DE602005003821T2

DE602005003821T2 - Verbessertes polymermodifiziertes bituminöses bindemittel mit geringen emissionen

Info

Publication number: DE602005003821T2
Application number: DE602005003821T
Authority: DE
Inventors: Bert Jan Lommerts; Anton Nico Van Loef; Martinus Rijk Verweij
Original assignee: Latexfalt BV
Current assignee: Latexfalt BV
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2025-03-19
Also published as: SI1756227T1; DK1756227T3; CA2560082A1; US7595356B2; AU2005222033A1; US20080161451A1; ATE380846T1; AU2005222033B2; CN1954032B; CN1954032A; WO2005087869A1; NZ549864A; PL1756227T3; EP1756227B1; EP1756227A1; DE602005003821D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft bituminöse Bindemittelzusammensetzungen, die eine hervorragende Temperaturabhängigkeit der Viskosität aufweisen, die sie für Straßenbauzwecke außerordentlich geeignet macht.
Hintergrund der Erfindung
Bituminöse Bindemittelzusammensetzungen werden im Straßenbau verwendet, um eine Bindung zwischen den Aggregaten oder zwischen dem Substrat und den Aggregaten zur Verfügung zu stellen. Verschiedene Verfahren werden zum Straßenbau unter Verwendung von bituminösen Bindemittelzusammensetzungen und Aggregaten eingesetzt, wie sie in, zum Beispiel, US 6.156.113 offenbart sind.
Bituminöse Bindemittelzusammensetzungen können Bitumen, Elastomere und/oder Lösungsmittel umfassen. Das Bitumen kann entweder direkt durchgelaufene Produkte oder verarbeitete Produkte darstellen (vgl. Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 4. Aufl., Bd. 3, Seiten 689–724).
Elastomere werden gewöhnlich zu der bituminösen Bindemittelzusammensetzung zugegeben, um Eigenschaften, z. B. Spurrillenbeständigkeit, des Bitumens zu verbessern. Es wird, zum Beispiel, auf US 4.242.246 Bezug genommen. Eine Kohäsion von porösen Asphaltschichten wird verbessert, was folglich den Abbau davon durch Auftrennung, d. h. Trennung der Aggregate von der Asphaltoberfläche vermindert. Schließlich sind Elastomere notwendig, um ein festes, noch flexibles und ausreichend plastisches Bindungsmaterial zu erhalten. Obwohl Elastomere mit Bitumen ausreichend kompatibel sind, sind sie für die Verarbeitbarkeit dadurch nachteilig, dass sie eine zu hohe Viskosität verursachen. In einigen Fällen erfordert dies die Zugabe von Lösungsmitteln und/oder Fließölen, um die Viskosität zu erniedrigen und eine Löslichkeit der Elastomere in dem Bitumen und die Verarbeitung und Anwendung der bituminösen Bindemittelzusammensetzung zu verbessern.
Bei Oberflächenausrüstungs- bzw. Oberflächenabdichtungsanwendungen werden zuerst bituminöse Bindemittelzusammensetzungen auf die Straßenoberfläche gesprüht, gefolgt von der Zugabe von Aggregaten. Offensichtlich muss die Viskosität der bituminösen Bindemittelzusammensetzung ausreichend niedrig sein, um eine angemessene Verarbeitbarkeit und die Bildung einer gleichmäßigen Schicht der Zusammensetzung auf der Straßenoberfläche sicherzustellen. Unter diesen Bedingungen führen jedoch Lösungsmittel und/oder Fließöle, die zur Kontrolle der Viskosität notwendig sind, zu Gesundheits-, Umwelt- und Sicherheitsproblemen aufgrund ihrer hohen Flüchtigkeit und Entzündbarkeit. Zum Beispiel können Dämpfe von Arbeitern eingeatmet werden. Ebenfalls tragen Dämpfe zur Umweltverschmutzung durch photochemische Oxidation (Smogbildung) und zum Treibhauseffekt bei. Ebenso wird ein Transport von solch hochflüchtigen und entzündlichen Lösungsmitteln, die bituminöse Bindemittelzusammensetzungen enthalten, mehr und mehr eingeschränkt.
Es wird im Fachgebiet vorgeschlagen, hochflüchtige und entzündliche Lösungsmittel durch weniger flüchtige und entzündliche, flüssige Produkte, z. B. Pflanzenöle, zu ersetzen. Zum Beispiel offenbart EP A 568.757 den Ersatz von Lösungsmitteln durch ein tierisches oder pflanzliches Fett oder Öl und/oder durch eine Mischung aus solchen Substanzen. Es wird behauptet, dass ein auf diese Weise hergestelltes Bindemittel den Vorteil gegenüber bekannten Bindemitteln aufweist, dass es nicht zur Luftverschmutzung beiträgt. Die Verwendung von solch weniger flüchtigen und entzündlichen, flüssigen Produkten führt oft zu einem zu niedrigen Erweichungspunkt des Asphalts während seiner Nutzungszeit, was zu einer „Verdunkelung" der Asphaltschicht führt.
Eine „Verdunkelung" kann wie folgt beschrieben werden. Wenn Späne in einer Schnitzelversiegelschicht in der Lage sind, sich zu bewegen und zu rollen, werden sie durch eine Bindemittelschicht abgedeckt werden. Als eine Folge wird die Straßenoberfläche eine relativ gleichmäßige Oberfläche aus Spänen und Bindemittelschicht erreichen, wobei die Oberfläche ein schwarzes Erscheinungsbild aufweist. Das Rollen von Spänen kann durch eine zu niedrige Visko-Elastizität des Bindemittels als eine Folge von entweder zu hohen Straßenoberflächentemperaturen oder schlechten Wärmematerialeigenschaften verursacht werden. Um eine „Verdunkelung" zu verhindern, muss ein Bindemittel einen ausreichend hohen Erweichungspunkt in Kombination mit den geeigneten visko-elastischen Eigenschaften bei den höheren Betriebstemperaturen, d. h. Temperaturen, die während heißen Sommern vorherrschen, aufweisen.
Ein anderes Merkmal, das mit der „Verdunkelung" verbunden ist, ist, dass Rollen auftreten kann, wenn eine zu hohe Menge an Bindemittel im Vergleich mit der durchschnittlichen Größenverteilung der Späne verwendet wird. Unter hohen Verkehrsbelastungen oder hohen Umgebungstemperaturen dringen Späne mehr und mehr in die Bindemittelschicht ein und werden schließlich von dem Bindemittel absorbiert.
Der Nachteil der „Verdunkelung" kann zum Beispiel durch Einschluss eines vernetzbaren Polymers oder härtbaren Lösungsmittels in die bituminöse Bindemittelzusammensetzung vermieden werden, wobei das vernetzbare Polymer oder härtbare Lösungsmittel unter dem Einfluss von Sauerstoff, UV-Strahlung und Übergangsmetallkatalysatoren gehärtet wird. US 6.156.113 offenbart, zum Beispiel, eine bituminöse Bindemittelzusammensetzung, die Bitumen, einen Fettsäuremonoester und einen Katalysator umfasst, worin der Katalysator ein Übergangsmetallsalz, wie beispielsweise Cobaltoctoat, Cobaltnaphthenat und Zirkoniumoctoat darstellt. Solche Katalysatoren sind im Fachgebiet ebenfalls als Sikkative bekannt. Diese Übergangsmetallsalze weisen jedoch einen nachteiligen Effekt auf die Umgebung auf und sind deshalb weniger wünschenswert. In vielen Ländern ist die Verwendung von solchen Katalysatoren in Baumaterialien durch das Gesetz streng eingeschränkt oder sogar durch das Gesetz aufgrund ihrer negativen Langzeitumweltauswirkungen verboten. Zudem weisen bituminöse Bindemittelzusammensetzungen eine niedrige Durchlässigkeit für Sauerstoff auf, sodass die Vernetzungsreaktion relativ langsam fortschreitet. US 6.156.113 offenbart, dass ein signifikanter Anstieg des anfänglichen Ring-und-Kugel-Erweichungspunkt der bituminösen Bindemittelzusammensetzung nur nach etwa 30 Tagen erreicht wird (vgl. insbesondere die Figur). Offensichtlich benötigen solche bituminösen Bindemittelzusammensetzungen eine beträchtliche Zeitdauer, um die erforderliche Festigkeit oder andere erforderliche Eigenschaften zu erzielen.
Eine andere Option zur Lösung der Probleme, die mit der „Verdunkelung" verbunden sind, ist die Temperaturabhängigkeit der Eigenschaften der bituminösen Bindemittelzusammensetzung zu erhöhen. Wie dem Fachmann klar sein wird, ist eine niedrige Viskosität bei hohen Temperaturen gewünscht, sodass die bituminöse Bindemittelzusammensetzung während des Straßenbaus leicht aufgetragen werden kann, während bei niedriger Temperatur, z. B. während der Nutzung, eine hohe Viskosität gewünscht ist, um eine ausreichende Festigkeit und Adhäsion sicherzustellen.
WO 00/73378 , welche hierin durch Bezugnahme mit einbezogen ist, offenbart eine lagerstabile, bituminöse Bindemittelzusammensetzung, die 75 bis 99,95 Gew.-% Bitumen, 0 bis 15 Gew.-% eines Elastomers und 0,05 bis 10 Gew.-% eines Amidadditivs, bevorzugt 85 bis 99,4 Gew.-% Bitumen, 0,5 bis 12 Gew.-% des Elastomers und 0,1 bis 3 Gew.-% des Amidadditivs, umfasst.
WO 030/062315 , welche hierin durch Bezugnahme mit einbezogen ist, offenbart eine Bindemittelzusammensetzung, die in Asphalten verwendet werden kann, worin die Bindemittelzusammensetzung 1 bis 70 Gew.-% eines Harzes, 20 bis 97 Gew.-% eines Schmieröls oder eines Schmierölextrakts und 0,1 bis 3 Gew.-% eines Amidadditivs umfasst. Das Harz ist bevorzugt ein Elastomer, wie beispielsweise Styrol-Butadien-Styrol. Das Schmieröl oder Schmierölextrakt kann ausgewählt sein aus einem breiten Bereich an Produkten, einschließlich jener, die durch Raffinerieprozesse erhalten werden, und Pflanzenöle. Es wird jedoch bevorzugt, dass das Schmieröl oder Schmierölextrakt durch Lösungsmittelextraktion eines deasphaltierten Öls, insbesondere eines helllagerigen Furfuralextrakts, erhalten wird. Tabelle 1 der WO 030/062315 offenbart, dass der Zusatz von 1,0 Gew.-% des Amidadditivs Ethylenbisstearamid (EBS) zu einem Anstieg des Ring-und-Kugel-Erweichungspunkts von 4°C führt.
Die bituminösen Bindemittelzusammensetzungen gemäß dem Stand der Technik sind jedoch im Hinblick auf die Temperaturabhängigkeit der Viskosität immer noch unzureichend.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine bituminöse Bindemittelzusammensetzung, umfassend:

(a) 60 bis 99,75 Gew.-% Bitumen;
(b) 0,05 bis 5,0 Gew.-% eines Elastomers;
(c) 0,1 bis 30,0 Gew.-% eines Monoalkylesters eines Pflanzenöls oder eines tierischen Öls; und
(d) 0,1 bis 5,0 eines Amidadditivs;

Beschreibung der Figuren
1 zeigt die dynamische Viskosität vs. Temperatur einer bituminösen Bindemittelzusammensetzung, die nicht Komponente (d) enthält, und einer bituminösen Bindemittelzusammensetzung gemäß der Erfindung. Es scheint, dass die Viskosität von beiden Zusammensetzungen bei höheren Temperaturen vergleichbar ist, während die Zusammensetzung gemäß der Erfindung bei niedrigeren Temperaturen eine niedrigere Viskosität aufweist.
2 zeigt den Ring-und-Kugel-Erweichungspunkt einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung als eine Funktion der Menge von Komponente (d). Ein Zusatz von 1,0 Gew.-% der Komponente (d) führt zu einem Anstieg von 12°C des Ring-und-Kugel-Erweichungspunkts, wie er gemäß ASTM D36 (nachstehend beschrieben) bestimmt wird.
3 zeigt Ergebnisse, die in dem Vialit-Plattenschlagtest gemäß NEN EN 12272-3 (nachstehend beschrieben) erhalten werden.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In diesem Dokument und in seinen Ansprüchen wird das Verb „umfassen" und seine Konjugationen in einem nicht-einschränkenden Sinn verwendet, um zu bedeuten, dass Gegenstände, die dem Wort folgen, eingeschlossen sind, aber Gegenstände, die nicht spezifisch erwähnt sind, nicht ausgeschlossen sind. Zudem schließt ein Bezug auf ein Element durch einen unbestimmten Artikel „ein" oder „eine" nicht die Möglichkeit aus, dass mehr als eines der Elemente vorhanden ist, sofern nicht der Kontext klar erfordert, dass eins und nur eins der Elemente vorhanden ist. Der unbestimmte Artikel „ein" oder „eine" bedeutet folglich gewöhnlich „mindestens eins".
Gemäß der Erfindung ist es bevorzugt, dass Komponente (a) der bituminösen Bindemittelzusammensetzung ein paraffinisches oder ein naphtenartiges Bitumen mit einer durchschnittlichen Penetration von 10 bis 350·10^–1 mm, bevorzugt 70 bis 220·10^–1 mm, gemäß ASTM D5-97, ist.
Komponente (b) der bituminösen Bindemittelzusammensetzung gemäß der Erfindung kann, zum Beispiel, ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, ein Polybutadien, ein Ethylen-Propylen-Copolymer, ein Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer, ein Butadien-Styrol-Diblock-Copolymer, ein Styrol-Butadien-Styrol-(SBS-)Triblock-Terpolymer, ein Isopren-Styrol-Diblock-Copolymer oder ein Styrol-Isopren-Styrol-(SIS-)Triblock-Terpolymer sein. Es ist jedoch gemäß der vorlegenden Erfindung bevorzugt, dass das Elastomer ein Polymer oder ein Harz, das zwei benachbarte, wahlweise substituierte Butadieneinheiten, wie beispielsweise Isopren, umfasst, am meisten bevorzugt ein Polybutadien, ein Butadien-Styrol-Diblock-Copolymer, ein Styrol-Butadien-Styrol-Triblock-Terpolymer, ein Isopren-Styrol-Diblock-Copolymer oder ein Styrol-Isopren-Styrol-Triblock-Terpolymer ist. Bevorzugter ist das Elastomer insbesondere aufgrund seiner guten Verträglichkeit mit Bitumen und seinen hervorragenden visko-elastischen Eigenschaften ein Polybutadien.
Es ist gegenwärtige Praxis, das gewünschte Niveau eines einzelnen Elastomers zuzugeben, manchmal zusammen mit einem Härtungsmittel, das eine Vernetzung des Elastomers unterstützt, bis den gewünschten Eigenschaften entsprochen wird. Die Kosten des Elastomers addieren sich jedoch signifikant zu den Gesamtkosten der resultierenden Bitumenbindemittelzusammensetzung. Zudem wird bei ansteigenden Niveaus der Elastomerkonzentration die Arbeitsviskosität der Bitumenbindemittelzusammensetzung außerordentlich groß, und eine Trennung des Bitumens und des Elastomers kann auftreten.
In der bituminösen Bindemittelzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Elastomergehalt bei einem ökonomisch vorteilhaften, niedrigen Niveau liegen, das immer noch in der Lage ist, die Eigenschaften der Bindemittelzusammensetzung vorteilhaft zu modifizieren. Die bituminöse Bindemittelzusammensetzung der Erfindung umfasst bevorzugt 0,1 bis 4,5 Gew.-%, bevorzugter 0,2 bis 4,0 Gew.-%, des Elastomers auf der Basis des Gesamtgewichts der bituminösen Bindemittelzusammensetzung.
Gemäß der Erfindung ist Komponente (c) der bituminösen Bindemittelzusammensetzung ein Monoalkylester eines Pflanzen- oder tierischen Öls. Bevorzugt umfasst der Monoalkylester einen C₁-C₄-Alkylester einer ungesättigten Fettsäure. Die Alkylgruppe kann linear oder verzweigt sein. Geeignete Beispiele der Alkylgruppe umfassen Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, s-Butyl und t-Butyl. Bevorzugt ist die Alkylgruppe Methyl oder Ethyl und am meisten bevorzugt Methyl. Geeignete Beispiele der Pflanzenöle sind Sonnenblumenöl, Leinsamenöl oder Rapsöl. Es ist jedoch bevorzugt, dass das Pflanzenöl Rapsöl oder (isomerisiertes) Sonnenblumenöl ist. Die ungesättigte Fettsäure weist bevorzugt eine Iodzahl von mindestens 120 auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Fettsäureester von C₁-C₄-Alkanolen, wobei der Alkylteil sein kann, wie er vorstehend beschrieben ist, bevorzugter von Methanol und Ethanol und insbesondere von Methanol, abgeleitet.
Die C₁-C₄-Alkylester werden bevorzugt durch die Umesterung von Pflanzen- oder tierischen Ölen mittels des Alkanols erhalten. Solche Prozesse und Produkte sind in dem Fachgebiet bekannt und wurden ursprünglich entwickelt, um Produkte als Ersatzstoffe für Gasöl zur Verfügung zu stellen. Wie vorstehend erwähnt, können verschiedene Alkanole angewendet werden, obwohl es besonders bevorzugt ist, Methanol einzusetzen.
Diese Komponente (c) stellt die niedrige Viskosität der bituminösen Bindemittelzusammensetzung zur Verfügung, die zum Transport und Sprühen der bituminösen Bindemittelzusammensetzung auf die Straßenoberfläche erforderlich ist.
Der Vorteil der niedrigen Viskosität ist, dass sie ein effektives Benetzen von Spänen unterstützt und die Adhäsion und Einbettung von Spänen verbessert.
Ungesättigte Fettsäurealkylester sind gute Lösungsmittel für Bitumen und sind weder giftig noch schädlich für die Umgebung. Sie weisen eine niedrige Viskosität und einen Zündpunkt in der Größenordnung von 200°C, wie er gemäß ASTM D92 (offener Tiegel nach Cleveland) bestimmt wird, anstelle von 50° bis 85°C, ungefähr für von Petroleum abgeleitete, organische Lösungsmittel (Verdünner) oder Fließöle, auf.
Bevorzugt ist die ungesättigte Fettsäure von einem tierischen Öl oder Pflanzenöl abgeleitet. Pflanzenöle resultieren aus der Mahlung von verschiedenen Arten an Körnern oder Samen. Unter diesen aus Ölsamen gepressten Ölen sind Leinsamen sowie das Öl von Sonnenblume, Sojabohne, Kürbiskern, Sesam, Olive, Nüssen und Mais. Die bevorzugte ungesättigte Fettsäure ist von Rapsöl, Sonnenblumenöl oder isomerisiertem Sonnenblumenöl abgeleitet. Die in der Erfindung verwendeten Alkylester können ebenfalls aus tierischen Ölen oder aus anderen Quellen erhalten werden. Nützliche tierische Fette sind Schweinefett, Rindertalg und Lanolin.
Die ungesättigte Fettsäure umfasst eine variable Anzahl an Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen in Abhängigkeit von der Pflanze oder dem Tier, von der bzw. dem das Öl stammt. Die ungesättigte Fettsäure der vorliegenden Erfindung enthält bevorzugt mindestens zwei Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen.
Die bituminöse Bindemittelzusammensetzung umfasst bevorzugt 0,3 bis 25,0 Gew.-%, bevorzugter 1,0 bis 10,0 Gew.-%, am meisten bevorzugt 2,0 bis 8,0 Gew.-%, des Monoalkylesters des Pflanzenöls oder tierischen Öls auf der Basis des Gesamtgewichts der bituminösen Bindemittelzusammensetzung.
Die visko-elastischen Eigenschaften der bituminösen Bindemittelzusammensetzung können unter Verwendung eines Härtungsmittels weiterhin verbessert werden. Das Härtungsmittel umfasst eine Schwefel-Donor-Verbindung. Es kann weiterhin Vulkanisationsbeschleuniger entweder mit oder ohne Schwefel-Donor-Merkmalen umfassen. Für weitere Details über diese Typen an Vulkanisationsbeschleunigern und welche in dem Aufbau des Härtungsmittels eingesetzt werden können, wird auf US 5.605.946 Bezug genommen, die unter Bezugnahme hierin einbezogen ist. Es können ebenfalls andere Härtungseinheiten angewendet werden, die gewöhnlich in der Gummiindustrie verwendet werden.
Es ist jedoch bevorzugt, dass das Härtungsmittel Schwefel, Stearinsäure oder ein Salz davon, Zinkoxid und/oder Tetramethylthiuramdisulfid umfasst. Solch ein Härtungsmittel ist, zum Beispiel, von Latexfalt B.V., den Niederlanden, unter dem Markennamen SURMAC^® DO kommerziell erhältlich.
Die bituminöse Bindemittelzusammensetzung gemäß der Erfindung umfasst bevorzugt 0,01 bis 1,0 Gew.-% des Härtungsmittels auf der Basis des Gesamtgewichts der bituminösen Bindemittelzusammensetzung und bevorzugt 0,02 bis 0,5 Gew.-%.
Das Amidadditiv, d. h. Komponente (d) der bituminösen Bindemittelzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch die folgende Formel dargestellt:
worin R₁ und R₂ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus C₁₀ bis C₃₀ Alkylgruppen und worin n eine ganze Zahl von 1 bis 4 darstellt. Bevorzugter sind R₁ und R₂ ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus C₁₄ bis C₂₀ Alkylgruppen, und ist n eine ganze Zahl von 2 bis 4. Am meisten bevorzugt ist n 2, sodass -(CH₂)_n- eine Ethylengruppe darstellt. Gemäß der Erfindung ist es am meisten bevorzugt, dass das Amidadditiv im Wesentlichen aus Ethylen-bis-stearamid, d. h. einem kommerziell erhältlichen Amidadditiv, besteht, der von Stearinsäure abgeleitet ist. Geeignete, kommerziell erhältliche Produkte sind, zum Beispiel, Kemamide^® W-39 von Crompton Corporation, Loxamid^® EBS von Henkel KGaA und Crodamid^® EBS von Croda. Bevorzugt ist Komponente (d) in einer Menge von 0,2 bis 4,5 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts der bituminösen Bindemittelzusammensetzung vorhanden.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer bituminösen Bindemittelzusammensetzung gemäß der Erfindung zur Verfügung zu stellen. Dieser Prozess umfasst die Schritte:

(i) Mischen der Komponenten (b) und (c) bei einer Temperatur von 50° bis 150°C;
(ii) Zugabe mindestens eines Teils der in Schritt (i) erhaltenen Mischung zur Komponente (a), die auf eine Temperatur in dem Bereich von 100° bis 210°C vorerhitzt wurde;
(iii) Zugabe der Komponente (d) zu der in Schritt (ii) erhaltenen Mischung; und
(iv) wahlweise Zugabe eines Härtungsmittels zur in Schritt (iii) erhaltenen Mischung.

Gemäß der Erfindung ist es bevorzugt, das Härtungsmittel zuzugeben. Für bestimmte Anwendungen, z. B. für Exportzwecke, kann es jedoch bevorzugt sein, eine erste Zusammensetzung, die Komponenten (b) und (c) umfasst, und eine zweite Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die das Härtungsmittel umfasst, wobei Komponente (d) entweder mit der ersten Zusammensetzung oder der zweiten Zusammensetzung gemischt werden kann.
Komponenten (b) und (c) werden gemischt, bis eine viskose und homogene Lösung erhalten wird. Das Gewichtsverhältnis der Komponente (b) und Komponente (c) beträgt 50:1 bis 1:600, bevorzugt 15:1 bis 1:250, bevorzugter 4:1 bis 1:50, am meisten bevorzugt 1:1 bis 1:40, auf der Basis des Gesamtgewichts der Mischung der Komponenten (b) und (c). Das Gewichtsverhältnis der Komponente (b) und Komponente (d) liegt in dem Bereich von 50:1 bis 1:100, bevorzugt 22,5:1 bis 1:45, bevorzugter 20:1 bis 1:22,5, auf der Basis des Gesamtgewichts der Komponenten (b) und (d).
Lösungskonzentrationen von bis zu 20 Gew.-% der Komponente (b) können mit Standardlösungsrührern erreicht werden, die nur eine eingeschränkte Scherung auf die Mischung während des Rührens anwenden können. Die Temperatur liegt bevorzugt in dem Bereich von 50° bis 150°C, bevorzugt in dem Bereich von 80° bis 130°C, insbesondere weil höhere Temperaturen eine Oxidation und Polymerisation der Komponente (b) bewirken können, wenn in der Gegenwart von Luft durchgeführt. Es ist daher bevorzugt, die Lösungstätigkeit in einer inerten Atmosphäre, z. B. Stickstoff, durchzuführen. Homogene Mischungen mit höheren Konzentrationen der Komponente (b) können unter Verwendung einer Lösungsausrüstung mit hoher Scherung wie Kneter mit hoher Scherkraft, Extruder oder Zerkleinerungssysteme erreicht werden.
Die in Schritt (i) erhaltene Mischung kann zwischen einer Temperatur von 50° und 130°C mit einer gewöhnlich verwendeten Lager-, Pump- und Rohrleitungsausrüstung in der Bitumenindustrie sehr gut verarbeitet werden, obwohl niedrigere und höhere Temperaturen ebenso verwendet werden können.
In einem nächsten Schritt (ii) wird Komponente (a) bevorzugt auf eine Temperatur in dem Bereich von 150° bis 200°C, bevorzugter 160° bis 190°C, vorerhitzt. Zu dieser vorerhitzten Komponente (a) wird mindestens ein Teil der in Schritt (i) erhaltenen Mischung zugegeben, wobei die Menge von der erforderlichen Elastizität der bituminösen End-Bindemittelzusammensetzung in Oberflächenausrüstungs- bzw. Oberflächenabdichtungsanwendungen abhängt. Gemäß der Erfindung ist es jedoch bevorzugt, dass die gesamte Mischung, wie sie in Schritt (i) erhalten wird, zu Komponente (a) zugegeben wird.
Bevorzugter wird Komponente (a) mit nur 0,05 bis 5,0 Gew.-% von Komponente (b), bevorzugter mit 0,1 bis 3 Gew.-% und am meisten bevorzugt mit 0,2 bis 2,0 Gew.-%, auf der Basis des Gesamtgewichts der bituminösen Bindemittelzusammensetzung modifiziert. Sogar bei diesen niedrigen Konzentrationen von Komponente (b) kann ein hoher Grad an Elastizität in dem Endoberflächenausrüstungs- bzw. -abdichtungssystem erhalten werden, sogar, wenn gleich nach Anwendung des Oberflächenausrüstungs- bzw. Oberflächenabdichtungsbindemittels gemessen.
In Schritt (iv) wird ein Härtungsmittel gemäß der Erfindung zu der Mischung zugegeben. Nach Zugabe dieses Härtungsmittels wird die Mischung bei einer Temperatur zwischen 100°C und 210°C, bevorzugt 160°C bis 190°C, während mildem Rühren, aufrecht erhalten. Nach 60 Minuten ist das Produkt zur Verwendung bereit. Das Härtungsmittel stellt bevorzugt ein abgepacktes Härtungsmittel in einem schmelzbaren oder niedrigschmelzenden Kunststoffbeutel, z. B., einem Polyethylen umfassenden Beutel, dar.
Die bituminöse Bindemittelzusammensetzung gemäß der Erfindung wurde in dem Standardtestverfahren für den Erweichungspunkt von Bitumen bzw. Standard Test Method for Softening Point of Bitumen unter Verwendung des Ring-und-Kugel-Geräts (ASTM D-36) bewertet. In diesem Verfahren wird der Erweichungspunkt von Bitumen von einer Temperatur von 30° bis 157°C unter Verwendung eines Ring-und-Kugel-Geräts, z. B. dem Tanaka ASP-5 Automated Softening Point Tester, bestimmt, das in das erforderliche Lösungsmittel eingetaucht wird: destilliertes Wasser (30° bis 80°C), USP Glycerin (oberhalb von 80° bis 157°C) oder Ethylenglykol (30° bis 110°C).
2 zeigt den Erweichungspunkt der bituminösen Bindemittelzusammensetzung gemäß der Erfindung als eine Funktion der Menge von Komponente (d). Die Zugabe von 1,0 Gew.-% von Komponente führt zu einem überraschenden Anstieg des Erweichungspunkts von etwa 12°C, während WO 030/062315 einen Anstieg von nur 4°C offenbart, wenn die gleiche Menge von Komponente (d) zugegeben wird.
Die bituminöse Bindemittelzusammensetzung gemäß der Erfindung wurde ebenfalls einem vergleichenden Vialittest gemäß NEN-EN 12272-3 (ebenfalls bekannt als DIN-EN 122722-3) unterzogen. In diesem Test werden 40 Gramm Bitumen über eine 20 cm. × 20 cm. Stahlplatte gesprüht. Die bituminöse Bindemittelzusammensetzung wird dann in ein Wasserbad platziert, um abzukühlen. Die Platte wird entfernt, und 100 aggregierte Schnitzel werden auf die Platte platziert (ohne sie zu berühren). Die Späne werden auf der mit Bitumen bedeckten Platte mit einer 25 kg. gummierten Walze verdichtet. Die Bitumenplatte und Schnitzel werden in das Wasserbad zurückgegeben. Die Platte wird auf dem Teststand umgekehrt, und eine Stahlkugel wird drei Mal innerhalb von zehn Sekunden auf die Platte fallen gelassen. Eine Rate von 85% wird erwartet. Es wird erwartet, dass mit Bitumen bedeckte Schnitzel durchkommen. Jene, die herausfallen, werden als Fehler gezählt.
Gemäß der Erfindung ist die bituminöse Bindemittelzusammensetzung durch einen Steinverlust nach Schlagverformung bei –10°C von weniger als 80% gemäß dem Vialit NEN-EN 12272-3 Test auf der Basis einer bituminösen Bindemittelzusammensetzung gekennzeichnet.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der bituminösen Bindemittelzusammensetzung gemäß der Erfindung in der Oberflächenausrüstung bzw. Oberflächenabdichtung, insbesondere bei Straßenbau, Straßenerneuerung, (kalter) Gelenkfüllung und Versiegelungszwecken. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung der bituminösen Bindemittelzusammensetzung gemäß der Erfindung für Emulsionsanwendungen, die, zum Beispiel, in Bindungsbeschichtungs-(oder Klebbeschichtungs-)Anwendungen und industriellen, z. B., Metallschutzanwendungen verwendet werden können.
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin durch die folgenden Beispiele veranschaulicht. Diese Beispiele zeigen die Vorteile der bituminösen Bindemittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung gegenüber den Zusammensetzungen vom Stand der Technik. Insbesondere zeigt die Zusammensetzung gemäß der Erfindung eine stärkere Temperaturabhängigkeit der Viskosität als die Zusammensetzungen vom Stand der Technik. Folglich weist die Zusammensetzung gemäß der Erfindung eine verbesserte Verarbeitbarkeit unter Straßenbaubedingungen (hohe Temperaturen, z. B. 180°C) und einen hohen Erweichungspunkt unter Umgebungsbedingungen ohne den Bedarf an Übergangsmetallsalzen (Sikkativen) auf, wie sie in der US 6.156.113 offenbart sind.
Beispiel 1
Eine Menge an Rapsölmethylester (RME) wird auf 110°C aufgeheizt. Während des Rührens unter Stickstoff wird eine Menge an Polybutadien (mit niedrigem cis-Grad; 19 Teile in Bezug auf RME) zugegeben, um eine 16 Gew.-% Lösung zu erhalten. Diese Mischung wird gerührt, bis eine klare Lösung erhalten wird. Sieben Teile dieser Mischung werden zu Hundert Teilen an vorerhitztem (paraffinischem) Bitumen zugegeben, das eine Penetration von 160 bis 220 (ASTM D5-97) aufweist. Die Temperatur des Bitumen lag zwischen 160°C und 165°C. Diese Mischung wird etwa 30 Minuten lang homogenisiert. Anschließend wird eine Menge an 0,25 Gew.-% des Härtungsmittels Surmac^® DO von Latexfalt B.V. langsam zugegeben, während der Mischung über mindestens 1 Stunde bei einer konstanten Temperatur gestattet wird, zu reagieren. EBS mit Technikgrad kann vor oder nach diesem Vernetzungsschritt zugegeben werden. Die Menge an benötigtem EBS beträgt 0,75 Gew.-%. Schließlich wird eine aminfunktioneller Adhäsionspromoter (Promak Addibit L 100) in einer Menge von 0,3% auf die Gesamtmasse zugegeben. Wenn gewünscht, kann diese Menge in Abhängigkeit von der verwendeten Aggregatqualität und Anwendungsbedingungen variiert werden. Diese Zusammensetzung wird als „hochgradig" bezeichnet (vgl. Beispiel 3).
Vergleichsbeispiel 1
Eine Mischung wurde gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt, mit der Maßgabe, dass kein EBS zugegeben wurde.
Es wurde die dynamische Viskosität versus Temperatur durch Verwendung eines Rheostress 1 Rheometers von Haake mit Platte-Platte-Konfiguration aufgezeichnet. Die Messung wurde bei 120°C gestartet, um den Materialfluss zu erzeugen. Dem Material wurde einige Zeit gestattet, eine homogene Temperatur zu erreichen, und dann wurde die Viskositätsmessung gestartet. Die Drehgeschwindigkeit betrug 300 Upm, und die Temperatur wurde mit Inkrementen von 10°C erhöht. Nach jedem Temperaturanstieg wurde der Temperatur gestattet, sich zu stabilisieren, bevor die Viskosität gemessen wurde.
Es wurden Kurven, wie sie in 1 gezeigt sind, für die Mischungen gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 erhalten. Es scheint, dass die Viskosität der Mischung gemäß Beispiel 1 bei niedrigerer Temperatur eine niedrigere Viskosität aufweist, aber dass sie sich der Viskosität der Mischung gemäß Vergleichsbeispiel 1 bei höheren Temperaturen annähert.
Es kann geschlossen werden, dass EBS keinen Einfluss auf die Viskosität bei höheren Temperaturen, d. h. Sprühtemperaturen, aufweist, aber es die Viskosität bei niedrigeren Temperaturen erniedrigt, was den guten Fluss und Adhäsion dieses Bindemittels und die gute Aggregateinbettung erklärt. Offensichtlich ist eine niedrigere Viskosität bei niedrigeren Temperaturen für Transport und Verarbeitbarkeit vorteilhaft.
Beispiel 2
Zwei Proben der bituminösen Bindemittelzusammensetzung wurden wie in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 beschrieben hergestellt. Eine dritte Mischung wurde mit einer erhöhten Menge an EBS (1,75 Gew.-%) hergestellt. Der Erweichungspunkt (Ring-und-Kugel) dieser Proben wurde nach 24 Stunden gemäß ASTM D-36 bestimmt. Die Resultate dieser Messungen sind in 2 gezeigt, die einen linearen Anstieg des Erweichungspunkts mit ansteigenden Niveaus an EBS zeigt. Die Steigung dieser Linie beträgt etwa 12°C pro % an zugegebenem EBS.
Es wird festgestellt, dass dieser starke Anstieg des Erweichungspunkt günstig ist. Er erklärt die guten mechanischen Eigenschaften der bituminösen Bindemittelzusammensetzung gemäß der Erfindung, ebenso bei höheren Straßenoberflächentemperaturen und die gute Beständigkeit gegen Verdunkelung.
Beispiel 3
Zwei Teile der bituminösen Bindemittelzusammensetzung gemäß Beispiel 1 wurden zu einem Teil von (paraffinischem) Bitumen zugegeben, das eine Penetration von 70 bis 100 (ASTM D5-97) aufwies. Das Niveau an Additiven wird durch Zugabe von EBS, RME und Promak Addibit L 100 bis zu annähernd dem ursprünglichen Niveau wieder hergestellt, wie es in Beispiel 1 offenbart ist. Dieses Bindemittel wird als „Zwischengrad" (niedriger Polymergehalt) bezeichnet. Ein Teil der bituminösen Bindemittelzusammensetzung gemäß Beispiel 1 wurde zu zwei Teilen von (paraffinischem) Bitumen zugegeben, das eine Penetration von 70 bis 100 (ASTM D5-97) aufwies. Das Niveau an Additiven wird wieder hergestellt. Diese Mischung wird als „Standardgrad" (niedrigstes Polymerniveau) bezeichnet. Diese Bindemittel wurden mit der Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 verglichen, wobei die Letztere als „hochgradig" bezeichnet wird.
Die Niedrigtemperatureigenschaften dieser drei Materialen wurden in dem Vialittest gemäß NEN-EN 12272-3 getestet. Eine Abweichung wird von dieser Prozedur gemacht: Wenn nahezu alle von der Platte freigegebenen Steine mit Bitumen gefärbt sind, müssen sie als nicht klebend gezählt werden, um zwischen verschiedenen Materialien mit diesem Test zu unterscheiden. Wenn dies nicht getan wird, und sie als klebend gezählt werden, weisen die meisten mit Polymer modifizierten Bindemittel das gleiche Resultat von 100% anheftendes Aggregat bis zu –20°C hinunter auf, wie die Erfahrung gelehrt hat.
Auf diese Weise wurden die Kurven erhalten, wie sie in 3 gezeigt sind. Es ist offensichtlich, dass die Leistung der Materialien in diesem Test mit ansteigendem Polymermodifikationsniveau ansteigt. Es wird folglich geschlossen, dass die Hafteigenschaften dieses Typs an bituminöser Bindemittelzusammensetzung sogar bei relativ niedrigen Polymerkonzentrationen stark verbessert werden.

Claims

Bituminöse Bindemittelzusammensetzung, umfassend: (a) 60 bis 99,75 Gew.-% Bitumen; (b) 0,05 bis 5,0 Gew.-% eines Elastomers; (c) 0,1 bis 30,0 Gew.-% eines Monoalkylesters eines Pflanzenöls oder eines tierischen Öls; und (d) 0,1 bis 5,0 Gew.-% eines Amidadditivs; auf der Basis des Gesamtgewichts der bituminösen Bindemittelzusammensetzung.
Bituminöse Bindemittelzusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Bitumen ein paraffinisches oder naphtenartiges Bitumen mit einer durchschnittlichen Penetration von 10 bis 350·10^–1 mm ist.
Bituminöse Bindemittelzusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das Elastomer ein Polymer oder ein Harz, umfassend zwei benachbarte Butadieneinheiten, ist.
Bituminöse Bindemittelzusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Elastomer ein Polybutadien, ein Butadien-Styrol-Diblock-Copolymer, ein Styrol-Butadien-Styrol-Triblock-Terpolymer, ein Isopren-Styrol-Diblock-Copolymer oder ein Styrol-Isopren-Styrol-Triblock-Terpolymer ist.
Bituminöse Bindemittelzusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Zusammensetzung 0,1 bis 4,5 Gew.-% des Elastomers auf der Basis des Gesamtgewichts der bituminösen Bindemittelzusammensetzung umfasst.
Bituminöse Bindemittelzusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin der Monoalkylester des Pflanzenöls oder des tierischen Öls einen C₁-C₄-Alkylester einer ungesättigten Fettsäure umfasst.
Bituminöse Bindemittelzusammensetzung nach Anspruch 6, worin der Monoalkylester des Pflanzenöls oder des tierischen Öls ein Rapsmethylmonoester, ein Sonnenblumenmethylmonoester, ein isomerisierter Sonnenblumenmethylmonoester oder eine Mischung davon ist.
Bituminöse Bindemittelzusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die bituminöse Bindemittelzusammensetzung 0,3 bis 25,0 Gew.-% des Monoalkylesters des Pflanzenöls oder des tierischen Öls auf der Basis des Gesamtgewichts der bituminösen Bindemittelzusammensetzung umfasst.
Bituminöse Bindemittelzusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die bituminöse Bindemittelzusammensetzung ein Härtungsmittel umfasst.
Bituminöse Bindemittelzusammensetzung nach Anspruch 9, worin das Härtungsmittel eine Schwefeldonorverbindung ist.
Bituminöse Bindemittelzusammensetzung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, worin die bituminöse Bindemittelzusammensetzung 0,01 bis 1,0 Gew.-% des Härtungsmittels auf der Basis des Gesamtgewichts der Zusammensetzung umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer bituminösen Bindemittelzusammensetzung, welches die Schritte umfasst: (i) Mischen der Komponenten (b) und (c) bei einer Temperatur von 50° bis 150°C; (ii) Zugabe mindestens eines Teils der in Schritt (i) erhaltenen Mischung zur Komponente (a), die auf eine Temperatur in dem Bereich von 100° bis 210°C vorerhitzt wurde; (iii) Zugabe der Komponente (d) zu der in Schritt (ii) erhaltenen Mischung; und (iv) wahlweise Zugabe eines Härtungsmittels zur in Schritt (iii) erhaltenen Mischung.
Bituminöse Bindemittelzusammensetzung, die durch das Verfahren gemäß Anspruch 12 erhältlich ist.
Verwendung einer bituminösen Bindemittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder 13 in der Oberflächenausrüstung bzw. Oberflächen abdichtung, insbesondere im Straßenbau, bei der Straßenerneuerung, zum Zwecke der Gelenkfüllung und Versiegelung sowie in Emulsionen.
Emulsion, die die bituminöse Bindemittelzusammensetzung gemäß Anspruch 13 umfasst.