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Kohlenwasserstoffbindemiteel Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Kohlenwasserstoffbindemittel auf der Basis von mit einem Öl oder Destillatextrakt
weichgestellten Bltumina oder Erdölharzen mit einem Zusatz von olefinischen Mischpolymeren.
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Es ist bekannt, die als Bltumen bezeichneten und bei der schonenden
Aufbereitung von Erdölen gewonnenen, dunkelfarbigen, halbfesten bis springharten,
schmelzbaren, hochmolekularen Kohlenwasserstoffgemische für den Straßen bau, als
Bindemittel und Ausgußmasse zu verwenden0 Dem Bitumen in der Anwendung gleichgestellt
sind oxydiertes Bitumen, Verschnittbitumen, Straßenbauöl, Teer, Brdölharze oder
den Brdölharzen ähnliche Mischpolymerisate aus Olefinen oder Diolefinen, die alle
im vorliegenden Fall zusammengefaßt als Bitumina oder Erdölharze bezeichnet werden.
Zur besseren Binsatzfähigkeit der. Produkte ist es Ublioh, die
härteren
bis springharten Bitumina durch Zugabe von Ölen, Abfallölen oder Destillatextrakten
weichzustellen oder fließtlihig su oben.
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Ferner ist es bekannt, Bitumen zur Verringerung der Sprödigkeit mie
Polyäthylen zuversetzen. Hierdurch wird zwar ein Zerbräckeln oder Reißen von dünnen
Bindemittelschichten vermieden, jedoch wird kein elastisches Produkt erhalten, das
beispielsweise einer Biegebeanspruch ausgesetst werden kann. Auch die Zugabe von
natürrlichem Kautschuk oder butylkautschuk zu Bitumina führt nicht zu hochelastischen
Bindemitteln, wenngleich durch diesen Zusatz die rheologischen Eigenschaften von
Kohlenwasserstoffbindemittein, wie Bitumen, Straßenöl und Straßenteer verbessert
werden.
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Schließlich ist nach einem älteren Vorschlag angeregt worden, Gemische
aus Bitumen und Polyolefinen dadurch herzustellan, daß man geschmolzene Polyolefine
in Form dünner Stränge in einen Strom geschmolzenen Bitumen,s das eine Penetratlon
von mindestens 45 hat, in Riohtung des Bitumenstroms extrudiert. Hocheiastische
Produkte werden bei diesem komplizierten Verfahren jedoch nicht erhalten und Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein hooh@lastisches Kohlenwasserstoffbindemittel
vorzuschlagen,
welches sich aufgrund @@iner neuen vorteilhatte Eigenschaften
aur vielfältige Weise einsetzen läßt.
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Zur Lösung dieser Aurgabe wird ausgegangen von einem Kohlenwasserstoffbindemittel
auf der Basis von mit efnem Öl oder Destillatextrakt weichgestellten Bitumina oder
Erdölharzen mit einem Zusatz von olefinischen Mischpolymeren, weches dadurch gekennzeichet
ist, daß es als Mischpolymeres ein elastomeres Mischpolymerisat aus zwei oder mehreren
Monoolefinen oder aus ein oder mehreren Nonoolefinen und einem ungesättigten endocyclischen
Kohlenwasserstoff mit einer Brücke aus ein oder mehreren Methylengruppen enthält.
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Diese Mischpolymere sind elastomere, die durch Copolymerisation von
@-Olefinen, insbesondere von solchen mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, erhalten werden,
z.B. Äthylen/ Propylen-Mischpolymere oder Mischpolymere aus ein oder mehreren Monoolefinen
mit ungesättigten endocyclischen Brücken-Ringkohlenwasserstoffen, wie beispielsweise
Norbornen, 5-Methylennorbornen oder Dicyclopentadienen.
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Wann das Mischpolymere ein Äthylen-Propylen-Mischpolymeres ist, so
liegt das Äthylen-Propylen-Verhältnis vorsugsweise im Bereich von 38 zu 62 und 53
zu 47; es wird vorzugsweise
in Mengen von 1 bis 10. insbesondere
von 2 bis 8 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des Kohlenwasserstoffbindemittels zugesetzt.
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Die außer Bitumen eingesetzten Erdölharze sind thermoplastische Haree,
die durch Polymerisation von dampf gecrackten Erddldestillaten mit einem Siedebereich
von 30 bis 2800c oder als Fraktion innerhalb dieses Siedeb ereiches in Gegenwart
von Friedel-Crafts-Katalysatoren erhalten werden. Diese Polymerisation wird im Bereich
von O bis 700C und vorzugsweise von 10 bis 55°C durehgeführt. Anstelle von georackten
Petroleumdestillaten kann die zu polymerisierende Charge auch aus einem Gemilch
aus Olefinen und Diolefinen bestehen; das Gemisch muß dann genügend Diolefine enthalten,
damit ein Harz und nicht ein öl oder ein kautschukartiges Material anfällt. Diese
Harze haben Polydine-Charakter, haben einen Erweichungspunkt von 50 bis 180°C und
sind im allgemeinen hell gefärbt.
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Aufgrund ihrer Härte werden diese Harze im allgemeinen mit Ölze weichgestellt
oder fließfähig gemacht, z.B. mit Destillatextrakten, die bei der Ölraffinierung
durch selektive Lösungsmittel erhalten werden. Diese öle werden, bezogen auf das
Harzgemisch und Öl, in Mengen von
5 bis 60, vorzugsweise von 20
bis 40% eingesetzt. Anstatt des Öl zu dem Harz zuzusetzen, kann es auch während
der Herstellung des Harzes dem Polymerisat zugesetzt werden, welches während der
Polymerisation dor dampfecrackten Petroleumdestillate erhalten wird. Dann wird wie
übllch destilliert. Hierdurch ist es mögllch, ein Gemisch aus Harz und Öl mit den
gewünschten Penetrationswerten zu erhalten.
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Die Zugabe des Mischpolymeren zu dem Kohlenwasserstoffbindemittel
kann durch Vermischen des Mischpolymeren mit einem Fließmittel für das Kohenwasserstoffbindemittel,
z.B. mit einem Destillat, einem Lösungsmittelextrakt, einem Raffinat oder mit Kohlenteer
erfolgen. Dieses erfolgt durch bloßes Mischen beleiner geeigneten Temperatur und
vorzugsweise unter 90°C in einem geelgneten Minschgerät, wie i n einem Werner-Pfleiderer-
oder Banbury-Mischer bzw. in einem offenen zylindrischen Mischer, Hlerdurch läßt
sich eine Lösung herstellen, welche dlejcnige Menge an Polymerem enthält, die man
zu der glelchen Zeit wie das Verdünnungs- oder Fließmittel dem Kohlenwasserstoffbindemittel
zusetzen will. Ferner lst es möglich, @orratslösungen zus 30 bis 40% Mischpolymerem
herzuntellen, die dann mit oder ohne Fließmittel dem Bindemittel engesetzt werden
können.
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Diese Zugabe kann auch dadurch erfolgten, daß man Lösungen des Mischpolymeren
in weiteren Lösungsmitteln herstellt, wie z.b. in Trichloräthylen oder Monochlorbenzol.
Diese Lösung kann direkt mit dem Bindemittel oder mit dem Fließmittel verarbeitet
werden, indem man erst bei Normaldruck und dann unter Partialdruck destilliert,
um die endgültigen Rückstände des Lösungsmittels zu beseltigen.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines Beispieles und zweier
Vergleichsversuche näher beschrieben werden, wobel in allen Fällen als Ausgangsmaterial
ein "straightrun"-Bl tumen (Bitumen A) mit einem ASTM-Penetrationswert von 26 bel
25°C und als Fließmittel ein Phenolextrakt aus Tla Juana Rohöl mit einer Viskosität
von 20° Engier bel 100°C verwendet wnrden, Die Herstellung derartiger Extrakte ist
im einzelnen von Nelson in "Petroleum Re@ining engineering" 3, Aufl. s. 298 und
306-308 beschrieben.
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Beispiel Gemäß Erfindung wu@den 56 Gew. Teile des Bitumens A mit
@0 Gew, Tellen einer Vorratslösung, die 30 Gew,% eines @chy@en/Propylen-Mischpolymeren
enthielt, und mit 34 Gew Teilen des oben erwähnten Phenol-Ext@aktes bel
140°C
wermischt. Das Äthylen/Propylen-Mischpolymere war ein Mischpolymeres mit einem Gehalt
von 48 Gew.% Äthylen.
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Die Vorratßlbsung, welche 30% Elastomeres enthielt, wurde dadurch
erhalten, daß man 30 Teile des Elastomeren mit 70 Teilen eines phenolierten Extraktes
in einem Werner-Pfleiderer Mischer zur Vermeidung einer Depolymerisation unter 90°C
vermischte.
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Es wurde eine ausgezeichnete, hoch elastische Vergußmasse erhalten.
die sowohl den nur uit einem Fließmittel weichgestellten handelsüblichen Mischungen,
als auch den mit Butylkautschuk modifizierten Bindemitteln erheblich überlegen war.
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Vergleichsversuche: 1. Es wurde ein konventionelles Bitumen (A-I)
hergestellt. in dem man 66 Teile des Bitumens A nur mit 34 Teilen des ober erwähnten
Phenol-Extraktes bei 140°C mischte.
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II. Dann wurde ein mit Butylkautschuk modifiziertes Bitumen (A-II)
hergestellt, indem man ebenfalls bei 1400<; 58 Teile Bitumen A mit 10 Teilen
einer Vorratslösung, die 30 % Butylkautschuk (ein Mischpolymerisat aus Isobutlen
und I8opren) und 32 Teile des oben erwähnten Phenolextraktes enthielt, / auf gleiche
Weise vermischt.
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Die Eigenschaften dieser Verglsichsprodukte zeigen im Vergleich mit
den erfindungsgemäßen Mischungen gemäß der folgenden Tabelle, daß der Zusatz von
elastomeren Mischpolymerisaten nicht ale Eigenschaften des Bitumen, wie Erweichungspunkt,
Penetration oder absolute Viskosität, beeinflußt, aber die Elastizität erheblich
vergrößert, Vergleich Vergleich Beispiel A-I A-II Erw@ chungspunkt (Ring und Ball)
in °C 38,2 42,8 41,7 ASTM-Penetration 100 g - 5° bei 0°C 9 16 12 10°C 32 46 37 25°C
201 193 190 Absolute Viskosität bei 25°C in 105 Poise bei einer Schergeschwindigkeit
von 103 Pascal @ 3 10 3,6 2,5 x i03 Pascal 2,2 2,6 2,2 5 x 1o3 Pascal 1,7 2,0 1;6
7,5 x 103 Pascal 1,5 1,5 1,4 104 Pascal 1,4 1,4 1,2 Elastische Rückkehr nach 2 Minuten
bei einge Deformation bei 20°C und 2358 Pascal in % 4,9 12 22 Die in der Tabelle
angegebene Maßeinheit 1 Pascal hat einen Wert vQn 10 5 Bar.
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Dle elastische Rückkehr wurde wie folgt bestimmt: 2 Proben des zu
untersuchenden bindemlttels wurder als Paralleleplped mit geraden Selten in einer
Abmessung von 5 x 80 x 20 mm hergestellt. Zwlschen diese Probestiloke wurde ein
dünnes Stahlblech gelegt, so daß das Bltumen an des 80 x 20 mm großen Oberflächen
am Blech gnt anhaftete. Das ganze Gebllde wurde zwlschen zwei @ehle Stahlplatten
gelegt, die mit einem Thermostaten verbunden und in einem Rahmen einer Vorrichtung
befestigt waren. Wenn sich das Bindemittel bei der Versuchstempe-@atur (20°C) befindet,
wird das in der Mitte befindliche Blech In Längsrlchtung (80 mm) Längs des Probestückes
mit einer Kraft von 7,54 N abzogen, was einer Scher-7,54 N helastung von 4 2 = 2358
entspricht. Nach einem 32 x 10 m Zeltraum von 2 Minuten wird die eiastische Rückkehr
in % gemessen.