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Verwendung einer wäßrigen Dispersion zur Verbesserung der Haftfestigkeit
von einem bituminösen oder einem anderen kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittel Die
Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer wäßrigen Dispersion aus einer wasserunlöslichen
organischen Aminverbindung und einem wasserlöslichen Dispergiermittel zur Behandlung
eines mineralischen Aggregates oder eines anderen festen Materials, wodurch die
Haftfestigkeit eines bituminösen oder eines anderen Kohlenwasserstoffbindemittels
an demselben erhöht wird.
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Es ist schon bekannt, daß die Haftfestigkeit einer bituminösen Substanz
an einem Aggregat durch organische Abkömmlinge von Ammoniak verbessert werden kann,
welche einen lipophilen Rest im Molekül tragen. Diese Aminverbindung kann dem bituminösen
Bindemittel zugefügt werden.
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Um die Haftfestigkeit zwischen dem Aggregat und dem Bindemittel zu
erhöhen, muß dieAminverbindung in der Grenzschicht zwischen dem Aggregat und dem
Bindemittel vorliegen. Die in dem Bindemittel vorliegende Menge der Aminverbindung
trägt nicht zur Verbesserung der Haftfestigkeit bei, soweit sie nicht einen Teil
der Grenzschicht selbst bildet. Es ist daher im allgemeinen wirtschaftlicher, das
Aggregat mit der Aminverbindung vorzubehandeln und das Bindemittel später aufzubringen.
In diesem Fall braucht nur eine solche Menge der Aminverbindung angewendet zu werden,
wie in der Grenzschicht notwendig ist. Die Aminverbindung wird vorzugsweise in Form
einer Lösung oder wäßrigen Suspension angewendet, da sie in dieser Form leicht zu
handhaben ist und die gelvünschte Menge gut reguliert werden kann. Im allgemeinen
wird die Aminverbindung in Form eines quaternären Ammoniumsalzes oder eines Aminsalzes
verwendet. Nach dieser Methode wurden in vielen Fällen befriedigende Ergebnisse
erhalten, wenn ein Bindemittel auf ein saures Aggregat aufgebracht werden mußte.
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Wenn es jedoch notwendig ist, basische Aggregate zu behandeln, beispielsweise
Kalkstein, oder poröse Aggregate, so wird die Menge des anzuwendenden aktiven Produktes
zu groß, um noch wirtschaftlich zu sein. Der Ausdruck » poröse Aggregate « umfaßt
nicht nur Aggregate mit einer porösen Oberfläche, sondern auch sehr feine Aggregate
wie Ton, oder auch solche Aggregate, die eine gewisse Menge einer sehr fein verteilten
Komponente enthalten, beispielsweise Quarzit, der mit einem bestimmten Anteil Ton
vermischt ist. Diese Arten von mineralischen Aggregaten haben eine sehr große Oberfläche
mit einer beträchtlichen Adsorptionskraft für die Vorbehandlungslösungen oder-suspensionen,
und zur Erzielung einer befriedigenden Wirkung ist es notwendig, diese Oberfläche
zu sättigen.
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Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß es bei Vorbehandlung der genannten
Arten von Aggregaten mit
einer besonderen wäßrigen Dispersion möglich ist, die Menge
des aktiven Produktes, die zur Erzielung einer guten Haftung des Bindemittels notwendig
ist, beträchtlich herabzusetzen. Die besondere wäßrige Dispersion enthält folgende
Komponenten : a) Eine Aminverbindung, die unlöslich in Wasser ist und in der wäßrigen
Lösung dispergiert wird. b) Eine wasserlösliche Substanz, welche die Dispergierung
der Aminverbindung in Wasser erleichtert, wie weiter unten im einzelnen beschrieben
wird.
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Die erfindungsgemäß verwendete Dispersion ist kolloidal mit demAussehen
einer viskosent51emulsion.
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Nach Verdünnen mit Wasser hat dieselbe immer noch das Aussehen einer
verdünnten Lösung von Gelatine in Wasser. Diese Struktur der Dispersion scheint
einer zu großen Adsorption durch die Oberfläche des Aggregates zu widerstehen, wobei
letztere anscheinend vorzugsweise nur das in der Dispersion enthaltene Wasser adsorbiert.
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Es kann bemerkt werden, daß bereits bekannt ist, als Vorbehandlungsmischung
eine heiße Emulsion von Aminen in Wasser ohne weiteren Zusatz zu verwenden. Der
Nachteil einer solchen Emulsion besteht darin, daß sie im heißen Zustand angewendet
werden
muß und daß sie darüber hinaus nicht die gewünschte kolloidale
Struktur aufweist.
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Die Anteile der einzelnen Komponenten in der wäßrigen Dispersion
können innerhalb eines weiten Bereichs schwanken. Im allgemeinen beträgt die Menge
der Aminverbindung in der Dispersion zwischen 1 und 30 Gewichtsprozent, bezogen
auf die gesamte Dispersion. Vorzugsweise beträgt dieser Anteil 10 bis 15 Gewichtsprozent.
Die Menge der die Dispergierung befördernden Substanz liegt im allgemeinen zwischen
1 und 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 2 und 5°/o.
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Als geeignete Aminverbindungen können die Amide erwähnt werden, die
beispielsweise durch Kondensation von Ammoniak oder einem Amin mit einer höheren
Fettsäure erhalten werden, welche wenigstens 12 Kohlenstoffatome und vorzugsweise
16 bis 20 Kohlenstoffatome im Molekül enthält, heispielsweise 0lsaure, Linolsäure
und Stearinsäure. Auch Aminoamide, die von einer höheren Fettsäure abgeleitet sind,
sind geeignete Aminverbindungen. Die Aminoamide Tonne erhalten werden, indem man
ein Polyamin mit einer Säure zur Reaktion bringt, so daß wenigstens eine Aminogruppe
desselben in eine Säureamidstruktur übergeführt wird und wenigstens eine andere
Aminogruppe im freien Zustand verbleibt.
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Die erwähnten Säureamide und Aminoamide können auch von hochmolekularen
organischen Säuren abgeleitet werden, die keine höheren Fettsäuren sind, beispielsweise
von Naphthensäuren aus Erdölfraktionen oder von Tallöl.
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Beispiele für Polyamine, die als Ausgangsmaterial fiir die Herstellung
der genannten organischen Säurederivate verwendet werden können, sind Athylendiamin,
Propylendiamin, Diäthylentriamin, Triäthylentriamin, Tetraäthylenpentamin und Hexamethylendiamin.
Eine bevorzugte Gruppe von Polyaminen wird durch Hydrieren der Kondensationsprodukte
von Acrolein oder Epichlorhydrin mit Ammoniak erhalten.
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Diese Polyamine können in der wäßrigen Dispersion verwendet werden,
nachdem sie mit weniger als 1 Äquivalent einer oleophilen organischen Säure zur
Reaktion gebracht wurden, beispielsweise einer höheren Fettsäure, wie Olsäure, Stearinsäure
und Linolsäure, oder einer Naphthensäure aus Erdölfraktionen oder Tallöl.
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Eine andere Klasse von Aminverbindungen, welche für den Zweck der
vorliegenden Erfindung geeignet ist, besteht aus höheren Alkylaminen oder Alkenylaminen
mit wenigstens 12 ECohlenstoffatomen, vorzugsweise 16 bis 20 Kohlenstoffatomen.
Als Beispiele seien genannt : Hexadecylamin, Heptadecylamin, Octadecylamin und Octadecenylamin.
Auch Polyalkylenpolyamine mit mehr als 8 Kohlenstoffatomen können Verwendung finden.
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Tertiäre Amine, bei welchen eine Alkylgruppe und zwei Polyoxyäthylengruppen
an das Stickstoffatom geknüpft sind und welche die allgemeine Formel
aufweisen, wobei R eine Alkylgruppe und x und y ganze Zahlen sind, können gleichfalls
gemäß der Erfindung verwendet werden.
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Als wasserlösliche Substanzen, welche die Dispergierung der Ammverbindung
in Wasser erleichtern, können die folgenden verwendet werden :
a) Anionische oberflächenaktive
Salze, beispielsweise Seifen höherer Fettsäuren, organische Sulfate und Sulfonate,
Harzseifen, Naphthenate usw.
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Von diesen Substanzen verdienen insbesondere die Natriumharzseife
aus Tallöl und die sekundären Alkylsulfate aus gecracktem Paraffin besondere Erwähnung.
b) Salze einer starken Base und einer schwachen Mineralsäure oder organischen Säure,
beispielsweise Natrium-und Kaliumcarl) onate und-bicarbonate. c) Nichtionische oberflächenaktive
Verbindungen. beispielsweise Kondensationsprodukte von Äthylenoxyd mit Alkylphenolen,
Polyglycoläther usw.
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Die Gruppen a) und b), insbesondere aber die Gruppe a), werden bevorzugt
verwendet.
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Die folgenden Zusammensetzungen sind Beispiele für die erfindungsgemäß
verwendeten Dispersionen.
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Die Mengen der einzelnen Bestandteile sind in Gewichtsteilen ausgedrückt.
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Mischung A Wasser t 75 Mischung langkettiger Amine.......... 10 21°/oige
wäßrige Alkylsulfatlösung 15 Die Mischung der langkettigen Amine ist aus etwa 80/o
primären Aminen mit 16 bis 18 Kohlenstoffatomen im Molekül, 20°/o gemischten sekundären
Aminen, einer kleinen Menge an Amiden und einem sehr kleinen Anteil an Polyaminen
zusammengesetzt.
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Das Alkylsulfat ist ein Natriumalkylsulfat, das durch Reaktion einer
Mischung von Olefinen aus der Paraffincrackung mit Schwefelsäure, anschließender
Neutralisation mit kaustischer Soda und Reinigung erhalten wurde.
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Mischung B Wasser.............................. 86 Mischung langkettiger
Amine (wie in Mischung A)....................... 10 Natriumbicarbonat....................
4 Mischung C Wasser.............................. 86 Octadecenylamin.....................
10 Kaliumcarbonat...................... 4 Mischung D Wasser..............................
73 Octadecenylamin...................... 12 21°/oige wäßrige Alkylsulfatlösung (wie
in Mischung A).................... 15 Mischung E Wasser..............................
72 Mischung langkettiger Amine (wie in Mischung A)....................... 15 21°/oige
wäßrige Alkylsulfatlösung (wie in Mischung A).................... 10 40°/oige wäßrige
Harzseifenlösung 3 Die Harzseife war eine Natriumseife aus Tallöl.
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Zur Herstellung der Dispersionen wird zunächst das die Dispergierung
erleichternde Produkt dem Wasser zugegeben. Die Lösung wird auf eine Temperatur
erwärmt, die etwas höher, beispielsweise 5° C höher, als der Schmelzpunkt der Aminverbindung
ist.
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Die Aminverbindung wird danach unter Rührung in dieser Lösung dispergiert.
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Nach einer anderen Herstellungsweise wird zunächst ein Teil des Wassers
mit einem Teil des die Dispergierung erleichternden Produktes vermischt, erwärmt,
die Aminverbindung zu dieser Mischung zugegeben und das ganze vollständig homogenisiert.
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Danach wird das restliche Wasser langsam zugefügt und anschließend
die verbleibende Menge des Dispergierungsmittels.
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Die Dispersion kann an erster Stelle als Vorbehandlungsflüssigkeit
verwendet werden, wenn beispielsweise ein bituminöses oder ein anderes kohlenwasserstoffhaltiges
Bindemittel auf ein mineralisches Aggregat oder ein anderes festes Material aufgebracht
werden soll. Wenn jedoch das Bindemittel in Form einer wäßrigen Emulsion zur Anwendung
kommt, so kann die Dispersion zu der Emulsion des Bindemittels zugegeben werden
und das Aggregat oder ein anderes festes Material mit der so erhaltenen Mischung
behandelt werden.
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Die Menge der auf das Aggregat aufgebrachten Dispersion und ihre
Konzentration werden so gewählt, daß die Aminverbindung in Anteilen von etwa 0,
01 bis 1 kg, vorzugsweise 0,05 bis 0,3 kg, auf 1000 kg des Aggregates vorliegt.
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Es wurde bereits bemerkt, daß die erfindungsgemäß verwendete Dispersion
in erster Linie für basische Aggregate, beispielsweise Kalkstein, oder für poröse
Aggregate geeignet ist. Die letztere Art von Aggregaten kann eine gewisse saure
Reaktion zeigen, wie im Fall von tonartigen Aggregaten oder Mischungen von Aggregaten,
die gewisse Anteile von Ton enthalten. Bei Verwendung der Dispersion für basische
Aggregate ist die Zugabe einer kleinen Menge eines alkalischen Füllstoffes vor der
Vorbehandlung sehr vorteilhaft. Als alkalische Füllstoffe sind beispielsweise Kalk,
Magnesiumoxyd und Schwerspat geeignet. Wenn die Dispersion bei einem sauren Aggregat
angewendet wird, ist eine solche Zugabe sogar unerläßlich. Die Menge des Fiillstoffes
beträgt im allgemeinen 0,25 bis 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Aggregat.
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Die erfindungsgemäß verwendete Dispersion kann jedoch auch mit anderen
Aggregaten vorteilhaft verwendet werden, wie sie im allgemeinen zur Konstruktion
von Straßen, Lande-und Startbahnen bei Flugplätzen usw. Anwendung finden, einschließlich
saurer Aggregate wie Granit, Quarz und Feldspat.
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Eine Vorbehandlung mittels der Dispersion und ein anschließendes Aufbringen
eines Bindemittels ist auch bei anderen festen Materialien möglich, beispielsweise
Metallen, Glas, Zement.
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Nach Vorbehandlung des Materials mit der Dispersion kann das eigentliche
bituminöse Bindemittel durch irgendeine bekannte Methode auf das Aggregat aufgebracht
werden. Als bituminöses Bindemittel kann jedes verwendet werden, das im allgemeinen
für das tSberziehen von Aggregaten gebräuchlich ist. Es ist gleichfalls möglich,
ein nicht bituminöses kohlenwasserstoffhaltiges Bindemittel zu verwenden. Beispiele
für solche Kohlenwasserstoffbindemittel sind Peche und schwere Rückstände, wie Holz-und
Steinkohlenteer.
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Das Aggregat kann mit der wäßrigen Dispersion durch Aufsprühen oder
Benetzen in bekannter Weise vorbehandelt werden. Besondere Verfahren bei der Anwendung
der Dispersion sind die folgenden : Vorbehandlung einer Straße mittels einer wäßrigen
Dispersion, ehe das Bindemittel aufgebracht wird, insbesondere, wenn die zu überziehende
Straße naß ist.
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Besprühen einer Bindemittelschicht mit einer wäßrigen Dispersion
nach dem Überziehen und vor dem Aufbringen von Kies oder Splitt.
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Behandeln des Aggregates mit einer wäßrigen Dispersion nach dem Aufbringen
des Splittes in solchen Fällen, wo die Oberflächenbehandlung der Straße bereits
durchgeführt wurde, aber der Kies oder Splitt nicht an der Bindemittelschicht haftet.
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Mittels der erfindungsgemäßen Verwendung der Dispersion ist es gleichfalls
möglich, solchen Kies oder Split zu überziehen, der einen großen Anteil an feinen
Bestandteilen enthält. Beispielsweise war es möglich, Aggregate der Korngröße 0/20,
die 35°/o an Teilchen enthielten, die kleiner als 5 mm waren, mit einem Verschnittbitumen
der STV-Viskosität (nach DIN 1995 U 4) zwischen 150 und 200 bei 25° C bei Anwendung
der folgenden Technik zu überziehen : 1. Zu dem Aggregat wurde die Hälfte der Dispersion
gegeben (oben beschriebene Mischung A), welche mit der 9fachen Menge Wasser verdünnt
war ; die Menge entsprach 0,25 bis 0,75 kg der ursprünglichen Dispersion pro Tonne
des Aggregats.
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2. Die gesamte Menge des reinen bituminösen Binders wurde zu dieser
Mischung gegeben, wodurch die feineren Anteile mit demselben überzogen wurden, während
die gröberen unbedeckt blieben.
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3. Es wurde mittels Zerstäuben die andere Hälfte der verdünnten Dispersion
zugegeben. Diese zweite Hälfte der Dispersion benetzte die gröberen Teile, welche
nach kurzem Vermischen gleichfalls überzogen waren.
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Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert
: Beispiel I Reiner Quarzit der Korngröße 8/16, der mit Wasser durchtränkt war,
wurde mit einer Amindispersion behandelt. Die unverdünnte Dispersion bestand aus
folgenden Bestandteilen : Gewiditsteile Wasser............................. 71,5
Aluminiumsulfat.................... 1 Mineralöl 12 Salzsäure 3,5 Mischung langkettiger
Amine........ 12 Die Mischung der langkettigen Amine war die gleiche, wie oben in
Mischung A beschrieben. Die Salzsaure, Dichte 1,19, wurde in einer Menge verwendet,
die ausreichte, um die Amine vollständig zu neutralisieren. Das Mineralöl war eine
Mischung aus einem Heizöl und einem schweren aromatischen Extrakt.
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Vor der Behandlung des Aggregates wurde die Amindispersion mit der
4fachen Menge Wasser verdünnt.
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Nach der Vorbehandlung wurde ein Verschnittbitumen in einer Menge
von 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Aggregat, zugefügt. Das Verschnittbitumen
enthielt 18 Gewichtsprozent Leuchtöl mit einem Siedebereich von 170 bis 230° C sowie
82 Gewichtsprozent asphaltisches Bitumen mit einer Penetration von 90 bei 25° C
und einem Erweichungspunkt von 46° C nach der Ring-und Kugelmethode.
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Nach Zufügen des Verschnittbitumens wurde die gesamte Masse gemischt.
Danach wurde das überzogene Aggregat 24 Stunden lang in Wasser von 20° C gebracht,
um den Abstreifgrad zu bestimmen.
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Der Versuch wurde mit wechselnden Mengen der Amindispersion durchgeführt,
um die kleinste Menge derselben zu bestimmen, welche zum Verhindern jeglichen Abstreifens
ausreichte. Es wurde gefunden, daß diese kleinste Menge 0,3 kg unverdünnter Dispersion,
bezogen auf 1 t Aggregat, betrug.
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Die Versuche wurden mit der gleichen Menge Ouarzit wiederholt, welchem
3 Gewichtsprozent Ton zugefügt waren. In diesem Fall betrug die kleinste LIenge
hellötigter Amindispersion 2. 2 kg unverdünnten Konzentrats auf 1 t Aggregat. Hieraus
ist ersichtlich, daß die Anwesenheit von Ton die erforderliche minimale Menge an
Amindispersion beträchtlich erhöht.
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Die Versuche wurden anschließend mit Quarzit und zugefügtem Ton unter
erfindungsgemäßer Verwendung der Mischung A zur Vorbehandlung wiederholt.
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Die Mischung A wurde vor Aufbringen auf das Aggregat gleichfalls mit
der 4fachen Menge Wasser verdünnt. Vor der Behandlung wurde 1 °/o Kalk zu dem Aggregat
gegeben. In diesem Fall betrug die kleinste Menge der Amindispersion, die benötigt
wurde, 0,5 kg der unverdünnten Mischung A auf 1 t Aggregat.
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Hieraus ist klar ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Verwendung
einer Amindispersion eine beträchtliche Herabsetzung der Menge des aktiven Produkts
erlaubt.
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Beispiel II Dieses Beispiel erläutert die erfindungsgemäße Anwendung
der Dispersion bei Straßenbauten.
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In sehr rauem und kaltem Setter (+ 6° C) sollte nasser Kalksteinsplit
der Körnung 2/15 in einem Mischer bei 90° C mit einem Verschnittbitumen der folgenden
Zusammensetzung überzogen werden : 15"/o Leuchtöl mit einem Siedebereich von 160
bis 230° C und 85°/o asphaltisches Bitumen mit einer Penetration von 90 bei 25°
C und einem Erweichungspunkt nach der Ring-un Kugelmethode von 49.
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Ein erster Versuch wurde mit der im Beispiel I zuerst beschriebenen
Amindispersion der gleichen Verdünnung in einer Menge gemacht, welche 1,5 kg der
unverdünnten Dispersion auf 1 t Aggregat entsprach.
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Anschließend wurden 6 Gewichtsprozent Verschnittbitumen, berechnet
auf das Aggregat, zugegeben. Es zeigte sich, daß nur 80°/o der Oberfläche des Aggregats
beciecl wurden.
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Als die obengenannte Mischung A in gleicher Weise geprüft wurde,
zeigte sich, daß 90°/o der Aggregatobernäche bedeckt waren.
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Bei Verwendung von Kalk als Füllstoff in einer . \lenge von 0. 95°/o,
bezogell auf das Aggregat, wardie Oherfläche 100°/oig bedeckt Beispiel III Dieses
Beispiel zeigt den \=orteil, den die erfindungsgemäße Verwendung einer Amindispersion
gegenüber der frfiher bekannten Anwendung von dispergierten Aminverbindungen als
Mittel zur Verbesserung der Haftfestigkeit bietet.
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Ein poröses mineralisches Aggregat, bestehend aus 9 a/o Ouarzit 8/16
und 3 °/o Ton, wurde mit 0, 5 ouzo Kalk vermischt und danach mit 5 Gewichtsprozent
Versclinitttaitumen verarbeitet. Ohne jede Vorbehandlung war jedoch kein vollständiger
Bitumenüberzug zu erzielen. Dann wurde das Aggregat mit einer wäßrigen Amindispersion
in bekannter Weise vorbehandelt ; diese Dispersion enthielt 15 Gewichtsprozent langkettiger
Amine, die zur Hälfte als Azetate vorlagen, um die Dispergierung in Wasser zu erleichtern.
Es waren 6 kg Dispersion pro Tonne Aggregat erforderlich, bevor hei der anschließenden
Verarbeitung mit
Verschnittbitumen ein vollständiger Uberzug erzielt werden konnte.
Wenn den Aminen vor der Dispergierung in Wasser zur Verbesserung der Haftwirkung
Schwefel zugesetzt wurde (Verhältnis 5 : 1), wie es aus der USA.-Patentschrift 2
478 162 bekannt ist, so änderte sich die erforderliche Menge Dispersion nicht. Wurde
das nach dieser Vorbehandlung mit Bitumen überzogene Aggregat 3 Stunden lang bei
40° C unter Wasser aufbewahrt, so waren nur noch 10"/o der Oberfläche mit Bitumen
bedeckt.
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Wurde andererseits die Vorbehandlung mit der oben beschriebenen Mischung
A (deren Amingehalt auf 156/o erhöht war, um einen genaueren Vergleich zu ermöglichen)
in der erfindungsgemäßen Weise vorbehandelt, so genügten bereits 2 kg Dispersion
pro Tonne zur Erzielung eines vollständigen Bitumenüberzuges. und in diesem Fall
war nach der Prüfung unter Wasser noch die gesamte Oberfläche des Aggregats von
Bitumen bedeckt.