DE4424290A1 - Bitumen-compatible polyolefin cpds. prodn. - Google Patents

Bitumen-compatible polyolefin cpds. prodn.

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Abstract

Prodn. of bitumen-compatible polyolefin cpds (I) comprises continuous reactive compounding of 35-80 wt% polyolefin-based plastic waste with bitumen in an extruder at 270-450 deg C in the presence of 0.5-5 wt% modifiers (II) (w.r.t. total mixt.)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung bitumenver­ träglicher Polyolefincompounds auf Basis von Altkunststoffen, die für die Herstellung von heißlagerstabilen Polymerbitumina und von Polymerasphalten für hochbeanspruchte Straßendecken sowie zur Herstellung von Dachbahnen und von Vergußmassen eingesetzt werden.The invention relates to a method for producing bitumen ver inert polyolefin compounds based on waste plastics, those for the production of hot storage stable polymer bitumens and of polymer asphalts for highly stressed road surfaces as well used for the production of roofing membranes and potting compounds will.

Straßenasphaltdecken in Kreuzungsbereichen, in Haltestellenbe­ reichen und auf Kriechspuren erleiden bei hohem Verkehrsaufkom­ men von LKW mit hohen Achsdrücken sowie bei hohen Brems- und Beschleunigungskräften bei Sommertemperaturen Verformungen und Verdrückungen, was sich in einer Spurrillenbildung auf Kriech­ spuren und in Haltestellenbereichen sowie in einer Wellenbildung in Kreuzungsbereichen äußert. Bei Frosttemperaturen führt die Versprödung von Asphalten zu Rißbildungen, die Ausgangspunkt für die Zerstörung der Straßendecke sind.Street asphalt surfaces in intersection areas, in stop area suffice and suffer from crawling tracks with high traffic of trucks with high axle pressures and with high braking and Accelerating forces at summer temperatures and deformations Crushes, resulting in a rutting on creep tracks and in stop areas as well as in a wave formation expressed in intersection areas. At frost temperatures, the Embrittlement of asphalt to crack formation, the starting point for are the destruction of the road surface.

Bekannte Verfahren zur Herabsetzung der Temperaturempfindlichkeit von Bitumina versuchen dieses Problem zu lösen durch den Zusatz von bitumenverträglichen Polymeren wie ataktischem Polypropylen, Styren-Butadien-Styren-Blockcopolymeren, Polyisopren, Natur­ kautschuk, Ethylen-Acrylat-Copolymeren, Ethylen-Vinylacetat- Copolymeren und von EPDM-Kautschuk.
(G. Zenke, Bitumen (1981) 1, 8-15;
Known methods for reducing the temperature sensitivity of bitumens attempt to solve this problem by adding bitumen-compatible polymers such as atactic polypropylene, styrene-butadiene-styrene block copolymers, polyisoprene, natural rubber, ethylene-acrylate copolymers, ethylene-vinyl acetate copolymers and EPDM -Rubber.
(G. Zenke, Bitumen (1981) 1, 8-15;

  • K. Damm, Bitumen (1990) 1, 2-9;K. Damm, Bitumen (1990) 1, 2-9;
  • K. Kolb, Bitumen (1985) 3, 97-105;K. Kolb, Bitumen (1985) 3, 97-105;
  • G. Zenke, Das stationäre Mischwerk (1979) 5, 7-20;G. Zenke, Das stationary Mischwerk (1979) 5, 7-20;
  • K. Ditter, Straße und Autobahn (1989) 9, 358-361;K. Ditter, Straße und Autobahn (1989) 9, 358-361;
  • O. Hartner, Die Asphaltstraße (1993) 2, 28-32).O. Hartner, Die Asphaltstraße (1993) 2, 28-32).

Diese Kunststoffe erfüllen das Kriterium der Heißlagerbeständig­ keit, d. h. bei Lagerung der Bitumen-Kunststoff-Mischungen bei 180°C erfolgt keine Phasentrennung unter Aufschwimmen des Kunststoffanteils. Diese Heißlagerbeständigkeit bildet die wesentliche Voraussetzung für die störungsfreie Verarbeitung von Polymerbitumina in Asphaltmischstationen.These plastics meet the criterion of hot storage stability speed, d. H. when storing the bitumen-plastic mixtures 180 ° C there is no phase separation while the Plastic content. This hot storage stability forms the essential prerequisite for the trouble-free processing of Polymer bitumens in asphalt mixing stations.

Polyolefine wie Polyethylen und Polypropylen bilden mit Bitumen keine heißlagerstabilen Mischungen.Polyolefins such as polyethylene and polypropylene form with bitumen no hot storage stable mixtures.

Auf Grund des hohen Aufkommens von Polyethylenabfällen aus der Verpackungsindustrie und von Landwirtschaftsfolien gibt es viele Bemühungen, durch gezielte Aufbereitungsmethoden eine begrenzte Verträglichkeit mit Bitumen zu erzielen und die Altkunststoffe einer werkstofflichen Wiederverwendung zuzuführen.Due to the high volume of polyethylene waste from the There are many packaging and agricultural films Efforts to limit the use of targeted treatment methods To achieve compatibility with bitumen and the old plastics to be recycled.

Bekannte Verfahren sind die gemeinsame Behandlung von Polyethy­ len und Bitumen unter Anwendung hoher Scherkräfte in Kolloid­ mühlen (US 4 314 921, DE 39 20 878, US 5 137 946), der Zusatz von Kompatibilisatoren wie MSA-gepfropftem SB-Kautschuk und Glycidylmethacrylat-gepffropftem EVA (FR 9 002 138), von Fett­ säureestern (US 4 154 710) und funktionalisierten Wachsen (US 4 978 698; WO 8 705 313) sowie der Zusatz von Fluxmitteln wie schweren Erdöldestillaten (DE 40 32 218) oder Kiefernöl (Entsorgungspraxis 11 (1993) 10, 688).Known methods are the common treatment of polyethylene oils and bitumen using high shear forces in colloid mills (US 4,314,921, DE 39 20 878, US 5 137 946), the additive of compatibilizers such as MSA-grafted SB rubber and Glycidyl methacrylate-grafted EVA (FR 9 002 138), from fat acid esters (US 4 154 710) and functionalized waxes (US 4 978 698; WO 8 705 313) and the addition of fluxes such as heavy petroleum distillates (DE 40 32 218) or pine oil (Disposal Practice 11 (1993) 10, 688).

Weiterhin vorgeschlagen wurde die Viskositätsabsenkung von Poly­ ethylen durch Vorabbau im Extruder (DE 43 29 459) oder Rührreak­ tor (DE 38 19 931) sowie durch Ozonisierung (FR 8 413 077), um zu einer verbesserten Verträglichkeit bei Einmischung in Bitumen zu gelangen. Ein weiteres bekanntes Verfahren ist die Verlänge­ rung der Mischzeiten in Asphaltanlagen, um einen Viskositätsab­ fall des Polyethylens zu erzielen (DE 25 40 230). The viscosity reduction of poly has also been proposed ethylene by pre-degradation in the extruder (DE 43 29 459) or stir freak gate (DE 38 19 931) and by ozonization (FR 8 413 077), um for improved compatibility when mixed in bitumen to get. Another known method is the extension Mixing times in asphalt plants to reduce viscosity To achieve the case of polyethylene (DE 25 40 230).  

Homogene Mischungen von Bitumen mit Polyethylen lassen sich erst bei wachsartigen Polyethylenen mit Molmassen im Bereich von 5000 bis 10000 erzielen (H. Kopsch, Bitumen 1990 (3), 98-101) Durch Einsatz von vorabgebautem Polyethylen in Polymerbitumina ist daher nur ein Eigenschaftskompromiß zwischen Heißlagerstabi­ lität und Werkstoffeigenschaften des Polymerbitumens möglich.Homogeneous mixtures of bitumen with polyethylene can only be achieved for waxy polyethylenes with molecular weights in the range of Achieve 5000 to 10000 (H. Kopsch, Bitumen 1990 (3), 98-101) By using pre-degraded polyethylene in polymer bitumens is therefore only a property compromise between hot storage stabilizers lity and material properties of polymer bitumen possible.

Aufzufinden war daher ein Verfahren zur Herstellung bitumenver­ träglicher Polyolefincompounds auf Basis von Altkunststoffen, die für heißlagerbeständige Polymerbitumina und für Straßenas­ phalte ohne Phasentrennungserscheinungen eingesetzt werden kön­ nen, und das keine aufwendigen Abbaumaßnahmen im Vorfeld erfor­ dert.A process for the production of bitumen was therefore found inert polyolefin compounds based on waste plastics, that for hot storage-resistant polymer bitumens and for street ashes can be used without phase separation phenomena NEN, and that does not require complex dismantling measures in advance different.

Das Problem wurde dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß in einem kontinuierlichen Extruderverfahren Polyolefine in Form von Alt­ kunststoffen und Bitumina in Gegenwart von Modifikatoren bei Temperaturen im Bereich von 270 bis 450°C einer reaktiven Com­ poundierung unterzogen werden. Dabei werden vorteilhafterweise Bitumen und Modifikatoren durch Injektoren flüssig in die Poly­ merschmelze eingespritzt.The problem was solved in that according to the invention in one continuous extrusion process polyolefins in the form of waste plastics and bitumens in the presence of modifiers Temperatures in the range of 270 to 450 ° C of a reactive Com be subjected to pounding. It will be advantageous Bitumen and modifiers are injected liquid into the poly melt melt injected.

Als Polyolefine werden bevorzugt die Polyolefin-Mischfraktion der Altkunststoffaufbereitung, Polypropylen- und Polybutengewerbe­ abfälle, PE-ND aus der Altfolienaufbereitung sowie Gewerbeabfälle und Altkunststoffe auf Basis von thermoplastischen Elastomeren eingesetzt.The polyolefin mixed fraction of the Waste plastics processing, polypropylene and polybutene industry waste, PE-ND from waste film processing and commercial waste and waste plastics based on thermoplastic elastomers used.

Als Bitumina werden bevorzugt Raffineriebitumina der Klassifika­ tion B 45 bis B 200 angewendet. Erfindungsgemäße Modifikatoren sind bevorzugt Maleinsäureanhydrid, Itakonsäureanhydrid, Phthal­ säureanhydrid, (Meth)acrylsäureester und (Meth)acrylsäure. Refinery bitumens of the classics are preferred as bitumens tion B 45 to B 200 applied. Modifiers according to the invention are preferred maleic anhydride, itaconic anhydride, phthal acid anhydride, (meth) acrylic acid ester and (meth) acrylic acid.  

Der Polyolefinanteil im Compound liegt im Bereich von 35 bis 80 Masse-%, der Anteil an Modifikatoren in der Gesamtmischung be­ trägt 0,5 bis 5 Masse-%. Für die Herstellung von heißlagerbestän­ digen Polymerbitumina werden die erfindungsgemäßen Polyolefin­ compounds in Anteilen von 3 bis 25 Masse-% unter Einbeziehung von Zuschlagstoffen in Anteilen von bevorzugt 0,1 bis 3 Masse-% ein­ gesetzt. Bevorzugte Zuschlagstoffe sind basische Metallverbin­ dungen wie Oxide, Karbonate und Azetate von Kalzium, Zink, Mag­ nesium und Eisen sowie Diamine, flüssige Alkylbutadiene mit Aminoendgruppen oder Butadien-Akrylnitrit-Kautschuk.The polyolefin content in the compound is in the range from 35 to 80 % By mass, the proportion of modifiers in the total mixture carries 0.5 to 5 mass%. For the production of hot stock polymer bitumens become the polyolefin according to the invention compounds in proportions of 3 to 25% by mass including Additives in proportions of preferably 0.1 to 3 mass% set. Preferred additives are basic metal compounds such as oxides, carbonates and acetates from calcium, zinc, mag nesium and iron as well as diamines, liquid alkyl butadienes with Amino end groups or butadiene-acrylonitrite rubber.

Für die Herstellung von Straßenasphalt werden die bitumenver­ träglichen Polyolefincompounds in Anteilen von 0,1 bis 1,2 Masse-% eingesetzt.For the production of street asphalt, the bitumenver inert polyolefin compounds in proportions of 0.1 to 1.2 Mass% used.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet somit eine vorteilhafte Wiederverwendungsmöglichkeit für Altkunststoffe.The solution according to the invention thus offers an advantageous one Possibility to reuse old plastics.

AusführungsbeispieleEmbodiments Beispiel 1example 1

In einen gleichlaufenden Doppelschneckenextruder Typ Werner & Pfleiderer ZSK 53 mit Flüssigdosierinjektor, angeflanschtem statischen Mischer und Unterwassergranulierung werden geschnit­ tene Polypropylen-Gewerbeabfälle (Umreifungsbänder) mit 23 kg/h dosiert und in die Polymerschmelze bei 375°C Bitumen B 80 mit 10 kg/h und Itakonsäureanhydrid mit 1,4 l/h eingespritzt. Das resultierende Polyolefincompound besitzt einen Schmelzindex von 380 g/10 min bei 190°C/2,16 kp.In a co-rotating twin screw extruder type Werner & Pfleiderer ZSK 53 with liquid dosing injector, flanged static mixer and underwater pelletizer are cut tene polypropylene commercial waste (strapping) with 23 kg / h dosed and in the polymer melt at 375 ° C bitumen B 80 with 10 kg / h and itaconic anhydride injected at 1.4 l / h. The resulting polyolefin compound has a melt index of 380 g / 10 min at 190 ° C / 2.16 kp.

Für die Herstellung eines heißlagerbeständigen Polymerbitumens werden in einem elektrisch beheizten Rührgefäß 4 kg Polyolefin­ compound und 0,1 kg Magnesiumazetat 3 h unter Rühren bei 190°C in 62 kg Bitumen B 80 gelöst.For the production of a hot bitumen-resistant polymer bitumen are 4 kg polyolefin in an electrically heated mixing vessel  compound and 0.1 kg magnesium acetate for 3 h with stirring at 190 ° C. dissolved in 62 kg bitumen B 80.

Das resultierende Polymerbitumen besitzt folgende Eigenschaften:
Duktilität 16 cm
Brechpunkt -11°C
Penetration (0,1 mm) 24
Erweichungspunkt 67°C
Heißlagerstabilität nach 36 h/180°C Δ EP 1,5°C.
The resulting polymer bitumen has the following properties:
Ductility 16 cm
Break point -11 ° C
Penetration (0.1 mm) 24
Softening point 67 ° C
Hot storage stability after 36 h / 180 ° C Δ EP 1.5 ° C.

Beispiel 2Example 2

In einen Doppelschneckenextruder nach Beispiel 1 wird mit 14 kg/h Shredderware aus der Polyolefinmischfraktion dosiert und in die Polyolefinschmelze bei 430°C Bitumen B 80 mit 20 kg/h und Maleinsäureanhydrid mit 0,3 l/h eingespritzt. Das resultierende Polyolefincompound besitzt eine Viskosität von 3570 N/mm² bei 140°C.In a twin-screw extruder according to Example 1 at 14 kg / h Shredder goods dosed from the polyolefin mixed fraction and into the Polyolefin melt at 430 ° C bitumen B 80 with 20 kg / h and Maleic anhydride injected at 0.3 l / h. The resulting Polyolefin compound has a viscosity of 3570 N / mm² 140 ° C.

Für die Herstellung von Straßenasphalt für hochbeanspruchte Straßenbeläge wird das Polyolefincompound in Anteilen von 8% dem Bindemittel Bitumen B 80 zugesetzt.For the production of street asphalt for heavy-duty use Road surfaces, the polyolefin compound in proportions of 8% bitumen B 80 added to the binder.

Die Ermittlung der Marshallkennzahlen ergab einen Tragwert von 20,5 kN und einen Fließwert von 4,7 mm.The determination of the Marshall key figures resulted in a load value of 20.5 kN and a flow value of 4.7 mm.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung bitumenverträglicher Polyolefin­ compounds, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Extruder kontinuierlich 35 bis 80 Masse-% Polyolefine in Form von Altkunststoffen in Gegenwart von 0,5 bis 5 Masse-% Modifi­ katoren, bezogen auf die Gesamtmischung, mit Bitumen bei Temperaturen im Bereich von 270 bis 450°C einer reaktiven Compoundierung unterzogen werden.1. Process for the production of bitumen-compatible polyolefin compounds, characterized in that 35 to 80% by mass of polyolefins in the form of waste plastics in the presence of 0.5 to 5% by mass of modifiers, based on the mixture as a whole, with bitumen in an extruder Temperatures in the range of 270 to 450 ° C are subjected to a reactive compounding. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bitu­ men und Modifikatoren durch Injektoren flüssig in die Poly­ olefinschmelze eingespritzt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that Bitu men and modifiers by injectors liquid into the poly olefin melt are injected. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyolefine die Polyolefin-Mischfraktion der Altkunststoff- Aufbereitung, Polypropylen- und Polybutengewerbeabfälle, PE-ND aus der Altfolienaufbereitung sowie Gewerbeabfälle und Altkunststoffe auf Basis thermoplastischer Elastomerer einge­ setzt werden.3. The method according to claim 1, characterized in that as Polyolefins the polyolefin mixed fraction of waste plastic Processing, polypropylene and polybutene waste, PE-ND from waste film processing as well as commercial waste and Used plastics based on thermoplastic elastomers be set. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bitumina Raffineriebitumina der Klassifikation B 45 bis B 200 eingesetzt werden.4. The method according to claim 1, characterized in that as Bitumines refining bitumens classified B 45 to B 200 can be used. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Modifikatoren Maleinsäureanhydrid, Itakonsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, (Meth-)Akrylsäureester, (Meth-)Akryl­ säure eingesetzt werden.5. The method according to claim 1, characterized in that as Modifiers maleic anhydride, itaconic anhydride, Phthalic anhydride, (meth) acrylic acid ester, (meth) acrylic acid can be used. 6. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 5 hergestellten bitumenverträglichen Polyolefincompounds, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie in Anteilen von 3 bis 25 Masse-% bei der Herstellung von heißlagerbeständigen Polymerbitumina einge­ setzt werden. 6. Use of the produced according to claims 1 to 5 bitumen-compatible polyolefin compounds, characterized records that they are in proportions of 3 to 25 mass% in the Production of hot storage resistant polymer bitumens be set.   7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung heißlagerbeständiger Polymerbitumina auf Basis Bitumen und Polyolefincompound reaktive Zuschlagstoffe in Anteilen von 0,1 bis 3 Masse-% zugesetzt werden.7. Use according to claim 6, characterized in that in the production of hot storage-resistant polymer bitumens Base bitumen and polyolefin compound reactive additives in proportions of 0.1 to 3% by mass. 8. Verwendung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß als reaktive Zuschlagstoffe bei der Herstellung heiß­ lagerbeständiger Polymerbitumina auf Basis Bitumen und Poly­ olefincompound basische Metallverbindungen, vorzugsweise Oxide, Karbonate und Azetate von Kalzium, Zink, Magnesium und Eisen, sowie Diamine, flüssige Polybutadiene mit Amino­ endgruppen oder Butadien-Akrylnitril-Kautschuk zugesetzt werden.8. Use according to claim 6 and 7, characterized in that as reactive additives in the production hot storage-stable polymer bitumens based on bitumen and poly olefin compound basic metal compounds, preferably Oxides, carbonates and acetates of calcium, zinc, magnesium and iron, as well as diamines, liquid polybutadienes with amino end groups or butadiene acrylonitrile rubber added will. 9. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 5 hergestellten bitumenverträglichen Polyolefincompounds, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie in Anteilen von 0,1 bis 1,2 Masse-% bei der Herstellung von Straßenasphalt eingesetzt werden.9. Use of the produced according to claims 1 to 5 bitumen-compatible polyolefin compounds, characterized records that they in proportions of 0.1 to 1.2 mass% used in the production of street asphalt.
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