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Die Erfindung betrifft ein Stabilisierungsmittel für saure Emulsionen
von Kohlenwasserstoffbindemitteln, die zum Umhüllen von Zuschlagstoffen für den
Straßenbau bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Komponenten enthalten
: a) 1 bis 10 Gewichtsprozent, berechnet als freie Base, eines wasserlöslichen Salzes
eines Polyamins der allgemeinen Formel
worin R ein Alkyl-oder ein eine oder mehrere Doppelbindungen aufweisender Alkenylrest
mit 16 bis 20 Kohlenstoffatomen, n eine ganze Zahl von 3 bis 5 ist und HX eine anorganische
oder organische Säure bedeutet, sowie b) 1 bis 15 Gewichtsprozent eines EiweiBstoffes
oder eines Gemisches von Eiweißstoffen und c) als Restmenge bis 100 Gewichtsprozent
Wasser und gegebenenfalls eine zur Einstellung eines pH-Wertes von 4 bis 5, 5 ausreichende
Menge einer Säure HX.
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Eine der grundlegenden Eigenschaften des Polyaminsalzes besteht darin,
daß es mit der Oberfläche der porösen Materialien reagiert und von ihr adsorbiert
wird. Je größer die Oberfläche, um so schneller bricht somit die Emulsion. Dieses
Problem ist besonders akut bei Mischungen mit einem Bindemittel auf Kohlenwasserstoffbasis,
mit denen dünne Beläge zur Oberflächenerneuerung hergestellt werden, die Dichtigkeit
und Rauhigkeit der Straßen sicherstellen. Bei diesen Mischungen ist nämlich die
spezifische Oberfläche der Materialien sehr hoch. Sie liegt zwischen 15 und 30 m2/kg.
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Es wurde festgestellt, daß im Gegensatz zu der bisherigen Annahme
die Abmessung und der Kornaufbau der Mineralmasse zwar eine wichtige, jedoch nicht
die einzige Rolle spielt. Die chemische Natur der Materialien und vor allem die
Temperatur spielen eine mindestens ebenso große Rolle. Da die Mischungen aus Steinmaterial
und Bindemittel mit den örtlich verfügbaren Materialien hergestellt werden, müßte
man somit eine große Zahl von Emulsionstypen verwenden, um den verschiedenen Bedingungen
zu genügen, wobei die Emulsionstypen beispielsweise zwischen dem Morgen, an dem
die Temperatur 10°C beträgt, und dem Nachmittag, an dem sie 30°C beträgt, variieren.
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Demnach wurde nun gefunden, daß ein einziger Emulsionsstabilisator
verwendet werden kann, um alle Typen von Mineralstoffen aus Kalkstein und sauren
Bestandteilen in einem Temperaturbereich von 5 bis 40°C zu umhüllen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Polyaminsalz ein
Hydrochlorid.
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Das erfindungsgemäße Stabilisierungsmittel hat insbesondere folgende
Eigenschaften : 1. Es schaltet Änderungen des pH-Wertes der Emulsion als Folge der
Reaktion der Mineralstoffe mit der Säure der Emulsion weitgehend aus.
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2. Es bildet einen Schutzfilm, der die zu hohe Reaktionsfähigkeit
des Emulgators mit den Mineralstoffen verhindert, wenn die Temperatur steigt, und
bewirkt auf diese Weise eine Stabilisation der
Emulsion durch Benetzung der Mineralstoffe
vor ihrer-Berührung mit der zum Umhüllen verwendeten Emulsion, die im allgemeinen
auf Bitumen basiert.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung.
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Als Polyamin, das im erfindungsgemäßen Stabilisierungsmittel enthalten
ist, eignen sich alle Polyamine der genannten Formel, in der R ein Alkyl-oder Alkenylrest
(mit einer oder mehreren Doppelbindungen im Alkenylrest) mit 16 bis 20 Kohlenstoffatomen
ist.
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Bevorzugt werden Polyamine, in denen R ein Alkylrest mit 17 Kohlenstoffatomen
(Stearylrest) ist.
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Während n eine ganze Zahl von 3 bis 5 sein kann, werden vorteilhaft
Polyamine verwendet, in denen n den Wert 3 hat.
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Bevorzugt werden Alkylpropylenpolyamine der Formel
in Salzform, in denen R ein Alkylrest mit 17 Kohlenstoffatomen ist. Hierbei handelt
es sich um Polyamine, die normalerweise als Emulgatoren in der sauren Emulsion selbst
verwendet werden, jedoch wurde festgestellt, daß die Erhöhung der Stabilität als
Funktion der Temperatur verhältnismäßig gering ist und zur Erzielung des gewünschten
Ergebnisses erhebliche Emulgatormengen verwendet werden müssen, wenn als stabilisierender
Zusatz nur ein wasserlösliches Salz des obengenannten Polyamins verwendet wird.
Dagegen bleibt der Einfluß der Art der Mineralstoffe sehr erheblich. An sauren Mineralstoffen
ist langsames Brechen und schlechte Haftfestigkeit und im Falle von Kalkstein zu
schnelles Brechen bei besserer Haftfestigkeit festzustellen.
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Dies war der Anlaß, in den Zusatzstoff einen Eiweißstoff einzubeziehen,
der gemäß der Erfindung ein Eiweißstoff oder ein Gemisch davon ist. Von den Produkten
dieses Typs, die für die Zwecke der Erfindung besonders geeignet sind, seien insbesondere
Casein oder Gelatine genannt. Die letztere ist bevorzugt, denn ihr isoelektrischer
Punkt liegt in der Nähe von 4, 7, wodurch es möglich ist, gute Haftfestigkeit an
allen gebräuchlichen Steinmaterialien zu erzielen.
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Die Mengen des Polyamins und des Eiweißstoffes können innerhalb ziemlich
weiter Grenzen liegen und hängen von der vorgesehenen Verwendung und von der Lagerzeit
oder dem vorgesehenen Transport der Lösung ab. Sie liegen vorzugsweise zwischen
1 und 10 Gewichtsprozent der Lösung beim Polyamin und zwischen 1 und 15 Gewichtsprozent
der Lösung für den Eiweißstoff.
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Das Polyamin kann direkt in Form eines wasserlöslichen Salzes verwendet
werden, jedoch ist es vorzuziehen, dieses Salz in situ in der Lösung zu bilden,
indem die Säure zur Lösung gegeben wird. Als geeignete Säuren seien insbesondere
Salzsäure, Essigsäure oder Ameisensäure genannt. Bevorzugt wird Salzsäure. Es genügt,
die Säuremenge zuzusetzen, die ungefähr zur Neutralisation des Polyamins genügt.
Hierbei werden Endlösungen erhalten, die vorteilhaft einen pH-Wert zwischen etwa
4 und 5, 5 haben. Beispielsweise kann
ein erfindungsgemäßes Stabilisierungsmittel
die folgende Zusammensetzung haben : Polyamin...................... 10 bis 100 kg
Gelatine (technisches Produkt).... 10 bis 150 kg HCl (d = 1, 16).................
9 bis 90 kg Wasser : zur Auffiillung auf 1000 kg erforderliche Menge Zur Herstellung
des erfindungsgemäßen Stabilisierungsmittels werden die gewünschten Mengen des Polyamins,
der Aminosäureverbindung und der Neutralisationsäure in Wasser gemischt. Nach erfolgter
Auflösung ist das Stabilisierungsmittel gebrauchsfertig.
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Das erfindungsgemäße Stabilisierungsmittel wird gewöhnlich dem Sand
im Augenblick der Herstellung der Mischung der Mineralstoffe mit der sauren Emulsion
zugesetzt. Die zugesetzten Mengen des Stabilisierungsmittels sind verschieden je
nach der genauen Natur der sauren Emulsion und der Art und Abstufung der Körnung
des Sandes. Im Durchschnitt machen sie weniger als etwa 0, 15 °/o des Gesamtgewichtes
aus (wobei das Stabilisierungsmittel als Gesamtgewicht der in der Lösung enthaltenen
trockenen aktiven Stoffe gerechnet wird).
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Um die sehr vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stabilisierungsmittels
zu veranschaulichen, werden nachstehend als Beispiel die Ergebnisse einer Reihe
von Versuchen genannt, die wie folgt durchgeführt wurden : Ausgegangen wurde von
einem Sandgemisch, das 60°/o Dioritsand 0/3 mm und 40 °/o Seinesand 0/2 mm enthielt.
Die Abstufung der Körnung dieses Gemisches war folgende :
| Maschenweite, mm |
| 1 4, 76 1 2 1 0, 84 1 0, 42 1 0, 18 10, 074 |
| Siebdurch- |
| gang, °/o.. I 100 (95 65 40 18 10, 1 |
Das zu prüfende erfindungsgemäße Stabilisierungsmittel wurde in der gewünschten
Konzentration in Wasser hergestellt. Die erhaltene Lösung wurde zur Benetzung des
Sandes verwendet, wobei die insgesamt verwendete Lösungsmenge 12 Teile pro 100 Teile
Sandgemisch betrug. Nach der Benetzung wurden dem Sandgemisch 15 Gewichtsteile einer
sauren 60°/Oigen Bitumenemulsion der folgenden Zusammensetzung zugesetzt : Bitumen....
600 kg Alkylpropylenpolyamin
(R = Alkylrest mit 17 Kohlenstoffatomen)... 8 kg HCI (Dichte 1, 16). 7, 5 kg Wasser
: zur Auffüllung auf 1000 kg erforderliche Menge.
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Die Emulsion wurde bei verschiedenen Temperaturen verwendet. Das
erhaltene Material wurde in einer Schale gemischt, wobei die Zeit festgestellt wurde,
nach der eine Verschlechterung der Verarbeitbarkeit eintrat, die dem Beginn des
Brechens der Emulsion entspricht. Um gute Reproduzierbarkeit der Ergebnisse sicherzustellen,
wurden mehrere Versuche durchgeführt.
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Als stabilisierender Zusatz wurden bei den vorstehend beschriebenen
Versuchen sowohl Polyaminhydrochlorid allein als auch das erfindungsgemäße Stabilisierungsmittel
verwendet, das das Polyamin und die Gelatine mit Salzsäure als Neutralisationssäure
enthielt und einen pH-Wert von etwa 4, 5 hatte. Die erhaltenen Ergebnisse sind nachstehend
in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt.
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Tabelle 1 Temperatur des Sandes.... 22°C Temperatur der Emulsion.....
50°C
| Konzentration des Zusatzstoffes |
| 0, 18% 1 0, 204% 1 0, 25 °/0 |
| Mischdauer vor dem Brechen |
| Zusatzstoff |
| R (NHCHzCH2CH2) 3NHCH2CH2CH2CH2 1 bis 1 bis 1, 5 bis |
| (Hydrochlorid) (R = Alkyl mit 17 Kohlenstoffatomen) 1, 5 Minuten
1, 5 Minuten 2 Minuten |
| Konzentration des Stabilisierungsmittels |
| 0, 10°/o 1 0, 125°/o |
| Mischdauer vor dem Brechen |
| Erfindungsgemäßes Stabilisierungsmittel 40 Gewichtsprozent |
| R (HN-CH2-CH2-CH2)3-NH-CH2-CH2-CH2-NH2 3 Minuten >4 Minuten |
| 60 Gewichtsprozent Gelatine |
| (R=Alkyl mit 17 Kohlenstoffatomen) |
| (HCl zur Neutralisation) pH = etwa 4, 5 |
Tabelle 2 Temperatur des Sandes.......... 22°C Temperatur der Emulsion.........
unterschiedlich
| Temperatur der Emulsion |
| 20°C t 40°C 50°C 60°C j 70°C |
| Konzentration des Zusatzstoffs* |
| 0, 12% 0, 12°/o 1 0, 12°/o 1 0, 12°/o 1 |
| Mischdauer vor Beginn des Brechens |
| Zusatzstoff |
| Hydrochlorid von |
| R (NH-CH2-CH2-CH2)3-NH-CH2-CH2-CH2-NH2 1, 5 Min. 25 Sek. <15Sek. |
| (R = Alkyl mit 17 Kohlenstoffatomen) |
| Konzentration des Stabilisierungsmittels* |
| 0, 055 0,0755 0,100% 0, 125% 0,1505% |
| Mischdauer vor Beginn des Brechens |
| ErfindungsgemäBes Stabilisierungsmittel** |
| 40 Gewichtsprozent |
| R (NH-CH2-CH2-CH3-NH-CH2-CH2-CH2-NH2 2, 5 bis 1, 5 bis 3 Min.
2, 5 bis 1, 5 bis |
| (R = Alkyl mit 17 Kohlenstoffatomen) 3 Min. 2 Min. 3 Min. 2
Min. |
| Konzentration des Zusatzstoffs* |
| 0, 075% 0,100% 0, 125°/o 1 0, 150% 0,175% |
| Mischdauer vor Beginn des Brechens : |
| 60 Gewichtsprozent Gelatine |
| HCL zur Neutralisation pH = etwa 4,5 > 3 Min. 2,5 bis >4
Min. 3 Min. 2 bis |
| 3 Min. 2,5 Min. |
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* Gerechnet als Gesamtgewicht der trockenen aktiven Stoffe in der
Lösung, bezogen auf das Gewicht des Sandes.
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** Anteil der trockenen Produkte in der Lösung.
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Aus den vorstehenden Tabellen ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäß
verwendete Stabilisierungsmittel dem allein verwendeten Polyamin eindeutig überlegen
ist und es insbesondere ermöglicht, eine genügende Stabilität bei Temperaturen der
Emulsionen von 50° C und mehr zu erzielen.