DE2321744B2

DE2321744B2 - Bitumenmassen

Info

Publication number: DE2321744B2
Application number: DE2321744A
Authority: DE
Inventors: Andre Le Clerval Goya; Rene Notre Dame De Gravenchon Smadja
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1972-05-12
Filing date: 1973-04-30
Publication date: 1978-12-14
Also published as: DE2321744A1; IT987229B; AU472109B2; FR2289580B1; BE820996Q; GB1385292A; DE2321744C3; US3821144A; ZA733202B; AU5551073A; FR2289580A1

Description

Die Erfindung betrifft Bitumenmassen, die verbesserte elastische Eigenschaften zeigen und zur Anwendung auf solchen Gebieten geeignet sind, wo die Kriterien der Geschmeidigkei: und der hohen mechanischen Beständigkeit zufriedenstellend erfüllt w^övden müssen.

Die Anwendung von Bitumen als Binder für den Straßenbau und in anderen Industriezweigen ist bekannt. Diese Produkte zeigten jedoch· schwache elastische Eigenschaften, so daß ihre Anwendung auf den Gebieten begrenzt war, für die die Kriterien der Geschmeidigkeit und der hohen mechanischen Beständigkeit notwendige Erfordernisse darstellen.

In diesem Zusammenhang wurde bisher vorgeschlagen, verschiedene Zusätze in die Bitumenmassen zur Erhöhung der gewünschten Elastizität einzuverleiber,. Für diese Zwecke wurden Copolymere von Äthylen und Vinylacetat beispielsweise gemäß der US-PS 34 42 841 vorgeschlagen. Es wurde jedoch festgestellt, daß, obwohl die Einverleibung von Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat eine Erhöhung der Elastizität des Bitumens bewirkt, hierdurch Bitumenmassen erhalten werden, die einen unzureichenden Zusammenhalt, d. h. die notwendige Spannung für eine gegebene Verformung, und gleichfalls schwache Haftfestigkeit zeigen.

Gemäß der Erfindung ergeben sich Bitumenmassen, die eine verbesserte Elastizität besitzen, gute Zusammenhalteigenschaften und ausreichende Haftfestigkeit zeigen, wodurch diese Materialien als Überzüge für verschiedene Oberflächen, Metallwerkstücke und insbesondere auf orthotropischen Oberflächen verwendet werden können.

Die Bitumenmassen gemäß der Erfindung bestehen aus einer größeren Menge an Bitumen, einer kleineren Menge eines Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat und sind durch eine kleinere Menge eines synthetischen Terpenharzes gekennzeichnet. Vorzugsweise bestehen die Bitumenmassen, auf das Gewicht bezogen, aus 50 bis 94% Bitumen, 5 bis 40% eines Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat und I bis 30% eines synthetischen Terpenharzes.

Die Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat enthalten vorzugsweise 10 bis 50Gew.% Einheiten, die sich vom Vinylacetat ableiten. Besonders bevorzugt sind Copolymere aus Äthylen und Vinylacetat, die einen Schmelzindex von 20 bis 30 besitzen, bestimmt gemäß ASTM-Methode D 638.

Die synthetischen Terpenharze sind Harze, die sich von Terpenrohmaterialien, wie Terpentin, K.iefernöl

ίο und verwandten Materialien, ableiten. Die Hauptbestandteile von Terpentin sind ein Terpen oder Pinen. Der Hauptbestandteil von Kiefernöl ist ein Gemisch von Terpenalkoholen (weitgehend a-Terpineol) mit geringen Mengen an Tsrpenkohlenwasserstoffen und -äthern. Das Kiefernöl wird durch Dampfdestillation von Kiefernholz erhalten.

Die Herstellung von harzartigen Materialien aus den vorstehenden Substanzen erfolgt durch Oxidation oder durch Polymerisation. Eine vollständigere Beschreibung der synthetischen Terpenharze, wie sie in den neuen Bitumenmassen gemäß der Erfindung angewandt werden, findet sich in »The Chemistry of Synthetic Resins«, Carleton Ellis, Band I, Reinhold Publishing Corporation, New York, N. Y. 1935.

Die in Bitumenmassen gemäß der Erfindung eingesetzten synthetischen Terpenharze haben vorzugsweise einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 50 bis 200⁰C. Stärker bevorzugt werden synthetische Harze mit einem Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 95 bis 105° C und einer Dichte bei 25° C von etwa 0,93.

Das Bitumen hat vorzugsweise einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 50 bis 200⁰C. Besonders bevorzugt werden Bitumen, deren Erweichungspunkt zwischen 43 und 6O⁰C und deren ASTM-Penetrationsindex bei 25° C zwischen 40 und 70 liegt.

Die Bitumenmassen gemäß der Erfindung können übliche Füllmaterialien enthalten.

Zur Erläuterung der verbesserten Eigenschaften bei Anwendung der Bitumenmassen gemäß der Erfindung wurde ein Vergleich zwischen (1) eiue,n reinen Bitumen mit einer Penetration von ⁴⁰Ao, (2) einem Bitumen mit einem Gehalt von 20Gew.% eines Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat mit einem Gehalt von 33 Gew.% sich von Vinylacetat ableitenden Einheiten,

(3) einem Bitumen gemäß (2) mit einem Gehalt von 15 Gew.% eines synthetischen Terpenharzes mit einem Erweichungspunkt von 95 bis 105⁰C und einer Dichte bei 25°C von 0,93 und schließlich (4) einem Gemisch aus 75 Gew.% des vorstehenden Bitumens, 20 Gew.% des vorstehenden Copolymeren und 5 Gew.% eines synthetischen Terpenharzes vorgenommen.

Das angewandte Terpenharz war durch katalytische Polymerisation der «- und 0-Pinene, die in Terpentin vorkommen, erhalten worden.

Die Elastizität und Haftung jedes der vorstehenden Materialien wurde nach dem üblichen Test der Spannung oder des Zuges mit konstanter Geschwindigkeit bewertet.

Die Ergebnisse bei der Bestimmung der Elastizität

ho und der Haftung sind in Fig. 1 dargestellt, wo die Ordinate die Zugbeanspruchung und die Abszisse die Verformung zeigt. In der Fig. I zeigt die Kurve 1 die Spannungs-Verformungsbeziehung für reines Bitumen. Die Kurve 2 wird für das Gemisch des gleichen

i>) Bitumens mit dem Copolymeren erhalten. Kurve 3 gilt für das Gemisch aus Bitumen mit 15 Gew.% des Terpenharzes. Kurve 4 wird mit dem Gemisch entsprechend der Erfindung erhalten, welches das

Bitumen, das Copolymere (E.VA.) und das synthetische Terpenharz enthält.

F i g. 1 zeigt den beträchtlichen Anstieg der Zugfestigkeit, weicher aufgrund der Einverleibung des Harzes in das Bitumen erhalten wird, sowie die Zunahme der auf das Copolymere zurückzuführenden Elastizität. Die Ergebnisse belegen weiterhin, daß das Gemisch aus Bitumen, Copolymeren und Terpenharz elastischer als Bitumen, ein Gemisch von Bitumen und Copolymeren oder als ein Gemisch von Bitumen und Terpenharz ist.

Die Wärmeempfindlichkeit der Gemische gemäß der Erfindung ist niedriger als diejenige des reinen Bitumens. Dies ergibt sich aus den Kurven der Fig.2, welche die Änderung der Penetration als Funktion der Temperatur zeigen, falls diese Temperaturen zwischen etwa 10 und 40° C liegen.

Die Kurven der Fig.3 zeigen die Abhängigkeit der Viskosität des Bitumens und eines erfindungsgemäßen Gemisches von der Temperatur zwischen etwa 100 und 220^cC. Es ergibt sich daraus, daß die Viskosität des erfindungsgemäßen Gemisches bei siner gegebenen Temperatur stets höher als diejenige de·; reinen Bitumens ist und daß sich die Viskosität des erfindungsgemäßen Gemisches mit der Temperatur weniger ändert

Es wurde auch festgestellt, daß die erfindungsgemäßen Gemische eine Zerbrechlichkeit bei niedrigen Temperaturen besitzen, welche weit niedriger als diejenige des reinen Bitumens ist, die als Grundlage für diese Gemische dient, und daß das Intervall der Plastizität, welches den Bereich der Temperatur angibv, innerhalb dessen das zu untersuchende Produkt eine bestimmte Geschmeidigkeit hat, weit breiter für die erfindungsgemäßen Gemische ist als bei dem reinen, als Grundlage für diese Gemische dienenden Bitumen.

Wie vorstehend angegeben, sind die Bitumenmassen gemäß der Erfindung besonders als Überzüge für

ίο orthotrope Oberflächen wertvoll. In diesem Zusammenhang können die Massen wirksam als Verkleidungsmaterial für Metallbrücken verwendet werden, wo orthotrope Platten-Überstrukturen verwendet werden. Diese Platten werden als orthotrop bezeichnet, wenn ihre mechanischen Eigenschaften in zwei senkrechten Richtungen nicht gleich oder ähnlich sind. Derartige Platten werden in Längsrichtung durch eine Reihe von Versteifern gestützt, die voneinander durch spezifische Abstände getrennt sind. Die Verkleidung derartiger Metallbrüexen ist den durch den Verkehr verursachten Spannungen unterworfen. Die Bitu.r.enmassen gemäß der Erfindung zeigen einen hervorragenden Zusammenhalt, wobei sich die erfindungsgemäße Masse erst bei relativ hohen Spannungsbeanspruchungen zu v?rformen beginnt und gleichfalls eine ausgezeichnete Elastizkät zeigt und dieses Material einen sehr hohen Verformungsgrad ohne Rißbildung zeigt und eine relativ hohe Entspannungsbeanspruchung hat.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bitumenmasse bestehend aus einer größeren Menge an Bitumen und einer kleineren Menge eines Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat, gekennzeichnet durch den Gehalt einer kleineren Menge eines synthetischen Terpenharzes.

2. Bitumenmasse nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß sie, auf das Gewicht bezogen, 50 bis 94% Bitumen, 5 bis 40% eines Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat und 1 bis 30% eines synthetischen Terpenharzes enthält.

3. Bitumenmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymere aus Äthylen und Vinylacetat 10 bis 50 Gew.% an Einheiten, die sich vom Vinylacetat ableiten, enthält.

4. Bitumenmasse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymere aus Äthylen und Vinylacetat einen Schmelzindex von 20 bis 30 besitzt

5. Bitumenmasse nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Terpenharz einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 50 bis 200° C, vorzugsweise 95 bis 105⁰C, besitzt.