DE2146903B2

DE2146903B2 - Verfahren zum herstellen einer polyaethylen und/oder polypropylen enthaltenden mischung auf bitumen-oder asphaltbasis

Info

Publication number: DE2146903B2
Application number: DE19712146903
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Haberl, Paul, Klein-Wolkersdorf (Österreich)
Priority date: 1971-09-20
Filing date: 1971-09-20
Publication date: 1976-12-30
Also published as: DE2146903C3; DE2146903A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Poiyäthylen und/oder Polypropylen enthaltenden Mischung auf Bitumen- oder Asphaltbasis für Bauzwekke, wobei das Polyäthylen bzw. Polypropylen und gegebenenfalls weitere Kunststoffe mit dem Bitumen bzw. Asphalt verschmolzen werden.

Es ist bekannt. Mischungen für Bauzwecke, insbesondere für den Straßenoberbau, z. B. Verschleißschichten von Straßen, durch den Zusatz von polymeren Stoffen zu verbessern, wobei sich insbesondere Polyäthylen oder Polypropylen als günstig erwiesen haben (Plaste und Kautschuk, 14 [1967], S. 324 und GB-PS 10 47 118). Der Zusatz dieser Polymeren bewirkt, daß die aus der Mischung hergestellte Straßenbelagschicht zäher wird, so daß die in dieser Schicht enthaltenen Steinchen beim Bremsen der Kraftfahrzeuge bzw. unter dem Einfluß von Spikes nicht so leicht herausgerissen werden. Die in dieser Schicht enthaltenen Steinchen bzw. sonstigen Zusatzstoffe werden von dem Polyäthylen bzw. Polypropylen besonders eng und zäh umschlossen, so daß die Festigkeitseigenschaften verbessert werden. Außerdem wird die Griffigkeit des Fahrbahnbelages verbessert.

Nachteilig an den bisherigen Vorschlägen ist jedoch, daß das Polyäthylen bzw. Polypropylen verhältnismäßig teuer ist, so daß insbesondere bei größeren Mengen, wie sie für die Herstellung von Fahrbahnen größerer Länge erforderlich sind, erhebliche Kosten anfallen. Außerdem ist die Mischung von Polyäthylen bzw. Polypropylen mit dem Bitumen bzw. Asphalt nicht leicht durchzuführen, wenn auf eine gleichmäßige Verteilung des Polyäthylens bzw. Polypropylens im Bitumen bzw. Asphalt Wert gelegt wird, was aus Gründen gleichmäßiger Beschaffenheit der Mischung erwünscht ist. Aus der GB-PS 10 47118 ist ein Verfahren zum Einverleiben von Regeneratgummi bekannt, bei dem auch Abfallpolyäthylen verwendet werden kann. Abfallpolyäthylen ist aber nicht mit einem teilweise abgebauten Regenerat gleichzusetzen.

Oer Erfindung Jiegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daö einerseits die Herstellung einer gleichmäßigen Mischung erleichtert wird und zum anderen die Kosten der Mischung herabgesetzt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß das Polyäthylen bzw. Polypropylen als teilweise abgebautes, mineralische oder pigmentöse Verunreinigungen enthaltendes Regenerat dem Bitumen bzw. Asphalt in Form von rieselfähigen Teilchen zugesetzt wird, und daß gegebenenfalls zusätzlich geschäumte Kunststoffe zugesetzt werden.

Bisher bestand gegen die Verwendung von Abfallpolyäthylen bzw. -propylen ein Vorurteil, da diese Stoffe zumeist stark verschmutzt sind und sich eine Reinigung nicht zu rentieren scheint Es hat sich nun aber gezeigt, daß die Verunreinigungen, welche den Poiyäthylen- bzw. Polypropylenabfällen anhaften, im Zuge der Verwendung des Polyäthylens bzw. Polypropylens als Zusatzstoffe für die Herstellung von Mischungen der genannten Art nicht nur keinen Nachteil bedeuten, sondern sogar vorteilhafte Wirkungen ausüben. Die den Abfällen anhaftenden Staubteilchen erhöhen die Griffigkeit des aus der Mischung hergestellten Straßenbelags. Ferner hat es sich gezeigt, daß die dem Bitumen bzw. Asphalt zugeführten Poiypropylen- bzw. Polyäthylenteilchen um so weniger zum Zusammenbacken vor bzw. während des Einbringvorganges neigen, je verunreinigter diese Teilchen sind. Nun weisen aber die aus Polyäthylen- bzw. Polypropylenabfällen hergestellten Regenerate erhebliche Verunreinigungen auf. Beispielsweise sind Kunstdüngersäcke aus den erwähnten Kunststoffmaterialien stets innen durch den Kunstdünger verunreinigt, der staubige Form aufweist und mineralische Stoffe enthält die weder im Bitumen noch im Polyäthylen oder Polypropylen löslich sind und daher die Griffigkeit eines Straßenbelages erhöhen. Kartoffelsäcke sind zumeist mit Erde stark verschmutzt, wofür das gleiche wie für die Kunstdüngerteilchen gilt Farbschmutz, welcher vor der Bedruckung der Polyäthylen- bzw. Polypropylenprodukte herrührt, ist häufig pigmenthaltig und enthält daher ebenfalls Bestandteile, die gleichfalls die oben erwähnte günstige Wirkung ausüben. Im allgemeinen kann sogar gesagt werden, daß die Eigenschaften der Mischung um so besser sind bzw. die Herstellbarkeit einer homogenen Mischung der eingangs geschilderten Art um so leichter ist, je mehr Verunreinigungen am in das Bitumen bzw. den Asphalt eingebrachten Polyäthylen bzw. Polypropylen anhaften. Es hat sich aber herausgestellt, daß diese Farbzusätze keinen schädlichen Einfluß auf die Beschaffenheit des mit solchen Regeneratpolyäthylen- bzw. -polypropylcnzusätzen hergestellten Straßenbelages ausüben. Der Einfluß dieser Farbzusätze wird durch die schwarze Farbe des Bitumens bzw. des Asphaltes überdeckt.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß Regeneratpolyäthylen bzw. -polypropylen bereits zumeist etwas abgebaut ist und daher ein niedrigeres Molekulargewicht aufweist und im Bitumen bzw. Asphalt daher leichter zu lösen ist. Andererseits ist der Abbau aber nicht so beträchtlich, daß die günstigen Eigenschaften des Polyäthylens bzw. Polypropylens, insbesondere die mechanischen Eigenschaften desselben, leiden.

In der Praxis werden Polyäthylen- bzw. PolypropylenabfäUe, z.B. Säcke, Flaschen, Folienreste oder Rückstände gesammelt und zerkleinert Hierbei ist zweckmäßig Bedacht darauf zu nehmen, daß durch die Zerkleinerung bzw. die Wiederzusammenfügung der Zerkleinerungsprodukte zu größeren Teilchen nicht die oben erwähnten guten Eigenschaften beeinträchtigt werden.

Es empfiehlt sich, das Regeneratpolyäthylen bzw. -polypropylen in Flockenform dem Bitumen bzw. Asphalt zuzusetzen. Die Größe dieser Flocken ist zweckmäßig so zu wählen, daß jene Flocken erfaßt werden, die durch ein Rundlochsieb mit einem Rundlochdurchmesser von 03 bis 30 mm durchfallen. Die Flockenstärke kann 10 Mikron bis 500 Mikron betragen. Solche Flocken entstehen durch Zerreißen von Folien aus Polyäthylen- oder Polypropylenabfällen. Eine weitere Möglichkeit besteht erfindungsgemäß darin, daß Regeneratpolyäthylen bzw. -polypropylen in Agglomeration dem Bitumen bzw. Asphalt zuzusetzen. Solche Agglomerate entstehen dadurch, daß Folien oder Bänder aus Polyäthylen bzw. Polypropylen auf Flockengröße zerrissen werden und hierauf durch einen Verdichter unter Einwirkung von Hitze und zumeist in einer rotierenden Vorrichtung agglomeriert werden, so daß die Flocken zusammenschrumpfen und kompaktere Körperchen bilden, die einen körnigen Charakter annehmen. Diese Körperchen haben eine Größtabmessung von ca. 0,3 mm bis ca. 20 mm, wobei der Hauptanteil zwischen 2 und 10 mm liegt

Bei solchen Flocken bzw. Agglomeraten bleiben die Verunreinigungen weiterhin auf der Oberfläche der Flocken bzw. Agglomerate.

Gegebenenfalls kann das Regeneratpolyäthylen bzw. -polypropylen auch in Form von Granulaten dem Bitumen bzw. Asphalt zugesetzt werden, wobei die Korngröße der Teilchen 03 bis 8,0 mm beträgt. Solche Granulate enthalten zwar stets auch einen unvermeidlichen Staubanteil, dessen Korngrößen geringer sind als 0,3 mm, jedoch soll dieser Staubanteil gewisse Grenzen nicht überschreiten. Im allgemeiner, sollen innerhalb von 2 Minuten durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 4,2 mm höchstens 20 Gewichtsprozent fallen. Granulate werden durch Strangpressen des teigigen Kunststoffmaterials und durch anschließende Zerteilung der Stränge in kurze Stückchen erzeugt Der Querschnitt dieser Stückchen ist zumeist rund, reehtekkig oder quadratisch.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Regeneratpolyäthylen bzw. -polypropylen in Form geschnitzelter Teilchen dem Bitumen bzw. Asphalt zuzusetzen. Solche Teilchen sind flacher und länger als Granulate und können z. B. dadurch gewonnen werden, daß Polyäthylen- bzw. Polypropylenabfälle gehäckselt werden. Die entstehenden Schnitzel sind oft wesentlich kleiner als Granulate.

Allen diesen Teilchen (Flocken, Agglomeraten, Granulaten und Schnitzeln) ist der Vorteil gemeinsam, daß sie weniger stark als Pulver zur Staubbildung neigen und daß sie rieselfähig sind, so daß die Dosierung, insbesondere mittels automatischer Anlagen (Rutschen mit Schiebersteuerung), erleichtert wird. Auch beim Transport entstehen Erleichterungen dadurch, daß es genügt, solche rieselfähige Teilchen beim Lkw-Transport mit einer Plane abzudecken, wogegen bei einem Pulver eine Verladung in Säcken oder ein Transport im Tankwagen unerläßlich ist, um zu vermeiden, daß das Pnlvpr durch den Fahrtwind fortgetragen wird.

Im Rahmen der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn zunächst eine konzentrierte Mischung des Regeneratpolyäthylens bzw. Regeneratpolypropylens mit dem Bitumen bzw. Asphalt erzeugt wird und hierauf diese

S Mischung mit Bitumen bzw. Asphalt verdünnt wird. Es wird also ein zweistufiger Mischvorgang angewandt Dadurch wird eine bessere Homogenisierung des Polyäthylens bzw. Polypropylens im Bitumen bzw. Asphalt erzielt

ίο Die Mischungsverhältnisse richten sich nach dem ins Auge gefaßten AnwendungsfalL Es kann z.B. dem Bitumen bzw. Asphalt ein Polymeranteil von 1 bis 8 Gewichtsprozent beigesetzt werden. Der erhaltenen Mischung aus Bitumen bzw. Asphalt und Polyäthylen bzw. Polypropylen werden dann noch die für den jeweiligen AnwendungsfaU rn Betracht zu ziehenden Füllstoffe bzw. Zuschlagstoffe beigesetzt Das übliche Verhältnis von Bitumen bzw. Asphalt zu den Füllstoffen bzw. Zuschlagstoffen wird durch den Zusatz von Polyäthylen bzw. Polypropylen nicht oder nicht wesentlich berührt Wohl aber besteht die Möglichkeit Zuschlag- bzw. Füllstoffe geringerer Qualität als dies bisher üblich war, zur Anwendung zu bringen, da die Bindung dieser Zuschlag- bzw. Füllstoffe durch den Polymerzusatz wesentlich verbessert wird.

SelbstverständUch können Polypropylen und Polyäthylen nebeneinander zur Anwendung gelangea An Polyäthylen empfiehlt sich Hochdruckpolyäthylen mit einem möglichst niedrigen Schmelzpunkt um bei der Lösung des Polyäthylens im Bitumen bzw Asphalt möglichst niedrige Temperaturen anwenden zu können und so das Bitumen bzw. den Asphalt schonen zu können.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn dem Bitumen bzw. Asphalt zusätzlich ein geschäumter Kunststoff, insbesondere Polystyrol, zugesetzt wird. Dadurch wird der Frosteinflüß auf den Straßenbelag verringert Die Einbringung solcher geschäumter Kunststoffe wird durch den Polyäthylen- bzw. Polypropylenzusatz erleichtert.

Die Mischung des Polyäthylens bzw. Polypropylens mit dem Bitumen bzw. Asphalt erfolgt im allgemeinen in Kesseln bei einer Temperatur von 250 bis 280⁰C, wobei die Homogenisierung mittels eines Rührwerks durchge-

führt wird. Je höher die Mischtemperatur ist, desto kürzer kann die Mischzeit sein, jedoch sollen Temperaturen von etwa 280⁰C nicht überschritten werden, um das Bitumen bzw. den Asphalt zu schonen. Es empfiehlt sich für den Fall, daß bereits eine die Zuschlagstoffe enthaltende Mischung hergestellt werden soll, die Zuschlagstoffe auf etwa 180 bis 22O°C vorzuwärmen und erst dann beizugeben.

Es hat sich herausgestellt daß Mischungen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind, nicht nur eine verbesserte Hafteigenschaft, sondern auch einen niedrigen Brechpunkt und erhöhte Bruchfestigkeit aufweisen.

Ferner ergibt sich außer einer erhöhten Alterungsbeständigkeit der Vorteil, daß sich die Griffigkeit des

Straßenbelages mit der Zeit fast nicht ändert so daß die gute Anfangsgriffigkeit auch nach längerem Befahren des Straßenbelages erhalten bleibt. Da die Griffigkeit einer Fahrbahndecke erfahrungsgemäß ein wesentlicher Faktor für die Unfallhäufigkeit ist, kann gesagt werden, daß sich durch die Anwendung der in erfindungsgemäßer Weise hergestellten Mischung eine Herabsetzung der Unfallziffern ergibt.
Es wurden Messungen an zwei Asphaltfeinbetonpro-

<f

ben durchgeführt, deren Bindemittel wie folgt zusammengesetztwar:

Probe 1:

6,1% Bitumen, 0,5% Regeneratpolypropylen Probe 2:

6,1% Bitumen, 035% Regeneratpolypropylen

Der Erweichungspunkt des verwendeten Bitumens (B 80) betrug 48°C ohne Zusatz und 56°C mit Zusatz, gemessen nach der Ring- und Kugel-Methode. Das Regeneratpolypropylen stammte aus aufbereiteten Kunststoffabfall, wie Säcken, Folienresten, Dosen und Flaschen und wies sowohl mineralische als auch pigmentöse Verunreinigungen auf. Erstere waren vor allem aus Staub und Erdresten gebildet, die an den Kunststoffabfällen anhafteten, die letzteren aus Einfärbungsmaterialien (synthetische Farbstoffe und Naturfarbstoffe) und anhaftendem RuB.

hbch DIN 1996 ergab sich auf analytischem Wege durch Extraktion mit einem Lösungsmittel (Trichloräthylen) for beide Proben ein Bitumengehalt von 5,9%. Bei dieser Analyse wird der Kunststoffzusatz mit dem Trichloräthylen nicht herausgelöst.

Der Rest der Asphaltfeinbetonproben bestand aus üblichen mineralischen Füllstoffen mit folgenden Sieblinien (Siebsummenrückstände auf Quadratmaschensieben in Prozenten):

Hohlraumgehalte (an den Marshallkörpern errechnet)

Probet

Probe 2

8 mm 5 mm 2 mm 1 mm 0,63 mm 0,2 mm 0,09 mm unter 0,09 mm

1,0 20,5 54,0 75.0 82,5 88,0 90,5

9,5

1.0 21,0 55,5 75,5 83,0 88,5 90,5

9,5

Die Messungen ergaben folgende Ergebnisse: Marshallteste

Wegen der augenscheinlichen Zähigkeit des Mischgutes wurden zusätzlich zu der in der Norm \D1N 1996) vorgeschriebenen Verdichtungstemperatur von 135-140 Grad MarshaUkörper bei 180⁰C hergestellt, um die Verdichtungswilligkeit in Abhängigkeit von der Temperatur zu überprüfen.

Verdichtungstemperatur, ⁰C

Tragwert Tinkp

Fließwert

Fin

mm/10

VF

Raumgewicht in kg/dm³

Probe 1 140 180

Probe 2 140 180

920 1050

900 1050

31 33

32 38

29,7 31,8

28,7 27.6

2,40 2,415

2,40

2.41

Normalverdichtung

Bsi 180⁰C verdichtet

Probe 1 2,8%

Probe 2 2,8%

2,4%

Reibungswertmessung

Es wurde der Reibungswert an den beiden oben erwähnten Probestücken und an einer Vergleichsprobe, die keinen Kunststoffzusatz aufwies, jeweils vor dem Poliervorgang und nach einem Poliervorgang von einer Stunde Dauer gemessen (beide Proben wiesen eine durch wiederholtes Befahren verursachte Anfangsglätte auf):

Die Messung erfolgte nach der in der Zeitschrift »Straße und Autobahn«, Heft 10, 1970, Seiten 22, 23, beschriebenen Methode.

Reibungswert vor dem Polieren

nach dem
Polieren

Probe 1 Probe 2 Vergleichsprobe

036 036 036

036 036 032

Es zeigte sich, daß der bei den beiden kunststoffhaltigen Proben gemessene Reibungsbeiwert trotz des Poliervorganges unverändert blieb, wogegen er bei der nichtkunststoffhaltigen Vergleichsprobe infolge des Poliervorganges merklich absank. Daraus kann ge schlossen werden, daß die Griffigkeit von Straßenbelä gen, die mit polypropylhaltigen bituminösen Mischungen hergestellt worden waren, sich nicht oder im Vergleich zu bekannten Straßenbelägen weniger stark mit der Zeit ändert, so daß die gute Anfangsgriffigkeit erhalten bleibt

An Untersuchungen von Straßendecken hat sich herausgestellt, daß bei in herkömmlicher Weise ausgebildeten Straßendecken der durchschnittliche Verschleiß innerhalb des Winterhalbjahres zufo.'ge des Einflusses von Salzstreuung und Spikesreifen 2 bis 3 mm, höchstens 5 bis 8 mm betrug. Bisher bedingte dieser Verschleiß eine abnehmende Griffigkeit des Straßenbelages, wobei im allgemeinen die Tendenz beobachtet werden konnte, daß Straßendecken, die zur

so Glättebildung neigten, eine lange Lebensdauer aufwiesen. Offenbar war dies durch Überschüsse an Bindemittel in Verbindung mit niedrigem Hohlraumgehalt bedingt Verschleiß und Griffigkeit liefen daher bisher gegenläufig. Daher neigten viele Decken mit guter Griffigkeit zu übermäßigem Verschleiß infolge zu geringen Bindemittelanteils in Verbindung mit hohem Hohlraumgehalt Bei in erfindungsgemäßer Weise hergestellten Straßendecken wird nun diese grundsätzliche gegenläufige Tendenz von Griffigkeit und Ver- schleißverhalten der bituminösen bzw. asphaltösen Fahrbahndecken fast ganz ausgeschaltet, so daß die gute Anfangsgriffigkeit trotz geringen Verschleißes erhalten bleibt

Claims

'■ \ Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Polyäthylen «<% und/oder Polypropylen enthaltenden Mischung auf

^Bitumen- oder Asphaltbasis für Bauzwecke, wobei i'das Polyäthylen bzw. Polypropylen und gegebenen-' tails weitere Kunststoffe mit dem Bitumen bzw. ; Asphalt verschmolzen werden, dadurch ge- \ kennzeichnet, daß das Polyäthylen bzw. Polypropylen als teilweise abgebautes, mineralische oder pigmentöse Verunreinigungen enthebendes Regenerat dem Bitumen bzw. Asphalt in Forut von ^ rieselfähigeh Teilchen zugesetzt wird, und daß "* gegebenenfalls zusätzlich geschäumte Kunststoffe zugesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regeneratpolyäthylen bzw. Regeneratpolypropylen in Form von Flocken, Schnitzeln, Granulaten oder Agglomerates dem Bitumen bzw. Asphalt zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine konzentrierte Mischung des Regeneratpolyäthylens bzw. Regeneratpolypropylens mit Bitumen bzw. Asphalt hergestellt und hierauf diese Mischung mit Bitumen bzw. Asphalt verdünnt wird.