-
Verfahren zur Verbesserung der Emulgier-und Hafteigenschaften schwer
emulgierbarer Bitumina Gegenstand dieser Erfindung ist ein Verfahren. zur Emulgierung
schwer emulgierbarer Bitumina, wodurch weitere Endprodukte mit guten Emulgiereigen/schaften
und verbessertem Haftvermögen erhalten werden.
-
Bekanntlich werden gewisse Bitumensorten infolge Zugabe vo-n Schwefelsäure
in Mengen vofl mehr als 0.5% emulgierhar oder verbessern ihre eventuell bereits
vorhandenen Emulgiereigenschaften, besonders wenn außer der Säurebehandlung noch
sulfurierte Säuren vor oder nach der erwähnten Säurebehandlung zugegeben werden.
jedoch wird das Vorhandensein großer Mengen Schwefelsäure. wenn auch in suspendierter
Form, im Bitumen von den Technikern für das Bitumen selbst bei normaler Verwendung
als gefährlich angesehen.
-
Die bekannten Verfahren für die Emulgierung der Bitumina stützen
sich ausschließlich auf die einfache Addition der Emulgiierungsmittel, d. h., es
handelt sich um Mischungen, in denen die Emulgierungsmittel, z. B. als Seifen von
Fettsäuren, die Eigenschaft besitzen, das Biumen zu emulgieren.
-
Mischungen dieser Art sind immer trennbar in die einzelnen Bestandtiel
durch physikalische Mittel, z. B. durch Extraktion mittels eines Lpsungsmittels
wie Äthylalkohol.
-
Bei dem erfindungsgemäßen \~erfahren tritt demgegenüber eine chemische
Reaktion auf, infolge deren es durch physikalische Mittel (z. B. durch Extraktion
mit Lösungsmittel) nicht mehr möglich ist, die in Berührung gebrachten Bestandteile
zu trennen.
-
Eine andere Besonderheit, die insbesondere von wirtschaftlicher Bedeutung
ist, besteht darin, daß man blei dem bekannten Verfahren zur Emulgierung schwer
emulgierbarer Bitumina eine Menge von Emulgierungsmitteln benötigt, die größer als
2 Gewichtsprozent (bis zu 10 Gewichtsproz, ent) ist, während bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren die erforderliche Menge der zur Bildung der Emulsion zuzusetzenden Stoffe
im allgemeinen nicht 1 Gewichtsprozent übersteigt.
-
Erfindungsgemäß werden bei der Emulgieurng schwer emulgierharer Bitumina,
z. B. aus dem Mittleren Osten, Produkte erhalten, die gänzlich oder fast gänzlich.
frei von freier Schwefelsäure sind.
-
Erfindungsgemäß werden dem Bitumen, so wie es von den Erzeugungsstätten
in die Konservierbehälter gepumpt wird, nach. und' nach gleichzeitig Schweifelsäure
und saure vegetabilische Harze (Tallöl) zuzugeben und darauf die in der erhaltenen.
Bitumen-Tallöl-Komplexverbindung enthaltene freie Schwefelsäure mit aliphatischen
oder aromatischen oder Mischungen dieser Amine neutralisiert.
-
Es ist von größter Wichtigkeit, daß Bitumen, Schwefelsäure und Tallöl
im gleichen Augenblick zur Einwirkung aufeinander kommen, weil nur auf diese Weise
namhafte Mengen von Komplexverbindungen der aromatischen Komponenten des Bitumens
mit dem Tallöl gebildet werden, die im wesentlichen die folgende allgemeine Strukturformel
aufweisen: Aliphatische Kette - aromatischer Bitumentanteil aliphatische Kette des
Tallöls - aroimatische Gruppe des Tallösl - Tallölcarboxyl.
-
Auf diese Weise bilden sich polare Markomoleküle mit losgelösten
und voneinander entfernten hydrophilen und lipophilen Gruppen. Dabei reagiert die
Schwefelsäure nicht nur sulfurierend, sondern verbinden, nnd zwar in scharfem Gegensatz
zu allen bisher bekannten Verfahren zur Verbesserung der Emulsionsfähigkeit von
Bitumina, die auf der ein fachen Mischung mit Emulgatoren. beruhen.
-
Eine genauere Formulierung der Reaktionsverbindung läßt sich deshalb
nicht geben, weil die Molekulargröße und die Angriffspunkte von den sehr verschiedenen
Eigenschaften der Rohstoffe und den verschiedenen Temperarut- und Konzentrationsverhältnissen
der Säure und des Tallöls abhängen. Wenn man die Schwefelsäure auf das warme Bitumen
einwirken
läßt und dann Tallöl hinzufügt, sol hat man lediglich
den Erfolg, daß man die Aromatika des Bitumens zu energisch angreift und Verbindungen
von unerwünschten Eigenschaften erhält sowie das Bitunmen verhärter. Das anschließend
zugegebene Tallöl kommt nicht mehr zur chemischen Reaktion mit dem Bitumen. Die
Zugabe der Schwefelverbindungen vom Typ des sulfierten Tallöls kann. kleine Resultate
bezüglich der Emulgierbarkeit erbringen. Durch dieses Verfahren kann man jedoch
nur eine übliche und, seit Jahrzehnten bekannte Emulgierbarkeit erreichen.
-
Es ist überraschend, daß durch die gleichzeitige Zugabe van Schwefelsäure
und Tallöl (vgl. die nachfolgenden Beispiele) gegenüber der aufeinandergolgenden
Zugabe bessere Reaktionsfähigkeit erzeielbar ist, die außerdem eine hohe Wirtschaftlichkeit
gewährleisten, weil die Bildung der xpammungsaktiven Verbindungen von unvorhergesehener
Emulgierkraft »in situ« vorgenommen wird.
-
Die Emulgierbarkeit wird durch die langsame anschließende Zugabe
der Amine nicht geändert, die entweder zugegeben werden, um die kleine Menge Schwefelsäure,
die nicht abgebunden ist, und die entsprechenden eventuellen Abbauprodukte vollständig
zu neutralisieren oder um dem Bitumen, einen angenehmen Geruch zu erteilen und außerdem
die Haftfestigkeit des Bitumens gegenüber Steinen u. dgl. selbst im nassen, Zustande
zu erhöhen.
-
Nachstehend soll eine Gegenüberstellung gegeben werden, welche die
Unterschiede erkennen läßt, die entstehen, wenn man einmal einen Rohstoff arabischer
Provenienz, der seiner Natur nach nicht emulgierbar ist, gemäß dem bekannten Verfahren.
unter aufeinanderfolgender Zugabe (I) und andererseits erlindungsgemäß emulgiert
(II).
-
I. Bekanntes Verfahren der aufeinanderfolgenden Zugabe Arabischem
Bitumen werden zwischen 100 und 1100 C 0,50/0 Schwefelsäure und anschließend 2 bis
3 °/o Tallöl oder sulfuriertes Tallöl zugegeben. Die Temperatur muß genauestens
überprüft werden, weil bei höheren Temperaturen die Schwefelsäure in Zersetzung
übergeht, und zwar fast vollständig Schwefligsäureanhydrid ergibt, das in bemerkenswertem
Maß die typischen Eigenschaften des Bitumens abwandelt und nicht mehr im gewünschten
Sinne zur Einwirkung kommen kann. Das Bitumen schäumt stark unf reicht äußerst stark
nach Schwefligsäureanhydrid (SO2), so daß das Verfahren höchst unangenehm durchzuführen
ist. Bei Untersuchung der Emulsion wird ein mittlerer Druckmesser der Teilchen festgestellt,
der nicht unter 3 Mikron absinkt, und die erforderliche Sodamenge beträgt mehr als
0,5 0/o. Die Sedimentation der Emulsion ist äußerst stark und verbietet ihre Verwendung.
Das Haftvermögen gegenüber Kalkstein ist gut, gegenüber Kieselstein, Silikaten und
feuchten Unterlagen sehr schlecht.
-
Die Emulsion liegt ihren Eigenschaften nach nicht im Bereich der
DIN 1995 (tT 29, U 32, U 33).
-
II. Erfindungsgemäßes Verfahren Arabischem Bitumen wird gleichzeitig
zwischen 100 und 1600 C 0,3 0/i Schwefelsäure und 0,70/0 Tallöl zugegeben. Es ist
nicht nötig, die Temperatur genau zu überwachen. Die Menge in Schwefligsäureanhydrid
zersetzter Schwefelsäure hält sich in zulässigen Grenzen. Das Bitumen bewahrt seine
charakteristischen Eigenschaften, die Emulgierharkeit ist voll zufriedenstellend,
das Bitumen schäumt nicht und hat einen erträglichen Geruch. Nach einer Behandlung
mit 0,10/o einer äquimolekularen Mischung von Anilin und Dodecylamin wird der Geruch
angenehm.
-
Bei der Untersuchung der Emulsion wird eine mittlere Teilchengröße
von 1,5 Mikron festgestellt. Die erforderlichen Sodamengen betragen weniger als
0,2o. Die Sedimentation der Emulsion ist entweder kaum bemerkbar, oder es ist überhaupt
keine vor handen.
-
Das Haftvermögen gegenüber Kalkstein ist gut.
-
Das gleiche gilt für Kieselstein, Silikate und feuchte Unterlagen.
-
Die Emulsion entspricht in vollem Umfage DIN 1995. Dabei ist zu bedenken.
daß die für die Durchführung des unter I genannten Verfahrens erforderlichen reinen
Stoffe erhebliche Kosten verursachen, während die Kosten bei Anwendung des erfindungsgemäß
en Verfahrens trotz der wesentlich besseren Eigenschaften sich auf weniger als das
0,2fache herabsenken.
-
Die Zugabe obenerwähnter Produkte geschieht vorzugsweise in konstanten
mengen, bezogen auf das Gewicht des Bitumens, und zwar von weniger als 0,4% Schwefelsäure
und von weniger als 0,7% Tallöl, während die amine zur Zeutralisierung des Mineralsäurerückstandes
im Verhältnis 0.1 bis 0,2% zugegeben werden.
-
PATENTANSPROCHE.
-
1. Verfahren zur Verbesserung der Emulgier-und Hafteigenschaften
schwer emulgierbarer Bitumina unter zugabe von Tallöl, dadurch gekennzeichnet, daß
gleichzeitig mit dem Tallöl Schwefelsäure zugegeben wird und danach das Schwefelsäure
und Tallöl-Bitumen-Komplexverbindungen enthaltende Gemisch mit aliphatischen, aromatische'n
oder Mischungen dieser Amine neutralisiert wird.