DE19500425C1

DE19500425C1 - Verfahren zur Herstellung heißlagerstabiler Polymerbitumina aus Polyolefin-Altkunststoffen

Info

Publication number: DE19500425C1
Application number: DE19500425A
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr Buehler; Manfred Dr Gebauer; Reingard Knopel
Original assignee: Leuna Werke GmbH
Current assignee: GEBAUER, MANFRED, DR., 06179 ANGERSDORF, DE
Priority date: 1995-01-10
Filing date: 1995-01-10
Publication date: 1996-04-11
Anticipated expiration: 2015-01-11

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung heißlager stabiler Polymerbitumina aus Polyolefin-Altkunststoffen, die im Straßenbau und zur Herstellung von Dachbahnen eingesetzt werden sollen.

Straßenasphaltdecken in Kreuzungsbereichen, in Haltestellenbe reichen und auf Kriechspuren erleiden bei hohem Verkehrsaufkom men von LKW mit hohen Achsdrücken sowie bei hohen Brems- und Beschleunigungskräften bei Sommertemperaturen Verformungen und Verdrückungen, was sich in einer Spurrillenbildung auf Kriech spuren und in Haltestellenbereichen sowie in einer Wellenbil dung in Kreuzungsbereichen äußert. Bei Frosttemperaturen führt die Versprödung von Asphalten zu Rißbildungen, die Ausgangspunkt für die Zerstörung der Straßendecke sind.

Bekannte Verfahren zur Herabsetzung der Temperaturempfindlichkeit von Bitumina versuchen dieses Problem zu lösen durch den Zusatz von bitumenverträglichen Polymeren wie ataktischem Polypropylen, Styren-Butadien-Styren-Blockcopolymeren, Polyisopren, Natur kautschuk, Ethylen-Acrylat-Copolymeren, Ethylen-Vinylacetat- Copolymeren und von EPDM-Kautschuk.
(G. Zenke, Bitumen (1981) 1, 8-15;
K. Damm, Bitumen (1990)1, 2-9;
K. Kolb, Bitumen (1985) 3, 97-105;
G. Zenke, Das stationäre Mischwerk (1979) 5, 7-20;
K. Ditter, Straße und Autobahn (1989)9, 358-361;
O. Hartner, Die Asphaltstraße (1993) 2, 28-32).

Diese Kunststoffe erfüllen das Kriterium der Heißlagerbeständigkeit, d. h. bei Lagerung der Bitumen-Kunststoff-Mischungen bei 180°C erfolgt keine Phasentrennung unter Aufschwimmen des Kunststoffanteils. Diese Heißlager beständigkeit bildet die wesentliche Voraussetzung für die störungsfreie Ver arbeitung von Polymerbitumina in Asphaltmischstationen.

Bekannt ist der Einsatz von Altlasten auf Basis von Altreifenshredder zur Verbesserung der Elastizität von Asphaltstraßenbelägen (G. Zenke, Bitumen (1981) 1, 8-15). Der "Gummiasphalt" wird durch Verkochen des Altreifen shredders in Heißbitumen und Dosierung zu den Mineralstoffen bei der Asphalt fertigung in der Asphaltmischstation hergestellt. Der in Heißbitumen verkochte Altreifenshredder ist als Polymerbitumen nicht heißlagerbeständig.

Polyolefine wie Polyethylen und Polypropylen bilden mit Bitumen keine heißlagerstabilen Mischungen.

Auf Grund des hohen Aufkommens von Polyethylenabfällen aus der Ver packungsindustrie und von Landwirtschaftsfolien gibt es viele Bemühungen, durch gezielte Aufbereitungsmethoden eine begrenzte Verträglichkeit mit Bitumen zu erzielen und die Altkunststoffe einer werkstofflichen Wiederver wendung zuzuführen.

Bekannte Verfahren für eine Verbesserung der Verträglichkeit während des physikalischen Mischvorgangs der Komponenten sind die gemeinsame Behand lung von Polyethylen und Bitumen unter Anwendung hoher Scherkräfte in Kolloidmühlen (US 4 314 921, DE 39 20 878, US 5 137 946), der Zusatz von Kompatibilisatoren wie MSA-gepfropftem SB-Kautschuk und Glycidylmeth acrylat-gepfropftem EVA (FR 9 002 138), von Fettsäureestern (US 4 154 710) und funktionalisierten Wachsen (US 4 978 698; WO 8 705 313) sowie der Zusatz von Fluxmitteln wie schweren Erdöldestillaten (DE 40 32 218) oder Kiefernöl (Entsorgungspraxis 11(1993) 10, 688).

Der bereits vorgeschlagene Abbau von Polyolefin-Altkunststoffen im Extruder auf Schmelzindices im Bereich von 100 bis 150 g/10 min bei 190°C/21,19 N führt zu keinen heißlagerstabilen Polymerbitumina. Granuläre Compounds mit Bitumen können in Asphaltmischstationen bei der Herstellung von Straßen bitumina eingesetzt werden (DE 43 29 459).

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung heißlagerstabiler Polymerbitumina aus Polyolefin-Altkunststoffen zu entwickeln.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß sich beim Hochtemperaturabbau von Polyolefin-Altkunststoffen im Extruder auf ein Viskositätsniveau des Polyolefins von 100 bis 1500 mPa·s bei 250°C hinreichend reaktive Gruppen bilden, die bei der nachfolgenden Compoundierung mit Bitumen zu einer chemischen Kopplung der Komponenten führt. Durch Auflösung dieser Compounds in Bitumen im Rührreaktor lassen sich heißlagerstabile Polymer bitumina mit Kunststoffanteilen von 2,5 bis 8 Masse-% herstellen.

Als Polyolefin-Altkunststoffe werden dabei bevorzugt die Polyolefin-Misch fraktion der Altkunststoffaufbereitung, PE-ND aus der Altfolienaufbereitung sowie Polypropylen- und Polybuten-Gewerbeabfälle eingesetzt.

Zur Herstellung heißlagerstabiler Polymerbitumina muß der thermische Abbau der Polyolefin-Altkunststoffe bei 400 bis 480°C auf ein Viskositätsniveau von 100 bis 500 mPa·s bei 250°C erfolgen, beim thermooxidativen Abbau im Temperaturbereich 370 bis 450°C ergeben Abbauprodukte mit Viskositäten bis 1500 mPa·s bei 250°C die Voraussetzung für heißlagerstabile Polymerbitumina.

Erfindungsgemäß erfolgt nach dem Abbauschritt im Extruder durch Eindosie rung von Bitumen eine reaktive Compoundierung. Dabei wird der Polyolefin anteil im Compound auf 40 bis 80 Masse% eingestellt. Diese Compoundierung ist von Vorteil für die nachfolgende Auflösung des Compounds in Flüssig bitumen im Rührreaktor, wobei ein Kunststoffanteil von 2,5 bis 8 Masse% eingestellt wird. Für die Auflösung im Rührreaktor kann das Compound sowohl schmelzflüssig direkt aus dem Extruder als auch als Granulat eingesetzt werden.

Das granuläre Compound mit 40 bis 80 Masse% Altkunststoff kann ebenfalls in Anteilen von 0,2 bis 1 Masse% in Asphaltmischstationen zur Herstellung von polymermodifiziertem Asphalt verwendet werden.

Ausführungsbeispiele Beispiel

Die Pilotanlage zur Herstellung von Polymerbitumina aus Poly olefin-Altkunststoffen besteht aus einem Gleichlauf-Doppel schneckenextruder Typ Werner und Pfleiderer ZSK 53 mit Dosier bandwaage, Stopfwerk, Flüssigdosierinjektor und angeflanschtem statischen Mischer sowie 2 beheizbaren 750-l-Rührkesseln, die über beheizte Dosierrohre wechselseitig mit dem statischen Mischer verbunden sind.

In den Doppelschneckenextruder werden Polyethylenaltfolien schnitzel mit 35 kg/h dosiert und bei 430 bis 450°C einem thermischen Abbau unterzogen. Durch Eindosierung von Bitumen B 80 mit 35 kg/h in einen Injektor vor dem statischen Mischer erfolgt eine 1 : 1-Compoundierung mit Bitumen. Die Compound schmelze wird über einen Zeitraum von 60 min in einen Rühr kessel dosiert, in dem 584 kg Bitumen B 80 bei 165°C vorgelegt sind. Nach Umstellung der Dosierung auf den 2. Rührkessel wird die Polyethylen-Bitumen-Mischung weitere 50 Minuten bei 165°C gerührt und in den Lagertank überführt.

Das resultierende Polymerbitumen besitzt folgende Eigenschaften:

Duktilität\|12 cm
Brechpunkt	-13°C
Erweichungspunkt	70°C
Penetration (0,1 mm)	38
Heißlagerstabilität nach 36 h/180°C	ΔEP = 1°C

Die über einen Bypass vor der Bitumeneindosierung aus dem Extruder entnommene Analysenprobe an abgebautem Polyethylen besitzt eine Viskosität bei 250°C von 220 mPa·s.

Beispiel 2

In den Extruder der Pilotanlage nach Beispiel 1 wird mit 26 kg/h Shredderware aus der Polyolefinmischfraktion aus der Altkunststoffaufbereitung dosiert und die Polymerschmelze unter Einpressen von Luft bei 400 bis 415°C einem thermo oxidativen Abbau unterzogen. Durch Eindosierung von Bitumen B 80 mit 17,3 kg/h in einen Injektor vor dem statischen Mischer er folgt eine 60 : 40-Compoundierung mit Bitumen. Die Compound schmelze wird über einen Zeitraum von 50 min in einen Rühr kessel dosiert, in dem 505 kg Bitumen B 80 bei 175°C vorgelegt sind. Nach Umstellung der Dosierung auf den 2. Rührkessel wird die Polyolefin-Bitumen-Mischung weitere 40 Minuten bei 175°C gerührt und in den Lagertank überführt.

Das resultierende Polymerbitumen besitzt folgende Eigenschaften:

Duktilität\|16 cm
Brechpunkt	-9°C
Erweichungspunkt	57°C
Penetration (0,1 mm)	46
Heißlagerstabilität nach 36 h/180°C	ΔEP = 0,5°C

Die über einen Bypass vor der Bitumeneindosierung aus dem Extruder entnommene Analysenprobe der thermooxidativ abgebauten Polyolefinfraktion besitzt eine Viskosität bei 250°C von 850 mPa·s.

Beispiel 3

In einen Gleichlauf-Doppelschneckenextruder Typ Werner und Pfleiderer ZSK 53 mit Flüssigdosierinjektor, angeflanschtem statischen Mischer und Unterwassergranulierung wird eine Mischung aus PE/PP-Gewerbeabfällen mit 40 kg/h dosiert und unter Einpressen von Luft einem thermooxidativen Abbau bei 370 bis 430°C unterzogen. Durch Eindosierung von Bitumen B 80 mit 35 kg/h vor dem statischen Mischer erfolgt eine Compoun dierung mit Bitumen. Das Compound wird als Schmelze ausge tragen und durch Unterwassergranulierung konfektioniert. Das Bitumenmodifikatorcompound wird in der Asphaltmischstation mit einem Anteil von 0,6% bei der Straßenasphaltherstellung einge setzt.

Das bei der Analyse des Straßenasphalts durch Extraktion gewon nene Polymerbitumen besitzt eine Heißlagerstabilität nach 36 h/ 180°C von ΔEP = 1,5°C.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung heißlagerstabiler Polymerbitu mina aus Polyolefin-Altkunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß Polyolefin-Altkunststoffe im Extruder einem Hoch temperaturabbau auf ein Viskositätsniveau von 100 bis 1500 mPa·s bei 250°C und anschließender Compoundierung mit Bitumen unterzogen werden, wobei bei der Eindosierung von Bitumen in die Polyolefinschmelze ein Polyolefinanteil von 40 bis 80 Masse% im Compound eingestellt und das Compound nachfolgend in einem Rührreaktor bei 140 bis 200°C durch weitere Bitumenzugabe auf einen Kunststoff anteil von 2,5 bis 8 Masse% eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyolefin-Altkunststoffe die Polyolefin-Mischfraktion der Altkunststoffaufbereitung, PE-ND aus der Altfolienaufberei tung sowie Polypropylen- und Polybuten-Gewerbeabfälle ein gesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Extruder ein thermischer Abbau bei 400 bis 480°C auf ein Viskositätsniveau von 100 bis 500 mPa·s bei 250°C erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Extruder unter Eindosierung von Luft ein thermo oxidativer Abbau bei 370 bis 450°C auf ein Viskositäts niveau von 400 bis 1500 mPa·s bei 250°C erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die compoundierte Polyolefin-Bitumen-Schmelze un mittelbar schmelzflüssig in den Flüssigbitumen enthalten den Rührreaktor dosiert wird, wo die Einstellung auf den Kunststoffanteil von 2,5 bis 8 Masse% erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die compoundierte Polyolefin-Bitumen-Schmelze nach Austrag aus dem Extruder einer Unterwassergranulierung unterzogen wird und als granuläres Compound bei der Polymerbitumenherstellung im Rührreaktor eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 und 6, dadurch gekenn zeichnet, daß durch Einsatz des granulären Compounds in Anteilen von 0,2 bis 1,0 Masse% bei der Straßenasphalt herstellung in der Asphaltmischstation die Herstellung des Polymerbitumens in situ erfolgt.