DE2824338A1

DE2824338A1 - Asphaltzusammensetzung

Info

Publication number: DE2824338A1
Application number: DE19782824338
Authority: DE
Inventors: Donald Royal Cushman; Charles Anthony Pagen; John William Schick; Tsoung-Yuan Yan
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1977-06-03
Filing date: 1978-06-02
Publication date: 1978-12-14
Also published as: NL7805809A; FR2393027A1; ZA783164B; IT7824179A0; AU525378B2; GB1600168A; US4105612A; JPS541319A; IT1098301B; NZ187292A; AU3682078A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Asphaltzusammensetzungen und insbesondere solche Asphaltzusammensetzungen, die sich durch verbesserte thermische Stabilität und Glanz auszeichnen.
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Es ist bekannt, Asphaltbindemittel für den Straßenbau und verschiedene andere industrielle Anwendungen einzusetzen. Die dafür verwendeten bekannten Produkte zeigen jedoch schlechte Elastizität, wodurch ihre Verwen-

.0 dung auf jenen Gebieten eingeschränkt wird, wo Produkte mit hoher Elastizität und hoher mechanischer Beständigkeit erforderlich sind. Um die Elastizität zu erhöhen, wurde vorgeschlagen, der Asphaltzusammensetzung verschiedene Additive zuzugeben, wie Äthylen-Vinylacetat-

Ί5 Copolymerisate. Dies ist beispielsweise in der US-PS 3 442 841 beschrieben. Obwohl der Zusatz von Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisaten den Asphaltzusammensetzungen eine erhöhte Elastizität verleiht werden jedoch Produkte erhalten, die eine schlechte Cohäsion, d.h.

erforderliche Beanspruchung für eine gegebene Deformation, und ein schwaches Adhäsionsvermögen zeigen.

Um die letztgenannten Eigenschaften zu verbessern und gleichzeitig die gewünschte Elastizität aufrechtzuerhalten, wurde bereits eine Asphaltzusammensetzung vorgeschlagen, die einen hohen Anteil an Straightrun-asphalt, einen geringen Anteil an Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat und einen geringen Anteil an synthetischem terpenischem Harz enthält. Solche Zusammensetzungen, die in der US-PS 3 821 144 beschrieben sind, zeigen jedoch eine schlechte thermische Stabilität und ein ungenügendes Aussehen, da sie eine matte

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Oberflächentrübung aufweisen.

In der US-PS 4 064 082 sind Asphaltzusanunensetzungen beschrieben, die einen hohen Anteil an Straight-runasphalt (Straßenasphalt) und geringe Anteile an thermischen¹. Asphalt, Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat und terpenischem Harz aufweisen. Diese Zusammensetzungen zeigen gute Wärmestabilität. Die eingesetzten thermischen Asphalte müssen jedoch von thermischen Crack-'0 anlagen bezogen werden * Solche Ar lagen, die vor dem zweiten. Weltkrieg in weitverbreitetem Einsatz waren, wurden größtenteils durch katalanische Crackanlagen ersetzt, bei denen keine Asphaltprodukte anfallen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung verbesserter Asphaltzusairaiervsetzungen mit hoher thermischer Stabilität und glänzendem Aussehen, sowie guter Elastizität. Cohäsioi-i und Adhäsionseigenschaften.

2C Gegenstand der Erfindung ist eine Asphaltzusammensetzur.g, die dadurch gekennζeichent ist, daß sie einen hohen Anteil an Straight-run-asphalt, einen geringen Anteil an Syntower-Rückstand, einen geringen Anteil an Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat und gegebenenfalls einen geringen Anteil an terpenischem Harz umfaßt.

Vorzugsweise umfaßt die Asphaltzusammensetzung etwa 50 bis 90 Gew.-% Straight-run-asphalt, etwa 5 bis 30 Gaw.-% Syntower-Rückstände, etwa 5 bis 30 Gew.-% Äthy-.jO len-Vinylacetat-Copolymerisat und 0 bis etwa 20 Gew.-% tarpenisches Harz.

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Die vorzugsweise bei den Asphaltzusanunensetzungen gemäß der Erfindung eingesetzten Straight-run-asphalte zeichnen sich durch einen Erweichungspunkt (Ring and Ball) zwischen etwa 40 und 60⁰C und einen ASTM Erweichungspunkt-Penetrationsindex bei 25°C zwischen etwa 40 und 70 aus. Sie sind durch eine schnelle Konsistenzänderung je ⁰C charakterisiert und weisen eine Viskosität im vorgenannten Schmelzpunktbereich zwischen etwa 200 und 1000 centistoke bei 135°C (275°F) auf. Diese Asphalte werden üblicherweise als Rückstände bei atmosphärischer oder Vakuumdestillation eines üblichen Rohölmaterials erhalten.

Geeignete Syntower-Rückstände sind die Destillationsrückstände, die bei der Destillation der Produkte des Fluid Catalytic Cracking Verfahrens erhalten werden. Sie werden im allgemeinen als FCC-Syntower-Rückstände und oftmals als FCC-Hauptsäulenrückstände bezeichnet. Diese Materialien sind schwer schmelzbar und hocharomatisch. Es wurde gefunden, wenn die FCC-Syntower-Rückstände niedrigsiedende Bestandteile enthalten bei Mischung derselben mit Straight-run-asphalten,die Zusammensetzung oftmals weich und klebrig wird. Es wird deshalb bevorzugt FCC-Syntower-Rückstände zu verwenden, die bei einer Sehnittemperatür von etwa 343⁰C (650⁰F), vorzugsweise etwa 427⁰C (800⁰F) getoppt sind, d.h. solche Produkte, die einen Anfangssiedepunkt von etwa 343⁰C, vorzugsweise etwa 427°C, aufweisen (alle Temperaturen sind auf Atmosphärendruck umgerechnet) .

Die vorzugsweise verwendeten Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisate enthalten etwa 10 bis 50 Gew.-% an Vinylacetat-

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einheiten. Besonders bevorzugt werden solche Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisate, din einen Schmelzindex zwischen etwa 20 und 50, bestimmt gemäß ASTM D 638, aufweisen.
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Geeignete terpenische Harze sind solche, die von terpenischen Rohmaterialien, wie Terpentin, Pineöl und verwandten Materialien, erhalten werden. Der Hauptbestandteil von Terpentin ist Terpen oder Pinen. Der Hauptbestandteil von Pineöl ist eine Mischung von Terpenalkoholen (hauptsächlich ct-Terpinol) mit geringen Mengen von Terpenkohlenwasserstoffen und Äthern. Das Pineöl wird hauptsächlich durch Wasserdampfdestillation von Kiefernholz gewonnen. Zusätzlich zur Gewinnung von Pineöl und Terpentin werden andere Terpenkohlenwasserstoffe, wie Limonen, Dipenten, Terpinen und Terpinolen, als Zwischenfraktionen erhalten. Die im allgemeinen angewandte Methode zur Herstellung von harzartigen Materialien aus den vorgenannten Substanzen ist die Oxidation oder Polymerisation. Die Eindampfung von Terpentin und Pineöl in offenen Kesseln führt zu harzartigen Materialien aufgrund von Oxidation und Polymerisation. Die verwendeten terpenischen Harze können natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. Eine detaillierte Beschreibung dieser Harze findet sich in "The Chemistry of Synthetic Resins", Carleton Ellis, Band 1, Rheinhold Publishing Corporation, New York, N.Y. 1935. Die bei den erfindungsgemäßen Asphaltzusammensetzungen bevorzugt eingesetzten terpenischen Harze weisen einen Erweichungspunkt (Ring and Ball) zwischen etwa 50 und etwa 200⁰C auf. Insbesondere werden terpenische Harze mit einem Erweichungspunkt zwischen

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etwa 95 und 105⁰C und einem spezifischen Gewicht bei 25⁰C zwischen etwa 0,9 und 1,03 bevorzugt. Andere typische charakterisierende Eigenschaften sind eine Säurezahl von weniger als 10 und eine Jodzahl von etwa 30.

Die Asphaltzusammensetzungen gemäß der Erfindung können als solche oder in Kombination mit verschiedenen Füllstoffen und inerten Zusätzen, die der Zusammensetzung zusätzliche gewünschte Eigenschaften verleihen, verwendet werden. Diese Füllstoffe oder Zusätze können etwa 85 bis 95 Gew.-% der Gesamtmischung von Asphaltbindemittel und Zusätzen ausmachen.

Bei der Zugabe von Mischungen aus Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat und terpenischem Harz zu Straight-runasphalt und FCC-Syntower-Rückständen wurden bedeutende Unterschiede bezüglich des Aussehens und der Natur der erhaltenen Produkte festgestellt. So wurde gefunden, daß die FCC-Syntower-Rückstände bedeutend aufnahmefähiger bezüglich der Zugabe von Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat/ terpenischem Harz sind als Straight-run-asphalte. Die FCC-Syntower-Rückstände enthaltenden Produkte zeichneten sich durch eine hohe thermische Stabilität aus und behielten ihren Glanz bei im Gegensatz zu der matten trüben Oberfläche, die Mischungen aus Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat, terpenischem Harz und Straßenasphalt zeigen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.

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Beispiele

FCC-Syntower-Rückstände wurden in einer Molekulardistille getoppt, wobei bei drei verschiedenen Schnittpunkten, nämlich 427⁰C (800⁰F), 382⁰C (720⁰F) und 343°C (650⁰F), Rückstandsfraktionen erhalten wurden. Es wurde eine Reihe von Asphaltzusammensetzungen hergestellt (Mischungen 2 bis 6), die Straight-run-asphalt, 20 Gew.-% Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat (EVA), 5 Gew.-% synthetisches Polyterpenharz (mit Ausnahme der Mischungen 5 und 6) und unterschiedliche Mengen an FCC-Syntower-Rückstandsfraktionen (jeweils 20 Gew.-% mit Ausnahme der Mischung 6) enthielten. Das Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat bestand aus einem im Handel erhältlichen Harz mit einem Schmelzindex von 43 und einem Vinylacetatgehalt von 33 Gew.-%. Das synthetische Polyterpenharz (im Handel erhältlich) hatte einen Erweichungspunkt von 100 +_ 5⁰C, einen Aschengehalt von weniger als 0,1 %, eine Säurezahl von unter 1, eine Jodzahl von 30 und ein spezifisches Gewicht von 0,93.

Der Straight-run-asphalt hatte ein spezifisches Gewicht bei 25⁰C (77/77°F) von 1,044, einen Ring-and-Ball-Erweichungspunkt von 55,0⁰C (131⁰F), eine Viskosität von 7154 es bei 98,9⁰C (210⁰F) und eine Penetration bei 25°C (77°F)/100/5 von 43.

Die Mischungen 2 bis 6 wurden mit der Mischung 1, die keinen FCC-Syntower-Rückstand enthielt, bezüglich der physikalischen Eigenschaften vor und nach einem Ofentest verglichen. Die entsprechenden Werte sind in der nachstehenden Tabelle I zusammengefaßt.

Bei der normalen Handhabung von Asphaltmischungen, wo

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das Produkt gemischt und am gleichen Tage verwendet wird, treten keine Probleme auf. Wird die Mischung jedoch bei erhöhter Temperatur (180⁰C) bis zu sechs Tagen ohne Mischen gelagert, kann eine Separierung (Schichtung) der Bestandteile auftreten. Die Neigungen der Asphaltmischung sich während der Lagerung bei erhöhter Temperatur zu separieren, wurde durch den Ofentest bestimmt.

Ofentest

Anteile der untersuchten Asphaltzusainmensetzungen wurden in ein Rohr aus Aluminiumfolie gegossen und in aufrechter Stellung sechs Tage in einem Ofen bei 180⁰C gehalten. Nach sechs Tagen wurden die Rohre abgekühlt und die Aluminiumfolie entfernt. Anschließend wurde jede Probe in der Hälfte durchgeschnitten, wobei ein oberer und ein unterer Teil erhalten wurde. Jeder Teil wurde bezüglich der Viskosität bei 135⁰C (275⁰F) und des Erweichungspunktes untersucht. Ein großer Unterschied der Viskosität zwischen oberem Teil und unterem Teil zeigt eine Separierung und schlechte thermische Stabilität der Asphaltzusammensetzung an.

Der Erweichungspunkt wurde mit der Ring-and-Ball-Methode gemäß ASTM D 36 bestimmt. Die Penetration wurde gemäß ASTM D 5 bestimmt. Die kinematische Viskosität wurde gemäß ASTM D 2170 bestimmt. Das spezifische Gewicht wurde gemäß ASTM D 71 bestimmt.

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Tabelle I
Mischung Nr. 12 3 4 5 6

Zusammensetzung Gew.-%

Asphalt 75,0 55,0 55,0 55,0 60,0 70,0

EVA Polymerisat 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 Polyterpen 5,0 5,0 5,0 5,0

Aromatische Fraktionen von FCC-Syntower-Rückständen

427°C (800⁰F) 20,0

Schnitt

382°C (72O⁰F) 20,0 20,0 20,0

Schnitt
343°C (650⁰F) 20,0

Schnitt

100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0

Eigenschaften vor dem Ofentest

Penetration bei 25°C 31 37 38 42 34 32 (77°F)

Viskosität bei 135°C 24380 7084 9451 7055 8961 12388 (275°F), es.

Erweichungspunkt ⁰C 76,7 59,5 70,6 65,6 65,1 72,6

°F 170 139 159 150 149 163

Eigenschaften nach dem Ofentest*

Oberer Teil

Viskosität bei 135⁰C 14071 5241 7600 5897 8044 12636 (275°F), es.

Erweichungspunkt ⁰C 65,1 59,0 62,8 60,5 62,8 65,1

⁰F 149 138 145 141 145 149

Unterer Teil

Viskosität bei 135°C 38182 5506 10656 8042 9697 15845 (275⁰F)

Erweichungspunkt ⁰C 65,6 59,0 62,8 61,0 62,8 64,6

⁰F 150 138 145 142 145 148

* 6 Tage bei 18O⁰C in Aluminiumrohren, anschließend abgekühlt und halbiert (oberer Teil und unterer Teil)

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Aus den Werten der Tabelle I ist ersichtlich, daß die Mischung 1 ohne FCC-Syntower-Rückstände einen großen Viskositätsunterschied zwischen oberem Teil und unterem Teil zeigt. Dies deutet auf eine starke Separierung (Schichtung) der Bestandteile hin. Andererseits zeigt Mischung 2, die bei 427⁰C getoppte Syntower-Rückstände enthält, einen geringen Viskositätsunterschied zwischen oberem und unterem Teil, was auf eine gute Homogenität hinweist. Die Mischungen 3 und 4, die FCC-Syntower-Rückstände, die bei

1C niedrigerer Temperatur getoppt wurden, enthielten, zeigten etwas größere Viskositätsunterschiede. Diese Unterschiede werden jedoch als annehmbar niedrig angesehen. Die Mischungen 5 und 6 sind gleichfalls geeignet und diese zeigen ferner, daß das Terpenharz bezüglich der thermischen Stabilität nicht notwendigerweise vorliegen muß, wenn die Asphaltzusammensetzung FCC-Syntower-Rückstände enthält.

Ein anderer Weg die Schichtung bei Lagerung bei erhöhter Temperatur festzustellen, sind Infrarotmessungen bei einer Wellenzahl von 1732 cm der relativen Absorption der Carbonylgruppe (C=O), die hauptsächlich im Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat vorliegt. Solche Messungen des oberen und des unteren Teils der Mischungen 1 und 2 der Tabelle I nach dem Ofentest sind in der Tabelle II wiedergegeben.

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Tabelle II

	Mischung Nr. 1 Vergleich
Relative Absorption bei 1732 cm"1 (Car- bonylgruppe)
Vor dem Ofentest	12,24
Nach dem Ofentest
Oberer Teil	11,31
Unterer Teil	9,55
Erhöhung	1,76
Prozentuale Er höhung	18,4

Mischung Nr. 2 (enthält aromatische Fraktion)

7,84

8,91 8,67 0,24 2,8

Aus den Werten der Tabelle II ist ersichtlich, daß die Messung der relativen Absorption von oberem Teil und unterem Teil der Mischung 1 eine Erhöhung von 18,4 % ergibt. Diese Messung zeigt andererseits bei Mischung 2 nur eine Erhöhung von 2,8 %, oberer Teil gegenüber unterem Teil. Dies ist ein starkes Anzeichen dafür, daß bei der Mischung 2 im Vergleich zur Mischung 1 eine geringere Schichtung auftritt.

Die Asphaltzusammensetzungen gemäß der Erfindung eignen sich für zahlreiche Anwendungen, insbesondere zur Beschichtung von bearbeitetem Metall und orthotropischen Flächen.

Die Asphaltzusammensetzungen eignen sich ferner zum Wasser-

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dichtmachen und sind besonders zur Beschichtung von orthotropischen Flächen, beispielsweise Bruckenbelagsmaterialien, wo orthotropische Plattenstrukturen verwendet werden, geeignet. Diese Platten, die in Längsrichtung von einer Reihe von in spezifischen Abständen getrennt voneinander angeordneten Versteifungselementen getragen werden, werden als orthotropisch bezeichnet, wenn ihre mechanischen Eigenschaften in aufeinander senkrecht stehenden Richtungen nicht gleich sind. Der Belag solcher metallischen Brücken ist Beanspruchungen aufgrund des Kraftfahrverkehrs unterworfen. Es treten vertikale Druckbeanspruchungen und horizontale Beanspruchungen aufgrund des Gewichtes der Kraftfahrzeuge auf. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, die als solche oder als Bindemittel für Zusätze eingesetzt werden können,· weisen hervorragende Eigenschaften im Bezug =nrt Cohäsion, Elastizität, thermische Stabilität und Aussehen auf, die sie als ausgezeichnete Brückenbelagsraaterialien geeignet machen. Sie sind auch für andere Anwendungen., wo die vorgenannten Eigenschaften erwünscht sind, geeignet.

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Claims

PATENTANWÄLTE DR.KADOR &DR. KLUNKER

K 12 331/3S

Mobil Oil Corporation 150 East 42nd Street

New York, N.Y. 10017 USA

Asphaltzusammensetzung

Patentansprüche

Π J Asphaltzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen hohen Anteil an Straight-run-asphalt, einen geringen Anteil an Syntower-Rückstand, einen geringen Anteil an Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat und gegebenenfalls einen geringen Anteil an terpenischem Harz umfaßt.
2. Asphaltzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie 50 bis 90 Gew.-% Straightrun-asphalt, 5 bis 30 Gew.-% Syntower-Rückstand, 5 bis 30 Gew.-% Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat und 0 bis 20 Gew.-% terpenisches Harz umfaßt.
3. Asphaltzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Syntower-Rückstand bei 343°C, vorzugsweise bei 427°C, getoppt ist.
4. Asphaltzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Straightrun-asphalt einen Erweichungspunkt zwischen etwa 40 und

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und 6O⁰C, einen ASTM Erweichungspunkt-Penetrationsindex bei 25°C von etwa 40 bis 70 und eine Viskosität bei 134°C zwischen etwa 200 und 1000 centistoke aufweist.
5. Asphaltzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet , daß das terpenische Harz einen Erweichungspunkt zwischen etwa 50 und 200⁰C aufweist.
6. Asphaltzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet , daß das Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat etwa 10 bis 50 Gew.-% an Vinylacetateinheiten aufweist.

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7. Asphaltzusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch g e kennzeichnet , daß das Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat einen Schmelzindex zwischen etwa 20 und 50 aufweist.

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