DE3103758C2

DE3103758C2 - "Verfahren zur Herstellung plastischer Massen mit hoher Plastizitätsspanne und deren Verwendung"

Info

Publication number: DE3103758C2
Application number: DE19813103758
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl.-Chem. Dr. 4100 Duisburg Collin; Heinz-Gerhard Prof. Dipl.-Chem. Dr. 6232 Bad Soden-Neuenhain Franck; Heinrich 4100 Duisburg Louis; Jürgen Dipl.-Chem. Dr. 4600 Dortmund Stadelhofer
Original assignee: Ruetgerswerke AG
Current assignee: Ruetgers Germany GmbH
Priority date: 1981-02-04
Filing date: 1981-02-04
Publication date: 1983-09-29
Also published as: GB2092601A; AU8015982A; AU547067B2; DE3103758A1; JPS57147548A; GB2092601B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung plastischer Massen mit hoher Plastizitätsspanne und deren Verwendung als Bindemittel im Straßenbau, beim Verkleben und Beschichten von Dachbahnen, als Fugenvergußmasse und als feuchtigkeitsisolierender Schutzanstrich in der Bauwirtschaft. Die plastischen Massen werden durch Mischen von durch Desintegration gewonnener Kohlewertstoffe mit hochsiedenden aromatischen Lösungsmitteln und Kunststoffprodukten bei Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes der Kohlewertstoffe hergestellt und können mit bekannten Füllstoffen modifiziert werden. Sie sind geeignet, mineralölstämmige Produkte zu substituieren.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung plastischer Massen mit großer Plastizitätsspanne aus modifizierten kohlestämmigen Rohstoffen und deren Verwendung.

Unter plastischen Massen werden Bindemittel und Klebemassen mit plastischen Eigenschaften verstanden. Derartige Produkte finden Anwendung im bituminösen Straßenbau, beim Verkleben und Beschichten von Dachbahnen, als Fugenvergußmassen sowie in anderen Anwendungsgebieten der Bauwirtschaft als Isolations- und Dämmstoffe (siehe z. B. P. Zakar, Bitumen, Kleine Erdölbibliothek, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1954).

Ein wichtiges Kriterium für die Brauchbarkeit von plastischen Massen für die genannten Zwecke ist die Plastizitätsspanne, d. h. die Differenz zwischen dem Ei-weichungspunkt (Ring und Kugel) und dem Brechpunkt nach Fraaß (siehe z. B. S. Velske, Baustofflehre Bituminöse Stoffe, Werner-Verlag, Düsseldorf 1976, Seite 19).

Die Rohstoffbasis für diese Produkte ist heute weitgehend das Bitumen, d. h. der Rückstand aus der destillativen Mineralölaufarbeitung.

Wegen der zunehmenden Verknappung und Verteuerung von Mineralöl ist es wünschenswert. Verfahren zu entwickeln, nach denen als Rohstoffbasis nicht allein Mineralöl sondern auch andere fossile Kohlenwasserstoffträger Verwendung zur Herstellung der genannten Produkte finden können. Da Kohle in vielen Industrienationen reichlich vorhanden ist, ist es zweckmäßig, für Bitumensubstitutionsprodukte geeignete Verfahren auf kohlestämmiger Basis zu entwickeln; dies betrifft auch die Herstellung plastischer Massen mit hoher Plastizitätsspanne.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind in der Vergangenheit bereits mehrfach Vorschläge gemacht worden; die vorgeschlagenen Verfahren sind jedoch aus unterschiedlichen Gründen verbesserungswürdig, wie im folgenden dargelegt wird:

In der DE-OS 28 39 377 wird ein Verfahren beschrieben, nach dem modifizierte Kunststoffmassen aus thermoplastischen Kunststoffen und Rückständen aus der Kohlehydrierung hergestellt werden. Die auf diese Weise erzeugten plastischen Massen wurden insbesondere auf ihre Verwendbarkeit zur Herstellung von Folien geprüft. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Tatsache, daß der Anteil des Kohlehydrierungsrückstandes stark begrenzt ist und man somit eigentlich von einer Modifizierung des Kunststoffes sprechen müßte, da die Kunststoffanteile an der plastischen Masse außerordentlich hoch sind. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens liegt darin, daß zur Herstellung des Kohlehydrierungsrückstandes hohe Drücke und die Anwendung von molekularem Wasserstoff bei der Kohlehydrierung notwendig sind, was das Verfahren außerordentlich kostenaufwendig und eine technische Verwirklichung in naher Zukunft unwahrscheinlich macht.

Als weiterer kohlestämmiger Rohstoff zur Herstellung von plastischen Massen, insbesondere als Fugenvergußmasse, wird in der DE-OS 29 41 787 Steinkohlenteerpech, das mit PVC und aromatischen Mineralöldestillaten modifiziert wird, empfohlen. Steinkohlenteerpech steht jedoch heute zur Herstellung von plastifizierten Baustoffen nur in beschränktem Maße zur Verfugung, da es praktisch ausschließlich als hochwertiger Rohstoff zur Herstellung von technisch wichtigen Kohlenstoffprodukten eingesetzt wird. Außerdem ist die Mischbarkeit von Steinkohlenteerpech nur mit ausgewählten Mineralöldestillaten möglich, womit sich eine weitere Einschränkung der Anwendbarkeit des Verfahrens ergibt.

In der älteren Patentanmeldung P 30 01 078.7-44 der Anmelderin wird die Verwendung von Kohledesintegrationsprodukten, die durch Auflösung von Kohle in

ein Gemisch mineralölstämmiger und kohlestämmiger aromatische Lösungsmittel gewonnen werden, als Bindemittel für den Straßenbau vorgeschlagen. Diese Bindemittel sind jedoch in ihrer Anwendbarkeit begrenzt, da die Plastizitätsspanne von 60 bis 70⁰C den Anforderungen für ein Normbitumen gemäß DIN 1995 für das Straßenbaubitumen genügt, die hohen Plastizitätsspannen von geblasenem Bitumen jedoch nicht erreicht werden. Dadurch werden andere Einsatzmöglichkeiten z. B. als Dachbeschichtungsmaterial ausgeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung der reichlich vorhandenen KoIiIe die Herstellung von plastischen Massen mit hoher Plastizitätsspanne zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein durch Desintegration von zerkleinerter Kohle mit hochsiedenden aromatischen Lösungsmitteln kohle- und/oder mineralölstämmigen Ursprungs hergestellter Kohlewertstoff mit einem Erweichungspunkt von 50 bis 150° C (Ring und Kugel) mit 1 bis 20%, bezogen auf den Kohlewertstoff, einer Reaktionskomponente, die aus einem thermoplastischen Kunststoffprodukt und einem aromatischen Lösungsmittel als Weichmacher im Verhältnis Kunststoffprodukt zu Weichmacher von 1 : 2 bis 1 : 10 besteht, bei 80 bis 150⁰C oberhalb des Erweichungspunktes des Kohlewertstoffs umgesetzt wird und die erhaltene Masse gegebenenfalls mit Füllstoffen modifiziert wird.

Erfindungsgemäß können diesen plastischen Massen jo mineralische Füllstoffe in Anteilen bis zu 40Gew.-%, bezogen auf die plastische Masse, zur weiteren Eigenschaftsverbesserung zugesetzt werden.

Die Herstellung der hocharomatischen Kohlewertstoffe als Ausgangsmaterial für die plastischen Massen ist Gegenstand älterer Patentanmeldungen P 29 35 039.8-44, P 29 44 689.7-44, P 30 13 066.6-44, P 30 30 723.4-44 und P 30 33 228.6-44 der Anmelderin. Sie erfolgt bevorzugt dadurch, daß <nan Kohle mit aromatischen Rückständen aus der Dampfpyrolyse von Mineralölfraktionen und mit kohlestämmigen Aromalengemischen mit einem mittleren Siedepunkt oberhalb 350°C, gegebenenfalls unter Zusatz weiterer Lösungsmittel, wie z. B. Anthracenöl, desintegriert. Die Reaktion wird dabei bevorzugt im Temperaturbereich von 300-420⁰C ausgeführt. Bei der Wahl von höchstsiedenden Aromatengemischen mit einem mittleren Siedepunkt oberhalb 350°C kann die Reaktion bei atmosphärischem Druck durchgeführt werden. Werden tiefersiedende Aromatengemische zur Desintegration einge- '> <> setzt, so baut sich naturgemäß ein erhöhter Druck auf.

Entsprechend der gewählten Kohleanteile kann der Erweichungspunkt des Kohlewertstoffes zwischen 50 und 15O⁰C (Ring+Kugel) schwanken. Eine Einstellung des gewünschten Erweichungspunktes ist jedoch durch Fluxen oder Abdestillieren problemlos möglich.

Als thermoplastische Kunststoffe kommen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Polystyrol, Styrolbutadienkautschuk oder Polyvinylchlorid (PVC) in Betracht. Insbesondere sind auch Abfälle der genannten Kunststoffe geeignet, was das Verfahren wirtschaftlich positiv beeinflußt.

Als Weichmacher kommen erfindungsgemäß insbesondere hocharomatische Fraktionen aus der Raffination von Steinkohlenteer (siehe z. B. G.-H. Franck, G. Collin, Steinkohlenteer, Springer-Verlag, Berlin, 1968) mit einem Siedepunkt > 350⁰C in Betracht.

Destillate aus der Aufarbeitung von Pyrolyseölen aus der Dampfspaltung von Benzinfraktionen oder Gasöl mit einem Siedepunkt >300°C oder ähnliche Fraktionen aus der thermischen oder katalytischen Spaltung von Mineralölfraktionen können ebenfalls eingesetzt werden.

Als Füllstoffe kommen neben organischem und anorganischem Fasermaterial erfindungsgemäß auch Kalksteinmehl, Schiefermehl oder Talcum in Betracht

Die plastischen Massen lassen sich als Bindemittel für den bituminösen Straßenbau, als Kleber und Beschichtungsmaterial für Dachbahnen, als Fugenvergußmasse oder als Isolations- und Dämmstoff für den Bautenschutz verwenden und können die dort üblichen Produkte auf Bitumenbasis ersetzen. Sie haben sich als weitgehend homogen und lagerbeständig erwiesen.

Überraschenderweise hat es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gezeigt, daß bereits geringe Anteile an Kunststoff genügen, um die für plastische Massen notwendige hohe Plastizitätsspanne zu erreichen. Eine weitere Modifizierung mit Füllstoffen zur Erzielung spezieller Produkteigenschaften, z. B. zur Erhöhung der Standfestigkeit, ist ebenfalls möglich.

In den Beispielen 1 bis 3 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung plastischer Massen weiter erläutert und mögliche Anwendungsgebiete für diese Produkte sind aufgezeigt.

Beispiel 1

Durch Desintegration von 25 Gew.-Teilen Westerholt-Kohle (Flüchtigengehalt 37-38%) mit 33,3 Gew.-Teilen Pyrolyseöl aus der Spaltung von Gasöl (mittlerer Siedepunkt 360⁰C), 25 Gew.-Teilen Pechdestillat aus der Wärme-Druckbehandlung von Steinkohlenteerpech (mittlerer Siedepunkt 395°C) und 16,7 Gew.-Teilen filtriertem Anthracenöl (siehe H. G.-Franck, G. Collin, Steinkohlenteer, Springer-Verlag, Berlin, 1968, Seite 56, mittlerer Siedepunkt 345°C) wird ein pechähnlicher Kohlewertstoff durch Reaktion des Lösungsmittelgemisches mit der Kohle bei 370⁰C und 3 Stunden Reaktionszeit bei einem max. Druck von 20 bar hergestellt. Durch Destillation werden von diesem Kohlewertstoff 10% flüchtige Bestandteile bis etwa 300⁰C abgetrennt. Der Erweichungspunkt des Kohlewertstoffes liegt bei 65°C (Ring +Kugel). Durch Mischen von 90 Gew.-Teilen dieses Kohlewertstoffes mit einer Mischung aus 2 Gew.-Teilen Styrolbutadienkautschuk und 8 Gew.-Teilen filtriertem Anthracenöl als Weichmacher bei 180⁰C erhält man einr; plastische Masse, die durch die folgenden Daten charakterisiert ist:

Erweichungspunkt (Ring+ Kugel) 82°C
Brechpunkt (Fraaß) -10=C

Penetration 28'/io mm

Dieses Produkt entspricht einem geblasenem Bitumen 85/25, das als Klebe- und Deckmasse in der Dachbeschichtung und zur Abdichtung benutzt wird (Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 8, Seite 538,1974, Verlag Chemie, Weinheim).

Beispiel 2

Man verfährt wie in Beispiel 1. Zur Desintegration werden jedoch 30 Gew.-Teile Flamm-Kohle, Ensdorf, Saar (39-40% Flüchtigengehalt), 20 Gew.-Teile Pechdestillat aus der Wärme-Druckbehandlung von Steinkohlenteerpech (mittlerer Siedepunkt 395°C), 33,3 Gew.-Teile Pyrolyseöl aus der Spaltung von Rohbenzin (mittlerer Siedepunkt 275°C) und 16.7 Gew.-

Teilen filtriertes Anthracenöl (mittlerer Siedepunkt 345° C) eingesetzt

Die Reaktionsbedingungen entsprechen Beispie! 1. Der maximale Druck beträgt 22 bar. Durch Destillation werden von dem so erhaltenen Kolilewertstoff 10% leichtsiedende Bestandteile bis zu einer Siedetemperatur von 320⁰C abgetrennt. 3ΰ Gew.-Teile des so erhaltenen Produkts mit einem Erweichungspunkt von 75°C (Ring + Kugel) werden mit 5 Gew.-Teilen Polystyrol in 15Gew.-Teile Pechdestillat aas der Wärme- Druckbehandlung von Steinkohlenteerpech bei 200⁰C homogen gemischt. Die plastische Masse ist durch folgende Daten charakterisiert:

Erweichungspunkt (Ring + Kugel) 88° C
Brechpunkt (Fraaß) -10° C

Penetration 24'/iomm

Diese plastische Masse entspricht einem geblasenen Bitumen 85/25, das als Klebe- und Deckmasse in der Dachbeschichtung und zur Abdichtung benutzt wird (Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 8, Verlag Chemie, Weinheim 1974).

Beispiel 3

Man verfährt wie in Beispiel 1. Anstelle von Styrolbutadienkautschuk wird Polyvinylchlorid (PVC) als Modifizierungsmittel verwendet. Dazu werden 30 Gew.-Teile PVC in 70 Gew.-Teilen filtriertem Anthracenöl bei 60°C homogen gemischt. 15 Gew.-Teile dieses plastizierenden Gemisches werden mit 85 Gex-, .-Teilen eines gemäß Beispiel 1 hergestellten Kohlewertstoffcs bei 150⁰C gemischt. Die so erhaltene plastische Masse ist durch folgende Daten charakterisiert.

Erweichungspunkt (Ring + Kugel) 90° C
Brechpunkt (Fraaü) -20⁰C

Penetration 42'/io mm

Dieses Produkt entspricht einem geblasenen Bitumen 85/40, das als Klebe- und Deckmasse oder auch zur Kaschierung verwendet wird (Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 8, Seite 538, 1974, Verlag Chemie, Weinheim).

Beispiel 4

Man verfährt wie in Beispiel 2. Zu der gemäß Beispiel 2 erhaltenen plastischen Masse gibt man 25 Gew.-% (bezogen auf die plastische Masse) Kalksteinmehl. Durch diese Modifikation erhöht sich die Plastizitätsspanne, so daß man eine Masse mit folgenden Eigenschaften erhält:

Erweichungspunkt (Ring+Kugel) 112°C
Brechpunkt (Fraaß) - 10° C

Penetration 12'/iomm

Die^e plastische Masse erfüllt die wesentlichen

Anforderungen eines Bindemittels, wie z. B. geblasenes Bitumen 115/15, das als Fugenvergußmasse, Kitt oder

jo Beschichtung von Dachschweißbahnen angewandt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung plastischer Massen mit großer Plastizi'ätsspanne aus modifizierten kohlestämmigen Rohstoffen,dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Desintegration von zerkleinerter Kohle mit hechsiedenden aromatischen Lösungsmitteln kohle- und/oder mineralölstämmigen Ursprungs hergestellter Kohlewertstoff mit einem Erweichungspunkt von 50 bis 150°C (Ring und Kugel) mit 1 bis 20%, bezogen auf den Kohlewertstoff, einer Reaktionskomponente, die aus einem thermoplastischen Kunststoffprodukt und einem aromatischen Lösungsmittel als Weichmaeher im Verhältnis Kunststoffprodukt zu Weichmacher von 1 :2 bis 1 :10 besteht, bei 80 bis 150⁰C oberhalb des Erweichungspunktes des Kohlewertstoffs umgesetzt wird und die erhaltene Masse gegebenenfalls mit Füllstoffen modifiziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastisches Kunststoffprodukt Polystyrol, Styrolbutadien-Kautschuk oder Polyvinylchlorid allein oder in Mischung verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastisches Kunststoffprodukt Abfälle der Thermoplaste verwendet werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichmacher hocharomalisehe Fraktionen aus der Raffination von Steinkohlenteer mit einem Siedepunkt >350°C oder Destillate mit einem Siedepunkt >300°C aus der Aufarbeitung von Rückstandsölen aus der Dampfspaltung bzw. thermischen oder katalytischen Spaltung von Mineralölfraktionen verwendet werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kohlewertstoff verwendet wird, der durch Desintegration von zerkleinerter Kohle mit aromatischen Rückständen aus der Dampfpyrolyse von Erdölfraktionen und mit kohlestämmigen Aromatengemischen mit einem mittleren Siedepunkt oberhalb 350⁰C als Komplementärlösungsmittel, gegebenenfalls unter Zusatz weiterer Lösungsmittel, bei Drücken bis 50 bar und Temperaturen zwischen 250 und 420°C erzeugt und durch Abdestillieren der leichtsiedenden Bestandteile und/oder Fluxen mit hochsiedenden Aromatengemischen auf den gewünschten Erweichungspunkt eingestellt worden ist.

6. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 5 hergestellten plastischen Massen als Bindemittel im bituminösen Straßenbau, zum Verkleben und Beschichten von Dachbahnen, als Fugenvergußmasse und als feuchtigkeitsisolierender Schutzanstrich im Hoch- und Tiefbau.