DD218114B1 - Verfahren zur herstellung kationaktiver bitumenemulsionen - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung kationaktiver Bitumenemulsionen, die vor allem im Straßenbau fur die Ausfuhrung von Bitumenschlammen und Oberflachenbehandlungen eingesetzt werden können

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Die Durchfuhrung von Pflege- und Erhaltungsmaßnahmen auf bituminösen Straßenbelagen erfolgt vorwiegend unter Verwendung anion- und kationaktiver, in geringem Umfang auch nichtionogener Bitumenemulsionen Fur verschiedene Anwendungsgebiete werden bevorzugt kationaktive Bitumenemulsionen auf Grund ihrer spezifischen Eigenschaften eingesetzt.

Als kationaktive Emulgatoren haben sich hauptsächlich Fettamine und deren Derivate, Amidoamine und Imidazoline bewahrt Durch Zusatz verschiedener anderer Substanzen, Einstellung eines bestimmten pH-Wertes oder Mischen verschiedener Emulgatoren ist es möglich, die Eigenschaften der kationaktiven Emulsionen innerhalb bestimmter Grenzen zu beeinflussen So finden beispielsweise alkoxylierte Fettalkohole, Fettsauren, Alkylphenole und Fettamme Anwendung Es ist bekannt, daß alkoxylierte Amine fur die Stabilisierung kationaktiver Bitumenemulsionen und die Verlängerung der Mischzeit mit Gesteinsbaustoffen eingesetzt werden Diese Emulgierhilfsstoffe werden grundsätzlich nur in Verbindung mit wirksamen kationaktiven Emulgatoren angewendet

Oft setzen sich kationaktive Bitumenemulsionen auch kompliziert zusammen, enthalten vielfach schwer herstellbare Ammoniumverbindungen und eine größere Menge Saure Die Herstellung solcher Emulsionen wird dadurch erschwert und auch ökonomisch ungunstig beeinflußt Die Reaktion mit dem Gesteinsmaterial gestaltet sich unübersichtlich und kann dadurch nur in geringem Umfang oder gar nicht reguliert werden.

Mischstabile kationaktive Bitumenemulsionen enthalten als Emulgatoren meist Polyamine mit 3 bis 5 Stickstoffatomen pro Molekül

Mit den zur Verfugung stehenden Monoaminen allein kann eine fur die Herstellung von Bitumenschlammen und anderen Gemischen geeignete mischstabile Bitumenemulsion nicht erhalten werden Es sind immer Zusätze oder eine ausreichende, jedoch schwer zu handhabende Maskierung der Gesteinsbaustoffe erforderlich

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, kationaktive Bitumenemulsionen hoher Transport- und Lagerstabilitat mit regulierbarem Brechverhalten, die vorzugsweise zur Herstellung von Bitumenschlammen und Oberflachenbehandlungen eingesetzt werden konnen, effektiv herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, kationaktive Bitumenemulsionen, insbesondere fur die Anwendung bei Bitumenschlammen und anderen Mineralstoff-Bitumenemulsions-Mischungen, unter Verwendung von oxalkylierten Alkylaminen herzustellen.

Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß Bitumen, gefluxte Bitumen, Mischbitumen, Erdoldestillationsruckstande oder com pound ierte Bitumen unterVerwendung von 0,05 bis 6,0 Ma -% eines in einem Arbeitsgang durch gezielte Reaktionsfuhrung hergestellten Gemisches niedrig alkoxylierter Alkylamine und 0,05 bis 5,0 Ma -% hoher alkoxylierter Alkylamine in Wasser einemulgiert werden

Das Gemisch niedrig alkoxylierter Alkylamine enthalt primäres, sekundäres und tertiäres Amin in variierbarem Mengenverhältnis von jeweils 0 bis 100Ma -%, ausgehend von einem Alkylamin mit 10 bis 22, vorzugsweise 12 bis 18 Kohlenstoffatomen, und einem Alkoxylierungsgrad von 0,5 bis 8, vorzugsweise 1 bis 5 Die hoher alkoxylierten Alkylamine enthalten 10 bis 22, vorzugsweise 12 bis 18 Kohlenstoffatome, und haben Alkoxylierungszahlen von 12 bis 30, vorzugsweise 14 bis 22

Die erfindungsgemaß hergestellten Emulsionen haben einen hohen Verteilungsgrad und neigen nur wenig zur Sedimentation Hohe Transport- und Lagerstabilitat kommen einer breiten Anwendung entgegen Die Unempfmdlichkeit gegenüber chemischen Substanzen ist besonders hoch, so daß zur Erzielung besonderer Effekte, insbesondere auch zur Regulierung des pH-Wertes, Sauren, Laugen und Salze einemulgiert oder zugesetzt werden konnen Die Herstellung der Emulsionen erfolgt in bekannten Emulgiereinrichtungen Vorteilhafterweise werden die hoher alkoxylierten Alkylamine der wäßrigen Phase vor dem Emulgierprozeß zugesetzt und die niedrig alkoxylierten dem Bitumen

Überraschend ist es gelungen, die Herstellung und den Einsatz der alkoxylierten Amme so zu steuern, daß allein durch Anwendung dieser Stoffe der Emulgierprozeß, die Stabilisierung der Emulsion, die Brechverzogerung, das Abbinde- und Haftvermögen gegenüber dem Gesteinsmatenal und das fur den gesamten Abbindeprozeß äußerst wichtige Reaktionsverhalten von Bitumen zu Bitumen in vorteilhafter Weise beeinflußt, in ausgewogenem Verhältnis aufeinander abgestimmt und auf unterschiedlich reagierende Gesteinsbaustoffe eingestellt werden konnen

Durch Festlegung eines auf das alkoxylierte Alkylamingemisch und auf den Gesteinsbaustoff abgestimmten pH-Wertes, der im gunstigsten Fall schon durch die Reaktion der alkoxylierten Alkylamine mit dem Wasser erhalten werden kann, wird eine optimale Reaktionsfähigkeit sowohl zwischen Bitumen und Mineralstoff als auch von Bitumen zu Bitumen erreicht Die Berücksichtigung beider Reaktionstypen ist erforderlich, um außer dem Aufziehen des Bitumens auf das Gestein einen raschen Verbund der bitumenumhullten Mineralstoffe untereinander zu gewährleisten Durch das gleichzeitige Vorhandensein primär, sekundär und tertiärer Amine in einem ausgewogenen Verhältnis und in einem definierten pH-Bereich erfolgt der Verbund sowohl zwischen Bitumen und Gestein als auch dem Bitumen untereinander vornehmlich über Wasserstoffbrucken, ohne daß das Wasser anfänglich zur Wasserstoffbruckenbindung beitragen muß Dabei wird durch Anwendung der hoher alkoxylierten Amine eine verzögerte Wasserstoffbruckenbildung mittels Mineralstoffen bewirkt Dem zeitlich steuerbaren Reaktionsmechanismus schließt sich im Beisein von Wasser die Verbindung der bitumenumhullten Mineralstoffe an, das Gemisch bindet ab

Dieses besondere Verhalten der erfindungsgemaß hergestellten Bitumenemulsion bringt vor allem bei der Herstellung von Bitumenschlammen durch die relativ schnelle Verfestigung des gesamten Gemisches den Vorteil, daß die behandelten Fahrbahnen in kurzer Zeit ihre volle Belastbarkeit wieder erhalten

Andererseits ermöglicht das verzögerte Brechverhalten auch die Verwendung schnell reagierender Brechsande bei der Herstellung von Direktschlammen, ohne daß besondere Zusätze, wie Brechungsverzogerer, erforderlich werden Unterstutzt wird die Verzögerung des Brechvorganges durch den Aufbau einer negativ geladenen, aus Hydroxyidionen bestehenden Gegenionenschicht um die Bitumenteilchen Die Reaktionsfähigkeit der dabei entstehenden Micellen, deren Kerne die emulgierten Bitumenteiichen sind, kann so zusätzlich über den pH-Wert beeinflußt und damit gesteuert werden.

Ausfuhrungsbeispiele

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Beispielen naher erläutert werden

Beispiel 1 ,

60Ma -% eines Bitumens B 200 wurden mit 36,8Ma -% Wasser unter Anwendung von 1,4Ma -% Alkylamin mit einer Ethoxylierungszahl von 14,7 und 1,8Ma -% eines Gemisches ethoxylierter Alkylamine mit einer Ethoxylierungszahl von 3,4 bestehend aus 2,1 Ma -% primären, 3,8Ma -% sekundären und 44,1 Ma -% tertiären Ammen in einer Kolloidmühle emulgiert Die entsprechende Emulsion hatte folgende Eigenschaften

Ausflußzeit im Straßenteerviskosimeter bei 25 ⁰C mit 2,5-mm-Duse 48 s

Haftkennwerte nach Heißwasserlagerung 100%

pH-Wert 10 Siebruckstand nach Bestimmung derTransportbestandigkeit 0,1 %

Außerdem zeichnet sich diese Emulsion durch eine hohe Sedimentations- und Lagerstabilitat aus Die Herstellung bituminöser Schlamme ist mit den meisten Brechsanden, ohne Anwendung besonderer Hilfsstoffe bzw ohne Vormaskierung des Gesteinsmatenals, möglich

Mit Quarzporphyrbrechsand 0/4 liegen die Brechzeiten beispielsweise über 2,5 Minuten Der Abbindeprozeß beginnt nach etwa 15 bis 20 Minuten

Die Herstellung bituminöser Schlamme in einem Fahrmischer bekannter Bauart ist also möglich.

Beispiel 2

Einem Straßenbaubitumen B130 werden 3,2 Ma -% eines Gemisches ethoxylierter Alkylamine mit einer Ethoxylierungszahl von 4,6 zugesetzt Mit einem hoher ethoxylierten Athylamin, Ethoxylierungszahl 23,6, wurde eine 4% wäßrige Losung hergestellt Diese Losung wurde im Verhältnis 2 3 mit dem vorbereiteten Bitumen in einer Kolloidmühle emulgiert Diese Bitumenemulsion besaß folgende Eigenschaften

Ausflußzeit im Straßenteerviskosimeter bei 25 °C mit 25-mm-Duse 41 s

Haftkennwert nach Heißwasserlagerung 100% pH-Wert 11,4

Stabilität halbstabil

Auch diese Emulsion hat trotz des vorteilhaften Brechverhaltens gegenüber Mmeralstoffen eine hohe Lager- und Transportstabilitat Sie besitzt gleichgute Brech- und Abbindeeigenschaften wie die nach Beispiel 1 hergestellte Emulsion Mit dieser Emulsion ist die Herstellung einer gutabbindenden Bitumenschlamme möglich Die Brechzeiten liegen bei den verschiedensten Brechsanden im allgemeinen über 3 Minuten Beispiel 3

Aus 60 Ma -% Straßenbaubitumen B200,1,0Ma -% ethoxylierter Alkylamine mit einer Ethoxylierungszahl von 3,8,1,4Ma % ethoxylierter Alkylamme mit einer Ethoxylierungszahl von 17,2 und 37,6Ma -% Wasser wurde in einer Kolloidmühle unter Verwendung von 0,5 Ma -% Natriumacetat als pH-Wert regulierendes Mittel eine kationaktive Bitumenemulsion mit folgenden Eigenschaften hergestellt

Ausflußzeit im Straßenteerviskosimeter bei 25 ⁰C mit 2,5-mm-Ouse 69 s

Haftkennwert nach Heißwasserlagerung 90%

pH-Wert 8,6

Stabilität halbstabil

Unter Verwendung eines reinen Quarzporphyrbrechsandes 0/4 mm konnte mit dieser Emulsion eine Bitumenschlamme mit hoher Abriebfestigkeit erhalten werden

Die Mischzeiten lagen bei über 3 Minuten, so daß eine Herstellung der Schlamme in den bekannten Mischgeraten ohne weiteres möglich war

Beispiel 4

In ein Straßenbaubitumen B200 wurden 4 OMa -% niedrig ethoxyliertes Amin, bestehend aus 67 Ma -% primärem und 33Ma % sekundärem Amin, eingemischt Dieses Bitumen-Emulgator-Gemisch wurde mit Wasser, das 3,75Ma -% hoher ethoxyliertes Amin enthielt, im Verhältnis 3 2 in einer Kolloidmühle emulgiert Es wurde eine Bitumenemulsion mit folgenden Eigenschaften erhalten

Ausflußzeit im Straßenteerviskosimeter bei 25 °C mit 2,5-mm-Duse 64 s

Haftkennwert nach Heißwasserlagerung 100% pH-Wert 9,8

Stabilität unstabil

Diese Bitumenemulsion eignet sich vorteilhaft fur die Durchfuhrung von Oberflachenbehandlungen Beispiel 5

Aus 60Ma -% Bitumen B200, 2,5Ma % niedrig ethoxyliertem Amin mit einer Ethoxylierungszahl von 0,9 und einem Gehaltan primärem Amin von 10% und sekundärem Amin von 90%, 1,5% hoher ethoxyliertem Amin, 0,8% Eisessig und 35,2% Wasser wurde in einer Kolloidmühle eine Bitumenemulsion mit folgenden Eigenschaften hergestellt

Ausflußzeit im Straßenteerviskosimeter bei 25 ⁰C mit 2,5-mm-Duse 47,2 s

Haftkennwert nach Heißwasserlagerung 90 %

pH-Wert 4,6

Stabilität unstabil

Auch diese Emulsion ist vorwiegend fur Oberflachenbehandlungen bituminöser Verkehrsflachen verwendbar

Beispiel 6

60% eines mit 4,2% niedrig ethoxyliertem Alkylamin (Ethoxylierungszahl 1,7, Gehalt an sekundärem Amin 27,5%, an tertiärem Amin 72,5%), versetzten Bitumens B 200 wurden mit 1,5% hoher ethoxyliertem Alkylamin, 0,7% Eisessig und 37,8% Wasser emulgiert Es entstand eine Bitumenemulsion mit folgenden Eigenschaften

Ausflußzeit im Straßenteerviskosimeter bei 25 ⁰C mit 2,5-mm-Duse 40,9 s

Haftkennwert nach Heißwasserlagerung 100%

pH-Wert 4,1

Stabilität halbstabil

Mit dieser Emulsion wurde im Gemisch mit Brechsand und Wasser eine Schlamme erhalten, die sich schon nach 20 bis Minuten verfestigte

Beispiel 7

Aus 60% Bitumen B200,1,7% primärem Alkylamin, 2,0% hoher ethoxyliertem Alkylamin, 1,0% ethoxyliertem Alkylphenyl und 35,3% Wasser wurde durch Emulgierung in einer Kolloidmühle eine Bitumenemulsion mit folgenden Eigenschaften erhalten

Ausflußzeit im Straßenteerviskosimeter bei 25°C mit 2,5-mm-Duse 40,8 s

Haftkennwert nach Heißwasserlagerung 100%

pH-Wert 9,8

Stabilität halbstabil

Diese Emulsion ist fur die Bauweisen Schlamme und Oberflachenbehandlung gleichgut geeignet

Beispiel 8

60% Bitumen B200 wurden mit 36,3% Wasser unter Verwendung von 2,2% sekundärem, niedrig-ethoxyliertem Amin und 1,5% höher ethoxyliertem Amin in einer Kolloidmühle emulgiert. Die dabei entstandene Bitumenemulsion ließ sich ohne Zusatz mehrerer Hilfsmittel mit Brechsand und Wasser zu einer Schlämme mischen, die sich sehr gut verfestigte. Die Emulsion hatte folgende Eigenschaften:

Ausflußzeit im Straßenteerviskosimeter bei 25 "C mit 2,5-mm-Düse 49 s

Haftkennwert nach Heißwasserlagerung 100% pH-Wert 9,4

Stabilität . halbstabil

Beispiel 9

Aus 60% Bitumen B200, 34,7% Wasser, 3% niedrig ethoxyliertem tertiärem Amin, 1,5% höher exethyliertem Amin und 0,8% Eisessig wurde in einer Kolloidmühle eine Bitumenemulsion mit folgenden Eigenschaften hergestellt:

Ausflußzeit im Straßenteerviskosimeter bei 25 °C mit 2,5-mm-Duse 59,1 s

Haftkennwert nach Heißwasserlagerung 90 % pH-Wert 4,3

Stabilität unstabil

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung kationaktiver Bitumenemulsionen aus Bitumen, Fluxbitumen, angeblasenem Bitumen, Erdoldestillatruckstanden, Mischbitumen oder compoundiertem Bitumen und Wasser unter Verwendung alkoxylierter Alkylamine, gekennzeichnet dadurch, daß 0,05 bis 6,0 Ma.-% eines Gemisches niedrig alkoxylierter Alkylamine und 0,05 bis 5,0 Ma.-% hoher alkoxylierter Alkylamine zugesetzt werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als alkoxylierte Alkylamine bevorzugt ethoxylierte Alkylamine eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die niedrig alkoxylierten Alkylamine vorzugsweise der bituminösen, die hoher alkoxylierten Alkylamine der wäßrigen Phase zugesetzt werden.

4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß Alkylamine mit 10 bis 22, vorzugsweise 12 bis 18, Kohlenstoffatomen verwendet werden.

5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Gemisch niedrig alkoxylierter Alkylamine primäre, sekundäre und/oder tertiäre Amine mit Alkoxylierungszahlen von 0,5 bis 8, vorzugsweise 1 bis 5, enthalt.

6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die hochalkoxylierten Alkylamine vorwiegend tertiär sind und Alkoxyiierungszahlen von 12 bis 30, vorzugsweise 14 bis 22, aufweisen