DE3942582C2 - Emulsion von bituminoesen bindemitteln in wasser und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Bindemittel für den Straßenbau in Form einer wäßrigen Emulsion auf der Basis von Bitumen-Teer-Gemischen.

Bitumen- und Straßenteeremulsionen und deren Verwendung als Bindemittel für den Straßenbau sind bekannt.

Bei dem "Compomac-Verfahren" der Firma Raschig GmbH wurden die Mineralstoffe zunächst mit einer Teeremulsion, die 75% Straßenteer enthielt, überzogen und anschließend mit einer Bitumenemulsion, die zu 50% aus Bitumen bestand, gemischt, wobei die Emulsion gebrochen wurde. Das fertige Gemisch blieb auch nach längerer Lagerung noch kalteinbaufähig, da die im Straßenteer enthaltenen Öle als Weichmacher für das Bitumen wirkten.

Da dieses Verfahren zu aufwendig war, wurde versucht Emulsionen auf der Basis von Bitumen und Teerfraktionen herzustellen, die in einem Mischgang die Mineralstoffe umhüllen sollten. Es wurden Verschnittbitumenemulsionen auf der Basis von Bitumen und Teerölen hergestellt, die zwar gut zu verarbeiten waren, aber nicht die gewünschte Haftung auf dem Mineral erbrachten. Emulsionen auf der Basis von Bitumen und Steinkohlenteer bzw. Straßenteer werden in der Literatur zwar erwähnt, aber ohne daß nähere Angaben zum Mischungsverhältnis oder zum Verhalten gemacht werden.

Andererseits ist aber auch bekannt, daß die in der DIN 1995 genormten Bitumenteere mit einem Straßenteergehalt von 15% in ihren Eigenschaften wenig befriedigten. Höhere Straßenteerzusätze waren erwünscht, aber ließen sich nur in Ausnahmefällen verwirklichen, weil vor allem die paraffinischen Öle des Bitumens zu Ausflockungen von Pechkomponenten des Straßenteers führen. Dieses Problem tritt bei Emulsionen in verstärktem Maße auf.

In Versuchen wurde gefunden, daß wäßrige Emulsionen von Pech-Bitumen-Gemischen bereits bei einem Gehalt an Steinkohlenteernormalpech von 10 Gew.-% instabil sind, und bereits nach 7 Tagen etwa 80 Gew.-% der Pechbestandteile ausgefällt und sedimentiert sind. Vor allem wenn die Emulsion z. B. im Spritzverfahren zur Oberflächenbehandlung im Straßenbau verwendet werden soll, ist es aber erforderlich, daß diese eine ausreichende Stabilität während des Transportes und der Lagerung aufweist.

Es bestand daher die Aufgabe, eine wäßrige, Emulgatoren enthaltene Emulsion auf der Basis von mit Ölen plastifizierten Pech-Bitumen-Gemischen mit erhöhtem Pechanteil, die eine ausreichende Schüttelbeständigkeit und bei Lagerung über einen Monat nur eine geringe Sedimentation aufweist, und ein Verfahren zu deren Herstellung zu entwickeln.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Emulsion aus mit Ölen plastifizierten Pech-Bitumen-Gemischen gelöst, die neben Bitumen, Steinkohlenteerpech in einer Menge, die mindestens 10 Gew.-% Normalpech entspricht, und 1 bis 10 Gew.-% Öle enthalten, wobei die Emulsion durch den Zusatz von organischen, wasserlöslichen Verdickungsmitteln (Hydrokolloide), vorzugsweise natürliche Stoffe oder abgewandelten Naturstoffen, stabilisiert ist.

Steinkohlenteernormalpech ist der zu etwa 50 Gew.-% anfallende Destillationsrückstand aus der Primäraufarbeitung von Steinkohlenteer mit einem Erweichungspunkt (Kraemer-Sarnow) zwischen 65 und 73°C. Bei der Verwendung anderer Steinkohlenteerpeche ist die Menge entsprechend der Fluxöle- oder Destillatmenge auf Normalpech umzurechnen.

Als plastifizierte Öle können alle Pech- und Bitumen-Lösemittel verwendet werden, vor allem naphthen- und aromatenhaltige Öle. Zu diesen Ölen gehören insbesondere Teeröle, Crack- und Pyrolyseöle aus der Aufarbeitung von Erdölfraktionen und deren Gemische allein oder in Kombination mit anderen Kohlenwasserstoffölen wie Benzin und Leuchtpetroleum.

Es werden kationische Emulgatoren in einer Menge von 0,1 bis 1,5 Gew.-% bezogen auf das Wasser eingesetzt. Als Emulgatoren haben sich insbesondere aliphatische Diamine und deren Salze bewährt. Naturstoffe - wie Stärke oder Gelatine - und abgewandelte Naturstoffe - wie Hydroxyethylcellulose oder Carboxymethylcellulose - sind als Emulsionsstabilisatoren in gleicher Weise geeignet. Sie werden der Emulsion in einer Menge von bis zu 1 Gew.-% einzeln oder im Gemisch zugesetzt.

Bei der Herstellung der Emulsion werden das aufgeschmolzene Bitumen und das flüssige Steinkohlenteerpech, das ggf. mit Teerölen gefluxt ist, zunächst gemischt und unter Zusatz von weiteren Ölen plastifiziert, bis es einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) zwischen 37 und 49°C und eine Penetration bei 25°C von 70 bis 210×0,1 mm aufweist. Die so vorbereitete Pech-Bitumen-Öl-Mischung mit einer Temperatur im Bereich von 120 bis 160°C wird nun in die in turbulenter Bewegung befindliche wäßrige Emulgatorlösung, die bereits die Emulsionsstabilisatoren enthält, eingerührt und mindestens 30 s lang dispergiert. Die Emulgatorlösung braucht nicht erwärmt zu werden, sondern wird bei Umgebungstemperatur belassen.

Die erfindungsgemäße Emulsion zeichnet sich durch eine niedrige Viskosität und eine sehr gute Haftfähigkeit zum Mineralstoff aus, unabhängig von dessen Herkunft und chemischen Eigenschaften. Dadurch eignet sie sich insbesondere zur Verwendung als Bindemittel bei Raumtemperaturen beispielsweise zur Oberflächenbehandlung im Straßenbau. Beim Aufspritzen auf die Straßenoberfläche bildet sich durch den Kontakt mit dem Mineralstoff eine dichte Schicht. Die guten Benetzungs- und Hafteigenschaften bewirken eine feste Verbindung der Mineralstoffteilchen mit der Straßenoberfläche.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiele Beispiel 1

47,48 kg Bitumen mit einem Erweichungspunkt (RuK) von 49°C und einer Penetration bei 25°C von 78×0,1 mm werden aufgeschmolzen und bei 120°C mit 15,83 kg eines mit filtriertem Anthracenöl auf einen Erweichungspunkt (RuK) von 44°C gefluxten Steinkohlenteernormalpechs in einem beheizten Rührwerksbehälter gemischt. Die Mischung wird unter Zusatz von 1,69 kg Leuchtpetroleum plastifiziert. Sie hat einen Erweichungspunkt (RuK) von 43,2°C und eine Penetration bei 25°C von 150×0,1 mm. Gleichzeitig werden 33,62 kg Wasser mit 0,63 kg Salzsäure, 0,25 kg des aliphatischen Diamins DIKAMIN-R (der Firma Zaktady Azolowe Kedzierzyn) und 0,5 kg Stärke in einem unbeheizten Rührwerksbehälter mit Propellerrührer bei 20°C gemischt. Bei einer Rührerdrehzahl von 8000 min^-1 wird das 135°C heiße plastifizierte Pech-Bitumen-Gemisch langsam zugegeben. Nach Beendigung dieser Zugabe wird die Emulsion noch 1,5 min lang bei gleicher Drehzahl homogenisiert.

Die so hergestellte kationische Emulsion hat die in der Tabelle wiedergegebenen Eigenschaften.

Beispiel 2 (Vergleich)

Die Emulsion wird wie im Beispiel 1 ohne Zusatz von Stärke hergestellt, wobei die Stärke durch eine entsprechende Wassermenge ersetzt wird.

Die Eigenschaften der so erhaltenen Emulsion sind in der Tabelle denen der nach Beispiel 1 erhaltenen Emulsion gegenübergestellt. Bei sonst vergleichbaren Eigenschaften der frisch hergestellten Emulsion zeigt sich bei der erfindungsgemäßen Emulsion eine wesentliche Verbesserung der Lagerbeständigkeit.

Beispiel 3

46,02 kg Bitumen wie im Beispiel 1 werden mit 15,34 kg Steinkohlenteerweichpech mit einem Erweichungspunkt (RuK) von 38°C im flüssigen Zustand gemischt und mit 3,64 kg schwerem Anthracenöl plastifiziert. Das plastifizierte Gemisch hat eine Penetration bei 25°C von 147×0,1 mm und einen Erweichungspunkt (RuK) von 44°C. Gleichzeitig werden 33,62 kg Wasser, 0,63 kg Salzsäure, 0,25 kg des aliphatischen Diamins DIKAMIN-R und 0,5 kg Carboxymethylcellulose bei Raumtemperatur gemischt. Das plastifizierte Pech-Bitumen-Gemisch wird wie in Beispiel 1 in dieser wäßrigen Phase emulgiert.

Die so hergestellte kationische Emulsion hat die in der Tabelle wiedergegebenen Eigenschaften.

Tabelle

Claims (5)

1. Wäßrige Emulgatoren enthaltende Emulsion auf der Basis von mit Ölen plastifizierten Pech-Bitumen-Gemischen, dadurch gekennzeichnet, daß die plastifizierten Pech-Bitumen-Gemische neben Bitumen Steinkohlenteerpech in einer Menge, die mindestens 10 Gew.-% Normalpech entspricht, und 1 bis 10 Gew.-% Öle enthalten, wobei die Emulsion durch den Zusatz von organischen, wasserlöslichen Verdickungsmitteln stabilisiert ist.

2. Emulsion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als plastifizierendes Öl Teeröle oder/und naphthen- bzw. aromatenreiche Öle der Erdölaufarbeitung verwendet werden.

3. Emulsion nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu 1 Gew.-% Stärke, Gelatine, Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose oder deren Gemische enthält.

4. Emulsion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,1 bis 1,5 Gew.-% bezogen auf das Wasser eines kationischen Emulgators enthält.

5. Verfahren zur Herstellung einer Emulsion nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgeschmolzene Bitumen und das flüssige, ggf. mit Teerölen gefluxte Steinkohlenteerpech gemischt und unter Zusatz weiterer Öle plastifiziert werden, bis das Gemisch einen Erweichungspunkt (RuK) zwischen 37 und 49°C und eine Penetration bei 25°C zwischen 70 und 210×0,1 mm aufweist, dieses 120 bis 160°C heiße Gemisch in die in turbulenter Bewegung befindliche wäßrige, Stabilisatoren enthaltende Emulgatorlösung ohne äußere Erwärmung eingerührt und mindestens 30 s lang dispergiert wird.