DE806955C - Verfahren zur Herstellung waesseriger Dispersionen von Bitumina, die nicht leicht emulgierbar sind - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß die Emulgierbarkeit eines Bitumens in einem alkalischen wässerigen Medium stark von der Natur des Bitumens abhängig ist. Bitumina mit einem wesentlichen Gehalt von Naphthensäuren und ähnlichen verseifbaren Bestandteilen lassen sich viel leichter emulgieren als Bitumina, welche keine oder nur sehr geringe Mengen von Säuren enthalten. Es ist ferner schon beschrieben worden, daß auch das Äquivalentgewicht der in dem Bitumen enthaltenen Säuren eine wichtige Rolle spielt und daß die besten Ergebnisse mit Asphalt erhalten werden, der Säuren mit einem durchschnittlichen Äquivalentgewicht von 500 bis 900 enthält.

Um die Emulgierbarkeit von Bitumina, insbesondere von Bitumina mit niedrigem Säuregehalt, zu begünstigen, ist vorgeschlagen worden, dem Bitumen verschiedene Säuren zuzusetzen. Zu diesem Zweck hat man Naphthensäuren, Fettsäuren, sulfonierte Fettsäuren und Harzsäuren verwendet.

Schließlich ist auch bekannt, daß ein Asphalt mit einem von Natur aus hohen Gehalt an Naphthensäuren in einer wässerigen Lösung, welche Natriumhydroxyd und das Natriumsalz einer wasserlöslichen Sulfonsäure enthält, emulgiert werden kann.

Es ist nun gefunden worden, daß durch Auflösen von sowohl Naphthensäuren als auch öllöslichen Sulfonsäuren in einem nicht leicht emulgierbaren Bitumen und darauffolgendes Emulgieren des Bitumens in einem wässerigen alkalischen Medium bessere Dispersionen erhalten werden als bei Herstellung von Dispersionen des gleichen

Bitumens, in welchem entweder Sulfonsäuren allein oder Naphthensäuren allein vorher in solcher Menge gelöst worden sind, daß die gleiche Säurezahl erreicht wird, wie im ersten Fall mit den beiden Säuren gemeinsam. Die Sulfonsäuren müssen in Mineralöl löslich sein und ein Molgewicht zwischen etwa 450 und etwa 800 aufweisen, während das Molgewicht der Naphthensäuren zwischen etwa 350 und etwa 600 liegen muß.

Durch die kombinierte Verwendung von Naphthensäuren und öllöslichen Sulfonsäuren können Dispersionen hergestellt werden, in welchen die durchschnittliche Größe der dispergierten Bitumenteilchen kleiner ist als bei den Dispersionen, die unter Einverleibung von entweder Naphthensäuren allein oder Sulfonsäuren allein in das Bitumen erhalten worden sind.

Im Vergleich zu Dispersionen von Bitumina, zu welchen nur Sulfonsäuren zugesetzt worden sind, haben die Dispersionen eines Bitumens, welchem sowohl Naphthensäuren als auch Sulfonsäuren der vorstehend beschriebenen Art zugesetzt worden sind, den Vorteil, daß sie in einer wässerigen Phase mit einem weiteren Bereich der Alkalität hergestellt werden können.

Unter den Sulfonsäuren, die in Mineralöl löslich sind und ein Molgewicht von etwa 450 bis 800 besitzen, sind die sog. Mahagonisäuren besonders brauchbar; das sind Gemische von öllöslichen Petroleumsulfonsäuren, welche erhalten werden bei der Behandlung von Mineralöl oder von Fraktionen desselben mit starker Schwefelsäure. An Stelle der isolierten Sulfonsäuren können auch öle verwendet werden, welche diese Sulfonsäuren enthalten.

Die Naphthensäuren und Sulfonsäuren werden dem Bitumen vorzugsweise in etwa äquivalenten Mengen zugesetzt, d. h. solchen Mengen, die jeweils eine etwa gleich starke Erhöhung der Säurezahl des Bitumens herbeiführen. Das Verhältnis zwischen den Mengen der Sulfonsäuren und der Xaphthensäuren kann jedoch in beträchtlichem Ausmaße geändert werden. So ist es möglich, drei Äquivalente Sulfonsäuren auf ein Äquivalent Xaphthensäuren oder drei Äquivalente Naphthensäuren auf ein Äquivalent Sulfonsäuren zu verwenden.

Die Gesamtkonzentration der Naphthensäuren und Sulfonsäuren im Bitumen kann in weiten Grenzen schwanken und hängt sowohl von der Xatur des Bitumens als auch der beabsichtigten Verwendung der Emulsion ab. Die Konzentration wird höher gewählt, falls das Bitumen an sich schwerer zu emulgieren ist, und in Abhängigkeit von der erforderlichen höheren Beständigkeit der Emulsion. In der Regel werden gute Resultate erhalten, wenn die Gesamtmenge der Naphthensäuren und Sulfonsäuren zwischen 0,75 und 3 Gewichtsprozent, berechnet auf das Bitumen, schwankt.
Die Konzentration der alkalischen Lösung, in welcher das Bitumen emulgiert wird, hat einen großen Einfluß auf die Teilchengröße des Bitumens in der erhaltenen Dispersion und auf die Beständigkeit derselben. Es ist klar, daß die Konzentration der genannten Lösung unterhalb jener Grenze, gehalten werden muß, bei welcher sie eine koägulierende Wirkung ausübt. Diese Grenze hängt in ziemlich hohem Maße von dem Verhältnis zwischen den Mengen der Naphthensäuren und der Sulfonsäuren ab, welche dem Bitumen einverleibt worden sind, und kann am besten durch Versuch bestimmt werden. Die Konzentration der alkalischen Lösung, bei welcher die Teilchengröße des dispergierten Bitumens am kleinsten ist, hängt ebenfalls stark von dem genannten Verhältnis ab und kann ebenfalls am besten durch Versuch bestimmt werden.

Das wässerige alkalische Medium, in welchem das Bitumen dispergiert wird, kann z. B. eine wässerige Lösung von Natrium- oder Kaliumhydroxyd sein.

Die Emulgierung wird in bekannter Weise ausgeführt. Das durch Erhitzen verflüssigte Bitumen wird mit den Naphthensäuren und Sulfonsäuren vermischt, worauf dieses Gemisch in der wässerigen alkalischen Lösung, die vorzugsweise auf höhere Temperatur erhitzt worden ist, emulgiert wird. Die Emulgierung wird durch heftiges Rühren begünstigt.

Nach dieser Arbeitsweise liefern Bitumina, die an sich nicht leicht emulgierbar sind, fein dispergierte Emulsionen, welche besonders zum Überziehen von Straßendecken geeignet sind. Außerdem können sie durch Zusetzen gewisser Schutzkolloide, z. B. Kasein, stabilisiert werden, so daß sie beispielsweise als Bindemittel im Straßenbau, zur Herstellung von Kohlenbriketts und zum Anbringen von Schutzschichten auf beispielsweise Holz oder Metall geeignet sind.

Die Ergebnisse der nachstehend beschriebenen Vergleichsversuche dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung.

Das Ausgangsmaterial war ein nicht leicht emulgierbares Bitumen, nämlich Kuwait-Bitumen (Penetration 350 und Säurezahl 0,25).

Zu diesem Bitumen wurden 0,86 Gewichtsprozent Sulfonsäuren zugesetzt, wodurch die Säurezahl um 1,0 erhöht wurde. Die Sulfonsäuren waren erhalten worden bei der Herstellung medizinischer öle durch Behandlung einer geeigneten Destillatfraktion mit Oleum, Abtrennen der öllöslichen Sulfonsäuren in Form von Seifen durch Auswaschen mit alkoholischem Alkali und Isolieren der Säuren aus dieser Lösung. Die Sulfonsäuren hatten ein durchschnittliches Molgewicht von etwa 485.

Nach Zusetzen der Sulfonsäuren zum Bitumen wurde dieses in einer verdünnten Kaliumhydroxydlösung emulgiert, wodurch Emulsionen mit einem Bitumengehalt von 60 Gewichtsprozent erhalten wurden. Beim Emulgieren in einer 0,1 %igen KOH-Lösung hatten die Teilchen der erhaltenen Dispersion einen durchschnittlichen Durchmesser von 2,62 Mikron, während in einer o,2°/oigen KOH-Lösung die durchschnittliche Teilchengröße 2,16 Mikron betrug. Eine o,3°/oige KOH-Lösung hatte bereits koagulierende Wirkung, so daß mit dieser keine beständige Dispersion erhalten werden konnte.

Entsprechende Versuche wurden durchgeführt

mit ' dem gleichen Kuwait-Bitumen, welchem 0,89 Gewichtsprozent Naphthensäuren mit einem durchschnittlichen Molgewicht von etwa 500 zugesetzt worden waren, wodurch die Säurezahl des Bitumens in gleicher Weise um 1,0 erhöht wurde. In den erhaltenen Dispersionen war die durchschnittliche. Teilchengröße des Bitumens beträchtlich größer (3 bis 4 Mikron), während viel höhere Alkalikonzentrationen angewendet werden mußten als im Falle der Sulfonsäuren, nämlich ein KOH-Gehalt von mindestens 1 Gewichtsprozent. Andererseits ist bei den Naphthensäuren das Gebiet der Alkalikonzentrationen, in welchen Emulgierung eintritt, viel größer als in dem obenerwähnten Fall, in welchem dem Bitumen Sulfonsäuren zugesetzt worden waren.

Schließlich wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt mit dem gleichen Kuwait-Bitumen, dessen Säurezahl wiederum um 1,0 erhöht wurde,

ao aber in diesem Fall durch Zusetzen eines Gemisches aus den oben verwendeten Naphthensäuren und Sulfonsäuren. In einer Versuchsreihe wurde das Verhältnis zwischen den Mengen der Naphthensäuren und der Sulfonsäuren variiert. Dieses Ver-

*5 hältnis betrug: 1 Äquivalent Sulfonsäuren zu ι Äquivalent Naphthensäuren; 1 Äquivalent Sulfonsäuren zu 3 Äquivalenten Naphthensäuren und 3 Äquivalente Sulfonsäuren zu 1 Äquivalent Naphthensäuren. Ausgedrückt in Gewichtsprozent, gerechnet auf das Bitumen, waren die Mengen der Sulfonsäuren und Naphthensäuren folgende: 0,43% Sulfonsäuren + 0,45% Naphthensäuren bzw. 0,22% Sulfonsäuren + 0,67% Naphthensäuren bzw. 0,65% Sulfonsäuren + 0,22% Naphthensäuren. In der beigegebenen Tabelle ist der Durchmesser der dispergierten Bitumenteilchen angegeben als Funktion der KOH-Konzentration. Die Tabelle enthält auch die Ergebnisse der oben beschriebenen Versuche mit Sulfonsäuren allein und Naphthensäuren allein.

Die Tabelle zeigt, daß die kombinierte Verwendung von öllöslichen Sulfonsäuren und Naphthensäuren als Emulgiermittel, insbesondere bei Verwendung dieser Säuren im Äquivalentverhältnis von etwa 1:1, Bitumendispersionen ergibt, deren Teilchengröße beträchtlich kleiner ist als bei getrennter Anwendung dieser Säuren. Außerdem ergibt sich, wenn die Säuren in Kombination verwendet werden, nicht der Nachteil, daß nur ein sehr beschränktes Konzentrationsgebiet für KOH in Betracht kommt, wie im Falle der Verwendung von Sulfonsäuren allein. Bei Anwendung von Sulfonsäuren und Naphthensäuren im Äquivalentverhältnis 1 : 1 wurden die am feinsten dispergierten Emulsionen erhalten durch Emulgieren in Kalilauge von 0,7%; d.h. der Alkalikonzentration, welche dicht unter der koagulierenden Konzentration liegt. Aber auch beim Emulgieren in o,4°/oiger Kalilauge erhielt man eine Emulsion, in welcher der durchschnittliche Durchmesser der dispergierten Teilchen kleiner war als im Fall der Verwendung von Sulfonsäuren allein oder Naphthensäuren allein.

Schließlich muß darauf hingewiesen werden, daß durch Auflösen der obengenannten Sulfonsäuren und Naphthensäuren in nicht leicht emulgierbaren Bitumina und durch Emulgieren in einem wässerigen alkalischen Medium Dispersionen derselben erhalten werden können, welche sogar beim Transport beständig sind und von den sich ergebenden Vibrationen und Stoßen nicht ungünstig beeinflußt werden.

Emulgierungen Kuwait - Bitumen (Pen. = 350; Säurezahl 0,25) in KOH; Säurezahl erhöht um 1,0 durch 40 Zusatz von Sulfonsäuren oder Naphthensäuren oder einer Kombination beider Säuren. Konzentration der Emulsion 6o^0/„.

	Durchschnittl. Durchmesser der Teilchen ir	0,2	o,3	2,62 ! 2,16	agu-	0,4 0,5	I !	— 5,52	— 2,08 —	—	—	—	—	5,o 2,6	1,83	i,94	—	0,6	o,7	0,8	2,59	—	1 Mikron bei % KO H	— —	3,57	i	—	i,4	—	—	Günstigste Dispersion	Durchschn.	etwa 2,25
45				liert													ko								Durchm.
	0,1		ko-	— ;											agu	0,9 ; 1,0 1,2	3,94			0O KOH	Mikron
		— —			3,38	!	—·	liert			—			1,83
									0,2 2,16
5o (i) Sulfonsäuren	— —			2,30	—	3.48
					etwa 1,4 etwa 3,48
(2) Naphthensäuren	1.74 1.56		—	—
ι Äquiv. Gew. (1) ]		—			0,7 1,56
55 ·· . +			—
ι Äquiv. Gew. (2) J	2,76		— — —
ι Äquiv. Gew. (1) ]				etwa 0,9
·■ +		2,25
6o 3 Aquiv. Gew. (2) J	—
3 Äquiv. Gew. (1) )			—	o,3
■■ +	—
ι Äquiv. Gew. (2) J

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ι. Verfahren zur Herstellung wässeriger Dispersionen aus nicht leicht emulgierbaren Bitumina, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bitumen sowohl Naphthensäuren mit einem Molgewicht zwischen etwa 350 und etwa 600 als auch öllösliche Sulfonsäuren mit einem Molgewicht zwischen etwa 450 und etwa 800 gelöst werden, worauf das Bitumen in einem wässerigen alkalischen Medium dispergiert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Naphthensäuren und die Äquivalentverhältnis

   Sulfonsäuren etwa im
   r : ι verwendet werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Sulfonsäuren öllösliche Petroleurnsulfonsäuren verwendet werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bitumen emulgiert wird in einer Alkalilösung von solcher Konzentration, daß eine Emulsion mit der geringsten oder annähernd geringsten Teilchengröße der dispergierten Bitumenteilchen entsteht.
5. 5. Wässerige bituminöse Dispersionen, welche nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 hergestellt sind.

   0 609 6.