DE1917501B2

DE1917501B2 - Pechzusammensetzungen

Info

Publication number: DE1917501B2
Application number: DE19691917501
Authority: DE
Inventors: Yoshio Araki Tadashi Tokio Watanabe Kazuhiro Kawaguchi Saitama Takahashi Ryoichi Noguchi Kazuo Tokio Makita Hiromitsu Sendai Miyagi Hata zawa Nobuo Tokio Kawai, (Japan)
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1968-04-04
Filing date: 1969-04-05
Publication date: 1973-02-22
Also published as: DE1917501A1; GB1267392A; FR2005551A1; DE1917501C3

Description

Pechartige Stoffe werden im allgemeinen für Schutzzwecke benutzt, beispielsweise zur thermischen Isolierung, Abdichtung und Wärme- oder Hitzeabschirmung. Für derartige Zwecke ist z. B. ein als Gilsonit bezeichneter Asphalt bekannt.

Ferner ist es bekannt, bituminöse Stoffe für Bauzwecke zu benutzen. Dazu werden diese Stoffe im allgemeinen auf oder über ihrer Erweichungstemperatur erhitzt oder mit passenden Leichtölen verschnitten. Man erhält dann ein flüssiges oder fließendes Material, das gut verarbeitet werden kann. Beim Verschneiden wird die Viskosität des Asphalts oder des pechartigen Stoffs verringert. Dies ist auf die Auflösung des Asphalts oder pechartigen Stoffs in den zugegebenen Leichtölen zurückzuführen. Dadurch wird die Brauchbarkeit und Konservierungseigenschaft des bituminösen Materials über längere Zeiträume verbessert. Der größte Teil des hinzugefügten Leichtöls verdampft, nachdem das bituminöse Material aufgetragen ist.

Grundsätzlich besteht die Aufgabe der Erfindung darin, synthetische Pechzusammensetzungen zu schaffen, die den natürlichen Asphalten ebenbürtig sind. Ferner soll nach der Erfindung eine Pechzusammensetzung geschaffen werden, die als Bindemittel bei Zimmertemperatur erstarrt und welches direkt verarbeitet werden kann.

Gegenstand der Erfindung sind Pechzusainmensetzungen, bestehend aus 100 Gewichtsteilen eines pulverförmigen Pechs mit einem Wasserstoff/Kohlenstoff-Atomverhältnis von 0,4 bis 0,65, einem Erweichungspunkt von 70 bis 400⁰C, einem in Benzol un-.'öslichen Anteil von 40 bis 90 Gewichtsprozent, einem spezifischen Gewicht von 1,2 bis 1,5 und einer Teilchengröße von 4,699 bis 0,065 mm, das durch Behandlung von flüssigen Kohlenwasserstoffen bei einer Temperatur von 700 bis 2500⁰C und einer Kontaktzeit von 2 bis 0,001 Sekunden zum Herstellen eines teerartigen Materials und Wärmebehandlung dieses Materials zur Entfernung von Leichtöl einschließlich flüchtiger Bestandteile unter Atmosphärend>-uck bei einer Temperatur von 250 bis 450⁰C erhalten worden ist, und

ίο 7 bis 200 Gewichtsteilen eines aromatischen Kohlenwasserstofföls mit einem spezifischen Gewicht von 1,0 bis 1,3, einem Wasserstoff/Kohlenstoff-Atomverhältnis von 0,5 bis 1,0, einer Aromatizität von mehr als 50%, gemessen nach NMR und einem Siedebereich

von 250 bis 450⁰C und gegebenenfalls 50 Ks, 2500, bezogen auf 100 Teile der Pechzusammensetzungen. Gewichtsteilen eines Zusatzmaterials oder mehrerer Zusatzmaterialien aus Lehm, Sand, Kies, Kieselerde. Zement, Perlit, Flugasche, Asbest, Steinwolle, Glasfasern, Papier, Sägemehl, natürlichen und synthetischen, Fasern, Kunststoffen oder Gummi.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nun a.i Hand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Die Pechmischungen gemäß der Erfindung unteischeiden sich hinsichtlich ihrer chemischen Struktur vollkommen von Naturasphalten, die eine große Anzahl von Seitenketten und Bindeketten mit paraffinischen Kohlenstoff enthalten. Das in den erfindungsgemäßen Pechzusammensetzungen enthaltene, künstlich hergestellte Pech besteht vorwiegend aus aromatischer. Ringen oder aromatischen und gesättigten Ringen mit wenigen Seitenketten und Bindeketten, die ebenfalls auf paraffinischem Kohlenstoff basieren.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können durch einfaches Mischen der Ausgangsmaterialien hergestellt werden.

Eine auf diese Weise hergestellte Pechzusammensetzung hat die äußerst wünschenswerte Eigenschaft, daß sie selbst bei Zimmertemperatur sehr leicht erhärtet. Aus diesem Grunde eignet sich diese Pechmischung insbesondere als Bindemittel.

Die nach der Erfindung vorgenommene Zugabe des besonderen Öls dient dazu, das pulverförmige Pech in einen breiartigen, streichfähigen Zustand zu überführen, so daß die Zusammensetzung gut verarb.itet werden kann. Diese Maßnahme unterscheidet sich von dem zum Auf'öseii bei Naturasphaltprodukten durchgeführten Verschnittvo'.gang. Da: zugegebene besondere öl verdampft nicht, sondern wird von dem pulverförmigen Pech aufgenommen, wobei sich die aufgeschlämmte Pechmasse verfestigt. Das in den breiartigen Zustand überführte pulverförmige Pech verfestigt sich bei Zimmertemperatur in einigen Tagen. Durch Wärmezufuhr kann man das Pech aber auch innerhalb von wenigen Minuten oder Stunden erhärten lassen.

Bei dem aromatischen Kohlenwasserstofföl, das dem pulvrigen Pech zugegeben wird, kann es sich beispielsweise um eine Fraktion handeln, die man auf ähnliche Weise erhält wie das Pech selbst, nämlich dadurch, daß eine Erdölfraktion einschließlich von Rohöl 2 bis 0,001 Sekunden bei einer Temperatur von mehr als 700⁰C, vorzugsweise über 900⁼C, behandelt wird, daß das sich dabei ergebende teerartige Produkt destilliert wird und daß die sich dann ergebende Fraktion oder der Kohlenteer innerhalb eines Siedebereichs von 250 bis 450⁰C destilliert wird.
Ein Öl mit einem Siedebereich von 250 bis 450⁰C,

das man durch Destillation eines Rohöls erhält, erfüllt nicht die nach der Erfindung gestellten Anforderungen bezüglich des H/C-Verhältnisses und bezüglich der Aromatizität des Öles. Wenn man ein derartiges Öl dem Pech zugeben würde, dann wäie das Ergebnis das gleiche, wie bei dem sogenannten Verschnittvorgang.

Man kann daher zur Herstellung der erfindungsgemäßen Pechzusammensetzungen nur ein solches Öl benutzen, das den oben beschriebenen Anforderungen genügt. ίο

Die nach der Erfindung benutzte Menge des aromatischen Öls beträgt vorzugsweise 7 bis 50 Teile, bezogen auf 100 Teile des pulvrigen Pechs mit den obengenannten Eigenschaften. Wenn die aromatische Ölmenge weniger als 7 Teile ausmacht, dann ist es schwierig, das pulvrige Pech in den breiartigen Zustand zu überführen. Bei mehr als 200 Teilen verfestigt sich der Brei sehr schlecht.

Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Pechzusammensetzung kann man Materialien erhalten, die vom verfestigten bis zum erhärteten Zustand reichen und die man insbesondere für Bauzwecke benutzen kann, insbesondere zum Straßen- und Brückenbau sowie zum Gebäudebau. Ferner kann man das erfindungsgemäße Material als Schutz- und Abdichtmasse für Kraftfahrzeuge, sonstige Fahrzeuge sowie für Bauten benutzen. Das erfindungsgemäße Material kann man ferner als Asp.,altfarbe, Dachbedeckungsmaterial, wasserdichtes Material und als ^pezialüberzugsmaterial für Eisen- und Stahlphtten verwenden.

Es ist erstaunlich, daß die durch Verwc dung der erfindungsgemäßen Pechzusammensetzungen erzeugten Gegenstände oder Gebilde bei Zimmertemperatur vollkommen aushärten. Das erhärtete Material hat ein wesentlich geringeres spezifisches Gewicht als normaler Beton und außerdem eine hohe Zähigkeit und Wasserbeständigkeit. Ferner ist es beachtlich, daß man ein Material mit derartigen wünschenswerten Eigenschaften auf einfachste Weise erhalten kann, indem man lediglich eine einfache Mischung ansetzt und keine mühsamen Verfahren ausführen muß. Daher ist das erfindungsgemäße Material insbesondere für Bauzwecke geeignet. Die Bindeiähigkeit ist wesentlich besser als diejenige von herkömmlichen bituminösen Materialien.

Als Aggregat oder Zusatzmaterial kann man je nach dem Verwendungszweck zahlreiche Stoffe benutzen.

Die Zusätze werden je nach dem Verwendungszweck ausgewählt. Dabei muß man auf die Korngröße und die Missverhältnisse achten. Die Mischverhältnisse der Zusätze reichen von 50 bis 2500 Teile, vorzugsweise von 100 bis 1200 Teile und optimal von 100 bis 600 Teile, jeweils bezogen auf 100 Teile der Pech-Zusammensetzung. Je nach Art der Teilchengröße des Zusatzes und dem Verwendungszweck können die Mischverhältnisse voneinander abweichen. Wenn man mehr als 1200 Teile des Zusatzmaterials benutzt, nimmt die Binde- oder Verbandfestigkeit ab, so daß die Festigkeit der gesamten Mischung schlechter wird. Allerdings gibt es einige Zusatzmaterialien, bei der.in man derart hohe Mischungsverhältnisse benutzen kann. Dies hängt auch in hohem Maße von der Teilchengröße ab. Wenn r..a,i weniger als 50 Teile benutzt, verliert das Zusatzmaterial die Fähigkeit, als Aggregat zu wirken.

Da ü^;e aus den erfindungsgemäßen Pechzusammensetzungen hergestellten Gegenstände sehr gutauf Metallen haften, kann man sie auch als sehr große Konstruktions- oder Bauteile mit Metallverstärkung benutzen.

Die erfindungsgemäßen Pechzusammensetzungen können unterschiedliche Verfestigungs- oder Erhärtungszeiien aufweisen, und zwar in Abhängigkeit von den Mischverhältnissen. Im allgemeinen ist das erfindungsgemäljc Material bei Zimmertemperatur in 1 bis 2 Tagen erhärtet. Erhitzt man das Material auf 80° C, dann wird es bereits in 2 bis 3 Stunden hart.

Um weitere Einzelheiten bezüglich der Art und des Verwendungszwecks des erfindungsgemäfien Materials zu geben, werden im folgenden bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben.

Beispiel 1

Naphtha wird bei 1250 C wehrend einer Berührungszeit von 0,002 Sekunden behandelt, um Pech zu bilden. !Nach dem Entfernen von Bestandteilen mit einem Siedepunkt niedriger als 450 "C wird das Pech gemahlen. Dieses Pech hat ein H/C-Verhältnis von 0,53, in Benzol unlösliche Bestandteile von 65%, einen Trweichungspunkt zwischen 230 und 240 C und ein spezifisches Gewicht von 1,35. Diejenigen Teilchen des gemahlenen Pechs, die durch ein Sieb mit einer lichter Maschenweite von 0,147 mm (mesh 100), jedoch nicht durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,064 mm (mesh 250) fallen, v/erden gesammelt.

Diesen gesammelten Pechteilchen wird ein aromatisches Kohlenwasserstofföl zugegeben, bei dem es sich um eine bei 250 bis 450° C siedende Fraktion (H/C-Verhältnis 0,85, spezifisches Gewicht 1,15, Aromatizität nach NMR 75%) handelt, die durci. Destillation des tecrartigen Stoffs, den man bei den obigen Zersetzungsbedingungen erhält, gewonnen wird. Die Bestandteile werden gemischt und bei Zimmertemperatur stehengelassen. Dabei werden Proben mit verschiedenen Mischungsverhältnissen hergestellt. Die Erhärtung der einzelnen Proben wird in Abhängigkeit von der Eindringtiefe oder Penetration nach den japanischen Industrienormen JlS-K 2207 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle

	Pcchzusam- niensetzung	Mischverhältnis Penetration	Unmittelbar 1Λ Ί /^ η ^i α m	(nach JIS -K 2207)	Nach	Nach
Probe	(Gewichts	Aromatisches Kohlonwasscr-	ΓΜΓΠ QCfIi *\Λ t c r l·/ n**	Nach	2 Tagen	3 Tagen
	teile)	stoftoi (Ge-	IVIJiiLlICII	ITag
	100	wiclitstcile)	35		13	10
1	100	20	mehr als 200	20	35	25
->	100	50	mehr als 200	45	60	50
3	100	100	mehr als 200	75	98	70
4	200	115

Beispiel 2

Die Probe 1 des Beispiels 1 wird erhitzt und gehärtet. Dabei benötigt man bei 80⁰C1 Stunde, um eine Penetration von weniger als 20 zu erhalten. Bei 120⁰C benötigt man 5 Minuten weniger. Für die Probe 3 sind die entsprechenden Zeiten 7 bis 8 Stunden bei 80° C und 1 Stunde oder weniger bei 120° C, um die Penetration auf weniger als 20 zu vermindern.

Beispiel 3

Das nach dem Beispiel 1 erzeugte Pech wird in drei Gruppen mit einer Korngröße von 4,699 bis 0,246 mm (mesh 4 bis mesh 60), von 0,246 bis 0,147 mm (mesh 60 bis mesh 100) und von 0,147 bis 0,065 mm (mesh 100 bis mesh 250) unterteilt. Jeweils 100 Gewichtsteilen von diesen nach Korngrößen unterteilten Gruppen werden 20 Gewichtsteile des im Beispiel 1 beschriebenen aromatischen Kohlenwasserstofföls zugegeben. Die Materialien werden durchmischt und bei Zimmertemperatur gehärtet.

Dabei erhärtet das Pech mit der kleinen Teilchengröße wesentlich schneller als das Pech mit der großen Teilchengröße, da im ersten Fall eine größere Oberfläche vorhanden ist. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabelle 2

Teilchengröße
(nach »mesh«)

4 bis 60

60 bis 100

100 bis 250

Penetration (nach JIS-K 2207)
Unmittelbar
nach dem
Mischen

7200
44
35

Beispiel 4

Nach
ITag

38 27 20

Nach
2 Tagen

25
14
13

Eine Kerosinfraktioi wird bei 1350⁰C und einer Kontaktzeit von 0,001 Sekunden behandelt, um einen pechartigen Stcf zu erzeuger. Aus diesem Stoff werden die leichteren, flüchtigeren Bestandteile mit einem Siedepunkt unter 450⁰C entfernt.

Die auf diese Weise erzeugte Pechzusammensetzung hat ein H/C-Vcihältnis von 0,51, in Benzol unlösliche Bestandteile von 70%, einen Erweichungspunkt von 250° C und ein spezifisches Gewicht von 1,40. Dieses Pech wird tu Pulver vermählen.

80 Teile dieses Pulvers, mit einer Teilchengröße von 0,065 bis 0,246 mm (mesh 250) werden mit 100 Teilen Sand mit einer Teilchengröße von 0,833 bis 0,495 mm (mesh 20 bis mesh 32) gemischt.

Dieser Mischung werden 20 Teile des im Beispiel 1 beschriebenen aromatischen Kohlenwasserstofföls zugemischt, um eine breiartige Masse zu erhalten. Der Brei wird von Hand gemischt und 2 Tage lang stehengelassen. Dabei erhält man ein Material, das insbesondere für Bauzwecke geeignet ist und dessen spezifisches Gewicht 1,6 und dessen Druckfestigkeit 240 kg/cm² beträgt.

Dieses nach der Erfindung hergestellte Material hat eine Wasseradsorptionsfähigkeit von nahezu 0% im Gegensatz zu Zement oder Beton, deren Adsorptionsfähigkeit etwa 10% beträgt. Dieses Material ist daher besonders für den Berg- "der Tiefbau geeignet.

Beispiel 5

Naphtha wird bei 1300°C und einer Kontaktzeit von 0,002 Sekunden behandelt. Dabei entsteht eine Pechzusammensetzung mit einem H/C-Verhältnis von 0,52 und in Benzol unlöslichen Bestandteilen von 70%. Diese Pechzusammensetzung wird zermahlen, und zwar zu einem Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 0,175 mm (mesh 80) innerhalb des Bereiches von 0,065 bis 4,699 mm. In einem Mischer wird das Pech mit Sand durchmengt.

Dieser Mischung wird ein aromatisches Kohlenwasserstofföl zugegeben, das nach derselben Zersetzung,

ίο die oben angegeben ist, gewonnen wird und das ein H/C-Verhältnis von 0,85, ein spezifisches Gewicht von 1,10 und eine nach NMR gemessene Aromatizität von 70% aufweist. Die beiden Materialien werden gründlich durchmischt. Die Mischung wird in einen Block mit Abmessungen 10 · 10 · 30 cm gegossen und 2 Tage lang stehengelassen. Danach wird die Druckfestigkeit des auf diese Weise hergestellten Blocks gemessen. Die Ergebnisse sind für verschiedene Mischungsverhältnisse in Tabelle 3 dargestellt.

Tabelle 3

Aggregat (Sand)	Pech	Aromatisches Kohlenwas serstofföl	100	80	20	Spezifisches Gewicht	Druckfestig keit
(Gewichtsteile)	200	80	20		(kg/cm²)
400	80	20	1,52	245
600	80	20	1,56	300
1,57	120
1,59	70

Da die Druckfestigkeit von herkömmlichem Beton etwa 350 kg/cm² und das spezifische Gewicht 2,0 beträgt, sind die nach der Erfindung herstellten Materialien herkömmlichem Beton durchaus ebenbürtig.

Beispiel 6

Zusammensetzungen, die durch Mischen derselben Materialien in der gleichen Weise hergestellt werden, wie es im Beispiel 5 angegeben ist, werden unter einem Druck von 100 kg/cm² zu Blockproben gegossen. Die für diese Blockproben gemessenen Werte sind in der folgenden Tabelle 4 zusammengestellt.

Tabelle 4

Aggregat
(

(Sand)

Pech

Aromatisches

Kohlenwasserstofföl
(Gewichtsteile)

100
200
400

80
80
80

20 20 20

Spezifisches
Gewicht

1,65
1,75
1,77

Druckfestigkeit

(kg/cm-)

280
340
150

Die Meßergebnisse zeigen, daß das erfindungsgemäße Material durchaus mit Beton vergleichbar ist, der eine Druckfestigkeit von 350 kg/cm² hat. Unter Anwendung von Druck kann man die Druckfestigkeit des Materials nach der Erfindung erhöhen.

Beispiel 7

Perlit (Typ 1 von Ube-Kozan) wird mit dem pulverförmigen Pech gemäß Beispiel 5 gemischt. Ferner wird das im Beispiel 5 beschriebene aromatische öl zugemischt. Die Mischung wird in Blöcke mit den Abmessungen 10 · 10 · 30 crn gegossen und für 3 Tage stehengelassen. Die dann gemessene Druckfestigkeit ist in Tabelle 5 zusammenRestellt.

Tabelle 5

Perlit

Pech

Aromatisches
Ö

öl
(Gewichtsteile)

Spezifisches Gewicht Druckfestigkeit
(kg/cm³)

Wärmeleitfähigkeit (kcal/h/m¹/⁰ C/m)

100
200
400

70
70
70

30
30
30

0,9 0,8 0,7 130
75
50

0,15

0,098

0,066

Aus den von Hand gegossenen Blöcken wurde eine Wärmeschutzwand für einen Kühlraum gebaut. Dabei erhielt man ausgezeichnete Ergebnisse.

Beispiel 8

Ein weiterer großer Vorteil der Pechzusammensetzungen nach der Erfindung ist ihre Eigenschaft, Wasser abzustoßen und Wasser zu widerstehen. Diese Eigenschaften wurden mit den entsprechenden Eigenschaffen von Portlandzement verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 zusammengestellt. Das in diesem Beispiel benutzte pulverförmige Pech und aromatische öl entspricht denjenigen von Beispiel 5.

Tabelle

Probe	Sand	Perlit	Pech	Aromatisches öl	20	Zement	Wasser	Absorptions fähigkeit
			(Gewichtsteile)	20			(7o)
1	100		80	zu			0
2	200	—	80	—	—	—	0,5
3	—	1Ö0	80	—	—
4	160	—		80	80	12,0

Die Aufnahme- oder Absorptionsfähigkeit der nach lichem Zementmörtel. Als wasserdichtes Fundament der Erfindung hergestellten Pechzusammensetzungen für unterirdische Rohrleitungen ist das erfindungsgeist wesentlich geringer als diejenige von herkömm- 35 mäße Material somit vorzüglich geeignet.

Claims

Patentanspruch:

Pechzusammensetzungen, bestehend aus 100 Gewichtstei'.en eines pulverförmigen Pechs mit einem Wasserstoff/Kohlenstoff-Atomverhältnis von 0,4 bis 0,65, einem Erweichungspunktvon 70 bis400°C, einem in Benzol unlöslichen Anteil von 40 bis 90 Gewichtsprozent, einem spezifischen Gewicht von 1,2 bis 1,5 und einer Teilchengröße von 4,699 bis 0,065 mm das durch Behandlung von flüssigen Kohlenwasserstoffen bei einer Temperatur von 700 bis 2500⁰C und einer Kontaktzeit von 2 bis 0,001 Sekunden zum Herstellen eines teerartigen Materials und Wärmebehandlung dieses Materials zur Entfernung von Leichtöl einschließlich flüchtieer Bestandteile unter Atmosphärendruck bei einer Temperatur von 250 bis 450 C erhalten worden ist, und 7 bis 200 Gewichtsteilen eines aromatischen Kohlenwasserstofföls mit einer spezifischen Gewicht von 1,0 bis 1,3, einem Wasserstoff/Kohlenstoff-Atomverhältnis von 0,5 bis 1,0, einer An ;natizität von mehr als 50° ₀, gemessen nach NMR, und einem Siedebereich von 250 bis 450" C und gegebenenfalls 50 bis 2500 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Teile der Pechzusammensetzungen, eines Zusatzmate.ials oder mehrerer Zusatzmaterialien aus Lehm, Sand, Kies, Kieselerde, Zement, Perlit, Flugasche, Asbest, Steinwolle, Glasfasern, Papier, Sägemehl, natürlichen und synthetischen Fasern, Kunststoffen oder Gummi.