DE19726615A1 - Verfahren zur Herstellung von polymermodifiziertem Bitumen - 1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein zweistufiges Verfahren zur Herstellung von polymermodifiziertem Bitumen auf der Basis von Altelastomeren.

Bitumen ist ein Gemisch aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen und schwankenden Anteilen an paraffinischen, naphtenischen und aromatischen Strukturen. Haupteinsatzgebiete sind der Straßenbau, Vergußmassen, Dachbahnen, Anstrichstoffe für den Bautenschutz und Ab­ dichtungsmassen gegen Grundwasser.

Bitumina besitzen keine elastischen Eigenschaften und verspröden bei niedrigen Tempera­ turen und erweichen bei höheren Temperaturen.

Es ist bekannt, daß man durch Zusatz von Additiven, vorzugsweise synthetischen Polymeren, die sogenannte Plastizitätsspanne vergrößern kann; das heißt, die Differenz zwischen Er­ weichungspunkt und Brechpunkt. Bekannte Kunststoffe zur Herstellung von polymer­ modifizierten Bitumina sind ataktisches Polypropylen, Styrol-Butadien-Styrol- oder Styrol-Isopren-Styrol-Triblock-Copolymere, Ethylen-Copolymere mit Vinylacetat oder Acryl- bzw. Methacrylsäureestern oder EPDM.

Im allgemeinen wird dabei Bitumen und das Kunststoffgranulat in einem Behälter über fünf bis sechs Stunden gerührt, mit einer Pumpe abgezogen und einer Homogenisiereinrichtung zugeleitet. Ein neues, kontinuierlich arbeitendes Verfahren wird in DE-OS 37 27 456 vor­ gestellt. Hierzu wird einem Vorgefäß eine geregelte Menge Synthesekautschuk-Granulat, z. B. nicht ölverstrecktes Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer sowie ggf. Füll- und Hilfsstoffe zuge­ führt, das Gemisch gerührt und auf Niveau gehalten, dem Vorgefäß kontinuierlich ent­ nommen, kontinuierlich mit Bitumen versetzt und die fertige Bitumen-Polymermischung nach einmaligem Durchgang durch eine kontinuierlich arbeitende Homogenisiereinrichtung, z. B. eine Rotor-Stator-Maschine, zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt.

In DE-OS 39 20 878 wird eine spezielle Homogenisierungsbehandlung zur Verteilung von Thermoplasten oder Thermoplastmischungen in Bitumen vorgeschlagen, wobei die zuge­ führte Energie unter größtmöglicher Schonung des Materials, insbesondere des eingesetzten Bitumens, differenziert und gezielt zum gewünschten geregelten Abbau des bzw. der im Gemenge enthaltenen Thermoplaste eingesetzt wird. Nach der erfindungsgemäßen Lehre soll dem Bitumen und Thermoplast enthaltenden Gemenge die der Differenz zwischen der Behandlungstemperatur und der Zersetzungstemperatur des bzw. der Thermoplaste ent­ sprechende Energiemenge in Form von kinetischer Energie zugeführt und das Gemenge an einer Prallfläche abrupt abgebremst werden, um leicht mit dem Bitumen reagierende Molekülbruchstücke des Thermoplasten bzw. der Thermoplastmischung zu bilden.

Aus dem Stand der Technik (R. DELMÉ in GAK 1977, S. 842-847) in und der Lehre der DE-OS 30 37 390 ist bekannt, daß oxidierte Bitumina mit Teleblock-Copolymeren, wie Styrol-Butadien-Styrol-Copolymere, nicht verträglich sind.

In jüngerer Zeit wird auch verstärkt versucht, Altkunststoffe über spezielle Aufbereitungs­ verfahren, z. B. nach DE-OS 43 29 459, für den Einsatz als Bitumenmodifikator zu er­ schließen, um zum einen die Gestehungskosten zu minimieren und zum anderen die Recyclingprodukte einer sinnvollen wirtschaftlichen Verwertung zuzuführen. Der Erfolg derartiger Zusätze ist in der Regel von dem erreichten Verteilungsgrad und der Stabilität der Mischung abhängig.

Die Patentschriften DE-PS 44 24 290 und DE-PS 44 24 291 zeigen Möglichkeiten auf zur Verbesserung der Verträglichkeit, bei denen die Polyolefin-Altkunststoffe und Altelastomere in einem Extruder einer reaktiven Compoundierung unterworfen werden. Dabei erfolgt eine Pfropfung von bevorzugt Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, Itakonsäureanhydrid oder Acryl-/Methacrylsäure auf die Altkunststoffe. Zur Herstellung der heißlagerbeständigen Polymerbitumina werden den oben beschriebenen modifizierten Pfropfcopolymeren beim Einbringen in das Bitumen reaktive Zusatzstoffe in Mengen von 0,1 bis 3 Ma.-% zugesetzt.

Als reaktive Zusatzstoffe kommen hierbei bevorzugt basische Metallverbindungen, wie Oxide, Carbonate und Acetate von Calcium, Zink, Magnesium und Eisen sowie Diamine, flüssige Polybutadiene mit Aminoendgruppen oder Butadien-Acrylnitril-Kautschuk zur Anwendung.

Wesentliche Nachteile bekannter Verfahren sind die hohen Temperaturen und die langen Einarbeitungszeiten bei hohen Temperaturen, in deren Folge es zu Schädigungen und nicht gewünschten Veränderungen bei dem eingesetzten Bitumen kommt.

Um die großen Viskositätsunterschiede zwischen Bitumen und dem eingesetzten Polymeren zu verringern, werden die Polymeren oftmals in ihrer Molmasse durch hochscherende Mischer, die nach dem Rotor-Stator-Prinzip arbeiten, reduziert. Im allgemeinen wird nach dem Stand der Technik die Hauptkomponente Bitumen vorgelegt und das in Anteilen von 5 bis 15 Ma.-% in der Endmischung befindliche Polymere bei hohen Temperaturen von ca. 180°C eingearbeitet. Bei Verwendung einfacher Rührer, z. B. von Balkenrührern, müssen die Polymerpellets vor der Zugabe zu Pulver vermahlen werden. Bei Zusatz der Kunststoffe als Granulate müssen zur Vergrößerung der Dispersionsgeschwindigkeit zusätzliche Scher­ wirkung einbringende Hochgeschwindigkeitsmischer verwendet werden, die eine quasi "Naßvermahlung" der Polymeren in Bitumen vornehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zur schonenden Herstellung von polymermodifizierten Bitumina zu entwickeln.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein zweistufiges Verfahren zur Herstellung von polymer­ modifiziertem Bitumen auf der Basis von Altelastomeren und Destillatbitumen bzw. Destillatbitumenmischungen und/oder einem angeblasenen Bitumen, bei dem in einer ersten Stufe das Altelastomere auf eine Korngröße ≦10×10 mm zerkleinert, das zerkleinerte Altelastomere in einem Doppelwellenkneter mit gegenläufigen Schaufeln mit unterschiedlicher oder gleicher Drehzahl bei 50 bis 80°C, vorzugsweise bei 60 ±2°C plastifiziert und diskontinuierlich mit Bitumen versetzt wird, wobei die Masse immer plastisch bleibt und wieder einphasig wird, danach bei Erreichen eines Verhältnisses von Altelastomeren zu Bitumen von 80 : 20 bis 40 : 60, vorzugsweise von 60 : 40 bis 50 : 50, die weitere Bitumenzugabe abgebrochen, die Masse kontinuierlich oder stufenweise während der Einarbeitung oder danach in Abhängigkeit von der Bitumensorte von der Anfangstemperatur auf eine Endtemperatur zwischen 110 und 140°C temperiert und 10 bis 60 Minuten nachhomogenisiert und in einer zweiten Stufe die Mischung direkt oder nach Zwischenlagerung in einfachen Rührbehältern in 15 bis 60 Minuten in weiterem Bitumen bis auf die gewünschte Endeinsteilung gelöst wird.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1 bis 3

Zum Einsatz gelangte ein Doppelwellenkneter mit gegenläufiger Rotation der Schaufeln mit unterschiedlichen Drehzahlen. In Vorversuchen wurden verschiedene Schaufeltypen (Walzen, Nocken, Sigma, Bunbury) mit Drehzahlen der linken zur rechten Schaufel im Verhältnis 2 : 3 bis 3 : 2 getestet. Die zerkleinerten Altelastomeren wurden im Temperaturbereich 40 bis 80°C plastifiziert und portionsweise mit festem Bitumen versetzt. Dabei wurde darauf geachtet, daß die Masse immer plastisch blieb. Eine zu schnelle oder zu große Mengenzugabe an Bitumen führt zu einem "Bewegen" der Masse in einem Bitumenfilm. Wichtig ist, daß die Bitumenmenge ("Lösungsmittel") hierbei portionsweise zugegeben wird. Nach jeder Bitumenzugabe muß so lange geknetet werden, bis die Masse homogen ist.

In der folgenden Tabelle sind die Versuchsergebnisse dargestellt, die mit einem Doppel­ walzenkneter bei einem Drehzahlverhältnis 3 : 2 erhalten wurden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von polymermodifiziertem Bitumen auf Basis von Altelastomeren und Destillatbitumen bzw. Destillatbitumenmischungen und/oder einem angeblasenen Bitumen, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Stufe das Altelastomere auf eine Korngröße ≦10×10 mm zerkleinert, das zerkleinerte Altelastomere in einem Doppelwellenkneter mit gegenläufigen Schaufeln mit unterschiedlicher oder gleicher Drehzahl bei 40 bis 80°C, vorzugsweise bei 60 ±2°C plastifiziert und portionsweise festes Bitumen so zugesetzt wird, daß die Masse immer plastisch bleibt, bei Erreichen eines Verhältnisses von Altelastomer zu Bitumen von 80 : 20 bis 40 : 60, vorzugsweise von 60 : 40 bis 50 : 50, die weitere Bitumenzugabe abgebrochen, die Masse kontinuierlich oder stufenweise während der Einarbeitung oder danach in Abhängigkeit von der Bitumensorte von der Anfangstemperatur auf eine Endtemperatur zwischen 110°C und 140°C temperiert und homogenisiert und 10 bis 60 Minuten nachhomogenisiert und in einer zweiten Stufe die Mischung direkt oder nach Zwischenlagerung in einem einfachen Rührbehälter in 15 bis 60 Minuten bei 150 bis 180°C in weiterem Bitumen bis auf die Endeinstellung gelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlbereich des Doppelwellenkneters von 2 : 3 bis 3 : 2 variiert werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe des Bitumens diskontinuierlich erfolgt und zwischen zwei Zugaberaten wieder ein einphasiger Batch vorliegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einarbeitung unter inerten Bedingungen erfolgt.