DD289053A5 - Kationenaktive emulsion - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine kationenaktive Emulsion fuer Straszenbauzwecke aus polymermodifiziertem bituminoesem Bindemittel, kationenaktiven Emulgatoren, Mineralsaeure und Wasser. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe durch eine kationenaktive Emulsion geloest, bei der als bituminoeses Bindemittel ein polymermodifiziertes Bitumen verwendet wird, das aus 78 bis 98 Masseteilen Bitumen, 1,8 bis 20 Masseteilen Polybutadienen und 0,2 bis 2,0 Masseteilen Schwefel besteht und unter Ruehren bei 160 bis 230C bis 5 Stunden gewonnen wird.{kationenaktive Emulsion; polymermodifiziertes Bitumen; Polybutadiene; Schwefel; Emulgator}
Description
Die Erfindung betrifft eine kationenaktive Emulsion für Straßenbauzwecke aus polymermodifiziertem bituminösen Bindemittel, kationenaktiven Emulgatoren, Mineralsäure und Wasser.
Kationenaktive Bitumenemulsionen werden gegenüber anderen Emulsionstypen bevorzugt für Oberflächenbehandlungen, Tränkflickungen, bituminöse Schlämmen, als Haftkleber oder Bindemittel für Kaltmischgut im Straßenwesen verwendet. Sie zeichnen sich bekannterweise durch kurze Abbindezeiten, gutes Haftvermögen an Gesteinsbaustoffen und hohe Lebensdauer der Schichten aus.
Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften sowie auch zur Erhöhung der Lebensdauer der aus diesen Emulsionen hergestellten Schichten oder Beläge, werden dem Emulsionsbindemittel auch Hochpolymeren, besonders Elastomere hinzugefügt. Dabei existieren eine Reihe verschiedener Verfahrensweisen. Die am längsten bekannte Stoffkombination geht von anionischen Kautschuk-Latices aus, die durch Stabilisieren und Umlagern kationisch gemacht werden. Dadurch können so umgelagerte Latices mit kationischen Bitumenemulsionen vermischt und gemeinsam für Straßenbaumaßnahmen eingesetzt werden. Eine weitere Verfahrensart besteht in der Emulgierung von bereits vorgemischten Bitumen-Elastomer-Compounds mittels kationenaktiver Emulgatoren. Die Emulgierung ist wegen der benötigten höheren Aufheizung des Bindemitteis schwieriger und gelingt nicht in allen Fällen. Bekannt sind vor allem Emulsionen aus Compounds von Bitumen mit thermoplastischen Kautschuken z. B. Blockpolymere des Typs SBS.
Weiterhin sind Verfahren bekannt, bei denen das Bitumen in einem kationischen Latex emulgiert wird. Da hierbei der Latex sehr stabil sein muß, hat diese Form kaum Verbreitung gefunden. Auch das vorherige getrennte Vermischen des Bitumens und des Elastomeren in einem Öl mit nachfolgendem Emulgiervorgang ist wegen des hohen technischen Aufwandes von geringer wirtschaftlicher Bedeutung. Emulgierungen von bereits mit Schwefel vernetzter Kautschuke sind nach dem bisherigen Stand der Technik nicht bekannt.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist eine kationenaktive Emulsion für Straßenbauzwecke mit hohen Gebrauchseigenschaften und verlängerter Lebensdauer, die aus bereits vernetzten bzw. vorvernetzten Bitumen-Elastomerkompositionen ohne hohen technischen Aufwand durch Emulgierung herstellbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kationenaktive Emulsion für Straßenbauzwecke aus polymermodifizierten Bitumen, kationenaktiven Emulgatoren, Mineralsäure und Wasser zu entwickeln.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine kationenaktive Emulsion eines polymermodifizierten Bitumens gelöst, das aus 78 bis 98Ma.-Teile Bitumen mit Erweichungspunkten von 35 bis 6O0C und Harzanteilen von mindestens 25Ma.-Teile in %, 1,8 bis 20Ma.-Teile Polybutadienen mit numerischen Molmassen von 2000 bis 10000, Jodzahlen von 350 bis 450g J/100g und Viskositäten bei 2O0C von 250Pa · s und 0,2 bis 2Ma.-Toile Schwefel beim Rühren bei 160 bis 23O0C bis zu 5h gewonnen wird. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können bis zu 50Ma.-Teile in % des Bitumenanteils durch harzreiche Kohlenwasserstoffgemische der Erdölverarbeitung und bzw. oder Peche oder Teere der Stein- und Braunkohlenteerverarbeitung ersetzt sein.
Die nach dieser Verfahrensweise gewonnenen polymermodifizierten Bitumen mit vernetzten Kautschukanteilen besitzen die vorteilhaften gummielastischen Eigenschaften, wie hohes Dehnvermördn mit hohem Rückstellvermögen, eine hohe Klebrigkeit und erhöhte Haftung an Mineralien und eine erhöhte Beständigkeit .ei hohen und tiefen Temperaturen. Diese positiven Eigenschaften sind für Straßenbauzwecke sehr wertvoll und bewirken dadurch eine erhöhte Lebensdauer der damit hergestellten Straßenbeläge.
Durch den Ersatz eines Teils des Bitumens durch harzreiche Kohlenwasserstoffe, wie schwere Vakuumdestillate der Erdölverarbeitung oder Peche oder Teere der Stein- und Braunkohlenverarbeitung lassen sich die genannten Eigenschaften noch verbessern oder nach gewünschter Art modifizieren.
Überraschenderweise ist es möglich, aus den gewonnenen polymermodifizierten Bitumen mit Hilfe von kationenaktiven Emulgatoren, Mineralsäure und Wasser kationenaktive Emulsionen in üblichen Apparaturen und Anlagen herzustellen. Dabei kann so verfahren werden, daß das erfindungsgemäß gewonnene polymermodifizierte Bitumen im Anschluß an seine Herstellung sofort zusammen mit einer getrennt hergestellten wäßrigen Lösung eines kationenaktiven Emuigators und einer Mineralsäure in üblichen Kolloidmühlen zu einer Emulsion verarbeitet wird.
Da das polymermodiftzierte Bitumen höher viskos ist ais ein sonst eingesetztes Bitumen, sind Temperaturen von über 150 bis 19O0C zum Verflüssigen für den Emulgiervorgang notwendig. Die überschüssige Wärme ist durch Kühlen abzuführen. Als kationenaktive Emulgatoren können alle bekannten langkettigen Amine, Diamine, tertiären oder quartären Ammoniumverbindungen in Kombination mit Säuren, vorzugsweise Salzsäure, verwendet werden.,
1. Aus 90 Ma.-Teile eines Bitumens mit einem Erweichungspunkt von 380C und einem Harzanteil von 38 Ma.-Teile in %, der durch Eluation der Maltenphase säulenchromatographisch an aktiviertem Aluminiumoxid mittels Aceton-Benzen-Gemischen ermittelt wird, 10 Ma.-Teile eines Polybutadiene mit einer Molmasse von 7 500, einer Jodzahl von 390g J/100g und einer Viskosität bei 20°C von 200Pa · s und 0,7 Ma.-Teile Schwefel wird unter Rühren bei 18O0C während einer Stunde ein polymermodifiziertes Bitumen mit einem Erweichungspunkt von 480C, einer Penetration von 120Vwmm, einem Brechpunkt von -180O, einer Rückverformung von 50% erhalten, das anschließend sofort mit einem Anteil von 60Ma.-Teile in % in einer Kolloidmühle mit einer wäßrigen Lösung bestehend aus 39,3Ma.-Teile in % Wasser, 0,5Ma.-Teile in % eines langkettigen quartären ethoxylierten Ammoniumsalzes und 0,2 Ma.-Teile in % einer 35%igen Salzsäure zu einer Emulsion verarbeitet wird. Die Emulgierung ist so durchzuführen, daß die Temperatur beim Emulgiervorgang auf höchstens 950C gehalten wird. Die Emulsion ist feinteilig und wird für Oberflächenbehandlungen verwendet. Die gebildete Emulsion besitzt folgende Eigenschaften:
pH-Wert 2,0
2. Zur Herstellung des bituminösen Bindemittels für die kationenaktive Emulsion werden folgende Einsatzstoffe verwendet: Bitumen
| Erweichungspunkt R u. K0C | Molmasse | Harzanteil Ma.-Teile in % | Viskosität bei 20°C Pa -s | Stockpunkt 0C | Harzanteil Ma.-Teile in % |
| A 38 B 48 C 59 | I 2050 Il 7500 III 9800 | 38 40 45 | 1,2 200 248 | 25 18 | 30 33 28 |
| Polybutadien | Kohlenwasserstoffgemische | ||||
| Jodzahl gJ/100g | |||||
| 1 Vakuumdestillat der Erdölraffination 2 Steinkohlenteer- weichpech 3 Braunkohlen- tieftemperaturteer | 440 390 355 | ||||
| Erweichungspunkt Ru-K0C | |||||
| 42 | |||||
Aus diesen Rohstoffen werden bituminöse Bindemittel für kationenaktive Emulsionen nach folgenden Reaktionsbedingungen hergestellt:
| Einsatzstoffe Ma.-Teile | Kohlenwasser | 78 | 88 | 98 | — | — | 72 | _ |
| Bitumen A | stoffgemisch 1 | - | - | - | 80 | - | - | 46 |
| 8 | 2 | - | - | — | — | 55 | _ | |
| C | 3 | 20 | - | - | - | - | 18 | - |
| Polybutadien I | Schwefel Ma.-Teile | - | 12 | - | 10 | 15 | - | - |
| Il | Mischtemperatur'C | - | - | 2 | - | - | - | 8 |
| III | Mischzeit h | |||||||
| - | - | - | 10 | 30 | - | - | ||
| - | - | - | - | - | 10 | - | ||
| — | - | - | — | — | _ | 46 | ||
| 2 | 0,8 | 0,2 | 0,7 | 0,8 | 1,5 | 1 | ||
| 220 | 200 | 230 | 180 | 160 | 170 | 190 | ||
| 3 | 0,5 | 5 | 2 | 0,5 | 2,5 | 3 | ||
Die hergestellten bituminösen Bindemittel werden nach folgenden Rezepturen und Emulgierbedingungen zu kationenaktiven Bitumenemulsionen mit den genannten Eigenschafton aufgearbeitet:
Emulsion 1 23456789
| Nr. | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 2 | 2 |
| Bindemittel Ma.Teile in % | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 65 | 65 |
| Emulgator ι Ma.-Teile in % | 0,5 | - | 0,4 | 1,0 | - | 0,5 | 0,25 | 0,25 | - |
| 2Ma.-Teilain% | - | 0,6 | 0,2 | - | 1,5 | 0,5 | 0,25 | 0,25 | - |
| 3Ma.-Teilein% | — | — | — | — | — | — | 0,1 | _ | 0,3 |
| Salzsäure 35% | 0,2 | 0,3 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,4 | 0,3 | 0,3 | 0,3 |
| Temperatur des | |||||||||
| Bindemittels °C | 160 | 180 | 170 | 160 | 160 | 180 | 170 | 180 | 180 |
| pH-Wert | 2,0 | 1.8 | 1,8 | 2,5 | 2,5 | 1,8 | 2,0 | 2,0 | 3,5 |
| Auslaufzeit 2,5-mm-Düse s | 30 | 35 | 40 | 50 | 55 | 50 | 60 | 80 | 75 |
| Haftung am Gestein % | 90 | 90 | 95 | 90 | 90 | 90 | 95 | 100 | 100 |
| Beregnungsbeständigkeit | |||||||||
| nach 30 min | 90 | 75 | 75 | 50 | 50 | 50 | 50 | 75 | 95 |
Emulgator 1 ist eine langkettige, ethoxylierte tertiäre Ammoniumverbindung, Emulgator 2 ist ein langkettiges, ethoxyliertes quartäres Ammoniumsalz - beide jeweils in 35%igen wäßrigen Lösungen. Emulgator 3 ist ein zum Emulgieren üblicherweise eingesetztes Diamin.
Die Emulsionen 1,2,3,7,8,9 werden vorzugsweise für Oberflächenbehandlungen oder Tränkflickungen, die Emulsionen 4 bis 6 vorzugsweise für bituminöse Schlämmen, für die Herstellung von Kaltmischgut oder als Haftkleber verwendet.
Claims (2)
1. Kationenaktive Emulsion für Straßenbauzwecke aus polymermodifiziertem bituminösen Bindemittol, kationenaktiven Emulgatoren, Mineralsäure und Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß als bituminöses Bindemittel ein polynermodifiziertes Bitumen verwendet wird, das aus 78 bis 98 Ma.-Teilen Bitumen mit Erweichungspunkten von 35 bis 600C und Harzgehalten von mindestens 25Ma.-Teilen in %, 1,8 bis 20Ma.-Teilen Polybutadienen mit numerischen Molmassen von 2000 bis 10000,Jodzahlen von 350 bis450gJ/100gund Viskositäten bei 200C von 1 bis 250Pa · sundO,2bis 2,0lVla.-Teiler. Schwefel beim Rühren bei 160 bis 23O0C bis zu 5 Stunden gewonnen wird.
2. Kationenaktive Emulsion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im bituminösen Bindemittel bis zu 50 Ma.-Teile in % des Bitumenanteils harzreiche Kohlenwasserstoffgemische, wie schwere Vakuumdestillate und bzw. oder Rückstände der Erdölverarbeitung und bzw. oder Peche oder Teere der Stein- und Braunkohlenverarbeitung einzeln oder im Gemisch sind.
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