DE10004402C2

DE10004402C2 - Verfahren zum Nachweisen oder quantitativen Bestimmen von Zusatzstoffen zu Asphalt

Info

Publication number: DE10004402C2
Application number: DE2000104402
Authority: DE
Inventors: Harald Hartung
Original assignee: CARL UNGEWITTER TRINIDAD LAKE
Current assignee: CARL UNGEWITTER TRINIDAD LAKE
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 2000-02-02
Publication date: 2002-03-07
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: DE10004402A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweisen oder quantitativen Bestimmen eines Zusatzstoffs zu Asphalt gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Asphalt ist ein Gemisch aus Bitumen oder bitumenhaltigen Bindemitteln und Mineralstoffen sowie ggf. weiteren Zuschlägen oder Zusätzen. Man unterscheidet zwischen Naturasphalt, bei dem das Bitumen durch Verdunstung leichtflüchtiger Anteile des Erdöls und oxidative Polymerisation der schwerflüchtigen Rückstände entstanden ist, und industriell gefertigtem Asphalt, bei dem primär petrochemisch hergestelltes Bitumen z. T. unter Hinzufügen von weiteren Stoffen verwendet wird. Das bekannte Vorkommen von Naturasphalt findet sich in dem sogenannten Asphaltsee der Insel Trinidad.

Eine technisch wichtige Verwendung von Asphalt liegt in der Herstellung von Flächenbefestigungen. Hier gibt es intensive Bemühungen zur Verbesserung der Eigenschaften von synthetischem Bitumen oder Raffinieriebitumen, beispielsweise in Gestalt polymermodifizierter Bitumen. In der Praxis werden auch regelmäßig Gemische aus synthetischem Bitumen und Naturasphalt eingesetzt, wobei jedoch ein Mindestanteil an Naturasphalt Vorausssetzung für ein qualitativ hochwertiges Asphaltgemisch ist. Weitere Bestandteile solcher Gemische sind Polymere. Zur Qualitätsbeurteilung besteht ein Bedarf für ein Verfahren, mit dem die Zusammen setzung von Asphaltgemischen (d. h. die Art und Menge der vorhandenen Zusätze) bestimmt werden kann.

Im Hauptpatent 198 45 474 wird ein Verfahren zum Nachweisen oder quantitati ven Bestimmen eines Zusatzstoffs zu Asphalt beschrieben, bei dem dem Zusatz stoff eine bekannte Menge eines Tracers in homogener Verteilung beigemischt und der Tracer im Asphalt nachgewiesen wird bzw. bei quantitativer Bestimmung der Gehalt des Tracers bestimmt und aus dem Tracergehalt des Asphalts dessen Gehalt an Zusatzstoff ermittelt wird. Gemäß einer Ausführungsform der Stamman meldung kann der Zusatz zu Asphalt Nurasphalt, synthetischer Asphalt, natürli ches, synthetisches oder polymermodifiziertes Bitumen, die in polymermodifizier tem Bitumen enthaltenen Polymere oder auch Mineralstoffe sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird als Tracer eine organische Zinkverbindung einge setzt, wobei Zinkdimethyldithiocarbamat bevorzugt ist.

Die Druckschrift EP 0 622 631 A2 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Anwesenheit eines Zusatzstoffs in einer Asphaltzusammensetzung, bei dem der Zusatzstoff mit einem aminosubstituierten Naphtalin als Tracers markiert wird. Der markierte Tracer wird mit den Komponenten der Asphaltzusammensetzung ge mischt, dann eine Probe genommen und in einem geeigneten organischen Löse mittel (Xylol) gelöst. Aus der organischen Lösung wird der Tracer wässrig ex trahiert und mit einer Diazoverbindung zu einem Farbstoff umgesetzt. Die Farbent wicklung dient zum Erkennen des Tracers.

Die Druckschrift US 4 990 456 A offenbart ein Verfahren zum Bestimmen des Polymergehalts in polymermodifiziertem Asphalt, Bitumen oder Teer mit einem Gelpermeationschromatographen. Die chromatographische Trennung erfolgt auf einer Säulenfüllung aus Glasteilchen, die bezüglich Teilchengröße und Porenweite spezifiziert sind.

Die quantitative Bestimmung des Zinks erfolgt dort bevorzugt durch Extraktion des im Asphalt enthaltenen Bitumens und sauer/oxidierenden Aufschluß des extrahier ten Bitumens mit nachfolgender quantitativer Bestimmung des Zinks in der erhalte nen Lösung. Bevorzugt wird zum sauer/oxidierenden Aufschluß ein Gemisch aus Salpetersäure, Schwefelsäure und Perchlorsäure und zur quantitativen Bestimmung des Zinks die Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) oder die ICP-Atomemissions spektroskopie eingesetzt.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zum Nachweisen oder quanti tativen Bestimmen von Zusatzstoffen zu Asphalt zur Verfügung zu stellen, welches gegenüber dem Verfahren der Stammanmeldung weiter verbessert ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1. Bevorzugte Ausfüh rungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird zum Nachweis oder zur quantitativen Bestimmung eine organische Zinkverbindung in Gestalt von Zinkstearat eingesetzt. Überraschend wurde gefunden, daß damit die Leistungsfähigkeit des Verfahrens gegenüber dem Hauptpatent weiter verbessert werden kann.

Zinkstearat ist das Zinksalz der Stearinsäure (n-Octadecansäure) und gehört zur Stoffklasse der Metallseifen. Seine Halbstrukturformel ist (CH₃-(CH₂)₁₆-COO)₂Zn. Es handelt sich um ein geruchloses, weißes Pulver mit einem Molekulargewicht von 632,3 g/mol mit der Summenformel C₃₆H₇₀O₄Zn. Diese und weitere Eigen schaften sind aus nachfolgender Tabelle zu entnehmen.

Eigenschaften von Zinkstearat

Halbstrukturformel: (CH₃

-CH₂

)₁₆

-COO)₂

Zn
Summenformel: C₃₆

H₇₀

O₄

Zn
Erscheinungsbild: geruchloses, weißes Pulver
Molekulargewicht: 632,3 g/mol
Zn-Gehalt rechnerisch: 10,34%
Zn-Gehalt technischer Produkte: 10-12%
Schmelzpunkt: 130°C
Selbstentzündungspunkt: 789°C
Dichte: 1,095 g/ml
Schüttdichte (experimentell): 0,34 g/ml
Stabilität: stabil
Löslichkeit: unlöslich in H₂

O, Ethanol, Ethy lether; löslich in Benzol
Unverträgliche Stoffe und Bedingungen: starke Oxidationsmittel, starke Säuren
Zersetzungs- bzw. Verbrennungsprodukte: CO, CO₂

Zu beachtende R- und S-Sätze: R37; S22/36/37/38/39

Zinkstearat findet technische Verwendung als Bestandteil von Farbbindemitteln, Lacken, Korrosionsschutzmitteln, Druckfarben, Hydrophobierungspräparaten, Pudern und als Aktivator bei der Kautschukvulkanisation (Römpp Chemie Lexikon, 9. Auflage). Aufgrund dieser breiten Verwendung steht es auf dem Markt ohne Beschränkung zur Verfügung; sein Preis beträgt im Moment etwa DM 20,- bis 30,- pro Kilogramm.

Zinkstearat ist aus einer Reihe von Gründen als Tracer für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet. Wie bereits bei der Stammanmeldung beschrieben wurde, kann das homogene Verteilen des Tracers im Asphalt durch Erwärmen des Asphalts zu einer flüssigen Schmelze erfolgen, in die der Tracer bis zur Bildung eines homogenen Gemisches eingerührt wird, wonach man das homogene Ge misch durch Abkühlen erstarren läßt. Übliche Arbeitstemperaturen liegen dabei im Bereich von 75 bis 170°C bevorzugt 120 bis 150°C. Der Schmelzpunkt von Zinkstearat liegt in unmittelbarer Nähe dieser Bereiche, so dass deren Untergrenzen nur geringfügig angehoben werden müssen, um ein Schmelzen des Zinkstearats zu erreichen. Es liegt dann flüssig vor und läßt sich in einfacher Weise homogen ein arbeiten. Bevorzugt ist deshalb eine Ausführungsform des Verfahrens, bei dem das Erwärmen des Asphalts und das Einrühren von Zinkstearat als Tracer bei einer Temperatur erfolgt, die mindestens der Schmelztemperatur von Zinkstearat ent spricht, d. h. 130°C. Besonders bevorzugt ist der Bereich von 140 bis 170°C, noch mehr bevorzugt der von 140 bis 150°C.

Zinkstearat ist wie alle Zinksalze mit der Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) oder ICP-Atomemissionsspektroskopie in einfacher Weise der quantitativen Bestim mung zugänglich. Diese bereits in der Stammanmeldung angegebenen analytischen Verfahren können also auch bei Einsatz dieses Tracers mit Vorteil genutzt werden.

Zinkstearat kommt nicht nur für das Homogenisierungsverfahren unter Schmelzver flüssigung des Asphalts in Frage, sondern auch für das ebenfalls bereits in der Stammanmeldung gegebene Verfahren, bei dem der Asphalt unter Zusatz von abrasiven Pulverisierungsmitteln zur Pulver gemahlen, das Zinkstearat in pulver fömiger Form zugesetzt und das sich ergebende Pulver zu einem Gemisch ver arbeitet wird. Anders als Magnesium oder Calciumsalze zeigen Zinksalze kein übermäßige Hygroskopizität, sind also trocken verarbeitbar. Das genannte Mahlen des Asphalts unter Zusatz von abrasiven Pulverisierungsmitteln mit nachfolgendem Zusatz von pulverförmigem Zinkstearat stellt deshalb auch eine bevorzugte Aus führungsform der vorliegenden Erfindung dar. Ebenfalls ist Steinmehl (insbesondere Kalksteinmehl) ein bevorzugtes Pulverisierungsmittel, und das homogene Pulverge misch kann pelletiert oder granuliert werden.

Unter Umweltgesichtspunkten hat Zink als Metall den allgemeinen Vorteil, das es (anders als z. B. Quecksilber oder Cadmium) nicht zu den sogenannten "Problem- Metallen" gehört. Nach den WHO-Empfehlungen liegt der Grenzwert in Trinkwasser bei 5 mg/l, nach der deutschen Trinkwasserverordnung bei 2 mg/l. Für Klärschlämme gilt in Deutschland ein Grenzwert von 3.000 mg Zink pro kg Boden.

Claims

1. Verfahren zum Nachweisen oder quantitativen Bestimmen eines Zusatz stoffs zu Asphalt nach Patent 198 45 474, bei dem man dem Zusatzstoff eine bekannte Menge eines Tracers in homogener Verteilung beimischt und im Asphalt den Tracer nachweist, oder bei quantitativer Bestimmung seinen Gehalt bestimmt und aus dem Tracergehalt des Asphalts dessen Gehalt an Zusatzstoff ermittelt,
wobei man als Tracer eine organische Zinkverbindung einsetzt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die organische Zinkverbindung Zinkstearat (CH₃-(CH₂)₁₆-COO)₂Zn ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur quantitativen Bestimmung des Zinks das im Asphalt enthaltene Bitumen extrahiert und das extrahierte Bitumen sauer/oxidierend aufschließt und Zink in der erhal tenen Lösung quantitativ bestimmt, wobei man zur quantitativen Bestim mung die Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) oder die ICP-Atomemis sionsspektroskopie einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zum homogenen Verteilen des Zinkstearats im Asphalt den Asphalt durch Erwär men zu einer Schmelze verflüssigt, das Zinkstearat in die Schmelze bis zur Bildung eines homogenen Gemisches einrührt und das homogene Gemisch durch Abkühlen erstarren läßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Asphalt zum verflüssigenden Schmelzen mindestens auf die Schmelztemperatur des Zinkstearats erwärmt, bevorzugt auf 140 bis 170°C, besonders bevorzugt auf 140 bis 150°C.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das homogene Gemisch vor dem Erstarren in einen Behälter und/oder eine Form abfüllt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zum homogenen Verteilen des Zinkstearats im Asphalt den Asphalt unter Zusatz von abrasiven Pulverisierungsmitteln zu Pulver mahlt, das Zinkstearat in pulverförmiger Form zusetzt und zu einem homogenen Pulvergemisch mischt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als abrasi ves Pulverisierungsmittel Steinmehl, bevorzugt Kalksteinmehl, verwendet.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das homogene Pulvergemisch pelletiert oder granuliert.