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Verfahren zur Herstellung von synthetischem Bitumen Unter Bitumen
werden alle natürlich vorkommenden oder durch Destillation aus Naturstoffen hergestellten
flüssigen oder festen, schmelzbaren oder löslichen Kohlenwasserstoffgemische verstanden,
in denen mehr oder weniger Sauerstoffverbindungen enthalten sind.
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Im engeren Sinne nennt man »Bitumen« halbfeste, zähe bis feste, springharte
oder schmelzbare Produkte von schwarzer Farbe. Zu diesen Bitumen im engeren Sinne
gehören das in Schwefelkohlenstoff Lösliche der Naturasphalte und die Destillationsrückstände
bei der Aufarbeitung von Erdölen. Die Bitumen im engeren Sinn stellen eine koloidale
Lösung der eigentlichen Asphaltbestandteile in einem 01 dar. Vielfach werden
bei den Bitumeninhaltsstoffen auch öle, Harze und Asphalte unterschieden; jedoch
ist die Nomenklatur nicht einheitlich. Das Harz soll dabei eine Übergangsstufe zwischen
Öl und Asphalt darstellen und als Lösungsvermittler wirken.
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Die Zusammensetzung der nach den konventionellen Verfahren hergestellten
Bitumen ergibt sich zwangläufig aus dem Ausgangsmaterial und den Bedingungen bei
dem Destillations- oder Oxydationsprozeß, der zur Herstellung des Bitumens durchlaufen
wird. Zum Beispiel kann das Bitumen nur durch Verringerung des Ölanteiles mit einer
Destillation oder durch Oxydation der Asphaltanteile und der zuerst oxydierenden
Ölanteile härter eingestellt werden. Dadurch sind den hei der Herstellung eines
Bitumens erzielbaren Eigenschaftswerten Grenzen gesetzt, die bewirken, daß für viele
Verwendungszwecke und Anwendungsbedingungen besondere Bitumen verwendet werden.
Ein Bitumen, das z. B. zum Straßenbau geeignet war, war für alle Anwendungsgebiete,
die eine Beständigkeit gegen etwas höhere Temperaturen und größere Härte verlangten,
z. B. in der Röhrenindustrie oder als Anstrich und Lack, nicht verwendbar.
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Es ist zwar bekannt, Asphalte verschiedener Härtegrade durch fraktionierte
Fällung von ölen zu erhalten, jedoch konnte eine solche Asphaltfraktion nur für
einen ganz bestimmten Zweck eingesetzt werden. Auch durch Zumischen anderer Fraktionen
wurden die Grundeigenschaften der betreffenden Fraktion nicht so wesentlich verändert,
daß sie auf ganz anderem Gebiet, z. B. in der Elektroindustrie statt in der Bauindustrie,
einsatzfähig war.
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Es ist weiter bekannt, Bitumen herzustellen, die für verschiedene
Zwecke verwendbar sind. Jedoch benutzten die bisher bekannten Verfahren dazu wertvolle
Ausgangsstoffe, z. B. Destillationsrückstände, die noch für die Schmierölherstellung
wichtige Öle enthielten, und fluxten diese Destillationsrückstände mit Selektivextrakten
von Fraktionen des gleichen Rohöles.
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Oder es wurde ein Rückstandsöl mit Propan oder selektiven Lösungsmitteln
in Asphaltene, Harze und Öle aufgeteilt und die drei Komponenten, einschließlich
des wertvollen Öles, in gewünschten Verhältnissen miteinander vermischt.
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Ziel der Erfindung ist es, ein für jeden Zweck brauchbares Bitumen
ohne Verwendung wertvoller Industrieprodukte aus lediglich zwei Komponenten herzustellen.
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Nach dem Verfahren der Erfindung werden Asphaltene aus beliebigem
Bitumen durch Fällung gewonnen und unter Rühren bei erhöhter Temperatur rnit einer
aromatenhaltigen Ölkomponente vermischt.
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Es wurde nämlich erkannt, daß die Eigenschaften eines Bitumens hauptsächlich
von der Lösefähigkeit der Ölkomponente bestimmt werden.
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Diese Lösefähigkeit, die den Verteilungsgrad der Asphaltanteile im
Öl beeinflußt, wird vor allem von dem Gehalt des Öles an aromatischen Ringen bestimmt.
Löst man die eigentlichen Asphaltbestandteile in einem aromatenreichen Öl hoher
Lösefähigkeit, so erhält man Bitumen, die sich durch besonders günstige Klebe- und
Hafteigenschaften, absolute Homogenität, hohe Duktilität und einen günstigen Plastizitätsbereich
auszeichnen.
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Löst man die eigentlichen Asphaltbestandteile jedoch in einem Öl,
dessen Lösefähigkeit, d. h. deren Aromatengehalt, nicht bedeutend höher liegt, als
zur Erzielung eines homogenen Produktes nötig ist, so erhält man Bitumen mit einem
extrem hohen Plastizitätsbereich, d. h. Bitumen, die sowohl für niedrigste als auch
für hohe Temperaturen verwendet werden können.
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Der technische Fortschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber
den bekannten Verfahren liegt demnach darin, daß ein für jeden Zweck verwendbares
Bitumen
aus nur zwei Komponenten, die industriell nicht wertvoll sind, einer gefällten ölfreien
Asphalt-und einer aromatenhaltigen Ölkomponente, herstellbar ist und daß außerdem
die vorher festgelegten Eigenschaften dieses künstlichen Bitumens nicht durch die
Anwesenheit unkontrollierbarer Ölbestandteile der Asphaltkomponente verändert werden.
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Unter Asphaltenen werden die eigentlichen Asphaltbestandteile des
Bitumens verstanden, die weitgehend frei von Ölkomponenten sind. Diese Asphaltkomponente,
d. h. die Asphaltene, wird durch Ausfällen mit selektiven Lösungsmitteln, wie Petroläther,
Propan usw., gewonnen.
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Als aromatische Zusatzöle mit hoher Lösefähigkeit eignen sich vorzugsweise
Selektivextrakte, d. h. Extrakte, wie sie bei der Raffination von Mineralölen mit
flüssigem S02, Furfurol usw. anfallen.
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In manchen Fällen ist es ratsam, die Selektivextrakte vor dem Vermischen
mit den Asphaltenen partiell zu oxydieren.
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Die Selektivextrakte können ganz oder teilweise durch aromatenreiche
Destillate ersetzt werden. Außerdem kommen Mischungen zwischen Selektivextrakten
und aromatenarmen Ölen oder hydrierten Selektivextrakten in Frage.
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Die aromatischen Öle kommen in Mengen von 80 bis 400 Gewichtsprozent,
bezogen auf die Asphaltkomponente, zur Anwendung.
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Es ist gleichgültig, ob die aromatenhaltigen Öle aus dem gleichen
Rohöl wie das Bitumen oder aus fremden Rohölen stammen.
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Die Viskositäten der verwendbaren Öle sind nicht eng begrenzt. Es
entstehen gleichwertige Bitumenprodukte sowohl bei der Anwendung von z. B. Ölen
mit Zylinderöl- als auch mit mittleren Maschinenölviskositäten.
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Unter höheren Temperaturen werden solche zwischen 150 und 300° C verstanden.
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Die in den folgenden vier Beispielen verwendeten Asphaltene wurden
aus dem Vakuumrückstand eines gemischbasischen Rohöles hergestellt. Dieser Rückstand
entsprach in seinen Eigenschaften etwa einem Handelsbitumen B 300. Bitumen B 300
besitzt einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 27 bis 37°C, einen Brechpunkt
nach Fraass von -20'C und eine Penetration bei 25° C von 250 bis 320. Es wird vorwiegend
im Straßenbau verwendet.
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Durch Fällung der Asphaltene und Vermischen mit der aromatischen Ölkomponente
konnte nun der Anwendungsbereich wesentlich verbreitert werden. Beispiel 1 Der Vakuumrückstand
aus einem gemischtbasischen Rohöl, dessen Eigenschaften etwa einem Bitumen B 300
entsprechen, wird durch Behandlung mit Petroläther (Kp. 40 bis 60° C) in einem paraffinösen
öligen Anteil und in die eigentlichen Asphaltbestandteile zerlegt. 40 Teile der
harten, pulvrigen Asphaltbestandteile werden in 60 Teilen eines Selektivextraktes
der Mineralölraffination mit 40°/o Kohlenstoff in aromatischer Bindung und einer
Viskosität von 32 Engler bei 50° C aufgelöst. Der Lösungsvorgang erfolgt bei 150
bis 200° C und intensiver Rührung. Es resultiert ein Bitumen hoher Klebkraft und
mit sehr gutem Bindevermögen mit einem Erweichungspunkt von 68° C (Ring und Kugel),
einem Brechpunkt nach Fraass von -23°C und einer Penetration (100g, 6 Sekunden 25°
C) von 25.
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Das auf diese Weise gewonnene synthetische Bitumen ist sowohl in der
Linoleumindustrie wie auch als Anstrichmittel anwendbar und besitzt besonders günstige
Klebe- und Hafteigenschaften, eine absolute Homogenität und hohe Duktilität.
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Bedspiel 2 Der Vakuumrückstand aus einem gemischtbasischen Rohöl,
dessen Eigenschaften etwa einem Bitumen B 300 entsprechen, wird durch Behandlung
mit Petroläther (Kp. 40 bis 60° C) in einen paraffinösen öligen Anteil und in die
eigentlichen Asphaltbestandteile zerlegt. 30 Teile der harten, pulvrigen Asphaltbestandteile
werden in 70 Teilen eines Mineralöldestillates mit 23"/o Kohlenstoff in aromatischer
Bindung und einer Viskosität von 45 Engler bei 50° C aufgelöst. Der Lösungsvorgang
erfolgt bei etwa 250° C und intensiver Rührung.
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Es resultiert ein Bitumen mit einem Erweichungspunkt von 99° C (Ring
und Kugel), einem Brechpunkt nach F r a a s s von -34° C und einer Penetration (l00
g, 6 Sekunden, 25° C) von 70.
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Dieses Bitumen ist ganz besonders als Fugenvergußmasse und für Kitte
geeignet, da sein Plastizitätsbereich gegenüber B 300 wesentlich vergrößert wurde.
Weiter kann es als Kabelimprägniermasse verwendet werden. Der Anwendungsbereich
erstreckt sich auch auf tiefste Temperaturen. Beispiel 3 Der Vakuumrückstand aus
einem gemischtbasischen Rohöl, dessen Eigenschaften etwa einem Bitumen B 300 entsprechen,
wird durch Behandlung mit Petroläther (Kp. 40 bis 60° C) in einem paraffinösen öligen
Anteil und in die eigentlichen Asphaltbestandteile zerlegt. 30 Teile der harten,
pulvrigen Asphaltbestandteile werden in 70 Teilen eines Mineralöles durch intensives
Rühren bei 250° C gelöst. Das Mineralöl besteht aus gleichen Teilen eines aromatischen
Weißöles mit einer Viskosität von 5,4 Engler bei 50° C und einem Selektivextrakt
mit 40% Kohlenstoff in aromatischer Bindung und einer Viskosität von 32 Engler bei
50° C. Das bei dem Mischvorgang resultierende Bitumen hat einen Erweichungspunkt
von 98°C (Ring und K u g e 1), einen Brechpunkt nach F r a a s s von -48° C und
eine Penetration (l00 g, 6 Sekunden, 25° C) von 120.
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Hier sind die Anwendungsgebiete dieselben wie im Beispiel 2. Beispiel
4 Es ist jedoch auch möglich, mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens bituminöse
Stoffe sehr schlechter Qualität, z. B. Propanasphalte, in synthetische Bitumen mit
guten Eigenschaften überzuführen, so daß sie vielseitig verwendbar sind.
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Wenn z. B. Propanasphalte durch starkes Blasen mit Luft bei erhöhten
Temperaturen in ihrer Asphaltkomponente angereichert und dann mit aromatischen Ölen
geeigneter Viskosität rückgestellt werden, so entstehen Bitumen mit besonders günstigen
Hafteigenschaften. Allerdings ist es wesentlich, daß die Reihenfolge >Blasen und
Verdünnen mit Ö1« eingehalten wird. Das umgekehrte Verfahren »Verdünnen mit Öl-Blasen«
führt zu keinem Erfolg.
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Beispiel 5 Ein Propanasphalt mit einem Erweichungspunkt von
61' C (Ring und Kugel), einem Brechpunkt nach F r a a s s von - 32° C und
einer Penetration von 10 (100 g, 6 Sekunden, 25° C) wird durch Blasen mit Luft bei
280° C bis zu einem Erweichungspunkt (nach
R i u g und K u g e 1)
von 120° C oxydiert. 50 Teile des erhaltenen Produktes werden in 400 Teilen Chloroform
gelöst und 50 Teile eines Selektivextraktes aus der Mineralölraffination mit 481/o
Kohlenstoff in aromatischer Bindung und einer Viskosität von 35 Engler bei 50° C
hinzugefügt. Nach dem Abdestillieren des Chloroforms (das nur zur Erleichterung
des Mischungsvorganges dient) bleibt ein Bitumen zurück, das einen Erweichungspunkt
von 85' C (R i n g und K u g e 1), einen Brechpunkt nach F r a a s s von
-10° C und eine Penetration (100 g, 6 Sekunden, 25° C) von 14 besitzt. Das Bitumen
-zeichnet sich durch besonders günstige Hafteigenschaften aus.
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Das entstandene synthetische Bitumen eignet sich vor allem für Kitte
und Vergußmassen sowie für Fußbodenmassen.
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Aus den vorstehenden Beispielen ergibt sich, daß der Charakter des
Bitumens vor allem durch die Art der Ölkomponente bestimmt wird. Insbesondere bestimmt
der Aromatengehalt der Ölkomponente den Zerteilungsgrad der Asphalte in der Ölkomponente.
Der Einfluß des Molgewichtes der Asphaltkomponente und der Viskosität der Ölkomponete
ist bedeutend geringer.
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Weiter zeigt sich, daß die Harze keinen stärkeren Einfluß auf die
Eigenschaften des Bitumens ausüben, denn in sämtlichen genannten Beispielen sind
keine Harze verwandt worden.
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Die synthetischen Bitumen weisen infolge der größeren Homogenisierung
und feineren Zerteilung des Asphaltes und der besseren Löslichkeit von Teerprodukten
in der aromatischen Ölkomponente eine bessere Mischbarkeit und Verträglichkeit mit
Steinkohlenteerprodukten auf.