<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Herstellung wässriger Dispersionen bituminöser Stoffe.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wässrigen Dispersionen bituminöser Stoffe von derartig hoher Stabilität, dass dieselben bei ihrer Anwendung im Strassenbau mit sehr feinen Mineralstoffen mischbar sind.
Hochstabile Bitumendispersionen sind bis jetzt in verschiedener Weise hergestellt worden, z. B. mit Eiweissstoffe, Kohlenhydraten u. dgl., oder mit anorganischen, kolloidalen oder feinverteilten Emulgatoren.
Die als Emulgatoren oder Stabilisatoren verwendeten Eiweissstoffe oder Kohlenhydrate können Dispersionen ergeben, in welchen das Bitumen genügend fein verteilt ist, aber diese Dispersionen sind oft schwer zu behandeln, infolge der Neigung des Emulgators, steife Gele oder hochviskose Lösungen zu bilden, und in der Regel lassen sie sich nicht gut unter normalen Bedingungen aufbewahren, da diese Emulgatoren leicht verfaulen.
Anorganische Emulgatoren, wie kolloidaler Ton oder die Gele der Hydroxyde mehrwertiger Metalle, ergeben Bitumendispersionen, welche im allgemeinen, im Vergleich mit den normalen, mit Seifenlösungen hergestellten Dispersionen zu grob sind ; ausserdem zeigen diese Dispersionen gewöhnlich eine dicke, pastenartige Konsistenz'oder sind thixotrop. Die Dispersionen dieser Art lassen sich deshalb nicht in derselben Weise wie normale Strassenbaudispersionen behandeln, welche letztere dünnflüssig sind und leicht gepumpt und in dÜnner Schicht verbreitet werden können.
Ausserdem macht die sehr'grobe Dispergierung des Bitumens diese Dispersionen für manche Zwecke höchst ungeeignet, zumal die dispergierten Bitumenteilehen von derselben Grössenordnung oder grösser als die feinen Mineralteilchen sind, um welche das Bitumen einen kontinuierlichen Film bilden soll.
Die oben erwähnten Emulgatoren sind alle in Bitumen unlöslich, sogar wenn sie trocken sind, und der getrocknete Film der Dispersion enthält diese Emulgatoren als ein Gerüst, das den Film versteift und ihn unklebrig macht. Jede der bekannten Arten stabiler Bitumendispersionen zeigt deshalb Nachteile unter einer oder mehreren der folgenden Rubriken : 1. Faulen ; 2. anormale rheologische Eigenschaften ; 3. grobe Dispergierung ; 4. Unlöslichkeit des Emulgators im Bitumen.
Das Verfahren zur Herstellung von verhältnismässig hochstabilen Bitumendispersionen nach der Erfindung, wobei die Emulgierung mit einer neutralen oder alkalischen Lösung einer Alkaliseife von festem Harz vorgenommen wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Anwesenheit einer geeigneten Menge Kalzium-oder ähnliehe wasserunlösliche Seife von festem Harz, welche eine stabilisierende Wirkung auf die Dispersion hat, in der fertigen Dispersion Sorge getragen wird.
Die bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung umfasst die Einverleibung einer geeigneten Menge eines besonders erzeugten Kalziumresinats in das Bitumen und darauffolgende Dispergierung des derart behandelten Bitumens in eine neutrale oder alkalische wässrige Lösung einer
EMI1.1
werden im nachfolgenden als"Type I"erwähnt.
Gemäss der Erfindung können die oben erwähnten Bitumendispersionen auch weiter stabilisiert werden, u. zw. durch Zusetzen einer Kalziumchloridlösung, vorzugsweise in einer Menge, welche mit der Menge der als Emulgator verwendeten Alkaliharzseife chemisch äquivalent ist. In entsprechender Weise können auch andere, normal koagulierend Elektrolytlösungen, welche auf die Alkaliharzseife einwirken können, wie Aluminiumehlorid, an Stelle des Kalziumchlorids verwendet werden. Derart hergestellte Bitumendispersionen werden im nachfolgenden als"Type II"bezeichnet.
Die Erzeugung des Kalziumresinats kann durch Erhitzung eines Gemisches von festem Harz und gebranntem oder gelöschtem Kalk erfolgen, wobei genügend Kalk zur Neutralisierung der Säuren des Harzes verwendet wird. Die Erhitzung wird fortgesetzt, bis das Material nach Abkühlung frei von ungebundenem Kalk befunden wird. Mit Rücksicht darauf, dass gewisse auf dem Markt befindliehe Kalziumresinate oder mit Kalk gehärtete Harze sich für das Verfahren nach der Erfindung weniger eignen könnten, ist für die Auswahl eines geeigneten festen Harzes Sorge zu tragen, wodurch günstige Ergebnisse in bezug auf die in der Bitumendispersion erwünschte hohe Stabilität erzielt werden können.
Im allgemeinen haben sich die aus Holz gewonnenen Harze am besten für die Zwecke der Erfindung bewährt, obschon in gewissen Fällen auch andere Harzarten zur Verwendung kommen können, entweder zur Erzeugung der als Emulgator dienenden Alkaliharzseife oder zur Erzeugung des Kalziumresinats, aber vorzugsweise nicht für beide Zwecke gleichzeitig.
In der praktischen Durchführung des Verfahrens wurden gute Ergebnisse mit einer besonderen Sorte festem Harz erzielt, welche soweit bekannt, als Abfaltharz bei der Furfuralextraktion von rohem Holzharz erhalten wurde. Ein derartiges Harz ist z. B. dasjenige, welches als B"Qualität-Harz der Hercules Powder Company bekannt ist. Das Verfahren nach der Erfindung ist aber nicht auf die Verwendung dieser besonderen Harzsorte beschränkt, da es auch mit anderen Harzen von derselben Art
<Desc/Clms Page number 2>
und gleichem Ursprung, mit deren Hilfe eine ähnlich hohe Stabilität der Bitumendispersionen erzielbar ist, durchgeführt werden kann.
EMI2.1
Temperatur von 1400 C, welche normalerweise die höchste verwendbare Arbeitstemperatur ist.
Wird aber das Kalziumresinat mit einer weiteren Menge Harz verdünnt oder wird weniger Kalk bei der Erzeugung des Kalziumresinats verwendet, so entsteht ein Produkt mit einem niedrigeren Schmelzpunkt, das leichter löslich ist. Diese letzteren Kalziumresinaterzeugnisse, die von uns als mit Kalk gehärtetes Harz bezeichnet wurden, sind unmittelbar im Bitumen löslieh, oder können bequemlichkeitshalber zuerst in schwerem Öl (Fluxöl oder Brennstofföl) gelöst werden, worauf die erhaltene Lösung zum Verschneiden des Bitumens bis auf die erwünschte Penetration verwendet wird.
In einer Abänderung des obenerwähnten Verfahrens wird zur Erzeugung einer Lösung von mit Kalk gehärtetem Harz in schwerem Öl einer Lösung von Harz in schwerem Öl eine zur teilweisen Neutralisierung des Harzes ausreichende Menge Kalk zugesetzt und die Mischung so lange erhitzt, bis die Lösung sich nach Abkühlung homogen zeigt. Diese Öllösung kann sodann zum Verschneiden harten Bitumens dienen.
In einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung wird eine Bitumendispersion von demselben stabilen Typus dadurch hergestellt, dass man einer durch Dispergierung von Bitumen in eine Lösung von Kalium-oder Natriumseife von festem Harz erzeugten Bitumendispersion eine wässrige Suspension von Kalziumresinat zusetzt. Diese wässrige Suspension erzeugt man durch teilweise Zersetzung einer Lösung von Kalium-oder Natriumseife von festem Harz mit einer wässrigen Lösung von Kaliumchlorid.
Eine weitere abgeänderte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass man einer mit Hilfe einer Alkaliseife von festem Harz erzeugten Bitumendispersion eine Lösung von einem Salz eines Metalls, das durch doppelte Umsetzung mit dem Alkaliresinat ein unlösliches Resinat bildet, zusetzt, wobei die Menge und Konzentration dieser Salzlösung vorzugsweise so bemessen werden kann, dass das Alkaliresinat gerade vollständig zersetzt wird. In der Durchführung dieser Form der Erfindung soll man eine solche Stärke der ursprünglichen Bitumendispersion und eine solche Konzentration der zugesetzten Salzlösung wählen, dass bei der Arbeitstemperatur keine Koagulierung des Bitumens stattfindet. Im allgemeinen kann man bei niedrigen Temperaturen mit konzentrierteren Bitumendispersionen und Salzlösungen arbeiten.
In vielen Fällen gibt es eine Höchsttemperatur, oberhalb welcher der Zusatz nicht mehr ohne Koagulierung vorgenommen werden kann. Diese Temperatur ist in jedem besonderen Falle versuchsweise zu ermitteln.
Die nach der Erfindung hergestellten Bitumendispersionen haben die folgenden Vorteile : Weder der Seifen-Emulgator noch das Kalziumresinat sind der Verfaulung ausgesetzt.
Die als Type I bezeichneten Bitumendispersionen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer normalen Eigenschaften, wie mikroskopisches Aussehen, rheologische Eigenschaften und Lagerfähigkeit nicht von einer normalen, guten Strassenbaudispersion, welche mit Seife als Emulgator hergestellt ist. Die Stabilität dieser Dispersion nach Type I in bezug auf die Mischung mit feinen Mineralstoffen ist aber viel grösser als die von normalen Strassenbaudispersionen und ist mit derjenigen der mit Eiweissstoffen, Kohlenhydraten oder anorganischen Emulgatoren hergestellten Dispersionen vergleichbar.
Die Dispersion Type I ist auch gegenüber dem Zusatz unbeschränkter Mengen von mässig konzentrierten Lösungen verschiedener Elektrolyte, mit Ausnahme von Mineralsäuren, beständig ; nach genügender Verdünnung mit Wasser wird die Dispersion aber auch gegenüber Mineralsäuren beständig.
Die als Type II bezeichneten Bitumendispersionen, welche aus einer Dispersion der Type I durch Zusatz einer genügenden Menge Kalziumehloridlösung zur Umsetzung der Harzseife des Emulgators hergestellt werden, unterscheiden sich von diesen Dispersionen dadurch, dass sie ursprünglich thixotropische Eigenschaften zeigen. Nach kurzem Stehen geht die Dispersion aber in ein flüssiges System über, in welchem Teilchenaggregate in Form von Klumpen im wässrigen Medium suspendiert sind. Diese Teilehenaggregate lassen sich leicht wieder dispergieren und die Dispersion wird ganz zur Mischung mit feinen Mineralstoffen geeignet.
Diese Dispersion Type II hat eben eine grössere Beständigkeit als die der Type I und ist entweder als solche oder nach Verdünnung mit Wasser gegen- über dem Zusatz von unbeschränkten Mengen hoehkonzentrierter Elektrolytlösungen einschliesslich Mineralsäuren beständig.
Da für jede Type der betreffenden Dispersionen die Löslichkeit des Kalziumresinats im Bitumen wesentlich ist, bildet dieser Emulgator kein Gerüst im getrockneten Film, was ein Nachteil von andern Arten beständiger Dispersionen ist.
Beispiele :
Type I. Mit Kalk gehärtetes Harz wird durch Erhitzung des folgenden Gemisches bei 140 C, bis es sich nach Abkühlung homogen zeigt, hergestellt : 100 Teile hartes Harz (mittels Furfurol extrahiert) ; 3-75 Teile gelöschter Kalk.
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1