DE2321744A1

DE2321744A1 - Asphaltmassen

Info

Publication number: DE2321744A1
Application number: DE2321744A
Authority: DE
Inventors: Andre Goya; Rene Smadja
Original assignee: Mobil Oil AS
Current assignee: Mobil Oil AS
Priority date: 1972-05-12
Filing date: 1973-04-30
Publication date: 1973-11-29
Also published as: AU472109B2; US3821144A; BE820996Q; DE2321744B2; IT987229B; ZA733202B; FR2289580A1; FR2289580B1; GB1385292A; AU5551073A; DE2321744C3

Description

PATENTANWÄLTE

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURG

TELEFON= 555476 8000 MÖNCHEN 15, 30 ■· V ·

TELEGRAMMErKARPATENT NUSSBAUMSTRASSEIO

W 41 558/73 - Ko/Ja

Mobil Oil Corporation, New York, N.Y. (V.St,A,)

Asphaltmas s en

und Die Erfindung befaßt sich mit Asphaltmassen^betrifft

in einem Gesichtspunkt speziell Asphaltmassen, die verbesserte elastische Eigenschaften zeigen. Insbesondere betrifft die Erfindung in diesem Gesichtspunkt Asphaltmassen, die verbesserte elastische Eigenschaften zeigen und zur Anwendung auf solchen Anwendungsgebieten geeignet sind, wo die Kriterien der Geschmeidigkeit und der hohen mechanischen Beständigkeit zufriedenstellend erfüllt werden müssen.

Die Anwendung von Asphalt als Binder für den Straßenbau und andere Industrieanwendungen ist'bekannt. Diese Produkte zeigten jedoch bisher schwache elastische Eigenschaften, so daß ihre Anwendung auf den Gebieten begrenzt

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die
war, fürAdie vorstehenden Kriterien der Geschmeidigkeit und der hohen mechanischen Beständigkeit notwendige Erfordernisse darstellen. In diesem Zusammenhang wurde bisher vorgeschlagen, verschiedene Zusätze in die Asphaltmassen zur Erhöhung der gewünschten Elastizität einzuverleiben. Für diese Zwecke wurden Copolymere von Äthylen und Vinylacetat beispielsweise gemäß der US-Patentschrift 3 442 841 vorgeschlagen. Es wur.de jedoch festgestellt, daß, obwohl die Einverleibung von Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat eine Erhöhung der Elastizität des Asphaltes erlaubt, hierdurch Asphaltmassen erhalten werden, die einen unzureichenden Zusammenhalt, d.h. notwendige, Spannung für eine gegebene Verformung, und gleichfalls schwache Haftfestigkeit zeigen.

Gemäß der Erfindung ergeben sich neue und verbesserte Asphaltmassen, die eine verbesserte Elastizität besitzen, gute Zusammenhaltseigenschaften und ausreichende Haftfestigkeit zeigen, wodurch diese Materialien wertvoll auf zahlreichen Anwendungsgebieten unter Einschluß von Überzügen für verschiedene Oberflächen, Metallwerkstücke und insbesondere auf orthotropisehen Oberflächen werden.

Im allgemeinen enthalten die verbesserten Asphaltmassen gemäß der Erfindung eine größere Menge an Ansphalt, eine kleinere Menge eines Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat und eine kleinere Menge eines synthetischen Terpenharzes. In stärker spezifischen Anwendungen umfassen die verbesserten Asphaltmassen im allgemeinen, auf das Gewicht bezogen, etwa 50 bis etwa 94 % Asphalt, etwa 5 bis etwa 40 % eines Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat und etwa 1 bis etwa 30 % eines synthetischen Terpenharzes.

Die Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat, die in den Asphaltmassen gemäß der Erfindung angewandt werden, umfassen etwa 10 bis etwa 50 Gew.% an Einheiten, die'sich

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von dem copolymerisierten Vinylacetat ableiten. Besonders bevorzugt sind Copolymere aus Äthylen und Vinylacetat, die einen Schmelzindex von etwa 20 bis 30 besitzen, bestimmt gemäß ASTM-Methode D638.

Die in den neuen Asphaltmassen gemäß der Erfindung angewandten synthetischen Terpenharze sind Harze, die sich von Terpenrohmaterialien wie Terpentin, Kiefernöl und verwandten Materialien ableiten. Die Hauptbestandteile von Terpentin sind ein Terpen oder Pinen. Die Hauptbestandteile von Kiefernöl ist ein Gemisch von Terpenalkoholen (weitgehend α-Terpineol) mit geringen Mengen an Terpenkohlenwasserstoffen und -äthern. Das Kiefernöl wird für diesen Zweck durch Dampfdestillation von Kiefernholz erhalten. Außer den beim vorstehenden Verfahren eingesetzten Materialien Kiefernöl und Terpentin werden auch andere Terpenkohlenwasserstoffe, wie Limonen, Dipenten, Terpinen und Terpinolen als Zv/ischenfraktionen erhalten.

Die Grundverfahren zur Herstellung von harzartigen Materialien aus den vorstehenden Substanzen verlaufen durch Oxidation oder durch Polymerisation. In diesem Gesichtspunkt wurde festgestellt, daß Terpentin zu einer Verharzung während der Lagerung, vermutlich aufgrund von Oxidation neigt. Die Abdampfung von Terpentin und Kiefernölen in offenen Gefäßen ergibt harzartige Materialien infolge Oxidation und Polymerisation. Eine vollständigere Beschreibung der vorstehenden synthetischen Terpenharze, wie sie in den neuen Asphaltmassen gemäß der Erfindung angewandt werden, findet sich in "The Chemistry of Synthetic Resins", Carleton Ellis, Band I, Reinhold Publishing Corporation, New York, N.Y. 1935.

Die in den neuen Asphaltmassen gemäß der Erfindung eingesetzten synthetischen Terpenharze haben vorzugsweise einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von etwa 50 bis etwa 200⁰C. Stärker bevorzugt werden synthetische Harze mit einem Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von etwa

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95 bis etwa 105⁰C und einer Dichte bei 25⁰C von etwa 0,93.

Der in den neuen Massen eingesetzte Asphalt hat vorzugsweise einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von etwa 50 bis etwa 20O⁰C. Besonders bevorzugt werden Asphalte, deren Erweichungspunkt zwischen etwa 43 und etwa 6O⁰C ist und deren ASTM-Penetrationsindex bei 25⁰C zwischen etwa 40 und etwa 70 liegt.

Gewünschtenfalls können die neuen Asphaltmassen gemäß der Erfindung einzeln, wie sie vorstehend geschildert wurden, angewandt werden oder können verschiedene Füllmaterialien oder inerte Aggregate oder Zuschlagstoffe zur Erzielung zusätzlich gewünschter Eigenschaften der Masse enthalten. Diese Füllstoffe oder Zuschlagsstoffe können in Kombination mit dem vorstehenden Binder (aus Asphalt, Copolymerem und Harz) etwa 85 bis etwa 95 Gew.% des gesamten Binder-Aggregat-Gemisches ausmachen.

Im Hinblick auf die Beschreibung spezifischer Ausführungsformen wurde"zur besseren Erläuterung der verbesserten Eigenschaften bei Anwendung der neuen Asphaltmassen gemäß der vorliegenden Erfindung ein Vergleich zwischen

(1) einem reinen Asphalt mit einer Penetration von 40/50,

(2) einem Gemisch dieses Asphaltes mit einem Gehalt von 20 Gev.% eines Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat mit einem Gehalt von 33 Gew.% sich von Vinylacetat ableitenden Einheiten, (3) ein Gemisch des gleichen Asphaltes mit einem Gehalt von 15 Gew.96 eines synthetischen Terpenharzes mit einem Erweichungspunkt von 95 bis 105⁰C und einer Dichte bei 25⁰C von etwa 0,93 und schließlich (4) eines ternären Gemisches aus 75 Gew.% des vorstehenden Asphaltes, 20 Gew.% des vorstehenden Copolymeren (E.V.A.) und 5 Gew.% des vorstehend angegebenen synthetischen Terpenharzes vorgenommen.

Es wird hierzu auf die folgenden Ausführungen verwiesen. .

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Die Elastizität und Haftung jedes der vorstehenden Materialien wurde nach dem üblichen Test der Spannung oder des Zuges mit konstanter Geschwindigkeit bewertet.

Die Ergebnisse bei der Bestimmung der Elastizität und der Haftung sind in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt, wo die Ordinate die Zugfestigkeit und die Abszisse die Verformung zeigt. In der Fig. 1 zeigt die Kurve 1 die Spannung/Verformungs-Beziehung für reinen Asphalt. Die Kurve wird für das Gemisch des gleichen Asphaltes und des vorstehenden Cöpolymeren erhalten. Kurve 3 gibt das Gemisch aus Asphalt 15 Gew.% des Terpenharzes wieder. Kurve 4 wird mit dem Gemisch entsprechend der Erfindung erhalten, welches den vorstehenden Asphalt, das vorstehend angegebene E.V.A.-Copolymere und das vorstehend angegebene synthetische Terpenharz enthält.

Aus Fig. 1 zeigt sich graphisch der beträchtliche Anstieg der Zugspannung, welcher aufgrund der Einverleibung des Harzes in den Asphalt erhalten wird, sowie die Zunahme der auf das Copolymere zurückzuführenden Elastiziät. Die Ergebnisse belegen weiterhin, daß das Gemisch aus Asphalt, Cöpolymeren und Harz eine solche Haftung und ein solches Ausmaß der Elastizität besitzt, die klar Überlegen demjenigen von reinem Asphalt oder einem Gemisch von Asphalt und E.V.A.-Copolymerem allein oder Gemischen von Asphalt und Terpenharz allein sind. Das angewandte Terpenharz wurde durch katalytische Polymerisation der α- und ß-Pinene, die in Terpentin vorkommen, erhalten.

Die Wärmeempfindlichkeit der Gemische gemäß der Erfindung ist niedriger als diejenige des reinen unbehandelten Asphaltes. Dies ergibt sich aus den Kurven der Fig. 2, die die Variierung der Penetration als Funktion der Temperatur zeigen, falls diese Temperaturen zwischen etwa 10 und 4O³C liegen. Der höhere I».C.P.C.-Index der Penetration des reinen Asphaltes gibt eine größere Anfälligkeit für Wärme für diesen Binder an und wird durch den Pfeiffer-Penetrationsindex bestätigt. In diesem Zusammenhang hat der L*C.P.C,

Index Bezug auf die vom französischen Büro für öffentliche Straßen entwickelten Viskösitätsindexwerte. Der Pfeiffer~Pentrationsindex ist ein Anzeichen für die Temperaturschärfe, angegeben durch einen Indexwert entsprechend der Beziehung

d log Penetration 20 -P.I. 1

- ä "=s oder ' ■ χ ——>

d Temperatur 10 -t-P.I« 50

worin d das mathematische Derivat und P.l. den Penetrationsindex darstellen. Eine genauere Definition des Pfeiffer-Pentratiönsindex ist in "The Properties of Asphaltic Bitumen" von J.P.H. Pfeiffer, Elsevier Publishing Co. (1950), New York, K.Y., Seite 166 gegeben.

Die Kurven der Fig. 3 zeigen die Variierung in der Viskosität des Asphaltes und eines erfindungsgemäßen Gemisches als Funktion der Temperatur zwischen etwa 100 und 220⁰C. Es ergibt sich daraus, daß die Viskosität des Binders bei einer gegebenen Temperatur stets höher als diejenige des reinen Asphaltes ist und daß deren Variierung als Funktion der Temperatur niedriger ist.

Es wurde auch festgestellt, daß die Gemische weiche gemäß der Erfindung hergestellt wurden eine Zerbrechlichkeit bei niedrigen Temperaturen besitzen, welche weit niedriger als diejenige des reinen Asphaltes ist, die als Grundlage für diese Gemische dient, und daß das L. CP. C-Interval der Plastizität, welches den Bereich der Temperatur angiebt, innerhalb dessen das zu untersuchende Produkt eine bestimmte Geschmeidigkeit hat, weit breiter für die erfinduttgsgemäß hergestellten Gemische ist als bei dem reinen, als Grundlage für diese Gemische dienenden Asphalt. , ' ,

Wie vorstehend angegeben, sind die neuen Asphaltmassen gemäß der Erfindung besonders auf solchen Anwendungsgebieten wie Überzügen für orthotrope Oberflächen wert-

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voll. In diesen Zusammenhang können die Massen wirksam als Verkleidungsmaterial für Metallbrücken verwendet werden, wo orthotrope Platten-Überstrukturen verwendet werden. Diese Platten werden als orthotrop bezeichnet, wenn ihre mechanischen Eigenschaften in zwei senkrechten Richtungen nicht gleich oder ähnlich sind. Derartige Platten werden in Längsrichtung durch eine Reihe von Versteifern gestützt, die voneinander durch spezifische Abstände getrennt sind.

Die Verkleidung derartiger Metallbrücken ist deshalb den durch den Verkehr verursachten Spannungen unterworfen. Hierzu gehören senkrechte Preßspannungen, welche für die Verkleidung schädigend sind, wenn sie auf einem steifen Träger, wie einer Stahlplatte aufliegt und gleichfalls für horizontale Spannungen aufgrund der durch die Räder der Kraftfahrzeuge verursachten Beanspruchung. Im Hinblick auf die vorstehenden Sachverhalte wurde festgestellt, daß die neuen Asphaltmassen gemäß der Erfindung, ganz gleich ob sie einzeln angewandt werden oder als Binder für Zuschlagmaterialien, einen herausragenden Zusammenhalt zeigen, daß sich der Binder lediglich bei relativ hohen Spannungsbeanspruchungen zu verformen beginnt und gleichfalls eine ausgezeichnete Elastizität zeigt, und daß dieses Material einen sehr hohen Verformungsgrad ohne Rißbildung zeigt und eine relativ hohe Entspannungsbeanspruchung hat.

Die Erfindung wurde im vorstehenden anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, ohne daß sie hierauf begrenzt ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Asphaltmasse bestehend aus einer größeren Menge an Asphalt und einer kleineren Menge eines Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat, geke nnzeichnet durch den Gehalt einer kleineren Menge eines synthetischen Terpenharzes.

2. Asphaltmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie, auf das Gewicht bezogen, 50 bis 94 % Asphalt, 5 bis 40 % eines Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat und 1 bis 30 % eines synthetischen Terpenharzes enthält.

3. Asphaltmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Copolymere aus Äthylen und Vinylacetat 10 bis 50 Gew.% an Einheiten, die sich von dem copolymerisierten Vinylacetat ableiten, enthält.

4. Asphaltmasse nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß das Copolymere aus Äthylen und Vinylacetat einen Schmelzindex von etwa 20 bis etwa 30 besitzt.

5. Asphaltmasse nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das synthetische Terpenharz einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von etwa 50 bis etwa 2OQ⁰C, vorzugsweise 95 bis 105"C besitzt.

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6. Asphaltmasse nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Asphalt einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von etwa 20 bis etwa 20O⁰C, vorzugsweise 43 bis 6O⁰C besitzt und vorzugsweise einen ASm-Penetrationsindex bei 25⁰C von 40 bis 70 aufweist.

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