganze Halmquerschnitt wird ein einziger „Jahresring". Aus der Mechanik wissen wir, dass bei gleichem Materialanteil ein zylindrisches Rohr, verglichen mit einem vollen Rundstab, die vierfache Biegesteifigkeit hat. Die primitiven Pflanzen sind deshalb ausgestorben. Sie besaßen entlang der Achse nur einen verstärkenden Gewebestrang als Armierung.

So erfand die Natur nach und nach den Hohlkörper. Alle folgenden Neuerungen bestanden nicht aus neuen Bauelementen, sondern nur aus verbesserten und raffinierten Anordnungen dieser Elemente: den Zellen - die kleinste Einheit aller Organismen.

Ein Halm oder Stamm hat nicht nur einen statischen Zweck, sondern er funktioniert auch noch als kompliziertes Organ. Er transportiert Wasser und Nährstoffe aus der Wurzel in die entferntesten Blattspitzen, und von dort aus wieder organische Verbindungen zur Wurzel. Das Achsenmaterial darf also nicht ausschließlich grobes Baumaterial mit optimaler Zug-, Druck- und Biegefestigkeit sein.

Die Pflanzenzellenwände bestehen aus hochkomplizierten Gebilden, aus Systemen von Molekülsorten. Dabei hat die Zellulose den wichtigsten Anteil. Durch Kombination mit anderen Molekülen (Lignin) lassen sich die Zellenwände differenziert aussteifen. Die Zellulose und Teil der Hemizellulose dienen als Gerüstsubstanz, das Lignin als Binde- und Füllmittel. So bestimmt der Zelluloseanteil die Knick- und Zugfestigkeit, der Ligningehalt die Druckfestigkeit eines Gewebes.

Die Zellenbündel nennen wir Fasern. Die Fasernstränge eines Leitgewebes (Transportgewebe) sind im Leitbündel (Gefäßbündel) vereint. Gestalt, Richtung, Anzahl und Verteilung der Leitbündel charakterisieren die anatomische Struktur des Bambusgewe- bes. Diese können auch zur mikroskopischen Bestimmung von Bambusarten und - arbeiten dienen.

Die Artbestimmung nach den reproduktiven Strukturen oder physiologisch vegetativen Merkmalen vorzunehmen ist oft nicht erfolgreich.

Eindeutiger sind die signifikanten anatomischen Unterschiede der Leitbündel. Kratzsch teilt den Bambus Rohrwandquerschnitt in vier Zonen ein. Die Form der Leitbündel = Gefäßbündel variiert stark von der Rohrwandaußenseite zur Rohrwandinnenseite hin. In der Zone I und Il sind zwei ungleich große Bastsicheln um zwei Tüpfel- und ein

Ringgefäß angeordnet. Von der Zone III bis IV formt sich die Bastsichel um den Siebteil, die Tüpfelgefäße und das Ringgefäß langsam herum, die innere Bastsichel rückt ab und verringert ihren Umfang, so dass ein vollständiges Gefäßbündel von Bambus vulgaris letztlich fünf Bastfaserteile besitzt.

Sämtliche Bambusarten zeigen ähnliche Formvariationen der Gefäßbündel. Ihre Struktur, Dichte und Verteilung haben einen direkten Einfluss auf Materialeigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten des ganzen Rohres oder eines Ausschnittes von Zone I bis IV. Umgekehrt lassen sich die Bambusteile eines Werkstückes durch ihre physiogno- mischen Charakteristika mikroskopisch diagnostizieren, die betreffende Bambusart bestimmen und in die Querschnittszone der sie entstammen, wieder einordnen. Die Spaltstreifen aus Zone I bis Il sind hart, steif, feinfaserig bis glatt; die Streifen aus Zone III bis IV sind weich, geschmeidig, rau bis grobfaserig und abspanend. Darüber hinaus sind noch weitere Komponenten für die Materialunterschiede ausschlaggebend, ob der Bau- oder Werkstoff von ganz jungen, einjährigen, mehrjährigen, dünnwandigen, dickwandigen Rohren > 14, aus der Halmbasis, -mitte oder -spitze stammt. Es ergeben sich somit für die jeweiligen Materialabschnitte und -ausschnitte unterschiedliche Verwendungszwecke.

Zur Druckfestigkeit des Bambus: Rohrabschnitte mit Nodien haben gegenüber Abschnitten ohne Nodien nur ca. 8 % höhere Festigkeitswerte bei Druck parallel zur Faser. Bei Druck senkrecht zur Faser bringen Nodien eine Festigkeitssteigerung bis zu 45 % gegenüber nodienlosen Rohrabschnitten.

Zur Zugfestigkeit des Bambus: Die Bambusaußenwand ist wesentlich zugfester als die Innenhaut, und schlanke Rohre sind dickeren Rohren in Relation zur Querschnittsfläche überlegen. Mit diesen Ergebnissen wird auch die größere Biegefestigkeit von dünnen Rohren gegenüber dicken erklärt; bei dicken Rohren ist der flächenmäßige Anteil der zugfesteren Außenhautfasern am Gesamtquerschnitt geringer. Bambusmaterial aus dem oberen Halmdrittel besitzt eine um ca. 12 % geringere Zugfestigkeit als Mate- rial aus der Halmbasis. Nodienstellen wirken sich bei der Zugbeanspruchung festig- keitsmindernd aus.

Zur Elastizität des Bambus: Schlanke Bambusrohre oder Stäbe davon aus der Rohr- wand haben dickere Materialien gegenüber höhere Festigkeitswerte in Relation zur Querschnittsfläche. Die Häufung der hochfesten Faserstränge in der Wandaußenzone wirken bei der Elastizität ebenso festigend wie bei Zug-, Scher- oder Biegebeanspruchungen. Wie bei Massivholz reduziert sich auch der Elastizitätsmodul von Bambus mit wachsender Beanspruchung (5 - 10 %). Für Berechnungen von Konstruktionen kann ein E-Modul von 2000 kN/cm ² eingesetzt werden.

Bambus hat insbesondere auch den Vorteil, dass es ein enorm effizientes Material, mit hoher Nachhaltigkeit ist: Die Energiebilanz verschiedener Baustoffe, das heißt die Energie, die benötigt wird, um eine Einheit eines Baustoffes einer bestimmten Belast- barkeit zu produzieren, ist für Holz etwa zweieinhalbmal, für Beton achtmal, und für Stahl fünfzigmal größer als für Bambus (vgl. Doktorarbeit von Janssen, J.A., Bamboo in Building Structures, Dissertatie Drukkerij Wibro, Heimond, 19. Mai 1981 ).

Weiter bevorzugt wird als Monokotyledon eine Palme eingesetzt.

Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff weist bevorzugt 5 bis 31 übereinander angeordnete Schichten auf.

Bevorzugt sind die übereinander angeordneten Schichten aus Bambusplättchen oder - leisten gebildet, die durch Spalten von Bambus in konzentrische Hohlzylinder, mit einer Dicke im Bereich von 0,4 mm bis 6 mm, Zerlegung der durch Spaltung erhaltenen Hohlzylinder in radialer Richtung und Abflachung der Zerlegungsprodukte der Hohlzylinder erhalten werden, und wobei die Bambusplättchen oder -leisten dergestalt angeordnet werden, dass sie in den beiden jeweils äußersten Schichten des Verbundwerk- Stoffes eine Faserrichtung in Hauptbelastungsrichtung des Verbundwerkstoffes aufweisen und wobei die Faserrichtung in aufeinander folgenden Schichten jeweils zueinander in einem Winkel von 20 bis 90°, bevorzugt in einem Winkel von 90°, verdreht angeordnet ist.

Bevorzugt sind die übereinander angeordneten Schichten aus Bambusplättchen oder -leisten gebildet, die durch Spalten von Bambus in konzentrische Hohlzylinder, mit einer Dicke im Bereich von 0,4 mm bis 6 mm, Zerlegung der durch Spaltung erhaltenen Hohlzylinder in radialer Richtung und Abflachung der Zerlegungsprodukte der Hohlzylinder erhalten werden, und wobei die Bambusplättchen oder -leisten dergestalt ange- ordnet werden, dass sie in den beiden jeweils äußersten Schichten sowie in den je- weils unmittelbar darunter liegenden weiteren 1 bis 6 Schichten des Verbundwerkstoffes eine Faserrichtung in Hauptbelastungsrichtung des Verbundwerkstoffes aufweisen und wobei die Faserrichtung in aufeinander folgenden Schichten jeweils zueinander in einem Winkel von 20 bis 90°, bevorzugt in einem Winkel von 90°, verdreht angeordnet ist.

Bevorzugt sind die in den übereinander angeordneten Schichten eingesetzten Bam- busplättchen oder -leisten von der äußeren Haut des Bambus befreit.

Bevorzugt werden für die beiden äußersten der übereinander angeordneten Schichten jeweils Bambusplättchen oder -leisten eingesetzt, die noch die äußere Haut des Bambus aufweisen, und wobei die äußere Haut des Bambus in den beiden äußersten ü- bereinander angeordneten Schichten des Verbundwerkstoffes jeweils nach außen gerichtet ist.

Zusätzlich zu den zwei oder mehreren übereinander angeordneten Schichten eines holzartigen Werkstoffes können eine oder mehrere Kunststoffschichten vorgesehen sein, insbesondere eine Polyurethan/Polyharnstoff-Deckschicht.

Zusätzlich zu den zwei oder mehreren übereinander angeordneten Schichten eines Monokotyledons können eine oder mehrere Schichten eines Holzes vorgesehen sein.

Weiter bevorzugt können zusätzlich zu den zwei oder mehreren übereinander angeordneten Schichten eines holzartigen Werkstoffes eine oder mehrere Schichten gebil- det aus einem Glasfaservlies, einem Naturfaservlies, einer Glasfasermatte oder einer Naturfasermatte vorgesehen sein.

Der Verbundwerkstoff kann auch vollständig mit einer Kunststoffschicht umhüllt sein.

Erfindungsgemäß werden die zwei oder mehreren Schichten eines Monokotyledons, insbesondere verholzenden Riesengrases, bevorzugt eines Bambus, mit einem Ein- komponenten-Polyurethan-Klebstoff, enthaltend ein Prepolymer mit freien NCO- Gruppen verbunden.

Bevorzugt enthält der Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoff das Prepolymer mit freien NCO-Gruppen in einem Anteil von bis zu 99 Gew.-%, wobei das Prepolymer erhältlich ist aus mindestens einer eine gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindung aufweisenden Komponente A und mindestens einer ein Isocyanat aufweisenden Komponente B, 0,1 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 30 Gew.-% eines mindestens eine Faser enthaltenden Füllstoffes, der zusätzlich zu der Faser mindestens einen nicht- faserförmigen Füllkörper enthält, 0 bis 20 Gew.-% übliche Zusatz- und Hilfsstoffe, - 0 bis 20 Gew.-% eines Aktivators, und

wobei die mindestens eine Faser einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 100 μm und eine Länge im Bereich von 0,02 bis 6 mm aufweist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Einkomponenten-Polyurethan- Klebstoff ohne Zusatz eines eine Faser enthaltenden Füllstoffes eingesetzt. Insbesondere enthält der Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoff das Prepolymer in einem Anteil von bis 99,999 Gew.-%, wobei das Prepolymer erhältlich ist aus mindestens einer eine gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindung aufweisenden Komponente A und mindestens einer ein Isocyanat aufweisenden Komponente B, und wobei der Einkom- ponenten-Polyurethan-Klebstoff

0 bis 20 Gew.-% übliche Zusatz- und Hilfsstoffe und

0,001 bis 20 Gew.-% mindestens eines Aktivators, ausgewählt aus einer oder mehrerer der nachfolgend aufgeführten Substanzen: 4-Methylmorpholin, 4-

Ethylmorpholin, 4-Cyclohexylmorpholin, 2,2'-Dimorpholinodiethylether oder Di- morpholinopolyethylenglykol

a) das Prepolymer die folgenden Merkmale aufweist: i) einen NCO-Gehalt von 5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Prepolymer ii) eine Viskosität bei 25°C im Bereich von 300 bis 15000 mPas, und

b) die Komponente A die folgenden Merkmale aufweist: i) die Komponente A enthält mindestens ein Diol, ii) die OH-Zahl der Komponente A liegt im Bereich von 10 bis 500 KOH/g, und

wobei der Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoff einen Füllstoff enthält und eine Viskosität bei 25°C im Bereich von 300 bis 15000 mPas aufweist.

Die obigen bevorzugten Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoffe sind in EP 1072 620 und EP 1 072 621 beschrieben.

Bei der Herstellung des Prepolymers des Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoffes werden die Komponenten A und B bevorzugt in einem derartigen Verhältnis eingesetzt, dass die vorbeschriebenen Eigenschaften des Prepolymers, insbesondere der NCO- Gehalt und die Viskosität erreicht werden. Zusätzlich können zur Herstellung des Pre- polymers Hilfs- und Zusatzstoffe oder Katalysatoren eingesetzt werden.

Die weiteren Ausgangsstoffe bzw. Komponenten für die Herstellung der Prepolymer- und Klebstoffzusammensetzung werden im Folgenden beispielhaft beschrieben:

Als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen, nämlich Komponente A, können zweckmäßigerweise solche mit einer Funktionalität von 2 bis 8, vorzugsweise 2 bis 6, und einem Molekulargewicht von 60 bis 10.000 verwendet werden, die als gegenüber Isocyanaten reaktive Gruppen Hydroxyl-, Thiol- und/oder primäre und/oder sekundäre Aminogruppen aufweisen. Bewährt haben sich z. B. Polyole, ausgewählt aus der Gruppe der Polyetherole sowie Polyesterole, Polythioetherpolyole, hydroxylgruppen- haltige Polyacetale und hydroxylgruppenhaltige aliphatische Polycarbonate, Polycar- bonatdiole sowie Polycaprolactondiole oder Mischungen aus mindestens zwei der ge- nannten Polyole. Vorzugsweise Anwendung finden Polyesterole und/oder Polyetherole. Die Hydroxylzahl der Polyhydroxylverbindungen beträgt dabei in aller Regel 20 bis 850 mg KOH/g und vorzugsweise 25 bis 500 mg KOH/g.

Als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen können auch Diole und/oder Triole mit Molekulargewichten von 60 bis < 400 als Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Zur Modifizierung der mechanischen Eigenschaften, z. B. der Härte, und zur Erhöhung der Stabilität des Prepolymers kann sich jedoch der Zusatz von Kettenverlängerungsmitteln, Vernetzungsmitteln oder gegebenenfalls auch Gemischen davon als vorteilhaft erweisen. Die Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel weisen vorzugsweise ein Molekulargewicht von 60 bis 300 g/mol auf. In Betracht kommen beispielsweise aliphatische, cycloaliphatische und/oder araliphatische Diole mit 2 bis 14, vorzugsweise 4 bis 10 Kohlenstoffatomen, z. B. Ethylenglykol, Propandiol-1 ,3, Decandiol-1 ,10, o-, m-, p- Dihydroxycyclohexan, Diethylenglykol, Dipropylenglykol und vorzugsweise Butandiol- 1 ,4, Hexandiol-1 ,6 und Bis-(2-hydroxy-ethyl)-hydrochinon, Triole, wie 1 ,2,4-, 1 ,3,5- Trihydroxy-cyclohexan, Glycerin und Trimethylolpropan und niedermolekulare hydroxylgruppenhaltige Polyalkylenoxide auf Basis Ethylen- und/oder 1 ,2-Propylenoxid und den vorgenannten Diolen und/oder Triolen als Startermoleküle.

Als Polyolkomponenten können allgemein auch hochfunktionelle Polyole, insbesondere Polyetherole auf Basis hochfunktioneller Alkohole, Zuckeralkohole und/oder Sacchari- de als Startermoleküle verwendet werden. Vorzugsweise werden jedoch 2- und/oder 3- funktionelle Polyether- bzw. Polyesterole auf Basis Glyzerin und/oder Trimethylolpropan und/oder Glykolen als Startermoleküle bzw. zu veresternde Alkohole eingesetzt. Die Herstellung der Polyetherole erfolgt dabei nach einer bekannten Technologie. Ge- eignete Alkylenoxide zur Herstellung der Polyole sind beispielsweise Tetrahydrofuran, Ethylenoxid, 1 ,3-Propylenoxid, 1 ,2- bzw. 2,3-Butylenoxid, Styroloxid, vorzugsweise Ethylenoxid und 1 ,2-Propylenoxid. Die Alkylenoxide können einzeln, alternierend nacheinander oder als Mischungen verwendet werden. Besonders bevorzugt werden in dem Prepolymer in der erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzung als Polyethe- role solche eingesetzt, die zum Abschluss der Alkoxylierung mit Ethylenoxid alkoxyliert wurden und damit primäre Hydroxylgruppen aufweisen.

Als Startermoleküle kommen beispielsweise in Betracht: Wasser, Glykole, wie Ethly- englykol, Propylenglykol, 1 ,4-Butandiol und 1 ,6-Hexandiol, Amine, wie Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, und 4,4'-Diaminodiphenylmethan und Aminoalkohole, wie Etha- nolamin oder Triethanolamin.

Die Polyetherole besitzen eine Funktionalität von vorzugsweise 2 bis 6 und insbeson- dere 2 bis 3 und Molekulargewichte von 400 bis 10.000, vorzugsweise 1.000 bis 7.000. Die Polyetherole können allein oder in Mischungen verwendet werden.

Polycarbonatdiole sind ebenfalls geeignet. Als Polycarbonatdiole kommen solche mit aromatischer Dihydroxyverbindungen, z. B. auf Basis 4,4'-Dihydroxydiphenyl-2,2- propan oder solche auf Basis aliphatischer Dihydroxyverbindungen, z. B. 1 ,6-

Hexandiol, in Frage. Die Molmassen erstrecken sich von 500 bis 4.000, vorzugsweise von 1.000 bis 2.000.

Geeignete Polyesterole als Polyolkomponente können beispielsweise aus organischen Dicarbonsäuren mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise aliphatischen Dicarbon- säuren mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen, und mehrwertigen Alkoholen, vorzugsweise Dio- len, mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatomen oder durch Polymerisation von Lactonen mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen hergestellt werden. Als Dicarbonsäuren lassen sich beispielsweise Glutarsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Sebacinsäure, Dodecansäure und vorzugsweise Adipinsäure, Bernsteinsäure und Phthalsäure einsetzen. Die Dicarbonsäuren können einzeln oder als Gemische verwendet werden. Zur Herstellung der Polyesterole kann es gegebenenfalls vorteilhaft sein, anstelle der Dicarbonsäuren die entsprechenden Säurederivate, wie Carbonsäureanhydride oder Carbonsäurechloride zu verwenden. Geeignete aromatische Dicar- bonsäuren sind Terephthalsäure, Isophthalsäure oder Mischungen aus diesen mit anderen Dicarbonsäuren, z. B. Diphensäure, Sebacinsäure, Bernsteinsäure und Adipinsäure. Beispiele für geeignete Glykole sind Diethylenglykol, 1 ,5-Pentandiol, 1 ,10- Decandiol und 2,2,4-Trimenthylpentandiol-1 ,5. Vorzugsweise verwendet werden 1 ,2- Ethandiol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,6-Hexandiol und 2,2-Dimethylpropandiol-1 ,3; 1 ,4- Dimethylolcyclohexan; 1 ,4-Diethanolcyclohexan, ethoxylierte/propoxylierte Produkte des 2,2-Bis-(4-hydroxy-phenylen)-propan (Bisphenol A). Je nach den gewünschten Eigenschaften der Polyurethane können die Polyole alleine oder als Mischung in verschiedenen Mengenverhältnissen verwendet werden. Als Lactone für die Herstellung der Polyesterole eignen sich z. B. α,α-Dimethyl-ß-propiolacton, γ-Butyrolacton und vor- zugsweise ε-Caprolacton. Die Polyesterole besitzen vorzugsweise eine Funktionalität von 2 bis 4, insbesondere 2 bis 3, und ein Molekulargewicht von 1.200 bis 3.000, vorzugsweise 1.500 bis 3.000 und insbesondere 1.500 bis 2.500.

Für das Prepolymer haben sich insbesondere Polyolgemische bewährt. Derartige Po- lyolgemische weisen vorzugsweise mindestens ein Diol, vorzugsweise Polypropy- lenglykol und mindestens ein Triol, vorzugsweise Polyethertriol auf. Besonders geeignete Diole weisen ein mittleres Molekulargewicht im Bereich von 500 bis 3.000, bevorzugt 700 bis 1.500 und besonders bevorzugt 800 bis 1.500 und darüber hinaus bevorzugt 800 bis 1.200 auf. Als Triol haben sich solche mit einem mittleren Molekularge- wicht von 1.000 bis 8.000, bevorzugt 2.000 bis 6.000 und besonders bevorzugt 3.000 bis 5.000 bewährt. Besonders bevorzugt ist es, dass das Polyolgemisch eine OH-Zahl im Bereich von 30 bis 140, bevorzugt 50 bis 90 und besonders bevorzugt 60 bis 80 mg KOH/g aufweist. Die vorgenannten Diole und Triole können nicht nur als Polyolgemisch sondern auch jeweils für sich zur Herstellung des Prepolymers eingesetzt werden.

In einer anderen Ausführungsform des Prepolymers hat sich der Einsatz eines Polye- therpolyols, das vorzugsweise primäre Hydroxylgruppen aufweist, mit einer OH-Zahl im Bereich von 10 bis 60, bevorzugt 20 bis 40 und besonders bevorzugt 25 bis 35 mg KOH/g bewährt.

Sofern zur Herstellung der Prepolymere Kettenverlängerungsmittel, Vernetzungsmittel oder Mischungen davon Anwendung finden, kommen diese zweckmäßigerweise in einer Menge von 0 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der insgesamt eingesetzten, gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbin- düngen zum Einsatz.

Als Isocyanate bzw. Polyisocyanate der Komponente B kommen die an sich bekannten aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen und/oder aromatischen Isocyanate, bevorzugt Diisocyanate, in Frage, die gegebenenfalls nach allgemein bekannten Ver- fahren biuretisiert und/oder isocyanuratisiert worden sein können. Im einzelnen seien beispielhaft genannt: Alkylendiisocyanate mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen im Alkylen- rest, wie 1 ,12-Dodecandiisocyanat, 2-Ethyltetramethylendiisocyanat-1 ,4, 2-Methyl- pentamethylendiisocyanat-1 ,5, Tetramethylendiisocyanat-1 ,4, Lysinesterdiisocyanate (LDI), Hexamethylendiisocyanat-1 ,6 (HDI), Cyclohexan-1 ,3- und/oder -1 ,4-diisocyanat, 2,4- und 2,6-Hexahydro-toluylendiisocyanat sowie die entsprechenden Isomerengemi- sehe, 4,4'-, 2,2'- und 2,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat sowie die entsprechenden Isomerengemische, 1-lsocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanotomethylcyclohexan (IPDI), 2,4- und/oder 2, 6-Toluylendiisocyanat, 4,4'-, 2,4' und/oder 2,2'-Diphenylmethandiiso- cyanat (monomeres MDI), Polyphenylpolymethylenpolyisocyanate, (Polymer-MDI), Naphthylen-1 ,5-diisocyanat (1 ,5-NDI) und Tolylendiisocyanat (TODI = 2,7 Dimethyl- Diphenyl-1 ,6 diisoeyanat) und Paraphenylendiisocanat (PPDI) und/oder Mischungen enthaltend mindestens zwei der genannten Isocyanate. Außerdem können Ester-, Harnstoff-, Allophanat-, Carbodiimid-, Uretdion- und/oder Urethangruppen enthaltende Di- und/oder Polyisocyanate in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.

Besonders bevorzugt für die Herstellung des Prepolymers der Klebstoffzusammensetzung ist MDI, wie Polymer-MDI oder vorzugsweise Monomer-MDI, insbesondere 4,4'- MDI, oder Mischungen aus 2,4'-MDI und 4,4'-MDI.

In einer Ausführungsform hat sich für das Prepolymer als besonders geeignet erwiesen ein Polymer-MDI mit einer mittleren Funktionalität im Bereich von 1 bis 5, bevorzugt 1 ,5 bis 4 und besonders bevorzugt 2 bis 3,5 und einer Viskosität im Bereich von 100 bis 400, bevorzugt 150 bis 300 und besonders bevorzugt 160 bis 260 mPas zu verwenden.

Als Katalysatoren können allgemein bekannte Verbindungen eingesetzt werden, welche die Reaktion von Isocyanaten mit den gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen stark beschleunigen, wobei vorzugsweise ein Gesamtkatalysatorgehalt von 0,01 bis 8 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der ins- gesamt eingesetzten gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen, verwendet wird. Beispielsweise können folgende Verbindungen verwendet werden: Triethylamin, Tribu- tylamin, Dimethylbenzylamin, Dicyclohexylmethylamin, Dimethylcyclohexylamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-diamino-diethylether, Bis-(dimethylaminopropyl)-harnstoff, N- Methyl- bzw. N-Ethylmorpholin, N, N'-Dimorpholinodiethylether (DMDEE), N- Cyclohexylmorpholin, N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, N,N,N',N'-Tetramethyl- butandiamin, N,N,N',N'-Tetramethylhexandiamin-1 ,6, Pentamethyldiethylentriamin, Dimethylpiperazin, N-Dimethylaminoethylpiperidin, 1 ,2-Dimethylimidazol, N-Hydroxy- propylimidazol, 1-Azabicyclo-(2,2,0)-octan, 1 ,4-Diazabicyclo-(2,2,2)-octan (Dabco) und Alkanolaminverbindungen, wie Triethanolamin, Triisopropanolamin, N-Methyl- und N- Ethyl-diethanolamin, Dimethyl-aminoethanol, 2-(N,N-Dimethylaminoethoxy)ethanol, N,N',N-Tris-(dialkylaminoalkyl)hexahydrotriazine, z. B. N,N',N-Tris-(dimethylamino- propyl)-s-hexahydrotriazin, Eisen(ll)-chlorid, Zinkchlorid, Bleioctoat und vorzugsweise Zinnsalze, wie Zinndioctoat, Zinndiethylhexoat, Dibuthylzinndilaurat und/oder Dibutyldi- laurylzinnmercaptid, 2,3-Dimethyl-3,4,5,6-tetrahydropyrimidin, Tetraalkylammonium- hydroxide, wie Tetramethylammoniumhydroxid, Alkalihydroxide, wie Natriumhydroxid, Alkalialkoholate, wie Natriummethylat und Kaliumisopropylat und/oder Alkalisalze von langkettigen Fettsäuren mit 10 bis 20 Kohlenstoffatomen und gegebenenfalls seitenständigen OH-Gruppen. Weiterhin sind Trimerisierungskatalysatoren wie Alkali- oder Erdalkaliacetat, vorzugsweise Kaliumacetat, zu nennen. Die vorstehenden Katalysato- ren können auch zusätzlich als Aktivator zu den als Aktivatoren eingesetzten Morpho- linderivaten verwendet werden. Somit werden Katalysatoren in das Prepolymer als solches bei dessen Herstellung und Aktivatoren mit dem Prepolymer als zusätzlicher Bestandteil der erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzung in diese eingearbeitet. Weiterhin haben sich als Katalysatoren bzw. Aktivatoren Ti-Verbindungen, insbesonde- re Ti(IV)-O-Alkylverbindungen, mit Alkylgruppen wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, 2-Pentyl, 3-Pentyl, bevorzugt Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, tert.-Butyl und besonders bevorzugt Ti(IV)butylat, bewährt.

Der Reaktionsmischung zur Herstellung der Prepolymere können gegebenenfalls noch weitere Hilfsmittel und/oder Zusatzstoffe zugesetzt werden. Genannt seien beispielsweise oberflächenaktive Substanzen, Stabilisatoren, Zellregler, Farbstoffe, Pigmente, Flammschutzmittel, Hydrolyseschutzmittel, Insektizide, fungistatisch und bakteriosta- tisch wirkende Substanzen. Die oberflächenaktiven Substanzen und Stabilisatoren wirken einer „Hautbildung" der der Luft zugewandten Oberfläche der Klebstoffzusam- mensetzung entgegen. Weiterhin verbessern die oberflächenaktiven Substanzen sowie Stabilisatoren das Verlaufen der Klebstoffzusammensetzung sowie die Kriechfähigkeit der Klebstoffzusammensetzung und das Entgasen derselben. Als oberflächenaktive Substanzen kommen z. B. Verbindungen in Betracht, welche zur Unterstützung der Homogenisierung der Ausgangsstoffe dienen. Genannt seien beispielsweise Emulgato- ren, wie die Natriumsalze von Ricinusölsulfaten oder von Fettsäuren sowie Salze von Fettsäuren mit Aminen, z. B. ölsaures Diethylamin, stearinsaures Diethanolamin, rici- nolsaures Diethanolamin, Salze von Sulfonsäuren, z. B. Alkali- oder Ammoniumsalze von Dodecylbenzol- oder Dinaphthylmethandisulfonsäure und Ricinolsäure; Stabilisatoren, wie Siloxanoxalkylen-Mischpolymerisate und andere Organopolysiloxane, oxethy- lierte Alkylphenole, oxethylierte Fettalkohole, Paraffinöle, Ricinusöl- bzw. Ricinolsäu- reester, Türkisch Rotöl und Erdnussöl, und Zellregler, wie Paraffine, Fettalkohole und Dimethylpolysiloxane. Zur Verbesserung der Emulgierwirkung, der Zellstruktur und/oder Stabilisierung des Prepolymeren eignen sich ferner die oben beschriebenen oligomeren Acrylate mit Polyoxyalkylen- und Fluoralkanresten als Seitengruppen. Wenn eine Schaumbildung verringert oder vermieden werden soll, sind als Entschäumer Trialkylphosphate bevorzugt. Diese besitzen vorzugsweise Alkylgruppen wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, 2-Pentyl, 3- Pentyl, bevorzugt Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, tert.-Butyl. Die oberflächenaktiven Substanzen werden üblicherweise in Mengen von 0,01 bis 5 Gew.-%, be- zogen auf 100 Gew.-% der insgesamt eingesetzten, gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen, angewandt.

Geeignete Flammschutzmittel sind beispielsweise Trikresylphosphat, Tris-(2- chlorethyl)phosphat, Tris-(2-chlorpropyl)phosphat, Tris(1 ,3-dichlorpropyl)-phos-phat, Tris-(2,3-dibrompropyl)phosphat, Tetrakis-(2-chlorethyl)ethylendiphosphat, Dimethyl- methanphosphonat, Diethanolaminomethylphosphonsäurediethylester sowie handelsübliche halogenhaltige Flammschutzpolyole. Außer den bereits genannten halogensubstituierten Phosphaten können auch anorganische oder organische Flammschutz- mittel, wie roter Phosphor, Aluminiumoxidhydrat, Antimontrioxid, Arsenoxid, Ammoniumpolyphosphat und Calciumsulfat, Blähgraphit oder Cyanursäurederivate, wie z. B. Melamin, oder Mischungen aus mindestens zwei Flammschutzmitteln, wie z. B. Ammoniumpolyphosphaten und Melamin sowie gegebenenfalls Maisstärke oder Ammoniumpolyphosphat, Melamin und Blähgraphit und/oder gegebenenfalls aromatische Po- lyester zum Erhöhen der Flammfestigkeit der Prepolymer bzw. der Klebstoffzusammensetzung verwendet werden. Im Allgemeinen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-%, der genannten Flammschutzmittel, bezogen auf das Gewicht der insgesamt eingesetzten, gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen, zu verwenden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Einkomponenten-Polyurethan- Klebstoff eingesetzt, der einen mindestens eine Faser enthaltenden Füllstoff aufweist.

Bevorzugt weist der Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoff mindestens eines der fol- genden Hauptmerkmale (i) bis (iii) auf:

(i) das Prepolymer weist mindestens eines der folgenden Untermerkmale (a) und (b) auf:

(a) einen NCO-Gehalt von 5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Prepolymer, (b) eine Viskosität bei 25 ⁰ C im Bereich von 300 bis 150.000 mPas,

(ii) die Komponente A weist mindestens eines der folgenden Untermerkmale (c) und (d) auf:

(c) die Komponente A enthält mindestens ein Diol oder Polyol, vorzugsweise ein Diol oder Triol und besonders bevorzugt ein Diol und Triol,

(d) die OH-Zahl der Komponente A liegt im Bereich von 10 bis 500 mg KOH/g,

(iii) der Füllstoff weist mindestens eines der folgenden Untermerkmale (e) oder (f) auf:

(e) die Faser besteht mindestens aus einem Faserpolymer, (f) der Füllstoff besteht zusätzlich zu der Faser aus mindestens einem nicht- faserförmigen Füllkörper.

Die Viskosität bei 25°C des Prepolymers liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 300 und 15.000, bevorzugt 500 und 10.000 mPas, wenn die Klebstoffzusammensetzung pumpbar sein soll. Ist es hingegen beabsichtigt, die Klebstoffzusammensetzung als pastöse, spachtelfähige Masse einzusetzen, liegt die Viskosität bei 25°C des Prepolymers vorzugsweise im Bereich > 15.000 bis 150.000 und besonders bevorzugt im Bereich von 20.000 bis 100.000 mPas.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Klebstoffzusammensetzung lösungs-mittelarm ist. Dieses ist dann der Fall, wenn die in der Klebstoffzusammensetzung enthaltene Lösungsmittelmenge < 10, bevorzugt < 5 und besonders bevorzugt < 2 Gew.-% beträgt. Lösungsmittel sind erfindungsgemäß organische und anorganische Flüssigkeiten, die sich als Träger der übrigen Bestandteile der Klebstoffzusammensetzung eignen und nicht mit zumindest einem Teil der anderen Bestandteile aushärten.

Vorzugsweise ist die Klebstoffzusammensetzung lösungsmittelfrei.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Klebstoffzusammensetzung sind sowohl das vorgenannte Hauptmerkmal des Prepolymers (i) als auch das Hauptmerkmal (ii) der Komponente A verwirklicht.

In einer anderen Ausführungsform der Klebstoffzusammensetzung sind das Haupt- merkmal (ii) der Komponente A sowie das Hauptmerkmal des Füllstoffs (iii) erfüllt.

In einer anderen Ausführungsform der Klebstoffzusammensetzung sind alle drei Hauptmerkmale (i) bis (iii) erfüllt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Klebstoffzusammensetzung sind solche, in denen bei dem Prepolymer, der Komponente A und dem Füllstoff jeweils beide Untermerkmale (a) und (b) bzw. (c) und (d) bzw. (e) und (f) erfüllt sind.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Klebstoffzusammensetzung sind sowohl alle Hauptmerkmale (i) bis (iii) als auch alle Untermerkmale (a) bis (f) erfüllt.

In einer weiteren Ausführungsform der Klebstoffzusammensetzung ist neben den Merkmalen (i) bis (iii) noch mindestens eines der Merkmale (iv) und (v) erfüllt:

(iv) das Faserpolymer ist mindestens ein Polyamid, (v) der Füllkörper besteht aus mindestens einem anorganischen Material.

Es ist bevorzugt, dass die Faserpolymere der Klebstoffzusammensetzung überwiegend aus organischen oder anorganischen Materialien gebildet werden. Als organische Ma- terialien für Faserpolymere kommen insbesondere Polykondensate und Polyadditions- polymere in Betracht, die vorzugsweise kein Polyurethan sind, wobei Polykondensate bevorzugt sind. Als Polykondensate sind Polycarbonate, Polyester, Polyamide, Polyi- mide, Melamin-Formaldehyd-Harz besonders geeignet.

Polyadditionspolymere sind insbesondere Polyacrylate, Polymethacrylate, Polystyrole, Polyacrylnitrile, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylalkohol sowie die Copolymere aus mindestens zwei Monomeren der vorgenannten Unipolymere sowie deren Blends aus mindestens zwei davon.

In der Klebstoffzusammensetzung ist es besonders bevorzugt, dass als Faserpolymer ein Polyamid eingesetzt wird. Hierzu sind alle dem Fachmann bekannten, handelsüblichen Polyamide geeignet. Besonders haben sich jedoch Polyamide wie Nylon, insbesondere Nylon-6,6 oder Nylon-6 sowie Polyaramide bewährt.

Weiterhin können die Fasern auf natürlichen organischen Faserpolymeren, beispielsweise Cellulose, Baumwolle, Jute, Viskose und Sisal, basieren oder bestehen. Zudem können die Fasern auch aus anorganischen Materialien gebildet werden. Als anorganische Faserpolymere sind Kohlenstoff-, Glas- und Mineralwollfasern bevorzugt. Weiterhin ist es möglich, dass die Fasern aus verschiedenen Materialien, beispielsweise durch Verspinnen, erhalten werden.

Die eingesetzten Fasern besitzen vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 100, bevorzugt 10 bis 60 und besonders bevorzugt 10 bis 30 μm und eine Länge im Bereich von 0,02 bis 6, bevorzugt 0,05 bis 4 und besonders bevorzugt 0,1 bis 2 mm.

Zudem weist die Klebstoffzusammensetzung einen nicht-faserförmigen Füllkörper auf, der aus mindestens einem anorganischen Material besteht. Grundsätzlich sind alle dem Fachmann bekannten und insbesondere die käuflich erhältlichen anorganischen Materialien für den erfindungsgemäßen Klebstoff geeignet, die als Feststoff vorliegen. Die anorganischen Materialien müssen insbesondere in dem Temperaturbereich, in dem die erfindungsgemäße Klebstoffzusammensetzung verarbeitet wird und der verklebte Gegenstand später eingesetzt wird, als Feststoff vorliegen. Dieser Temperaturbereich beginnt vorzugsweise bei -50 und reicht bis +160 ⁰ C. Als besonders geeignete anorganische Materialien haben sich die Sauerstoffverbindungen des Siliciums oder Aluminiums, oder Magnesiums oder mindestens zwei davon, die darüber hinaus gegebenenfalls noch weitere Elemente aufweisen, bewährt. Besonders geeignet sind Silikate und Aluminiumoxide, beispielsweise Tonerde, wie China Clay, und Quarzverbindungen oder Kieselsäure.

Die nicht-faserförmigen Füllkörper sind vorzugsweise teilchenförmig. 80 % der teilchen- förmigen Füllkörper besitzen eine Teilchengröße im Bereich von 0,01 bis 50, bevorzugt 0,1 bis 10 und besonders bevorzugt 0,2 bis 8 μm.

Der erfindungsgemäß verwendete Füllstoff kann Fasern oder zusätzlich Füllkörper beinhalten. Sofern der Füllstoff sowohl Fasern als auch Füllkörper aufweist, ist es bevorzugt, dass mindestens so viel Füllkörper wie Fasern, vorzugsweise Füllkörper im Über- schuss, im Füllstoff zu finden sind.

Füllstoffe sind insbesondere deshalb in der Klebstoffzusammensetzung enthalten, um deren physikalische Eigenschaften für die verschiedenen Verwendungen zu verbessern. Hierzu muss die Klebstoffzusammensetzung nach der Aushärtung eine möglichst kompakte, blasenfreie Klebstoffschicht bilden und die Fugen zwischen den Substraten müssen möglichst vollständig ausgefüllt sein. Zur Erhöhung der Adhäsion sollte die

Klebstoffzusammensetzung zu einem Teil in die Substratoberfläche eindringen. Jedoch darf es nach der Aushärtung der Klebstoffzusammensetzung zum Klebstoff nicht durch dieses Eindringen bzw. durch Schwund zu Hohlräumen kommen, welche die Kohäsion verschlechtern könnten. Insbesondere in dickeren Fugen, im Bereich von größer 0,1 bis 1 mm, vorzugsweise 0,2 bis 1 mm, können diese Anforderungen besonders gut durch die Einarbeitung von Füllstoffen in der zuvor beschriebenen Zusammensetzung in die Klebstoffzusammensetzung erfüllt werden.

Bei den in den Klebstoffzusammensetzungen enthaltenen Füllstoffen hat es sich be- sonders bewährt, dass diese einen Wassergehalt von unter 5, bevorzugt unter 1 und besonders bevorzugt unter 0,1 Gew.-%, bezogen auf den Füllstoff, besitzen. Dieses ist insbesondere mit Hinblick auf die Herstellung der erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzung von Vorteil.

Der Aktivator der Klebstoffzusammensetzung besteht mindestens aus einem Morpho- linderivat. Als Morpholinderivate besonders geeignet sind 4-Methylmorpholin, 4- Ethylmorpholin, 4-Cyclohexylmorpholin, 2,2'-Dimorpholinodiethylether oder Dimorpho- linopolyethylenglykol, oder mindestens zwei davon. Weiterhin können neben den Mor- pholinderivaten weitere aktivierend wirkende Verbindungen wie sie beispielsweise als Polyurethan-Katalysatoren in Becker/Braun, Kunststoffhandbuch 7 (1993) beschrieben sind, verwendet werden, wobei der Anteil der Morpholinderivate vorzugsweise überwiegt.

Vorteilhaft, insbesondere im Hinblick auf die Lagerstabilität, haben sich thixotropieren- de Hilfsmittel bewährt. Besonders bevorzugte thixotropierende Hilfsmittel sind Bentoni- te, Kaoline, Alginsäure und Kieselsäure, wobei Kieselsäure besonders bevorzugt ist. Neben oder anstelle der vorgenannten aus Festkörpern bestehenden thixotropierenden Hilfsmittel sind lösliche thixotropierende Hilfsmittel bevorzugt, die beispielsweise über die Umsetzung eines Isocyanats in Gegenwart von Aminen gewonnen werden können, wie es in den Druckschriften EP 300 388 A1 , DD 156 480, DD 211 689, DD 211 930 und DD 211 931 beschrieben ist.

Bei thixotropierenden Hilfsmitteln handelt es sich um kleinstteilige Stoffe, die Flüssigkeiten bereits verdicken, wenn sie in geringen Mengen der Flüssigkeit, beispielsweise bis maximal 10 Gew.-%, bezogen auf die Flüssigkeit, zugesetzt werden. Vorzugsweise besitzen diese kleinen Teilchen an ihrer Oberfläche Silanogruppen, die mit der Flüssigkeit, mit der sie dispergiert werden, unter Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen in Wechselwirkung treten und somit zu einer Verdickung dieser Flüssigkeit führen. Typisch für thixotropierende Hilfsmittel ist, dass bei gleicher Menge die Verdickungs- Wirkung mit abnehmender Teilchengröße bei entsprechend sorgfältiger Dispergierung durch starkes Mischen steigt. Weiterhin weisen die thixotropierenden Hilfsmittel den Vorteil auf, dass sie in der dispergierten Flüssigkeit nicht sedimentieren. Zudem verhindern oder verzögern die thixotropierenden Hilfsmittel die Sedimentation von Füllstoffen. Als Materialien für thixotropierende Hilfsmittel sind in feiner Pulverform Montmoril- lonit, Mg/Al-Silikat, Al/Na-Silikat, Bentonite, Hectorit, Na/Mg-Silikat, pyrogene Kieselsäuren, hydratisierte Kieselsäuren, Hornblende-Chrysotil, Chrysotil-Asbest, Chrysotil- Kieselsäure sowie gefälltes MgO bevorzugt, wobei pyrogene Kieselsäuren, beispielsweise erhältlich als Aerosil der Degussa-Hüls AG, und Mg-Silikate, erhältlich als Bentone von Kronos Titan GmbH Leverkusen, bevorzugt sind und Aerosil besonders be- vorzugt ist.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung eines vorstehend beschriebenen Verbundwerkstoffes im Hoch-, Tief-, Schiffs-, Fahrzeug-, Energieanlagen-, Bergbau oder im Möbelbau.

Bevorzugt kann der Verbundwerkstoff als tragendes Element, insbesondere als Boden-, Zwischenboden-, Wand- oder Dachelement eingesetzt werden. Der Verbundwerkstoff kann weiterhin als Stütz- und/oder Verschalungselement eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines oben beschriebenen Verbundwerkstoffes als Container- oder Trailerboden.

Bevorzugt ist die Verwendung als Konstruktionselement in Lastkraftwagen, Bussen, Trailern, Flugzeugen, Eisenbahnen, Schiffen oder Fähren.

Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff ist auch besonders geeignet zur Verstärkung von Windrotorblättern oder anderen Bauteilen von Energieanlagen.

Besonders bevorzugt ist auch der Einsatz im Hoch- und Tiefbau, zum Verschalen von Beton- und anderen Konstruktionen, wo gute Tragfähigkeiten und insbesondere auch gute Trennwirkungen zu anderen Baustoffen, insbesondere Kunststoffen oder Beton, wichtig sind.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Container- oder Trailerboden, gebildet aus einem vorstehend beschriebenen Verbundwerkstoff.

Obwohl die Zusammenhänge nicht vollständig geklärt sind, wird angenommen, dass durch die erfindungsgemäße Verbindung eines verholzenden Riesengrases, insbeson- dere Bambus, mit einem Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoff, enthaltend ein Prepo- lymer mit freien NCO-Gruppen, eine verbesserte chemische Anbindung des Klebstoffs an die Matrix der Schichten aus dem verholzenden Riesengras über die freien NCO- Gruppen des Prepolymers erreicht wird, indem diese mit den freien OH-Gruppen aus dem verholzenden Riesengras, insbesondere aus der Stärke oder Zellulose, bzw. Lingnin und Bestandteile kieselsäurehaltiger Derivate, insbesondere in den äußeren Schichten, sowie auch mit der Restfeuchte aus dem verholzenden Riesengras reagieren.

Container- oder Trailerböden müssen bestimmten Spezifikationsanforderungen genü- gen: Die Werkstoffe kommen dabei als Platten in den üblichen Maßen von 2,40 m x 1 ,16 m x 28 mm (Länge x Breite x Dicke) zur Anwendung. Ein Fußboden eines 20 f Containers besteht zum Beispiel aus jeweils vier parallel und paarweise hintereinander angeordneten Platten in den obigen Maßen und zwei zusätzlichen Platten der halben o.g. Länge. Ihre Anwendung ist jedoch nicht auf diese Abmaße beschränkt. Insbeson- dere ist die Verwendung des hier erfinderisch beschriebenen Verbundwerkstoffes nicht auf diese Abmaße oder Dichtebereiche beschränkt. Die Dichte soll 0,8 ± 0,1 kg/l betragen und kann auch je nach Aufbau und Anwendungsbereich 0,8 ± 0,2 kg/l betragen.

Die Norm HCL (Institute of International Container Lessors), TB 001 , vom 1. September 2002, „Short Span Test" (250 mm „Span Shear Test") für die statische Biegefestigkeit im Dreipunkt-Biegeversuch normiert eine Kraft bis zur Beschädigung von mindestens 6900 N. Die Versuchsdurchführung und die Dimensionen des Probekörpers (Länge 30,5 cm, Breite 5 cm, Dicke 28 mm, wobei der Probekörper auf einer Auflage mit zwei Auflagepunkten im Abstand von 250 mm liegt) sind in der HCL TB 001 ausführlich be- schrieben. Hierbei ist nicht nur ein Versagen durch Bruch, sondern auch insbesondere eine Delaminierung zwischen den Schichten als Beschädigung gewertet, die vor allem bei unzureichender Verklebung auftritt. Die Tests werden im Normklima (23°C und 55 % relative Luftfeuchte) durchgeführt.

Diese Anforderungen werden von dem zurzeit noch überwiegend eingesetzten Tropenholz Apitong, Meranti, Malas, Bitangor u.a. erfüllt: Schichtwerkstoffe (auch allgemein „Plywood" genannt) aus Apitongholz mit Phenolformaldehyd als Kleber haben eine Dichte von ca. 0,8 - 0,9 kg/l und eine Belastungsgrenze von etwa 7000 bis 7300 N im statischen Dreipunkt-Biegeversuch bei 23°C/55 % relative Luftfeuchte.

Da tropische Harthölzer wie Apitong u.a. jedoch nicht mehr unbegrenzt verfügbar sind, müssen Alternativen gefunden werden, die die obigen Spezifikationsanforderungen ebenfalls erfüllen, bzw. das bisherige Leistungsniveau der alternativen Schichtwerkstoffe („Plywood") aus anderen Materialien, wie zum Beispiel Bambus deutlich übertref- fen.

Die auf dem Markt befindlichen Verbundwerkstoffe „Plywoods" aus anderen Materialien, erfüllen überwiegend nicht die obigen Anforderungen: Verbundstoffe aus Bambusschichten, die konventionell mit Phenolformaldehyd verklebt sind, sowie auch Ver- bundwerkstoffe aus anderen Hölzern, wie Buche, Kiefer, Lärche, Birke, Eukalyptus u.a. Holzfurnieren oder Schichtwerkstoffe („Plywoods" aus Mischungen verschiedener Holzfurniere und auch beispielsweise derartige Mischungen mit Bambusschichten), die jeweils mit Phenolformaldehyd und/oder Polyvinylacetat u.a. verklebt sind, erfüllen nicht die oben beschriebenen Anforderungen für die Verwendung als Containerböden und den Zertifizierungstest für Containerböden nach HCL TB 001. Derartige Schichtwerkstoffe weisen maximale Kräfte bis zum Versagen im Bereich von 5400 bis 6600 N jeweils bei 23°C und 55 % relativer Luftfeuchte auf. Je nach Aufbau und zur Anwendung kommender Materialien und Klebstoffe zeigen diese Schichtwerkstoffe sogar Dichten bis 0,9 kg/l und teilweise sogar bis > 1 kg/l auf.

Dagegen weist der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff die zum Beispiel für Containerböden geforderte niedrige Dichte von maximal 0,8 ± 0,1 kg/l auf. Tabelle 1 : Wesentliche Kenndaten der verschiedenen Werkstoffe nach HCL TB 001 bei 23°C/55 % relativer Luftfeuchte

Im Zertifizierungstest für Containerböden gemäß HCL TB 001 zeigt der Werkstoff aus dem praktisch nicht mehr verfügbaren tropischen Regenwaldholz Apitong mit Phenolformaldehyd (PF) verklebt eine max. Kaft von 7506 N und erfüllt somit die Spezifikation. Der Ersatzwerkstoff Plywood mit Phenolformaldehyd (PF) verklebt erfüllt mit einer maximalen Kraft bei Versagen in Höhe von 6282 N die Spezifikation für Containerböden ebenso wenig wie Bambus mit Phenolformaldehyd (PF) verklebt (max. Kraft 6558 N).

Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff Bambus mit 1 K-PUR-Kleber verklebt weist überraschenderweise mit deutlich geringerer Dichte (0,8 kg/l gegenüber 1 ,05 kg/l) eine max. Kraft von 12363 N auf, die damit etwa doppelt so hoch ist wie die der bisherigen Werkstoffe

Bei den hier beschriebenen Versuchen zur Ermittlung der statischen Leistungsfähigkeit derartiger Werkstoffe für Containerböden, wurde aus den gemessenen Versuchsdaten des Weiteren die maximale Biegespannung (Sigma gemessen zum Beispiel in MPa), die sich aus der vorgeschriebenen Probengeometrie (gem. HCL TB 001 ) und der im Test gemessenen maximalen Kraft beim Versagen ergibt, ermittelt. Diese beträgt für die nicht mehr verfügbaren tropischen Harthölzer Apitong 71 ,6 MPa, für die Ersatzwerkstoffe Plywood 66,5 MPa und für Bambus 64,8 MPa. Der erfindungsgemäße Ver- bundwerkstoff weist demgegenüber eine maximale Biegespannung von 129 MPa auf, die damit ebenfalls etwa doppelt so groß ist wie die der Vergleichswerkstoffe. Die Biegespannung (Sigma) wird in Dubbel, Taschenbuch für Maschinenbau beschrieben.

Der E-Modul ist dem Fachmann allgemein als materialcharakteristische Kenngröße bekannt. Für die hier beschriebenen Werkstoffe beträgt der Biege E- Modul, wie er sich aus den hier duchgeführten Messungen ergibt, für die tropischen Regenwaldhölzer Apitong 6562 MPa, für Plywood 5323 MPa und für Bambus 5974 MPa. Demgegenüber beträgt der Biege E-Modul des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes (Bambus mit 1 -K-PUR) 8010 MPa und liegt damit deutlich höher als die der Vergleichswerkstoffe, was sich in der deutlich höheren Festigkeit des erfindungsgemäßen Werkstoffes bemerkbar macht.

Während die oben beschriebenen Kennwerte das mechanisch-statische Leistungsniveau der Werkstoffe bei 23 ° C /55% rel. Luftfeuchte beschreiben, wie es auch in der maßgebenden Spezifikation für Containerböden (HCL TB 001) gefordert ist, sagen sie jedoch nichts über das Verhalten bei höheren Temperaturen aus, die in Containern in den jeweiligen Regionen der Erde durchaus vorkommen.

Die nachfolgenden Messungen belegen, dass das hohe Leistungsniveau bei Raumtemperatur auch bei hohen Temperaturen sichergestellt wird. Tabelle 2 zeigt die entsprechenden Messungen gemäß HCL TB 001 bei 80 ⁰ C, wenngleich derartige Messungen in der Spezifikation nicht gefordert oder beschrieben sind.

Tabelle 2: Wesentliche Kenndaten der verschiedenen Werkstoffe nach HCL TB 001 bei 80 ⁰ C

Die jeweiligen Prüfkörper wurden hierfür bis zur vollständigen Durchwärmung bei 80 ⁰ C gelagert und gemessen.

Die in Tabelle 2 aufgeführten Daten zeigen das deutlich bessere Leistungsniveau des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes gegenüber allen oben diskutierten Vergleichsmaterialien. Insbesondere zeigt sich das fast doppelt so hohe Leistungsniveau in max. Kraft und max. Biegespannung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes aus Bambus mit 1-K-PUR Kleber gegenüber dem Vergleich Bambus mit Phenolformaldehyd (PF). Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff auch exzellente dynamische Eigenschaften auf: Hierzu wurde eine Messmethode entwickelt, um die dynamische Belastungsgrenze zu ermitteln. Es wurden sogenannte Wöhler-Kurven aufgenommen. Wöhlerkurven werden zum Beispiel in: Dubbel, Taschenbuch für Maschinen- bau beschrieben. Dafür wurden Proben der jeweiligen Werkstoffe von 30,5 cm Länge, 5 cm Breite und 28 mm Dicke, wie sie im oben genannten HCL TB 001 beschrieben und verwendet wurden, periodisch mit einer Frequenz von 10 Hz mit einer maximalen Biegespannung belastet und jeweils auf 10 % dieser maximalen Biegespannung entlastet. Das Verhältnis von max. Belastung zu minimaler Belastung eines Zyklus wird mit R angegeben. R beträgt in diesen Tests R = 0,1. Die Frequenz des periodischen Belastungsvorganges wird in Hz gemessen und gibt an, wie viele Zyklen mit den genannten Parametern pro Sekunde durchlaufen werden. Da aus dem HCL TB 001 „Short span test" die maximale Biegespannung, bei der Probekörper bei einmaliger Belastung zerstört wird, ermittelt wurde, werden für diese dynamischen Tests, in der die Probe- körper 10 mal/sec belastet und auf 10 % entlastet werden, mit entsprechend niedrigeren Biegespannungen begonnen. Wird die Probe bei einer bestimmten Biegespannung nach einer bestimmten Anzahl von Zyklen (mit 10 Hz) zerstört, wird ein neuer Probekörper aus dem gleichen Werkstoff mit einer etwas geringeren Biegespannung getestet und die damit erreichte Anzahl der durchlaufenden Zyklen gemessen, bei der auch dieser Probekörper zerstört wird. Danach wird der Vorgang mit einem neuen Probekörper und einer etwas geringeren Biegespannung wiederholt. Erst wenn der Probekörper nach einer großen Anzahl durchlaufener Zyklen (diese liegt bei mehr als 1 Mio) nicht mehr zerstört wird, kann ein Leistungsniveau für die dynamische Dauerfestigkeit des Werkstoffes abgeleitet werden. Die Anzahl der ohne Beschädigung (Bruch oder Delamination des Schichtwerkstoffes) mit der entsprechenden Belastung (jeweilige Biegespannung) durchlaufenen Zyklen liefert damit eine Aussage über das zu erwartende dynamische Leistungsniveau oder auch über das Ermüdungsverhalten des jeweiligen Werkstoffes während seiner Verwendung als Containerboden. Je höher die Anzahl der ohne Beschädigung durchlaufenen Zyklen und je höher die dabei einge- brachte maximale Biegespannung ist, desto höher ist das dynamische Leistungsniveau des Werkstoffes und damit auch die reale Lebensdauer der jeweiligen Containerböden. Zur Ermittlung der jeweils zur Anwendung kommenden maximalen Biegespannungen dienen dabei die maximalen Biegespannungen bei Versagen aus HCL TB 001 , wie sie in Tabelle 1 zusammengefasst sind. Da es sich hierbei um die maximale Biegespan- nung bei Versagen handelt, d.h. die Biegespannung, bei der der jeweilige Werkstoff bei einmaliger Belastung versagt, werden für die Wöhlerkurven entsprechend niedrigere Biegespannungen gewählt. Dabei wird die maximale Biegespannung sukzessive erniedrigt, bis, wie oben angegeben, die Werkstoffprobe mit 10 Hz periodisch belastet/entlastet werden kann, ohne dass es zum Versagen kommt. Wöhler-Kurven für Vergleichswerkstoffe sowie für den erfindungsgemäßen Werkstoff Bambus mit 1 K- PUR-Kleber sind in Figur 1 dargestellt.

Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff kennzeichnet sich insbesondere auch durch eine elastische reversible Energieaufnahme, und er wirkt dabei auch energiedissipie- rend. Hieraus ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere in Bereichen, wo eine erhöhte Energieaufnahme erforderlich ist, beispielsweise für schusssichere Elemente, oder in explosionsgefährdeten Umgebungen, beispielsweise im Bergbau oder in chemischen Anlagen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen im Einzelnen:

Figur 1 Wöhler-Kurven für den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff Bambus, verbunden mit einem Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoff sowie für Verbundwerkstoffe zum Vergleich, und zwar Bambus, verklebt mit Phenolformaldehyd sowie Plywood, verklebt mit Phenolformaldehyd,

Figur 2 die Ergebnisse von Falltestversuchen mit denselben Verbundwerkstoffen wie in Figur 1 ,

Figur 3 eine lichtmikroskopische Aufnahme eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes aus mehreren Bambusschichten, die mit einem Einkomponen- ten-Polyurethan-Klebstoff verbunden sind,

Figur 4 eine vergrößerte Darstellung einer lichtmikroskopischen Aufnahme eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes aus Bambus und einem Einkom- ponenten-Polyurethan-Klebstoff sowie

Figur 5 eine lichtmikroskopische Aufnahme von Bambus und

Figur 6 eine vergrößerte Darstellung einer lichtmikroskopischen Aufnahme von Bambus.

Die in Figur 1 dargestellten Wöhlerkurven wurden bei 23°C, 55 % relativer Luftfeuchtigkeit und bei einer Belastung mit einer Frequenz von 10 Hz mit einem Verhältnis R gleich 0,1 von minimaler zu maximaler Biegespannung aufgenommen. Auf der Ordinate ist die Biegespannung σ in MPa oder N/mm ² und auf der Abszisse die Anzahl der Zyklen aufgetragen. Die Werte für den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff aus Bambus mit einem Einkomponentenpolyurethankleber sind als Quadrate, die Werte für einen Vergleichswerkstoff aus Bambus mit Phenolformaldehyd-Kleber als Rauten und Werte für Plywood mit einem Phenolformaldehyd-Kleber als Dreiecke dargestellt. Dabei sind mit jeweils leeren Quadraten, Dreiecken bzw. Rauten die Werte dargestellt, bei denen die Werkstoffe noch intakt sind, und mit gefüllten Quadraten, Rauten bzw. Dreiecke die Werte, bei denen die Werkstoffe beschädigt sind.

Die Diagramme in Figur 1 zeigen, dass der Vergleichswerkstoff Plywood, verklebt mit Phenolformaldehyd (dargestellt durch Dreiecke) bei allen Belastungen mit maximalen Biegespannungen von höher als 30 MPa, zerstört wird. Erst wenn die maximale Biegespannung auf etwa 30 MPa erniedrigt wird, durchläuft die Probe ca. 2 Mio Zyklen ohne zerstört zu werden. Der Vergleichswerkstoff Bambus, verklebt mit Phenolformaldehyd (dargestellt durch Rauten) kann bei gleicher Anzahl von Zyklen eine maximale Biegespannung von etwa 40 bis 42 MPa aufnehmen. Demgegenüber kann der erfindungs- gemäße Werkstoff Bambus, verklebt mit einem Einkomponentenpolyurethan-Klebstoff (dargestellt durch Quadrate) eine maximale Biegespannung von 75 MPa aufnehmen und zeigt selbst nach 5 Mio Zyklen keinerlei Anzeichen einer Ermüdung oder Beschädigung. Mit 70 MPa maximaler Biegespannung wurden die Tests bei 10 Mio Zyklen aus Zeitgründen beendet, da auch hierbei keinerlei Ermüdungserscheinungen zu erkennen waren.

Der erfindungsgemäße Werkstoff weist damit hinsichtlich seiner maximalen Biegespannung und Zyklenzahl ein um Faktor 2,5 bzw. Faktor 5 deutlich höheres dynamisches Leistungsniveau auf als die Vergleichswerkstoffe.

Es wird angenommen, dass die niedrigere Dichte des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes und die gleichzeitig wesentlich verbesserten mechanischen Eigenschaften dadurch erreicht werden, dass der erfindungsgemäß gewählte Klebstoff nicht in die geschlossenen Kammern des verholzenden Riesengrases, insbesondere Bambus, eindringt, sondern diese intakt lässt.

Bei Verwendung der aus dem Stand der Technik bekannten Klebstoffe für Bambus, insbesondere Phenolformaldehyd, dringt der Klebstoff dagegen zumindest teilweise in die Struktur des verholzenden Riesengrases, insbesondere Bambus ein, und ver- schlechtert dadurch sowohl die Dichte, die sich erhöht, als auch die mechanischen und dynamischen Eigenschaften.

Dass der erfindungsgemäße Werkstoff ein deutlich höheres dynamisches Leistungsniveau aufweist, zeigt sich auch in einer ausgeprägt höheren und reversibel elastischen Energieaufnahme in entsprechenden Falltestversuchen. Hierbei wurden 32 cm x 32 cm große Platten mit den jeweiligen in Tabelle 1 und 2 angeordneten Dicken aus den jeweiligen Werkstoffen auf einem Stahlrahmen mit 8 cm Höhe an den vier Eckpunkten mit vier M 8 Schrauben verschraubt, wobei der Abstand der Stahlträger 26 cm betrug. Die Platte hatte keine weitere Unterstützung/Unterlage, so dass diese Versuchsanord- nung die reale Einbausituation in einem Container sehr realitätsgetreu abbildet. Die Platten wurden sodann einem Falltestversuch unterzogen, indem man eine zylindrische Halbkugel von 99 kg Gewicht aus einer Höhe von 0,624 m ungebremst auf den nicht unterstützen Probekörper fallen ließ. Die dabei eingetragene Energie beträgt in den hier gezeigten Falltests jeweils 609 J, was unter diesen Bedingungen einer Auf- treffgeschwindigkeit von 3,5 m/sec. entspricht.

Figur 2 zeigt Diagramme von Falltestversuchen mit einer Halbkugel mit einem Durchmesser von 100 mm und einem Gewicht von 99 kg, bei einer Fallhöhe von 0,624 m. Somit betrug die eingetragene Energie 609 J. In der Figur ist auf der Abszisse die Ver- formung V in mm und auf der Ordinate die Kraft F in kN aufgetragen. Die Werte für den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff Bambus, verbunden mit einem Einkomponentenpolyurethan-Klebstoff durch Quadrate, die Werte für einen Vergleichswerkstoff aus Bambus mit Phenolformaldehyd-Kleber durch Dreiecke und die Werte für einen Vergleichswerkstoff aus Plywood mit Phenolformaldehyd-Kleber durch Rauten dargestellt.

Die Platte aus dem Plywood-Verbundwerkstoff (dargestellt durch Rauten) wurde im Versuch vollständig zerstört, was einer irreversiblen Energieaufnahme entspricht. Die Platte zeigte dabei eine bleibende Verformung bzw. einen Setzbetrag von 14 mm, entsprechend 50 %, bezogen auf die ursprüngliche Plattendicke.

Auch die Platte aus dem Verbundwerkstoff Bambus mit Phenolformaldehyd-Kleber (dargestellt durch Dreiecke) wurde bei dem Versuch zerstört, was einer irreversiblen Energieaufnahme entspricht. Sie zeigte dabei eine bleibende Verformung, bzw. einen Setzbetrag von 7 bis 8 mm, entsprechend ca. 30 % der ursprünglichen Plattendicke.

Der Widerstand der Platte gegen die bei diesem Versuch eingebrachte Energie drückt sich dabei in der gemessenen Kraft als Response des Materials aus.

Diese Responsekraft oder der Widerstand gegen die Zerstörung liegt bei der Plywood platte bei ca. 25 kN, bei dem Bambus Phenolformaldehydmaterial bei ca. 30 kN bis max. 35 kN.

Überraschenderweise blieb die Platte aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff Bambus -1 -K-PUR -Kleber (dargestellt durch Quadrate) vollkommen intakt und wies keinerlei bleibenden Setzbetrag auf. Die gesamte Energieaufnahme ist reversibel und wird da- bei elastisch dissipiert, ohne dass es zu einer Schädigung der Prüfplatte kommt. Die max. Responsekraft von ca. 50 kN ist dabei doppelt so hoch wie die von Plywood Phenolformaldehyd bzw. um 66% höher als die des Vergleichswerkstoffes Bambus Phenolformaldehyd.

Diese Versuche belegen damit weiterhin das deutlich höhere dynamische Leistungsniveau des erfindungsgemäßen Werkstoffes Bambus -1 -K-PUR, der sich auch besonders in seiner zerstörungsfreien Energieaufnahme dokumentiert, und der die angesprochene höhere Leistungsfähigkeit von damit hergestellten tragenden Teilen, wie hier insbesondere Containerböden, wirkungsvoll untermauert.

Figur 3 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes aus Bambus mit einem Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoff.

Die lichtmikroskopische Aufnahme zeigt klar den orthogonalen Schichtaufbau, d.h. zwischen den hier im Hintergrund erscheinenden und im Querschnitt zu sehenden hohlen Bambusschichten liegen orthogonal dazu (im Winkel von 90°) die Bambusschichten in Längsrichtung. Die Zellstruktur des Bambus ist vollkommen intakt und ungefüllt.

Figur 4 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme mit entsprechender Auflösung wie in Figur 3, jedoch Bambus allein, ohne Zusatz eines Klebstoffes.

Figur 5 zeigt eine stark vergrößerte Aufnahme (die Skala in der rechten unteren Ecke der Aufnahme entspricht 200 μm) eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes aus Bambus mit einem Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoff. Es ist klar zu erkennen, dass die Zellstruktur des Bambus vollkommen intakt und nicht vom verwendeten 1-K- PUR-Klebstoff durchdrungen oder gar gefüllt ist.

Figur 6 zeigt eine stark vergrößerte Aufnahme (die Skala in der rechten unteren Ecke der Aufnahme entspricht 200 μm) mit derselben Auflösung wie in Figur 5, jedoch von Bambus allein.

Aus dem Vergleich der Figuren 4, 5 und 6 ist deutlich zu erkennen, dass die Zellstruktur des Bambus verklebt mit dem Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoff (dargestellt in Figur 4) vollkommen intakt und unverändert gegenüber Bambus allein, ohne Klebstoff ist.