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Verfahren zur Herstellung von Bitumen mit höherem bzw. geringerem
Penetrationsindex aus asphaltischen Bitumina mit niedrigerem_bzw. höherem Penetrationsindex
Die Eifindung bezieht sich auf ein Verfahren zur -Herstellung von Bitumen mit höherem
bzw. niedrigerem Penetrationsindex aus asphaltischen Bitumina mit niedrigerem bzw.
höherem Penetrationsindex.
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Für das Verfahren in Betracht 'kommende asphaltische Bitumensorten
sind u. a. die sog. asphaltischen Diestillatbitumina, Bitumina aus der Spaltung
oder der destruktiven Hydrierung von Mineralölen ,oder hiineralölprodu'kien, 'Bitunüna,
die aus Afineralölen durch Fälhmg, z. B. mit Propan, erhalten werden, Bitumina,
die aus Extrakten hergestellt werden, welche aus Mineralölen mit Hilfe selektiver
Lösungsmittel erhalten werden.
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Es ist gefunden worden, daß Bitumina mit einem höheren bzw. einem
niedrigeren Penetrationsindex aus den erwähnten asphaltischen Bitumensorten erhalten
werden, indem man diese mit ,aromatischen. Sulfonsäuren oder aromatischen Sulfonhalogeniden
behandelt.
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Unter Penetrationsindex wird eine Zahl verstanden; welche die Temperaturemp:findlichkeit
von asphaltischem Bitumen angibt und gewöhnlich berechnet wird nach einer Penetrationsprüfung,
in der Regel bei 25°, und dem Ring-Kugel-Erweichungspun'kt (vgl. Kolloid-Zeitschrift-76,
Nr. t, 96 bis irt [i936]).
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Unter aromatischen Sulfonsäuren und Sulfohalogeniden werden sowohl
die einfach als auch die mehrfach sulfurierten Säuren und Sulfohalogenide verstanc'Len.
Die Sulfonsäuren und Sulfohalogenide können Substituenten, wie Kohlenwasserstoffgruppen,
Hydroxylgruppen, Nitrogruppen, Aminogruppen. Halogene u. dgl., enthalten.
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Beispiele von aromatischen Sulfonsäuren und Sulfohalogeniden, die
erfindungsgemäß zur Behandlung von,asphaltischem Bitumen verwendet werden, sind
Naphthalinsulfonsäure, Naphthalindisulfonsäure, Chlorbenzolsulfonsäure, Toluolsulfochlorid,
Aminobenzolsulfonsäure usw.
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Diese Stoffe werden im allgemeinen in geringen
Mengen.
nämlich bis zu einigen Prozent, z. B. bis zu 5 Gewichtsprozent, je nach der Wirksamkeit
der Stoffe, der Art des asphalteschen Bitumens und den gewünschten Wirkungen zugesetzt.
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Die Behandlung erfolgt vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, z. B.
bei Temperaturen über etwa ioo'. Wenn höhere Temperaturen gewählt werden, erzielt
man die gewünschtem Eigenschaften in kürzerer Zeit. Die höchste Behandlungstemperatur
ist etwa 300°. Vorzugstveise werden keine Temperaturen über 250' verwendet;
denn bei Temperaturen über etwa 3oo° wird der gewünschte Effekt in geringerem Ausmaße
erzielt infolge einer Umwandlung des Bitumens und Zersetzung der Sulfonsäuren und
Sulfohalogenide, die durch eine mehr oder weniger starke Schwefeldioxydentwicklung
erkennbar ist.
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Die Behandlung kann durch Einverleiben der Stoffe in das Bitumen bei
innigem Verinischen stattfinden. Dies ist am leichtesten möglich, wenn das Bitumen
in flüssigem Zustande vorliegt. Hierzu kann das .Bitumen z. B. durch Erhitzen oder
durch Auflösen in einem geeigneten Lösungsmittel verflüssigt werden. , Das Verfahren
gemäß der Erfindung bietet eine einfache Möglichkeit der Herstellung von Bitumina
mit für gewisse Anwendungszwecke höchst erwünschten Eigenschaften. Wenn man berücksichtigt,
daß für viele technische Anwendungszwecke von Bitumen Bitumensorten mit »sehr stark
voneinander ab-«-eichenden Eigenschaften gewünscht werden, ist d_e Bedeutung des
vorliegenden Verfahrens offensichtlich.
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Die Art des Ausgangsbitumens ist auf die erzielte Wirkung von großem
Einfluß. Bekannt sind Verfahren. durch Blasen die Eigenschaften von asphalteschen
Bitumensorten und asphalteschen Bitumina zu verbessern. Deingegenüber bietet das
Verfahren gemäß der Erfindung mehr Möglichkeiten und ist leichter ais das Blasen
auszuführen; denn es können Erzeugnisse mit stark geändertem Penetrationsindex und
Schmelzpunkt in sehr kurzer Zeit erhalten'-werden.
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Erfindungsgemäß können selbst Bitumina mit Penetrationsindizes und
Schmelzpunkten erhalten werden, die durch Blasen in der bisher in der Praxis üblichen
Weise nicht erhalten -werden können. Auch die Penetrationsindizes und die Sch@melzpun'kte
von bereits einem Blasprozeß unterworfenen asplialtischen Bitumensorten können durch
die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens noch weiter -wesentlich erhöht werden.
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Wenn die erhaltenen Erzeugnisse Schmelzpunkte aufweisen, die den durch
Blasen erhaltenen etwa entsprechen, so weisen sie doch gegenüber den geblasenen
Bitumensorten den Vorteil auf, da[,) sie dem Abfließen auf schrägen Flächen größeren
Widerstand entgegensetzen und auch widerstandsfähiger gegen Schlag und Erschütterung
sind. Es ist ferner bereite- bekannt, Teere, asphaltische Biturnitia (Erdölpeche)
bzw. ihre Gemische mit Asphalt, mit Schwefelsäurehalogeniden auch bei erhöhter Temperatur
zu behandeln. Der Zweck dieses Verfahrens - besteht 0darin, die als Ausgangsstoffe
verwendeten Teere, Erdölpeche u. dgl., die weitgehend ungesättigt sind, derart ahzusättigen,
daß eine Aufnahme von Sauerstoff auch bei längerem Lagern weitgehend verhindert,
d. h. also- einem Verspröden der Masse im Straßenbau vorgebeugt wird. Demgegenüber
wird bei den asphalteschen Bitumina, die gemäß der Erfindung mit den andersartigen,
nämlich rein aromatischen Sttlfonsäuren behandelt werden, zunächst in jedem Falle
eine Erhöhung des Schmelzpunktes und dann je nach der Art des Aus gaiWsbitutnens
eine Änderung der elastischen Eigenschaften, d. h. des Penetrationsindex, erzielt.
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Der Vorteil dieser Arbeitsweise besteht vor allem darin, daß die durch
das neue Verfahren erzielte Änderung des Penetrationsindex derjenigen analog ist,
die durch das übliche Blasverfahren erzielt wird. Indessen läßt sich dieser Erfolg
gemäß der Erfindung in technisch wesentlich einfacherer und billigerer Weise herbeiführen.
Diese Wirkung kann aber, unabhängig übrigens von dem Ausgangstnaterial, durch eine
Behandlung mit Sulfurvlchlorid und ähnlichen Verbindungen niemals erzielt werden.
Man hat weiter geschwefelte Asphalte durch Erhitzen mit Schwefel hergestellt. Diesen
gegenüber weisen die nach dem vorliegenden Verfahren erhaltenen Erzeugnisse -iesentliche
Vorteile auf, und zwar vornehmlich die gleichen wie gegenüber den geblasenen Asphalten.
Da nun die.erfindungsgemäß hergestellten Erzeugnisse, wie bereits vorgelegt, einen
erheblichen Fortschritt gegenüber den geblasenen Asphalten bedeuten, so ist es klar,
daß dieselben den geschwefelten Asphalten in noch stärkerem Maße überlegen sind.
Diesbezüglich ist auch zu betonen, daß die Herstellung der geschwefelten Asphalte,
-welche eine längere Erhitzung der Ausgangsasphalte mit großen Mengen Schwefel,
z. B. 2o bis z5ofo, auf sehr hohe, meistens in der Nähe des Siedepunktes des Schwefels
liegende Temperaturen erfordert, ganz erheblich umständlicher und kostspieliger
ist als das vorliegende Verfahren. Bei diesem reicht schon. eine kurze Erhitzung,
von z. B. nur einigen :Minuten, mit einer geringen Menge der angewandten Sulfonsäuren
oder Sulfohalogeniden auf verhältnismäßig niedrige Temperaturen
aus
zur Erreichung der bezweckten linde, rung der elastischen Eigenschaften der behandelten
Bitumina.
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Imn übrigen ist darauf hinzuweisen, daß die geschwefelten Asphalte
keinen bleibenden Eingang in die Technik gefunden haben und durch die geblasenen
verdrängt worden sind.
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Bei der Ausführung des neuen Verfahrens können die Sulfonsäüren und
Sulfohalogenide auch vorher einem geeigneten Lösungsmittel einverleibt werden.
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Es können sogar Bitumina; mit' Schmelz; punkten (Ring und Kugel) über
etwa 20o° und reit Penetrationen (gemessen bei 25°) über i o erhalten werden, Solche
Bitumina sind sehr geeignet zur Anwendung als Schutzschichten auf Baustoffen, die
sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sind.
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Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf asphaltische Bitumensorten,
welche aus Rückständen vom Spalten von Mineralölen hergestellt worden sind, ergibt
eine andere Wirkung. Hier wird auch der Schmelzpunkt des Bitumens erhöht, aber der
Penetrationsindex herabgesetzt. -Diese Bitumensorten sind sehr geeignet zur Anwendung
als Bindemittel für Brikette, da sie wegen ihrer größeren Sprödigkeit leichter pulverisiert
werden `können, wodurch die Bemessung erleichtert wird. Sie sind auch sehr gut brauchbar
zur Herstellung von Druckfarben. Beispiel i Ein geblasenes venezolanisches asphaltisches
Bitumen, Schmelzpunkt (Ring und Kugel) = 86°, Pen. 2@ = 40, Penetrationsindex =
4,6, wurde einige Minuten auf etwa 200° unter intensivem Vermischen mit i Gewichtsprozent
Naphthalindisulfonsäure erhitzt. Es wurde ein Bitumen erhalten mit einem Schmelzpunkt
(Ring und Kugel) von 134°, Pen. 2;, = 24, Penetrationsindex = + 7,7.
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Bei der gleichen. Behandlung mit i/2 .Gewichtsprozent Orthotoluolsulfochloridwird
ein Bitumen erhalten mit Schmelzpunkt (Ring und Kugel) = ioi°, Pen.25 = 28, Penetrationsindex
=-', 5,3. Beispiel 2 Ein beim Spalten von Mineralöl erhaltenes asphaltisches Bitumen,
Schmelzpunkt (Ring und Kugel) = 5o°, Pen. 25= 43,'P.enetrationsindex = -- i, 5,
wurde 4 Stunden mit 4 -Gewichtsprozent ß-Naphthalinsulfonsäure auf 2000 erhitzt.
Es wurde ein Bitumen erhalten mit einem Schmelzpunkt (Ring und Kugel) von 65°, Pen.
2;, = 6 und einem Penetrationsindex=- 1,8.