DD234873A1 - Kationenaktive emulsion fuer strassenbauzwecke - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kationenaktive Bitumenemulsion, die fuer die Ausfuehrung von Oberflaechenbehandlungen, Flickarbeiten oder als Kaltmischgut im Strassenbau eingesetzt werden kann. Dabei kommt unter Verwendung bekannter kationenaktiver Emulgatoren sowie Wasser und Saeure als emulgierbare bituminoese Komponente erfindungsgemaess ein Gemisch aus 70 bis 90 Ma.-% eines oelarmen Extraktionsrueckstandes der Erdoelverarbeitung und 10 bis 30 Ma.-% eines aus der Braunkohlenverarbeitung gewonnenen Teeres oder Teeroeles zur Anwendung.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine kationenaktive Emulsion für Straßenbauzwecke aus bituminösen Stoffen, alkoxylierten Alkylaminen als Emulgatoren, Wasser und Säuren, die vorrangig für die Ausführung von Oberflächenbehandlungen, Flickarbeiten oder Kaltmischgut für Straßen im Gemisch mit Gesteinsbaustoffen eingesetzt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Kationenaktive Bitumenemulsionen haben sich gegenüber anionenaktiven oder nichtionogenen Emulsionen im Straßenbau weltweit durchgesetzt. Besondere Bedeutung besitzen dabei Sanierungs- und Regenerierungsarbeiten von Straßenoberflächen. Die kationenaktiven Emulsionen vermögen infolge ihrer positiv aufgeladenen Bitumenteilchen die zumeist an der Oberfläche negativ geladenen Gesteinsbaustoffe vollständig zu umhüllen und an diesen fest zu haften. Dadurch können Straßendecken mit hoher Lebensdauer bei sparsamstem Verbrauch an Bitumen gewonnen werden. Als Emulgatoren für kationenaktive Bitumenemulsionen haben sich dabei besonders langkettige Diamine, Amidoamine und Imidazoline bewährt. Aber auch quartäre Ammoniumsalze oder quartäre bzw. tertiäre alkoxylierte Aminverbindungen werden als Emulgatoren eingesetzt. Die letztgenannten Emulgatoren enthalten nur ein Stickstoffatom im Molekül und dadurch nur einen positiven Ladungsträger. Bei Einsatz von größeren Anteilen dieser Emulgatoren in der Emulsion kommt es zu negativen Erscheinungen beim Haften des emulgierten Bitumens am Gestein. Beim Einsatz geringer Mengen ist zwar eine gute Haftung am Gestein vorhanden, jedoch sind die Emulsionen nur über relativ kurze Zeiträume lager- und transportstabil.

Zum Zweck der Haftverbesserung durch ein besseres Aufziehen der emulgierten bituminösen Stoffe werden häufig dem Bitumen vor der Emulgierung Verschnitt- oder Fluxmittei, wie Benzine, aromatische Kohlenwasserstoffe oder auch leichtflüchtige Öle zugesetzt, die nach dem Brechen und Abbinden langsam aus dem Belag durch Verdunsten entweichen. So ist es auch bekannt, leichtflüchtige Teerverschnittmittel aus der Steinkohlenteerverarbeitung bei gleichzeitigem Einsatz von Diaminen als Emulgatoren zu verwenden.

Als bituminöses Bindemittel werden in allen Fäilen stets hochwertige Destillationsbitumen vom Typ B300, B200 bis B90 eingesetzt. Dagegen ist die Verwendung von ölarmen harten und zumeist hochschmelzenden Bitumensorten zur Herstellung kationenaktiver Emulsionen bisher nicht gelungen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine kationenaktive Emulsion für Straßenbauzwecke mit hoher Haftung am Gestein, die als Bindemittelkomponente stofflich nur im geringen Umfang genutzte ölarme Rückstände der Erdölverarbeitung enthalten soll. Die Emulsion soll vorrangig für Sanierungs- und Erhaltungsmaßnahmen für Straßendecken, wie Oberflächenbehandlungen, Flickungen und als Kaltmischgut verwendbar sein.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kationenaktive Emulsion für Straßenbauzwecke unter Verwendung von bekannten kationenaktiven Emulgatoren, besonders alkoxylierten Alkylaminen, Wasser und Säure zu entwickeln, die als bituminöse Komponente ölarme Rückstände der Erdölverarbeitung und geeignete Fluxmittei enthält und mit der eine hohe Haftung am Gestein erreicht wird.

Die Aufgabe wird durch eine kationenaktive Emulsion aus bituminösen Stoffen mit alkoxylierten Alkyiaminen als Emulgatoren, Wasser und Säure gelöst, die als emulgierten bituminösen Stoff ein Gemisch aus 70 bis 90 Ma. % eines ölarmen Extraktionsrückstandes der Erdölverarbeitung und 10 bis 30 Ma.-% eines bei der Braunkohlenverarbeitung gewonnenen Teeres oder Teeröls enthält.

Als Emulgatoren werden Salze tertiärer oder quartärer aikoxylierter Alkylamine mit einer langen Kette von 8 bis 22 Kohlenstoffatomen in einer Menge von 0,5 bis 5 Ma.-% bezogen auf die Gesamtemulsion verwendet. Weiterhin können der Gesamtemulsion nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vor der Emulgierung 0,01 bis 2 Ma.-% eines langkettigen Alkylamins, vorzugsweise eines primären Fettamins mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen zugefügt werden.

Die Herstellung von kationenaktiven Emulsionen aus ölarmen Extraktionsrückständen der Erdölverarbeitung, wie beispielsweise Propanbitumen mit Erweichungspunkten von über 50 °C und Penetrationen von höchstens 15'/o mm, sowie einem GehaJt an Ölen von unter 35 Ma.-% ist bisher noch nicht gelungen. Selbst bei Einsatz großer Emulgatormengen der erfindungsgemäß eingesetzten alkoxylierten Alkyiamine ist eine Emulgierung nicht möglich. Andererseits läßt sich zwar eine kationenaktive Emulsion aus Teeren oder Teerölen herstellen, jedoch zerfallen die gebildeten Emulsionen in kurzer Zeit wieder in ihre Bestandteile. Überraschenderweise gelingt jedoch aus den erfindungsgemäß zusammengesetzten Gemischen dieser Stoffe die Herstellung kationenaktiver Emulsionen mit guter Lager- und Transportstabilität mit guten Gebrauchseigenschaften für Straßenbauzwecke. Die erfindungsgemäß hergestellten kationenaktiven Emulsionen erreichen sogar gegenüber den bekannten Emulsionen auf der Basis von weichen Destillationsbitumen mindestens gleiche, zum größten Teil jedoch höhere Haftkennwerte am Gestein. Als Teerkomponente werden bevorzugt Schwel- und Hochtemperaturteere, sowie verschiedene Destillations- und Rückstandsöle der Braunkohlen- und Braunkohlenteerverarbeitung eingesetzt. Die Asphaltengehalte liegen zwischen 0 und 20 Ma.-⁰A, die Ölgehalte zwischen 20 und 80 Ma.-%.

Als ölarme Extraktionsrückstände der Erdölverarbeitung werden bevorzugt Propanbitumen mit Erweichungspunkten von 50 bis 80⁰C, Penetrationen von 0 bis 2O'/_O mm, Brechpunkten von 0 bis 30°C, Asphaltengehalten von 15 bis 40 Ma.-% und Ölgehalten von 15 bis ^sMa.-% verwendet.

Die Mischungen werden aus beiden Komponenten durch Zusammenfügen und Vormischen bei Temperaturen von 100 bis 200⁰C hergestellt. Das Mengenverhältnis wird so gewählt, daß diese Gemische im Erweichungspunktbereich von B 300 bis B 60, also von bis 50°C liegen. Bei Verwendung hochschmelzender Propanbitumen und Teerprodukten mit hohem Asphaltengehalt liegt das Mischungsverhältnis bis zu 70:30, dagegen wird bei Einsatz von niedrigschmelzenden Rückständen und Teerprodukten mit niedrigem Asphaltengehalt das Mischungsverhältnis bis zu 90:10 eingestellt. In der Praxis liegen die Eigenschaften beider Mischkomponenten in der Mitte, womit das Mischungsverhältnis auch zumeist um 80:20 eingestellt werden kann. Die so hergestellten Gemische lassen sich mit alkoxylierten Alkylamin-Emulgatoren zu Emulsionen mit guten Qualitätseigenschaften verarbeiten.

Ausführungsbeispieie

1. Aus 78-Ma.-% eines auf 150⁰C erhitzten Extraktionsrückstandes der Propanentasphaltierung von Erdölrückständen mit einem Erweichungspunkt von 60⁰C, einer Penetration von 5¹ZlO mm einem Brechpunkt von +15⁰C, einem Anteil an Asphaltenen (n-Pentan) von 25% und einem Ölanteil von 27% und 22 Ma.-% eines auf 70°C erwärmten Braunkohlenschwelteeres mit einem Stockpunkt von 28⁰C, einem Gehalt an Asphaltenen von 7% und an Ölen von 54% wird ein Gemisch hergestellt. Das so hergestellte Bindemittel besitzt folgende Eigenschaften:

Erweichungspunkt 42 ⁰C

Brechpunkt -12 ⁰C

Penetration (25 ⁰C) 28OViomm

Asphaltene 16,9 Ma.-%

Öle 38,1 Ma.-%

Das Bindemittel wird in einem Anteil von 620 kg zunächst mit 1 kg Monofettamin mit einer C-Zahl von 16 vermischt. In einem zweiten Behälter wird eine Mischung aus 365 kg Wasser, 4 kg konzentrierter Salzsäure und 10 kg einer 30%igen wäßrigen Lösung eines langkettigen alkoxylierten Alkylaminhydrogensulfates bei 50⁰C hergestellt. Beide Gemische werden in getrennten Leitungen einer Kolloidmühle zugeführt und zu einer Emulsion verarbeitet. Die gebildete feinteilige Emulsion besitzt folgende Eigenschaften:

pH-Wert: 2

Auslaufzeit 2,5 mm - Düse: 25 s

Umhüllung von Quarzporphyr bei 20 ⁰C: 100%

Umhüllung von Quarzporphyr bei 60 ⁰C: 90 %

Die Emulsion wird vorrangig für Oberflächenbehandlungen von Straßen eingesetzt.

Analoge Eigenschaften werden von einer Emulsion aus einem Bitumen B 200 erzielt, das üblicherweise für kationenaktive Emulsionen eingesetzt wird. Das Bitumen B200 hat einen Erweichungspunkt von 42⁰C, einem 8rechpunkt von -15°C, eine Penetration von 190'/₀ mm, einem Anteil an Asphaltenen von 13,5 Ma.-% und von Ölen von 45,3 Ma.-%.

2. Aus 72 Ma.-% eines auf 170⁰C erhitzten Extraktionsrückstandes von Erdölrückständen mit einem Erweichungspunkt von 72°C, einer Penetration von ± 0, einem Brechpunkt von 21⁰C, einem Asphaltengehaitvon 30% und einem Ölgehalt von 23,8% und 28 Ma.-% eines auf 70⁰C erwärmten Teeröles aus der Braunkohlenverschwelung mit einem Stockpunkt von 25°C, einem Gehalt an Asphaltenen von 3,5% und an Ölen von 65% wird ein Gemisch hergestellt, das folgende Eigenschaften besitzt:

Erweichungspunkt 40 ⁰C

Brechpunkt -11 ⁰C

Penetration 270'/₀ mm

Asphaltene 18Ma.-%

Öle 35 Ma.-%

600 kg dieses Bindemittels mit einer Temperatur von 12O⁰C werden mit einer vorher hergestellten wäßrigen Lösung von 55⁰C aus 380 kg Wasser, 5 kg konzentrierte Salzsäure und 15 kg einer 37%igen wäßrigen Lösung eines alkoxylierten Alkylaminacetats in einer Kolloidmühle zu einer Emulsion verarbeitet. Die gebildete Emulsion ist stark kationenaktiv und besitzt folgende Eigenschaften:

pH-Wert 1,9

Auslaufzeit (2,5 mm-Düse) 20 s

Umhüllung bei 20 °C 100%

Umhüllung bei 60°C 95%

Die Emulsion wird vorrangig für Flickungen von beschädigten Straßendecken verwendet.

3. Aus 88 Ma.-% eines bei der Propanentasphaitierung anfallenden ölarmen Rückstandes mit einem Erweichungspunkt von 59°C, einem Brechpunkt von 12 ⁰C, einer Penetration von 15¹Z₀ mm, einem Asphaltengehaitvon 19,2% und einem Ölgehalt von 29,2% und 12 Ma. -% eines Teeröldestiilates der Braunkohlenverschwelung mit einem Stockpunkt von 15 ⁰C, einem Asphaltengehaitvon 6,1 % und einem Ölgehalt von 68% wird ein Gemisch mit folgenden Eigenschaften hergestellt:

Erweichungspunkt 46 ⁰C

Brechpunkt -15 °C

Penetration 205¹/_omm

Asphaltene 16,9 Ma.-%

Öle 33,7 Ma.-%

600 kg dieses Gemisches mit einer Temperatur von 125⁰C werden mit einer Lösung aus 345 kg Wasser, 15 kg eines Fettamins mit einer Kettenlänge von 16 C-Atomen, 15 kg konzentrierte Salzsäure und 25 kg einer 35%igen wäßrigen Lösung eines quartären alkoxylierten Alkylaminmethosulfates zu einer Emulsion verarbeitet, die folgende Eigenschaften aufweist:

pH-Wert 2,1

Auslaufzeit 19,5 s

Umhüllung bei 20 ⁰C 100%

Umhüllung bei 60 °C 90 %

Die Emulsion wird zur Herstellung von Kaltmischgut verwendet.

4. 80 Ma.-% eines Propanbitumens mit einer Temperatur von 170⁰C mit einem Erweichungspunkt von 65 ⁰C, einem Brechpunkt von 18°C, einer Penetration von 8¹/₀ mm, einem Asphaltengehait von 27,5%, einem Ölgehalt von 25,8% und 20 Ma.-% eines Destillates der Braunkohlenhochtemperaturverarbeitung mit einem Stockpunkt von 27 ⁰C, einem Asphaltengehaitvon 10,5% und einem

Ölgehalt von 41,0% werden zu einem Gemisch mit folgenden Eigenschaften verarbeitet:

Erweichungspunkt 42 ⁰C

Brechpunkt -12 ⁰C

Penetration 225¹/i₀mm

Asphaltene 24,1 Ma.-%

Öle . 33,4 Ma.-%

kg dieses Gemisches werden mit 352 kg Wasser, in dem 12 kg einer 37%igen wäßrigen Lösung eines alkoxylierten Alkylaminhydrochlorids, 1,5 kg Monofettamin und 4,5 kg konzentrierten Salzsäure gelöst sind zu einer Emulsion mit folgenden Eigenschaften verarbeitet:

pH-Wert 1,9

Auslaufzeit 62 s

Umhüllung bei 20 ⁰C 100 %

Umhüllung bei 60 ⁰C 95 %

Die Emulsion wird vorzugsweise für Oberflächenbehandlungen von Straßen mit Gefälle eingesetzt.

Claims (3)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Kationenaktive Emulsion für Straßenbauzwecke aus bituminösen Stoffen mit alkoxylierten Alkylaminen als Emulgatoren, Wasser und Säure, dadurch gekennzeichnet, daß der emulgierte bituminöse Stoff ein Gemisch aus 70 bis 90 Ma.-% eines ölarmen Extraktionsrückstandes der Erdölverarbeitung und 10 bis 30 Ma.-% eines aus der Braunkohlenverarbeitung gewonnenen Teeres oder Teeröls ist.
2. 2. Kationenaktive Emulsion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Emulgator ein Salz tertiärer oder quartärer alkoxylierter Alkylamine in einer Menge von 0,5 bis 5 Ma.-% verwendet wird.
3. 3. Kationenaktive Emulsion nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Zusatz von 0,01 bis 2 Ma.-% eines langkettigen Alkylamins, vorzugsweise eines primären Fettamins mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen.