DE602165C

DE602165C - Process for stabilizing aqueous bitumen emulsions

Info

Publication number: DE602165C
Application number: DEG86889D
Authority: DE
Original assignee: JR Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1933-11-21
Filing date: 1933-11-21
Publication date: 1934-09-03

Description

Verfahren zum Stabilisieren von wässerigen Bitumenemulsionen Die Herstellung von wässerigen Bitumenemulsionen zum Zwecke der kalten Verarbeitung der Bitumina für die Herstellung von Straßenbelägen usw. geschieht bekanntermaßen in der Weise, daß man den bituminösen Stoff durch Zusatz von Lösungsmitteln oder Wärme verflüssigt und dann mit Hilfe von Dispergierungsmitteln chemischer und mechanischer Natur in Wasser zu ,einer meistenfalls etwa 5o%igen Emulsion zerteilt. Als wasserlösliche Emulgierungsmittel verwendet man hauptsächlich die verschiedensten nach Art von Seifen wirkenden fettsauren Alkalisalze, Caseinlösungen, Zellstoffablaugen, leimartig wirkende Stoffe, Alkalien, wie Natronlauge, Ammoniak, Salze, -wie Chloride des Calciums und Magnesiums usw. Man kann aber auch kolloide, anorganische Naturstoffe, wie Lehm- und Tonarten, dazu benutzen. Zur mechanischen Zerkleinerung sind die verschiedensten Vorrichtungen vom einfachen Rührer bis zur Kolloidmühle vorgeschlagen worden.Process for stabilizing aqueous bitumen emulsions The production of aqueous bitumen emulsions for the purpose of cold processing of the bitumens for the production of road surfaces etc. is known to be done in the manner that the bituminous substance is liquefied by adding solvents or heat and then with the help of dispersants of chemical and mechanical nature in Water to, in most cases about 5o% emulsion divided. As water soluble Emulsifiers are mainly used in a wide variety of ways Soaps with fatty acid alkali salts, casein solutions, cellulose waste liquors, glue-like Active substances, alkalis such as caustic soda, ammonia, salts, such as calcium chlorides and magnesium, etc. One can also use colloidal, inorganic natural substances, such as loam and keys, use it. There are many different types of mechanical comminution Devices ranging from simple stirrers to colloid mills have been proposed.

Um praktisch verwendbar zu sein, muß eine Bitumenemulsion eine gewisse Beständigkeit. besitzen, die .einesteils die Haltbarkeit bis zur Verbrauchsstelldgewährleistet, andernteils aber, nicht so groß sein darf, daß die Emulsion nach ihrer Verwendung nicht bricht. Ferner unterliegt die Beständigkeit einer wässerigen Bitumenemulsion je nach den Verwendungszwecken den verschiedensten Ansprüchen. Für besondere Zwecke, z. B. zur Erzielung einer Beschleunigung der Verfestigung, ist es oft wünschbar, dem Kaltasphalt abbindende Stoffe, wie Gips, Zement usw., zuzusetzen. Die bisher bekanntgewordenen gewöhnlichem. Bitumenemulsionen zeigen nun den großen Nachteil, auf Zusatz von solchen Stoffen, auch im Verein mit Splitt, sofort zu zerfallen, indem sich das Bitumen klumpig ausscheidet. Durch diesen Übelstand ist die Verwendung von Bitumenemulsionen im Hoch- und Tiefbau, wo wasserfeste Baustoffe, die auf dem einfachen Wege des Mischverfahrens herstellbar sind, ganz besonders gesucht werden, sehr beschränkt. Man hat zwar versucht, die Beständigkeit von Bitumenemulsionen durch Zusätze, wie Alkohole, Kieselsäure und Salz oder Nucleinsäure usw., zu erhöhen, ohne daß damit befriedigende Ergebnisse erzielt wurden. Dagegen soll es nach der schweizerischen Patentschrift 138 803 gelingen, 1 mit Huminsäure oder huminsäurehaltigen Stoffen Emulsionen herzustellen, die zwar sehr viel gröber sind als die bekannten kolloiddispersen Kaltasphalte, dagegen den Vorteil zeigen, mit Gesteinsmaterial und abbindenden Stoffen vermischbar zu sein, ohne zu koagulieren.In order to be of practical use, a bitumen emulsion must have a certain resistance. have, which on the one hand guarantees the shelf life up to the point of consumption, but on the other hand must not be so large that the emulsion does not break after use. Furthermore, the resistance of an aqueous bitumen emulsion is subject to a wide variety of requirements depending on the intended use. For special purposes, e.g. B. to achieve an acceleration of the consolidation, it is often desirable to add setting substances such as plaster of paris, cement, etc. to the cold asphalt. The usual ones that have become known so far. Bitumen emulsions now have the great disadvantage that when such substances are added, even in combination with grit, they disintegrate immediately, as the bitumen separates out in lumps. Due to this drawback, the use of bitumen emulsions in building construction and civil engineering, where waterproof building materials, which can be produced using the simple mixing process, are particularly sought, is very limited. Attempts have been made to increase the resistance of bitumen emulsions by using additives such as alcohols, silicic acid and salt or nucleic acid, etc., without achieving satisfactory results. On the other hand, according to Swiss patent specification 138 803 , it should be possible to produce emulsions with humic acid or substances containing humic acid, which are much coarser than the known colloid-dispersed cold asphalts, but have the advantage of being mixable with rock material and setting substances without coagulating.

Es wurde nun gefunden, daß es gelingt, durch Zusatz geeigneter Stoffe die Beständigkeit einer wässerigen Bitumenemulsion willkürlich zu beeinflussen. So kann man durch Zusatz von alkalischen Formaldehydkondensationsprodukten von Phenolen, deren Substitutionsprodukten und Derivaten die Stabilität in einem Maße erhöhen, wie es bis heute nicht bekanntgeworden ist.- Nicht nur kann. man alkalische Baumaterialien, wie gebrannten Kalk und hydraulische Silikate, oder neutrale, wie Gips, ohne Schwierigkeit untermischen, es gelingt sogar, sauer reagierende Mischungen, wie Sorelzement, der Bitumenemulsion einzuverleiben, ohne daß sie koaguliert. Die Beständigkeit der stabilisierten Bitumenemulsion gegen Säure ist so groß, daß mit unverdünnten Säuren, wie z. B. mit Salzsäure oder konzentrierter Schwefelsäure, direkt unter Rühren angesäuert werden kann, ohne daß das kolloide System durch Ausscheidung der dispersen Phase zerstört wird. Bis jetzt sind keine Kaltasphalte bekanntgeworden, die eine Verarbeitung sogar in Gebieten unter PH 7 erlauben. Diese Unempfindlichkeit der Bitumenemul_sion gegen Zusatz von anderen Materialien und Veränderung der Wasserstoffionenkorizentration selbst nach der sauren Seite hin ist ein großer Fortschritt und stellt eine wesentliche Bereicherung der Technik dar, da sich dadurch ganz neue Verwendungsgebiete erschließen.It has now been found that it is possible by adding suitable substances to arbitrarily influence the resistance of an aqueous bitumen emulsion. By adding alkaline formaldehyde condensation products of phenols, whose substitution products and derivatives increase the stability to the extent that as it has not become known until today - not only can. man alkaline building materials, such as quick lime and hydraulic silicates, or neutral ones, like plaster of paris, mix in without difficulty, it even succeeds in making acidic mixtures, like Sorel cement, to be incorporated into the bitumen emulsion without it coagulating. the Resistance of the stabilized bitumen emulsion to acid is so great that with undiluted acids, such as B. with hydrochloric acid or concentrated sulfuric acid, can be acidified directly with stirring, without the colloidal system by excretion the disperse phase is destroyed. So far, no cold asphalts have become known, which allow processing even in areas below PH 7. This insensitivity the bitumen emulsion against the addition of other materials and changes in the hydrogen ion concentration even on the sour side is a great advance and represents an essential one Enrichment of technology, as it opens up completely new areas of application.

Die Kondensationsprodukte von Phenolen, deren Substitutionsprodukten lind Derivaten mit Formaldehyd müssen folgenden Anforderungen genügen: sie müssen in Wasser bei neutraler bis schwach alkalischer Reaktion löslich: sein, sie dürfen gegebenenfalls bei schwach saurer Reaktion ihr Emulgierungsvermögen nicht verlieren und sollen ferner beim Verdünnen mit Wasser nicht ausfallen.The condensation products of phenols, their substitution products lind derivatives with formaldehyde must meet the following requirements: they must soluble in water with a neutral to slightly alkaline reaction: be, they may if necessary, do not lose their emulsifying power in the event of a weakly acidic reaction and should also not precipitate when diluted with water.

Nachfolgend wird eine kurze Beschreibung eines Herstellungsverfahrens für einen Stabilisator angegeben, ohne damit die Grenzen der Erfindung irgendwie beschränken zu wollen. Vorschrift für die Herstellung eines Stabilisators i oo Teile Dioxydiphenylsulfon, hergestellt nach bekannten Methoden aus einem Rohphenolgemisch, das so ausgewählt wurde, daß im fertigen Sulfon etwa 2 Teile gebundene Kresole auf 3 Teile gebundenes Phenol @entfallen, werden mit 2 5 Teilen Natronlauge 370/0 und 5o Teilen Formaldehyd 3o 3 Stunden auf ioo bis 1o3° erhitzt, nach Beendigung der Kondensation abkühlen gelassen und mit 15o Teilen Wasser verdünnt.A brief description of a manufacturing process for a stabilizer is given below, without thereby wishing to restrict the limits of the invention in any way. Instructions for the preparation of a stabilizer 100 parts of dioxydiphenyl sulfone, prepared by known methods from a crude phenol mixture selected so that about 2 parts of bound cresols per 3 parts of bound phenol are added to 25 parts of sodium hydroxide 370/0 in the finished sulfone and 50 parts of formaldehyde heated to 100 to 1o3 ° for 3o for 3 hours, allowed to cool after the end of the condensation and diluted with 150 parts of water.

Die Kondensationsdauer ist abhängig von der Höhe des Kresolgehalts, ebenso von der Menge und Stärke des zugesetzten Alkalis. Beispiel 1 Eine auf übliche Weise auf Grundlage von Tallöl und Natronlauge als Emulgator hergestellte Bitumenemulsion mit gegen 5o% Asphaltgehalt wird mit 5 % einer Stabilisatorlösung vermischt, wie sie nach obiger Vorschrift erhalten wird. Diese Emulsion kann mit Gips oder hydraulischen Silikaten vermischt werden und zeigt eine sehr gute Abbindefähigkeit. Beispiele Eine auf übliche Weise, z. B. auf Grundlage von Rindertalg und Allkali, hergestellte Bitumenemulsion wird am Schluß mit 3 bis 5 % der wie oben angegebenen zusammengesetzten Stabilisatorlösung versetzt. Je nach dem durch den Verwendungszweck bedingten Beständigkeitsgrad bemißt man die zugesetzte Stabilisatormenge. Beispiel 3 Zoo Teile Bitumen werden in ioo Teilen Wasser mit 0"25 Teilen Natriumhydroxyd i oo % in bekannter Weise emulgiert, mit 2o Teilen Stabilisatorlösung nach obiger Vorschrift versetzt und mit der nötigen Menge Wasser auf q.oo Teile aufgefüllt. Die Beständigkeit der Emulsion ist sehr gut. Beispiel q. Zoo Teile Bitumen werden-mit 2o Teilen der oben angegebenen Stabilisatorlösung in der Wärme gleichmäßig verrührt und in üblicher Weise in Zoo Teilen Wasser, die o,2 Teile Natronlauge zoo%ig enthalten, emulgiert. Die Beständigkeit der Bitumen. emulsion ist gleich gut wie diejenige der Emulsionen nach Beispiel i bis 3.The duration of the condensation depends on the level of the cresol content, also on the amount and strength of the added alkali. Example 1 One on usual Bitumen emulsion made on the basis of tall oil and caustic soda as an emulsifier with about 5o% asphalt content is mixed with 5% of a stabilizer solution, such as it is obtained according to the above regulation. This emulsion can be made with plaster of paris or hydraulic Silicates are mixed and shows a very good setting ability. Examples One in the usual way, e.g. B. on the basis of beef tallow and alkali produced Bitumen emulsion is finally made up with 3 to 5% of the composition given above Stabilizer solution added. Depending on the degree of resistance due to the intended use one measures the amount of stabilizer added. Example 3 zoo parts are bitumen emulsified in 100 parts of water with 0 "25 parts of sodium hydroxide 100% in a known manner, mixed with 2o parts of stabilizer solution according to the above instructions and with the necessary Amount of water made up to q, ooo parts. The resistance of the emulsion is very high Well. Example q. Zoo parts of bitumen are mixed with 2o parts of the stabilizer solution given above Stirred evenly in the heat and in the usual way in zoo parts of the water o, 2 parts of sodium hydroxide solution contain zoo%, emulsified. The resistance of bitumen. emulsion is just as good as that of the emulsions according to Examples 1 to 3.

Ein Teil des in der stabilisierten Bitumenemulsion -enthaltenen Wassers kann durch andere kolloidale Systeme ersetzt werden, z. B. durch Latex, ohne daß die Beständigkeit dadurch ungünstig beeinflußt würde; die gleiche hervorragend gute Beständigkeit zeigt sich auch darin, daß die nach obigem Verfahren stabilisierten Emulsionen mit andern wässerigen Bitumenemulsionen, die nach beliebigen ,andern Verfahren hergestellt sein können, ohne jegliche Schwierigkeiten vermischbar sind.Part of the water contained in the stabilized bitumen emulsion can be replaced by other colloidal systems, e.g. B. by latex without the durability would be adversely affected thereby; the same excellent good Resistance is also shown by the fact that the stabilized by the above process Emulsions with other aqueous bitumen emulsions, which after any other Processes can be produced without any difficulty being mixed.

Die mit diesen stabilisierten Bitumenemulsionen versetzten Baumaterialien können überall da verwendet werden, wo eine vergrößerte Wasserbeständigkeit verlangt wird, wie beispielsweise bei Beton- und Straßenbauten; ebenso können diese Emulsionen, evtl. nach Zusatz von Stoffen, die die verklebende Wirkung noch erhöhen, wie z. B. Latex usw., als Bindemittel zur Herstellung von neuartigen Baustoffen verwendet werden. So erhält man z. B. mit Sägespänen, Korkmehl, pflanzlichen Gerb'stoffextraktrückständen usw. durch Vermischen und Pressen Baustoffe, die :sich neben guten Allgemeineigen- ; schaften durch hervorragende Schallisolationskraft auszeichnen.The building materials mixed with these stabilized bitumen emulsions can be used wherever increased water resistance is required is used, for example in concrete and road constructions; these emulsions, possibly after the addition of substances that increase the adhesive effect, such as B. latex, etc., used as a binder for the production of new building materials will. So you get z. B. with sawdust, cork flour, vegetable tannin extract residues etc. by mixing and pressing building materials that: in addition to good general properties ; characterized by excellent sound insulation properties.

Claims

PATENT CLAIMS: t. Process for stabilizing aqueous bitumen emulsions, characterized in that aqueous, neutral to alkaline solutions of formaldehyde condensation products of phenols, their substitution products and derivatives are added to the emulsions. z. Process for stabilizing aqueous bitumen emulsions according to claim r, characterized in that the aqueous, neutral to alkaline solution of formaldehyde condensation products of phenols, their substitution products and derivatives are mixed with the bitumen and emulsified in water with the addition of alkali and optionally a further emulsifying agent.