DE4424290A1

DE4424290A1 - Verfahren zur Herstellung bitumenverträglicher Polyolefincompounds und deren Verwendung

Info

Publication number: DE4424290A1
Application number: DE19944424290
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr Buehler; Manfred Dr Gebauer; Rolf-Peter Pfitzner
Original assignee: Leuna Werke GmbH
Current assignee: GEBAUER, MANFRED, DR., 06179 ANGERSDORF, DE
Priority date: 1994-07-09
Filing date: 1994-07-09
Publication date: 1996-01-11
Anticipated expiration: 2014-07-10
Also published as: DE4424290C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung bitumenver träglicher Polyolefincompounds auf Basis von Altkunststoffen, die für die Herstellung von heißlagerstabilen Polymerbitumina und von Polymerasphalten für hochbeanspruchte Straßendecken sowie zur Herstellung von Dachbahnen und von Vergußmassen eingesetzt werden.

Straßenasphaltdecken in Kreuzungsbereichen, in Haltestellenbe reichen und auf Kriechspuren erleiden bei hohem Verkehrsaufkom men von LKW mit hohen Achsdrücken sowie bei hohen Brems- und Beschleunigungskräften bei Sommertemperaturen Verformungen und Verdrückungen, was sich in einer Spurrillenbildung auf Kriech spuren und in Haltestellenbereichen sowie in einer Wellenbildung in Kreuzungsbereichen äußert. Bei Frosttemperaturen führt die Versprödung von Asphalten zu Rißbildungen, die Ausgangspunkt für die Zerstörung der Straßendecke sind.

Bekannte Verfahren zur Herabsetzung der Temperaturempfindlichkeit von Bitumina versuchen dieses Problem zu lösen durch den Zusatz von bitumenverträglichen Polymeren wie ataktischem Polypropylen, Styren-Butadien-Styren-Blockcopolymeren, Polyisopren, Natur kautschuk, Ethylen-Acrylat-Copolymeren, Ethylen-Vinylacetat- Copolymeren und von EPDM-Kautschuk.
(G. Zenke, Bitumen (1981) 1, 8-15;

K. Damm, Bitumen (1990) 1, 2-9;
K. Kolb, Bitumen (1985) 3, 97-105;
G. Zenke, Das stationäre Mischwerk (1979) 5, 7-20;
K. Ditter, Straße und Autobahn (1989) 9, 358-361;
O. Hartner, Die Asphaltstraße (1993) 2, 28-32).

Diese Kunststoffe erfüllen das Kriterium der Heißlagerbeständig keit, d. h. bei Lagerung der Bitumen-Kunststoff-Mischungen bei 180°C erfolgt keine Phasentrennung unter Aufschwimmen des Kunststoffanteils. Diese Heißlagerbeständigkeit bildet die wesentliche Voraussetzung für die störungsfreie Verarbeitung von Polymerbitumina in Asphaltmischstationen.

Polyolefine wie Polyethylen und Polypropylen bilden mit Bitumen keine heißlagerstabilen Mischungen.

Auf Grund des hohen Aufkommens von Polyethylenabfällen aus der Verpackungsindustrie und von Landwirtschaftsfolien gibt es viele Bemühungen, durch gezielte Aufbereitungsmethoden eine begrenzte Verträglichkeit mit Bitumen zu erzielen und die Altkunststoffe einer werkstofflichen Wiederverwendung zuzuführen.

Bekannte Verfahren sind die gemeinsame Behandlung von Polyethy len und Bitumen unter Anwendung hoher Scherkräfte in Kolloid mühlen (US 4 314 921, DE 39 20 878, US 5 137 946), der Zusatz von Kompatibilisatoren wie MSA-gepfropftem SB-Kautschuk und Glycidylmethacrylat-gepffropftem EVA (FR 9 002 138), von Fett säureestern (US 4 154 710) und funktionalisierten Wachsen (US 4 978 698; WO 8 705 313) sowie der Zusatz von Fluxmitteln wie schweren Erdöldestillaten (DE 40 32 218) oder Kiefernöl (Entsorgungspraxis 11 (1993) 10, 688).

Weiterhin vorgeschlagen wurde die Viskositätsabsenkung von Poly ethylen durch Vorabbau im Extruder (DE 43 29 459) oder Rührreak tor (DE 38 19 931) sowie durch Ozonisierung (FR 8 413 077), um zu einer verbesserten Verträglichkeit bei Einmischung in Bitumen zu gelangen. Ein weiteres bekanntes Verfahren ist die Verlänge rung der Mischzeiten in Asphaltanlagen, um einen Viskositätsab fall des Polyethylens zu erzielen (DE 25 40 230).

Homogene Mischungen von Bitumen mit Polyethylen lassen sich erst bei wachsartigen Polyethylenen mit Molmassen im Bereich von 5000 bis 10000 erzielen (H. Kopsch, Bitumen 1990 (3), 98-101) Durch Einsatz von vorabgebautem Polyethylen in Polymerbitumina ist daher nur ein Eigenschaftskompromiß zwischen Heißlagerstabi lität und Werkstoffeigenschaften des Polymerbitumens möglich.

Aufzufinden war daher ein Verfahren zur Herstellung bitumenver träglicher Polyolefincompounds auf Basis von Altkunststoffen, die für heißlagerbeständige Polymerbitumina und für Straßenas phalte ohne Phasentrennungserscheinungen eingesetzt werden kön nen, und das keine aufwendigen Abbaumaßnahmen im Vorfeld erfor dert.

Das Problem wurde dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß in einem kontinuierlichen Extruderverfahren Polyolefine in Form von Alt kunststoffen und Bitumina in Gegenwart von Modifikatoren bei Temperaturen im Bereich von 270 bis 450°C einer reaktiven Com poundierung unterzogen werden. Dabei werden vorteilhafterweise Bitumen und Modifikatoren durch Injektoren flüssig in die Poly merschmelze eingespritzt.

Als Polyolefine werden bevorzugt die Polyolefin-Mischfraktion der Altkunststoffaufbereitung, Polypropylen- und Polybutengewerbe abfälle, PE-ND aus der Altfolienaufbereitung sowie Gewerbeabfälle und Altkunststoffe auf Basis von thermoplastischen Elastomeren eingesetzt.

Als Bitumina werden bevorzugt Raffineriebitumina der Klassifika tion B 45 bis B 200 angewendet. Erfindungsgemäße Modifikatoren sind bevorzugt Maleinsäureanhydrid, Itakonsäureanhydrid, Phthal säureanhydrid, (Meth)acrylsäureester und (Meth)acrylsäure.

Der Polyolefinanteil im Compound liegt im Bereich von 35 bis 80 Masse-%, der Anteil an Modifikatoren in der Gesamtmischung be trägt 0,5 bis 5 Masse-%. Für die Herstellung von heißlagerbestän digen Polymerbitumina werden die erfindungsgemäßen Polyolefin compounds in Anteilen von 3 bis 25 Masse-% unter Einbeziehung von Zuschlagstoffen in Anteilen von bevorzugt 0,1 bis 3 Masse-% ein gesetzt. Bevorzugte Zuschlagstoffe sind basische Metallverbin dungen wie Oxide, Karbonate und Azetate von Kalzium, Zink, Mag nesium und Eisen sowie Diamine, flüssige Alkylbutadiene mit Aminoendgruppen oder Butadien-Akrylnitrit-Kautschuk.

Für die Herstellung von Straßenasphalt werden die bitumenver träglichen Polyolefincompounds in Anteilen von 0,1 bis 1,2 Masse-% eingesetzt.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet somit eine vorteilhafte Wiederverwendungsmöglichkeit für Altkunststoffe.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

In einen gleichlaufenden Doppelschneckenextruder Typ Werner & Pfleiderer ZSK 53 mit Flüssigdosierinjektor, angeflanschtem statischen Mischer und Unterwassergranulierung werden geschnit tene Polypropylen-Gewerbeabfälle (Umreifungsbänder) mit 23 kg/h dosiert und in die Polymerschmelze bei 375°C Bitumen B 80 mit 10 kg/h und Itakonsäureanhydrid mit 1,4 l/h eingespritzt. Das resultierende Polyolefincompound besitzt einen Schmelzindex von 380 g/10 min bei 190°C/2,16 kp.

Für die Herstellung eines heißlagerbeständigen Polymerbitumens werden in einem elektrisch beheizten Rührgefäß 4 kg Polyolefin compound und 0,1 kg Magnesiumazetat 3 h unter Rühren bei 190°C in 62 kg Bitumen B 80 gelöst.

Das resultierende Polymerbitumen besitzt folgende Eigenschaften:
Duktilität 16 cm
Brechpunkt -11°C
Penetration (0,1 mm) 24
Erweichungspunkt 67°C
Heißlagerstabilität nach 36 h/180°C Δ EP 1,5°C.

Beispiel 2

In einen Doppelschneckenextruder nach Beispiel 1 wird mit 14 kg/h Shredderware aus der Polyolefinmischfraktion dosiert und in die Polyolefinschmelze bei 430°C Bitumen B 80 mit 20 kg/h und Maleinsäureanhydrid mit 0,3 l/h eingespritzt. Das resultierende Polyolefincompound besitzt eine Viskosität von 3570 N/mm² bei 140°C.

Für die Herstellung von Straßenasphalt für hochbeanspruchte Straßenbeläge wird das Polyolefincompound in Anteilen von 8% dem Bindemittel Bitumen B 80 zugesetzt.

Die Ermittlung der Marshallkennzahlen ergab einen Tragwert von 20,5 kN und einen Fließwert von 4,7 mm.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung bitumenverträglicher Polyolefin compounds, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Extruder kontinuierlich 35 bis 80 Masse-% Polyolefine in Form von Altkunststoffen in Gegenwart von 0,5 bis 5 Masse-% Modifi katoren, bezogen auf die Gesamtmischung, mit Bitumen bei Temperaturen im Bereich von 270 bis 450°C einer reaktiven Compoundierung unterzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bitu men und Modifikatoren durch Injektoren flüssig in die Poly olefinschmelze eingespritzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyolefine die Polyolefin-Mischfraktion der Altkunststoff- Aufbereitung, Polypropylen- und Polybutengewerbeabfälle, PE-ND aus der Altfolienaufbereitung sowie Gewerbeabfälle und Altkunststoffe auf Basis thermoplastischer Elastomerer einge setzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bitumina Raffineriebitumina der Klassifikation B 45 bis B 200 eingesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Modifikatoren Maleinsäureanhydrid, Itakonsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, (Meth-)Akrylsäureester, (Meth-)Akryl säure eingesetzt werden.

6. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 5 hergestellten bitumenverträglichen Polyolefincompounds, dadurch gekenn zeichnet, daß sie in Anteilen von 3 bis 25 Masse-% bei der Herstellung von heißlagerbeständigen Polymerbitumina einge setzt werden.

7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung heißlagerbeständiger Polymerbitumina auf Basis Bitumen und Polyolefincompound reaktive Zuschlagstoffe in Anteilen von 0,1 bis 3 Masse-% zugesetzt werden.

8. Verwendung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß als reaktive Zuschlagstoffe bei der Herstellung heiß lagerbeständiger Polymerbitumina auf Basis Bitumen und Poly olefincompound basische Metallverbindungen, vorzugsweise Oxide, Karbonate und Azetate von Kalzium, Zink, Magnesium und Eisen, sowie Diamine, flüssige Polybutadiene mit Amino endgruppen oder Butadien-Akrylnitril-Kautschuk zugesetzt werden.

9. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 5 hergestellten bitumenverträglichen Polyolefincompounds, dadurch gekenn zeichnet, daß sie in Anteilen von 0,1 bis 1,2 Masse-% bei der Herstellung von Straßenasphalt eingesetzt werden.