Wässrige Dispersion auf bituminöser Grundlage
Gegenstand der Erfindung ist eine wässrige Dispersion auf bituminöser Grundlage mit nach dem Troeknen besonders hohen Gütewerten. Unter Dispersion im Sinne der Erfindung wird ein kolloides System verstanden, in welchem feste und flüssige Phasenteilchen vorhanden sind.
Schutzanstrichmittel gegen Korrosionswirkung auf der Grundlage von Steinkohlenteerpech werden häufig benutzt. Es ist bekannt, diese Kohlenteerpeche in Gegenwart von Feststoffen, wie z. B. Huminsäure, LigninsÏure, gemahlener Braunkohle, kolloidalem Ton usw., mit Wasser zu dispergieren. Wird die so erhaltene Dispersion auf eine-Flache aufgebraeht, so erfolgt eine oberflächliche Verdunstung des wässrigen Dispersionsmittels, wobei das zurückbleibende bituminöse Material zusammen mit dem mineralischen Feststoff einen harten, widerstandsfähigen Film bilden kann.
Bei vielen Anwendlmgen leidet die fertige Dispersion darunter, dass sie beim Lagern zum Absetzen neigt, wobei sich oft mineralische Bodensätze bilden, die kaum aufrühr- bar sind. Zudem ergibt das dispergierte Mate- rial wegen des harten, mineralischen Fest- stoffes beim Verstreichen häufig Pinselfurchen, die erfahrungsgemäss besondere An griffspunkte durch die korrodierenden Einfl sse darstellen. Ferner ist zu beobachten, dass mineralische Feststoffe ein und derselben Gattung und von annähernd gleicher Kornfeinheit, aber von andern Fundstätten, in ihrer Wirkung als Dispergator versagen können, obwohl ihre Benetzbarkeit durch Wasser gut ist.
Es wurde gefunden, dass die Gegenwart mehrcyclischer fester Kohlenwasserstoffe, die in den hochsiedenden Steinkohlen-Destilla- tionsproduRten enthalten sind, wie Rohnaphthalin, Naphthalin, Rohanthracen, Anthraeen, Rohphenanthren, Phenanthren, Rohkarbazol, Karbazol und dergleiehen, das sonst beobach- tete lästige Absetzen beim lÏngeren Lagern vermindern und die Pinselarbeit beim Verstreiehen erleichtert. Es sei noch bemerkt, dass Rohnaphthalin und Rohanthracen Phenanthren und Karbazol in Mengen bis etwa 30 /o enthalten können.
Die erfindungsgemässe wässrige Dispersion auf bituminöser Grundlage, die neben bitu- min¯sen Stoffen andere wasserdispergierbare Stoffe enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens 0, 5"/o wenigstens eines cyclischen festen Kohlenwasserstoffes mit höchstens drei Ringen enthält.
Nach dem Verfahren gemäss der Erfindung wird eine solche Dispersion bei höherer Temperatur hergestellt, wobei der Zusatz des cyclischen Kohlenwasserstoffes spätestens er- folgt, solange die Misehung sieh noch auf höherer Temperatur befindet.
Vorteilhaft werden in die Dispersion nach ihrer Herstellung oder in der innern oder/und äussern Phase bei der Herstellung der Dispersion bis 4"/o der genannten cyclischen festen Kohlenwasserstoffe mit höchstens drei Ringen, bezogen auf die fertige Dispersion, eingetragen. Als Träger solcher Kohlenwasserstoffver- bindungen kann auch das in der Kokereigasreinigung anfallende Gaskondensat verwendet werden oder aber der Gehalt dieses Gaskondensates an solchen cyclischen Kohlenwasser- stoffen durch den Zusatz von hochsiedenden Steinkohlenteerprodukten der oben genannten Art erhöht werden.
Diese. s Gaskondensat fallt in den Kokereien bei der Gewinnung der Kohlenwertstoffe durch Gaskühlung naeh Entfer nung des Ammoniaks an, und zwar in solchen Kokereien, bei denen das entschwefelte Gas unter Druck von Benzol befreit wird. Beim Austritt des Gases aus der Entschwefelung, die bei geringem Druek in KÏsten oder Türmen stattfindet, gelangt das mit Wasser ge sättigte Gas, das eine Temperatur von 30 bis '; 5 C aufweist, in einen Kompressor, der das Gas auf einen Druek von 7-9 Atmosphären komprimiert. Durch die Komprimierung steigt die Gastemperatur auf ungefähr 75-85 C.
Das Gas gelangt dann mit diesem Druck in einen Drueldiühler, in welchem das Gas durch indirekte Kühlung auf etwa 20 C gekühlt wird und wobei das vorstehend erwähnte Gas kondensat anfällt. Das Gas verliert das in ihm enthaltene Wasser und Naphthalin bis auf Spuren. Dann gelangt das Gas in die Benzol wä, sehe, die ebenfalls unter dem vorerwähnten Druck vor sich geht. Von da wird das Gas. unter Beibehaltwlg des Druckes in die Verbrauchergasleitung geführt. Das Gaskondensat enthält etwa bis 0, 20 /o Naphthalin, Nebenspuren von Leiehtöl, ist milchigtrübe und weist eine Temperatur von etwa 20-23 C auf. Es besteht in der Hauptsaehe aus Kondensatwasser.
Ferner wurde festgestellt, dass für die Verwendung von Feststoffen als Dispergatoren neben der Kornfeimheit und der leichten Benetzbarkeit durch Wasser noch eine weitere Eigensehaft vorhanden sein mu¯, nämlich eine geeignete Kornform, wenn die Dispersion für Anstrichzwecke, bei denen es auf beson dere Hochwertigkeit ankommt, verwendet wird. Die Untersuchung derartiger Dispergatoren auf mineralischer Basis mit dem Rönt- genspektrometer hat ergeben, dass ein höherer Quarzgehalt für ihre Verwendung als hoch- wertiges Anstrichmittel nachteilig ist. Die z.
B. in Tonen enthaltenen Minerale besitzen eine blättchenförmige Gestalt, die sich wegen der grossen Oberfläche gut für die Herstellung von Dispersionen und für die Filmbildung nach dem Auftragen der Dispersion auf eine Fläche eignet. Dieser Aufbau von aufein anderliegendenBlättchenwirdbeimVorhan- densein von Quarzkörpern durch die eckige Form dieses Minerals gestort.
Als bituminöses Ausgangsmaterial zum Gebrauch für die innere Phase der Dispersion kommt Steinkohlenteer oder Steinkohlenteer- pech in Frage, welches aus folgenden Stoffen gewonnen sein kann : Hochtemperaturkoks- ofenteer, Tieftemperaturteer, Generatorteer, Horizontalretorten-und Vertikalretortenteer, Ölgasteer, Wassergasteer usw. Diese Teere können entweder für sich und/oder gemeinsam auf Teerpech verarbeitet werden.
Die verwendeten Peche sollen vorzugsweise einen Erweichungspunkt von höchstens 60 C nach Krämer-Sarnow aufweisen oder bei höherem Erweichungspunkt auf einen Erweichungspunkt unter 60 C nach Krämer-Sarnow gefluxt sein. Unter Erweichungspunkt naeh I < rämer-Sarnow (abgekürzt : K. S.) ist die Temperatur zu verstehen, bei der eine Queck- silbersäule mit einem Gewicht von 5 g in einem Röhrchen von 6 mm licher Weite durch eine Bitumensehieht, z. B. Teerpechschicht, von 5 mm H¯he, die sich in einem Röhrchen der gleichen lichten Weite befindet, hindureh- tritt.
Es wurde ferner festgestellt, dass mit gleich guter Wirkung statt des Steinkohlenteers oder des Steinkohlenteerpeches soge nannte Steinkohlenteer-Sonderpeche verwendet werden können, wobei unter letzteren Pro duite verstanden werden, die entweder aus Steinkohlenteer oder aus Steiniohlenteerpeeh durch Fluxen mit Teeröl in Verbindung mit einem Sohleaufscllluss oder aber durch Blasen mit Luft hergestellt worden sind.
Als Ausgangsprodukt für die Herstellung der Sonderpeche mit gesteigerten plastischen Eigenschaften werden Steinkohlenteerpeche verwendet, die einen hohen Erweichungs punît nach Krämer-Sarnow von etwa 130 bis 140 C aufweisen und deren Gehalt an freiem Kohlenstoff bei etwa 50 /o liegt. Diese Hart- peche werden mit Hilfe von hochsiedenden Teerölen gefluxt, und es werden hierdurch weichpechartige Massen erhalten, die, je nach der Menge des zugesetzten Fluxöls, auf den gewünschten Erweichungspunkt eingestellt werden können.
Diese Massen können noch zur weiteren Erhöhung der plastisehen Eigensehaften mit einem Kohleaufschluss kombiniert werden. Bei einem Kohleaufschluss werden z. B. 80 /o der wie vorstehend erhaltenen Masse mit 10-20% Kohlenstaub aus einer vitritischen Kohle wäh- rend mehrerer Stunden (z. B. 6 Stunden) in einem Gefäss bei Atmosphärendruck unter R hren bei etwa 200 C behandelt. Die auf diese Weise erhaltenen hochplastischen Peche können durch Zusatz von hochsiedenden Teer ölen auf den gewünschten Erweichungspunkt eingestellt werden.
Weiterhin können Sonderpeche mit erweitertem Plastizitätsbereich durch sogenanntes Blasen von Teer oder Teerpechen mit Luft erhalten werden ; die Temperatur, bei der das Durehblasen erfolgt, liegt bei etwa 200-300 C. Hierbei tritt eine Erhöhung des Erweichungspunktes ein. Die erhaltenen geblasenen Massen können durch Zugabe von hochsiedenden Teerölen auf einen gewünschten Erweichungspunkt eingestellt werden.
Auch andere bituminöse Ausgangsmate- rialien aromatischer Natur können in Frage kommen, nämlich z. B. Wasch¯lpech, das wie folgt entsteht : Für die Auswasehung des Benzols und seiner Homologen aus dem Koksofen- gas wird ein von Earbolöl befreites und weit- gehend naphthalinfreics Tceröl verwendet, welches zwisehen 200--300 C siedet und nur wenig Wasser enthalten darf. Dieses Waschöl wird nach der Anreicherung mit den im Koks ofengas enthaltenen Benzolkohlenwasserstof- fen von diesen durch Abtreiben mit Dampf befreit und im Kreislauf wieder zum Auswaschen der Benzolkohlenwasserstoffe ben tzt.
Im Laufe der Zeit erleidet das Wasehöl eine Verdickung, welche durch im Gas gleichzeitig vorhandenen Sehwefelwasserstoff und Sauerstoff hervorgerufen wird. Ist die Verdickung zu weit fortgeschritten, so wird das dickflüssige Waschöl durch Destillation wieder regeneriert, wobei in der Destillationsblase ein Rückstand, das Wasehölpech, verbleibt.
Durch die Erfindung ist es also möglich, neben den bisher gebrauchten Steinkohlenteerpechen von versehiedener Herkunft auch andere Peche, wie die durch Fluxen mit Teeröl in Verbindung mit einem Kohleauf- sohluss oder aber durch Blasen mit Luft hergestellten Sonderpeche sowie das aus Waschöl gewonnene Waschölpech, zu verwenden. Die wegen eines zu hohen Quarzgehaltes zur Er reichung eines zusammenhä. ngenden und einheitlichen Films nngeeigneten mineralischen Dispergatoren sind nicht verwendbar.
Lagerbeständigkeit und Verstreichbarkeit des di spergierten Materials werden durch Verarbei tung des zusätzlich mit Naphthalin und dergleichen versehenen Gaskondensates wesentlich verbessert.
Beispiel 1
3, 0 kg Gaskondensat (welchem bis zu einem Betrag von 2 Gewichtsprozent, bezogen auf die fertige Dispersion, Naphthalin oder Anthracen zugegeben wird) werden in einem mit Heizung versehenen Mischwerk mit 3, 9 kg geschlämmtem Kaolin innig verarbeitet und dazu allmählich 7, 5 kg eines aufgeschmolze nen Steinkohlenteerpeches' (Erweiehungspunkt nach Kra, mer-Sarnow 35-40 C) unter guter Vermischung zufliessen gelassen. Die Temperatur des Mischwerkes wird dabei auf 60 bis 80 C gehalten. Während und nach Beendigung der Zugabe des Steinkohlenteerpeches werden noch weitere 6 kg des Gaskondensates zugefügt. Als Mischwerk eignet sich am besten eine Misch-Knetmaschine. Deren Trog zur Aufnahme der Dispersionspartner ist dabei heizbar und kühlbar.
Die innige Durelimen- gung der Stoffe erfolgt mit Hilfe von breiten Flügeln, die ebenfalls beheizbar bzw. zur Kühlung eingerichtet sind. Diese Flügel kön- nen in ihrer Umdrehungsgeschwindigkeit durch eine Stufenregelung veränderlich gehal ten werden. Mit Hilfe eines. pneumatisch be tätigten Pressstempels wird das Dispersionsmaterial im Wirkungsbereich der Knetflügel gehalten und durch Erhöhung der Knetkräfte der Prozess beschlexmigt.
Das erhaltene Produkt besitzt folgende Eigenschaften : Es ist schiefergrau und von sahniger Konsistenz. Die Auslaufzeit im Stra ssenteerviskosimeter (5 mm Düse/20 C) beträgt 12-14 Sekunden. Selbst nach monatelanger Lagerung in einem verschlossenen Gefäss findet sich nur ein geringer leicht auf rührbarer Bodensatz. Durch den Zusatz von Naphthalin wird das Dispersionsmaterial fetter , das Anstreichen geht flotter und zügiger vor sich, der Farbton des aufgestri chenen und getrockneten Materials ist heller als ohne Verwendung von Naphthalin.
Beispiel 2
41, 5 kg Gaskondensat, welchem 2, 0 kg Rohnaphthalin feinverteilt zugesetzt wurde, werden'bei 60-80 C mit 19, 5 kg geschlämm- tem Kaolin (mit 10 /o) Quarzgehalt) intensiv gemischt und alsdann werden 37, 0 kg Steinkohlenteerpech (Erweichungspunkt nachKrä- mer-Sarnow 35-40 C) in heissem Zustand (Temperatur bis 120 C) dem Mischwerk zugesetzt. Es resultiert eine homogene Dispersion, die nach dem Aufstreichen und Trocknen einen Film von gleichmässiger Beschaffenheit hinterlässt.
Beispiel 3 38, 0 kg Gaskondensat, welches mit 2, 0 kg Naphthalin versetzt worden ist, werden bei 60 bis 80 C mit 20, 7 kg geschlämmtem Kaolin gut durchmischt und bei dieser Wärme mit 39, 3 kg Sonderpech, welches vorher aufgeschmolzen worden war, in heissem Zustand vermischt.
Es resultiert eine gleichmässige, gut verstreichbare Dispersion.
Beispiel 4 41, 0 kg Gaskondensat, zu welchem 2, 0 kg Rohanthracen zugesetzt worden sind, werden bei einer Temperatur von 60-80 C mit 19, 0 kg geschlämmtem Kaolin gut durchge- mischt und mit 40, 0 kg aufgeschmolzenem, heissem Waschölpech innig gemiseht. Es ergibt sich eine homogene Dispersion von dun kelgrauer Farbe.
Beispiel 5
19, 0 kg eines durch Schlämmen gewonnenen Kaolins mit wenig freier Kieselsäure werden mit 39, 5 kg Wasser innigst vermischt und bei 60-80 mit einem heissen Gemisch von 39, 5 kg eines wie oben beschriebenen Sonderpeehes und 2, 0 kg Naphthalin unter gutem Rühren zusammengebracht. Das erhaltene Produkt ist von durch und durch gleichmässiger Beschaf fenheit und ergibt ein hochwertiges Anstrich- mittel.
Die nach den beschriebenen Beispielen hergestellten Dispersionen enthalten an Stelle der bei der Herstellung von Anstriehmitteln üblichen Losungsmittel einen hohen Gehalt an Wasser (etwa 40 /o), welches als Dispersionsmittel dient. Dadurch wird die Dispersion in den Herstellungskosten verbilligt und in der Handhabung wegen der herabgesetzten Feuersgefahr verbessert. Es besteht aber die Gefahr, dass bei Vorliegen eines eisernen Untergrundes dieser nach dem Aufstreichen der Dispersion mit dem darin befindlichen Wasser reagiert, bevor das Wasser verdunstet ist.
Dadurch wird eine Unterrostung hervorge rufen,waszum Abplatzen des Anstriches führt. Diese Gefahr kann aber vermieden werden, wenn der Untergrund vor dem Aufbrin- gen der Dispersion mit einem Voranstrich (z. B. mit einem geeigneten Pechlack) versehen wird.
Die Verwendung von Gaskondensat für die Herstellung der Dispersion ist, wie das Beispiel 5 zeigt, nieht unbedingt notwendig.
Man kann durchaus auch so vorgehen, dass man die notwendige Menge Naphthalin der gesehmolzenen Teerpechmasse kurz vor der Herstellung der Dispersion zufügt, wobei das Naphthalin rasch gelöst wird.
Die Dispersionen auf der Grundlage von Steinkohlenteerpechen lmd Sonderpechen ls : ön- nen gegebenenfalls im Verein mit Mineralstoffen als Verguss-, Mörtel-und Spachtelmassen oder als Schlämme für Strassenbeläge oder als Masse zum Verfügen von Mauerwerk verwendet werden. In diesen FÏllen ist es nicht erforderlich, hochwertigen Ton als festen Bestandteil der Dispersion zu verwenden.
Beispiel 6
Als Zwischenlage zwischen Fundament und BehÏlter, z. B. einem Tank für Teerole, wird eine Dispersion, nach einem der Beispiele 1 bis 5 hergestellt, kurz vor der Verwendung mit feinem Sand (Korngrosse 0 bis 0, 2 mm) im Verhältnis 1 Gewichtsteil Dispersion zu 4 Gewichtsteilen Sand gut gemischt.
Dieser hergestellte, als Zwischenlage dienende Mörtel erstarrt zu einer festen, jedoch geschmeidigen Unterlage, die auch nach Be lastung durch den gefüllten Tank keine Rissbildung aufweist.
Beisptel 7
Bei der Verwendung als Masse zum Verfugen von Mauerwerk wird eine Dispersion, nach einem der Beispiele 1 bis 5 hergestellt, zunächst unter gutem Umrühren durch Zugabe von etwa 5 Gewichtsprozent Eisenoxyd- rot als Pigment angefärbt zur Angleichung an die rote Farbe des Mauerwerks. Sodann wird diese rot angefärbte Dispersion mit feinem Sand (Korngrösse 0-0, 2 mm) im Ge wichtsverhältnis 1 : 5 gut durchgemischt. Das so erhaltene Material lässt sich gut zum Verstreichen der Mauerfugen verwenden und gibt nach Abdunsten des Wasseranteils der Dispersion eine widerstandsfähige Masse, welche keine Feuchtigkeit mehr aufnimmt und gegen Säuren, Alkalien und Öle unempfindlich ist.
Beispiel 8
Zwecks Verwendung als Belagsmaterial f r Strassen, Fabrikflure, PlÏtze und dergleichen wird eine Dispersion, hergestellt unter Vermischung lmd Erwärmung aus 38 /o Weichpeeh (35 K. S.), 2 /o Rohanthraeen, 19 /o Lehm, Rest Wasser, mit Zement oder Kalk oder mit einem Kalkzementgemisch, eventuell in Verbindung mit feinem'Sand, je nach der gewünschten Härte, versetzt. Die zur Dispersion hinzugefügte Menge an diesen Stoffen muss unter 30 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmasse, bleiben.
In den so hergestellten Belag kann vor seiner Erhärtung feinkörniges Gestein eingewalzt werden, wenn eine rauhe Oberfläehe gewünscht wird.
Die beschriebenen Dispersionen zeichnen sich unter anderem dadurch aus, dass sie sich gut verstreichen lassen, dass sie nach dem Trocknen eine Härte ohne. Sprödigkeit auf- weisen und dass sie eine hohe Thermostabilität und eine hohe Wasserfestigkeit besitzen. Beim Aufbringen der Dispersion erfolgt keine Ausflockung. Der Abbindevorgang vollzieht sich vielmehr durch Verdunstung des Wassers an der Oberfläche und ist beendet, wenn das gesamte Wasser aus der Dispersion durch Aus- trocknung entfernt ist.
Es hat sich herausgestellt, dass sich bei Anwesenheit der mehreyelischen Kohlenwas serstoffe ausgezeichnete Dispersionen auf der Grundlage von aromatischen Pechen ergeben, wenn. die als Dispergator fungierenden, was serdispergierbaren, tonartigen Stoffe teilweise oder ganz durch bestimmte andere Stoffe ersetzt werden. Zu diesen Stoffen gehören grundsätzlich alle wasserbenetzbaren oder wasseraufnahmefähigen Stoffe, die zweckmässig mit einer Körnung von Staubfeinheit vorliegen können. Weiterhin gehören hierzu alle die Stoffe in der vorgenannten Grosse, die durch Benetzungsmittel wasserbenetzbar gemacht werden können. Zu der erstgenannten Klasse gehören z.
B. Gichtstaub, Kiesab- brÏnde, Erze, gebrauehte Gasreinigungsmasse, Kalk und Acetylenschlämme, F'lugasche und ähnliche Stoffe. Zu der zweitek Klasse ge hören beispielsweise Graphit, Russ und Koh lenstaub. Diese Dispersionen können eine mannigfaltige Verwendung finden. Sie eignen sich beispielsweise zur Herstellung von Auf tragschichten, z. B. auf Beton, Mauerwerk oder Strassenflä. ehen, Metall, Glas oder als Verguss und Spachtelmasse.