-
Verfahren zur Hçlxtellung von Bitumen emulsionen, insbesondere für
Straßenbauzwecke Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bitumenemulsionen,
insbesondere für Straßenbauzwecke, mit Zusatz von amphoteren Verbindungen als Emulgatoren.
-
Die Überführung des Bitumens in die Emulsionsform bringt das Bitumen,
das sonst nur in der Hitze verarbeitet werden kann, in einen Zustand, der es in
vorteilhafter Weise gestattet, das Bitumen bei normalen Temperaturen zu verwenden.
Um eine bestän dige Verteilung der Bitumenteilchen im Wasser zu erreichen, muß man
mit grenzflächenaktiven Verbindungen als Emulgatoren arbeiten. Diese Emulgatorer
verringern die Oberflächenspannung des Wassers und bewirken eine gute Benetzung
und Umhüllung des Gesteins. Die bekanntesten Emulgatoren für Bitumenemulsionen sind
die Alkalisalze hochmolekularer Säuren, z. B. der Fettsäuren, Harzsäuren oder Naphthensäuren.
Diese anionaktiven Emulgatoren liefern anionische Bitumenemulsionen vom Ö1 in Wassertyp,
die den Nachteil haben, daß ihre Haftung auf saurem Gestein ziemlich schlecht ist.
-
Es ist ferner aus der britischen Patentschrift 819 371 bekannt, daß
man solchen anionischen Bitumenemulsionen- oberflächenaktive Amine als Haftmittel
zusetzen kann, wobei man jedoch die Mengen des Haftmittels und des Emulgators aufeinander
abstimmen muß.
-
Man hat so eine gute Verbesserung der Haftung erzielen können. Ein
erheblicher Fortschritt wurde aber erst gemacht, als man die als Haftmittel bekannten
hochmolekularen Amine in Form ihrer Salze, meistens mit Salzsäure, gleichzeitig
als Emulgatoren und Haftmittel verwendete. Diese z. B. in der USA.-Patentschrift
2 191 295 und der französischen Patentschrift 1062693 beschriebenen kationaktiven
Emulgatoren liefern kationische Bitumenemulsionen vom Öl-in-Wasser-Typ, bei denen
die Bitumenteilchen (im Gegensatz zu den Teilchen der anionischen Bitumenemulsionen)
positiv geladen sind. Diese kationischen Bitumenemulsionen zeigen eine hervorragende
Haftfestigkeit sowohl an saurem als auch an basischem Gestein.
-
Trotz ihrer hervorragend guten Eigenschaften finden die kationischen
Bitumenemulsionen nur zögernd aus folgendem Grund Verwendung: Die anionischen Bitumenemulsionen
mit den billigen anionaktiven Emulgatoren genügen durchaus den Anforderungen, wenn
Gesteine, wie Kalkstein oder Basalt, zur Verwendung kommen. Nur bei kieselsäurereichen
Gesteinen kommen die hervorragenden Eigenschaften der kationischen Bitumenemulsionen
zur Geltung. Die Hersteller der Bitumenemulsionen sind daher gezwun-
gen, beide Typen
herzustellen, da die Straßenbauer beide Typen verwenden wollen, und zwar normalerweise
die billige anionische Emulsion und nur bei kieselsäurereichem Gestein die teurere
kationische Emulsion. Beide Typen sind aber wegen der entgegengesetzten Ladung ihrer
Bitumenteilchen nicht miteinander verträglich und fällen sich gegenseitig aus. Für
jede Type müssen besondere Lagerbehälter, Fässer und Spritzmaschinen verwendet werden,
oder eine sehr umständliche und sorgfältige Reinigung muß beim Übergang von einem
zum anderen Typ vorgenommen werden. Dieser Nachteil der gegenseitigen Ausfällung
hat bisher der Verwendung der kationischen Bitumenemulsionen sehr hindernd im Wege
gestanden.
-
Auch grenzflächenaktive Ampholyte sind als Emulgatoren für Bitumenemulsionen,
z. B. aus »Bitumen, Teere, Asphalte, Peche und verwandte Stoffe«, 1956, 5. 270/271,
bekannt. Im allgemeinen ergeben diese Produkte im sauren Gebiet kationische Bitumenemulsionen
und im alkalischen Gebiet anionische Bitumenemulsionen. Man kann sie im sauren Gebiet
ebenso wie die bereits bekannten hochmolekularen Amine oder quaternären Ammoniumverbindungen
zur Herstellung kationischer Bitumenemulsionen verwenden. Sie zeigen sehr gute Hafteigenschaften
bei saurem Gestein und infolge der Gegenwart der COOH-Gruppe besonders gute Hafteigenschaften
bei basischem Gestein. Auch diese kationischen Bitumenemulsionen werden aber bei
Zusatz einer mit einer Alkaliseife hergestellten anionischen Bitumenemulsionen ausgefällt.
-
Der vorliegenden duX,liegt nun die Aufgabe zugrunde, Bitumenemulsionen
herzustellen, welche
gute Hafteigenschaften auf saurem und auf basischem
Gestein aufweisen, eine ausreichende Stabilität bei der Lagerung haben und ohne
Ausfällungen zu verursachen, mit anionaktiven oder kationaktiven Bitumenemulsionen
mischbar sind.
-
Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß als amphotere Verbindungen
grenzflächenaktive, mit höheren Resten substituierte Aminosäuren oder Betaine, die
besondere hydrophile, die Hydratation fördernde Gruppen enthalten, zugesetzt und
auf einen pH-Wert in der Nähe des isoelektrischen Punktes eingestellt werden.
-
Im isoelektrischen Bereich ist die Ladung der emulgierten Bitumenteilchen
sehr gering oder nicht mehr vorhanden. Es war in hohem Maße überraschend, im isoelektrischen
Bereich stabile Emulsionen zu erhalten, da gerade die elektrische Ladung der emulgierten
Phase für die Stabilität einer Emulsion von besonderer Bedeutung ist. Dies geht
auch aus »Bitumen, Teere, Asphalte, Peche und verwandte Stoffe«, 1956, S. 272 und
273, hervor. Hier wird gezeigt, daß der Dispersitätsgrad und die Stabilität im isoelektrischen
Bereich ein Minimum aufweist. Die zu fordernde Stabilität wird erfindungsgemäß dadurch
erzielt, daß man hydrophile Gruppen enthaltende amphotere Verbindungen verwendet
und dadurch um die disperse Phase eine Hydrathülle aufbaut. Diese bestimmt die Beständigkeit
der Emulsionen. Die Hydratation fördernden hydrophilen Gruppen sind z. B. Säureamidgruppen,
Hydroxylgruppen oder Sauerstoffbrücken. Mit solchen geeigneten Ampholyten, insbesondere
Betainen als Emulgatoren, erhält man beim entsprechenden pH-Wert in der Nähe des
isoelektrischen Punktes Bitumenemulsionen mit hervorragender Haftung an saurem und
basischem Gestein, die dcii großen technischen Fortschritt zeigen, daß sie sich
mit sauren kationischen, aber auch mit alkalischen anionischen Bitumenemulsionen
mischen lassen, ohne daß eine Ausflockung stattfindet.
-
Die Emulsionen können aus Bitumen, Verschnittbitumen oder Teeren
hergestellt werden. Sie können ferner bekannte Zusätze, die den Dispersionsgrad
erhöhen, z. B. geringe Mengen anorganischer Salze wie NaCl oder CaCl2 enthalten.
Die Ampholyte können eine oder mehrere Säuregruppen und Aminogruppen enthalten.
Die Säuregruppe kann sich vom Kohlenstoff oder vom Schwefel ableiten. Es kann vorteilhaft
sein, zunächst eine anionische Emulsion herzustellen und diese durch nachträglichen
Zusatz einer Säure isoelektrisch zu machen. Als wäßrige Säure wird im allgemeinen
Salzsäure verwendet, es kann aber auch eine andere anorganische oder organische
Säure zur Verwendung kommen. Die Herstellung der Ampholyte erfolgt nach bekannten
Methoden und wird nicht beansprucht.
-
Ein Ampholyt HROH kann in wäßriger Lösung einmal als Säure in die
Ionen H; und ROH- und ferner als Base in die Ionen HR- und OH- dissozieren.
-
Diese Dissaziation kann man durch Hinzufügen von H+-Ionen oder OH--Ionen,
also durch Änderung des pH-Wertes, beeinflussen. Der Punkt, in dem die Konzentration
von ROH- und HR+ dieselbe ist, heißt isoelektrischer Punkt. Der isoelektrische Punkt
hat mit dem Neutralpunkt (pH 7) nichts zu tun. Im isoelektrischen Punkt liegen die
Aminosäuren und Betaine in ihrer Zwitterionenform vor. Er hängt von der relativen
Stärke der Radikale mit entgegengesetzter Ladung ab und kann weit im alkalischen
aber
auch weit im sauren Gebiet liegen, also Werte weit über 7 und weit unter 7 haben.
Der niedrige Wert des isoelektrischen Punktes der Betaine zeigt, daß bei diesen
Verbindungen die Säurestärke größer als die Basenstärke ist.
-
Der Gegenstand vorliegender Erfindung soll im folgenden beispielhaft
näher erläutert werden.
-
Beispiel 1 3 kg N-Lauroyl-aminopropyl-dimethyl-essigsäurebetain CllH23CoNHC3H6N(CH3)2CH2COO
werden mit 0,5 kg NaCl und 0,4 kg 360/,Der Salzsäure in 346,1 kg Wasser gelöst und
mit 650 kg eines verschnittenen Bitumens in einer Hurrelmühle zu einer Emulsion
verarbeitet. Die wäßrige Emulgatorlösung hat den pH-Wert 2,5. Die Emulsion ist trotz
des niedrigen pH-Wertes praktisch isoelektrisch, sie ist sowohl mit kationischen
als auch mit anionischen Emulsionen mischbar. Ihre Haftung an saurem und auch an
basischem Gestein ist hervorragend.
-
An Stelle des genannten Betains können auch als Emulgatoren Betaine
verwendet werden, in denen der Laurinsäurerest durch den Rest einer technischen
Stearinsäure oder einer technischen Ölsäure ersetzt'ist.
-
In diesen Fällen werden 4 kg Betain und 0,2 kg 360/,ige Salzsäure
verwendet. Der pH-Wert der wäßrigen Emulgatorlösung dieser praktisch isoelektrischen
Emulsion liegt bei 2,8.
-
Beispiel 2 6 kg Dodecyl-tetraoxäthyl-aminobuttersäure C12H25N - C3HOOH
(C2H4O)4H werden in 344 kg Wasser gelöst und mit 650 kg eines verschnittenen Bitumens
in einer Hurrelmühle zu einer Emulsion verarbeitet. Die wäßrige Emulgatorlösung
hat den pH-Wert 6,2; die Emulsion ist praktisch isoelektrisch. Sie ist sowohl mit
kationischen als auch mit anionischen Emulsionen mischbar. Ihre Haftung an saurem
und auch an basischem Gestein ist hervorragend.
-
Beispiel 3 6 kg Dodecyl-trioxyäthyl-aminopropyl-trioxäthylamino-buttersäure
C,,H,,N C3H6N C3HsCOOH (C2H4O)3H (C2H40)sH werden mit 0,4 kg 360/,Der Salzsäure
in 343,6 kg Wasser gelöst und mit 650 kg eines verschnittenen Bitumens in einer
Hurrelmühle zu einer Emulsion verarbeitet. Die wäßrige Emulgatorlösung hat den pH-Wert
7,5; die Emulsion ist praktisch isoelektrisch.
-
Sie ist sowohl mit kationischen als auch mit anionischen Emulsionen
mischbar. Ihre Haftung an saurem und auch an basischem Gestein ist hervorragend.