DE3333550A1

DE3333550A1 - Kationische bituminoese emulsionen

Info

Publication number: DE3333550A1
Application number: DE3333550A
Authority: DE
Inventors: Peter Schilling; Hans G. 29407 Charleston S.C. Schreuders
Original assignee: Westvaco Corp
Current assignee: Westvaco Corp
Priority date: 1982-09-20
Filing date: 1983-09-16
Publication date: 1984-03-22
Also published as: US4450011A; FR2533225A1; GB2126919B; DE3333550C2; AU547960B2; GB2126919A; GB8324320D0; JPS5978259A; FR2533225B1; CA1210551A; AU1918383A; JPH024623B2

Description

Kationische bituminöse Emulsionen

Die Erfindung bezieht sich auf verbesserte bituminöse Emulsionen, speziell auf kationische gemischte Emulsionen mittlerer Absetzzeit und auf gemischte, schnell und langsam absetzende kationische Mischungen aus Bitumen und Zuschlagstoff zur Abdichtung oder Beschichtung von Straßendecken. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Emulgatoren für lösungsmittelfreie und Lösungsmittel enthaltende gemischte, kationische bituminöse Öl-in-Wasser Emulsionen, welche Emulgatoren die Reaktionsprodukte von PoIyaminen mit bestimmten sulfonierten Carboxylsäuren sind.

Im Straßenbau, bei der Herstellung der Straßendecke, werden hauptsächlich drei Verfahren angewendet, um eine gründliche ,, Mischung von Bitumen und Zuschlagstoff zu erreichen!

1. Mischung freifließenden erhitzten Asphalts (Asphaltzement) mit vorgetrocknetem Zuschlagstoff;

2. Mischung vorgetrockneten Zuschlagstoffes mit Asphalt, der mit einem kohlenwasserstoff haltigen Lösungsmittel verdünnt ist (cutback asphalt, cutter stock) bei Umgebungstemperaturen; und

3· Mischen von Zuschlagstoff mit Asphaltemulsionen, beispielsweise Öl-in-Wasser Emulsionen, die durch intensive Mischung von Asphalt und Wasser in Gegenwart eines emulgierenden

Stoffes erhalten werden.

Aufgrund steigender Kosten für Energie und Kohlenwasserstofflösungsmittel und aus Umweltschutzgesichtspunkten nimmt die Ver-Wendung emulgierten Asphaltes zu. Abhängig von dem zur Herstel-

Ol lung einer Emulsion verwendeten Emulgator werden anionische oder kationische Emulsionen erhalten. In anionischen Emulsionen sind Asphalttröpfchen negativ geladen; in kationischen Emulsionen tragen die Asphalttröpfchen positive Ladungen und bewegen sich bei Anlegen eines elektrischen Feldes zur Kathode. Praktische Erfahrungen haben ergeben, daß kationische Emulsionen einfacher anzuwenden sind und einige der nachteiligen Eigenschaften anionischer Emulsionen vermeiden, wie unvorherbares Desemulgieren und schlechte Haftung des Asphalts an der Oberfläche des Zuschlagstoffes, was zu einer Ablösung führt. Wegen der elektrostatischen Anziehung positiv geladener Asphalttröpfchen und negativ geladener Oberflächen der Zuschlagstoffe erfolgt bei kationischen bituminösen Emulsionen ein schnellerer Niederschlag, und es werden festere Bindungen zwischen Bitumen

15 und Zuschlagstoff erhalten.

Allgemein klassifiziert man kationische wässrige bituminöse Emulsionen, abhängig von ihrer Charakteristik bezüglich Mischungsart und Desemulgierungsrate, als schnell absetzend (CRS), mittelschnell absetzend (CNS) und langsam absetzend (CSS). Die Absetzrate wird durch Art und Menge des Emulgators und den pH-Wert der kationischen Seifenlösung bestimmt. Bei schnell absetzenden Emulsionen, die hauptsächlich für Reparaturarbeiten an alten Verschleißdecken verwendet werden, wird die Emulsion auf die existierende Oberfläche aufgebracht und Zuschlagstoff darüber gestreut, und nach Verdichtung kann die Straße kurz nach Aufbringen der neuen Beschichtung wieder für den Verkehr freigegeben werden (Ausbesserung verschlissener Abschnitte der Straßendecke usw.). Mittelschnell absetzende Emulsionen werden mit Zuschlagstoff vor ihrer Verwendung im Straßenbau gemischt, und langsam absetzende Emulsionen können mit Zuschlagstoff gemischt und eine längere Zeit gelagert werden, ohne daß Desemulgierung auf der Oberfläche des Zuschlagstoffes stattfindet.

Kationische Emulsionen werden erhalten unter Verwendung einer Vielzahl von stickstoffhaltigen organischen Verbindungen, bei-

Ol spielsweise Fettamine, Fett diamine, Fetttriamine, Fettamidoamine, Fettimidazoline, mono- und diquaternäre Ammonium-Fettsalze, und Reaktionsprodukte all dieser Verbindungen mit Athylenoxyd. Das Fettradikal dieser Verbindungen kann eine Kettenlänge von 12 bis 22 Kohlenstoffatomen haben und eine Vielzahl unterschiedlicher chemischer Strukturen aufweisen. Der Aufbau zur Darstellung dieser Amine kann von einer Vielzahl von Quellen erhalten werden, beispielsweise Petroleumraffinationsprodukten, tierischen Fetten, pflanzlichen und Fischölen und Tallöl. Als Emulgatoren geeignete Amidoamine sind in US-PS 3 230 104/Falkenberg und US-PS 3 097 174/Mertens beschrieben. Kombinationen von Fettmonoaminen und -Triaminen gehen aus US-PS 3 738 852/Doi hervor; Fettdiamine aus US-PS 3 728 278/Tramelli und US-PS 3 581 101/Gzemski; quaternäre und diquaternäre Fettsalze und Modifikationen davon sind in US-PS 3 220 953/Borgfelt, US-PS 3 867 162/Elste, US-PS 3 764 359/Dybalski, US-PS 3 957 524/Doughty und US-PS 3 466 247/Ohtsuka beschrieben, Fettimidazoline in US-PS 3 445 258/Ferm.

Im allgemeinen sind kationische Emulsionen, die aus Fettaminen, Fettdiaminen, Fettamidoaminen usw. hergestellt sind, nicht stabil, wenn sie mit einer Vielzahl von kieselsäure- oder kalkhaltigen Zuschlagstoffen gemischt werden. Es wird eine schnelle Desemulgierung auf der Oberfläche des Zuschlagstoffes beobachtet mit einer Vergrößerung der Steifigkeit. An diesem Punkt wird die Mischung unverarbeitbar. Zur Vermeidung dieses Problems ist es üblich, cutback asphalt (mit Lösungsmittel) anstelle von Asphaltzement für mittelschnell absetzende gemischte Asphaltemulsionen zu verwenden. Obwohl "cutback"-Emulsionen, die mit diesen Emulgatoren hergestellt sind, ebenfalls emulgieren, wenn sie mit dem Zuschlagstoff gemischt werden, verringert das Lösungsmittel (ein Kohlenwasserstofföl wie Naphtha, Kerosin, Dieselöl usw. ) die Viskosität des Asphaltes und erhöht die Verarbeitbarkeit der Mischung aus Zuschlagstoff und Asphalt. Nach Ablagerung der Mischung verflüchtigt sich das Lösungsmittel und die endgültige

Ol steife Aggregat-Asphaltmatrix wird erhalten. Wegen der in den letzten Jahren drastisch gestiegenen Kosten für Lösungsmittel und auch wegen der Versuche, die Umweltbelastung zu verringern, wird nach geeigneten Emulgatoren für kationische gemischte Emulsionen ohne Verwendung von Lösungsmitteln gesucht. Die Verwendung von quaternären Ammonium-Tallsalzen und diquaternären Diammonium-Tallsalzen zur Herstellung von zur Schlammversiegelung, einer lösungsmittelfreien Anwendung, geeigneten Emulsionen ist in US-PS 3 764 359/Dybalski beschrieben und die Verwendung eines quaternären Amines, welches durch Reaktion von Epichlorohydrin, Trimethylamin und Nonylphenol erhalten wurde, für lösungsmittelfreie Mischungen ist in US-PS 3 957 524/Doughty dargelegt.

Schlammdichtungsemulsionen bilden einen speziellen Fall lösungsmittelfreier gemischter Emulsionen. Üblicherweise werden Schlammdichtung semulsion en hergestellt aus (1) mineralischem Zuschlagstoff, der ein feiner Steinzuschlagstoff und/oder mineralischer Füllstoff ist und (2) etwa 15 % bis 25 % (darauf bezogene Gewichtsprozent) einer gemischten, langsam absetzenden Emulsion, die etwa 50 bis etwa 75 Gewichtsprozent Bitumenrückstand (gewöhnlich Asphalt) enthält, mit weiterer Hinzufügung von etwa 10 % bis etwa 15 % Wasser, basierend auf dem Gewicht des trockenen Zuschlagstoffes, um Schlammkonsistenz zu erhalten. Gewohnlich werden schwierig zu beschichtende, fein abgestufte Zuschlagstoffe, wie Sand, solche aus der Grubenförderung oder einem Brecher (pit-run, crusher-run usw.) mit bituminösen Emulsionen zur Herstellung von Schlammdichtungszusammensetzungen kombiniert. Die Größe der Zuschlagstoffe reicht von allen, das durch ein Nr. 4, sogar Nr. 10 Sieb geht, bis zu 15 bis 20 %, die durch ein so feines Netz wie Nr. 200 gehen (amerikanischer Standard) ·

Mit dem Aufkommen von Schlammabdichtung als Verfahren zur Beschichtung von Straßen und ihrer Ausbesserung wurde dieses zunächst zur Verwendung mit anionischen wässrigen bituminösen

-/1O-

Emulsionen entwickelt. Eine Schlammdichtung ist eine innige Mischung emulgierten bituminösen Materials und feinkörnigen Zuschlagstoffes, in geeigneter Suspension gehalten, bis sie auf die Straßenoberfläche aufgebracht wird. Die Schlammdichtungsemulsion muß vom Öl-in-Wasser Typus sein. Bei solchen Mischungen mit Zuschlagstoff ist die wässrige Emulsionsform des bituminösen Materials im allgemeinen vorgezogen worden, da sie weniger gefährlich und kostengünstiger zu verwenden ist als geschmolzene und Lösungsmittel enthaltende Lösungen. Darüber hinaus kann die wässrige Emulsionsform gelagert, transportiert und bei erheblich geringeren Temperaturen aufgebracht werden, wodurch keine Ausrüstung zum Aufheizen erforderlich ist, um das System aus Bitumen und Zuschlagstoff in einer verarbeitbaren oder brauchbaren Form zu halten. Zwar wurden diese Fortschritte erkannt, dies hat jedoch nicht zu einer weitverbreiteten Annahme geführt, wegen Nachteilen, die bei bekannten wässrigen bituminösen Emulsionen auftraten.

Die wässrigen .kationischen bituminösen Emulsionen selbst sind relativ stabil, und die Stabilität der Emulsion kann durch verschiedene wohlbekannte Additive vergrößert werden. Jedoch schlagen sich die meisten kationischen bituminösen Emulsionen schnell auf der Oberfläche von Zuschlagstoffmaterialien nieder, wenn der Zuschlagstoff mit den Emulsionen gemischt wird, die Emulsionen den Zuschlagstoff zugefügt werden, oder der Zuschlagstoff der Emulsion zugegeben wird. Bitumen aus einer wässrigen kationischen bituminösen Emulsion schlägt sich aus der Emulsion wegen der Ladungsanziehung zwischen den bituminösen Tröpfchen und dem Zuschlag stoff material nieder. Das schnelle Absetzen kationischer bituminöser Emulsionen stellt einen beträchtlichen Vorteil beim Straßenbau dar, z.B. bei Beschichtungen, da die Straßen kurz nach Aufbringen der Beschichtung für den Verkehr wieder freigegeben werden können. Obwohl die Absetzrate des Asphalts, beispielsweise, aus der Emulsion in gewissem Maße 'gesteuert werden kann, ist die bis zum vollständigen Absetzen erforderliche

ORIGINAL INSPECTED

. ΛΑ-

Ol Zeit nie sehr lang, in der Praxis -wird daher die kationische Emulsion mit den Zuschlagstoff auf der Baustelle zusammengegeben, entweder auf der Straßenoberfläche selbst oder in einem mobilen Mischer, mit dessen Hilfe die Mischung aus Emulsion und Zuschlagstoff schnell verteilt werden kann. Wegen des Ladungsanziehungsmechanismus ist die Schnelligkeit des Niederschlags bituminösen Materials aus der kationischen Emulsion eng mit der im allgemeinen negativ geladenen Oberflächengröße des Zuschlagstoffes oder Füllmaterials verbunden. Daher kann zwar eine bestimmte kationische bituminöse Emulsion geeignete Eigenschaften zur Verwendung mit einigen Zuschlagstoffen aufweisen, dieselbe kationische Emulsion kann jedoch ungeeignet sein, wenn sie mit sehr fein gemahlenen Materialien verwendet wird, die eine erheblich größere Gesamtoberfläche aufweist. Die schnellen Mieder-Schlagseigenschaften kationischer bituminöser Emulsionen führen häufig dazu, daß derartige Emulsionen mit feinkörnigen Zuschlagstoffen in Schlammform nicht verwendet werden können, wie sie in Sprühkanonen oder Sprühkästen verwendet werden. Es ist deswegen, da die Schlammabdichtung sich gut mischen, pumpen, ablegen lassen und nicht während der Anwendung erhärten sollte, und nach Absetzen gute Verschleißeigenschaften bei Verkehrsbelastung aufweisen wollte, besonders wünschenswert, die Absetzzeit des Schlammes für unterschiedliche verwendete Zuschlagstoffe steuern zu können.

Die Erfindung steht daher unter der allgemeinen Aufgabe, vielseitig verwendbare Emulgatoren für lösungsmittelfreie und Lösungsmittel enthaltende gemischte bituminöse Öl-in-Wasser Emulsionen bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Emulgatorzubereitung für gemischte Emulsionen, die eine Vielzahl von Absetzzeiten aufweisen, die in prozentualer anfänglicher Beschichtung (prozentuale Beschichtung auf der Oberfläche des Zuschlagstoffes nach einminütigem Mischen und sofortiger Immersion in Wasser) und prozentualer Beschichtung bei Abwaschen nach einer Stunde ausgedrückt werden. Eine

J*;:· Ό Ο '3333-bbü

* /la-

Ol weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Reihe neuer Amidoamine, Imidazoline, die als Reaktionsprodukte sulfonierter Oleinsäure oder sulfonierter Tallöl-Fettsäuren und Polyamine hergestellt werden und als Emulgatoren für kationische

05 Öl-in-Wasser Emulsionen geeignet sind.

Demgemäß wird in vorteilhafter Weise gemäß der Erfindung eine neuartige Mischung von Zuschlagstoffen bituminöser Emulsion bereitgestellt.
10

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die voranstehend beschriebenen Mischungen verarbeitbar sind.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß eine Mischung aus kationischer bituminöser Emulsion und Zuschlagstoff bereitgestellt wird, deren Absetzzeit variiert werden kann.

Als besonderer Vorteil ist hervorzuheben, daß eine Schlammischung aus bituminöser Emulsion und feinkörnigem Zuschlagstoff bereitgestellt wird, die sich mit einer recht schnellen Atsetzrate nach Aufbringen auf die zu behandelnde Oberfläche niederschlägt und innerhalb eines genügend langen Zeitraumes verarbeitbar ist, um eine Verabreichung in Schlammform zu gestatten.

Gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß im Gegensatz zu Amidoaminen und Imidazolinen, die durch Kondensation von Fettsäuren erhalten werden, die eine Kettenlänge von C,„ - C™ aufweisen, mit Polyäthylenaminen, beispielsweise Diäthylentriamin, die kationische Emulsionen mit schnellem Absetzen' ergeben, Reaktionsprodukte von Polyaminen mit sulfonierter Oleinsäure oder sulfonierten Tallöl-Fettsäuren Emulsionen ergeben, die kationische gemischte Asphaltemulsionen mittlerer Absetzzeit ergeben, ebenso wie schnell absetzende Asphaltemulsionen. LÖsungsmittelfreie Asphalte können ebenso wie Asphalte, bis 15 Volumenprozent eines Kohlenwasserstofföles enthalten, für die Emulgierung verwendet werden.

ORIGINAL INSPECTED

Ol Die zur Darstellung der erfindungsgemäßen kationischen Emulgatoren verwendeten sulfonierten Carboxylsäuren werden durch Sulfonation von Tallöl-Fettsäuren und Oleinsäure der folgenden Zusammenstellung abgeleitet:

Palmitinsäure

Palmitoleinsäure

Oleinsäure

Elaidinsäure

Linolsäure

Konjugierte Linolsäure

Oleinsäure

4,29

11,00

72.00-

1,4

Tallöl-Fettsäure

2,37 - 5,70 1,03 - 1,80

43,12 - 47,13

<1 - 23,50

3,20 - 33.11 5,30 - 9,10

Die sulfonierten Produkte sind gekennzeichnet durch eine Säurezahl von etwa 220 bis 330 und eine Saponierungszahl von etwa 300 bis 360.

In US-PS 2 743 288/Sauls und Ruggenberg ist die Sulfonierung von Oleinsäure mit Schwefeltrioxyd in flüssigem Schwefeldioxyd beschrieben.

In GB-PS 1 278 421/Pugh und Chesworth ist die Sulfonierung von Oleinsäure mit gasförmigem Schwefeltrioxyd, verdünnt mit einem Inertgas, mit einem stetig ausgebildeten flüssigen Film der ungesättigten Fettsäure beschrieben.

-A-

Ol In den angeführten Patenten ist ebenfalls die Sulfonierung von Tallöl-Fettsäure beschrieben. Wegen der äußerst komplexen Zusammensetzung von Tallöl-Fettsäuren -wurde kein Versuch unternommen, die sulfonierten Produkte zu identifizieren.

Eine Übersicht über den Reaktionsmechanismus und sämtliche Aspekte der Sulfonierung wird gegeben in E. E. Gilbert, "Sulfonation and Related Reactions", R. E. Krieger Publishing Company, Huntington, New York, (1977).

Die Reaktionsprodukte dieser sulfonierten Fettsäuren mit Polyaminen, beispielsweise Polyäthylenaminen oder Mischungen geeigneter primärer, sekundärer, tertiärer Amine und Polyamine, geben Ammoniumsalze sulfonierter Fettsäureamidoamine oder, wo anwendbar, Imidazoline. Reaktionsprodukte sulfonierter Öle, Fette, höherer Fettsäuren und höherer Fettsäureester ' mit organischen Aminen und Amiden sind in US-PS 2 329 086/Robinson und Webber zur Verwendung als Weichmacher für Textilmaterialien beschrieben.

Wird z.B. das hauptsächliche Reaktionsprodukt von sulfonierter Oleinsäure mit zwei Mol Diäthylentriamin gemischt, so bildet sich das Diammoniumsalz. Beim Erhitzen wird ein Mol Wasser abgegeben und es bildet sich das korrespondierende Diäthylentriammoniumsalz des sulfonierten Cleinamidoamins. All diese Verbindüngen sind von Natur aus amphoter, daher sowohl in sauren und alkalischen Medien löslich. Wegen der höheren Azidität der Sulfonsäuregruppen können Metallsalze wie das Kaliumsalz, oder Ammoniumsalze wie das Triäthanolammoniumsalz gebildet werden durch Hinzufügen eines Mols Kaliumhydroxid in Methanol oder Triäthanolamin; und durch Erhitzen mit einem weiteren Mol eines Polyamins erhält man das korrespondierende Amidoamin.

Bei der Sulfonierung von Doppelbindungen wird |2>-Sulton als das primäre Sulfonierungsprodukt angesehen. Diese Sultone sind sehr unstabil und reaktiv. Nach Gilbert ergibt die Reaktion mit SCL ein Sulfat-Sulfon-Anhydrid.

Ol Durch Reaktion eines Ä-Sultons mit einem Amin tritt eine Ringöffnende Reaktion auf, die ein A-Amin o-Sulf on säure Ammoniumsalz bildet. Das Anhydrid reagiert mit einem Amin und ergibt Ammoniumsulfat und JJj-Hydroxy-Sulfonsäure-Ammoniumsalz.

Diese Amidoamine und Imidazoline werden als Beispiele für die Arten von Reaktionsprodukten angegeben, die man erwarten kann. Da jedoch die Reaktionsprodukte der Sulfonierung von Oleinsäure und insbesondere Tallöl-Fettsäure komplex sind, ergibt sich eine sogar noch komplexere Mischung von Reaktionsprodukten durch Polyaminbehandlung.

Die Bildung von Imidazolinen ist begrenzt auf Polyäthylenamine und Polyamine, die durch zumindest eine funktionelle Äthylendiamingruppe mit zumindest drei Wasserstoffatomen, die an die beiden Stickstoffatome gebunden sind, gekennzeichnet ist. Verbindungen dieser Gruppe, die sowohl Amidoamine und Imidazoline ergeben können sind:
Äthylendiamin, Diäthylentriamin, Triäthylentetramin, Tetraäthylenpentamin, Pentaäthylenhexamin, und höhere Homologe; N-Aminoäthylpropandiamin, Ν,Ν-Diaminoäthylpropandiamin und die N-Aminoäthyl- oder Ν,Ν-Diaminoäthyl-substituierten Butandiamin, Pentandiamin und Hexandiamin, und N-Hydroxyäthylendiamin. Diese Verbindungen weisen die allgemeine Formel auf:

H₂NCH₂CH₂NHR R ^β Η**ι CHo"*» CoHe^-J Coil·»",

- CH₂CH₂OH, - (CH₂CH₂NH)_xH ³⁰ x - 1. 2, 3, 4, .... 10

□ der

R₁R₂N(CH₂) NHR₃

R₁-H-, CH₃-, C₂H₅-, C₃H₇-, NH₂CH₂CH₂-,

R₂ — H-, CH₃-, C₂H₅-,

R₃ - 4-, CH₃-, C₂H₅-, C₃H₇-, NH₂CH₂CH₂-,
y - 2, 3, A, 5, 6 .

i, »nt t»

Ol Amine, die Amidoamine, jedoch nicht Imidazoline bilden können sind: 1,3-Diaminopropan, 1,4-Diaminobutan, 1,5-Diaminopentan, 1,6-Diaminohexan, Piperazin (1,4-Diazazyklohexan), N-Aminoäthylpiperazin, N-Hydroxyäthylpiperazin, N-Aminopropylpropan-

diamin-1,3, N-Methyl- N-Aminopropylpropandiamin-1,3, N₅N-Dimethylpropandiamin-1,3» N, N-Diäthylprepandiamin-1,3, N, N-dimethyläthylendiamin, N,N-Diäthyläthylendiamin, N-Aminohexylhexandiamin—1,6.

Bestimmte Amidoamine oder Imidazoline mit tertiären Wasserstoffatomen, wie das Reaktionsprodukt sulfonierter Oleinsäure und N.N-Dimethylpropandiafriin-l^ der Formel:

15

CH₃(CH₂)₇CH « CHCH(CH₂)₆CONHCH₂CH₂CH₂N(CH

₂₀ 35

(IP or H₃NCH₂CH₂CH₂N(CH₃)₂)

können modifiziert werden durch weitere Reaktion mit ein oder zwei Mol eines Alkylierung smittels wie Methyl-, Äthyl- oder Benzylhalogenide, Sulfate, Phosphate usw. Die entstehenden Verbindungen werden als amphotere quaternäre Ammoniumsalze bezeichnet. Ihre hauptsächliche Eigenschaft ist ihre Löslichkeit in wässrigen Systemen ohne Zugabe von Säure» wie es der Fall mit Aminen, Imidoaminen oder Imidazolinen ist. Ein Beispiel dieser Art quaternärer Ammoniumsalzes, hergestellt durch Reaktion von Methylsulfat, ergibt die folgende Struktur:

ORIGINAL INSPECTED

'^I₇V

Ol CH₃(CH₂)₇CH - CH-CH(CH₂)₂CONHCH₂CH₂CH₂N(CH₃)₃

^S03 SO₄CH₃

® θ • H₃NCH₂CH₂CH₂N(CH₃)₃

Θ Θ

or IH₂N(CH₃)CH₂CH₂CH₂N(CH₃)

¹O usu.

Weitere Modifikationen der voranstehend beschriebenen mono-, dioder polymeren Amidoamine oder Imidazoline sind .die Reaktionsprodukte mit reaktiven Oxiransystemen wie Äthylenoxid, Propylenoxid oder Butylenoxid. Die Reaktion tritt bevorzugt an primären und sekundären Stickstoffatomen auf, d.h. an Stickstoff, an dem ein oder zwei Wasserstoff atome kovalent gebunden sind. Die Reaktionsprodukte gehören zur Klasse von N-Hydroxyäthyl, N-2-Hydroxypropyl- und N-2-Hydroxybutylamidoaminen oder Imidazolinen. Bei Verwendung eines Überschusses von Oxiran erhält man Polyäthylenäther, Polypropylenäther oder Polybutylenätherderivate.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus denen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Beispielhaft werden Emulgatoren gezeigt, die verwendet werden, um kationische Asphalt-in-Wasser Emulsionen zu erhalten, die außerordentlich nützlich sind, um unter Scherbedingungen mit einer Vielzahl kieselsäure- und kalkhaltiger Zu-

Ol schlagstoffe gemischt zu werden. Nach 'Absetzen (Verdampfen von Wasser) zeigen die Asphaltfilme eine hervorragende Adhäsion an die Oberfläche des Zuschlagstoffes.

Bei der Herstellung der bituminösen Emulsionen gemäß der Erfindung wird eine wässrige saure Lösung der nachstehend beschriebenen Emulgatoren gründlich unter hohen Scherbedingungen in einer Kolloidmühle gemischt. Der Bitumenanteil kann in einem Bereich zwischen 30 bis etwa 80 Gewichtsprozent liegen, bevorzugt zwischen 60 % und 70 %. Die Dosierung des Emulgators kann in einem Bereich von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent der Emulsion liegen, bevorzugt zwischen 0,2 bis 2,0 Gewichtsprozent der Emulsion. Abhängig vom Emulgator wird eine gemischte Emulsion in einen pH-Bereich von 2 bis 7 erhalten, mit den besten Resultaten

15 bei einem pH-Wert von etwa 2,5.

Das "Bitumen", das in der Emulsion verwendet wird, kann von US-amerikanischem oder ausländischem Rohöl abgeleitet sein; es umfaßt ebenfalls Bitumen, Naturasphalt, Petroleumöl, Ölrückstände aus dem Straßenbau, plastische Rückstände aus der Kohlenteerdestillation, Petroleumpech, und mit Lösungsmitteln verdünnte Asphaltzemente (cutback asphalt). Es kann praktisch Asphaltzement jeder Viskosität und von jedem Penetrationswert zur Verwendung im Straßenbau, wie in ASTM-Vorschriften D-3381 und D-946 beschrieben, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Emulgatoren emulgiert werden.

Normalerweise werden die kationischen Seifenlösungen durch Suspendieren des Amidoamins oder Imidazolins in Wasser erhalten* dem eine genügende Menge einer geeigneten Säure, beispielsweise Salz-, Schwefel- oder Phosphorsäure oder ähnliches zugegeben wird, bis der gewünschte pH-Wert unterhalb von 7 erreicht ist und eine klare Emulgator lösung erhalten wird. Danach werden die auf 55°C erhitzte Seifenlösung und der · auf 120 bis 125°C vorerhitzte flüssige Asphalt unter hohen Scherbedingungen in einer Kolloidmühle 30 Sekunden lang gemischt, worauf sich

ORIGINAL INSPECTED

• /9

Ol Asphaltemulsionen brauner Farbe und cremiger Konsistenz ergeben. Bevor mit Untersuchungen gemäß ASTM D-244 begonnen wird, werden die Emulsionen bei 70 C 16 Std. lang gelagert. Untersuchungen zur Mischung mit Zuschlagstoffen werden so durchgeführt, daß eine abgemessene Menge Zuschlagstoff in eine Mischungsschüssel gegeben wird, hierauf werden 5 bis 10 Gewichtsprozent der Emulsion auf den Zuschlagstoff gegeben und es erfolgt eine Mischung während 1 bis 5 Minuten. Die Mischung wird in drei gleiche Teile geteilt und in drei Schalen gegeben.

Die erste Probe wird beiseite gestellt, die zweite Probe wird unmittelbar nach der Mischung mit Wasser gewaschen und die dritte Probe wird nach einer Stunde mit Wasser gewaschen. Die prozentuale Beschichtung der Oberfläche des Zuschlagstoffes wird visuell festgestellt. Von der ersten Probe wird die prozentuale anfängliche Beschichtung festgestellt, von der zweiten Probe die prozentuale Beschichtung bei sofortigem Abwaschen und von der dritten Probe die prozentuale Beschichtung bei Abwaschen nach einer Stunde. Die Anforderungen der Bauindustrie für die Beschichtung werden allgemein bei mindestens 90 bis 95 % festge-

20 setzt.

Ein typischer Schlamm aus, kationischer wässriger bituminöser Emulsion und Zuschlagstoff wird im Labor mit einer Menge von mit Wasser vorgenäßtem Zuschlagstoff hergestellt, der mit einer geeigneten kationischen bituminösen Emulsion zu einer gewünschten Konsistenz gemischt wird. Man erhält die geeignete Konsistenz durch Verwendung gemischter Gradierungen von Zuschlagstoffen, die eine glatte, nicht sich trennende gleichförmige Mischung von kationischer wässriger bituminöser Emulsion und Zuschlagstoff bilden, welche gleichförmig auf eine existierende Oberfläche ausgebreitet werden kann. Die endgültige Festigkeit des aufgebrachten Schlammes wird erhalten, wenn das Bitumen, beispielsweise Asphalt, sich auf den Zuschlagstoffteilchen niederschlägt und die neu aufgebrachte Beschichtung an die bestehende Oberfläche als eine Mischung von Asphaltzement und Zuschlagstoff bindet.

- Λ0-

Ol Zum Auftragen der Beschichtung an der Straßenbau stelle kann eine mobile selbstgetriebene Einheit verwendet werden, die gleichförmig Zuschlagstoff, Wasser, anorganische und organische additive Emulsionskomponenten zumischt. Eine typische derartige Einheit ist mit getrennten Tanks für Zuschlagstoff, Wasser, Emulsion und Additive versehen, die stetig in einem voreinstellbaren Verhältnis in eine Mischkammer gegeben werden. Die stetig zugeführten Komponenten verbleiben in der Mischkammer etwa eine Minute und werden dann in einen Sprühkasten gegeben und auf die auszubessernde Oberfläche aufgebracht. Es können auch portionsweise arbeitende pneumatische Geräte zur geeigneten Austragung der kationischen bituminösen Aggregatschlämme gemäß der Erfindung verwendet werden.

Die Emulgatoren für die lösungsmittelfreien Emulsionen gemäß der Erfindung funktionieren äußerst zufriedenstellend . ohne Hilf semulgatoren. Es kann jedoch gelegentlich nötig werden, die Eigenschaften der Emulsion zu ändern, um verbesserte Viskosität bei einem gegebenen Asphaltgehalt zu erhalten, oder verbesserte Stabilität gegenüber Staub und feinen Stoffen auf dem Zuschlagstoff oder um die Absetzzeit zu verlängern, zu verkürzen usw. In diesen Fällen kann eine von zwei Methoden verwendet werden. Entweder wird eine Mischung von Tallöl-Fettsäuren, bevorzugt Tallölpech, dem Bitumen (Asphalt) vor der Emulgierung zügegeben, um die Desemulgierung oder die Viskosität der Emulsion zu verbessern, oder Mischungen der voranstehend beschriebenen Amidoamine und Imidazoline mit verträglichen kationischen oder nichtionischen Emulgatoren können zur Emulgierung des -Bitumens verwendet werden. HilfsemuIgatoren, die bis zu 90 % der endgültigen kombinierten Emulgatorformulierung ausmachen können, sind Fettamine, Fettpropandiamine, Fettamidoamine und Fettim id azoline. Diese Verbindungsklasse verringert im allgemeinen die Absetzzeit. Andere Hilfsemulgatoren sind monoquaternäre Ammoniumfettsalze und diquaternäre Diammoniumfettsalze und nicht ionische Emulgatoren wie Athylenglykolpolyäther von Nonyl- oder Dodeky!phenol. Auch können Kombinationen von Amidoaminen und Imidazolinen,

ORIGINAL INSPECTED

Ol basierend auf Monocarboxylfettsäuren aus verschiedenen Quellen und die sulfonierte Oleinsäure oder sulfonierte Tallöl-Fettsäuren gemäß der Erfindung ebenfalls erhalten werden durch Reaktion geeigneter Polyamine mit einer Mischung von Mono-, Di- oder Tricarboxylfettsäuren und sulfonierter Fettsäure. Für diesen Zweck geeignete Carboxylsäuren sind Tallöl-Fettsäuren, rohes Tallöl, Harzsäuren, Harzsäuren, die einer Reaktion mit Fumarin- oder Maleinsäure unterworfen wurden, Tallölpech, Talgfettsäuren, Sojafettsäuren und ähnliche. Kraft-Lignin oder Vinsol kann auch

10 einer Koreaktion unterworfen werden.

Ebenfalls können Dimersäuren, die langkettige Co/r-aliphatische Carboxylsäuren sind, die durch Dimerisation von Fettsäuren aus verschiedenen Quellen erhalten werden, einer Koreaktion unterworfen werden. Ein Beispiel dieser Art von Säure wird von Emery

^R*i
Industries, Inc. unter dem Handelsnamen "Empol ¹^-' Dimer Acids"

hergestellt.

Abhängig von der Art des Zuschlagstoffes und seiner Sauberkeit wird die Mischung verbessert, wenn der Zuschlagstoff mit 1,5 Gewichtsprozent Wasser, bezogen auf das Gewicht des Zuschlagstoffes, vorgenäßt wird. Die Eigenschaften der kationischen Asphaltemulsionen in bezug auf Mischeigenschaften und Absetzen (höherer Prozentsatz bei Abwaschen nach einer Stunde) können, falls erforderlich, ebenfalls verbessert werden, wenn, basierend auf dem Gewicht des Asphalts, 1 bis 15 % eines Lösungsmittels wie Dieselöl dem Asphalt vor der Emulgierung zugegeben wird. Die mit den sulfonierten Carboxylsäure-Polyaminkondensaten gemäß der Erfindung hergestellten Emulsionen sind stabil und können für einen langen Zeitraum bis zu ihrer Verwendung gelagert werden. Abhängig von der vorgesehenen Anwendung kann die Emulsion mit dem Zuschlagstoff zentral in einer Fabrik in einer großen Mischtrommel gemischt und die Mischung zur Baustelle gebracht werden. Alternativ kann die Emulsion zur Baustelle gebracht und dort gemischt werden, entweder mit einer Mischvorrichtung wie motorisierten Mischern oder per Hand.

Zur Herstellung der bituminösen Emulsionen, die Ln den erfindungsgemäßen Schlammdichtungsmischungen für den Straßenbau verwendet werden, wird eine wässrige saure Lösung der nachstehend beschriebenen Emulgatoren gründlich unter hohen Scherbedingungen in einer Kolloidmühle gemischt. Der Bitumengehalt kann von 30 bis 80 Gewichtsprozent, bevorzugt zwischen 60 und 70 % betragen. Der Anteil des Emulgators kann von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent der Emulsion reichen, bevorzugt zwischen 0,2 und 2 Gewichtsprozent der Emulsion. Abhängig vom Emulgator wird eine schlammige Emulsion erhalten in einem pH-Bereich von 2 bis 7 mit besten Resultaten bei einem pH-Wert von etwa 2,5.

Die Zuschlagstoffe für die erfindungsgemäßen Schlammdichtungsmischungen für den Straßenbau sind konventionelle schwer zu beschichtende, dicht abgestufte Zuschlagstoffe wie Sand, . Stoffe aus der Grubenförderung, von einem Grubenbrecher (pit-run, crusher-run usw.), die in ihrer Größe von allen dem reichen, was durch ein Nr. 4- Sieb paßt bis zu 80 %, die von einem 200-Sieb (US-amerikanische Standardserie) zurückgehalten werden.

Zuschlag stoff misch versuche werden durch Mischung des Zuschlagstoffes mit Wasser und wässriger bituminöser Emulsion durchgeführt. Ein anorganischer additiver Mineralfüller wie Portlandzement, hydratisierter Kalk, Kalksteinstaub oder Flugasche kann zugegeben werden, um die Absetz/Desemulgierungszeit zu beschleunigen und Salze wie Ammoniumsulfat, Aluminiumsulfat und andere inorganische Sulfate oder Schaumerzeuger können zugegeben werden, um die Absetzung/Desemulgierung des Schlammsystems zu verzögern. Mineralische Füllstoffe müssen den Erfordernissen von ASTM D-242 entsprechen. Diese Materialien werden in einer Mischschale gemischt, bis eine homogene Schlammisch ung erhalten wird. Bildet sich nicht_v innerhalb von drei bis vier Minuten Mischzeit ein stabiler Schlamm aus, wenn geeignete Anteile der Bestandteile verwendet werden, so sind die Materialien der Mischung nicht miteinander kompatibel. Diese Mischanordnung ist zur Simulation der aktuellen Verwendungsbedingungen erforder-

ORlGiNAL INSPECTED

Ol lieh. Nach Mischung des Schlammes wird dieser in eine Form gesprüht, die~ auf eine Asphaltpappe gelegt wird, und die Absetz/Desemulgierungszeit wird dadurch gemessen, daß die exponierte Schlammoberfläche mit einem Papiertuch abgetupft wird.

Falls kein brauner Fleck auf dem Papiertuch auftritt, wird der Schlamm als "abgesetzt" angesehen. Die Aushärtezeit könnte ebenfalls mit einem Kohäsionstestgerät gemessen werden. Zahlreiche weitere Versuche wie in ASTM D-3910 beschrieben werden verwendet, um Festigkeit und andere physikalische Eigenschaften des Schlamms zu messen. Der "Performance Guide for Slurry Seal", veröffentlicht von der amerikanischen Asphalt Emulsion Manufacturers Association, wird verwendet, um die Eigenschaften der Schlammdichtung zu messen.

Die Emulsion sollte während des Mischens stabil sein und sich innerhalb der vorgesehenen Zeit nach Anwendung absetzen. Die erfindungsgemäßen Emulgatoren weisen sehr zufriedenstellende Eigenschaften ohne Hilfsemulgatoren auf.

Beispielsweise können die Absetzzeiten gesteuert werden durch Konzentration des Emulgators, Hinzufügung von Kalk, Zement oder eines anorganischen Additivs, welches die Desemulgierungscharakteristik des Schlammsystems ändern würde. Auch kann ein organischer additiver Polymerlatex verwendet werden, um die Matrix zu stärken. Vorzugsweise wird das organische Additiv dem Emulsions-Zuschlagstoff Schlamm zugegeben.

Eine Mischung von Tallöl-Fettsäuren, vorzugsweise Tallölpech, kann den Bitumen (Asphalt) vor Emulgierung zugegeben werden, um die Desemulgierung zu verbessern oder die Viskosität der Emulsion zu verbessern. Alternativ können Mischungen der voranstehend beschriebenen Amidoamine 'und Imidazoline mit kompatiblen kationischen und nichtionischen Emulgatoren zur Emulgierung des Bitumens verwendet werden. Hilfsemulgatoren, die bis zu 90 % der gesamten kombinierten Emulgatorformulation ausmachen kön-^ nen, sind Fettamine, Fettpropandiamine, Fettamidoamine und Fett-

Ol imidazoline. Weitere Hilfsemulgatoren monoquaternärer Ammoniumfettsalze, diquaternäre Diammoniumfettsalze und nichtionische Emulgatoren wie Athylenglykolpolyäther und Nonyl- oder Dodekylphenol.

Die kationischen bituminösen Emulsionen, die in den erfindungsgemäßen Schlämmen verwendet werden, sind langsam absetzende gemischte Schlämme gemäß ASTM D-2397; die Absetzzeit kann jedoch durch Hinzufügung von Kalk oder Zement verkürzt werden, wodurch eine Emulsion mit einer Schnellabsetzcharakteristik erhalten wird.

Aus den folgenden Ausführungsbeispielen für unterschiedliche Arten von erfindungsgemäßen Emulgatoren werden weitere Merkmale und Vorteile der Verwendung dieser Verbindungen in niittelschnell absetzenden gemischten kationischen bituminösen Emulsionen und Schlammdichtungsanwendungen deutlich.

Beispiel 1 -

Dieses Beispiel zeigt die Vielzahl von Emulgatoren, die unter einer Vielzahl von Bedingungen aus sulfonierter Oleinsäure und Polyaminen erhalten werden.

25 Emulgator 1 (Amidoamintyp):

150 g sulfonierte Oleinsäure wird in einen Dreihalskolben geeigneter Größe (500 ml) gegeben, der mit Rührer, Thermometer und Dean-Stark-Falle zum Aufsammeln des Destillates versehen ist. 100 g Triäthylendiamin wurde langsam unter Rühren und Erhöhung der Temperatur auf 100⁰C zugegeben. Die Mischung wurde auf 210°C erhitzt. Nach Erhalt von 18 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

ORIGINAL INSPBCTED

• ÄS·

Ol Emulgator 2 (Imidazolintyp):

150 g sulfonierte Oleinsäure und 100 g Diäthylentriamin wurden gemischt wie bei Beispiel 1. Diese Reaktionsmischung wurde auf 200⁰C erhitzt. Nach Erhalt von 26 ml Destillat wurde die Reaktion

05 abgebrochen.

Emulgator 3:

120' g sulfonierte Oleinsäure und 100 g Aminoäthylpiperazin wurden gemischt und auf 240 C aufgeheizt. Nach Erhalt von 12 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

Emulgator 4:

120 g sulfonierte Oleinsäure und 100 g Triäthylentetramin wurden gemischt und auf 230°C erhitzt. Nach Erhalt von 10 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

Emulgator 5:

100 g sulfonierte Oleinsäure und 100 g Tetraäthylenpentamin

wurden gemischt und auf 240 C erhitzt. Nach Erhalt von 10 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

Emulgator 6:

130 g sulfonierte Oleinsäure und 100 g N-Aminoäthyläthanolamin wurden gemischt und auf 240 C erhitzt. Nach Erhalt von 20 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

Emulgator 7:

120 g sulfonierte Oleinsäure wurde mit 50 g Triäthanolamin und 40 g Diäthylentriamin gemischt. Dies wurde auf 250 C erhitzt. Nach Erhalt von 16 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

Emulgator 8:

120 g sulfonierte Oleinsäure wurde mit 60 g Aminoäthylpiperazin und 40 g Triäthylentetramin gemischt. Die Mischung wurde auf 240°C erhitzt. Nach Erh ilt von 15 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

r-l ■:'[:■'/. 3333bbU

■Ά0>-

Ol Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt eine Vielzahl von Emulgatoren, die aus Polyaminen und Mischungen von sulfonierter Oleinsäure und Fettsäuren aus verschiedenen Quellen, Vinsol oder Kraft-Lignin erhalten wurde.

Emulgator 9 (Imidazolin):

100 g sulfonierte Oleinsäure und 100 g 1483 wurden bei Zimmertemperatur gemischt. Zur Mischung wurden 100 g Triäthylendiamin gegeben und die Mischung auf 265°C erhitzt. Nach Erhalt von 46 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

Emulgator 10:

105 g sulfonierte Oleinsäure und 105 g Rosin S (ein Kolophoniumprodukt) wurden auf 100 C erhitzt. Dieser Mischung wurden 85 g Diäthylentriamin zugegeben. Die Temperatur stieg auf 15O°C. Es wurde weiter auf 265°C erhitzt. Nach Erhalt von 35 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

Emulgator 11:

100 g sulfonierte Oleinsäure und 100 g Tallölpech wurden gemischt und hierzu 100 g Triäthylendiamin gegeben und das Ganze auf 240⁰C erhitzt. Nach Erhalt von 30 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

Emulgator 12:

ίΐ?)

100 g sulfonierte Oleinsäure und 50 g Industrene EM (hergestellt von Humko, jetzt Witco, V.St.A.) wurden gemischt und hierzu 80 g Triäthylendiamin gegeben und auf 210 C erhitzt. Nach Erhalt von 13 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

ORIGINAL INSPECTED

. Al··

Ol Emulgator 13:

100 g sulfonierte Oleinsäure und 100 g C^-Dicarboxylsäure (Diacid·-, hergestellt von Westvaco) wurden gemischt und hierzu 100 g Triäthylendiamin gegeben. Dieses wurde auf 190 C aufgeheizt. Nach Erhalt von 14 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

Emulgator 14:

135 g ^sulfonierte Oleinsäure und 125 g C₉₁-Dicarboxylsäure

(Diaeid-·, hergestellt von Westvaco) wurden gemischt und 120 g

DETA hinzugegeben. Das Ganze wurde auf 220 C erhitzt. Nach

Erhalt von 28 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

Emulgator 15:

90 g sulfonierte Oleinsäure und 30 g Vinsol wurden gemischt und hierzu 80 g Diäthylentriamin gegeben und das Ganze auf 230 C erhitzt. Nach Erhalt von 20 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

20 Emulgator 16:

100 g sulfonierte Oleinsäure und 100 g Diäthylentriamin wurden bei Zimmertemperatur gemischt. Die Temperatur stieg auf 80 C. Es wurde auf 100 C erhitzt und 40 g Indulin A (Kraft-Lignin angesäuert auf pH 2,5) wurde zugegeben. Wenige Tropfen Octanol verhinderten übermäßiges Schäumen. Das Ganze wurde auf 200 C erhitzt. Nach Erhalt von 27 ml Destillat wurde auf 120°C abgekühlt und mit Methylzellulose/Isopropanol verdünnt.

Emulgator 17:

Zu 110 g sulfonierter Oleinsäure wurden 13 g Kaliumhydroxyd, gelöst in 80 ml Methanol, zugegeben. Die Temperatur stieg auf 65 C. Nach 10 Minuten wurden 50 g Diäthylentriamin durch einen Tropftrichter gegeben und die Reaktionsmischung auf 200 C erhitzt. Nach Erhalt von 88 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen. Es wurde auf 110 C gekühlt und verdünnt mit Di äthylengly kol/1 sopropanol.

Ol Emulgator 18:

90 g sulfonierte Oleinsäure und 90 g DlAM HC (Talgpropandiamin, hergestellt von General Mills Inc., jetzt Henckel) wurden gemischt und 30 g Diäthylentriamin zugegeben. Die Temperatur

stieg auf 100⁰C. Es wurde weiter auf 230°C erhitzt. Nach Erhalt von 7 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

Beispiel 3

Dieses Beispiel zeigt einige aus sulfonierten Tallöl-Fettsäuren und Polyaminen hergestellte Emulgatoren.

Emulgator 19:

150 g sulfonierte Tallöl-Fettsäure wurde mit 100 g Diäthylentriamin gemischt und auf 210 C erhitzt. Nach Erhalt von 14 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

Emulgator 20:

100 g sulfonierte Tallöl-Fettsäure wurde mit 100 g einer Mischung von Aminoäthylpiperazin und Tetraäthylentriamin . gemischt und auf 21O⁰C erhitzt. Nach Erhalt von 7 ml Destillat wurde die Reaktion abgebrochen.

Emulgator 21:
100 g sulfonierte Tallöl-Fettsäure wurde gemischt mit 100 g einer Mischung von Aminoäthylpiperazin und Tetraäthylentriamin und auf 210 C erhitzt. Nach Erhalt von 7 ml Destillat wurde die

Reaktion abgebrochen.

Beispiel 4· 30

Dieses Beispiel zeigt die Eigenschaften erhaltener Emulsionen, wenn die voranstehend beschriebenen Emulgatoren zur Emulgierung verwendet wurden. Um die vielseitige Verwendbarkeit dieser Emulsionen zu zeigen, wurden unterschiedliche kieselsäure- und kalkhaltige Zuschlagstoffe für die Mischversuche verwendet. Emul-

ORIGINAL INSPECTED

30

Ol sionen wurden mit venezolanischem Asphalt hergestellt, der einen Penetrationswert von 120 bis 150 aufwies. Es wurden hervorragende Emulsionen erhalten, wenn ein Anteil von 0,3 bis 1,5 % Emulgator verwendet wurde. Emulgatoren wurden in dem ρH-Bereich von 1,5 bis 6,5 hergestellt, wobei die besten Resultate bei einem pH-Wert von 2,5 erhalten wurden. Der pH-Wert wurde mit verdünnter Salzsäure eingestellt. Die Versuchsresultate sind in Tabelle I dargestellt. Der Zuschlagstoffversuch zeigt an, ob eine Emulsion für Mischeinsätze geeignet ist. Der Versuch wurde mit Mischschale und Löffel ausgeführt. Abhängig von der Sauberkeit des Zuschlagstoffes wurde dieser vorgenäßt mit 1 bis 3 % Wasser vor Zugabe der Emulsion. Nachdem 5 bis 9 g Emulsion (pro 100 g Zuschlagstoff) mit Zuschlagstoff eine Minute lang gemischt waren, wurden anfängliche Beschichtung, Beschichtung bei sofortigem Abwaschen und Beschichtung bei Abwaschen nach einer Stunde visuell festgestellt. Von diesen Werten kann der Mischwirkungsgrad und die Absetzzeit mit einem bestimmten Zuschlagstoff festgestellt werden.

35

TABELLE I AUSWERTUNG VON ASPHALTEMULSIONEN

Emulgator

Asphalt-Dosierung gehalt

Saybolt Furol

pH- Viskosität bei Zuschlag-Wert 5O⁰C. (see) stoff

Anfangs-Wasser beschichtung

Beschichtung nach Abwaschen mit Wasser (min)

1

30

Emulgator 1 0,4

0,6

1,0

Emulgator 2 0,4

*) deseniulgiert

68,2

2,5

68,4 2,5

68,7 2,5

68,3 2,5

37

38

94

45

Schloss

Tennessee

River

Gravel

Tennessee

Liniestone

Rhyolite

Schloss

Tennessee

River

Gravel

Tennessee

Limestone

Good Hope

Koch

Schloss

Tennessee

River

Gravel

Tennessee

Rhyolite

Schloss Tennessee River
Gravel

100

100 100 100

100

100 100 100 100

100 100

100

15

100 5

95

10

95

80 95

100

100 100

30	60	100	40	CC
2		20
10		80	95	α.
5		85		Ca.
				α
			100	CJ
3		85	85
5		75

TABELLE I (FORTSETZUNG)

Ernulgator

Asphalt-Dosierung gehalt pH- % ' % Wert

0,6

1,0

Emulgator 3 0,4

68,6 2,5

69,0 2,5

68,3 2,5

	Wasser	Anfangs-	*)	Beschichtung	'min)	30	nach	t	60	\	40	*J J 1* f** I « ·	»	* '
	%	beschichtung		Abwaschen mi	%				OJ	90	■ Λ' '
Saybolt Furol	2	%	100	Wasser (					100
Viskosität bei Zuschlag-		100		90	100	1		.''■".
50⁰C. (sec) stoff	1	100	1 15					> I
	3			100		90	I » . "	CO
Tennessee	3						CO CO
Limestone		100	10		95		CO
Rhyolite			100	100			cn f η
47 Schloss	2	100	5			t ι ·
Tennessee		100		100
River	4	100		20
Gravel	1	100	15	70
Tennessee	3			90
Limestone	3		30
Good Hope		100	2
Koch			2 50	80
132 Schloss	2	100	5
Tennessee		*)		75
River	1	100 ■
Gravel	3		3	100
Tennessee	3
Limestone		*)	5
Rhyolite
45 Schloss	2	100	10
Tennessee			100
River	1
, Gravel
Tennessee
Limestone	50
Rhyolite

TABELLE I (FORTSETZUNG)

Emulgator

Asphalt-Dosierung gehalt pH- % % Wert

Saybolt Furol Viskosität bei 50⁰C. (sec)

Anfangs-Zuschlag- Wasser beschichtung stoff % %

Beschichtung nach Abwaschen mit Wasser (min)

% 1 15 30

0,6

1,0

Emulgator 4 0,8

68,4 2,5

68,0 2,5

68,4 2,5

49

75

Emulgator 5 1,0

68,4 2,5

81

Schloss

Tennessee

Gravel

Tennessee

Limestone

Rhyolite

Schloss

Tennessee

Gravel

Tennessee

Limestone

Rhyolite

Schloss

Tennessee

Gravel

Tennessee

Liniestone

Rhyolite

Schloss

3
3

1
3
3

3
3

2
1
3

100 100

100

100 100 100

100 100

100 100 100

20 10

50

10

3 5

3 10

10

50

100

75

80

90

100 95

95

60 85

80 85 90

Ca Ca Ca O (J C

^S \

TABELLE I (FORTSETZUNG)

Asphalt-Dosierung . gehalt pH-Emu! gator , % ■ % Wert

Emulgator 6 0,8

Emulgator 7 ·, 1,0

68,1 2,5

68,0 2,5

Emulgator 8 1,0

68,3 2,5

	Zuschlag	Wasser	Anfangs-	Beschichtung	%	30	nach	>»···♦
	stoff	%	beschichtung	Abwaschen mit	75		• 1« ♦ » Λ * · »
Saybolt Furol	Tennessee	3	%	Wasser (min)			ι ; . .
Viskosität bei	River		100				Ca) <-*
50⁰C. (sec)	Gravel			1 15	80	60	OJ, ·'···.
	Tennessee	2		5		80	* * I * 4 * »
	Limestone		100		100		ft 1 ■ · ·
	Licking	3					ft » * • Λ * »
	Limestone		100	3	15	90	I > » I ϊ *
	Koch'	1			60		I 1 >
	Schloss	3	100	30	80
	Tennessee"	3	100				* * '
	River		100	2		30
67	Gravel			3	80	70
	Tennessee	2		5		90
	Limestone		100		70		CO
	Rhyolite	1			40		CO
	Schloss	3	100	5	80	95	co
	Tennessee	3	100				co
	River		100	5		80	cn f η
34	Gravel			2 20	50	80	\J I I—\
	Tennessee	2		5		90	* *
	Limestone		100		60
	Rhyolite	1			80
	Schloss	3	100	5	60
			100
			5	90
81		2 50

TABELLE I (FORTSETZUNG)

Asphalt-Dosierung gehalt pH-Emu 1 gator % % Wert

	Zuschlag	Wasser	Anfangs-	Beschichtung	%	30	nach	OJ	90	I I 4 < I
	stoff	515	beschichtung	Abwaschen mit	50		95 JF	80	• « r I¹
Saybolt Furol	Tennessee	3	%	Wasser (min)			_t	100	I
Viskosität bei	River		100					• ,**
50⁰C. (sec)	Gravel			1 15	70	60		•' V
	Tennessee	2		5		95	95	I 1 1 I r
	Limestone		100		60			f ( ff I I
	Rhyolite	1			60	65	t t ■
	Schloss	3	100	3	95		« t « ·
	Tennessee	3	100			90	C C f
	River		100	5			* P
27	Gravel			10	80
	Tennessee	2		15
	Limestone		100		60
	Koch	1				90
	Schloss	3	100	5	80		CjO f X >
	Tennessee	3	100			.70	(Λ
	River		100	40			CaJ
67	Gravel			10 100	100		er
	Tennessee	2		5			er
	Limestone		100		60		α
	Rhyolite	1
			100	5	50
	Schloss	3
			100	5

60		5

Emulgator 9 0,8 67,3 2,5

Emulgator 10 1₅0 68,3 2,5

Emulgator 11 1,0 68,1 2,5

.TABELLE I (FORTSETZUNG)

Asphalt-Dosierung gehalt pH-Emulgator % % Wert

Emulgator 12 1,0

Emulgator 14 1,0

68,4 2,5

Emulgator 13 1,0 68,1 2,5

68,4 2,5

	Zuschlag	Wasser	Anfangs-	Beschichtung	-	5	[min)	30	nach	40	• > . »
	stoff	%	beschichtung	Abwaschen mit	2 30	%	80
Saybolt Furol	Tennessee	3	%	Wasser			100
Viskosität bei	River		100
50⁰C. (see)	Gravel			1 15	85	60		• > * >
	Tennessee	2		5		90	70	* * * t > > a · » *
	Limestone		100		80			• * »
	Licking	3					80	*t ·** » » ■
	Limestone		100	7	20	95 '	60	• *
	Koch	1					95	* t 9 it « *
	Schloss	3	100	7	80	100 W
	Tennessee	3	*)			i
	River		100	2		80
26	Gravel				40		CO f \
	Tennessee	2		20		80	*KKJ* *(. "\*
	Limestone		100		60	80	*K-KJ* CO
	Rhyolite	1			50		cn
	Schloss	3	100	10	80		cn
	Tennessee	3	100				CD
	River		100	10
191	Gravel			10	70
	Tennessee	2		10
	Limestone		100		60
	Rhyolite	1			40
	Schloss	3	100	10
			100

93

TABELLE I (FORTSETZUNG)

Asphalt-Dosierung gehalt pH-Emulgator % % Wert

Saybolt Furol Viskosität bei 50⁰C. (see)

Anfangs-Zuschlag- Wasser beschichtung stoff % %

Beschichtung nach Abwaschen mit Wasser (min)

1 15 30

Emulgator 15 1,0

js Emulgator 16 1,0

68,4 2,5

68,4

115

Emulgator 17 0,8

67,1

Tennessee

Gravel

Tennessee

Limestone

Rhyolite

Schloss

Tennessee

Gravel

Tennessee

Limestone

Licking

Limestone

Schloss
Tennessee
River
Gravel
Tennessee
Limestone
'Rhyolite

Schloss

2 1

3 3

2 3 1

3 3

2 1 3

100

100 100

100 100 100

100 100

100 100 100

20

5 5

10 5

3 3 2

5 10

5 5 5

60

50 60

100 75

80 80 15

100 50

50 50 50

80

70 70

80

90

100

30

80

80 90 70

Ca Ca. CJ CJ CZ

	TABELLE I	Wasser	Anfangs- beschichtung	Beschichtung Abwaschen mit Wasser (min) 1 15 30	90 100 20	nach 60	i t i s t t » » > » » » i •«1 * i -t * 1 I > » * * 3 t ft « <■ * W * ft ■) *
	(FORTSETZUNG)	3 2 1	O CD O C3 CD CD	7 10 2	30 60 80 90 60	95 Ca J 30	• ψ * * it * Ψ > A Γ » * » J t > '
Asphalt- Dosierung gehalt pH- Emulgator % % Wert	Saybolt Furol Viskosität bei Zuschlag- 50⁰C. (see) stoff	3 3 2 1	■ 100 100 100 100	5 20 30 30	■	foo 100 100 70	3333550
	Tennessee River Gravel Tennessee Limestone Koch
Emulgator 18 0,8 69,0 2,5	54 Schloss Tennessee River Gravel Tennessee Limestone Rhyolite

t? ö »*

Ol

Beispiel 5

05

10

Dieses Beispiel zeigt die Wirkungsweise dieser Arten von Emulgatoren für Schlammdichtungsanwendungen.

Tabelle II verdeutlicht die schnellen Absetzzeiten der in Beispielen 1 bis 3 hergestellten Schlämme, darüber hinaus die Fähigr keit, die Absetzzeiten durch Hinzufügung eines mineralischen Füllstoffes (Portlandzement) zu steuern. Die Absetzzeiten sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

15 20 25 30

Tabelle II Schlammabsetzzeit (min.)

Emulgator ohne mit Nr. Zement Zement

1	198	4
3	176	16
4	247	7
5	252	28
6	180	10
7	180+	35
8	120+	29
9	*)	*)
10	180+	*)
11	*)	5
13	180+	4
15	247	4
16	176	15
17	180+	9
19	120+	1
20	19	1
21	*)	27
*)	desemulgiert

35

ORIGINAL INSPECTED

Ol Während die Erfindung beschrieben und erläutert ist unter Bezugnahme auf unterschiedliche bestimmte Materialien, Verfahren und Beispiele wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf diese bestimmten Materialien, Kombinationen von Materialien und für diesen Zweck ausgewählten Verfahren beschränkt ist. Dem Fachmann auf diesem Gebiet ist klar, daß zahlreiche Änderungen derartiger Einzelheiten verwendet werden können.

Claims

Patentansprüche

etwa 30 bis etwa 80 Gewichtsprozent Bitumen, etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent eines Emulgators aus der Gruppe von Reaktionsprodukten von Polyaminen, die einer Reaktion irit sulfonierten Carboxylsäuren aus der Gruppe sulfonierter TaIlöl-Fettsäuren und sulfonierter Oleinsäure unterworfen wurden, und Wasser zum Auffüllen auf 100 Gewichtsprozent, wobei die Emulsion einen pH-Wert im Bereich von 2 bis 7 aufweist.

2. Kationische bituminöse Emulsion nach Anspruch 1, 20 dadurch gekennzeichnet,

daß die Emulsion eine gemischte Zusammensetzung ist.

3. Kationische bituminöse Emulsion nach Anspruch 1, d a du rch gekennzeichnet,

daß bis zu 90 % der gesamten- Emulgatorformulierung ein Hilfsemulgator oder mehrere Hilfsemulgatoren aus der Gruppe der Fettamine, Fettpropandiamine, Fettamidoamine, Fettimidazoline, monoquaternäre Ammoniumfettsalze, diquaternäre Diammoniumfettsalze, und Athylenglykolpolyäther von Nonyl-

30 oder Dodekylphenol ist (sind).

-S-

Ol 4· Kationische bituminöse Emulsion nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bis zu 90 % der gesamten Emulgatorformulation ein Hilfsemulgator oder mehrere Hilfsemulgatoren aus der Gruppe von Stickstoffderivativen von Harzsäuren und Stickstoffderiva

tiven von Kraft-Lignin ist (sind).

5· Kationische bituminöse Emulsion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Emulgatorformulierung durch Reaktion eines PoIyamins mit einer Mischung der sulfonierten Carboxylsäure nach Anspruch 1 und Carboxylfettsäuren aus der Gruppe von Mono-, Di- und Tricarboxylfettsäuren und ihren Mischungen hergestellt ist.

6. Kationische bituminöse Emulsion, dadurch gekennzeichnet,

daß die Emulgatorformulierung durch Reaktion eines PoIyamins mit einer Mischung von Harzsäuren und einer sulfonierten Carboxylsäure nach Anspruch 1 hergestellt ist.

7. Kationische bituminöse Emulsion, dadurch gekennzeichnet,

daß die Emulgatorformulierung durch Reaktion eines PoIyamins mit einer Mischung von. Kraft-Lignin und einer sulfo

nierten Carboxylsäure nach Anspruch 1 hergestellt ist.

8. Kationische bituminöse Emulsion nach Anspruch 1, 2, 3, 4? 5, 6 oder 7,

30 gekennzeichnet durch

etwa 60 bis 70 Gewichtsprozent der Emulsion Bitumen, etwa 0,2 bis 2,0 Gewichtsprozent der Emulsion Emulgator und Wasser zum Auffüllen auf 100 Gewichtsprozent, wobei die Emulsion einen pH-Wert von etwa 2,7 aufweist.

ORIGINAL INSPECTED

Ol 9· Kationische bituminöse Emulsion nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Emulsion etwa 1 bis 15 Volumenprozent eines Kohlenwasserstofföls enthält.

10. Kationische bituminöse Emulsion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß vor Emulgierung dem Bitumen eine Mischung von Tallöl-Fettsäuren zugegeben wird.
10

11. Kationische bituminöse Emulsion nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von Tallöl-Fettsäuren Tallölpech ist.

12. Schlammdichtungsmischung für den Straßenbau aus einer kationischen wässrigen bituminösen Emulsion und einem verarbeitbaren mineralischen Zuschlagstoff,
gekennzeichnet durch
einen dicht abgestuften mineralischen Zuschlagstoff, der durch ein Nr. 4-Sieb paßt und von dem mindestens 80 % auf einem 200-Sieb zurückgehalten werden; etwa 8 bis etwa 20 % einer Öl-in-Wasser Emulsion, basierend auf dem Gewicht des mineralischen Zuschlagstoffes, wobei die Emulsion aus etwa 55 bis 65 % Bitumen besteht, basierend auf dem Gewicht der Emulsion, aus etwa 0,5 % bis etwa 2 % eines kationaktiven Emulgators, basierend auf dem Gewicht der Emulsion, wobei der Emulgator das Reaktionsprodukt eines oder, mehrerer Polyamine und einer sulfonierten Carboxylsäure aus der Gruppe sulfonierter Tallöl-Fettsäuren und sulfonierter Oleinsäure ist; und Wasser zum Auffüllen auf 100 Gewichtsprozent der Emulsion, daß die Emulsion einen pH-Wert im Bereich von 2 bis 7 aufweist; etwa 4 % bis etwa 16 % Wasser, basierend auf dem Gewicht des mineralischen Zuschlagstoffes, hinzugefügt zur Ausbildung eines Schlammes aus dem Zuschlagstoff und der Emulsion; und bis zu 3 % eines anorganischen oder organischen Additivs zur Verringerung der Absetzzeit der Mischung.

Ol 13. Schlammdichtungsmischung für den Straßenbau nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Emulsion eine langsam absetzende gemischte Zusam-

05 mensetzung ist.

14· Schlammabdichtungsmischung für den Straßenbau nach Anspruch 12 und 13,
dadurch gekennzeichnet,

daß bis zu 90 % der gesamten Emulgatorformulierung ein Hilfsemulgator oder mehrere Hilfsemulgatoren aus der Gruppe von Fettaminen, Fettpropandiaminen, Fettamidoaminen, Fettimidazolinen, monoquaternären Ammoniumfettsalzen, diquaternären Ammoniumfettsalzen, und Äthylenglykolpolyäthern von

15 Nonyl- oder Dodekylphenol ist (sind).

15. Schlammdichtungsmischung für den Straßenbau nach Anspruch 12 oder 13,

dadurch gekennzeichnet,

daß bis zu 90 % der gesamten Emulgatorformulierung aus einem Hilfsemulgator oder mehreren Hilfsemulgatoren aus der Gruppe von Stickstoffderivativen von Harzsäuren und Stickstoff derivativen von Kraft-Lignin besteht (bestehen).

16. Schlammdichtungsmischung nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Emulgatorformulierung durch Reaktion des Polyamins mit einer Mischung der sulfonierten Carboxylsäure nach Anspruch 1 und Carboxylfettsäuren aus der Gruppe von Mono-, Di- und Tricarboxylfettsäuren und ihren Mischungen herge

stellt ist.

17· Schlammdichtungsmischung für den Straßenbau nach Anspruch

12 oder 13,
35 dadurch gekennzeichnet,

daß die Emulgatorformulierung durch Reaktion der Polyamine mit einer Mischung von Harzsäuren und der sulfonierten Carboxylsäure hergestellt ist.

Ol 18. Schlammdichtungsmischung für den Straßenbau nach Anspruch

12 oder 13,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Emulgatorformulierung durch Reaktion der Polyamine mit einer Mischung von Kraft-Lignin und der sulfonierten

Carboxylsäure hergestellt ist.

19. Schlammabdichtungsmischung für den Straßenbau nach Anspruch 12 oder 13,

10 gekennzeichnet durch

etwa 55 bis 65 Gewichtsprozent Bitumen, basierend auf dem Gewicht der Emulsion, 0,2 bis 2,0 Gewichtsprozent Emulgator, basierend auf dem Gewicht der Emulsion, und Wasser zum Auffüllen auf 100 Gewichtsprozent, wobei die Emulsion einen

15 pH-Wert von etwa 2,7 aufweist.

20. Schlammabdichtungsmischung für den Straßenbau nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Mischung von Tallöl-Fettsäuren den Bitumen vor der

Emulgierung zugegeben wird.

21. Schlammabdichtungsmischung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,

daß die Mischung von Tallöl-Fettsäuren Tallölpech ist.

22. Schlammabdichtungsmischung nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,

daß das anorganische Additiv aus der Gruppe von Portlandzement, hydratisiertem Kalk, Kalksteinstaub, Flugasche,

Ammoniumsulfat und Aluminiumsulfat ausgewählt ist.