DE2411821A1 - Bitumen- und polymerzusammensetzung auf der basis von bitumen und carboxylierten elastomeren oder elastoplastischen polymeren - Google Patents

Description

12/10/h.t ,

Case 633

AHIC S,ρ.Α., Palermo / Italien

Bitumen- und Polymerzusammensetzung auf der Basis von Bitumen und carboxylierten Elastomeren oder elastoplastisehen Polymeren

Die Erfindung "betrifft Bitumen-Kautschuk-Zusammensetzungen auf der Basis von Bitumen, vermischt mit carboxylierten Polymeren zur Verwendung im Straßenbau, beim Hausbau und für industrielle Zwecke.

Es ist bekannt, daß der Zusatz von Polymeren mit Elastizitätsund Plasto-Elastizitäts-Charakteristika, beispielsweise Styrol-Butadien-, Ithylen-Propylen-, Butadien-Acrylnitril-, Copolymere, natürlicher Kautschuk, Polyisopren, Butylkautschuk usv/., zu Bitumen, Teer und zu natürlichem Asphalt diesen Mischungen derartige Elastizitätscharakteristika verleiht daß die resultierenden Produkte entschieden höhere bzw. bessere Haltbarkeits- und Anwendbarkeitscharakteristika aufweisen als solche, die mit Bindemitteln erhalten werden, die keine der vorstehenden erwähnten Polymeren enthalten.

409839/0728

In den letzten Jahren wurde das Anwendungsgebiet der Bitumen-Elastomermischungen sowohl im Straßenbau als auch im Bauwesen und in vielen anderen Zweigen der Industrie immer weiter. Ein sehr wesentlicher technischer Nachteil best'and jedoch immer darin, daß das Polymere mit elastischen oder elastoplastischen Eigenschaften bzw. Charakteristika falls es in der Bitumen-Po lymer-Mi sch ung die Menge von 5% überschritt, diese Mischungen aufgrund ihrer hohen Viskosität schwierig bearbeitbar machte.

Auch die Schichtbildung aus der resultierenden festen Asphaltmasse (bzw. Asphaltbeton) bereitet große Schwierigkeiten. So werden aufgrund der überaus hohen Viskosität dieses Produkts die Bearbeitungs- und Schichtbildungs- bzw. Auftrageapparaturen beträchtlichen Belastungen ausgesetzt, was sich negativ auf die Lebensdauer dieser Vorrichtungen auswirken kann. Es ist ersichtlich, daß die elastischen Eigenschaften des Produkts vorwiegend durch die vorhandene Menge des Elastomeren in der Bitumen-Polymermischung bedingt werden und tatsächlich entsprechen großen Polymermengen bessere Elastizitätsqualitäten dieser Mischungen als im Gegensatz hierzu einem geringen Prozentsatz von elastomerem oder elastoplastischem Polymeren. Die elastischen Qualitäten der Polymeren sind aufgrund des durch die vorstehend genannte obere Zusatzgrenze von 5% lediglich in sehr begrenzter Weise verwertbar.

Es wurde nun gefunden, daß dieser Nachteil durch Verwendung von Bitumenmischungen mit einem Gehalt von 1-30 Gew.-$>, bezogen auf die gesamte Mischung, an carboxylierten Elastomeren oder elastoplastischen Polymeren, behoben v/erden kann. Die Carboxyl!erung wird unter Verwendung . von

mindestens einer äthylenisch ungesättigten Monocarbonsäure, vorzugsweise ausgewählt aus Acryl-,Methacryl-,Äthacryl- und Crotonsäuren, oder mindestens einer äthylenisch ungesättigten Dicarbonsaure, ausgewählt aus Itaoon-, Malein-, Fumar-, Mesacon- und Citraconsäuren, oder mindestens einem äthylenisch ungesättigten primären Amid, vorzugsweise ausgewählt aus Acrylamid, Methacrylamid, Äthylacrylamid, Crotoiiamid, Itaconamid, Methylitaconamid als Coinonomeres durchgeführt.

409839/0728

Als Carboxylierungsmittel können vorteilhaft auch Mischungen von zwei oder drei Verbindungen des vorstehenden Typs verwendet werden.

Die Menge des carboxyIierenden Monomeren oder des carboxylierenden Gemischs kann im Bereich von 1 - 20$ liegen.

In den Zusammensetzungen der carboxylierten Polymeren (unabhängig davon, ob sie Homopolymere, Copolymere oder Terpolymere sind) können beispielsweise, jedoch ohne eine Einschränkung darzustellen, die folgenden Monomeren vorhanden sein: Styrol, Acrylnitril (von 0 - 80¹Zo)₁ Butadien, Isopren (sowohl vom synthetischen als auch vom natürlichen Typ), Chloropren, Äthylen-Propylen, Butylen, Cyclopenten (von 0 - 99$).

Aus dem Diagramm der Figur 1 läßt sich ableiten, daß bei Zusatz von 5$ carboxyliertem Polymeren ein Bindemittel (binder) erhalten wird, das eine Viskosität aufweist, die unter der einer Mischung liegt, die eine geringere Menge eines nioht-earboxylierten Polymeren enthält. Beispielsweise hat eine 10%-ige Mischung von carboxyliertem elastomerem Styrol-Butadien-Polymeren eine geringere Viskosität als eine Mischung des gleichen Bitumens, die 5$ nicht-carboxyliertesjelastomeres Butadien-Styrol-Polymerisat enthält.

Aus dem gleichen Viskositäts-Temperatur~Diagramm 1 läßt sich entnehmen, daß es möglich ist, bearbeitbare Mischungen durch Zusatz von Prozentsätzen von carboxyliertem Styrol-Butadien-SBR-Kautschuk zu erhalten, die über 10% liegen.

In Figur 1 wird das Viskositäts-Temperatur-Diagraram eines Bitumens allein und seiner Mischungen mit carboxylierten und nichtcarboxylierten Styrol-Butadien-Kautschuken dargestellt. Darin bedeuten:

• B 80/100 eine Mischung mit einer Penetration

von dram 80/100, durchgeführt bei 25⁰C während 5 Sekunden unter einem Gewicht von

100 g

409839/0728

4- + 3$ SBR stellt eine Mischung dar, die 3 $ nicht-carb-

oxylierten Styrol-Butadien-Kautschuk enthält und mit dem vorstehenden 80/100 Bitumen auf 100$ ausgeglichen wurde;

α + 5$ SBR stellt eine Mischung dar, die 5$ nicht-carboxy-

lierten Styrol-Butadien-Kautschuk enthält und mit dem vorstehenden 80/100 Bitumen auf 100$ ausgeglichen wurde;

O 10$ SBR stellt eine Mischung dar, die 10$ cart) oxy Ii er ten

Styrol-Butadien-Kautschuk enthält und mit dem vorstehenden 80/100 Bitumen auf 100$ ausgeglichen wurde;

© 5$ SBR stellt eine Mischung dar, die 5$ carboxylierten

Styrol-Butadien-Kautschuk enthält und mit dem vorstehenden 80/100 Bitumen auf 100$ ausgeglichen wurde.

409839/0728

Zusammensetzung der Mischungen

Mischzeit

Mis chtemperatur Mischung (Referenz)

1X Penetration bei 25⁰C (unter einem Gewicht von 100g während 5'')

Bitumen + 1Gew.$> trockener, carboxylierter Latex 30'

ςο 2) Erweichungspunkt, rSng und Kugel C

3) i'raass öruchpunkt

o,

4) Dukxilität bei

10⁰C

cm

5) Viskosität in P bei 500Q

" 70⁰C " QO⁰C

" 130⁰C » 150⁰C

P.I. (Penetrationsinaex) (Pfeiffer)

14O⁰C 12

72	5	102
51,
-13	5
7,	X
8,51	: χ
6,62	31
98,	07
27,	21
8,	1
2,

Tabelle^ ■

BitxSTen⁼+⁼5~Gew.f₀ Bitumen + 10 Gew.* Bitumen + 20 Gew. xrockener, carb- trockener, carb- trockener, carb-

oxylierter Latex 30'

oxylierter Latex 30'

0,89 140⁰C 13

68 55,5 -13 7,5

2,26 χ 1,16 τ 1,70 χ

33,0

12,7 5,7

+ 0,89.

140⁰C 14

54

60,3

-13

7,5

oai'boxylierter Latex 30'

140⁰C 15

44

70,7 -15 7

4,59 *	10	2,4 x	10'	78	ro
2,57 χ	103	8,3 x	103		1182
3,56 χ	102	9 t 42 Je	102
99,4		. 3,37 x	102
43,9		93,4	5
14,9		32,12
1,29		+ 2,

Tabelle 2

Mischung

Zusammensetzung:

Bitumen allein thermisch "behandeltes Bitumen

Bitumen + trokkener SBR-Kautschuk-Late χ
Gewichtsteile

	Bitumen 60/100 allein	100	—	100
CD CO	thermisch behan deltes Bitumen bO/100		100
839/07	SBR carboxylierter SBR		:	5
ro CD	Charakteris~tika:
	Penetration bei 25 C (unter 100g während 5'') dmm	93	79	62
	Ervve i c nun gs punk t iting und Kugel G	48,6	51,8	63,7
	Penetrationsindex	+ 0,13	+ 0,17	+ 2,32
	Praass bruchpunkt	-18	-H	-12
	Duktilität bei 40C cm	19	11	>100

Bitumen + trokkener, carboxylierter SBR-.Kautschuklatex Gewichtsxeile

IOC·

6 £3

5b	,5
+ O	,09
-13
7	,5

Mischung

Zusammensetzung:

Bitumen allein

	"Viskosität	1	in P (Poise)	7,36	χ	103
	"bei	1	50*C	5,22	χ	ΙΟ*
•ί-	It	1	70 »c	65	A
Ο CD	1It		900C	15	,6
CO	tt		1ο°σ	4,	91
Ca) CD	ti	300C	2,	10
	It	5O=1C
O
-J

thermisch "be	Bitumen. + trok-	Bitumen + troc
handeltes Bi	kener SBR-Kaut	kener, carbox'ylier-
tumen	schuk-Latex	ter SBK-Late χ
	Gewichtsteile	Gewichtsteile
1,24 x 104	6,2 χ 105	2,26 χ 104
7,58 χ 102	5,1 χ ίο*	1,16 χ 103
92,1 ' ·	7,0 χ 103	1,70 χ 102
19.3	1,8 τ. 102	38
5,8	60	13 .
2,3	25	5,7

Tabelle_3

Marshall - Stabilitäts - Tests an Asphaltbeton eines tragenden Fahrbahntyps

ASTM 1559 - 71 - Methode

	trockener carboxy- lierter SBR-Kaut- schukiatex Gewichtsteile	Gew.-$	5,5	5,5	5,5	5	5	. 5	,5
	Bitumen auf Asphaltbeton	Gew.-f?	2,453	2,457	2,446	5,5	5,5	5	,422
ή» O CO	Gew. /Vol.	g/cc	13,20	13,22	13,16	2,439	2,431	2	,04
00 Ca)	Bixumenvolumen	io	83,38 3,42	83,52 3,26	83,15 3,69	13,13	13,08	13	,33 ,63
9/072	Aggre gatvolumen Leerstellen	Io Io	79,4 62,5	79,4 63,0	78,1 63,8	82,91 3,96	82,64 4,28	82 4	,8 ,0
00	Bitumenvolumen	% mm	1708	1803	1654	76,8 63,5	75,3 63,0	73 64
	10.0 - Aggreg.vol. Höhe der Probe	kg		1722		1691	1863	1710
	korrigiert Stabi lität	kg	2,5	2,β ^,53	2,3		1754		,4
	mittlere Stabili tät	mm min.			1,7	1,7 1,6	1
	i'luß JJurchschnitt

Steifheitsindex 680 1096 -*

Ifabelle 4-

Bitumen 80/100 Gew.-^ 75

carboxylierter SBR-Kautschuk-Latex trockener 5584 latex vom Europren-Typ

(Handelsname AUIC) (Gew.-Teile) Gew.-# 25

Erweichungspunkt R.B. (Ring und Kugel, gemäß Consiglio ITazionale Ricerche)

Penetration "bei 25⁰C (unter 100 g χ 5") (ASTM D-565)

PRAASS-Brucnpunkt
Penetrationspunkt (*)

(*) Der Penetrationsindex v/ird durch "The properties of Asphaltic Bitumen", Seite 167 ff veranschaulicht und drückt die thermische SusceptiMlität des Produkts aus.

= 'log« 800 logarithmus der Penetration (bei 25⁰C)

R.B.

0C	94
dmm	34
0C	-18
	+ 5

409839/0728

Die Tabellen 1 und 2 bestätigen tatsächlich, daß ein carboxylierter SBR-Biturnen, das 20$ des letzteren enthält, bei 150⁰C eine Viskosität aufweist, die fast der bei der gleichen Temperatur unter Zusatz von 5$ nicht-carboxyliertem SBR gleich ist,wodurch alle Anwendungsmöglichkeiten der Bitumen-Eautschukmischungen mit einem Elastomergehalt über 5$ ermöglicht werden und gleichzeitig die elastischen Qualitäten-dieser gleichen Mischungen proportional zu der Zunahme der Mengen des verwendeten Elastomeren verbessert werden.

Aus den Tabellen 1 und 2 läßt sich auch folgendes ableiten:

Y/ährend die erfindungsgemäße bindende Mischung eine leichte Verbesserung hinsichtlich des PRAASS-Bruchpunkts zeigt, ergibt der Marschalltest an den resultierenden Asphaltbetonen ein Steif— heits-Indexverhältnis zwischen der Stabilität in kg und dem Fluß in mm, das gut das doppelte der Asphaltbetone beträgt, die keine Mischungen von Bitumen mit Kautschuk enthalten. Dies wird durch Tabelle 3 bewiesen, aus der ersichtlich ist, daß der ¥ert für den Steifheitsindex für Mischungen von lediglich Bitumen bei 680 kg/mm liegt und es mit Mischungen von carboxylierten Bitumen-Elastomeren möglich wird, zu einem Steifheitsindex von 1096 kg/mm zu gelangen. Mit anderen Arten von nicht-carboxylierten Elastomeren tritt dies jedoch nicht auf.

Die Tabelle 3 und Figur 2 zeigen auch die absoluten ¥erte der Komplex-Moduli (sie sind komplex, da sowohl die Viskosekomponente als auch die elastische Komponente in Betracht gezogen sind); aus ihnen ergibt sich, daß die Vorteile der Einarbeitung von Kautschuk, die in dem Bindemittel feststellbar sind, auch in den resultierenden Asphalt-Betonen zu finden sind.

In Figur 2 ist der absolute Werte des Komplex-Moduls E,kg/cm², bei Temperaturen von O⁰C, 20⁰C, 4O⁰C und im Frequenzbereich zwischen 0,03 und 30H_z gezeigt.

Die in einem üblichen Asphalt-Beton verwendeten Bindemittel (binders) werden durch folgende Symbole dargestellt:

409839/0728

D = Bitumen 80/100 + 10$ carboxylierter Styrol-Butadien-Kaut schule;

^ = Bitumen 80/100 + 5$ carboxylierter Styrol-Butadien-Kautschuk;

O = Bitumen 80/100 + 5$ nicht-carboxylierter Styrol-Butadien-Kautschuk;

» = Bitumen 60/80

Mr industrielle Zwecke und Bauzwecke werden Mischungen verwendet, die den in der Tabelle 4 aufgezeigten entsprechen können.

Die als Yersiegelungsmaterialien zum Wasserdichtmachen verwendeten Mischungen, Tabelle 4, von Betonelementen liegen in der Praxis im Penetrationsgebiet von 30/40 bei 25⁰G und weisen einen Penetrationsindex über 4 auf.

Die in den Diagrammen der Figuren 1 und 2 und in den Tabellen 1, 2, 3 und 4 aufgeführten Daten dienen lediglich zur Yeranschaulichung der durch die Erfindung erzielbaren Vorteile und stellen keine Beschränkung dar.

409839/0728

Claims (7)

1. Patentansprüche

   Polymer-Bitumen-Zusammensetzungen, bestehend aus Mischungen von Bitumen und elastomeren oder elastoplastischen Polymeren, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Polymeren mit Carboxylierungsprodukten, ausgewählt aus äthylenisch ungesättigten primären Amiden, äthylenisch ungesättigten Monocarbonsäuren und äthylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren carboxyliert sind.
2. 2. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   das Bitumi aufweist.

   das Bitumen bei 25⁰C eine Penetration im Bereich von 20 bis 200
3. 3. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomeren oder elastoplastischen Polymeren Styrol, Acrylnitril, von 0 - 80$, Butadien, Isopren sowohl natürlichen als auch synthetischen Ursprungs, Chloropren, Äthylen, Propylen, Butylen, Cyclopenten,von 0 - 99$ sind.
4. 4-. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gkennzeichnet, daß die Monocarbonsäure ausgewählt ist aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Äthylacrylsäure und Crotonsäure.
5. 5. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äthylenisch ungesättigte Dicarbonsäure ausgewählt ist aus Itaconsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Mesaconsäure und Citraconsäure..
6. 6. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das äthylenisch ungesättigte primäre Amid ausgewählt ist aus Acrylamid, Methacrylamid, Äthylacrylamid, Crotonamid, Itaconamid und Methylitaconamid.
7. 7. Zusammensetzung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das carboxylierte Produkt eine Mischung aus verschiedenen, in den Ansprüchen 3-6 aufgeführten Produkten ist.

   409839/0728

   e e

   r's*e ite