DE3736215A1

DE3736215A1 - Schuettfaehiges, lockeres bitumenmischgut, verfahren zu dessen herstellung und verwendung desselben

Info

Publication number: DE3736215A1
Application number: DE19873736215
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Chem Dr Kuether
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-10-26
Filing date: 1987-10-26
Publication date: 1989-05-03

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines schüttfähigen, lockeren Bitumenmischguts, das gewisse Zusatzmittel, insbesondere Kieselsäure und Kunststoffe, enthält. Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung besonders im Straßenbau und für die Herstellung von Dachpappe.

Bitumen findet seit Jahren Verwendung für Anstrichstoffe, im Bautenschutz, für Vergußmassen und insbesondere als Straßenbaumaterial und in der Dachbahnenindustrie.

Bei der Verwendung im Straßenbau wird Bitumen mit Mineralstoffen vermischt und die Mischung aus den Mineralstoffen und Bitumen, die ggf. noch Bindemittel wie Emulgatoren enthält, wird in der Regel aus der Schmelze verarbeitet.

Aus der DE-PS 29 33 339 ist ein pulverförmiges Bitumenkonzentrat mit einem Gehalt an synthetischer Kieselsäure von 10 bis 85 Gew.-% und die Verwendung eines solchen Konzentrats zur Herstellung von Asphaltmischungen für den Straßenbau bekannt. Die bekannten Mischungen haben den Vorteil, daß sie trotz des Bitumenanteils pulverförmig hergestellt werden können, temperaturstabil und fließfähig sind.

Es ist weiterhin bekannt, durch den Zusatz von Kunststoffen, wie Polyolefinen, die Plastizität und thermomechanischen Eigenschaften des Bitumens zu erhöhen. Auch Fasermaterialien hat man bereits zu Bitumen gegeben. Durch diese Additive werden die Eigenschaften von Bitumen jeweils spezifisch verbessert.

Die Verwendung von Bitumen ohne Additive (ausgenommen die Mineralien) bietet den Vorteil, daß sie preiswert sind, daß bereits lange Erfahrungen mit solchen Mischungen vorliegen und daß die daraus hergestellten Straßenbeläge verhältnismäßig einfach repariert werden können. Nachteile sind unter anderem die Verhärtung und Versprödung, die Replastifizierung bei höheren Außentemperaturen und auch die verhältnismäßig hohen Verarbeitungstemperaturen von etwa 200 bis 240°C.

Die Vorteile beim Zumischen von Kunststoffen zu Bitumen sind unter anderem eine Verbesserung der Haftung, eine Erhöhung des Erweichungspunktes und auch eine Verbesserung der Flexibilität, insbesondere bei tiefen Temperaturen. Durch den Zusatz von Fasern kann die Bruchfestigkeit erhöht werden. Auch der Zusatz von aktiver Kieselsäure erhöht die Druckfestigkeit. Werden Elastomere als Kunststoffe verwendet, so wird auch die Rückstellfähigkeit nach einer Lastbeanspruchung und damit die Lebensdauer von Asphaltdecken erhöht. Beim Einsatz von Bitumen insbesondere im Straßenbau werden in der Regel große Mengen verarbeitet. Deshalb ist es wichtig, daß die Herstellung geeigneter Bitumenmischungen technisch realisierbar und nicht zu aufwendig ist. Das Einmischen von verschiedenen Additiven in Bitumen und die gleichmäßige Verteilung dieser Additive in den daraus herzustellenden Straßenbelegen ist technisch problematisch.

Die Herstellung eines rieselfähigen Pulvers aus Bitumen und unter Verwendung von synthetischer hochaktiver Kieselsäure gemäß der DE-PS 29 33 339 stellt eine erhebliche Verbesserung für die Anwendbarkeit des Bitumens dar. Nach den Angaben in der DE-PS 29 33 339 genügt es zur Herstellung des pulverförmigen, synthetische Kieselsäure enthaltenden Bitumenkonzentrats, zu der getrockneten Kieselsäure portionsweise Bitumen per Hand oder mit einem Flügelrührer zuzumischen und dann durch kräftiges Nachmischen zu homogenisieren. Anschließend wird die Masse dann auf einem Blech auf Raumtemperatur abgekühlt und die krümelige und granulatartige Masse mit einem Schlagwerk zu einem Pulver zerkleinert.

Eine solche Verfahrensweise ist nicht möglich, wenn außer Kieselsäure zusätzlich Kunststoffe und ggf. Fasern zugesetzt werden sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein pulverförmiges schüttfähiges lockeres Bitumenmischgut zur Verfügung zu stellen, das zusätzlich zu synthetischer Kieselsäure Kunststoffe und ggf. Fasermaterialien, Mineralöle und/oder Zeolithe enthält. Verbunden mit dieser Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung solcher Bitumenmischungen aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird durch ein schüttfähiges lockeres Bitu menmischgut gemäß Patenanspruch 1 und das Verfahren gemäß Patentanspruch 10 gelöst.

Unter Bitumen werden hier die in DIN-A 55946 (September 1957 mit Änderung Juli 1967) definierten dunkelfarbigen halbfesten bis springharten schmelzbaren hochmolekularen Kohlenwasserstoffgemische und die in Schwefelkohlenstoff löslichen Anteile der natürlichen Asphalte verstanden.

Unter synthetischer Kieselsäure werden bei der vorliegen den Erfindung sowohl die pulverförmigen voluminösen Formen der Kieselsäure (Fällungs-Kieselsäure) sowie auch die durch Flammenhydrolyse von SiCl₄ und erhaltenen ggf. hydrophobierten Kieselsäuren (pyrogene Kieselsäure) verstanden. Solche Kieselsäuren sind im Handel erhältlich und haben spezifische Oberflächen von ca. 50 bis 500 m²/g.

Kunststoffe sind im Sinne der vorliegenden Erfindung polymere Verbindungen, insbesonder Thermoplaste und Elastomere. Dazu gehören Polyolefine wie Polyethylen (Hochdruck- und Niederdruckpolyethylen), SBS (Styrol-Butadien-Styrol)-Copolymere, EPDM (Ethylen-Propylen-Dien) und EPM (Ethylen-Propylen-Copolymere). Weitere geeignete Kunststoffe sind Ethylen-Vinylacetat-Copolymere. Auch Altgummi kann eingesetzt werden. Auch Mischungen dieser Polymere sind geeignet.

Als Fasern kommen in Sinne der vorliegenden Erfindung in Frage: Natürliche und synthetische organische Fasern wie Polyesterfasern, Polyamidfasern, Polyacrylnitrilfasern, Cellulosefasern, Polyurethan-, Polyvinylchloridfasern und Mischungen daraus.

Geeignete anorganische Fasern sind beispielsweise Glasfasern, Mineralfasern und Stahlfasern sowie Kohlefasern.

Die Fasern haben vorzugsweise einen Durchmesser von 10 bis 100 µm, insbesondere 20 bis 60 µm, und die Faserlänge beträgt vorzugsweise 500 bis 10 000 µm und insbesondere 800 bis 2000 µm.

Die Anteile der jeweiligen Komponenten können in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Einsatz der Bitumenmischungen und den Eigenschaften der dem Bitumen zugesetzten Stoffe in einem verhältnismäßig breiten Bereich variieren. In jeweils 100 Gew.-Teilen Fertigprodukt sind folgende Bereiche vorgesehen:

Bitumen
20 bis 75 Gew.-Teile, insbesondere 25 bis 70 Gew.-Teile

Siliciumdioxid
10 bis 78 Gew.-Teile, insbesondere 15 bis 70 Gew.-Teile

Kunststoffe
2 bis 20 Gew.-Teile, insbesondere 5 bis 15 Gew.-Teile

Fasern
0 bis 30 Gew.-Teile, insbesondere 5 bis 25 Gew.-Teile

Zeolithe
0 bis 50 Gew.-Teile, insbesondere 0 bis 40 Gew.-Teile

Mineralöle (Weichmacheröle)
0 bis 15 Gew.-Teile, insbesondere 0 bis 10 Gew.-Teile

Haftmittel
0,2-3 Gew.-Teile, insbesondere 0,4-1,0 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmischung.

Die drei wesentlichen Bestandteile sind Bitumen, synthetische Kieselsäure und Kunststoffe. Zusätzlich können gegebenenfalls Fasern, Mineralöle und Zeolith vorhanden sein. Außerdem sind in den erfindungsgemäßen Bitumenmischungen übliche Haftmittel enthalten.

Geeignete Haftmittel sind Fettamine, Imidazolidine, Polyamine, quaternäre Ammoniumverbindungen, Fettsäuren und Bis(silylpropyl)polysulfane, z. B.

(H₅C₂O)₃-Si(CH₂)₃-S₄-(CH₂)₃-Si(OC₂H₅)₃

oder N-β-Aminoethylalkylimidazolin.

Die erfindungsgemäße Herstellung der erfindungsgemäßen Bitumenmischungen erfolgt durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Erwärmen von Bitumen und Kunststoff und gegebenenfalls Mineralölen unter Rühren auf eine Temperatur von 100 bis 200°C;
b) Einrühren eines Haftmittels in die Mischung gemäß a) bei einer Temperatur unterhalb 170°C;
c) gegebenenfalls Vormischen der hochaktiven Kieselsäure mit Zeolithen und/oder Fasern bis zu einer homogenen Verteilung;
d) Zugabe der gemäß der Stufe b) erhaltenen Bitumen- Kunststoffmischung über einen beheizten Strömungsteiler mit zugeschaltetem Messerkopfmischer zu der gemäß Stufe c) erhaltenen homogenen Mischung bzw. nur zu Kieselsäuren unter Aufrechterhaltung einer maximalen Mischtemperatur, bei welcher das Mischgut nicht agglomeriert;
e) Nachmischen ohne Messerkopf des gemäß d) erhaltenen Mischgutes unter Erhalt des schüttfähigen lockeren pulverförmigen Bitumenmischgutes.

Für das Mischverfahren hat sich insbesondere ein Pflugscharmischer mit Messerkopf und Kühlmantel als vorteilhaft herausgestellt. Ein solcher Mischer arbeitet wie folgt:
Durch die spezielle Anorndung der Pflugscharen auf der horizontal gelagerten Welle wird das Mischgut bei bis zu 70% Mischerfüllung an die Wand geworfen und im Gegenstromprinzip von der Wellenmitte, dem Aufgabepunkt, zu den Wellenenden in kürzester Zeit homogenisiert. Der seitlich unterhalb des Zugabestutzens angeordnete Messerkopf sorgt für eine Feinsttropfenaufteilung der zugegebenen Flüssigkeit.

Man erhält nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein rieselfähiges lagerfähiges Produkt, das in üblicher Weise abgesackt und an die Baustellen für den Einsatz im Straßenbau oder bei der Verwendung zur Herstellung von Dachpappen den Beschichtungseinrichtungen zugeführt werden kann. Die erfindungsgemäßen Bitumenmischungen sind auch bis bituminöse Anstriche oder Spachtelmassen geeignet.

Die erfindungsgemäßen Bitumenmischungen weisen die folgenden Vorteile auf: Sie sind leicht handhabbar und weisen eine ausgezeichnete Transport- und Lagerfähigkeit auf. Durch die Auswahl der Art und der Menge der Zusatzstoffe (synthetische Kieselsäure, Kunststoff, ggf. Fasern) kann man die Eigenschaften der Endprodukte (Straßendecken, Dachpappen) den jeweiligen gewünschten Anforderungen in optimaler Weise anpassen. Die Herstellung von "maßgeschneiderten" Mischungen ist somit möglich. Aus diesen Bitumenmischungen hergestellte Straßendecken haben eine hohe Temperaturstabilität, Druckfestigkeit und durch den Zusatz der Kunststoffe und ggf. Fasern erhöhte Elastizität und ein erhöhtes Rückstellungsvermögen.

Beschreibung der Rohstoffe
Eigenschaften des Styrol-Butadien-Styrol-Copolymers für Bitumencompounds
Block-Polystyrol-Gehalte (%)
18-50
Schmelzviskositätsindex (g/10 Min.)	0,5-8
ASTM D 1238 condition P

SBS kann auch als ölgestrecktes thermoplastisches Elastomer mit einem Ölgehalt von 30 bis 50% eingesetzt werden.

Lieferform: Granulat, Pulver
Eigenschaften des EPDM-Kautschuks
Eingesetzt wird Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, wobei die Dienkomponente aus Ethylidennorbornen besteht.
Technische Daten
Ethylen-Gehalt (%)
50-70
Doppelbindungsgehalt DB/1000 C	3-8
Viskositätsbereich ML (1+4); 100°C	70-85

Eigenschaften des synthetischen Zeoliths (Natriumaluminiumsilikat)
Mittlere Teilchengröße (µm)
3,5
Dichte (g/cm³)	2,0
pH-Wert (5%ige Suspension)	11,6

Eigenschaften des Ethylen-Vinylacetat-Copolymers
Schmelzindex (g/10 min.)
25-150
Vinylacetat-Gehalt (%)	18-33
Schmelzpunkt (°C)	65-88

Beispiele
Rezeptur 1
Bitumen B 300\|50 kg
SBS-Kautschuk (30% Styrolgehalt, Molekulargewicht ca. 200 000-300 000)	10 kg
Fällungskieselsäure	60 kg

Die Menge Bitumen B 300 wird mit dem SBS-Kautschuk bei 180 bis 190°C in einem Dissolver bis zur Feinstverteilung ca. 35 Minuten gerührt. Über einen elektrisch beheizten Trichter mit Siebbodenplatte (Bohrung d=3 mm) wird die Polymer-Bitumenmischung einem Pflugscharmischer, in welchem die Kieselsäure vorgelegt wurde, bei einer Wellendrehzahl von 160 U/min und einem laufenden Messerkopf (300 U/min) unter Außenkühlung mit Wasser in 4 bis 6 Minuten zugespeist. Nach Beendigung der Zugabe wird der Messerkopfrührer abgeschaltet und 2 bis 3 Minuten nachgerührt, bis sich eine Mischtemperatur unter 60°C ein gestellt hat.

Das erhaltene graue Pulver wird an der Luft abgekühlt und dann gebrauchsfähig abgesackt.

Rezeptur 2
Bitumen B 200\|50 kg
SBS (30% Styrolgehalt, Molekulargewicht ca. 200 000-300 000)	1,5 kg
Kieselsäure (Oberfläche 100-300 m²/g	14,5 kg
Zeolith	34,0 kg
Haftmittel (Bis(sillylpropyl)polysulfan)	1,5 kg

Der Bitumen wird mit dem SBS-Kautschuk bei 180 bis 190°C im Laufe von 15 Minuten in einem Dissolver homogenisiert. Nach dem Abkühlen wird das Haftmittel zugemischt. In einem Pflugscharmischer wird zunächst die Kieselsäure mit dem Zeolith vorgemischt. Nach Zuschaltung des Messerkopfes wird die auf 120°C eingestellte Bitumen-Kunststoffmischung in 5 bis 7 Minuten über einen beheizten Trichter mit Sieblochplatte zugegeben. Nach dem Abkühlen auf unter 40°C wird das hell- bis dunkelgraue Pulver abgefüllt.

Rezeptur 3
Bitumen B 300\|50 kg
EPDM-Kautschuk	7 kg
EVA (Ethylen-Vinylacetat-Copolymerisat)	2 kg
Kieselsäure (Oberfläche 190 m²/g)	30 kg
Cellulosefasern	30 kg
Faserlänge ca. 1100µm @	Faserdicke ca. 45 µm

Das Bitumen wird mit dem EPDM-Kautschuk bei 190 bis 200°C mit einem Rührwerk (25-50 U/min) im Laufe von 4 bis 5 Stunden homogenisiert.

Nach dem Abkühlen auf 180°C wird das EVA in ca. 1 Stunde zugemischt und nach weiterem Temperaturabfall auf 150°C wird die Bitumenkomponente der zuvor im Pflugscharmischer in ca. 1 bis 2 Min. vermengten Kieselsäure/Cellulosefaser-Feststoffkomponente über einen beheizten Trichter mit Sieblochplatte unter Wasserkühlung in 5 bis 7 Minuten bei laufendem Messerkopf zugegeben. Nach dem Abkühlen auf unter 40°C wird das faserig graue Material abgefüllt.

Rezeptur 4
Bitumen B 200\|75 kg
EPDM-Kautschuk	3 kg
Haftmittel (modifiziertes Alkyldiamin)	0,4 kg
Kieselsäure	20 kg
Cellulose	20

Das Bitumen wird wie oben mit dem EPDM-Kautschuk bei 190 bis 200°C mit einem Rührwerk (24-50 U/min) im Laufe von 4 bis 5 Stunden homogenisiert.

Nach dem Abkühlen auf 170°C wird das Haftmittel in ca. 15 Minuten zugemischt und nach weiterem Temperaturabfall auf 150°C wird die Bitumenkomponente der zuvor im Pflugscharmischer in ca. 1 bis 2 Minuten vermengten Kieselsäure/Cellulosefaser-Feststoffkomponente über einen beheizten Trichter mit Sieblochplatte unter Wasserkühlung in 5 bis 7 Minuten bei laufendem Messerkopf zugegeben. Nach dem Abkühlen auf unter 40°C wird das faserig graue Material abgefüllt.

Claims

1. Schüttfähiges, lockeres Bitumenmischgut mit einem Gehalt an synthetischer Kieselsäure, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich Kunststoff und ggf. faserförmige Materialien, Mineralöle und/oder Zeolithe enthält.

2. Bitumenmischgut gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es auf 100 Gew.-Teile Fertigprodukt folgende Komponenten enthält: Bitumen 20-75 Gew.-Teile Siliciumdioxid 10-78 Gew.-Teile Kunststoffe 2-20 Gew.-Teile Fasern 0-30 Gew.-Teile Zeolithe 0-50 Gew.-Teile Mineralöle (Weichmacheröle) 0-15 Gew.-Teile Haftmittel 0,2-3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung

3. Bitumenmischgut gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es auf 100 Gew.-Teile Fertigprodukt folgende Stoffkomponenten enthält: Bitumen 25-79 Gew.-Teile Siliciumdioxid 15-70 Gew.-Teile Kunststoffe 5-15 Gew.-Teile Fasern 5-25 Gew.-Teile Zeolithe 0-40 Gew.-Teile Mineralöle (Weichmacheröle) 0-10 Gew.-Teile Haftmittel 0,4-1,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung

4. Bitumenmischgut gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die synthetische Kieselsäure Fällungskieselsäure oder pyrogen hergestellte Kieselsäure mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 500 m²/g ist.

5. Bitumenmischgut gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Elastomer oder ein Plastomer ist.

6. Bitumenmischgut gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer ein Styrol-Butadien-Styrol-Polymeres, ein Ethylen-Propylen-Dien-Copolymeres oder Reifengummiabrieb, und das Plastomer ein Ethylen-Propylen-Copolymeres oder ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymeres ist.

7. Bitumenmischgut gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Polyesterfasern, Polyamidfasern, Polyacrylnitrilfasern, Cellulosefasern, Glasfasern, Mineralfasern, Mischungen daraus oder Kohlefasern sind.

8. Bitumenmischgut gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen Durchmesser von 10 bis 100 µm und eine Faserlänge von 500 bis 10 000 µm haben.

9. Bitumenmischgut gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Haftmittel in einer Menge von 0,5 bis 1,3 Gew.-Teilen, bezogen auf die Gesamtmischung, vorliegt.

10. Verfahren zur Herstellung eines Bitumenmischgutes ge mäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man folgende Verfahrensschritte durchführt:

a) Erwärmen von Bitumen und Kunststoff und gegebenenfalls Mineralölen unter Rühren auf eine Temperatur von 100 bis 200°C;
b) Einrühren eines Haftmittels in die Mischung gemäß a) bei einer Temperatur unterhalb 170°C;
c) gegebenenfalls Vormischen der hochaktiven Kieselsäure mit Zeolithen und/oder Fasern bis zu einer homogenen Verteilung;
d) Zugabe der gemäß der Stufe b) erhaltenen Bitumen-Kunststoffmischung über einen beheizten Strömungsteiler mit zugeschaltetem Messerkopfmischer zu der gemäß Stufe c) erhaltenen homogenen Mischung bzw. nur zu Kieselsäuren unter Aufrechterhaltung einer maximalen Mischtemperatur, bei welcher das Mischgut nicht agglomeriert;
e) Nachmischen ohne Messerkopf des gemäß d) erhalte nen Mischgutes unter Erhalt des schüttfähigen lockeren pulverförmigen Bitumenmischgutes.

11. Verwendung eines pulverförmigen Bitumenmischgutes gemäß Ansprüchen 1 bis 9 im Straßenbau oder zur Herstellung von Dachbahnen, bituminösen Anstrichen, Pasten oder Spachtelmassen.