-
Verfahren zur Herstellung von hochviscosen, wäßrigen Dispersionen
bituminöser Stoffe Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wäßrigen
Dispersionen aus bituminösen Stoffen, wie Bitumen oder Pechen, deren Viscosität
höher ist als die Viscos:ität der unter denselben Verhältnissen mit den unbehandelten
bituminösen Stoffen erzielbaren Dispersionen.
-
Für manche Zwecke, z. B. für den Straßenbau, sind häufig hochviscose,
wäßlige Dispersionen bituminöser Stoffe erwünscht. Zur Herstellung derartiger hochviscoser
Dispersionen verfährt man gewöhnlich so, daß der Gehalt an disperser Phase erhöht
oder Verdickungsmittel zugesetzt werden. Beide Methoden sind vielfach unzweckmäßig;
es wäre wesentlich vorteilhafter, Wenn man hochviscose Dispersionen von bituminösen
Stoffen herstellen könnte, ohne den Gehalt an disperser Phase zu erhöhen oder Verdickungsmittel
zuzusetzen. Es gelingt nämlich, aus ganz bestimmten bituminösen Ausgangsmaterialien
ohne Erhöhung des Gehaltes an disperser Phase und ohne Zusatz von Verdickungsmitteln
Dispersionen herzustellen, die hochviscos sind, d. h. eine wesentlich höhere Vi.scosität
besitzen als die mit gleichen Mengen eines anderen bituminösen Materials hergestellten
Dispersionen. - Eine Erklärung hierfür hat man bisher nicht gehabt.
-
Es wurde nun gefunden, daß die Herstellung von hochviscosen Dispersionen
aus bestimmten bituminösen Stoffen auf die Anwesenheit von Bestandteilen im bituminösen
Ausgangsmaterial zurückzuführen ist, die Wasser aus der kontinuierlichen Phase absortieren
können. Es wurde weiter gefunden, daß das nach der Absorption des Wassers aus der
kontinuierlichen Phase entstandene Gleichgewicht in der Dispersion durch die osmotischen
Drucke bestimmt wird, die sowohl im Wasser, das sich im dispergierten Material befindet,
als auch ih der kontinuierlichen Phase der Dispersion herrschen. Im Gleichgewichtszustande
sind diese beiden osmotischen Drucke gleich.
-
Bekanntlich ist die Viscosität einer wäßri,gen Dispersion bei bestimmten
Verhältnissen von der Konzentration der dispersen Phase im System abhängig. Wenn
man deshalb die disperse Phase dahin bringen kann, Wasser aufzunehmen, das sonst
normalerweise in der kontinuierlichen Phase sein würde, erhöht sich dadurch die
Konzentration der dispersen Phase im System, was auch eine Erhöhung der Viscosität
zur Folge hat.
-
Gemäß der Erfindung werden, ausgehend von der oben geschilderten neuen
Erkenntnis, den zu dispergierenden bituminösen Stoffen zwecks Erhöhung der Viscosität
der' aus ihnen herzistellenden Dispersionen durch Be' handlang vor der Dispergierung
wasserlösliche Stoffe einverleibt oder in ihnen gebildet, die in den Teilchen des
dispergierten Stoffes einen osmotischen Druck erzeugen, der größer ist als der osmotische
Druck der kontinuierlichen Phase der mit ihnen @erzeugten Dispersionen unmittelbar
nach ihrer Herstellung, wodurch eine Absorption von Wasser aus der kontinuierlichen
Phase seitens der dispersen Phase der mit den erfindungsgemäß
behandelten
Stoffen erzeugten Dispersion hervorgerufen wird. -Gemäß der Erfindung werden diese
wasserlöslichen Stoffe in verhältnismäßig kleinem Menge und in so weitgehend fein
vert°iltei Zustande in den bituminösen Stoffen, z: IU mit Hilfe von Kolloidmühlen,
dispergiert oder gebildet, daß nach der Dispergierung der behandelten bituminösen
Stoffe diese Stoffteilchen bzw. ihre Lösungen in den Teilchen der bituminösen Stoffe
wesentlich kleiner als die Teilchen der bituminösen Stoffe selbst sind. Als Zusätze,
die erfindungsgemäß zur Behandlung der zu dispergierenden Stoffe verwendet werden,
kommen wasserlösliche Stoffe, wie Elektrolyte und Kohlehydrate, ,z. B. Salze, beispielsweise
Alkalichloride; -sulfate, -nitrate, -acetate u. dg1., Säuren, Hydroxy de und Röhrzucker,
in- Betracht. Weitere Beispiele von erfindungsgemäß verwendbaren Substanzen sind
solche, die im zu dispergierenden Material löslich oder leicht dispergierbar sind
und in Berührung mit Wasser einen wasserlöslichen Stoff bilden. Eine solche Verbindung
ist beispielsweise das Trichloräthylen, das in Berührung mit Wasser Salzsäure abspaltet.
Durch Einverleibung von z. B. i ofo Trichloräthylen in das zu disper,gierende bituminöse
Ausgangsmaterial wird die Viscosität der mit ihm erzeugten Dispersionen bedeutend
erhöht.
-
Diese Substanzen können dem zu behandelnden Material in festem Zustande
oder als Lösung einverleibt werden. In letzterem Falle wird die Lösung einem Rohmaterial
zugesetzt, das man sodann vermittels Trocknung oder Destillation unter Entfernung
des Lösungsmittels in ein zu dispergierendes Material mit den verlangten Eigenschaften
um-%vandeln kann. Man kann auch die Dispergierung des behandelten Materials unmittelbar
ohne Trocknung oder' Destillation vornehmen.
-
Nach dem Verfahren der Erfindung können verhältnismäßig hochviscose,
wäßrige Dispersionen durch Dispergierung der, wie oben beschrieben, behandelten
Materialien nach irgendeinem, der bekannten Dispergierverfahren mit oder ohne Anwendung
von bekannten Dispergatoren und bzw. oder Stabilisatoren erhalten werden.
-
Es wurde gefunden, daß die dem zu dispergierenden 'Material einzuverleibenden
wasserlöslichen Stoffe, um mirksam zu sein, zu Teilchen solcher Größe dispergiert
werden müssen, daß sie im Verhältnis zur Teilchengröße des in der fertigen Dispersion
dispergiei#ten Materials klein sind. Wenn die Teilchen der wasserlöslichen Substanz
sich .der Teilchengröße des dispergierten Materials nähern, wird nach der Wasserabsorption
der Durchmesser der Wassertröpfchen gewöhnlich zu groß sein, um mit dem Material
verbunden zu bleiben, .so daß die dispergierten Teilchen mit darauffolgendem Eintritt
der wasserslichen Substanz in die kontinuierliche 'hase sich entmischen.
-
" Man kann z. B., wenn es sich um die @Be: handlung eines Oldestillationabitumens
zwecks Herstellung von hochviscosen Dispersionen aus diesem Bitumen handelt, eine
geeignete Menge von Natriumchlorid oder einen anderen Elektrolyten in das Rohöl,
getoppte Rohöl oder Heizöl, aus dem das Bitumen als Destillationsrückstand gewonnen
wird, einarbeiten.
-
Falls erwünscht, kann man die wasserlöslichen Stoffe einem Teil des
Materials zusetzen und diesen Teil mit dem unbehandelten Teil vermischen. Z. B.
kann man .bei der Herstellung eines zur Dispergierung bestimmten Bitumens mit einer
Penetration von 3oo durch Mischen von Fluxöl mit härterem Bitumen das Fluxöl oder
einen Teil desselben erfindungsgemäß vorbehandeln und dann mit dem harten Bitumen
oder'mit dem bereits finit dem anderen Teil des Fluxöls behandelten harten Bitumen
vermischen, um so ein für die Herstellung von erfindungsgemäßen Dispersionen geeignetes
Ausgangsmaterial zu erhalten.
-
Zur Erzielung einer genügenden Feinverteilung der wasserlöslichen'
Stoffe im behandelten Material kann man diesem letzteren vor seiner Dispergierung
in Wasser eine geringe Menge eines Dispergierungsmittels zur Erzeugung einer Wasser-in-Öl-Dispersion
zusetzen, wodurch es möglich wird, dem Material eine#geringe Menge von wasserlöslichen
Stoffen in Form einer Wasser-in-Öl-Dispersion einzuverleiben. Beispiele solcher
Mittel sind wasserunlösliche Seifen, wie Aluminium-, Magnesium- oder Calciumoleate,
-resinate, -sulfonate und ähnliche Stoffe, die im behandelten Material löslich oder
dispergierbar sind.
-
Bei der praktischen Ausführung dieser Ausführungsform der Erfindung
können die wasserlöslichen Stoffe und das 'Wasser-in-Öl-Dispergierungsmittel dem
zu dispergierenden Material gesondert zugesetzt werden; man kann aber auch zuerst
eine.Dispersion der wasserlöslichen Stoffe im betreffenden Dispergierungsmittel
bereiten und diese Dispersion dem behandelten Material zusetzen, das gegebenenfalls
noch vor der Dispergierung einer Trocknung oder Destillation unterworfen werden
kann.
-
Wie oben erwähnt, können die wasserlöslichen Stoffe ihre viscositätserhöliende
Wirkung auf die Dispersion nur so lange ausüben, als sie in den dispergierten Teilchen
des Materials verbleiben, weil sie beim Übergang in die kontinuierliche Phase die
entgegengesetzte
Wirkung haben. Mit Rücksicht hierauf ist es bei
der praktischen Durchführung der Erfindung sehr wichtig, daß die Dispersion der
wasserlöslichen Stoffe in den Teilchen des dispergierten Materials eine wesentliche
Zeit lang unberührt bleibt.
-
Das vorliegende Verfahren ermöglicht eine für die Technik sehr wertvolle
Regelung der in den fertigen Dispersionen zu erzielenden Viscosität. So ist es z.
B. bei der Herstellung von bituminösen Dispersionen nach bekannten Verfahren, beispielsweise
für den Straßenbau, in manchen Fällen möglich, die Viscosität der fertigen Dispersion
auf das Zwei- bis Dreifache oder sogar das Fünf- bis Sechsfache der Viscosität zu
erhöhen, die durch das normale Verfahren ohne Anwendung der Erfindung erzielt wird.
-
Die aus den nach der Erfindung behandelten bituminösen oder anderen
Materialien hergestellten Dispersionen zeigen ähnlich wie Dispersionen ähnlicher
Viscosität, die nicht unter Anwendung der Erfindung hergestellt sind, eine gewisse
Viscosität.serhöhung in der Zeit, die unmittelbar auf ihre Herstellung folgt. Die
Viscosität steigt dann bis auf ein Maximum und fällt darauf wieder auf einen etwas
niedrigeren Wert, der mehr oder weniger konstant bleibt.
-
Bei geeigneter Ausführung des Verfahrens ist die erzeugte Viscosität
verhältnismäßig beständig, d. h.- die Dispersion erleidet während-der normalen Lagerungsdauer
keinen anormalen Viscositätsrückgang. Es wurde gefunden, daß der Rückgang, wenn
überhaupt, geringer sein kann als derjenige, der gewöhnlich bei @ hochviscosen Dispersionen
auftritt: Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wurde gefunden, daß die
Stoffe, die zur Bildung einer Wasser-in-Öl-Dispersion der wasserlöslichen Stoffe
im behandelten Material angewendet werden, auch die Erzeugung einer sehr beständigen
Viscosität fördern. In besonderen Fällen kann es zweckmäßig sein, einen Stoff zuzusetzen,
der speziell als Viscositätsstabili.sator dient, was vorzugsweise zusammen mit der
Einverleibung der wasserlöslichen Stoffe in das zu dispergierende Material. erfolgt.
Beispiele solcher Stabilisatoren sind Alkalisulfonate, Dammarharz u. a. ähnlich
wirkende Stoffe.
-
i. Einem asphaltischen Rohöl oder einem von den niedrigsiedenden Fraktionen
durch Destillation befreiten Rohöl oder einem Heizöl werden 1,75'/, seines Gewichtes
einer 0,57%igen wäßrigen Natriumchlori.dlösung durch mehrmaligen Durchgang durch
einen schnellaufenden Desintegrator oder eine Kolloidmühle einverleibt. Das derart
behandelte Dl wird einer normalen Destillation unterworfen, um einen Rückstand zu
erhalten, der eine Penetration von Zoo, gemessen nach der Standardmethode, hat.
Dieses Bitumen wird dann mit Hilfe einer i,5 o/oigen Kalinmoleatlös,ung-in einer
sogenannten Hurrellmühle dispergiert. Bei einem 58o/oigen Bitumengehalt der Dispersion
ist ihre Viscosität 0,37 PoiSen, entsprechend 5,17 Englergraden.
-
Für Vergleichszwecke wird unter denselben Bedingungen eine Dispersion
eines aus demselben Rohmaterial erhaltenen unbehandelten Asphaltrückstandes von
gleicher Penetration hergestellt; diese Dispersion zeigt eine Viscosität von
0,25 Poisen, entsprechend 3,6o Englerg rüden.
-
2. Einem Erdöldestillationsbitumen venezuelanischen Ursprunges, das
bis zu einer Penetration von 300 abdestill,iert worden ist, werden nach Verflüssigung
durch Erhitzung auf 9o bis 12o° 34% seines Gewichtes einer 0,570/0 1\Tatriumchlori-d
enthaltenden Lösung wie im Beispiel i einverleibt, worauf dieses Bitumen wie im
Beispiel i dispergiert wird. Die fertige Dispersion hat bei einem Bitumengehalt
von ungefähr 500% eine Viscosität von o,44 Poisen, entsprechend 6,o4 Englergraden.
-
Eine ähnliche Dispersion, hergestellt mit dem gleichen, aber unbehandelten
Bitumen, zeigt eine Viscosität von 0,i2 Poisen, entsprechend 2,04 Englergraden.
-
3. Unter denselben allgemeinen Bedingungen wie oben werden 0,2% einer
200%igen wäßri:gen Lösung von Natriumnitrat dem zu dispergierenden Material einverleibt,
worauf dieses letztere in einer gleichen Menge einer 10% Kaliumoleat und 0,05 %
Kaliumhydroxyd endhaltenden Lösung dispergiert wird.
-
4. Unter denselben allgemeinen Bedingungen wie oben werden o,10/0
einer konzentrierten Salzsäurelösung dem zu dispergierenden Material einverleibt,
worauf dieses letztere in einer ungefähr gleichen Menge einer 1% Kaliumoleat und
o, i o/o Kaliumhy droxyd enthaltenden Lösung dispergiert wird.
-
5. Ein Mineralöldestillationsbitumen venezuelanischen Ursprungs wird
wie oben mit einem vorbereiteten homogenen Gemisch von o,20% Aluminiumoleat oder
-stearat, 0,o5 % Kaliumchlorid, o, i bis o,5 °/oLeuchtpetroleuin oder anderem Mineralöl
und o,40% Wasser, berechnet auf das Gewicht des Bitumens, behandelt. Das behandelte
Material wird dann in einer gleichen Menge i o/o Kaliumoleat und 0,o5 0% Kaliumhydroxyd
enthaltenden wäßri:gen Lösung dispergiert.
-
6. Dasselbe Material wie im Beispiel s wird mit o,60% Gewichtsprozent
eines homogenen Gemisches von 50°/o Magnesiumsulfon.at, aus den bei der Sulfonierung
von Schmieröl o. dgl. Ölfraktionen entstandenen öllöslichen Sulfonsäuren herrührend,
25 % Spindelöl,
i ö % 1,Tatriumchlorid und 150/0 Wasser behandelt
und darauf wie im Beispiels disperglert.
-
7: Gleiche Mengen einer 2o°/oigen wäßrigen, Natriumacetatlösung und
einer q.°/oigen Dam-; marharzlösung in Mineralöl werden-miteiii,. änder emulgiert;
und i % dieses Gemisches! wird einem auf cgo bis 120' erhitzten Mine= rälöldestillationsbitumen
wie oben einverleibt, das darauf wie im Beispiel 5 dispergiert wird.
-
Aus den obigen Beispielen geht hervor, daß der neue technische Erfolg
durch-Einverleibung von verhältnismäßig sehr geringen Mengen von wasserlöslichen
Stoffen in das zu dspergierende Material erzielt wird. Auch werden durch diese Behandlung
die physikalischen Eigenschaften der behandelten bituminösen Stoffe nicht wesentlich
verändert; die wasserlöslichen Stoffe üben keine wesentliche chemische Wirkung auf
die bituminösen Stoffe aus.
-
Es ist bereits vorgeschlagen worden, bituminösen Stoffen für verschiedene
Zwecke Stoffe einzuverleiben. Sö ist es bei der Herstellung von wäßrigen Dispersionen
bekannt; die zu dispergierenden bituminösien Stoffe mit Substanzen verschiedener
Art zu behandeln, wie wasserunlöslichen Farb- und Füllstoffen, organischen Lösungsmitteln
oder Stoffen, die eine chemische Wirkung auf das Bitumen ausüben, wobei die Konsistenz
u. a. physikalische Eigenschaften des Bitumens oder sein Dispergiervermögen geändert
werden, oder auch mit Substanzen, die- bei ihrem Übergang in die kontinuierliche
Phase der Dispersion als Dispergatoren oder Stabilisatoren wirken. Es war dabei
aber nicht be@ kannt, daß eine erhebliche Erhöhung der Viscosität der fertigen Dispersionen
durch Einverleibung von verhältnismäßig geringen Mengen der beschriebenen wasserlöslichen
Stoffe in die bituminösen Stoffe erzielt werden kann, wobei diese wasserlöslichen
Stoffe in den Teilchen des dispergierten Materials einen besonderen osmotischen
Drück hervorrufen.
-
Zu bemerken ist; daß der beabsichtigte technische Erfolg der V iscositätserhöhung
nicht erzielbar ist, wenn man ähnliche Mengen der wasiserlöslichen Stoffe in die
kontinuierliche Phase der Dispersionen anstatt in die Teilchen des dispergierten
Materials hineinbringt. Vielmehr können diese wasserlöslichen Stoffe dann eine Herabsetzung
der Viscosität der Dispersion herbeiführen, da durch die Zugabe zur kontinuierlichen
Phase das Gleichgewicht der osmotischen Drucke zerstört wird, mit dem Erfolg, daß
etwa in den dispergierten Teilchen anwesendes Wasser aus ihnen in die kontinuierliche
Phase übergehen kann. Andererseits gibt es wasserlösliche Stoffe; deren Zugabe zur
fertigen Dis Version koagulierend wirkt, wobei unter Ums" #"n#den eine Viscositätserhöhung
erzielt wer-111 diese Verfahren haben mit dem fetten: Verfahren nichts gemeinsam.
-
@; . Ferner ist es für die Herstellung von pastenförmigen, hydrophoben
Wasser-in-Bitumen-Dispersionen, in denen das Bitumen die kontinuierliche Phase bildet,
bereits vorgeschlagen worden, dem Bitumen verschiedene Stoffe, insbesondere emulsionsbegünstigende
Stoffe, zuzusetzen. Diese letzteren Dispersionen, die mit Wasser nicht ohne Zuhilfenahme
mechanischer Mittel und nicht in jedem Verhältnis mischbar sind, sind grundsätzlich
anderer Art als die gewöhnlichen wäßrigen Bitumendispersionen, um deren Herstellung
es sich iin Fälle der Erfindung handelt. Infolge dieses grundsätzlichen Unterschiedes
sind auch die Wirkungen der Zusätze grundsätzlich andere.