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In der vergangenen Zeit ist das Thema Feinstaub durch die Einrichtung der Umweltzonen in das Blickfeld der Öffentlichkeit getreten. Neben den gesundheitlichen Risiken werden auch die Quellen und mögliche Maßnahmen zur Eindämmung im Rahmen zahlreicher Forschungsprojekte untersucht. Der motorisierte Straßenverkehr stellt eine bedeutende Quelle für Feinstäube dar, weshalb hier im Rahmen des Projekts "Einfluss der Straßenrandbegrünung auf die PM10-Konzentration" Möglichkeiten zur Beeinflussung der Feinstaubkonzentration durch Pflanzen entlang von Fernstraßen bewertet werden sollten. Ziel des Projektes war es zu ermitteln, in wie weit Pflanzen am Straßenrand Feinstäube auf ihren Blattoberflächen abscheiden und so einen Beitrag zur Senkung der Feinstaubbelastung leisten können. Auf der anderen Seite sollten aber auch die Belastungen der Pflanzen untersucht werden, der sie durch die Feinstäube ausgesetzt werden. Es konnte gezeigt werden, dass Pflanzen grundsätzlich in der Lage sind, größere Mengen an Feinstaub auf ihren Blättern abzuscheiden. Darüber hinaus haben die Untersuchungen gezeigt, dass die Blätter durch den Regen zumindest teilweise von ihrer Staubfracht befreit werden können. Durch Messungen an Autobahnen im Raum Wuppertal konnten diese ersten Ergebnisse zum Teil bestätigt werden. Teilweise zeigten sich aber auch lokale Erhöhungen der Feinstaubkonzentration, für die bislang keine eindeutige Begründung gefunden werden konnte. Die Ergebnisse zeigen eine erste Möglichkeit auf, die Feinstaubbelastung mit Hilfe von Pflanzen zu senken. Allerdings sind bis zu einem gezielten, für die PM10-Konzentration relevanten Einsatz von Pflanzen noch umfangreiche Untersuchungen erforderlich, um die hier aufgeworfenen Fragestellungen abschließend klären zu können.
Ziel des Forschungsvorhabens war die Herstellung von „Nanoasphalt“ aus mit polymerbeschichteten, plättchenförmigen Nanopartikeln dotierten Bitumenbindemitteln und die Untersuchung des Alterungsverhaltens der neuen Materialklasse.
Theoretische Voruntersuchungen zeigten, dass statistisch im Volumen verteilte, mplättchenförmige Partikel mit Aspekverhältnissn D/H > 100 als effektive Diffusionsbarrieren wirken und sowohl die oxidative Alterung als auch den Verlust weichmachender Bestandteile aus Bitumenbindemitteln um den Faktor 2 - 3 verlangsamen können.
Es wurde eine lösemittelfreie Synthese für Alkyl-Quat-Primer-Polymere entwickelt und ein Verfahren ausgearbeitet, um Natrium-Montmorillonit (NaMMT) in einem einstufigen Verfahren zu exfoliieren und die entstehenden Silikatblättchen mit den Polymeren zu beschichten. Hochverzweigte Polymere auf Basis von Polyethylenimin mit einem Quarternisierungsgrad von ca. 5 mol% und einem Alkylierungsgrad von 80 mol% unter Verwendung von C12-Substituenten adsorbieren irreversibel auf Montmorrilonit und wirken zugleich als Dispergiermittel. Es konnten Nanopartikel-Bitumen-Komposite (NPBK) hergestellt werden, die bis zu 10 M.-% Nanopartikel mit Dicken von 10-50 nm und Durchmessern von ca. 1-10 μm enthielten. Zur Herstellung eines Demonstrators wurden die Synthesen in den Halbtechnikumsmaßstab hochskaliert (11 kg Polymer → 22 kg modifizierte Nanopartikel → 440 kg Nano-Bitumen → 6.200 kg Nano-Asphalt).
Die Einmischung der Nanopartikel in das Bitumen erfolgte einmal mit dem bereits in der Pilotstudie eingesetzten Schnecken-Extruder und mit Blick auf eine spätere Hochskalierung des Herstellungsprozesses mittels Hochschermischer. Die auf diese Weise hergestellten NPBKs wurden in unterschiedlichen Alterungsstufen (frisch, kurz- und langzeitgealtert) anhand von konventionellen und rheologischen Prüfungen beurteilt.
Mit ausgewählten NPBK-Varianten wurden auf Laborebene Asphalte hergestellt, die ebenfalls umfangreichen Testreihen unterzogen wurden. Den Projektabschluss bildete die großmaßstäbliche Mischgutherstellung in einer Asphaltmischanlage sowie das Anlegen und Beproben einer Demonstratorfläche.
