HIGH-WATER PROTECTION

Abstract: 1. Flood protection, characterized in that a casing contains a polymer which is insoluble in water and swells intensively in water, in a form in which at least one dimension is small enough to ensure a rapid intake of water and that the permeability of the casing in fact enables a fast penetration of water, but prevents the unswollen polymer from falling out.

Description: Beschreibung Zur Errichtung von Schutzdämmen gegen Hochwasser, zum schnellen Abdichten von Wassereinbrüchen, zum Verschliessen von Türen und Fenstern gegen eindringendes Wasser und zum Oberhöhen von durch Überflutung bedrohten Schutzmauern werden seit langer Zeit Sandsäcke verwendet. Vorteile des Sandsackes sind seine durch hohes Gewicht bedingte Standfestigkeit und die Fähigkeit, sich Unebenheiten anzupassen. Nachteilig ist, dass grössere Mengen kaum gelagert oder transportiert werden können, so dass im Bedarfsfall die Säcke erst an Ort und Stelle gefüllt werden und dafür unter Umständen die Zeit fehlt. Andererseits wurde auch versucht, grosse Schläuche aus beschichtetem Gewebe, die mit Wasser gefüllt werden, als Schutzdamm zu verwenden. Vorteile dieses Systems sind die gute Lagerfahigkeit der aufgerollten Schläuche und die leichte Verfügbarkeit des Füllmaterials Wasser. Nachteilig ist, dass sich die grossen Schläuche den örtlichen Verhältnissen nur schlecht anpassen lassen und dass das Füllen starke leistungsfähige Pumpen und Hydranten erfordert. Ferner ist eine ausreichende Standfestigkeit nur gegeben, wenn noch ein beachtlicher Teil des gefüllten Schlauches aus dem Wasser ragt, denn nur dieser verleiht ihm noch das für den Halt erforderliche Gewicht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zu schaffen, das die Vorteile des Sandsackes besitzt aber nicht seine Nachteile und das die Errichtung von Schutzdämmen gegen Wasser ohne eine aufwendige Füllung ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Hochwasserschutz gelöst, der sich dadurch auszeichnet, dass eine Hülle ein wasserunlösliches, in Wasser stark quellendes Polymeres in einer Form enthält, bei der zumindest eine Dimension klein genug ist, um eine rasche Wasseraufnahme zu gewährleisten und wobei die Durchlässigkeit der Hülle zwar ein schnelles Eindringen des Wassers ermöglicht aber das Herausfallen des ungequollenen Polymeren verhindert. Wenn eine solche wasserdurchlässige Hülle, z.B. in Form eines Sackes, der zu einem geringen Prozentsatz seines möglichen Innenvolumens mit dem Quellungsmittel gefüllt ist, mit Wasser in Berührung kommt, dann quillt das Poiymere sehr schnell auf und bildet ein Gel, das den Sack prall füllt. Man kann mit solchen "Gel-S5cken" ganze Gel-Mauern errichten. Man kann auch Systeme, z.B. grössere Schläuche mit dem darin befindlichen hochsaugaktiven Polymeren im Boden oder auf Mauern oder vor den zu schützenden Stellen verankern. Sobald das Wasser dann die Schläuche erreicht, quellen die Absorber auf, füllen den Schlauch und bewirken damit einen automatischen Hochwasserschutz. Die im Wasser stark quellenden Polymeren sind bekannt. Es kann sich um natürliche Quellungsmittel, wie verschiedene Gummen (s. Römpps Chemie-Lexikon 8. Aufl. Stichwort Gummi, Bd. 2, S.1558/1559) handeln, sofern durch an sich bekannte Vernetzung dieser Polysaccharide dafür gesorgt wird, dass sie zwar aufquellen aber nicht in kolloidale Lösungen übergehen. Ebenso sind unter dieser Voraussetzung für die Zwecke der Erfindung Alginate, Pektine und Gelatine geeignet. Bevorzugt werden erfindungsgemäss vollsynthetische Quellungsmittel, bei denen es sich meist um Homopolymere der Acryl- oder Methacrylsäure oder um Copolymere mit einem oder mehreren äthylenisch ungesättigten Comonomeren handelt. Die Carboxylgruppen dieser vernetzten Polymeren können auch in der einwertigen Salzform, insbesondere als Alkalisalze vorliegen. Derartige in Wasser unlösliche in Wasser stark quellende Polymeren sind beispielsweise in den amerikanischen Patentschriften 3 983 095, 3 954 721, 4 017 653 und 4 018 951 beschrieben. Sie werden in der Fachwelt auch als Hochsaugaktiv-Polymere oder sog. Superabsorber bezeichnet. Das gilt insbesondere für die Copolymeren von Acryl- oder Methacrylsäure mit Acrylamid, Methacrylamid und Acrylnitril, wie sie in der DE-PS 27 06 135 beschrieben und als FAVORPolymere im Handel sind. Letztere enthalten die in Wasser unlöslichen Quellungsmittel im. Gemisch bzw. in Kombination mit aktiver Kiesel-säure, wobei das Gewichtsverhältnis von ungequollenem Polymeren zu aktiver Kieselsäure 2 bis 10 beträgt. Bei den aktiven Kieselsäuren handelt es sich um Produkte, die insbesondere als Füllstoffe oder Absorber bekannt sind, wie die Kieselsäurexerogele mit BET-Oberflächen über 30 m3/g, in der Regel mehreren 100 m2/g oder die durch flammenhydrolytische Spaltung von Siliciumtetrachlorid gewonnenen aktiven Kieselsäure mit BET-Oberflächen von 50 bis 450 m'/g (Aerosil). Anstelle der aktiven Kieselsäuren sind auch aus Wasserglas und den entsprechenden Metallsalzen und eventuell Mineralsäuren gefällte aktive Silikate, insbesondere des Calciums, Magnesiums oder Aluminiums mit BET-Oberflächen über 30 m2/g in Form ihrer Xerogele für die Zwecke der Erfindung in Kombination mit den hochsaugaktiven Polymeren verwendbar. Andere für die Zwecke der Erfindung gut geeignete Hochsaugaktiv-Polymere sind ferner vernetzte Polyäthylenund/oder Polypropylenoxide. In der Hülle liegt das ungequollene Polymere in Form von Fasern, dünnen Bändern, Folienschnitzeln oder Teilchen über 50 Am Korngrösse vor. Die Korngrösse und die Korngrössenverteilung haben einen beachtlichen Einfluss auf die Kinetik des Quellvorganges. Sind die Absorberkörner gross, z.B. über 1 mm, so werden diese zwar schnell benetzt, aber die Kontaktfläche ist relativ klein. Sind die Absorberkörner klein, so bildet sich beim Benetzen der Schicht aussen eine kompakte Gelschicht, die das weitere Eindringen des Wassers bremst. Eine Mischung aus kleinen und grossen Teilchen verhält sich aus den gleichen Gründen ungünstig. Wenn das erfindungsgemäss zu verwendende Quellungsmittel als zu feines Pulver vorliegt, besteht ferner die Gefahr, dass die Teilchen durch die Hülle hindurchrieseln, wenn diese Löcher, Poren oder Maschenweite hat wie sie für eine wirksame Wasserdurchlässigkeit erforderlich ist. Aus diesen Gründen soll auch wenigstens eine Dimension des Quel lungsmittels klein genug sein, um eine rasche Wasseraufnahme zu gewährleisten. Wenn das ungequollene Polymere demzufolge in Form kleiner Körnchen vorliegt, haben diese vorzugsweise eine Grösse von etwa 200 bis 500 Fm. Die "Super-Absorber' können auch in Form von agglomerierten Körnern als Kugeln, Tabletten oder Brocken von etwa 2 bis 10 mm Durchmesser vorliegen, die beim Kontakt mit Wasser auseinanderfallen. Die für eine Füllung benötigte Menge kann in eine wasserlösliche Verpackung abgefüllt werden, was das Einbringen der Absorber in die Säcke sehr erleichtert. Es ist bekannt, die erfindungsgemäss zu verwendenden in Wasser stark quellenden Polymeren auch in Faseroder Folienform zu überführen. Demgemäss können sie auch als Fasern, in Form von Bändern oder Folienschnitzeln, eingesetzt werden. Fasern oder Bänder dieses Materials können zu Matten, Gelegen oder Vliesen geformt sein, die einfach in die Hülle eingeschoben werden können und dann schon für eine gleichmässige Verteilung in zwei Dimensionen der Hülle sorgen. Die Füllmenge richtet sich nach dem Quellvermögen, das z.B. bei dem hochsaugaktiven Polymeren bis zum 500-fachen Volumen des ungequollenen Polymeren erreichen kann. Sie muss so bemessen sein, dass die Hülle prall gefüllt ist, wenn der Superabsorber nahezu vollständig aufgequollen ist. Daher füllt das ungequollene Polymere in der Regel 0,2 bis 10 % des möglichen Innenvolumens der Hülle aus. In der Regel reichen 1 bis 5 % des verfügbaren Volumens. Zur besseren Verteilung des Wassers auf das stark quellende Polymere und zur vollen Nutzung seiner Quellfähigkeit und zur Vermeidung des Zusammenbackens, insbesondere des pulverförmigen Superabsorbers, kann es zweckmässig sein, diesem feinteilige Feststoffe, wie z.B. Holzmehl, zuzusetzen. Noch besser kann das Zusammenwirken und das gleichmässige Heranführen des Wassers an alle Teilchen des ungequollenen oder noch nicht voll gequollenen Polymeren erreicht werden, wenn man dem ungequollenen Polymeren gegen Luftfeuchtigkeit beständige Pulver zumischt, die mit Wasser inerte unbrennbare Gase entwickeln. Als solche eignen sich z.B. die als Brausepulver bekannten Gemische von Bicarbonaten und festen ungiftigen Säuren, die für den vorliegenden Anwendungszweck selbstverständlich keine Süssoder Geschmacksstoffe zu enthalten brauchen und die mit Wasser Kohlendioxid entwickeln. Die Hülle muss die Forderung erfüllen, dass sie zwar soweit wasserdurchlässig ist, dass sie ein schnelles Eindringen von Wasser ermöglicht aber das Herausfallen des noch ungequollenen Polymeren verhindert. Zweckmässig hat die Hülle die Form eines Sackes oder eines an den Enden verschlossenen Schlauchs. Das Volumen der Säcke beträgt etwa 20 bis 50 1 und für die Schläuche empfiehlt sich ein Durchmesser von 20 bis 100 cm. Die Hülle besteht in der Regel aus einem textilen Flächengebilde, z.B. Gewebe aus einem Material das auch nass noch eine hohe Festigkeit besitzt. Daher werden die Säcke oder Schläuche vorzugsweise aus einem synthetischen Fasermaterial, z.B. Polyestern, gefertigt. Die Gewebeeinstellung ist so gewählt, dass zwar Wasser eindringen kann aber dass z.B. das feinteilige Quellungsmittel nicht durch das Gewebe rieseln kann. Der erfindungsgemässe Hochwasserschutz hat bei der Lagerung nur einen extrem geringen Raumbedarf. Das Fülimaterial, nämlich Wasser, ist immer vorhanden, und das Füllen erfolgt ohne jeden Aufwand. Man kann fast von einer Automatik sprechen, wenn man trockene Schläuche auslegt, die sich füllen, wenn das Wasser kommt. Obgleich der Hochwasserschutz zum Wirksamwerden Wasser benötigt, sind die mit dem gequollenen polymeren Gel gefüllten Säcke in dem Sinne wwasserdicht", dass sie den weiteren Durchtritt von Wasser verhindern. Der erfindungsgemässe Hochwasserschutz ist zweckmässigerweise so konzipiert, dass er wiederholt eingesetzt werden kann. Zwar können die aufgequollenen Absorber das gespeicherte Wasser auch an die Luft wieder abgeben und somit wäre eine Lufttrocknung der gefüllten Sacke theoretisch möglich, würde aber in den meisten Fällen zuviel Zeit benötigen. Auch ein Abtransport der mit dem Gel gefüllten Säcke zu einer Trocknungseinrichtung wäre in den meisten Fällen zu aufwendig. Deshalb ist es am einfachsten, die Säcke nach jedem Einsatz zu entleeren, zu trocknen, neu mit dem Quellungsmittel auszustatten und zu lagern. Damit sind sie wieder für den Ernstfall einsatzbereit. Aus den genannten Gründen haben die Hüllen wenigstens eine verschliessbare oeffnung. Das Wiederbefüllen der Säcke wird wesentlich erleichtert, wenn sich die jeweils erforderliche Menge des ungequollenen Polymeren in einer vorgefertigten leicht einfüllbaren Form befindet, wie das oben schon für die feinkörnigen Produkte in wasserlöslichen Beuteln oder Gelegen und Vliese aus Fasern oder Bändern des Super-Absorbers beschrieben ist. Die notwendige Menge des Quellinit- tels kann aber auch direkt in einer verhältnismässig dünnen wasserdurchlässigen Hülle, beispielsweise einem Vlies, einem leichten Gewebe oder einer durch löcherten Folie untergebracht sein, die als Einschieber für eine äussere Schutzhülle aus einem groben widerstandsfähigen Gewebe vorgesehen ist, die für die erforderliche mechanische Festigkeit des Hochwasserschutzes sorgt. Auch in diesem Fall muB die innere den Superabsorber enthaltende Hülle ausreichende Abmessungen haben, damit der grobe äussere Sack oder Schlauch im Bedarfsfall durch das aufgequollene Polymere prall gefüllt wird. Für den Aufbau von Schutzwällen aus den einzelnen Säcken oder Schläuchen empfiehlt es sich, sie mit Vorrichtungen zu versehen, die ein Verbinden der Hüllen miteinander ermöglicht. Solche Vorrichtungen, die die einzelnen Elemente zusammenhalten, können Haken und ösen sein, ösen durch die ein Seil gezogen werden kann etc. Grundsätzlich sollte der Schutzwall genügend hoch vorgesehen sein, um durch sein Gewicht die erforderliche Standfestigkeit zu gewährleisten, wozu aber auch eine Verankerung im Boden beitragen kann.

Claims: Patentansprüche 1. Hochwasserschutz, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülle ein wasserunlösliches, in Wasser stark quellendes Polymeres in einer Form enthält, bei der zumindest eine Dimension klein genug ist, um eine rasche Wasseraufnahme zu gewährleisten und dass die Durchlässigkeit der Hülle zwar ein schnelles Eindringen von Wasser ermöglicht, aber das Heraus fallen des ungequollenen Polymeren verhindert. 2. Hochwasserschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass das in Wasser stark quellende Polymere ein Hochsaugaktiv-Polymeres (sog. Superabsorber) ist. 3. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass das ungequollene Polymere im Gemisch mit aktiver Kieselsäure vorliegt. 4. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von unge quollenem Polymeren zu aktiver Kieselsäure 2 bis lo beträgt. 5. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das ungequollene Polymere o,2 bis 1O % des möglichen Innenvolumens der Hülle ausfüllt. 6. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass das ungequollene Polymere in Form von Fasern, dünnen Bändern, Folienschnitzeln oder Teilchen über 50 Fm Korngrösse vorliegt. 7. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die Teilchen des Hochsaugaktiv-Poly meren eine Grösse von So bis 2000 pm, vorzugsweise von 200 bis 5oo ssm, haben. 8. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die Fasern oder Bänder aus unge quollenem Polymeren und gegebenenfalls der aktiven Kieselsäure, eine Matte, ein Gelege oder ein Vlies bilden. 9. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass die Hülle die Form eines Sackes oder eines an den Enden verschlossenen Schlauchs hat. 1O. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass die Hülle aus einem textilen Flächengebilde besteht. 11. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 1O, dadurch ge kennzeichnet, dass die Hülle aus einem synthetischen Fasermaterial, insbesondere Polyestergewebe, besteht. 12. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, dass die Hüllen mit Vorrichtungen ver sehen sind, die ein Verbinden der Hüllen miteinander ermöglichen. 13. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, dass die Hülle wenigstens eine ver schliessbare Öffnung besitzt. 14. Hochwasserschutz nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, dass die Hülle mit einer äusseren Schutzhülle der erforderlichen mechanischen Festigkeit, insbesondere aus einem groben wi derstandsfähigen Gewebe, versehen ist. 15. Hochwasserschutz nach Anspruch 14, dadurch ge kennzeichnet, dass das ungequollene Polymereals Einschieber ausgebildet ist. 16. Hochwasserschutz nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur besseren Verteilung des Wassers und zur Vermeidung des Zusammenbackens des pulver förmigen Polymeren diesem feinteilige Fest stoffe zugesetzt werden. 17. Hochwasserschutz nach Anspruch 16, gekennzeich net durch den Zusatz von gegen Luftfeuchtigkeit beständigen Pulvern, die mit Wasser inerte, un brennbare Gase entwickeln. 18. Hochwasserschutz nach Anspruch 17, gekennzeich net durch den Zusatz eines Kohlendioxid ent wickelnden Gemisches von Bicarbonaten und festen ungiftigen Säuren.

Inventors: VON BLUCHER, HASSO, DE RUITER, ERNEST, DR., von Blücher, Hasso
Applicants: DE RUITER, ERNEST, DR., VON BLUCHER, HASSO
Application year: 1984
Main classification: E02B3
IPC codes: E02B3, E21F17