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Verfahren zur Herstellung verbesserter Destillationsbitumen für den Strassenbau
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Destillationsbitumen für den Strassenbau in verbesserter Qualität aus paraffinischen Erdölen.
Für den Strassenbau werden in der Regel Destillationsbitumen eingesetzt, d. s. die bei der Destillation von Erdölen anfallenden Destillationsrückstände. Ihre Zusammensetzung und ihre Eigenschaften hängen von der Destillationstechnologie und vom Ausgangserdöl ab.
Bei Verwendung paraffinreicher Ausgangserdöle gelingt es kaum, Strassenbaubitumen mit den von den Standards geforderten Gütemerkmalen herzustellen. Insbesondere bedingt der in diesen Bitumen enthaltene hohe Gehalt an Bitumenparaffinen (hauptsächlich gesättigte Kohlenwasserstoffe vom Typ der Alkylnaphthene bzw. Alkylcycloalkane) ein schlechtes Haftvermögen an dem im Strassenbau benutzten Gesteinsmaterial.
Bemühungen, den Bitumenparaffingehalt durch technische Massnahmen ausreichend abzusenken, hatten bisher keinen Erfolg. Bekannt ist der Zusatz von Haftverbesserem zu Bitumen. Das sind polare Substanzen wie Carbonsäuren, Amine, Säureamide u. ähnl. Verbindungen. Hiemit gelingt es aber nur bedingt, die haftfestigkeitsmindernde Wirkung der Bitumenparaffine überzukompensieren, zumal fast alle Haftverbesserer thermisch labil sind, bei den für Transport und Lagerung von Bitumen üblichen Temperaturen also nur eine begrenzte Beständigkeit besitzen. Bekannt ist ferner die Herstellung von geblasenen Bitumen. Man erhält diese durch Behandlung von weichen eventuell mit Teer- oder Mineralölen gefluxten Erdöldestillationsrückständen bei 200 bis 3200C mit Luft.
Diese geblasenen Bitumen besitzen andere Eigenschaften und dienen andern Anwendungszwecken als Destillationsbitumen. Sie besitzen in der Regel eine grössere Plastizitätsspanne, das ist die Temperaturdifferenz zwischen Brechpunkt und Erweichungspunkt, aber geringere Duktilität und schlechteres Alterungsverhalten.
Bekannt, obwohl technisch kaum ausgeübt, ist auch die Anwendung von Katalysatoren und sonstigen Zusätzen beimBlasprozess. Diese haben aber lediglich den Zweck, die den Blasprozess einleitende Dehydrierung zu beschleunigen, um die Blasdauer zu verkürzen. Die in der frühesten Zeit der Mineralölindustrie vorgeschlagenen Zusätze von Kaliumpermanganat und Mangandioxyd in Verbindung mit Salpetersäure, Formaldehyd usw. haben sich technisch nicht eingeführt, da sie nicht die erhoffte Beschleunigung des Blasprozesses brachten. In jüngerer Zeit werden als Katalysatoren für katalytisches Blasen von Bitumen ausschliesslich Phosphorpentoxyd und Chloride dreiwertige Metalle wie Eisen und Aluminium empfohlen.
Der gegenwärtige Stand der Technik ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass keine Verfahren bekannt sind, mit Hilfe derer die Herstellung von Strassenbaubitumen mit den Eigenschaften von Destillationsbitumen und guter Haftfestigkeit aus paraffinreichen Erdölen gelingt.
Die Erfindung bezweckt eine wesentliche Verbesserung einiger wichtiger Eigenschaften von Destillationsbitumen für den Strassenbau, insbesondere der Haftfestigkeit am Gestein und der Plastizitätsspanne.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Anteil der Bitumenparaffine in Destilla-
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tionsbitumen zu vermindern und, soweit möglich, in haftfestigkeitsfördernde und die Plastizitätsspanne erweiternde Stoffe umzuwandeln.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Bitumen einer katalytischen Oxydation unter solchen Bedingungen unterworfen wird, die denen bei der Herstellung von Fettsäuren aus Paraffinen ähnlich sind. Bei Temperaturen von 110 bis 1500C wird in Anwesenheit von 0, 1 bis l" Mangan- oder Kobaltverbindungen, wobei neben unlöslichen Oxyden ein gewisser Anteil löslicher Verbindungen wie fettsaurer, harzsaurer oder naphthensaurer Salze bzw. der freien Säuren angewendet wird, das Bitumen mit Luft geblasen. Hiebei werden bevorzugt Bitumenparaffine zu Fettsäuren und Naphthensäuren oxydiert, während das Bitumen den Charakter eines Destillationsbitumens beibehält. Die Oxydationsprodukte können nach Belieben durch Destillation entfernt werden, oder sie verbleiben im Bitumen, wobei sie gleichzeitig die Rolle eines Haftverbesserers übernehmen.
Die unlöslichen Katalysatoren können durch Sedimentation weitgehend wiedergewonnen und zum Blasen weiteren Bitumens benutzt werden. Die Zugabe löslicherKatalysatoren verringert sich, wenn man einen Teil des oxydierten Bitumens zurückführt. Durch Mitverwendung von Ammoniakgas im Blasprozess kann eine weitere Verbesserung der Eigenschaften erreicht werden, wobei insbesondere gegenüber saurem Gestein eine weitere Verbesserung der Haftung erzielt wird.
Die Erfindung gestattet die Herstellung von Destillationsbitumen mit guter Haftfestigkeit und guter Plastizitätsspanne unter Beibehaltung der übrigen vorteilhaften für Destillationsbitumen typischen Eigenschaften, insbesondere guter Duktilität.
Ausführungsbeispiele :
Zu den im folgenden aufgeführten Versuchen wurde als Ausgangsmaterial ein Gemisch aus technischem B 200 und Topprückstand verwendet, das im folgenden kurz als B 300 bezeichnet wird.
Penetration bei 250C (1/10 mm) 285
Schlagzahl nach Wasserlagerung 31
Duktilität bei 250C (cm) 75
Brechpunkt nach Fraass ( C)-16
Ep. R. u. K. ( C) 39
1. 100 g B 300 werden unter Zusatz von 0, 7 g Manganstearat und 0, 3 g Braunstein (in einer Glasapparatur mit Glasfilterplatte G2) 1h bei 1300C mit einem vorgewärmten und getrockneten Luftstrom von 60 bis 70 l/h geblasen. Das Reaktionsgemisch wird heiss abgefüllt und zur Entfernung der Gasblasen und zum Absitzen des Braunsteins noch 30 min bei 1200C gehalten.
Penetration bei 250C (1/10 mm) 186
Schlagzahl nach Wasserlagerung 47 ; 46 : 44 ; 48 ; 43 Mitte146
Duktilität bei 250C (cm) 100
Brechpunkt nach Fraass ( C)-17
Ep. R. u. K. ( C) 40
2. Das Reaktionsgut von Beispiel 1 wird innerhalb 3 bis 5 min mit zirka 8 l NHg nachgeblasen und das überschüssige Ammoniak durch erneutes Nachblasen mit zirka 3 l Luft ausgetrieben.
Penetration bei 25 C (1/10 mm) 190
Schlagzahl nach Wasserlagerung 53 ; 55 ; 50 ; 51 ; 48 Mittel 51
3. Wie Beispiel 1. Blasdauer jedoch 2 h.
Penetration bei 250C (1/10 mm) 107
Schlagzahl nach Wasserlagerung 46 ; 49 : 49 ; 48 : 47 Mittel 48
Duktilität bei 250C (cm) 100
Brechpunkt nach Fraass ( C)-15
Ep. R. u. K. ( C) 46
4. Das Reaktionsgut von Beispiel 3 wurde gemäss Beispiel 2 mit NH, nachgeblasen.
Penetration bei 250C (1/10 mm) 115
Schlagzahl nach Wasserlagerung 56 ; 55 ; 52 ; 54 ; 51 Mittel 54