DE3819931A1 - Polymermodifiziertes bitumen, herstellung und verwendung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft polymermodifiziertes Bitumen aus einem Normenbitumen oder Mischungen derselben und einem thermoplastischen Kunststoff sowie ein Verfahren zur Herstellung und Verwendung eines lagerstabilen polymermodifizierten Bitumens als Bindemittel in heißgemischten Asphaltmischungen.

Heißgemischte Asphaltmischungen finden in erster Linie im Straßenbau Verwendung, werden aber auch für zahlreiche Spezialanwendungen eingesetzt. Sie bestehen im wesentlichen aus einer Mischung aus Mineralstoffen und einem Bindemittel, z. B. einem Normenbitumen oder einem polymermodifizierten Bitumen. Der Einsatz polymermodifizierten Bitumens bewirkt eine Verbesserung der Gebrauchseigenschaften der Asphaltschichten hinsichtlich ihrer Verformungsbeständigkeit bei hohen Temperaturen sowie ihrer Kälteflexibilität.

Die Modifizierung von Bitumen beispielsweise mit Naturkautschuk ist lange bekannt. Daneben gibt es auch Bemühungen, dem Bitumen polymere Recyclingprodukte beizumischen und diese somit einer wirtschaftlichen Verwertung zuzuführen.

Bei der Herstellung hochwertiger Straßenbeläge haben sich dagegen amorphe Polyolefine sowie Copolymere von α-Olefinen als besonders vorteilhaft erwiesen (vgl. EP-OS 02 11 103).

Ein großes Problem beim Einsatz von polymermodifiziertem Bitumen als Bindemittel für Asphaltmischungen ist die Neigung, sich schon nach kurzem Stehen in schmelzflüssigem Zustand zu entmischen und zwar derart, daß sich der Kunststoff aufgrund seiner geringen Dichte in der oberen Schicht anreichert.

Derartige Mischungen von Bitumen und amorphen Polyolefinen müssen bis zu ihrer Verwendung durch Umpumpen oder Rühren homogen gehalten werden.

Das Problem, die Entmischung von Bitumen und thermoplastischem Kunststoff unter Verarbeitungsbedingungen nachhaltig zu verhindern, ist bereits beschrieben.

Die DE-PS 26 31 361 gibt an, daß die Entmischungsneigung von Bitumen und ataktischem Polyolefin durch die Zugabe einer bestimmten Menge eines Füllstoffes mit speziellen physikalischen Eigenschaften aufgehoben werden kann.

In der DE-AS 25 40 230 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Mischung aus Bitumen und Polyethylen oder Polypropylen in einer Heißmischanlage so lange homogenisiert wird, bis ein deutlicher Viskositätsabfall eintritt, wodurch eine einheitliche Masse erzeugt werden soll, die nicht zur Entmischung neigt.

Trotzdem ist von der Praxis ein weiterbestehendes Bedürfnis zu erkennen, Zusammensetzungen mit verbesserten Gebrauchseigenschaften zur Verfügung gestellt zu bekommen, bei denen die Entmischung von Mischungen aus Bitumen und Kunststoff wirksam verhindert wird.

Ziel der Erfindung ist daher, ein lagerstabiles polymermodifiziertes Bitumen und ein Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung anzugeben, das einer Asphaltmischung positive Gebrauchseigenschaften verleiht, sich problemlos mit herkömmlichen Maschinen verarbeiten läßt und darüber hinaus unter Lager- und Verarbeitungsbedingungen, d. h. bei Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes Ring und Kugel nicht zur Entmischung neigt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der thermoplastische Kunststoff der Gruppe der Olefin-Polymerisate und Olefin-Copolymerisate angehört und vor der Aufmischung mit dem Normenbitumen durch Durchleiten von Luftsauerstoff bei 200 bis 250°C auf einen Erweichungspunkt Ring und Kugel von 60°C bis 120°C eingestellt wird.

Besonders geeignete thermoplastische Kunststoffe sind ataktisches Polypropylen, Copolymere von α-Olefinen oder Gemische der vorgenannten Vertreter.

Der Erweichungspunkt Ring und Kugel (nach DIN 1995) der thermoplastischen Kunststoffe, von denen ausgegangen wird, liegt zwischen 85 und 160°C, die 15 000 mPa · s - gemessen mit einem Rotationsviskosimeter - und die Penetration bei 25°C (nach DIN 1995) zwischen 15 und 30×1/10 mm. Sie werden beispielsweise schmelzflüssig in thermisch isolierten Tankwagen oder als Granulat geliefert werden.

Die Behandlung der thermoplastischen Kunststoffe mit Luftsauerstoff kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Fig. 1 zeigt eine diskontinuierliche Technikumsapparatur zur oxidativen Behandlung eines granulierten thermoplastischen Kunststoffes.

In der gezeigten Technikumsapparatur wird der Einsatz über den Trichter 1 dem Aufschmelzbehälter 3, der über eine Mantelbeheizung 2 verfügt, zugeführt. Das aufgeschmolzene Granulat gelangt über Leitung 4 in den Reaktor 8, der von einer Heizschlange 9 umgeben ist. Über Leitung 5 wird die Luft in den Reaktor eingespeist und über eine Spinne 6 fein verteilt. Die Abluft wird über Leitung 10, das Produkt über Leitung 11 abgeführt.

Die oxidative Behandlung erfolgt bei 200 bis 250°C. Es werden 500 bis 1500 l Luft/Minute (unter Normalbedingungen) pro Tonne Einsatzstoff benötigt. Die Reaktion läuft unter ständigem Rühren 4 bis 10 Stunden und wird anhand des Erweichungspunktes Ring und Kugel kontrolliert. Nach Erreichen des gewünschten Erweichungspunktes des Kunststoffes wird das Reaktionsprodukt aus dem Reaktor abgezogen. Es kann sofort mit dem Normenbitumen zum Fertigprodukt aufgemischt oder in Fässern gelagert und transportiert werden, um es zu einem späteren Zeitpunkt einzusetzen.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen polymermodifizierten Bitumens werden Normenbitumen z. B. der Qualität B 80 oder B 200 bzw. es werden Mischungen derselben eingesetzt. Die Bitumenkomponente wird in üblichen Heißmischanlagen mit dem oxidativ behandelten thermoplastischen Kunststoff derart aufgemischt, daß die Mischung 75 bis 98 Gew.-% Normenbitumen und 2 bis 25 Gew.-% Kunststoff enthält.

Das erfindungsgemäße polymermodifizierte Bitumen ist lagerstabil. Zum Nachweis der Stabilität gegen Entmischung bei Heißlagerung gebrauchsfertiger polymermodifizierter Bitumen wird der branchenübliche Tubentest durchgeführt. Dazu werden 75 g polymermodifiziertes Bitumen blasenfrei in eine unlackierte Aluminiumtube von 3 cm Durchmesser und 16 cm Zylinderhöhe bis zu 2/3 ihrer Höhe eingegossen. Ehe das Prüfgut ganz erkaltet ist, wird das offene Tubenende so zusammengedrückt und mehrfach dicht verfalzt, daß keine Luft eingeschlossen wird. Die so luftfrei und luftdicht verschlossene Tube wird senkrecht stehend 3 Tage bis 180°C gelagert. Nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur wird die Tube weiter abgekühlt, damit das Prüfgut aus dem Aluminiummantel geschält werden kann. Der Prüfling wird nach der Höhe gedrittelt. An den unteren und oberen Probenteilen werden die Erweichungspunkte Ring und Kugel bestimmt. Kriterium für die Lagerstabilität ist, daß die Erweichungspunkte beider Probenteile um nicht mehr als 2°C differieren. Das ist bei den untersuchten erfindungsgemäßen polymermodifizierten Bitumenmischungen der Fall.

Das erfindungsgemäße polymermodifizierte Bitumen eignet sich für den Einsatz als Bindemittel in Asphaltmischungen, die beispielsweise im Wasserbau oder für Gleisschotterbette, insbesondere aber im Straßenbau für hochwertige Straßenbeläge, lärmmindernde Deckschichten oder Drainasphaltdecken verwendet werden.

Der vorteilhafte Einsatz des erfindungsgemäßen polymermodifizierten Bitumens als Bindemittel für hochwertige Straßenbeläge wird an dem folgenden Beispiel erläutert.

Beispiel

Aus 92 Gew.-% Normenbitumen B 80 und 8 Gew.-% oxidativ abgebautem Ethylen-Propylen-Copolymer wird ein polymermodifiziertes Bitumen hergestellt. Das Normenbitumen weist vor der Modifizierung einen Erweichungspunkt Ring und Kugel von 46,5°C und eine Penetration bei 25°C von 86×1/10 mm auf. Das Ethylen-Propylen-Copolymer hat vor der Oxidation einen Erweichungspunkt Ring und Kugel von 105°C und eine Penetration bei 25°C von 20×1/10 mm; nach der Oxidation einen Erweichungspunkt Ring und Kugel von 79°C sowie eine Penetration bei 25°C von 133× 1/10 mm. Die Werte des polymermodifizierten Bitumens für den Erweichungspunkt Ring und Kugel mit 50°C und die Penetration bei 25°C mit 69×1/10 mm entsprechen denen eines Normenbitumens der Qualität B 65.

Das erfindungsgemäße polymermodifizierte Bitumen wird als Bindemittel für die Aufbereitung eines hochwertigen Splittmastixasphaltes 0/11S folgender Rezeptur eingesetzt.

Kalksteinmehl
12 Gew.-Anteile
Basaltedelbrechsend 0/2	15 Gew.-Anteile
Basaltedelsplitt 2/5	12 Gew.-Anteile
Basaltedelsplitt 5/8	18 Gew.-Anteile
Basaltedelsplitt 8/11	43 Gew.-Anteile
polymermodifiziertes Bitumen	6,4 Gew.-Anteile

Der hergestellte Asphaltbelag zeichnet sich gegenüber konventionellen Asphaltdeckschichten durch erhöhte Beständigkeit gegen Verdrückung aus, was anhand der Bestimmung der Stempeleindrucktiefe nach DIN 1996, Blatt 13, an ausgeformten Marshallprobekörpern bei 70°C überprüft wurde. Die so erhaltenen Werte im Vergleich zu einem Asphaltbelag nach dem Stand der Technik sind aus Fig. 2 ersichtlich.

Fig. 2 zeigt die Eindringtiefe in Abhängigkeit von der Prüfzeit für eine Asphaltmischung gemäß obiger Rezeptur im Vergleich zu einer Asphaltmischung, bei der anstelle des erfindungsgemäßen polymermodifizierten Bitumens Normenbitumen der Qualität B 65 eingesetzt wurde. Während der Marshallprobekörper mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel über 5 Stunden stabil blieb, ist der Vergleichsprobekörper nach einer Stunde zerbrochen.

Zur Herstellung von Asphaltbelagen unter Verwendung des erfindungsgemäßen polymermodifizierten Bitumens sind neben Basalt die herkömmlichen Mineralstoffarten, z. B. Diabas, Grauwolke, Kalkstein usw. geeignet.

Praxisversuche mit einem Splittmastixasphalt 0/11S auf Basis Diabas als Mineralstoff haben gezeigt, daß bei Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels keine Besonderheiten hinsichtlich Aufbereitungs- und Verarbeitungsbedingungen beim Anlegen der Straßendeckschicht gegenüber Materialien nach dem Stand der Technik auftreten.

Das erfindungsgemäße aus Normenbitumen und einem mit Luftsauerstoff behandelten thermoplastischen Kunststoff bestehende polymermodifizierte Bitumen neigt auch bei längerem Stehen nicht zur Entmischung, wodurch eine erneute Homogenisierung vor dem Einsatz als Bindemittel in heißgemischten Asphaltmischungen überflüssig wird. Es läßt sich ohne Probleme mit den herkömmlichen Maschinen beispielsweise im Straßenbau verarbeiten und verleiht der Asphaltschicht eine erhöhte Verformungsbeständigkeit bei hohen Temperaturen.

Claims (5)

1. Polymermodifiziertes Bitumen aus einem Normenbitumen oder Mischungen derselben und einem thermoplastischen Kunststoff, bei dem der thermoplastische Kunststoff der Gruppe der Olefin-Polymerisate und Olefin-Copolymerisate angehört und vor der Aufmischung mit dem Normenbitumen mit Luftsauerstoff bei 200 bis 250°C bis zu einem Erweichungspunkt Ring und Kugel von 60°C bis 120°C behandelt worden ist.

2. Lagerstabiles polymermodifiziertes Bitumen nach Anspruch 1, bei dem der thermoplastische Kunststoff ein ataktisches Polypropylen, ein Copolymer von α -Olefinen oder ein Gemisch der vorgenannten Vertreter ist.

3. Lagerstabiles polymermodifiziertes Bitumen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das polymermodifizierte Bitumen zu 75 bis 98 Gew.-% aus dem Normenbitumen und zu 2 bis 25 Gew.-% aus thermoplastischem Kunststoff besteht.

4. Verfahren zur Herstellung eines polymermodifizierten Bitumens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter Einleiten von 500 bis 1500 l Luft/min pro Tonne Einsatzstoff 4 bis 10 Stunden bis zum Erreichen des gewünschten Erweichungspunktes Ring und Kugel behandelt wird.

5. Verfahren zur Verwendung eines lagerstabilen polymermodifizierten Bitumens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Bindemittel in heißgemischten Asphaltmischungen.