DE69504865T2

DE69504865T2 - Bitumenzusammensetzungen

Info

Publication number: DE69504865T2
Application number: DE69504865T
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Shell Recherche S.A. F-76530 Grand-Couronne Desaix; Marie-Francoise Shell Recherche S.A. F-76530 Grand-Couronne Morizur; Denis Shell Recherche S.A. F-76530 Grand-Couronne Rabiot
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1994-11-21
Filing date: 1995-11-20
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2015-11-21
Also published as: DE69504865D1; AU3983995A; ATE171201T1; AU694818B2; US5665153A; HU217093B; EP0793691B1; DK0793691T3; ES2122698T3; WO1996016128A1; HUT77250A; NZ296121A; JPH10509193A; EP0793691A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich Bitumenzusammensetzungen, ihre Herstellung und, ihre Anwendung in Bitumenemulsionen für den Straßenbau, beispielsweise als Oberflächenüberzüge.
Die für diese Anwendungen eingesetzten Bitumina können aus verschiedenen Quellen stammen. Venezolanische Rohöle, die von Natur aus saure Moleküle (Naphthensäuren) enthalten, werden als mit guten Qualitäten für die Herstellung von Bitumenemulsionen ausgestattet betrachtet. Rohöle aus anderen Quellen, beispielsweise Mittelostöle, enthalten nicht diese Säuren. Es ist jedoch bekannt, Naphthensäuren zu nichtnaphthenischen Bitumina zuzusetzen (und in diese einzuarbeiten), um zu versuchen, die Qualität von naphthenischen Bitumina zu erreichen.
Die EP-A-0 416 682 beschreibt Bitumenzusammensetzungen, die Bitumen und wenigstens eine polymerisierte Fettsäure umfassen, die in dem Bitumen enthalten ist, sowie deren Anwendung in Bitumenemulsionen für Anwendungen als Oberflächenbeschichtung, die für Straßen geeignet ist.
Die SU-A- 1 801 974 offenbart ein Bitumen auf der Basis von polymeren Verbundmaterialien als Metallschutzüberzug, mit einem Gehalt an Alkenyl-bernsteinsäureanhydrid. Die Alkenylgruppe wird als Polybutenyl mit einem Molekulargewicht von 800 bis 1.000 spezifiziert.
Es wurde nun gefunden, daß Bitumenzusammensetzungen mit überraschend besseren Eigenschaften durch Einverleiben eines speziellen Bernsteinsäureanhydridderivats in Bitumina erhalten werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Bitumenzusammensetzung mit einem Gehalt an Bitumen und an einem in das Bitumen eingearbeiteten Bernsteinsäureanhydridderivat geschaffen, worin das Derivat ein Monoalken mit einer Kettenlänge von 12 bis 40 Kohlenstoffatomen umfaßt, auf das eine Bernsteinsäureanhydridfunktion aufgepfropft worden ist.
Bevorzugte Monoalkene sind 1-Alkene. Speziell bevorzugt sind die 1-Alkene mit einer Kettenlänge von 14 bis 19 Kohlenstoffatomen.
Derartige Bernsteinsäureanhydridderivate können nach jeder geeigneten bekannten Methode erhalten werden, beispielsweise nach den in US-A-3412111 oder US-A-4691030 beschriebenen Verfahren.
Das Bernsteinsäureanhydridderivat liegt vorzugsweise in einer Menge von wenigstens 0,1% Gewicht/Gewicht des Bitumens, stärker bevorzugt in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 1% Gewicht/Gewicht des Bitumens, noch stärker bevorzugt in einer Menge im Bereich 0,1% bis 0,5% des Bitumens vor. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Bitumenzusammensetzung zweckmäßig zwei oder mehrere verschiedene Arten Bernsteinsäureanhydridderivat umfassen.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Bitumenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung, welches Verfahren ein Einarbeiten des Bernsteinsäureanhydridderivats in das Bitumen umfaßt, zweckmäßig durch direktes Einmischen des Bernsteinsäureanhydridderivats in geschmolzenes Bitumen. Das Bitumen kann ein beliebiges Bitumen sein, doch werden die Vorteile der vorliegenden Erfindung am deutlichsten erreicht, wenn das Bitumen ein nichtnaphthenisches Bitumen ist, wie der Fachmann sofort erkennen wird.
Aus den Bitumenzusammensetzungen gemäß der Erfindung können in bekannter Weise Emulsionen für Straßenbauzwecke, beispielsweise Oberflächenüberzüge, einfach hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung umfaßt somit weiterhin die Anwendung von Bitumenzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Bitumenemulsion für Oberflächenbelege, die für Straßenbauzwecke geeignet sind.
Die vorliegende Erfindung wird aus den nachfolgenden illustrierenden Beispielen weiter verständlich werden, in denen Teile und Prozentsätze auf das Gewicht bezogen sind, soferne nichts Gegenteiliges angegeben ist.

Beispiele

Auf der Basis von zwei Bitumina mit einer Penetration von 200 wurden verschiedene dotierte Bitumina hergestellt, nämlich auf der Basis von technisch hergestellten nichtnaphthenischen Bitumina (Bitumen A und Bitumen B), die jeweils aus verschiedenen Rohölen hergestellt wurden.
Die Bitumina wurden durch Zusetzen von Mitteln zu den geschmolzener Bitumina unter Rühren bis zu Homogenität dotiert.
Aus den vorstehenden Btumina wurden in herkömmlicher Weise Emulsionen mit einem Gehalt an etwa 65% Bitumen hergestellt, indem das Bitumen (bei 140ºC) zusammen mit einer wäßrigen Phase, die Chlorwasserstoffsäure und Emulgator (N- Alkyl(talg)propylendiamin - "DINORAM S", von CECA, Frankreich (DNS)) enthielt, in eine Kolloidmühle eingeführt wurde.
Unterschiedliche Eigenschaften der Bitumina (Adhäsivität) und der Emulsion (beispielsweise Viskosität, Verhalten beim Brechen) wurden bestimmt, und die Ergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen 1 bis 3 angeführt, worin:
R ein maleinisiertes 1-Alken mit einer Kohlenwasserstoffkettenlännge von 14 Kohlenstoffatomen bedeutet;
S ein maleinisiertes 1-Alken mit einer Kohlenwasserstoffkettenlänge von 16 Kohlenstoffatomen darstellt;
T ein maleinisiertes 1-Alken mit einer Kohlenwasserstoffkettenlänge von 18 Kohlenstoffatomen bedeutet;
U ein Gemisch aus maleinisierten 1-Alkenen mit Kohlenwasserstoffkettenlängen von 15 bis 19 Kohlenstoffatomen bezeichnet;
V ein Gemisch von maleinisierten 1-Alkenen mit Kohlenwasserstoffkettenlängen von 15 bis 19 Kohlenstoffatomen bezeichnet;
W ein Gemisch von maleinisierten 1-Alkenen darstellt, wobei 25% eine Kohlenwasserstoffkettenlänge von 14 Kohlenstoffatomen aufweisen, 50% eine Kohlenwasserstoffkettenlänge von 16 Kohlenstoffatomen haben und 25% eine Kohlenwasserstoffkettenlänge von 18 Kohlenstoffatomen aufweisen; und
C eine polymerisierte Fettsäure ("PRIPOL 1017" von Unichema International, UK) ist, die zu Vergleichszwecken verwendet wird. Tabelle 1 Tabelle 2 Tabelle 3
In den obigen Tabellen 1 bis 3 wurde die Viskosität in bekannter Weise unter Anwendung eines dynamischen Viskosimeters Bohling V88 (25ºC; Schergeschwindigkeit - 150 sek&supmin;¹; Zeit - 30 min) bestimmt.
Die Adhäsivität des Bitumens und das Brechen der Emulsionen wurden wie folgt bestimmt:

1. ADHÄSIVITÄT (LCPC-Methode)

Der Zweck dieses Versuches ist die Bewertung der Adhäsivität eines Kohlenwasserstoffbindemittels, das auf Aggregat als Überzug aufgetragen ist, in Gegenwart von Wasser, und in dem Test wird die Verdrängung von Bitumen durch Wasser auf der Oberfläche des Aggregats gemessen. In dem Test wird bitumenüberzogenes Aggregat in heißem Zustand in Wasser einfallen gelassen, und der Prozentsatz der von dem Bindemittel bedeckten Oberfläche nach 16 stündigem Eintauchen bei 60ºC wird bewertet. Der Versuch wird mit vier Arten Bezugsaggregat ausgeführt, wie angegeben.

2. IREC - Bruchindex

Referenzfeinteile (silikatische Feinteile im Falle von kationischen Emulsionen) werden kontinuierlich durch einen Trichter mit einer Geschwindigkeit von 0,3 bis 0,5 g/s in einen 100 g Emulsion enthaltenden Becher eingegossen. Das Gemisch wird konstant umgerührt, und die Zugabe der Feinteile wird abgebrochen, sobald das Aggregat/Emulsion-System das Aussehen eines Blocks annimmt. Die Menge an zu 100 g Bitumenemulsion zugesetzten Feinteilen wird Bruchindex genannt.

3. SMS 210 m - Bruchindex

10 g Aggregat (Corbigny-Porphyr, 2 bis 4 mm) werden mit einem Überschuß an Emulsion (etwa 10 g) eine Stunde lang in einer mit Wasser gesättigten Atmosphäre in Kontakt gebracht, um jegliche Verdämpfung zu vermeiden. Die nichtgebrochene Emulsion wird mit destilliertem Wasser abgetrennt. Nach dem Trocknen wird die Menge von abgeschiedenem Bitumen durch Wiegen bestimmt, und das Ergebnis wird im Bezug auf 10 g Emulsion ausgedrückt.

4. GBI (Globaler Bruchindex)

Die Ergebnisse der IREC- und SMS 210- Versuche werden vereinigt, um den globalen Bruchindex auszubilden. Dieser wird durch die folgende Beziehung definiert:
GBI = 72,5 - 0,45 IREC + 30,2 log (SMS 210)
Aus den Tabellen ist ersichtlich, daß die Bernsteinsäurederivate das Brechungsverhalten der Emulsionen signifikant verbesserten. Im speziellen ist zu entnehmen, daß die Bitumenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung verbesserte Brechungseigenschaften zeigen, verglichen mit den Vergleichszusammensetzungen, die kein Dotierungsmittel enthielten (in den Tabellen 1 bis 3 durch "0%" angegeben) und mit jenen, die "PRIPOL 1017" enthielten (in den Tabellen 1 bis 3 durch "C" bezeichnet).

Claims

1. Bitumenzusammensetzung mit einem Gehalt an Bitumen und an einem in das Bitumen eingearbeiteten Bernsteinsäureanhydridderivat, worin das Derivat ein Monoalken mit einer Kettenlänge von 12 bis 40 Kohlenstoffatomen umfaßt, auf das eine Bernsteinsäureanhydridfunktion aufgepfropft worden ist.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Monoalken ein 1-Alken ist.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin das 1-Alken eine Kettenlänge von 14 bis 19 Kohlenstoffatomen aufweist.

4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Bernsteinsäureanhydridderivat in einer Menge von wenigstens 0,1% Gewicht/Gewicht des Bitumens vorliegt.

5. Verfahren zur Herstellung einer Bitumenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches ein Einarbeiten des Bernsteinsäureanhydridderivats in das Bitumen umfaßt.

6. Verwendung einer Bitumenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer Bitumenemulsion für Straßenbauzwecke.