DE814866C - Process for the production of bitumen or bitumen blends with improved adhesion to solid materials - Google Patents
Process for the production of bitumen or bitumen blends with improved adhesion to solid materialsInfo
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Description
(WiGBL S. 175)(WiGBL p. 175)
AUSGEGEBEN AM 27. SEPTEMBER 1951ISSUED SEPTEMBER 27, 1951
p 42361 VIbI80b Dp 42361 VIbI80b D
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Bitumen und Verschnitt-Bitumen mit verbesserter Haftfestigkeit an festenMaterialien, insbesondere an mineralischen Zuschlagstoffen.The invention relates to a method for producing bitumen and scrap bitumen with improved adhesion to solid materials, especially mineral aggregates.
Es ist bekannt, daß Bitumen, wie Asphaltbitumen, und deren Verschnitte an mineralischen Zuschlagstoffen nur dann haften, wenn das flüssige Bitumen oder der Verschnitt mit dem trockenen Mineralstoff zusammengebracht wird. Wenn ein auf diese Weise überzogenes mineralisches Aggregat nachher mit Wasser oder Feuchtigkeit in Berührung kommt, ist die Gefahr groß, daß das Bitumen von demselben abgestreift wird.It is known that bitumen, such as asphalt bitumen, and their blends of mineral aggregates only adhere if the liquid bitumen or the blending with the dry mineral material is brought together. If a mineral aggregate coated in this way is afterwards with If water or moisture comes into contact, there is a high risk that the bitumen from the same is stripped.
Den Bitumina wurden schon verschiedene Stoffe zugesetzt, um ein Abstreifen desselben von den damit überzogenen Aggregaten zu verhindern und überdies eine gute Haftung des Bitumens auch dann zu bewirken, wenn es mit feuchtem mineralischem Aggregat zusammengebracht wird.Various substances have already been added to the bitumens in order to strip them off from them to prevent coated aggregates and, moreover, a good adhesion of the bitumen also then effect when brought together with moist mineral aggregate.
Es ist bekannt, daß oberflächenaktive Stoffe sichIt is known that surfactants are
als Zusätze speziell gut eignen, wobei man insbesondere bei saueren Aggregaten kationenaktive Substanzen und bei basischen Aggregaten anionenaktive Substanzen verwendet, um die Haftfestigkeit zu erhöhen.particularly suitable as additives, with one in particular with acidic aggregates cation-active substances and with basic aggregates anion-active Substances used to increase the adhesive strength.
Bis jetzt war es stets üblich, den Bitumina für sich hergestellte oberflächenaktive Stoffe zuzusetzen. Gemäß der Erfindung wurde nun gefunden, daß man die im Bitumen von Natur aus vorhandenenUntil now, it has always been customary to add surface-active substances that have been produced for themselves to the bitumens. According to the invention it has now been found that the naturally present in the bitumen
ίο Naphthensäuren in oberflächenaktive Stoffe überführen kann, welche das Haftvermögen des Bitumens an festen Stoffen erhöhen.ίο convert naphthenic acids into surface-active substances which increase the adhesion of bitumen to solid materials.
Das so erhaltene Haftvermögen bleibt auch bestehen, wenn die Bitumina oder Verschnitte lange Zeit auf hohe Temperaturen erhitzt werden, während das Haftvermögen, das nach den bisherigen Arbeitsweisen durch Zugabe vorher hergestellter Substanzen erhalten wurde, im allgemeinen verlorengeht, wenn man bei hoher Temperatur lagert.The adherence obtained in this way remains in place even if the bitumens or cuttings are long Time to be heated to high temperatures, while the adhesion, which according to the previous working methods obtained by adding previously prepared substances, is generally lost, when stored at high temperature.
ao Gemäß der Erfindung wird dem Bitumen ein PoIyamin zugesetzt, worauf man so hoch erhitzt, daß die Naphthensäuren und das Polyamin miteinander in Reaktion treten und ein Säureamid entsteht. Die Menge des Polyamins sollte so groß sein, daß nichtAccording to the invention, the bitumen becomes a polyamine added, whereupon it is heated so high that the naphthenic acids and the polyamine with each other in Reaction occurs and an acid amide is formed. The amount of the polyamine should be so large that not
as alle Aminogruppen desselben an der Bildung des Säureamids teilnehmen. Verwendet man ein Diamin, so kann man pro Grammolekül der im Bitumen enthaltenen Naphthensäure etwa ein Grammolekül desselben verwenden. In diesem Falle wird im Durchschnitt eine Aminogruppe jedes Moleküls des zugesetzten Diamins unter Bildung eines Säureamids an ein Naphthensäuremolekül gebunden, während die andere Aminogruppe frei bleibt. Dies führt zur Bildung eines Acylamidoamins, das eine kationenaktive Substanz ist.as all amino groups of the same in the formation of the Acid amides take part. If you use a diamine, you can get the amount contained in the bitumen per gram molecule Use naphthenic acid about a gram molecule of the same. In this case, the average one amino group of each molecule of the added diamine to form an acid amide bound to one naphthenic acid molecule while the other amino group remains free. This leads to Formation of an acylamidoamine, which is a cation-active substance.
Die Polyamine können den geschmolzenen unverdünnten Bitumina oder den Verschnitten zugesetzt werden. Man kann sie auch während der Herstellung der Verschnitte durch Vermischen des Bitumens mitThe polyamines can be added to the molten undiluted bitumens or to the blends will. They can also be used during the production of the cuttings by mixing the bitumen with them
z. B. Kerosin zusetzen. Es ist auch möglich, das Polyamin einem bituminösen öl zuzusetzen, aus dem das Bitumen durch Abdestillieren der leichteren Fraktionen hergestellt wird.z. B. add kerosene. It is also possible to add the polyamine to a bituminous oil which the bitumen is made by distilling off the lighter fractions.
Falls die Naphthensäurekonzentration des Bitumens oder des zu seiner Herstellung verwendeten Ausgangsmaterials zu niedrig ist, kann man Naphthensäuren oder öle und Bitumen, die reich an Naphthensäuren sind, sowie andere hochmolekulare Säuren zusetzen.In case the naphthenic acid concentration of the bitumen or that used for its manufacture Starting material is too low, you can use naphthenic acids or oils and bitumen, which are rich of naphthenic acids, as well as other high molecular weight acids.
Für die Reaktion mit Naphthensäuren und etwa zugesetzten höher molekularen Säuren sind die niedriger molekularen Polyamine sehr geeignet. Beispiele für geeignete Polyamine sind Äthylendiamin, Propylendiamin, Hexamethylendiamin, Diäthylentriamin, Triäthylentetramin, Tetraäthylenpentamin usw.For the reaction with naphthenic acids and any added higher molecular weight acids are the lower molecular weight polyamines very suitable. Examples of suitable polyamines are ethylenediamine, Propylenediamine, hexamethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylene pentamine etc.
An Stelle eines Polyamins kann man auch ein Monoamin verwenden, das im Molekül eine zusätzliche funktionell Gruppe enthält, welche nach Ausbildung der Säureamidbindung zwischen der Aminogruppe des Amins und der Säuregruppe der Säure dem entstandenen Molekül einen polaren Charakter verleiht. Ein Beispiel für eine solche Substanz istÄthanolamin oder allgemein Alkanolamine. Äthanolamin reagiert mit Naphthensäure oder einer anderen höher molekularen Säure unter Bildung eines Säureamids mit einer freien Hydroxylgruppe. Ein solches Säureamid fördert die Adhäsion von Bitumen an basische Aggregate. In diesem Fall setzt man den Bitumina ebenfalls etwa ein Grammmolekül Äthanolamin je Grammolekül vorhandene Säure zu.Instead of a polyamine, you can also use a monoamine, which has an additional in the molecule functional group, which after formation of the acid amide bond between the Amine group of the amine and the acid group of the acid give the resulting molecule a polar Gives character. An example of such a substance is ethanolamine or generally alkanolamines. Ethanolamine reacts with naphthenic acid or another higher molecular acid Formation of an acid amide with a free hydroxyl group. Such an acid amide promotes adhesion from bitumen to basic aggregates. In this case, the bitumina is also about a gram molecule Ethanolamine per gram molecule of acid present.
Das Verfahren nach der Erfindung besteht deshalb darin, den Bitumina oder Verschnitten oder den für deren Herstellung verwendeten Ausgangsstoffen ein Amin zuzusetzen, das zusätzlich zur Aminogruppe mindestens eine funktionelle Gruppe enthält, die für die Bildung einer die Haftfähigkeit des Bitumens an festen Materialien verbessernden Substanz erforderlich ist, wonach man das zugesetzte Amin durch Erhitzen mit den im Bitumen, den Verschnitten oder Ausgangsmaterialien vorhandenen höher molekularen Säuren, insbesondere Naphthensäuren, oder zugesetzten Säuren unter Bildung eines Säureamids reagieren läßt, wobei die Menge des zugegebenen Amins derart ist, daß mindestens eine der ursprünglich vorhandenen funktioneilen Gruppen des Amins in den entstandenen Säureämidmolekülen frei bleibt.The method according to the invention therefore consists in the bitumens or blends or the To add an amine used for their production starting materials, in addition to Amino group contains at least one functional group necessary for the formation of the adhesiveness of the bitumen on solid materials improving substance is required, after which the added Amine by heating with those present in the bitumen, cuttings or raw materials higher molecular acids, especially naphthenic acids, or added acids Can react formation of an acid amide, the amount of amine added is such that at least one of the originally present functional groups of the amine in the resulting Acid amide molecules remain free.
Wenn zur Umwandlung der in den Bitumina vorhandenen Säuren flüchtige Amine verwendet werden, sollte man dafür Sorge tragen, daß sich die Amine bei den hohen für den Prozeß erforderlichen Temperaturen nicht teilweise verflüchtigen. Es kann deshalb in gewissen Fällen erwünscht sein, das Verfahren unter Druqk in einem geschlossenen Behälter durchzuführen.If volatile amines are used to convert the acids present in the bitumens care should be taken to ensure that the amines are at the high levels required for the process Do not partially evaporate temperatures. It may therefore be desirable in certain cases to use the procedure to be carried out under pressure in a closed container.
Eine andere wirksame Methode zur Verhinderung der Verflüchtigung der Amine besteht darin, anschließend an den Zusatz der Amine das Bitumen oder den Verschnitt während einiger Zeit auf einer mäßig hohen Temperatur von z. B. 60 bis ioo° C zu halten, wobei sich zwischen dem Amin und den Säuren Salze bilden. Nachdem das Amin in dieser Weise gebunden ist, wird die Temperatur z. B. auf 100 bis 1500 C oder mehr erhöht, um die weitere Umwandlung in die Säureamide zu bewirken.Another effective method of preventing the amines from volatilizing is to keep the bitumen or cut-off at a moderately high temperature, e.g. B. to keep 60 to 100 ° C, forming salts between the amine and the acids. After the amine is bound in this way, the temperature is e.g. B. increased to 100 to 150 0 C or more in order to bring about the further conversion into the acid amides.
Es ist zu bemerken, -daß die Erhitzung des Bitumens und des Amins so lange fortgesetzt werden muß, bis die Gesamtmenge der vorhandenen Säure umgewandelt ist, um eine nachträgliche Reaktion zwischen freien Säuren und der freien funktioneilen Gruppe der bereits gebildeten Säureamide zu vermeiden. It should be noted that the heating of the bitumen and the amine continued for so long must, until the total amount of the acid present has been converted to a subsequent reaction to avoid between free acids and the free functional group of the acid amides already formed.
Die Erfindung wird nachstehend erläutert."The invention is explained below. "
Zu einem venezuelanischen Bitumen mit einer Penetration von 350 bei 250 C und einer Säurezahl von 2,4 gab man in einem Rührautoklaven bei 900 C 0,4% Äthylendiamin, worauf man die Mischung unter Rühren während einer Stunde auf 180 bis 2oo° C erhitzte.To a Venezuelan bitumen having a penetration of 350 at 25 0 C and an acid number of 2.4 was added in a stirred autoclave at 90 0 C 0.4% of ethylenediamine, followed by stirring the mixture for one hour at 180 to 2oo ° C heated.
Nachher wurde ein dünner Verschnitt hergestellt, indem man 80 Gewichtsteile des wie oben be-A thin cut was then made by adding 80 parts by weight of the
handelten Bitumens mit 20 Gewichtsteilen Kerosin vermischte.traded bitumen mixed with 20 parts by weight of kerosene.
Zur Durchführung eines Blindversuches wurde ein zweiter Verschnitt durch Vermischen von 80 Gewichtsteilen des unbehandelten Bitumens mit 20 Gewichtsteilen Kerosin hergestellt.To carry out a blind test, a second blend was made by mixing 80 parts by weight of the untreated bitumen with 20 parts by weight of kerosene.
Zur Bestimmung des Haftvermögens der beiden Verschnitte wurden sie mit Biotitgranit von der Korngröße 0,3 bis 1,3 cm im Verhältnis von 7 Gewichtsteilen Verschnitt zu 93 Gewichtsteilen Gesteinsmaterial vermischt. Die Versuche wurden sowohl mit trockenem als auch mit feuchtem Gestein durchgeführt. Die Mischungen wurden 15 Minuten stehengelassen und nachher in destilliertes Wasser gleich nach dem Versuch und nach 24 Stunden festgestellt. To determine the adhesive strength of the two blends, they were treated with biotite granite from the Grain size 0.3 to 1.3 cm in the ratio of 7 parts by weight of waste to 93 parts by weight of rock material mixed. The tests were carried out with both dry and wet rock carried out. The mixtures were allowed to stand for 15 minutes and then poured into distilled water found immediately after the experiment and after 24 hours.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:The results obtained are summarized in the following table:
GesteinsmaterialRock material
Verschnitt aus unbehandeltem BitumenOffcuts from untreated bitumen
nach 24 Std.after 24 hours
unmittelbar nach
Versuchimmediately after
attempt
Verschnitt aus mit 0,4%
Äthylendiamin behandeltem BitumenOff-cut with 0.4%
Ethylenediamine treated bitumen
unmittelbar nach
Versuchimmediately after
attempt
nach 24 Std.after 24 hours
Trockener BiotitgranitDry biotite granite
Feuchter BiotitgranitMoist biotite granite
Überzugsvermögen gut;
bei Immersion wird
der Überzug durch das
Wasser sogleich vom
Aggregat abgelöst
Überzugsvermögen
schlecht; bei Immersion
sofortige Ablösung
vom AggregatCoating power good;
with immersion
the coating by the
Water immediately from
Unit replaced
Coating power
bad; with immersion
immediate replacement
from the unit
bedeckte Fläche 0 bis 5%covered area 0 to 5%
bedeckte Fläche 0 bis 5% Überzugsvermögen
gutcovered area 0 to 5% coverage
Well
Überzugsvermögen
gutCoating power
Well
bedeckte Fläche 90 bis ioo°/oarea covered 90 to 100 per cent
bedeckte Fläche
70 bis 80%covered area
70 to 80%
Aus diesem Versuch ergibt sich, daß das Haftvermögen stark erhöht wird, wenn man das Bitumen mit Äthylendiamin behandelt.From this experiment it emerges that the adhesion is greatly increased if the bitumen treated with ethylenediamine.
Zu einem bituminösen venezuelanischen öl mit der Säurezahl 2,6 gab man 0,5% Äthylendiaminhydrat, worauf man das öl im geschlossenen Gefäß 2 Stunden auf 190 bis 2000 C erhitzte. Die leichteren Fraktionen wurden vom öl abdestilliert, bis man ein Bitumen von der Penetration 150 bei 250 C erhielt. Durch Vermischen von 80 Gewichtsteilen dieses Bitumens mit 20 Gewichtsteilen Kerosin wurde ein dünner Verschnitt hergestellt. Das Haftvermögen des Bitumens wurde, wie im Beispiel 1 angegeben, bestimmt, wobei man ebenfalls Biotitgranit mit der Korngröße 0,3 bis 1,3 cm als Gesteinsmaterial verwendete.To a bituminous Venezuelan oil having an acid number of 2.6 was added 0.5% Äthylendiaminhydrat, followed by heating the oil in a closed vessel for 2 hours at 190 to 200 0 C. The lighter fractions were distilled off from the oil until a bitumen with a penetration of 150 at 25 ° C. was obtained. A thin blend was produced by mixing 80 parts by weight of this bitumen with 20 parts by weight of kerosene. The adhesion of the bitumen was determined as indicated in Example 1, using biotite granite with a grain size of 0.3 to 1.3 cm as the rock material.
Man erhielt folgende Ergebnisse:The following results were obtained:
Auf trockenem Biotitgranit: Überzugsvermögen gut; nach 24 Stunden im Wasser bei 250 C waren 90 bis 100 °/o der Fläche überzogen.On dry biotite granite: Coating power good; after 24 hours in water at 25 0 C, 90 / plated to 100 ° o the surface.
Auf feuchten Biotitgranit: Überzugsvermögen recht gut; nach 24 Stunden in Wasser bei 250C waren 60 bis 70 % der Fläche überzogen.On moist biotite granite: coating power quite good; after 24 hours in water at 25 ° C., 60 to 70% of the area was coated.
Selbst nachdem das Äthylendiamin enthaltende venezuelanische öl weiter destilliert wurde, bis ein Bitumen mit der Penetration 90 bei 250 C zurückblieb, hatte das Bitumen eine gute Adhäsion auf Biotitgranit.Even after the ethylene diamine containing Venezuelan oil was further distilled remained until a bitumen with penetration of 90 at 25 0 C, the bitumen had a good adhesion on biotite granite.
Beispiel 3
Durch Vermischung von 84,5 Gewichtsteilen Lagunillas Bitumen mit einem Erweichungspunkt
von 460 C (Ring und Kugel) einer Penetration von 95 bei 250 C und einer Säurezahl von 1,1 mit 15,5
Gewichtsteilen Kerosin wurde ein Verschnitt hergestellt. Diesem setzte man 0,5% Äthylendiamin
zu und erhitzte am Rückfluß unter Rühren 3 Stunden auf ioo° C. In einem zweiten Versuch wurde der
gleiche Verschnitt, dem 0,5% Äthylendiamin zugesetzt wurde, zuerst eine halbe Stunde auf 750 C
und dann 2 Stunden auf 1500C am Rückfluß s
erhitzt.Example 3
A blend was produced by mixing 84.5 parts by weight of Lagunillas bitumen with a softening point of 46 ° C. (ring and ball), a penetration of 95 at 25 ° C. and an acid number of 1.1 with 15.5 parts by weight of kerosene. This set is 0.5% ethylene diamine and heated to reflux with stirring for 3 hours at ioo ° C. In a second experiment was the same blend, the 0.5% ethylenediamine was added first half an hour at 75 0 C and then s heated for 2 hours at 150 0 C to reflux.
In beiden Fällen wurde das Haftvermögen an trockenem Biotitgranit ermittelt, und zwar 1. unmittelbar nach dem obenerwähnten Erhitzen des Verschnitts und 2. nachdem der Verschnitt in einem verschlossenen Faß eine, zwei und drei Wochen bei 1350 C aufbewahrt worden war.In both cases the adhesion to dry biotite granite was determined, namely 1. immediately after the above-mentioned heating of the cut and 2. after the cut had been stored in a closed barrel at 135 ° C. for one, two and three weeks.
Das Haftvermögen wurde mittels der sogenannten Totalen Wasserimmersionsprobe (abgekürzt TWIT) bestimmt.The adhesion was determined by means of the so-called total water immersion test (abbreviated to TWIT) certainly.
Bei diesem Experiment wurden 100 Gewichtsteile trockener Biotitgranit 5 Minuten mit dem auf 400 C erwärmten Verschnitt vermischt. Die Mischung wurde dann 30 Minuten bei Zimmertemperatur stehengelassen und dann in eine Flasche gebracht, in welcher die Mischung 3 Stunden in Wasser von 400 getaucht gehalten wurde.In this experiment, 100 parts by weight of dry biotite granite were mixed with the blend heated to 40 ° C. for 5 minutes. The mixture was then allowed to stand for 30 minutes at room temperature and then placed in a bottle, in which the mixture was kept for 3 hours in water at 40 0 immersed.
Die eingetauchten Steine wurden dann einzeln geprüft und die mit Bitumen überzogene Fläche visuell geschätzt. Der mittlere Prozentsatz der bedeckten Fläche der verschiedenen Steine, auf 5% abgerundet, ist der TWIT-Wert.The immersed stones were then individually tested and the bitumen-coated surface visually appreciated. The mean percentage of the covered area of the different stones, to 5% rounded down is the TWIT value.
Man erhielt folgende Ergebnisse:The following results were obtained:
VerschnittWaste
TWIT-WertTWIT value
direktdirect
ι Woche bei I35°Cι week at I35 ° C
2 Wochen bei
I35°C2 weeks at
I35 ° C
3 Wochen bei
I35°C3 weeks at
I35 ° C
Mit 0,5% Äthylendiamin 3 Stunden
auf ioo° C erhitzt With 0.5% ethylenediamine for 3 hours
heated to 100 ° C
7575
Mit 0,5 % Äthylendiamin x/2 StundeWith 0.5% ethylenediamine x / 2 hour
auf 750 C und dann 2 Stunden aufto 75 0 C and then 2 hours
C erhitzt C heated
Aus dieser Tabelle ergibt sich, daß man durch Erhitzen mit Äthylendiamin einen Verschnitt mit ausgezeichnetem Adhäsionsvermögen an Gestein erhält. Diese Eigenschaft bleibt auch beim Lagern bei hohen Temperaturen erhalten.From this table it can be seen that heating with ethylenediamine results in a blend with excellent adhesion to rock. This property also remains during storage obtained at high temperatures.
ao Beispiel 4 ao example 4
Der gleiche Lagunillas Bitumen-Verschnitt wie imThe same Lagunillas bitumen waste as in
Beispiel 3 wurde 1V2 Stunden auf 1500 mit 0,5 % Äthanolamin statt mit Äthylendiamin erhitzt.Example 3 was heated to 150 0 1V2 hours with 0.5% ethanolamine instead of ethylenediamine.
Wenn man diesen Verschnitt auf Kalkstein auf-If you put this offcut on limestone
s5 brachte, war der TWIT-Wert 65.s5, the TWIT value was 65.
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