DE4424291A1

DE4424291A1 - Verfahren zur Herstellung bitumenverträglicher Kunststoffcompounds und deren Verwendung

Info

Publication number: DE4424291A1
Application number: DE19944424291
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr Buehler; Manfred Dr Gebauer; Rolf-Peter Pfitzner; Gerhard Weigold
Original assignee: Leuna Werke GmbH
Current assignee: Leuna Werke GmbH
Priority date: 1994-07-09
Filing date: 1994-07-09
Publication date: 1996-01-11

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung bitumenver träglicher Kunststoffcompounds auf Basis von Altelasten, die für die Herstellung von heißlagerstabilen Polymerbitumina und von Polymerasphalten für hochbeanspruchte Straßendecken sowie zur Herstellung von Dachbahnen und von Vergußmassen eingesetzt wer den.

Straßenasphaltdecken in Kreuzungsbereichen, in Haltestellen bereichen und auf Kriechspuren erleiden bei hohem Verkehrsauf kommen 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.

Bekannte Verfahren zur Herabsetzung der Temperaturempfindlich keit von Bitumen beinhalten den Zusatz von bitumenverträglichen Polymeren wie ataktischem Polypropylen, Styren-Butadien-Styren- Blockcopolymeren, Polyisopren, Naturkautschuk, Ethylen-Acrylat- Copolymeren, Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren von EPDM-Kautschuk.
(G. Zenke, Bitumen (1981) 1, 8-15;

K. Damm, Bitumen (1990) 1, 2-9;
K. Kolb, Bitumen (1985) 3, 97-105;
G. Zenke, Das stationäre Mischwerk (1979) 5, 7-20;
K. Ditter, Straße und Autobahn (1989) 9, 358-361;
O. Hartner, Die Asphaltstraße (1993) 2, 18-32).

Diese Kunststoffe erfüllen das Kriterium der Heißlagerbestän digkeit, d. h. bei Lagerung der Bitumen-Kunststoff-Mischungen bei 180°C erfolgt keine Phasentrennung unter Aufschwimmen des Kunststoffanteils. Diese Heißlagerbeständigkeit bildet die we sentliche Voraussetzung für die störungsfreie Verarbeitung von Polymerbitumina in Asphaltmischstationen.

Auf Grund des hohen Aufkommens von Altgummi - nahezu 2 Mio t in der BRD 1993 - gibt es ,viele Bemühungen, bei der Herstellung von Polymerbitumina die eingesetzten bitumenverträglichen Elasto meren durch Altgummi zu substituieren, um den Altgummi dadurch einer werkstofflichen Wiederverwendung zuzuführen. Das Haupt problem besteht darin, daß Altgummi in vulkanisierter Form vor liegt und infolge der Vernetzung keine Bitumenverträglichkeit besitzt. In vulkanisierter Form findet Altgummi lediglich An wendung in Asphalt-Sonderbelägen für Spiel- und Sportplätze, der Altgummi ist dabei aber Bestandteil des Korngerüstes, nicht der Bindemittelphase (DD 1 53 887).

Bekannte Verfahren zur Verbesserung der Bitumenverträglichkeit vulkanisierter Elastomerer auf Basis Altgummi sind der Zusatz von Kompatibilisatoren wie niedermolekulares Polyisobutylen (DE 21 24 335) und anderer bitumenverträglicher Elastomerer unter Zusatz von Schweröl (EP 305 225) oder die Mastikation von Gummimehl in Gegenwart von Bitumen und Schweröl (EP 439 232).

Als weitere Verfahren zur Verbesserung der Bitumenverträglich keit von Altgummi sind der thermische Abbau von Gummimehl in Heißbitumen (F. Hugo, Asphalt Paving Technol. 58 (1989), 303-336; R. Schnormeier, Bitumen (1991) 4, 193) sowie die Devulkani sation von Gummimehl in Gegenwart nichtvulkanisierter Elasto merer bekannt (EP 557 923).

Der Einsatz von Polymerbitumina in konventionellen Asphalt mischstationen erfordert jedoch eine Heißlagerbeständigkeit des Bindemittels bei 180°C über einen Zeitraum von 36 Stunden, um Probleme bei der Verpumpung und Dosierung sowie eine Schichten bildung im Bindemitteltank auszuschließen.

Aufzufinden war daher ein Verfahren zur Herstellung bitumen verträglicher Kunststoffcompounds auf Basis von Altelasten, die für heißlagerbeständige. Polymerbitumina und für Straßenasphal te problemlos eingesetzt werden können.

Das Problem wurde dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß in einem kontinuierlichen Extruderverfahren Elaste mit Polyolefinen und Bitumen in Gegenwart von Modifikatoren bei Temperaturen im Be reich von 270°C bis 450°C einer reaktiven Compoundierung unterzogen werden.

Dabei werden Bitumen und Modifikatoren vorteilhafterweise durch Injektoren flüssig in die Kunststoffschmelze eingespritzt. Elast- und Polyolefinkomponente werden dabei entweder gleich zeitig in den Einzugstrichter des Extruders dosiert oder die Dosierung der Elastkomponente erfolgt über einen zweiten Einzugs trichter nach Homogenisierung der Polyolefinschmelze mit Bitu men.

Die Dosierung der Modifikatoren wird nach Homogenisierung der Komponenten Elast/Polyolefin/Bitumen durchgeführt.

Für das erfindungsgemäße Verfahren werden als Elaste bevorzugt gewerbliche Elastabfälle und Altelaste auf Basis von Butadien- Styren-Kautschuk, Polyisopren, Naturkautschuk, Butadien-Akryl nitril-Kautschuk, AP-Kautschuk und APT-Kautschuk eingesetzt. Die eingesetzten Polyolefine sind bevorzugt die Polyolefinmischfrak tion der Altkunststoffaufbereitung, Polypropylen und Polybuten- Gewerbeabfälle, PE-ND aus der Altfolienaufbereitung sowie Ge werbeabfälle und Altkunststoffe auf Basis thermoplastischer Elastomerer.

Als Bitumina werden bevorzugt Raffineriebitumina der Klassifi kation B 45 bis B 200 eingesetzt. Die erfindungsgemäß angewandten Modifikatoren sind bevorzugt Maleinsäureanhydrid, Itakonsäurean hydrid, Phthalsäureanhydrid, (Meth)-Akrylsäureester und (Meth)- Akrylsäure.

Das Compound setzt sich aus einem Elastanteil von 20 bis 50 Masse-%, einem Polyolefinanteil von 20 bis 60 Masse-% und einem Bitumenanteil von 20 bis 65 Masse-% zusammen.

Der Anteil an Modifikatoren, bezogen auf das Compound, beträgt 0,5 bis 5 Masse-%. Zur Herstellung heißlagerbeständiger Polymer bitumina werden die erfindungsgemäßen Kunststoffcompounds in Anteilen von 3 bis 25 Masse-% sowie reaktive Zuschlagsstoffe in Anteilen von vorzugsweise 0,1 bis 3 Masse-% zugesetzt. Die reak tiven Zuschlagsstoffe sind bevorzugt basische Metallverbindungen wie Oxide, Karbonate und Azetate von Kalzium, Zink, Magnesium und Eisen sowie Diamine, flüssige Polybutadiene mit Aminoend gruppen oder Butadien-Akrylnitril-Kautschuk.

Für die Herstellung von Straßenasphalt in Asphaltmischanlagen werden die bitumenverträglichen Kunststoffcompounds in Anteilen von 0,1 bis 1,2 Masse-% eingesetzt.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet somit eine vorteilhafte Wiederverwendungsmöglichkeit von Altgummi.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

In einen gleichlaufenden Doppelschneckenreaktionsextruder Typ Werner & Pfleiderer ZSK 53 L/D = 42 mit angeflanschtem stati schen Mischer und Unterwassergranulierung werden über getrennte Dosierbandwaagen Gummimehl aus der Altreifenaufbereitung mit 13 kg/h und kompaktiertes Polyethylen-Altfolienmaterial mit 10 kg/h dosiert. In die Kunststoffschmelze werden bei 340°C über einen Injektor Bitumen B 80 mit 10 l/h und tert. Butyl acrylat mit 0,25 l/h eingespritzt. Das resultierende Kunststoff compound besitzt einen Schmelzindex von 38 g/10 min bei 190°C/ 2,16 kp.

In einem elektrisch beheizten 100 l-Rührbehälter mit Ankerrührer und Bodenablaß werden bei 190°C 5,4 kg Kunststoffcompound und 0,03 kg Kalziumoxid in 64,6 kg Bitumen B 80 vorgelegt und dann 2 h bei 185°C aufgelöst.

Das Polymerbitumen besitzt folgende Eigenschaften:
Duktilität 20 cm
Brechpunkt -14°C
Penetration (0,1 mm) 28
Erweichungspunkt 72°C
Homogenität nach Heißlagerung (36 h 180°C) Δ EP/2°C.

Beispiel 2

In einen gleich laufenden Doppelschneckenextruder Typ Werner & Pfleiderer ZSK 53 L/D = 4 mit 2 Dosiertrichtern für Granulate, 2 Flüssigdosiereinrichtungen, angeflanschtem statischen Mischer und Unterwassergranulierung werden 13 kg/h Shredderware aus der Polyolefinmischfraktion dosiert und in die Kunststoffschmelze bei 410°C Bitumen B 200 mit 14 l/h eingespritzt. In die Zone 4 werden bei 275°C mit 7 kg/h Gummischnitzel aus APT-Kautschuk- Produktionsabfällen dosiert und in die Zone 6 des Extruders Maleinsäureanhydrid mit 1,2 l/h eingespritzt. Das resultierende Kunststoffcompound besitzt eine Viskosität von 2500 N/mm² bei 140°C.

Für die Herstellung von Asphaltbeton für hochbeanspruchte Straßenbeläge wurde das Kunststoffcompound in Anteilen von 0,44%, bezogen auf die Asphaltmischung, zugesetzt.

Der Marshall-Tragwert beträgt 14,8 KN, der Fließwert 5,6 mm.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung bitumenverträglicher Kunststoff compounds, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Extruder kontinuierlich 20 bis 50 Masse-% Elaste, 20 bis 60 Masse-% Polyolefine und 20 bis 65 Masse-% Bitumina in Gegenwart von 0,5 bis 5 Masse-% Modifikatoren bei Temperaturen im Bereich von 270 bis 450°C einer reaktiven Compoundierung unterzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bitumen und Modifikatoren durch Injektoren flüssig in die Kunststoffschmelze eingespritzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Poly olefine und Elaste gleichzeitig in den Einzugstrichter des Extruders dosiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Elastkomponente nach Homogenisierung der Polyolefinschmelze mit Bitumen über einen zweiten Einzugstrichter dosiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierung der Modifikatoren nach Homogenisierung des Poly olefins mit dem Elast und dem Bitumen erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Elaste gewerbliche Elastabfälle und Altelaste auf Basis von Butadien-Styren-Kautschuk, Polyisopren, Naturkautschuk, Butadien-Akrylnitril-Kautschuk, AP-Kautschuk und APT-Kautschuk eingesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyolefine die Polyolefinmischfraktion der Altkunststoff aufbereitung, Polypropylen- und Polybutengewerbeabfälle, PE-ND aus der Altfolienaufbereitung sowie Gewerbeabfälle und Altkunststoffe auf Basis thermoplastischer Elastomerer einge setzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Bitumina Raffineriebitumina der Klassifikation B 45 bis B 200 eingesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Modifikatoren Maleinsäureanhydrid, Itakonsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, (Meth-)Akrylsäureester und (Meth-) Akrylsäure eingesetzt werden.

10. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 9 hergestellten bitumenverträglichen Kunststoffcompounds, dadurch gekenn zeichnet, daß sie in Anteilen von 3 bis 25 Masse-% bei der Herstellung von heißlagerbeständigen Polymerbitumina einge setzt werden.

11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung heißlagerbeständiger Polymerbitumina auf Basis Bitumen und Kunststoffcompound reaktive Zuschlagstoffe in Anteilen von 0,1 bis 3 Masse-% zugesetzt werden.

12. Verwendung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß als reaktive Zuschlagstoffe bei der Herstellung heißlagerbestän diger Polymerbitumina auf Basis Bitumen und Kunststoffcompound basische Metallverbindungen, vorzugsweise Oxide, Karbonate und Azetate von Kalzium, Zink, Magnesium und Eisen, sowie Diamine, flüssige Polybutadiene mit Aminoendgruppen oder Butadien- Akrylnitril-Kautschuk zugesetzt werden.

13. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 9 hergestellten bitu menverträglichen Kunststoffcompounds, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Anteilen von 0,1 bis 1,2 Masse-% bei der Herstellung von Straßenasphalt eingesetzt werden.