DE2614913A1

DE2614913A1 - Verfahren zur herstellung einer selbsthaertenden, bitumenhaltigen masse

Info

Publication number: DE2614913A1
Application number: DE19762614913
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Chem Dr Kaeppel
Original assignee: DEITERMANN CHEMIEWERK KG
Current assignee: DEITERMANN CHEMIEWERK KG
Priority date: 1976-04-07
Filing date: 1976-04-07
Publication date: 1977-10-13
Also published as: FR2347411A1; NL7703563A

Description

Anmelder; Deitermann Cheraiev/erk KG,

4-354 Datteln, Postfach 147 2614913

Verfahren zur Herstellung einer selbsthärtenden, bitumenhaltigen Masse

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer selbsthärtenden, bitumenhaltigen Masse zur unmittelbaren Verarbeitung, bei der eine Bitumen-in-Wasser- oder Bitumenlösung-in-Wasser-Emulsion als Ausgangssubstanz verwendet wird ο

Es ist bekannt, hochkonzentrierte Bitumen-Emulsionen der beiden genannten Arten mit einem Anteil von ca. 60 Gew.-^ Bitumen als Beschichtungsmittel zu verwenden. Nach Verdunstung des Wassers bleibt der Bitumenanteil zurück, der zu einem dichten PiIm zusammenwächst und dabei die eigentliche Beschichtung ergibt. Bitumen-Emulsionen ("Kaltbitumen") werden insbesondere deshalb verwendet, um das Verarbeiten geschmolzenen Bitumens zu vermeiden. Dieser Film ist relativ temperaturempfindlich, bei tiefen Temperaturen sehr spröde und bei höheren Temperaturen weich und klebrig. Er hat jedoch den Vorteil, weitgehend dampfdurchlässig zu sein, was für manche Anwendungsarten (Vermeidung der Blasenbildung) erwünscht ist.

Daneben ist auch vorgeschlagen worden, Bitumen-Emulsionen mit Zement zu vermischen, wobei sich der Zement mit dem

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Wasser der Emulsion abbindet. Die entstehende Beschichtung hat verschiedene gute Eigenschaften. Insbesondere läßt sie sich auch kalt verarbeiten und ist daher bei vielen Anwendungsfällen einsetzbar. Im einzelnen wird auf die Beschreibung zum Deutschen Patent 1 729 348 verwiesen.

Gegenüber dem Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer Mischung der eingangs genannten Art anzugeben, das die Eigenschaften der Bitumen-Emulsionsbeschichtung verbessert, ohne deren wesentliche Vorteile (Preisgünstigkeit, chemische Resistenz, Kaltverarbeitung) aufzugeben. Die durch das Verfahren herstellbare Masse soll abriebbeständiger sein und einen hohen Erweichungspunkt aufweisen. Sie soll bei tiefen Temperaturen nicht spröde werden (Senkung des Brechpunkts). Es soll außerdem möglich sein, die erwünschten Eigenschaften durch entsprechende Rezepturen je nach Bedürfnissen zu verändern. Eine solche Mischung soll sich als Anstrich- oder Dichtmasse, Fugenverbundmasse, Beschichtungsmasse, als Bindemittel für Kunststoffmörtel, als Ausbesserungsmittel für Makadam und Straßenschwarzdecken eignen. Sie soll weiterhin zur Wand- und Fundamentisolierung und zur Herstellung von wärmedämmenden Stoffen, auch in Verbindung mit Füllstoffen wie Kork, Blähkorn, Polystyrolschaum, Perlite und dgl. geeignet sein.

Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer selbsthärtenden, bitumenhaltigen Masse, die

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dadurch hergestellt wird, daß der Bitumen-Emulsion ein unter Wasseraufnahme reagierendes polyfunktionelles Isoeyanat-Präpolymerisat beigefügt wird, wobei die Zusatzmenge und der NCO-Gehalt so bemessen sind, daß eine Porenbildung in der Masse durch freigesetztes CO₂ vermieden wird,

Vorzugsweise wird das Poly-Isocyanat als flüssiges, lösungsmittelfreies, polyfunktionelles, aromatisches Isocyanat-Präpolymerisat (PPP) zugegeben. Hierunter wird eine Verbindung verstanden, die durch Reaktion von Polyisocyanat mit Polyol-Verbindungen entsteht und noch freie NGO-Gruppen enthält. Im Prinzip geht bei der Polymerisation des Isocyanates folgende Reaktion vor sich:

RN=C=O + H₂O > [-RNH-C-OH] > RNH₂ + CO₂

I ^RNC° RNH-C-NHR

TRNH-C-OHI

I & J

Carbamid säure

instabil °

Das entstehende CO₂ wird in der Anfangsphase bei dünnflüssiger Konsistenz der Masse als Gas entweichen. Ein weiterer Teil wird durch freies Alkali in der Bitumen-Emulsion als Karbonat gebunden oder im Emulsionswasser gelöst. Im Verlaufe der weiteren Aushärtung des Materials, insbesondere durch Verdunstung des Emulsionswassers, wird weiteres COp laufend nach außen abgegeben, so daß eine merkliche, zur Porenbildung ausreichende Gasbildung vermieden wird. Es müssen also die PPP-Zugabemenge und deren NCO-Gehalt so bemessen sein, daß kein CO₂ in der Masse verbleibt.

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Das freiwerdende Bitumen der Emulsion wird durch ein in der Bitumenmasse aufgebautes Skelett aus Polyurethan-Polymer gestützt. Dieses Skelett verleiht dem fertigen Gemisch eine elastische Komponente. Die Mischung ist nach außen nicht mehr so stark klebrig; der Erweichungspunkt ist heraufgesetzt, die Abriebbeständigkeit ist verbessert und die Masse ist bei tiefen Temperaturen weniger spröde als reines Bitumen. Darüber hinaus läßt sie sich in einfacher Weise in herkömmlicher Art kalt verarbeiten.

Vorzugsweise wird von einer Rezeptur ausgegangen, bei der 90-95 Gew.-^ einer etwa 60 Gew.-^igen Bitumen-Emulsion mit 5 - 10$ eines Polyisocyanat-Präpolymerisates mit 5 20 Gew.-$ NGO-Anteil vermischt werden. Günstig ist, wenn der Bitumen-Anteil der Emulsion zum NGO-Anteil des Polyisocyanates sich etwa wie 25 ... 60 : 1 verhält.

Der Masse können auch Füllstoffe und/oder Pigmente beigemischt werden.

Überraschenderweise läßt sich das Verfahren auch dahingehend variieren, daß dem PPP ein Lösungsmittel, z.B. Xylol oder Toluol, beigegeben wird, wobei der Bitumenmasse als "Füllstoff" ein Bitumen-Granulat beigefügt ist. Das Lösungsmittel löst einen Teil des Granulates an und integriert es damit in die Misch-Emulsion aus Bitumen, PPP und Wasser. Als Lösungsmittel eignen sich auch weitere, das PPP und Bitumen

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gleichzeitig lösende Verbindungen (siehe hierzu Merkblatt zu Desmodur E 21; Herausgeber: Bayer-Leverkusen).

Weiterhin ist möglich, daß durch ein Lösungsmittel gestreckte oder verdünnte PPP mit frischem, trockenem Zement, insbesondere Portlandzement, zu einer sämigen Paste zu vermischen (Verhältnis PPP : Zement von 1 : 2 bis 1 : 1). Bei Zumischung dieser Paste zu der Bitumen-Emulsion reagiert der Zement neben dem PPP mit dem Wasser der Emulsion und ergibt ein weiteres, überlagerndes Skelett der ausgehärteten Masse.

Die vorstehend beschriebenen variierten Ausgangssubstanzen lassen sich auch in der Kombination PPP + Lösungsmittel + Zement auf der einen Seite und Bitumen-Emulsion + granuliertes Bitumen auf der anderen Seite mischen, wobei eine komplizierte Mischreaktion einsetzt. Die Menge des Lösungsmittels wird dabei an der Zement- und Bitumen-Granulat-Zugabe orientiert, d.h. bei Beginn der Verarbeitungszeit soll eine verstreichbare Masse vorhanden sein. Es lassen sich hier auch abhängig von der Verarbeitungstemperatür - zahlreiche Rezepturen entwickeln.

Es sei angemerkt, daß der Ausdruck "Bitumen" Naturasphalt, Bitumenstoffe, die durch Destillation von Erdöl erhalten werden, Kohlenteer oder Pech umfassen kann. Die Emulsionen können darüber hinaus geeignete Füller, wie beispielsweise

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Porzellanerde und Fawern, und außerdem Kolloide und wasserlösliche Polymere enthalten, um die Eigenschaften der Emulsion im Hinblick auf das Fließen, das Trocknen und das endgültige Altern zu modifizieren. Üblicherweise weist die Emulsion etwa 30-72 Gew.-# Feststoffe auf.

Als Emulgator kann entweder ein Tonmaterial, wie beispielsweise Bentonit, Hektoritton, Porzellanerde usw., oder ein kationischer, anionischer oder nicht-ionogener Emulgator eingesetzt sein. Typische Beispiele von anionischen Emulgatoren sind Holzharzseifen und Tallölseifen, die in einer Konzentration von 0,25 - 5$ der Emulsion zugesetzt werden. Ein nicht-ionogener Emulgator, der sich für die Darstellung von Bitumen-in-Wasser-Emulsionen eignet, ist Antarox Co 880 (G.A.F. Great Britain Limited).

Füllmittel, wie beispielsweise Porzellanerde, Bentonit oder pulverisierter Glimmer, können in die Emulsion in den gewünschten Mengen eingebracht werden, und zwar entweder für sich oder als Dispersionen in Wasser, um die erforderlichen rheologischen Eigenschaften zu erzeugen. Sie werden ferner zugegeben, um den Feststoffgehalt der Emulsion zu erhöhen und damit die Schrumpfung zu vermindern, die beim Trocknen auftritt. Füllstoffe erhöhen auch die Kriechfestigkeit bzw. Dauerstandfestigkeit der ausgehärteten Dichtungsmittel.

Zur Erläuterung dftr Erfindung werden nachfolgend Beispiele

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beschrieben, die typische, aber nicht einschränkende, Anwendungsfälle zeigen.

Beispiel 1 Zutat Menge = Gew.-$

Bitumen (B80 gem. BIN 1995) 60

Wasser 37,8

nicht-ionogener Emulgator

(Antarox Co 880 - G.A.F.

Great Britain Ltd.) 2,2

Aus den obigen Zutaten wird eine Bitumen-inWasser-Emulsion hergestellt, die eine ölige bis dickflüssige Konsistenz hat. Der Emulsion wird zugegeben (Verarbeitungstemperatur 2O⁰C) : Polyisocyanat-Präpolymerisat (Desmodur E 21; Bayer-Leverkusen; NCO-Gehalt ca. 16 Gew.-$; braune, mittelviskose Flüssigkeit): 6

Die Mischung wird innig verrührt, d.h. in die vorhandene Emulsion zusätzlich einemulgiert. Nach einer gewissen Zeit, etwa 10-15 min, beginnt das Präpolymerisat mit dem Wasser der Emulsion zu reagieren. Das PPP reagiert unter Aufnahme von Wasser und bildet Polyurethan, wobei CO₂ entsteht. Letzteres wird dosiert so abgegeben, daß keine Poren entstehen. Im einzelnen wird auf die Beschreibung Seite 3 verwiesen. Die Mischung hat eine Verarbeitungszeit (Topfzeit) von ca. 60 min. Es entsteht nach der Aushärtung ein wasser-

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dichter, jedoch noch dampfdurchlässiger Film, der gegenüber einer reinen Bitumen-Masse die eingangs genannten verbesserten Eigenschaften zeigt.

Beispiel 2

	Zutat	Ltd.)	Menge =	Gew.-%
Bitumen	B80	des pH-Wertes	58
Wasser		37	,6
Aquarex	WAQ (Bu Pont	1	,3
KOH zur	Einstellung

der Emulgator-Lösung auf 9-10

reines Wyoming-Bentοnit 4,1

Aus den oben genannten Zutaten wird eine Bitumen-in-Wasser-Emulsion hergestellt. Der Emulsion werden 8

Teile Polyisocyanat-Präpolymerisat mit einem NCO-Gehalt von 10^ beigefügt
(Elastostik DS 3090; Hersteller: BASF). Der Mischung wird außerdem noch Quarzsand

(0,2 - 1 mm)der Menge 100

zugefügt.

Einemulgierung und Reaktionsverhalten der Komponenten ähnlich wie bei Beispiel 1. Die Masse eignet sich als Beschichtungsmasse oder als Vergußmasse.

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Beispiel 3

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Zutat

Bitumen B80 Wasser

Tallölseifen-Emulgator

KOH zur Einstellung des pH-Wertes der Emulgator-Lösung auf 8-9 Asbestfasern

anschließend wird eine Mischung aus Teilen (Elastostik DS 3090) mit Teilen Isocyanat (Desmophen 1650; Hersteller: Bayer-Leverkusen) zugefügt; diese Substanzen haben 24 Stunden vorreagiert. Der NGO-Gehalt liegt bei etwa

6 Gew.-^,

Menge = Gew.

59 39 2

1.5 12 4

Einemulgierung und Reaktion ähnlich wie bei den Beispielen 1 und 2. Die Masse eignet sich als Beschichtnngsmasse.

Beispiel 4

Zutat

Menge = Gew.-jt

Zu einer Emulsion wie bei Beispiel 1, Anteile 70

werden Anteile 10

gemahlenes, granuliertes Bitumen B80 hinzugefügt und innig gemischt. Aus PPP (Blastostik DS 3090) 5

Xylol 2,5

und trockenem, wasserfreiem Portlandzement ^{pz 55}° 709841/0432 ¹²'⁵

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wird eine sämige Faste hergestellt und innig mit der Bitumen-Emulsion verrührt. Das Emulsionswasser reagiert mit dem Zement und dem PPP; nach Aushärtung wird eine relativ harte, durch Beton stabilisierte Masse erhalten.

Zu den Beispielen sei bemerkt, daß *e» Emulsion und die Isocyanat-ÄLschung unter kräftigem Rühren und unter bestmöglichen Mischbedingungen vermischt werden müssen. Die Reaktion des PPP mit dem Wasser der Emulsion setzt relativ raach ein, so daß eine sofortige Verarbeitung erforderlich ist. Sie Härte, Klebrigkeit und der Erweichungspunkt können je nach Wunsch durch entsprechende Rezepturen variiert werden. Die KCO-Zahl des Isocyanates kann ebenfalls variiert werden. Üblicherweise wird mit einer NGO-Zahl von 5 - 20# gearbeitet. Auch hier ist festzustellen, daß die COg-Entwicklung desto höher ist, je höher die NGO-Zahl ist. Als Verarbeitungsie*^. sind im Mittel 20⁰C anzunehmen.

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Claims

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Patentansprüche

_V1. Verfahren zur Herstellung einer selbsthärtenden, bitumenhaltigen Masse zur unmittelbaren Verarbeitung, bei der eine Bitumen-in-Wasser- oder Bitumenlösung-in-Wasser-Emulsion als Ausgangssubstanz verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Bitumen-Emulsion ein unter Wasseraufnahme reagierendes polyfunktionelles Isocyanat-Präpolymerisat beigefügt wird, wobei die Zusatzmenge und der NCO-Gehalt so bemessen sind, daß eine Porenbildung in der Masse durch freigesetztes COr, vermieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß 90 - 95 Gew.-% einer etwa 60 Gew.-^igen Bitumen-Emulsion mit 5 - 10?6 eines Polyisicyanat-Präpolymerisats mit 5 ... 20% NGO-Anteil vermischt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Masse oder den Ausgangssubstanzen !Füllstoffe und/oder Pigmente beigemischt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff granuliertes Bitiamen hinzugefügt wird und dem Präpolymerisat (PPP) ein Lösungsmittel beigemischt ist, das die zusätzliche Bitumen-Menge anlöst.
5. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das PPP mit einem Lösungsmittel und wasserfreiem Zement

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gemischt der Bitumen-Emulsion zugefügt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung aus PPP und Zement im Verhältnis PPP : Zement 1 : 1 bis 1 : 2 beigefügt ist, wobei die Lösungsmittelmenge so bemessen ist, daß die Mischung sämig bis dickflüssig ist»
7. Verfahren nach Anspruch 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl granuliertes Bitumen der Bitumen-Emulsion als auch PPP, Lösungsmittel und Zement zusammen vermischt werden.

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