DE60123258T2

DE60123258T2 - Verwendung einer bitumen/wachs-mischung

Info

Publication number: DE60123258T2
Application number: DE2001623258
Authority: DE
Inventors: Lloyd Graham Pontarddulais Cowley; Robert Gerald Beckenham Fisher
Original assignee: BP Oil International Ltd
Current assignee: BP Oil International Ltd
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: ES2271050T3; DE60123258D1; AU7646801A; EP1311619B1; CN1449430A; PT1311619E; EP1311619A1; AU2001276468B2; NZ524360A; ATE340226T1; US20050187317A1; CN100354375C; DK1311619T3; US20040102547A1; WO2002016499A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bitumenzusammensetzung, insbesondere eine, die Wachs enthält.
Es ist bekannt, bitumenhaltige Zusammensetzungen als Pflaster und Beläge für eine Vielzahl von Oberflächen, beispielsweise Straßen und Flugfelder, zu verwenden. Derartige Zusammensetzungen umfassen Gemische aus Zuschlagstoff und Bitumen in speziellen Anteilen, und werden im allgemeinen, während sie heiß sind, gelegt und verdichtet, um eine dichte und dauerhafte Oberfläche bereitzustellen.
Für viele Anwendungen stellt Bitumen (in den USA als „Asphalt" bekannt) ein ausreichend dauerhaftes und klebriges Bindemittel für den Zuschlagstoff bereit. Für Hochbelastungsanwendungen können jedoch Additive zu dem Bitumen zugegeben werden, um seine mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Verschiedene Additive sind für diese Zwecke vorgeschlagen worden, einschließlich Polymere, wie Ethylen- und Vinylacetatcopolymere, statistische oder Blockcopolymere von Styrol und konjugierten Dienen (beispielsweise SBS-Copolymere). Kürzlich sind synthetische Wachse, die Mischungen aus synthetischen aliphatischen Kohlenwasserstoffen umfassen, ebenso in Bitumenmischungen verwendet worden (WO 99111737). Derartige Mischungen sind gewöhnlich resistenter gegenüber der Verformung unter hohen Belastungen im Vergleich zu ihren entsprechenden wachsfreien Gegenstücken.
Kraftstoffe, wie Diesel und Benzin, weisen eine schädigende Wirkung auf Bitumen aus. Diese Kraftstoffe lösen oder weichen die Bitumenkomponente von bitumenhaltigen Oberflächen gewöhnlich auf. Daher werden bei längerer Verwendung die Zuschlagstoffkomponenten von solchen Oberflächen gewöhnlich weniger binden, so daß die Oberfläche gewöhnlich zerfällt.
Überraschenderweise haben wir nun herausgefunden, daß Wachse verwendet werden können, um die Kraftstoffbeständigkeit von Bitumen zu verbessern.
Folglich stellt die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Wachses als ein Kohlenwasserstoff-resistentes, vorzugsweise Schmieröl- oder Kraftstoff-resistentes Additiv für ein Bitumen bereit.
Geeignete Wachse umfassen Erdölwachse und synthetische Wachse, und insbesondere die mit einer Erweichungstemperatur oder einem Schmelzpunkt von über 50°C, vorzugsweise 60 bis 150°C und stärker bevorzugt 60 bis 120°C. Beispiele von Erdölwachs umfassen Paraffinwachs und mikrokristallines Wachs. Derartige Wachse sind allgemein bekannt (siehe beispielsweise 3. Auflage, Kirk-Othmer, Encyclopaedia of Chemical Technology, Band 24, Seiten 473 – 476, die hierin als Verweis aufgenommen wird), und werden im allgemeinen aus Rohöl und/oder Rohöldestillaten durch bekannte Techniken erhalten. Paraffinwachse sind makrokristalline Produkte, die normalerweise bei Raumtemperatur (25°C) fest sind. Mikrokristalline Wachse sind gewöhnlich ebenso bei Raumtemperatur fest. Ebenso wie sie aus Erdöldestillaten erhältlich sind, können diese Wachse jedoch ebenso natürlich vorkommen, beispielsweise als Ozokerit. Ozokerit kann raffiniert und aufgehellt werden, um Cerasinwachs herzustellen, das ebenso zur Verwendung als das Kraftstoff-resistente Additiv geeignet ist.
Geeignete synthetische Wachse umfassen Kohlenwasserstoffwachse, beispielsweise Polyethylenwachse, und vorzugsweise Fischer-Tropsch-Wachse. Wachse mit funktionellen Gruppen, beispielsweise chemisch modifizierte Kohlenwasserstoffwachse, und wachsartige Ester und Amide können ebenso eingesetzt werden. Diese synthetischen Wachse sind allgemein bekannt, und werden ausführlich in der 3. Auflage von Kirk-Othmer, Encyclopaedia of Chemical Technology, Band 24, Seiten 477 bis 479 beschrieben.
Polyethylenwachse, die zur Verwendung der vorliegenden Erfindung besonders geeignet sind, umfassen die mit Molekulargewichten von weniger als 10.000, vorzugsweise weniger als 5.000. Derartige Wachse können allein oder als Gemische beispielsweise mit einem oder mehreren der obengenannten Erdölwachse eingesetzt werden. Derartige Polyethylenwachse können durch irgendeine konventionelle Technik, beispielsweise durch Hochdruck- oder Niederdruckpolymerisation oder kontrollierten thermischen Abbau von Polyethylen mit hohem Molekulargewicht, hergestellt werden. Zusätzlich zu Homopolymeren von Ethylen können ebenso Copolymere von Ethylen, Propylen, Butadien und Acrylsäure eingesetzt werden.
Fischer-Tropsch-Wachse werden im allgemeinen durch Umsetzen von Kohlenmonoxid mit Wasserstoff typischerweise bei Hochdruck über einem Metallkatalysator hergestellt, um Kohlenwasserstoffe herzustellen. Die hergestellten Wachse können eine Mischung aus unterschiedlichen Verbindungen, einschließlich beispielsweise Polymethylen, umfassen. Derartige Wachse können Schmelzpunkte zwischen 65 und 105°C, beispielsweise 68 bis 105°C aufweisen. Bevorzugte Fischer-Tropsch-Wachse werden in WO 99/11737 beschrieben. Die Wachse, die in diesem Dokument beschrieben werden, umfassen mehr als 90 % n-Paraffine. Der Rest des Wachses umfaßt typischerweise iso-Alkane. Die durchschnittliche Kohlenstoffkettenlänge des Wachses kann 30 bis 105, vorzugsweise 60 bis 100, stärker bevorzugt 60 bis 90, beispielsweise 80 sein. Derartige Wachse können teilweise oder vollständig oxidiert sein. Oxidierte Wachse können als Kraftstoff resistente Additive allein oder als Gemische mit beispielsweise nicht-oxidierten Fischer-Tropsch-Wachsen eingesetzt werden. Ein bevorzugtes Beispiel eines Fischer-Tropsch-Wachses ist das, das unter dem Markennamen Sasobit^® (Schumann Sassol) verkauft wird. Dieses Wachs schmilzt bei ungefähr 100°C.
Geeignete chemisch modifizierte Kohlenwasserstoffwachse umfassen chemisch modifizierte Wachse der Mikrokristallin-, Polyethylen- und Polymethylenklassen. Beispielsweise können derartige Wachse an Luft in Gegenwart oder Abwesenheit eines Katalysators oxidiert werden. Alternativ können derartige Wachse mit einer Polycarbonsäure, wie Maleinsäure, beispielsweise bei hohen Temperaturen umgesetzt werden. So modifiziert kann das Wachs weiter beispielsweise durch Verseifung und/oder Veresterung modifiziert werden.
Wachsartige Amide können durch die Amidierung von Fettsäuren hergestellt werden. Geeignete Fettsäuren sind die mit 8 bis 24, vorzugsweise 12 bis 22 Kohlenstoffatomen. Ein bevorzugtes Beispiel ist N,N'-Distearoylethylendiamin. Diese Verbindung weist einen Schmelzpunkt von ungefähr 140°C, eine Säurezahl von ungefähr 7 und eine geringe Schmelzviskosität auf.
Die oben beschriebenen Wachse können verwendet werden, um die Kraftstoffbeständigkeit von irgendeinem Bitumen zu verbessern. Geeignete Bitumen umfassen natürlich vorkommende Bitumen und hergestellte Bitumen und synthetische Bitumen. Hergestellte Bitumen können unter Verwendung einer Vielzahl an bekannten Techniken, beispielsweise durch konventionelle oder Vakuumdestillation von Rohöl hergestellt werden. Alternativ kann das Bi tumen durch Lösungsmittelentasphaltierung oder Blasen von Luft durch beispielsweise Vakuumrückstände hergestellt werden. Das letztere Verfahren umfaßt das Blasen von Luft durch beispielsweise ein getopptes Asphaltrohöl oder weiches Bitumen. Dieses Verfahren kann gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt werden, um ein katalytisch oxidiertes Bitumen herzustellen. Geeignete Katalysatoren umfassen Eisen(III)-oxid und Phosphorsäuren. Polymer-modifizierte Bitumen können ebenso eingesetzt werden. Geeignete Polymere umfassen Ethylen- und Vinylacetatcopolymere, statistische oder Blockcopolymere von Styrol und konjugierten Dienen (beispielsweise SBS-Copolymere). Mischungen aus unterschiedlichen Typen von Bitumen können ebenso geeignet sein.
Das letztere kann leicht gefärbt werden, um die Pigmentierung für dekorative Zwecke zu erleichtern.
Die eingesetzten Bitumen umfassen die mit Penetrationen in dem Bereich von 10 bis 450 mm/10, wie gemäß EN 1426 bestimmt. Die Erweichungstemperatur von geeigneten Bitumen kann zwischen 30 und 110°C, vorzugsweise 50 und 100°C, beispielsweise 65 und 75°C liegen, wie gemäß EN 1427 bestimmt. Der Penetrationsindex von geeigneten Bitumen kann zwischen +9 und –1 liegen. Die Viskosität bei 60°C kann 10 bis 20.000 Pa betragen.
Die oben beschriebenen Kraftstoff-resistenten Wachse können zu Bitumen in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 10 Gew.-%, stärker bevorzugt 1 bis 7,5 Gew.-%, noch stärker bevorzugt 2,5 bis 6 Gew.-%, beispielsweise 4 bis 5 Gew.-% der resultierenden Wachs/Bitumen-Mischung zugegeben werden.
Das Wachs kann mit dem Bitumen unter Verwendung irgendeines geeigneten Verfahrens gemischt werden. Beispielsweise kann das Wachs in geteilter Form (beispielsweise als Pellets oder als ein Pulver) zu dem Bitumen zugegeben werden. Das Bitumen kann im geschmolzenen Zustand vorliegen, was eine ausreichende Temperatur ist, um das Wachs zu lösen oder zu dispergieren. Geeignete Temperaturen liegen zwischen 120 und 200°C, vorzugsweise 160 und 180°C. Alternativ kann das Wachs mit dem Bitumen durch

a) Bilden einer Emulsion aus Wachs und Wasser,
b) Bilden einer Emulsion aus Bitumen und Wasser, und
c) Mischen der in den Schritten a) und b) gebildeten Emulsionen

Die in Schritt c) gebildeten Gemische können dann mit Zuschlagstoff, Füllstoff und/oder Sand gemischt werden. Die resultierende Mischung kann dann auf eine Straßenoberfläche aufgetragen werden.
Es ist ebenso möglich, eine oder beide der in den Schritten a) und b) gebildeten Emulsionen mit Zuschlagstoff, Füllstoff und/oder Sand vor dem Schritt c) zu mischen. Die resultierende Mischung kann dann auf eine Straßenoberfläche aufgetragen werden.
Es kann möglich sein, ausreichend Wachs zu dem Bitumen zuzugeben, um eine Wachs/Bitumen-Mischung der gewünschten Endkonzentration herzustellen. Bei bestimmten Anwendungen kann es jedoch wünschenswert sein, eine konzentrierte Mischung oder „Grundmischung" des Wachses und Bitumens herzustellen, die mit wachsfreien Bitumen oder Bitumengemischen mit geringem Wachsgehalt gemischt werden können, um die Mischungen der gewünschten Endzusammensetzung herzustellen. Geeigneterweise kann die Grundmischung das Wachs in einer Konzentration von 10 bis 30 Gew.-% umfassen.
Die Wachs/Bitumen-Mischungen, die wie oben beschrieben hergestellt wurden, können als ein Bindemittel für bitumenhaltige Zusammensetzungen mit Zuschlagstoffen eingesetzt werden. Die Zuschlagstoffe, die in derartigen Zusammensetzungen eingesetzt werden, umfassen konventionelle Zuschlagstoffe, wie Granit. Gegebenenfalls können Füllstoffe von beispielsweise Kalkstein und Cellulose ebenso in die bitumenhaltige Zusammensetzung einbezogen werden. Sand und Staub können ebenso vorliegen.
Wenn die Wachs/Bitumen-Mischung als ein Bindemittel für eine bitumenhaltige Zusammensetzung mit Zuschlagstoffen eingesetzt wird, kann die Wachs/Bitumen-Mischung 1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 15 Gew.-%, stärker bevorzugt 5 bis 10 Gew.-% und am stärksten bevorzugt 6 bis 8 Gew.-% der gesamten Zusammensetzung bilden. Der Zuschlagstoffgehalt der gesamten Zusammensetzung kann mehr als 50 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 60 Gew.-%, noch stärker bevorzugt mehr als 70 Gew.-%, beispielsweise 75 bis 90 Gew.-% betragen. Der Rest der Zusammensetzung kann Sand, Cellulose und/oder Kalkstein umfassen.
Wenn die gesamte Zusammensetzung hergestellt wird, kann es möglich sein, das Wachs zu dem Bitumen in Gegenwart der Zuschlagstoffe und/oder Füllstoffe zuzugeben. Es kann ebenso möglich sein, das Wachs mit dem Bitumen vor der Zugabe des Zuschlagstoffs und/oder Füllstoffes zu mischen. Bitumenhaltige Zusammensetzungen, die die oben beschriebenen Wachs/Bitumen-Mischungen umfassen, können als Pflaster und Beläge für eine Vielzahl von Oberflächen, insbesondere die Oberflächen, die mit dem Kraftstoff beispielsweise durch Verschütten in Kontakt kommen, verwendet werden. Derartige Oberflächen umfassen Hochbelastungsoberflächen, wie Lastwagenparkplätze, Autobahnoberflächen wird Flugfelder. Die bitumenhaltige Zusammensetzung ist ebenso für Mittel- und Niedrigbelastungsoberflächen geeignet, wo der Verkehr von schweren Nutzfahrzeugen gering ist. Beispiele von derartigen Anwendungen umfassen Wohnstraßen, Tankstellenvorplätze, Parkplätze, Taxiwege und Zufahrtsstraßen. Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Wohnstraße, ein Tankstellenvorplatz, eine Zufahrtsstraße, ein Parkplatz oder Taxiweg bereitgestellt, die ein Pflaster und/oder eine Beschichtung umfassen, die eine bitumenhaltige Zusammensetzung umfassen, welche eine Mischung aus Wachs und Bitumen umfaßt.
Vorzugsweise wird das Wachs aus einem der oben beschriebenen Wachse ausgewählt.
Das Wachs, das in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann verwendet werden, um die Kraftstoff-resistenten Eigenschaften gegenüber irgendeinem Kohlenwasserstoff-enthaltenden Kraftstoff oder Schmiermittel zu verleihen. Beispiele solcher Kraftstoffe umfassen Motorkraftstoffe und Flugkraftstoffe, wie Benzin, Diesel, Flugbenzin und Düsentreibstoff.
Beispiele
Beispiel 1
Eine bitumenhaltige Zusammensetzung wurde durch Mischen von Granitzuschlagstoff, einem Kalksteinfüllstoff, Cellulosefasern und einem Bindemittel in den nachstehenden Anteilen hergestellt:
Das verwendete Bindemittel war ein Bitumen mit einer Penetration von 40 mm/10, modifiziert mit 4 Gew.-% Sasobit^®-Wachs (FRB1).
Diese Zusammensetzung wurde dann zu einem zylinderförmigen Prüfkörper (100 mm (Durchmesser) mal 65 mm (Höhe)) unter Verwendung eines „Gyropac"-Kreiselverdichtungsgerätes verdichtet. Wenn einmal verdichtet, wurde der Prüfkörper abgewogen und in Diesel bei 20°C eingetaucht. Die Masse des Prüfkörpers wurde dann bei täglichen Intervallen bestimmt und der prozentuale Gewichtsverlust berechnet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 angegeben.
Vergleichsbeispiel A
Beispiel 1 wurde unter Verwendung eines Bitumens mit einer Penetration von 55 mm/10 als ein Bindemittel wiederholt. Wie aus den Ergebnissen aus Tabelle 1 hervorgeht, ist der Gewichtsverlust, der mit Beispiel 1 beobachtet wurde, weniger als der, der mit Vergleichsbeispiel A beobachtet wurde.
Tabelle 1
Beispiel 2
Eine bitumenhaltige Zusammensetzung wurde durch gemeinsames Mischen der folgenden Komponenten hergestellt.
Drei unterschiedliche Bindemittel wurden getestet:

a) Ein Bitumen mit einer Penetration von 40 mm/10, modifiziert mit 4 Gew.-% Sasobit^®-Wachs (FRB1).
b) Ein elastomeres Bitumen, modifiziert mit 4 Gew.-% Sasobit-Wachs, was zu einer Bitumenzusammensetzung mit einer Penetration von 41 mm/10 führt (FRB2).
c) Ein Bitumen mit einer Penetration von 55 mm/10 (50 pen).

Die Zusammensetzungen wurden zu einem zylinderförmigen Prüfkörper (100 mm [Durchmesser] × 65 mm [Höhe]) unter Verwendung eines „Gyropac"-Kreiselverdichtungsgerätes verdichtet. Die Prüfkörper wurden dann abgewogen und in Diesel bei 20°C (± 0,5°C) eingetaucht. Die Masse der Prüfkörper wurde dann bei täglichen Intervallen bestimmt und der prozentuale Gewichtsverlust berechnet. Die Ergebnisse werden in der nachstehenden Tabelle gezeigt.
Beispiel 3
Eine bitumenhaltige Zusammensetzung wurde durch gemeinsames Mischen der folgenden Komponenten hergestellt:
Vier unterschiedliche Bindemittel wurden getestet:

a) Ein Bitumen mit einer Penetration von 66 mm/10, modifiziert mit 4 Gew.-% Sasobit^®-Wachs (FRB3).
b) Ein elastomeres Bitumen, modifiziert mit 4 Gew.-% Sasobit^®-Wachs, was zu einer Bitumenzusammensetzung mit einer Penetration von 41 mm/10 führt (FRB4).
c) Ein Bitumen mit einer Penetration von 55 mm/10 (50 pen).
d) Ein Bitumen mit einer Penetration von 103 mm/10 (100 pen).

Die Zusammensetzungen wurden zu einem zylinderförmigen Prüfkörper (101 mm [Durchmesser] × 63,5 mm [Höhe]) unter Verwendung eines Marshall-Hammer-Verdichtungsgerätes verdichtet. Die Prüfkörper wurden dann abgewogen und in Düsentreibstoff (ATK) bei 20°C (± 0,5°C) eingetaucht. Die Masse der Prüfkörper wurde dann bei täglichen Intervallen bestimmt und der prozentuale Gewichtsverlust berechnet. Die Ergebnisse werden in der nachstehenden Tabelle gezeigt.

Claims

Verwendung eines Wachses als ein Kohlenwasserstoff-resistentes, vorzugsweise Kraftstoff-resistentes Additiv für ein Bitumen.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei das Wachs ein Erdöl- oder synthetisches Wachs mit einer Erweichungstemperatur von über 50°C ist.
Verwendung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Wachs ein synthetisches Polyethylenwachs ist.
Verwendung nach Anspruch 3, wobei das Wachs ein Fischer-Tropsch-Wachs ist
Verwendung nach Anspruch 4, wobei das Wachs durch die Umsetzung von Kohlenmonoxid mit Wasserstoff bei hohen Drücken über einem Metallkatalysator erhältlich ist.
Verwendung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Bitumen eine Penetration in dem Bereich von 10 bis 450 mm/10 aufweist, wie gemäß EN 1426 bestimmt.
Verwendung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Bitumen ein Polymer-modifiziertes Bitumen ist.
Verwendung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Wachs zu einem Bitumen in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-% der resultierenden Wachs/Bitumen-Mischung zugegeben wird.
Verwendung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Wachs zu einem Bitumen zugegeben wird, um ein Bindemittel zu bilden, das mit dem Zuschlagstoff gemischt wird.
Verwendung nach Anspruch 8, wobei das Wachs und das Bitumen in der Gegenwart des Zuschlagstoffes gemischt werden, oder wobei das Wachs mit dem Bitumen vor der Zugabe des Zuschlagstoffes gemischt wird.
Verwendung nach einem vorhergehenden Anspruch als ein Benzin-, Diesel-, Flugbenzin- und/oder Düsentreibstoff-resistentes Additiv.