DE1917501C3 - Pechzusammensetzungen - Google Patents

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 erstarit und welches direkt verarbeitet werden kann.

Gegenstand der Erfindung sind Pechzusammensctzungen, bestehend aus 100 Gewichtsteilen eines pulverförmigen Pechs mit einem Wasserstoff/Kohlenstoff-Atomverhältnis von 0,4 bis 0,65, einem Erweichungspunkt von 70 bis 400 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 2500" C 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 Atmosphärendruck bei einer Temperatur von 250 bis 450" C 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-Atom verhältnis von 0,5 bis 1,0, einer Aromattzität von mehr als 50° ₀, gemessen nach NMR und einem Siedebereich von 250 bis 450 C und gegebenenfalls 50 bis 2500, bezogen auf 100 Teile der Pechzusammensetzungen, Gewichtsteilen eines Zusatzmaterials oder mehrerer Zusatzrnaterialien 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 an Hand \on Ausführungsbeispielen erläutert.
Die Pechmischungen gemäß der Erfindung untei-

as scheiden sich hinsichtlich ihrer chemischen Struktur vollkommen \on Naturasphalten, die eine große Anzahl von Seitenketten und Bindeketten mit paraffinischeri Kohlenstoff enthalten. Das in den erfindungsgemäßen Pechzusammensetzungen enthaltene, künstlich hergestellte Pech besteht vorwiegend aus aromatischen 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. Au* 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 verarbeitet werden kann. Diese Maßnahme unterscheidet sich von dem zum Auflösen bei Natunsphaltprodukten durchgeführten Verschnittvorgang. Das zugegebene besondere Öl verdampft nicht, sondern wird von dem pulverför-

So migen 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^DC, behandelt wird, daß das sich dabei ergebende teerartige Produkt destilliert wird und daß die sich dann ergebende F'raktion oder der Kohlenteer innerhalb eines Siedebereichs von 250 bis 450'C destilliert wird.

Ein Öl mit einem Siedebereich von 250 bis 450 C,

ι 917

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 Öi dem Pech zugeben würde, dann vväie 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.

Die nach der Erfindung benutzte Menge des aromatischen Öls beträgt vorzugsweise 7 bis 50 Teile, bezogen auf 100 Teile des puKngen 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 200Teilen verfestigt sich der Brei sehr schlecht.

Durch die Verwendung der etfindungsgemäßen Pech/usammensetzung kann man Mateiialien erhalten, die Ni^-1ITi verfestigten bis zum erhärteten Zustand reichen und die man insbesondere für Bauzwecke benutzen kann, insbesondere zum Siraßen- und Brückenbau sowie zum Gebäudebau, ferner kann man das erfindunesgemäße Material als Schutz- und Abdichtmasse für Kraftfahrzeuge, sonstige Fahrzeuge sowie für Bauten benutzen. Das crfindungsgemüüe Material kann man ferner als Asphaltfarbe Dachhedeekungsmuterial, wasserdichtes Materia! u^r d als Spezialüberzuc-material für Eisen- und Stahlplatten Nerwenden. I:s ist erstaunlich, daß die durch Verwendung der ertindungsgemäßen Pechzusammenset/ungen erzeugten Gegenstände oder Gebilde bei Zimmerte.nperatur vollkommen aushärten. Das erhärtete Material hat ein wesentlich geringeres spezifisches (iewicht als normaler Beu>n und außerdem eine hohe Zähigkeit und Wasserbesiändigkeit. Ferner ist es beachtlich, daß man evr, Material mit derartigen wünschenswerten Eigenschaften auf einfachste Weise erhalten kann, indem man ledmlich eine einfache Mischung ansetzt und keine mühsamen Verfahren ausführen muß. Daher ist das erfindungsgemäße Material insbesondere für Bauzwecke geeignet. Die Bindefähigkeit 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 Mischverhältnisse achten. Die Mischverhähnisse der Zusätze reichen von 50 bis 2500 Teile, vorzugsweise von 100 bis 1200 Teile und optimal von bis 600 Teile, jeweils bezogen auf 100 Teile der Pechzusammensetzung. Je nach Art der Teilchengröße des Zusatzes und dem Verwendungszweck, können die Missverhältnisse 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. A'lerdings gibt es einige Zusatzmaterialien, bei aenen man derart hohe Mischungsverhältnisse benutzen kann. Dies hängt auch in hohem Maße ν on der Teilchengröße ab. Wenn man weniger als 50 Teile benutzt, ίο verliert das Zusatzmaterial die Fähigkeil, als Aggregat zu wirken.

Da die aus den erfindungsgemäßen Pechzusammensetzungen hergestellten Gegenstände sehr gut auf Metallen haften, kann man sie auch als sehr große Konstruktions- oder Bauteile mit Metallverstärkung benutzen.

Die erfindungsgemäßen Pechzusammensetzungen können unterschiedliche Verfestigungs- oder Erhärtungszeiten aufweisen, und zwar in Abhängigkeit von den Missverhältnissen. Im allgemeinen ist das erfindungsgemäße Material hei Zimmertemperatur in 1 bis 2 Tagen erhärtet, lirliitzl nun das Materia! auf 80 C. dann wird es bereits in 2 bis 3 Stunden hart. Lm weitere Einzelheiten bezüglich der Art und des Verwendungszwecks des ertindungsgemäßen Materials zu geben, wurden im folgenden bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben.

Beispiel 1

Naphtha wird bei 1250 C während einer Berührungszeit von 0,002 Sekunden behandelt, um Pech zu bilden. Nach dem Entfernen von Bestandteilen mit einem Siedepunkt niedriger ais 450 C wird das Pech gemahlen. Dieses Pech hat ein H C-Verhältnis von 0.53, in Benzol unlösliche Bestandteile von 65°₀, einen Erweichungspunkt zwischen 230 und 240 C und ein spezifisches Gewicht von 1.35. Diejenigen Teilchen des gemahlenen Pechs, die durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0.147 mm (mesh 100). jedoch nicht durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0.064 mm (mesh 250) fallen, werden gesammelt.

Diesen gesammelten Pechieilchcn 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 durch Destillation des teerartigen 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 JIS-K 2207 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle

Probe

Pcchzusam-

mcnsct/.ung

(Gewichts-

teile)

Misehverhiihnis Penetration (nach JIS

Aromatisches Kohlen« asser-

stofföl (Gcwichtsicilc)

I nmittelhai nach dem

100
100
100
KX)

20	mehr als	2(H)
50	mehr als	200
100	mehr als	200
200

h JlS-	K2207)	N ac ti	Nach
siach		2 Tagen	3 Tagen
I Tag		13	10
20		35	25
45		<>0	50
75		4 S	70
115

Beispiel 2

Die Probe 1 des Beispiels 1 wird erhitzt und gehärtet. Dabei benötigt man bei 80^; C 1 Stunde, um eine Penetration von weniger als 20 zu erhalten. Bei 120 C benötigt man 5 Minuten weniger. Für die Probe 3 sind die entsprechenden Zeiten 7 bis 8 Stunden bei 80^cC 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 0,246mm (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 1OG bis mesh 250) unterteilt. Jeweils 100 Gewichtsteilen von diesen nach Korngrößen unterteilten Gruppen werden 20 Gewichtsteile des im Beisp^;el 1 beschriebenen aromalischen 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 größereOberfläche 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 .M?-K22O7)
L nnimelbar
nach dem
Mischen

7200
44

Beispiel 4

Nach
1 Tag

38
27
20

Nach
2 Tagen

25
14
13

Eine Kerosinfraktion wird bei 1350 C und einer Kontaktzeit von 0,001 Sekunden behandelt, um einen pechartigen Stoff zu erzeugen. Aus diesem Stoff werden die leichteren, flüchtigeren Bestandteile miteinemSiedepunkt unter 450'C entfernt.

Die auf diese Weise erzeugte Pechzusammensetzung hat ein H/C-Verhältnis von 0,51, in Benzol unlösliche Bestandteile von 70°/,,, einen Erweichungspunkt von 250 C und ein spezifisches Gewicht von 1,40. Dieses Pech wird zu 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 0,49? 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 •pezifisches Gewicht 1.6 und dessen Druckfestigkeit $40 kg/cm² beträgt.

Dieses nach der Erfindung hergestellte Material hat «ine Wasseradsorptionsfähigkeit von nahezu 0°/₀ im Gegensatz zu Zement oder Beton, deren Adsorptionstähigkcit etwa 10°/_n beträgt. Dieses Material ist daher !»esonders für den Berg- oder Tiefbau geeignet.

Beispiel 5

Naphtha wird bei 1300 C und einer Kontakt7eit von 0,'0O2 Sekunden behandelt. Dabei entstein eine

Pechzusammensetzung mit einem H/C-Verhältnis von 0,52 und in Benzol unlöslichen Bestandteilen von 70°/₀. Diese Pechzusammensetzung wird zermphlen, 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, 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 \on 70°'_o 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 vSand)	Pech	Aromatisches Kohlenwas serstofföl	100	80	20	Spezifisches Gewicht	Druckfest keit
(Gewichtsteile)	200	80	20		(kg/cm:
400	so	20	1,52	245
600	80	20	1,56	300
	1,57	120
1,59	70

30 Da die Druckfestigkeit von herkömmlichem Beton etwa 350 kg cm² und das spezifische Gewicht 2,0 beträgt, sind die nach der Erfindung hergestellten Malerialien 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)

Aromatisches
Pech Kohlenwasserstofföl

(Gewichtsteile)

Spezifisches
Gewicht

100
200
400

80
80
80

20
20
20

1,65
1,75
1,77

Druckfestigkeit

(kg/cm²)

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.

60

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 cm gegossen und für 3 Tage stehengelassen. Die dann gemessene Druckfestigkeit ist in Tabelle 5 zusammengestellt.

	Pech (Gcw	Aromatisches Öl ichtsteile)	Tabelle	S	Druckfestigkeit <kg/cms)	Wärmeleitfähigkeit (kcal/h/m1/0 C/m)
Perlit	70 70 70	30 30 30	Spezifisches Gewicht	130 75 50	0,15 0,098 0,066
100 200 400		0,9 0,8 0,7

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 Eigenschaften 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.

ι aoeiie ο

Probe	Sand	Perlit	Pech	Aromatisches Öl	20	Zement	Wasser	Absorptions fähigkeit
			(Gewichteteile)	20			(%)
1	100	_	80	20			0
2	200	—	80	—			0,5
3	—	100	80			1,1
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 (1)

1. ! 917 501

   Patentanspruch:

   Pechzusammensetzungen, bestehend aus 100Gewichtsteilen eine^ pulverförmigen Pechs mit einem Wasserstoff/Kohlenstoff-Atomverhältnis von 0,4 bis 0,65, einem Erweichungspunkt von 70 bis400^cC, 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 einei Temperatur von 700 bis 25OO^DC 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 Atmosphärendruck bei einer Temperatur von 250 bis 450 C erhalten worden ist, und 7 bis 200 Gewichtsteilen eines aromatischen Kohlenwasserstofföls mit einem spezifischen Gewicht \on 1.0 bis 1.3, einem Wasserstoff/ Kohlenstoff-Atomverhältnis von 0,5 bis 1,0, einer Aromatizität 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 Zusalzmaterials oder mehrerer Zusatzmaterialien aus Lehm. Sand, Kies. Kieselerde, Zement, Perlit. Flugasche, Asbest, Steinwolle, Glasfasern, Papiei, Sägemehl, natürlichen und synthetischen Fasern, Kunststoffen oder Gummi.