DE1072915B

DE1072915B - Herstellung einer kalt einbaufähigen, kationischen, wäßrigen Emulsion auf Basis von Verschnittbitumen

Info

Publication number: DE1072915B
Application number: DENDAT1072915D
Authority: DE
Original assignee: Societe Chimique Et Routiere De La Gironde, Paris
Priority date: 1956-05-25
Publication date: 1960-01-07
Also published as: GB836131A; LU35143A1; US2886458A; FR1151000A; CH358737A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kohlenwasserstoffbindemittel zum Umhüllen von Fahrbahndeckenmaterialien, die zum Bau von Straßen, Rollfeldern, zur Bodenstabilisierung usw. verwendet werden,

Sie betrifft insbesondere Bindemittel dieser Art, die aus wäßrigen Emulsionen bestehen und zum Umhüllen von Fahrbahndeckenmaterialien durch Kaltverarbeitung dienen.

Bisher wurden zwei verschiedene Arten von wäßrigen Emulsionen verwendet: einmal anionische oder basische Emulsionen und zum anderen kationische oder saure Emulsionen.

Von den bisher verwendeten anionischen Emulsionen seien die Emulsionen von Bitumen oder Verschnittbitumen genannt, die zur Kaltumhüllung von Fahrbahndeckenmaterialien in einem Arbeitsgang dienen. Bei anderen Verfahren unter Verwendung anionischer Emulsionen erfolgte das Kaltumhüllen in zwei Arbeitsgängen. So umhüllt man bei dem einen Verfahren mehr oder weniger feuchte Gesteins- bzw. Füllstoffe mit einer umgekehrten Teeremulsion (d. h. einer Emulsion von Wasser in Teer) in einem ersten Arbeitsgang und mit einer direkten Bitumenemulsion (d. h. einer Emulsion von Bitumen in Wasser) in einem zweiten Arbeitsgang.

Nach einem anderen Verfahren erfolgt das Umhüllen trockener oder feuchter Gesteins- bzw. Füllstoffe in einem ersten Arbeitsgang mit einer Harzemulsion oder einem stark harzhaltigen, sehr dünnflüssigen Bindemittel derart, daß man gute Klebfähigkeit erzielt, und in einem zweiten Arbeitsgang mit einem gewöhnlichen Verschnittbitumen oder einer Bitumenemulsion.

In den beiden obengenannten Fällen erzielt man die klassischen Vorteile des Umhüllens durch Kaltverarbeitung. Aber bei allen diesen Verfahren stößt man auf eine gewisse Anzahl von Schwierigkeiten.

Die erhaltenen Ergebnisse sind abhängig von der Art der Gesteins- bzw. Füllstoffe und deren Beschaffenheit. Die verschiedenen obengenannten Verfahren gestatten es nicht ganz allgemein, mit den in der Praxis verwendeten verschiedenen Gesteins- bzw. Füllstoffen, die von basischen Kalksteinen bis zu sauren Kieselstoffen gehen, vergleichbare Resultate zu erzielen. So eignen sich die anionischen Emulsionen besser für die basischen Gesteinsbzw. Füllstoffe.

Das Haftvermögen des Bindemittels an den Gesteinsstoffen ist nicht immer gut, und die Stabilität des erhaltenen Materials hängt stark von den atmosphärischen. Bedingungen ab.

Die kationischen Emulsionen, gewöhnlich Emulsionen von Verschnittbitumen, bieten zwar neue Möglichkeiten bezüglich des Haftvermögens, insbesondere beim Umhüllen saurer und feuchter Gesteins- bzw. Füllstoffe, eignen sich aber weniger gut für die basischen Materialien und weisen ferner folgende Nachteile auf:

Herstellung einer kalt einbaufähigen,
kationischen, wäßrigen Emulsion
auf Basis von Verschnittbitumen

Anmelder:

Societe Chimique

et Routiere de la Gironde,

Paris

Vertreter:
Dr.-Ing. A. ν. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald,

Dipl.-Chem. Dr. phil. H. Siebeneicher

und Dr.-Ing. Th. Meyer, Patentanwälte,

Köln 1, Deichmannhaus

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 25. Mai 1956

₂

a) Der Brechvorgang verläuft im allgemeinen sehr schnell und ist schwer zu steuern. Hieraus ergibt sich die Unmöglichkeit, kieselartige oder verschmutzte Materialien zu umhüllen, da die Feinstoffe die Neigung haben, den Brechvorgang zu beschleunigen.

b) Nach dem Brechen erhärtet das Grundbindemittel sehr schnell, was sich häufig in einem Reißen des Überzuges dieses Bindemittels an der Oberfläche der umhüllten Materialien äußert.

Die Erfindung ermöglicht es, diese Nachteile auszuschalten. Dies wird erreicht durch Verwendung eines Bindemittels, das aus einer wäßrigen, kationischen Emulsion besteht, die es gestattet, Fahrbahndeckenmaterialien jeglicher Art, ob basisch oder sauer, ob sauber oder verschmutzt, mit groben oder feinen Kornstufen, unter ausgezeichneten Bedingungen kalt zu umhüllen. Diese Resultate werden erreicht mit Hilfe des erfindungsgemäßen Bindemittels, das insofern bemerkenswert ist, als es aus einer direkten wäßrigen, kationischen Emulsion eines Gemisches von Teer und Bitumen mit 30 bis 60% Teer und 70 bis 40% Bitumen besteht. Diese Bemessungen unterscheiden sich stark von denjenigen,

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die bei den gewöhnlichen Gemischen von Teer und Bitumen vorliegen, die als solche und nicht in Emulsion gebraucht werden und bei denen bekannt ist, daß auf Grund der Ausfiockungsgefahren nicht über 15 bis 20% Bitumen auf 85 bis 80% Teer hinausgegangen werden kann.

Der Teer kann aus Gaswerken oder Kokereien stammen ; seine Viskosität liegt im allgemeinen zwischen 15 und 200 Sekunden, gemessen im Straßenteerviskosimeter (4-mm-Düse) bei 30° C.

Es wurde nun festgestellt, daß die Emulgierung durch einen besonderen Emulgator es gestattet, diese anomalen Mengenverhältnisse ohne Nachteil zu verwenden. Außerdem gewährleisten diese -Mengenverhältnisse eine bemerkenswerte allgemeine Anwendungsmöglichkeit des Bindemittels.

Als Bitumen verwendet man ein gewöhnliches Erzeugnis mit einer Penetration zwischen 80 und 200.

Das durch Mischen der beiden vorher auf 80 bis 90° C erhitztenB estandteile erhaltene fertige Bindemittelhat eine Viskosität zwischen 50 und 1000 Sekunden, gemessen im Straßenteerviskosimeter (10-mm-Düse) bei 25° C.

Man kann, falls erforderlich, die Viskosität dieses Bindemittels auf den günstigsten Wert entsprechend der Außentemperatur und den verwendeten Mischmaschinen einstellen, indem man ein aus der Destillation von Teer oder Bitumen stammendes "Fluxöl zusetzt, das zwischen 100 und 400° C destilliert.

Das als Basis für die Emulsion benutzte Bindemittel wird mit einem Emulgator in Wasser emulgiert. Hierbei verwendet man etwa 40 bis 70 Gewichtsprozent Grundbindemittel, bezogen auf Gesamtemulsion. Bevorzugt werden die höchsten Konzentrationen, um die Transportkosten zu verringern.

Der Emulgator muß im Hinblick auf den hohen Teergehalt des Bindemittels ausgewählt werden. Der Teer hat infolge seiner aromatischen Natur viel stärkere lösende Eigenschaften gegenüber Emulgatoren als Bitumen. Es ist bekannt, daß es zur Erzielung einer direkten Emulsion oder einer Öl-in-Wasser-Emulsion erforderlich ist, daß der Emulgator wasserlöslich ist. Wenn sich ein zu großer Teil des Emulgators in den Ölen des Teers löst, kann er seine Aufgabe nicht erfüllen, da die im Wasser gelöste Restmenge zu gering ist. Es bildet sich keine Emulsion, oder man erhält eine umgekehrte (Wasser-in-Ö1-) Emulsion. Es ist also notwendig, daß der gewählte Emulgator einen guten Löslichkeitsverteilungskoeffizienten in den Ölen des Teers einerseits und im Wasser der Emulsion andererseits hat.

Es wurde gefunden, daß diese Voraussetzungen von Aminemulgatoren mit nachstehenden Formern gut erfüllt werden:

R-NH₂,

R-NH-R'-NH₂,

R —CO —NH-R' —NH₂,

R — NH(CH₂)_K — OH,

R —NH-R' —NH(CH₂)^OH.

Hierin ist η = 1 bis 6, R ein gesättigtes Kohlenwasserstoffradikal oder Kohlenwasserstoffradikal mit einer oder mehreren Doppelbindungen mit einer C-Zahl zwischen 10 und 20, vorzugsweise zwischen 10 und 16. R' ein vorzugsweise gesättigtes Kohlenwasserstoffradikal mit 1 bis 4 C-Atomen.

Diese Emulgatoren können allein oder besser in Mischung derart verwendet werden, daß man in Abhängigkeit von den Eigenschaften und Mengen des verwendeten Teers eine zweckmäßige Verteilung der Löslichkeiten in den Teerölen und im Wasser der Emulsion erhält.

Zur Herstellung des emulgierten Bindemittels löst man vorher den Emulgator in Wasser, das durch Säure, vorzugsweise Salzsäure, gesäuert ist, um im wesentlichen vollständige Neutralisation zu erzielen, wobei jedoch ein leichter Überschuß des Aminemulgators zulässig und sogar erwünscht ist.

Das Teer-Bitumen-Gemisch und die wäßrige Lösung des Emulgators werden nach Erwärmen auf 70 bis 100⁰C in einer Mischmaschine gemischt, aus der die fertige ίο Emulsion mit einer Temperatur von 75 bis 98° C austritt. Diese Emulsion ist für die Kaltumhüllung von Fahrbahndeckenmaterialien jeglicher Art geeignet.

Die nachstehenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung, ohne sie jedoch zu begrenzen. Zunächst werden zwei Beispiele für die Herstellung des als Basis verwendeten Bindemittels, d. h. des Gemisches von Bitumen und Teer, gebracht.

A. Herstellung des Grundbindemittels

1. Gaswerksteer mit einer Viskosität von 22 Sekunden, gemessen im Straßenteerviskosimeter

(4-mm-Düse) bei 30° C 32%

Bitumen mit einer Penetration von 180/200 68% 25

Durch Mischen bei 80 bis 90° C mit einer Pumpe oder einer Mischmaschine erhält man ein Endgemisch, das eine Viskosität von 400 Sekunden, gemessen im Straßenteerviskosimeter (10-mm-Düse) bei 25° C, aufweist und das Grundbindemittel für die Überführung in die kationische Emulsion darstellt.

2. Kokereiteer mit einer Viskosität von 35 Sekunden, gemessen im Straßenteerviskosimeter

(4-mm-Düse) bei 30° C 40%

Leichtes Teeröl, Siedebereich 120 bis 220° C 3% Bitumen, Penetration 180/200 57%

Das so erhaltene Grundbindemittel hat eine Viskosität von 100 Sekunden, gemessen im Straßenteerviskosimeter mit 10-mm-Düse bei 25° C.

B. Herstellung des emulgierten Bindemittels

Das eine oder andere der obengenannten Grundbindemittel kann für die Herstellung emulgierter Bindemittel verwendet werden, für die nachstehend einige brauchbare Formulierungen angegeben sind. In diesen Beispielen sind die Mengen für 1000 kg Endemulsion angegeben.

Beispiel 1

Als Basis für die Emulsion verwendetes

Bindemittel 600 bis 650 kg

Amin R-—-NH₂ (R = Kohlenwasserstoffradikal mit 10 bis 12 C-Atomen) 2 kg Amin R — NH — (CH₂)₂ — NH₂ (R = Kohlenwasserstoffradikal mit 12

bis 18 C-Atomen) 2 kg

Salzsäure, Dichte 1,163 4,5 kg

Wasser Differenzmenge

bis 1000 kg

Beispiel 2

Als Basis für die Emulsion verwendetes

Bindemittel 600 bis 650 kg

Amin R — NH₂ (R = Kohlenwasserstoffradikal mit 10 bis 12 C-Atomen) 4 kg

Salzsäure, Dichte 1,163 4,5 kg

Wasser Differenzmenge

Claims

5 6

Beispiel 3 Es sind schon emulgierte Bindemittel bekannt, aber

Als Basis für die Emulsion verwendetes vorzugsweise anionische Emulsionen, auf deren Nachteile

Bindemittel 600 bis 650 kg ebenfalls in der Literatur hingewiesen wurde. Mit Bezug

A_m· -p -KT-cj rrvr \ λτττ ^aul die kationischen Emulsionen ist aus der Literatur

Amm K — JNJtI — (UM₂J₂ — JNJbL₂ -IJ-V-LT.! j. j ο j· τ-!· ι

(R=Kohlenwasserstoffradikalmitl2 5 ledighch bekannt, daß diese Emulsionen zwar das

bis 18 C Atomen) 3 kg Laboratoriumsstadium schon überschritten haben und

Salzsäure,~Dichte 1,163' '.'.'.'.'.'.Υ.'.'.'.'. 4 kg ^dmc} ^ Verwendung interessante Ergebnisse erwartet

Wasser Differenzmenge werden dürfen, ohne daß spezielle Angaben über den

Bau und die Zusammensetzung der kationischen Emul-

Das erfindungsgemäß emulgierte Bindemittel zeichnet io sionen gemacht wurden.

sich gegenüber den auf übliche Weise mit Verschnitt- Durch die Verwendung der neutralisierten Amin-

bitumen hergestellten kationischen Emulsionen durch emulgatoren gemäß der Erfindung zur Herstellung einer

eine geringere Brechgeschwindigkeit gegenüber den in bituminöse, Füllstoffe und Gesteinsstoffe enthaltende

Gesteinsstoffen und ein besseres Haftvermögen aus. Es Massen kalt einbaufähigen kationischen, wäßrigen Emul-

besitzt insbesondere die Eigenschaft, verschmutzte 15 sion auf Basis von Verschnittbitumen werden die bisher

Kieselmaterialien oder Kalksteinsplitt zu umhüllen und bekannten Nachteile behoben, so daß die Verwendung

einen Überzug zu bilden, der an diesen Materialien derartiger Emulsionen einen technischen Fortschritt

ausgezeichnet haftet. darstellt.

Das nachstehende Beispiel für eine Umhüllung zeigt Patentansprüche·
den Vorteil des erfindungsgemäßen Bindemittels. Das 20

zu umhüllende Material und das Bindemittel werden 1. Verwendung eines vollständig oder zum größten

in folgenden Anteilen verwendet: Teil mit einer Mineralsäure, wie Salzsäure, neutralisierten Aminemulgators, bestehend aus Verbindungen

Orne-Quarzit mit 5% toniger Gangart 92% oder Gemischen von Verbindungen folgender Formeln:

Kationische Bitumen-Teer-Emulsion gemäß 25 R-NH

den Beispielen 1 bis 3 8% -^ NR"²- R' NH

tv ._t„₍ w v* 1,* * n/r 4. · ,· α R —CO —NH-R' —NH₂,

Die mit 3°/₀ Wasser befeuchteten Matenahen werden π -NHCCH) OH

bei Normaltemperatur mit der Emulsion gemischt. -ρ λτττ τ?' ·\τττ ir ττ \ γλττ

tr · υ · ι rr ·. τ ττ ι -Ii 1 s?i η- ι **■ JN XX K JNH(CH₂)J₁UH,

Man erzielt in kurzer Zeit die Umhüllung der Oberfläche 30

der Gesteinsstoffe mit einem homogenen Bitumen-Teer- in denen η = 1 bis 6 ist, R einen gesättigten oder

Überzug. Die Emulsion bricht, und das Wasser verdunstet. einen ein oder mehrere Doppelbindungen enthaltenden

Wenn die erhaltenen Materialien unmittelbar nach dem Kohlenwasserstoffrest mit 10 bis 20, vorzugsweise Umhüllen vollständig in destilliertes Wasser getaucht und 10 bis 16 C-Atomen, und R' einen vorzugsweise genach 8 Stunden, 24 Stunden und 3 Tagen beobachtet 35 sättigten Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 C-Atomen werden, so stellt man fest, daß selbst nach der letzt- bedeutet, zur Herstellung einer in bituminöse, Füllgenannten Zeit der Prozentsatz der Produkte, von denen stoffe und Gesteinsstoffe enthaltende Massen kalt sich der Überzug gelöst hat, unter 5°/₀ hegt. einbaufähigen kationischen, wäßrigen Emulsion auf

Verwendet man hingegen an Stelle der vorstehenden Basis von Verschnittbitumen, d. h. Bitumen und Teer,

Emulsion eine Emulsion von Bitumen oder Verschnitt- 40 im Verhältnis von 70 bis 40 °/₀ Bitumen zu 30 bis 60 °/₀

bitumen, die hergestellt wurde unter Verwendung von Teer.
2. Verwendung einer wäßrigen Emulsion, die 40

Bitumen oder Verschnittbitumen ... 65 kg bis 70 Gewichtsprozent des Bitumen-Teer-Gemisches

Oleinamid, neutralisiert mit Salzsäure 0,4 kg enthält, für die Zwecke des Anspruches 1.

Wasser Differenzmenge 45

bis 1000 kg In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentanmeldung E 77 84 IVc / 80 b (bekannt-

so erhält man bei gleicher Arbeitsweise wie vorher bereits gemacht am 30. 12.1954);

nach einigen Minuten des Mischens etwa 95 °/₀ nicht britische Patentschrift Nr. 744 505;

umhülltes Material. Es ist sogar unnötig, die umhüllten 50 Revue Generale des Routes et des Aerodromes, 1950,

Produkte in Wasser zu legen, um das Ablösen der Um- Nr. 227 (Dezember), S. 115 bis 121;

hüllung festzustellen: Manegold, Emulsionen, 1952, S. 43 und 173.

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