AT395719B - Verfahren zum modifizieren von bitumen mit elastomeren - Google Patents

Description

AT 395 719 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Modifizieren von Bitumen mit Elastomeren, insbesondere Blockcopolymeren, vorzugsweise mit einem konjugierten Dienanteil, wie SBR oder besonders bevorzugt SBS.

Es sind Modifizierungen von Bitumen mit Kunststofizusätzen verschiedenster Art bekannt. Unterschieden wird dabei im wesentlichen zwischen elastomer- und plastomervergütetem Bitumen. Für den bituminösen Straßenbau von besonderem Interesse sind Vergütungen mit elastomeren Kunststoffen. Am meisten verbreitet sind hier Zusätze von SBR, SBS, EPDM und EVA. Die Kunststoffe werden entweder in mechanischer oder chemisch»' Weise in das Bitumen eingeaibeitet. Die mechanische Verteilung »folgt z. B. mit Hilfe von hochscherenden Kolloidmühlen, wodurch Kunststoffdisp»sionen im Bitumen erhalten werden. Chemische Verteilungen im Bitumen erfolgen in erster Linie unter Verwendung von elementarem Schwefel oder auch Schwefelv»bindungen. Im wesentlichen macht man sich hier Reaktionen zu Nutze, die Ähnlichkeiten mit dem Vtdkanisietprozeß bei Gummi haben.

Alle genannten Verfahrensweisen haben gemein, daß das System Kunststoff-Bitumen unter dem Einfluß thermischer Belastung zur Ausbildung verschieden» Konzentrationen innerhalb des Gemisches neigt. Dies» Tendenz wird mit Hilfe v»schiedenster technologischer Methoden entgegengewirkt. Es w»den ab» lediglich Stabilitäten (geprüft im Zenke Tubentest) von etwas unter 2 °C als Differenz der Erweichungspunkte des oberen und unteren Tubeninhaltes erreicht.

Es ist auch schon bekannt, für verschiedene Spezialzwecke (Beschichtungen, Unterbodenschutz) polymermodifiziertes Bitumen vorzusehen, bei dem das Polymer als Lösung in einem Lösungsmittel gelöst ist, z. B. in Benzin. Dabei wird natürlich ursprünglich eine völlige Homogenität erzielt; es liegt auf d» Hand, daß diese Art der Modifizierung nur in kleinstem Maßstab anwendbar ist. Über die Dau»stabilisierung dieses Systems ist nichts bekannt.

Es bestand die Aufgabe, eine Möglichkeit zu schaffen, dauerstabile Elastomer/Bitumensysteme zu schaffen, die in großem Maßstab umweltfreundlich herstellbar sind. Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß sich, wenn man als Elastomerzusatz zum Bitumen gequollene Elastomere, insbesondere SBS, einsetzt, dieser Zusatz in Bitumina wie Straßenbaubitumen gemäß ÖNORM B 3610 oder DIN 1995 od» ähnlicher Spezifikationen löslich ist und dieses System dauerstabil ist

Demgemäß ist das erfindungsgemäße Verfahren vor allem dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Elastom» mit einer organischen Quellflüssigkeit gequollen und anschließend mit Bitumen vermischt wird.

Die US-PS betrifft ein ternäres Gemisch aus 52 bis 78 Masse-% Bitumen, 20 bis 40 Masse-% Polyolefin und 2 bis 8 Masse-% eines Butadien/Styrolcopolymers, das hergestellt wird, indem diese Komponenten bei ein» Temperatur von mindestens 170 °C homogen vermischt werden.

Der Anmeldungsgegenstandist hingegen ein Verfahren,bei demkeinePolyolefinezumEinsatzkomm»i.Es wird zwar auchein mindestens temäresGemisch erhalten, das aber ausBitumen,Elastom»undorganischer Quellflüssigkeit besteht. Das Quellen vonElastomeren,auch mitorganischen Flüssigkeiten,diedieElastomeren nicht lösen und deren Moleküle sich lediglich an und zwischen die Makromoleküle des Elastomers anlagem, ist eine an sich bekannte Erscheinung.

In der US-PS ist angegeben, daß man das dort beanspruchte, hauptsächlich mit Polyolefin modifizierte Bitumen zur Anwendung in aromatischen od» aliphatischen Kohlenwasserstoffen lösen kann, aber auch dieser Hinweis führt weder zum anmeldungsgemäßen Verfahren noch zum anmeldungsgemäß erhaltenen Produkt.

Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, daß das Elastomer mit einem flüssigen Quellmittel, insbesondere unter ständigem Vermengen, gequollen wird, wobei vorzugsweise d» Quellmittelanteil so gewählt wird, daß er vollständig vom Elastomer aufgenomm»! wird, und das gequollene Elastomer anschließend mit dem Bitumen vermengt wird.

Die Quelltemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 20 bis etwa 60 °C.

Vorzugsweise weiden von etwa 50 bis etwa 100, insbesond»e 50 bis 100, Masse-% Quellflüssigkeit, bezogen auf das Elastomer, eingesetzt

Insbesondere wird ein mit einem, vorzugsweise hochsiedenden, aromatenfreien Öl, insbesondere Kohlenwasserstofföl, vorzugsweise auf Naphthenbasis, gequollenes Elastom» eingesetzt

Das Elastomer wird zum Quellen als übliches Granulat eingesetzt und die Quellung kann als be»idet angesehen weiden, wenn das gesamte Quellmittel aufgenommen ist Auf diese Weise wird ein fettiges, glasiges Produkt erhalten, das dann in heißem Bitumen gelöst wird.

Da es sich bei Bitumen bekanntlich um kolloidale Systeme handelt, die aus d» homogenen Phase der Maltene und der disp»sen Phase d» Asphaltene bestehen, hat die Zugabe von Elastomeren eine Veränderung dieses Kolloidsystems zur Folge. Z. B. ist SBS überwiegend in seiner Wirksamkeit der dispersen Phase der Asphaltene zuzuzählen.

Bei d» Zugabe ein» größeren Menge an Elastomer kann es wünschenswert und unter Umständen auch erford»lich sein, das durch dieElastomerzugabe veränderte Kolloidsystem wieder zu stabilisieren, insbesondere um -2-

AT 395 719 B eine Ausfällung der dispersen Phasen zu vermeiden.

Dies erfolgt erfindungsgemäß durch Zugabe eines Stabilisators auf aromatischer Kohlenwasserstoffbasis, also eines Stoffes, der der homogenen Phase artverwandt ist.

Der Stabilisator kann vor, während und/oder nach der Zugabe des gequollenen Elastomers mit dem Bitumen vermengt werden.

Insbesondere gelangen erfindungsgemäß als Stabilisator bei der destillativen Furfurolextraktion von Kohlenwassers toffgemischen erhaltene Fraktionen, deren Aromatengehalt bevorzugt hoch ist und weiter bevorzugt bei über 70 % liegt, zum Einsatz.

Besonders günstig werden mindestens etwa 20 Masse-% aromatischer Stabilisator, bezogen auf das Elastomer, eingesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Beispiel 1: SBS-Granulat wird in einem hochsiedenden Naphthenöl als Quellöl bei 40 °C gequollen, bis das gesamte Naphthenöl aufgenommen ist. Das erhaltene glasige Granulat wird in einem Rührbehälter in heißem Bitumen (150*200 °C) gelöst und nach Auflösung des SBS-Granulats ein hocharomatisches (chromatographisch über 70 %) Öl aus der Furfurolextraktion als Stabilisatoröl zugesetzt und erneut bis zur Homogenität gemischt Die erhaltenen Produkte werden bei Temperaturen von bis zu 210 °C bis zur Anwendung heiß gelagert

Beispiel 2: SBS-Granulat wird in einem hochsiedenden Naphthenöl als Quellöl bei 40 °C gequollen, bis das gesamte Naphthenöl aufgenommen ist.

Gleichzeitig wird in einem Rührbehälter heißes Bitumen (150-200 °C) mit einem hocharomatischen (chromatographisch über 70 %) öl aus der Furfuralextraktion bis zur Homogenität vermischt Das hocharomatische öl dient als Stabilisator des Bitumenkolloidsystems.

In dieses so vorbereitete Bitumen wird das in der Zwischenzeit gequollene SBS-Granulat eingetragen und unter Beibehaltung der Temperatur (150 bis 200 °C) erneut bis zur Homogenität gemischt

Die erhaltenen Produkte werden bei Temperaturen von bis zu 210 °C bis zur Auslieferung bzw. Anwendung heiß gelagert

Die Viskosität des Endproduktes kann durch Auswahl des Bitumens und des Elastomers sowie durch Dosierung des Elastomerzusatzes, des Zusatzes an Quellöl und des Zusatzes von Stabilisatoröl gesteuert werden.

Nach der obigen Vorgangsweise werden folgende Produkte hergestellt: - Für Heißspritzanwendungen:

Straßenbaubitumen B 200

2.5 - 4 % SBS 1.2 - 2 % Quellöl 1.2 - 2 % Stabilisatoröl - Für Dünnschichtbeläge und Deckschichten:

Straßenbaubitumen B 100 2.5- 4% SBS 1,2-2% Quellöl 1.2 - 2 % Stabilisatoröl - Für hochstandfeste Binder bzw. Tragschichten:

Straßenbaubitumen B 100 oder B 70

3 - 5 % SBS 1.5 - 2,5 % Quellöl 1.5 - 2,5 % Stabilisatoröl - Für Drainasphalte und lärmmindemde Asphalte:

Straßenbaubitumen B 100 oder B 70

3 - 6 % SBS 1.5- 3% Quellöl 1.5 - 3,5 % Stabilisatoröl -3-

Claims (9)

1. AT 395 719 B Beim eifindungsgemäßen Verfahren werdenPolymerbituminaohnedenüblichenEinsatzvonHochschermischem erhalten; das Polymer wird unter einfachem Rühren durch Auflösung in das Bitumen eingebracht. Bei durch Hochschermischung erhaltenen Polymerbitumina wird gegenüber Reinbitumen eine Erhöhung des Ring/Kugel-Erweichungspunktes (ERK) um etwa 2 °C proProzentPolymergehalt erzielt; beim Auflösungsverfahren beträgt diese Erhöhung etwa das Doppelte. Daraus resultiert eine wesentlich höhere Gebrauchsspanne der Auflösungs-Polymerbitumina. Als Gebrauchsspanne wird die Temperaturdifferenz zwischen dem ERK-Wert und dem Brechpunkt nach Fraaß bezeichnet, der das Tieftemperaturverhalten kennzeichnet. Bitumina mit höherer Gebrauchsspanne haben daher eine größere Wärmestandfestigkeit; sie verformen sich daher bei gleichem Kälteverhalten (Rißanfälligkeitsgrenze) erst bei höheren Temperaturen, was z. B. für Straßenbeläge ausschlaggebende Bedeutung hat PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Modifizieren von Bitumen mit Elastomeren, insbesondere Bloekcopolymeren, vorzugsweise mit einem konjugierten Dienanteil, wie SBR oder besonders bevorzugt SBS, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Elastomer mit einer organischen Quellflüssigkeit gequollen und anschließend mit Bitumen vermischt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomerunter ständigem Vermengen gequollen wird, wobei vorzugsweise die Quellflüssigkeitsmenge so gewählt wird, daß sie vollständig vom Elastomer aufgenommen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer bei Temperaturen von 20 bis 60 °C gequollen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß 50 bis 100 Masse-% Quellflüssigkeit,bezogen auf das Elastomer, eingesetzt werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem, vorzugsweise hochsiedenden, aromatenfreien Kohlenwasserstofföl, vorzugsweise auf Naphthenbasis, gequollenes Elastomer eingesetzt wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stabilisator auf aromatischer Kohlenwasserstoffbasis vor, während und/oder nach der Zugabe des gequollenen Elastomers mit dem Bitumen vermengt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Stabilisator bei der destillativen Furfurolextraktion von Kohlenwasserstoffgemischen erhaltene Fraktionen eingesetzt werden.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Fraktionen aus der destillativen Furfurolextraktion von Kohlenwasserstoffgemischen mit einem hohen Aromatengehalt, insbesondere über 70 %, eingesetzt werden.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens etwa 20 Masse-% aromatischer Stabilisator, bezogen auf das Elastomer, eingesetzt werden. -4-