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Verfahren zur Herstellung von wäßrigen Dispersionen Die Erfindung
betrifft eine Verbesserung der bekannten Verfahren zur Herstellung von wäßrigen
Dispersionen von in Wasser nicht oder schwer löslichen Stoffen, insbesondere: von
Bitumen, flüssigen und festen Kohlenwasserstoffen, natürlichen und künstlichen Harzen,
Stearin, Wachsen u. dg1., unter Anwendung von fein verteilten, mineralischen Dispergatoren,
wie Ton, Bentonit, tonhaltigen Materialien, Silicaten, Metalloxyden und -hydroxyden,
Farbstoffen und im allgemeinen mineralischen Stoffen, die beim Verrühren mit Wasser
einen mehr oder weniger plastischen bzw. zähflüssigen Brei oder Schlamm bilden.
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.Nach der Erfindung wird bei der Herstellung der obenerwälmten Dispersionen
die Wasserstoffionenkonzentration der wäßrigen Phase während des Dispergierens auf
dem durch Vorversuche für den jeweiligen Fall ermittelten optimalen Wert gehalten.
Die erforderliche Wasserstoffionenkonzentration der wäßrigen Phase kann z. B. durch
Verwendung von entsprechend zusammengestellten Tongemischen als Dispergator oder
durch Zusatz von entsprechenden Mengen von Elektrolyten erhalten werden.
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Bei der bekannten Herstellung von Dispersionen der obenerwähnten Art
stieß man bis jetzt auf eine ganz besondere Schwierigkeit, für die man lange Zeit
nach einer Erklärung gesucht hat. Es zeigte sich nämlich, daß die Art des Dispergierungsvorganges
eines konstanten Bitumens mit dem gleichen Ton als Dispergator häufig, oft von Tag
zu Tag, verschieden war. Wenn es beispielsweise an einem Tag gelang, eine hinsichtlich
Beständigkeit und Konzentration einwandfreie Dispersion in einer- bestimmten Zeit
herzustellen, brauchte man am nächsten Tag viel längere Zeit, um die gleiche Dispersion
herzustellen, oder man mußte ein anderes Verhältnis von Ton zu Bitumen wählen, oder
man konnte mit dem gleichen Bitumen und dem gleichen Ton an verschiedenen Tagen
überhaupt nicht Dispersionen von gleicher Beschaffenheit und Konzentration herstellen.
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Die Schwierigkeiten werden gemäß der Erfindung beseitigt, nachdem
gefunden wurde, daß die Verschiedenheiten bei der Herstellung und in der Beschaffenheit
der Dispersionen darauf zurückzuführen sind, daß die Wasserstoffionenkonzentrationen
der wäßrigen Phase der an verschiedenen Tagen hergestellten Dispersionen voneinander
abweichen, und daß man mit dem gleichen Bitumen und dein gleichen Ton dann stets
gleiche Dispersionen ohne Änderung der Herstellungsbedingungen erhält, wenn man
für eine richtige Einstellung der Wasserstoffionenkonzentration in der wäßrigen
Phase Sorge trägt.
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Die Wasserstoffionenkonzentration ist nicht nur an und für sich von
Wichtigkeit, sondern ist auch im Zusammenhang mit dem sauren oder basischen Charakter
des zu dispergierenden Materials wie auch mit den Eigenschaften des Dispergators,
wie Oberflächeneannung,
Plastizität, Feinheitsgrad, zu betrachten.
Z. B. sind Harz, Stearinpech und Flußöle, wie Ölsäure, sauer, Parakumaronharz dagegen
basisch. AsphaltischeRückstände mögen sauer oder basisch sein, und -zwar sind die
leichteren oder dünneren Sorten, wie Heizöle oder mexikanische Rohölrückstände,
sauer, während der Säuregrad mit der Gewichtszunahme dieser Stoffe abnimmt und die
harten Asphaltsorten basisch sind.
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Die pH -Werte der in Wasser suspendierten Totie, Bentonite und ähnlicher
Mineralien weichen bedeutend voneinander ab und schwanken zwischen hoher Acidität
un$ ausgesprochener Alkalität. Kombinationen von Tonen u. dgl. haben einen eigenen
pH-Wert, der nicht der Summe der einzelnen pH-Werte der Komponenten entspricht.
Scr läßt sich für jeden Fall ein Dispergator mit bestimmtem PH-Wert herstellen,
entweder durch geeignete Kombination von verschiedenenDispergatoren oder durch Behandlung
dieser letzteren gesondert oder in Verbindung mit geeigneten sauren oder basischen
Stoffen. Auch die Beschaffenheit des als Dispergierungsmittel benutzten Wassers
ist bei der Festsetzung des pH-Wertes von großer Bedeutung, während weiter die Art
des zu dispergierenden Materials und dessen Einfluß auf den PH-Wert des Systems
zu berücksichtigen ist.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise eine graphische Darstellung der
pH-Werte einer Kombination von verschiedenen Bentoniten mit einem New-Jersey-Ton
in verschiedenen Verhältnissen sowie eines Bentonits, bezeichnet als Typus B, mit
Zugabe von Aluminiumsulfat. Aus dieser Darstellung geht hervor, daß durch geeignete
Mischung zweier Dispergatoren der PH-Wert innerhalb weiter Grenzen variiert werden
kann, während bei Anwendung eines bestimmten Dispergators, z. B. Bentonit B, der
an sich einen pf-Wert von etwa 9,5 hat, der pH-Wert desselben,inittels Elektrolyten,
z. B. Alaun oder einer anderen sauer wirkenden Substanz, willkürlich abgeändert
werden kann.
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Ein bei etwa, 50° C schmelzender wasserdampfraffinierter; mexikanischer
Asphalt kann sehr gut mie nem Gemisch von 5o o@o Bentonit C oder D mit -o
°/o Ton A dispergiert werden. Wird jedoch 'bei dieser Mischung Bentonit B
statt C gewäh4, so wird die Dispergierbarkeit derart herabgesetzt, daß nur noch
eine ganz geringe Menge von Asphalt dispergiert werden kann. Dasselbe.trifft zu,
wenn man Bentonit B oder C allein anwendet. Der optimale PH-Wert für die Dispergierung
dieses bestimmten Asphaltes liegt scheinbar bei ungefähr 6,3. Mit einem etwas härteren
Asphalt desselben Ursprungs können die optimalen pH-Werte bei 6,1 bis 6,2 liegen:
Verwendet man dagegen Stearinpech aus Pflanzenölen, so findet die Dispergierung
am besten bei einem PH-Wert von etwa 8,o statt.
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Wird nun der erwähnte Asphalt unter Anwendung einer wäßrigen Suspension
des Dispergators mit einem pH-Wert von etwa 6,3 dispergiert, so wird die Grenze
der Dispergierbarkeit erreicht, wenn ungefähr fünfzehnmal soviel Asphalt dispergiert
worden ist, als Ton vorhanden ist. Dabei hat dann der PH-Wert der Dispersion beträchtlich
zugenommen. Man kann nun diese Dispersion zur Herabsetzung ihres pH-Wertes mit einer
bestimmten Menge eines sauren Salzes oder einer Säure behandeln, worauf wieder neue
Mengen von Asphalt dispergiert werden können.
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Wenn man aus irgendeinem Grunde einen bestimmten Dispergator ohne
vorangehende Behandlung verwenden will, so kann man unter Berücksichtigung der pH-Kurve
dieser Substanz die Zusammensetzung des zu dispergierenden Materials entsprechend
ändern. So können basische Dispergatoren in geeigneter Weise zur Dispergierung von
sauren Materialien und umgekehrt dienen. Will man z. B. einen basischen Bentonit
ohne Behandlung als Dispergator benutzen, so kann man Bitumen mit Harz, wie Kumaronharz,
oder mit Olsäure behandeln, um dem Bitumen saure Eigenschaften zu verleihen. In
ähnlicher Weise kann bei Anwendung eines unbehandelten sauren Tons die Dispergierung
eines sauren Bitumens durch Zugabe eines Flußmiztels, wie weichen Parakumaronharzes
oder öllöslicher organischer Basen, befördert werden; oder man kann dem Bitumen
ein basisches, mineralisches Pulver, wie Erdalkalioxyd oder -hydroxyd oder Asbestin,
zusetzen; infolge der gleichmäßigen Verteilung. dieses Pulvers im Bitumen kann dieses
letztere besser mit einem sauren Ton dispergiert werden. Es scheint also erforderlich,
einen PH -Unterschied zwischen den Phasen aufrechtzuerhalten.
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Es ist bekannt, daß der pH-Wert für die Haltbarkeit von Dispersionen
ebenso wie für die Herstellung derselben von Bedeutung ist. Demgegenüber beruht
die vorliegende Erfindung auf der Feststellung, daß durch Einhaltung des durch Versuche
ermittelten jeweiligen optimalen PH-Wertes während des Dispergierens es gelingt,
maximale Mengen an Bitumen o. dgl. in Dispersion zu bringen.