DE2418977B2

DE2418977B2 - Verfahren zur Herstellung eines aus mineralischen, polymeren und bituminösen Bestandteilen bestehenden Materials

Info

Publication number: DE2418977B2
Application number: DE2418977A
Authority: DE
Inventors: Antoon Jacob Van Den Epe Berg (Niederlande)
Original assignee: Hollandsche Wegenbouw Zanen Bv Heemstede; Olster Asphalt Fabriek Bv Olst
Current assignee: Hollandsche Wegenbouw Zanen Bv Heemstede; Olster Asphalt Fabriek Bv Olst
Priority date: 1973-04-19
Filing date: 1974-04-19
Publication date: 1978-03-23
Also published as: JPS5136283B2; US4028293A; DE2418977A1; NL7305619A; JPS5053418A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus mineralischen, polymeren und bituminösen Bestandteilen bestehenden Materials, durch Vermischen der vorerhitzten Bestandteile mit den polymeren Bestandteilen vor Zugabe des bituminösen Bestandteils.

Aus der niederländischen Patentanmeldung 7108 690 ist die Herstellung von Asphaltmassen, die mineralische Zuschläge und ein Polymerisat enthalten und die für den Straßenbau verwendet werden können, bekannt. Nach diesen Vorschlag dient die Verwendung des Polymerisats dazu, die Theologischen Eigenschaften des Bitumens zu verbessern. Das hierbei verwendete Polymerisat muß bestimmte Eigenschaften besitzen und insbesondere ein synthetischer Kautschuk vom Blockmischpolymerisattyp sein, der der allgemeinen Formel A-B-A entspricht, in der A und B unterschiedliche, thermoplastische, nichtelastomere Polymerisatblöcke bedeuten, zum Beispiel Polystyrol-Polyisopren-Polystyrol-BIöcke, wobei man dieses Material zur Herstellung der Asphaltmassen in Gegenwart mindestens eines Teils des mineralischen Zuschlags mit dem Bitumenbestandteil vermischt. Gemäß der genannten Patentanmeldung kann dieses Vermischen in verschiedener Weise erfolgen:

a) Man setzt das Blockmischpolymerisat zu einer Mischung aus dem Bitumenbestandteil und dem mineralischen Zuschlag zu.

b) Man vermischt das Blockmischpolymerisat mit der Gesamtmenge des mineralischen Zuschlags, bevor man den Bitumenbestandteil zusetzt.

c) Man vermischt das Blockmischpolymerisat mit einem Teil des mineralischen Zuschlags, wonach man den Rest des mineralischen Zuschlags zugibt, bevor man den auf 135 bis 185'C erhitzten Bitumenbestandteil zugibt. Die gesamte Menge des Zuschlags kann zuvor bei erhöhter Temperatur, zum Beispiel bei 200⁰C, getrocknet worden sein

d) Man vermischt das Blockmischpolymerisat mit einem Teil des mineralischen Zuschlags und gibt diese Mischung zu dem Bitumenbestandteil und dem Rest des mineralischen Zuschlags,
ίο Bei diesen Mischverfahren wird das Blockmischpolymerisat als Pulver oder als Lösung in einem flüchtigen Lösungsmittel eingesetzt. Die Menge, in der das Blockmischpolymerisat verwendet wird, befragt 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Menge des Bitumenbestandteils. Die Menge des Blockmischpolymerisats plus des Bitumenbestandteils beträgt 1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Menge des mineralischen Zuschlags. Demzufolge ist der polymere Bestandteil in einer Menge von höchstens 1 bis 5 %, bezogen auf den Bitumenbestandteil, vorhanden, was bedeutet, daß die Bitumenbestandteiie gegenüber den polymeren Bestandteilen in erheblichem Überschuß vorhanden sind.

In der niederländischen Patentanmeldung 69 00 269 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Materials durch Vermischen vorerhitzter mineralischer Bestandteile mit 10 bis 25 Gew.-% Kunststoffmaterialien und Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur, die mindestens gleich ist der Schmelztemperatur des Bestandjo teils des Abfallkunststoffmaterials mit dem höchsten Schmelzpunkt, beschrieben. Es ist erforderlich, daß die Kunststoffbestandteile thermoplastische Harze sind, in denen geringe Mengen hitzehärtbarer Harze vorhanden sein können. Diese Materialien können j5 für Bau- und/oder Straßenbauzwecke und für den Wasserbau verwendet werden.

In den ausgelegten Unterlagen der österreichischen Patentanmeldung 3 07 960 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Straßenbaumaterials beschrieben, bei dem einem sogenannten offenen Asphalt, d. h. einem Gemisch, welches einen Überschuß an Schotter enthält, so daß zwischen den einzelnen Schotterteilchen Hohlräume auftreten, ein Elastomeres zugesetzt wird. Hierdurch wird beabsichtigt, die Haftung zwischen dem Schotter und dem Füllmaterial und die Alterungsbeständigkeit sowie die Elastizität zu verbessern.

Demgegenüber ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Materialien anzugeben, die für den Straßenbau sowie den Wasserbau geeignet sind und eine verbesserte Starrheit aufweisen.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung eines aus mineralischen, polymeren und bituminösen Bestandteilen bestehenden Materials durch Vermischen der vorerhitzten mineralischen Bestandteile mit den polymeren Bestandteilen vor der Zugabe des bituminösen Bestandteils, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß als polymere Bestandteile zerkleinerte thermoplastische Polymerisate, gegebenenfalls in Form von zerkleinertem Abfa'ilmaterial vorliegende Produkte, und der bituminöse Bestandteil in einer Menge von höchstens 100 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der polymeren Bestandteile, eingesetzt werden, worauf die erhaltene, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Additiven versetzte, Mib5 schung durch Pressen verformt und anschließend abkühlen gelassen wird.

Im Gegensatz zum Verfahren nach den ausgelegten Unterlagen der österreichischen Patentanmeldung

3 07 960 werden erfindungsgemäß nicht Elastomere, sondern Thermoplaste verwendet. Diese Thermoplaste bilden beim erfindungsgemäßen Verfahren eine gerüstartige Struktur, in der Sandkörner vorliegen, die mit Kunststoff eingehüllt sind und in deren Zwischenraum die bituminösen Produkte aufgenommen werden.

Es hat sich gezeigt, daß es zur Herstellung von Materialien mit zufriedenstellenden Verarbeitungseigenschaften und guten mechanischen Eigenschaften nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst erforderlich ist, die mineralischen Bestandteile auf eine Temperatur von mindestens 180"C zu erhitzen, wonach man die nicht erhitzten polymeren Bestandteile in zerkleinerter Form zusetzt und anschließend die bituminösen Bestandteile zugibt.

Diese spezielle Verfahrensweise und das Verhältnis der einzelnen Bestandteile führt überraschenderweise zu Materialien mit unerwartet günstigen Eigenschaften.

In den weiter unten angegebenen Vergleichsbeispielen sind die Ergebnisse angeführt, die man dann erhält, wenn man teilweise von dem erfindungsgemäßen Verfahren abweicht. So werden bei dem Vergleichsbeispiel 1 keine bituminösen Bestandteile verwendet. In dem Vergleichsbeispiel 2 werden die mineralischen Bestandteile nicht vorerhitzt. Bei dem Vergleichsbeispiel 3 werden grobe polymere Bestandteile verwendet. Bei dem Vergleichsbeispiel 4 werden die zerkleinerten polymeren Bestandteile vorerhitzt, während bei dem Vergleichsbeispiel 5 zunächst die vorerhitzten mineralischen Bestandteile mit den bituminösen Bestandteilen vermischt werden, bevor die polymeren Bestandteile zugesetzt werden. Gemäß dem Vergleichsbeispiel 6 werden die vorerhitzten mineralischen Bestandteile mit einer Mischung aus heißen bituminösen Bestandteilen und zerkleinerten polymeren Bestandteilen vermischt.

Als mineralische Bestandteile werden für den Straßenbau Sand und Mischungen aus Sand und Kies bevorzugt. Für gewisse Anwendungszwecke kann der Sand vollständig, in größerem oder kleinerem Umfang durch zerkleinertes Glas, zum Beispiel das als Industrieabfall anfallende, oder Schlacke ersetzt werden, die aus Hochöfen, metallurgischen Betrieben oder Müllverbrennungsanlagen herstammt.

Als thermoplastische Polymerisate werden zum Beispiel Polyäthylen, Polypropylen, Polybutylen, Polyvinylchlorid, Polyamide und thermoplastische Polyester, wie Polyacrylate, verwendet. Die Herkunft der polymeren Bestandteile ist nicht von Bedeutung, vorausgesetzt, daß diese Bestandteile in zerkleinerter Form vorliegen oder zerkleinert werden können. Daher können als polymere Bestandteile zum Beispiel granulierte Rohmaterialien, zerkleinerte Rohmaterialien oder Abfallprodukte der Polymerisatherstellung eingesetzt werden. Zum Beispiel sind aus Gründen der Umweltsauberhaltung die sogenannten Haushaltskunststoffabfälle von besonderer Bedeutung. Diese Abfallprodukte, die aufgrund ihrer Zersetzungsbeständigkeit nicht oder nur schlecht abgebaut werden, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in nützliche Produkte überführt werden. Naturgemäß bestehen diese Kunststoffabfälle aus einer großen Anzahl unterschiedlicher synthetischer Substanzen, die jedoch zum überwiegenden Teil in Form von thermoplastischen Polymeren vorliegen. Ein relativ niedrig liegender Prozentsatz von hitzehärtbaren Harzen ist kein Hinderungsgrund für die Durchführung des Verfahrens, da diese hitzehärtbaren Harze als Füllstoffe eingearbeitet werden. Geringe Mengen gegebenenfalls vorhandener anderer Produkte stellen ebenfalls kein Hindernis dar.

Bezüglich der Form und der Abmessungen der zerkleinerten Polymerisat-Bestandteile ist zu sagen, daß die Form von unwesentlicher Bedeutung ist, so daß Schuppen, Körnchen, Pellets, grobe Mahlprodukte,

κι Schnitzel und geschnittene oder gebrochene Stücke in wirksamer Weise verwendet werden können, wobei die Abmessungen ebenfalls in großem Ausmaß variieren können, was überwiegend von dem angestrebten Verwendungszweck abhängt.

Die Menge, in der die polymeren Bestandteile verwendet werden, kann sich von 2 bis 30 Gew.-% erstrecken, bezogen auf das Gewicht der mineralischen Bestandteile, was jedoch von den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts abhängt, wie zum Beispiel der Abnützungsbeständigkeit, der Elastizität, der Rauhheit, der Stabilität, der Bindungsstärke, der Zugfestigkeit, der Druckfestigkeit, der Wärme- und Schallisolationseigenschaften. Für den Straßenbau sind im allgemeinen Mengen von 4 bis 10 Gew.-% zufriedenstellend.

Materialien, die hohen Anforderungen hinsichtlich der Wärme- und Schallisolation entsprechen müssen, enthalten mindestens 15 Gew.-% der polymeren Bestandteile.

Als bituminöse Bestandteile werden zum Beispiel bituminöse Teere oder Peche sowie sogenanntes synthetisches Bitumen verwendet. Die Auswahl der verwendeten Produkte hängt wiederum von dem Verwendungszweck ab. Für gefärbte Materialien werden im allgemeinen so wenig bituminöse Bestandteile wie möglich verwendet, da das Pigmentieren beeinträchtigt wird.

Der bituminöse Bestandteil wird in Mengen von höchstens 100 Gew.-%, vorzugsweise jedoch in Mengen von 20 bis 60 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der polymeren Bestandteile, eingesetzt.

Weiterhin ist es möglich, in die Materialien die üblichen Füllstoffe und/oder Additive einzuarbeiten. Je nach ihrer Art werden die Füllstoffe und Additive dem mineralischen Bestandteil oder dem polymeren Bestandteil zugegeben.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildeten Materialien zeichnen sich durch spezielle Eigenschaften aus. Wie aus den Beispielen 1 und 2 hervorgeht, erhält man für Straßenpflaster geeignete Materialien, die eine Marshall-Stabiiität von mindestens 1500 bzw. 2000 kg bei 60"C und eine nach der Proctor-Methode bestimmte Druckfestigkeit von mindestens 80 kg/cm² aufweisen. Zu Vergleichszwecken ist festzuhalten, daß Sandasphalt unter den gleichen Bedingungen eine Marshall-Stabilität von < 100, Kiesasphalt eine Marshall-Stabilität von 200 bis 500 kg und offener Asphaltbeton eine Marshall-Stabilität von 500 bis 1000 kg besitzen.

bo Es hat sich weiterhin gezeigt, daß der Prozentsatz der bituminösen Bestandteile und der polymeren Bestandteile, sowie das Verhältnis dieser Materialien zueinander von großer Bedeutung für die mechanischen Eigenschaften sind. Es ergibt sich eine überraschende abrupte Verbesserung der Druckfestigkeit, wenn gewisse minimale Mengenverhältnisse der genannten Bestandteile überschritten werden. Diese Tatsachen ergeben sich aus der folgenden Tabelle.

Zusammensetzung in Gewichtsteilen
Sand Polyäthylen Bitumen

Druckfestigkeil
kg/cnr

100	2
100	4
100	6
100	8
100	2
100	4
100	6
!00	8

11,8
17,4
87,4
90,3
17,3
92,3
90,0
88,9

In Beispiel 1 ist ein Material beschrieben, das aus Sand, Polyäthylen und Bitumen besteht, während das in Beispiel 3 beschriebene Material Sand, Polyvinylchlorid und Bitumen umfaßt. Die zwischen den Werten für die Marshall-Stabilität und die Druckfestigkeit -'<) dieser beiden Beispiele liegenden Werte kann man dadurch erreichen, daß man eine geeignete Menge Polyäthylen durch Polyvinylchlorid ersetzt.

Die bei der erfindungsgemäßen Herstellung von Straßenbaumaterialien erforderlichen Mischzeiten sind besonders kurz. Wenn man 4 Gew.-% Polyäthylenschnitzel verwendet, ist eine Mischzeit von 15 Sekunden ausreichend.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß keine besonderen Vorrichtungen erforderlich sind. Man verwendet beispielsweise die für den Straßenbau üblichen Maschinen.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Materialien können für den Straßenbau verwendet werden, sowohl für den Unterbau als auch für fi die Oberschicht, und zwar für alle Arten von Straßen, für Randbereiche in der Nähe von Ampeln, für Parkplätze, Bushaltestellen und Straßenmarkierungen unterschiedlicher Färbung; sie können auch in der Bauindustrie zur Ausbildung von Böden und Bodenplatten 4i> für Fabriken und Häuser, fürTürschwellen, Fußgängerstreifen, Wandziegel und Wandplatten, wärme- und schallisolierende Platten, Abwasserkanal und Kanalisationsröhren und in der chemischen Industrie Verwendung finden.

Beispiel 1

Man erhitzt 1 t Sand in einer Mischkammer auf 230C und gibt unter dauerndem Rühren 40 kg nichterhitztes, zerkleinertes (zerrissenes) Polyäthylen zu und vermischt die Produkte während 15 Sekunden. Anschließend gibt man unter fortdauerndem Durchmischen 20 kg auf 160⁰C vorerhitztes Bitumen zu der Mischung. Nach dem Durchmischen während 30Sekünden ist das Produkt transportfertig und wird an Ort und Stelle mit der Hand oder mit der Streichmaschine als Straßenpflaster aufgetragen und durch mehrfaches Walzen fertig verarbeitet. Bei der Verarbeitung kann die Temperatur auf 130⁰C absinken, w) ohne daß dadurch die Eigenschaften des Endproduktes beeinträchtigt werden.

Eigenschaften des Endproduktes: Marshall-Stabilität, bestimmt bei 60ⁿC (nach den Standards des Ministry of Public Works 1972) 1500 bis 2000 kg, Druckfestig- b5 kcit, nach der Proctor-Methode mit Zylindern bestimmt (nach den Standards des Ministry of Public Works), 80 bis 90 kg/cm².

B e i s ρ i e I 2

Man wiederholt die Maßnahme des Beispiels 1, wobei man jedoch anstelle von 1 t Sand eine Mischung aus 600 kg Sand und 400 kg K ies verwendet.

Das Produkt ist besser verarbeitbar und besitzt eine größere Marshall-Stabilität und eine höhere Druckfestigkeit als das nach Beispiel 1 erhaltene Material.

Beispiel 3

Man erhitzt Sand auf höchstens 200"C und gibt 6Gew.-% zerkleinertes Polyvinylchlorid, berechnet auf die Sandmenge, zu, wobei man ununterbrochen rührt und nach dem Erhalten der homogenen Mischung 2 Gew.-% Bitumen zugibt.

Die aus dieser Mischung erhaltenen Endprodukte besitzen Marshall-Stabilitäten, die entsprechend den Erfordernissen des Ministry of Public Works denen von Sand-Asphall-Mischungen entsprechen, wobei die Druckfestigkeiten wesentlich höher sind als die mit den Sand-Asphalt-Mischungen erreichten.

Beispiel 4

Wenn man bei den vorhergehenden Beispielen als polymere Bestandteile Polystyrol oder Polyacrylate oder bei Temperaturen von mindestens 260 C Polyamide oder Polyester verwendet, erzielt man ähnliche Ergebnisse.

Beispiel 5

Wenn man die gleichen Zusammensetzungen wie die der vorhergehenden Beispiele, jedoch die polymeren Bestandteile in gesteigerten Mengen verwendet, ist es möglich, Fabrikböden, Bodenplatten und Ziegel herzustellen, die bessere Eigenschaften aufweisen als die Straßenbelagoberflächen der vorhergehenden Beispiele. In dieser Weise können gepreßte Platten mit Druckfestigkeiten von 200 kg/cm² hergestellt werden.

Vergleichsbeispiel 1

Man erhitzt Sand auf 200 bis 250⁰C und gibt 4 bis 10Gew.-% nicht erhitztes, zerkleinertes Polyäthylen, bezogen auf die Sandmenge, zu. Als Ergebnis erhält man eine Mischung, die nicht oder nur schlecht zu einer Straßenbelagsschicht verarbeitet werden kann. Der für den Auftrag des Materials erforderliche Temperaturbereich ist zu eng, und das Walzen führt augenblicklich zu bleibenden Rissen.

Vergleichsbeispiel 2

Man vermischt kalten Sand mit zerkleinerten polymeren Bestandteilen und erhitzt die Mischung auf 200 bis 250⁰C. Es ergibt sich keine oder nur eine unzureichende Bindung, so daß die Mischung auseinan jerfallt und nur schlechte mechanische Eigenschaften aufweist.

Vergleichsbeispiel 3

Man vermischt erhitzten Sand mit großen Stücken von Abfallkunststoffmaterial. Es läßt sich eine gewisse Verbindung erreichen, jedoch nur unter Schwierigkeiten.

Vergleichsbeispiel 4

Man vermischt erhitzten Sand mit zerkleinerten polymeren Bestandteilen, die man vor dem Vermischen auf den Erweichungspunkt erhitzt hat. Es ergibt sich keine zufriedenstellende Vermischung und ebenfalls keine oder nur eine unzulängliche Kohäsion.

Vergleichsbeispiel 5

Man vermischt erhitzten Sand mit Bitumen und gibt anschließend zerkleinerte polymere Bestandteile unter dauerndem Rühren zu. Es ergibt sich kein zufriedenstellendes Vermischen, wobei die Mischung klumpig wird.

Vergleichsbeispiel 6

Man vermischt erhitzten Sand mit einer Mischung

aus heißem Bitumen und zerkleinerten polymerer Bestandteilen. Man erreicht kein zufriedenstellende; Durchmischen und die Ergebnisse sind wesentlicr schlechter als die der Beispiele 1 bis 5.

Vergleichsbeispiel 7

Man vermischt erhitzten Sand mit zerkleinerter hitzehärtbaren polymeren Bestandteilen. Es kann kein« Bindung erreicht werden und das hitzehärtbare Har; kann bei zu hohen Temperaturen brennen.

Claims

Patentansprüche:

I.Verfahren zur Herstellung eines aus mineralischen, polymeren und bituminösen Bestandteilen bestehenden Materials durch Vermischen der vorerhitzten mineralischen Bestandteile mit den polymeren Bestandteilen vor der Zugabe des bituminösen Bestandteils, dadurchgekennzeichnet, daß als polymere Bestandteile zerkleinerte thermoplastische Polymerisate, gegebenenfalls aus verschiedenen Polymerisaten bestehende und gegebenenfalls in Form von zerkleinertem Abfallmaterial vorliegende Produkte, und der bituminöse Bestandteil in einer Menge von höchstens 100 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der polymeren Bestandteile, eingesetzt werden, worauf die erhaltene, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Additiven versetzte, Mischung durch Pressen verformt und anschließend abkühlen gelassen wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als mineralischen BestandteiJ Sand oder eine Mischung aus Sand und Kies, als polymeren Bestandteil zerkleinertes Polyäthylen in einer Menge von 4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Sand und Kies, und den bituminösen Bestandteil in einer Menge von 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Sand und Kies, einsetzt.
3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Additive Pigmente verwendet werden.