DE954583C

DE954583C - Verfahren zur Erhaltung der Haftfestigkeit von Bitumina

Info

Publication number: DE954583C
Application number: DEN1914A
Authority: DE
Inventors: Herman Eilers; Willem Frederik Jense; Cornelis Jan Krom
Original assignee: Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
Current assignee: Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
Priority date: 1948-05-14
Filing date: 1950-09-19
Publication date: 1956-12-20
Also published as: DE814866C; NL70100C; GB659457A; CH277310A; NL140426B

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 20. DEZEMBER 1956

N ipi4lVc/8ob

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhaltung der Haftfestigkeit von Bitumina, besonders Asphaltbitumina oder solche enthaltenden Mischungen (Verschnittbitumina), mit einem Gehalt an kationaktiven Aminen an festen Materialien, besonders Mineralaggregaten.

Es ist bekannt, daß Bitumina, wie Asphaltbitumina und Verschnittbitumina davon, nur dann an mineralischen Aggregaten festhaften, wenn das flüssige Bitumen (oder Verschnittbitumen) mit dem Mineralaggregat zusammengebracht wird, solange dieses trocken ist. Kommt ein in dieser Weise überzogenes Mineralaggregat später in Berührung mit Wasser oder Feuchtigkeit, so besteht große Gefahr, daß das Bitumen von dem Aggregat abgeschält wird.

Verschiedene Stoffe sind den Bkumina schon zugefügt worden, um das Ablösen vom Aggregat zu verhüten und außerdem hinreichendes Festhaften auch dann sicherzustellen, wenn das Bitumen auf das Mineralaggregat aufgebracht wird, wenn dieses sich in feuchtem Zustand befindet.

Eine bevorzugte Klasse solcher Zusatzstoffe, die besonders das Festhaften von Bitumina an sauren Aggregaten fördern, sind die kationaktiven Stoffe, wie hochmolekulare Amine.

Damit man die für Straßenibauzwecke bestimmten Bitumiiia oder Verschnitttiitumina in der flüssigen Form hält, in der sie angewendet werden, lagert und transportiert man sie im allgemeinen bei verhältnismäßig hoher Temperatur. Es wurde beobachtet, daß dieser Umstand häufig die Wirksamkeit der adhäsionsfördernden kationaktiven Amine herabsetzt.

Gemäß der Erfindung wurde nun gefunden, daß ίο diese Abnahme - an Wirksamkeit einer Reaktion zugeschrieben werden muß, die bei hoher Temperatur zwischen den kationaktiven Aminen und den im Bitumen vorhandenen Säuren, besonders Naphthensäuren, vor sich geht, und zwar unter Bildung von Säureamiden.

Um diese Reaktion zu unterbinden, führt manjju-hgemäß der Erfindung die im Bitumen enthaltenen Naphthensäuren durch Zusatz von tniedrigmolekularen aliphatischen Mono- oder Polyaminen in Verbindungen über, die nicht oder höchstens so schwach sauer reagieren, daß sie sich nicht weiterhin mit den zugefügten kationaktiven Aminen umsetzen.

Die in dem Bitumen vorhandenen Naphthen,-säuren werden im allgemeinen vor dem Zusetzen des kationaktiven Amins unschädlich gemacht. Wenn jedoch die Umwandlung der Naphthensäuren mit den für diesen Zweck zugesetzten Aminen viel schneller als die unerwünschte Säureamidbildung der Naphthensäuren mit den kationaktiven Aminen vor sich geht, können diese dem Bitumen auch zusammen oder gleichzeitig mit den Mono- oder Polyaminen zugegeben werden.

Anstatt die Mono- oder Polyamine zur Unschädlichmachung der freien Naphthensäuren dem Bitumen oder Verschnittbitumen desselben zuzusetzen, kann man sie auch zu einem bituminösen Öl geben, aus dem das Bitumen durch Abdestillieren der leichteren Fraktionen hergestellt wird. Man soll dafür sorgen, daß die für die Unschädlichmachung der freien Naphthensäuren verwendeten Mono- oder Polyamine gleichmäßig in dem zu behandelnden Bitumen oder sein Ausgangsmaterial verteilt werden.

Beispiele für brauchbare Polyamine sind Äthylendiamin, Propylendiamin, Hexamethylendiamin, Diäthylentriamin, Triäthylentetramin, Tetraäthylenpentamin usw. Die Alkylgruppen der verwendeten Amine können substituiert sein und z. B. eine Hydroxylgruppe enthalten. Ein Beispiel eines solchen Amins ist Äthanolamin.

Wenn flüchtige Amine zur Umwandlung der in den Bitumina vorhandenen freien Naphthensäuren ■ verwendet werden, soll man dafür sorgen, daß bei der für die Umwandlung erforderlichen hohen Temperatur die Amine nicht durch Verdampfen teilweise aus dem Bitumen ausgetrieben werden. Es kann sich daher in einzelnen Fällen empfehlen, die Behandlung unter Druck in einem geschlossenen Behälter vorzunehmen. Eine andere wirksame ^ Methode, um die Verflüchtigung der Amine zu verhindern, besteht darin, daß das Bitumen oder Verschnittbitumen nach dem Zusetzen der Amine einige Zeit — in vielen Fällen zwischen, V2 und 3 Stunden ■—■ bei mäßiger Temperatur, z. B. 60 bis ioo°, gehalten wird, wobei Salzbildung zwischen dem Amin und den Naphthensäuren vor sich geht. Nachdem die Amine in dieser Weise gebunden sind, wird die Temperatur erhöht, z. B. auf 100 bis 150⁰ oder mehr; hierdurch wird die weitere Umwandlung in Säureamide ausgelöst, die im allgemeinen 1 bis 3 Stunden braucht.

Die Anwendung von Polyaminen ist zudem von besonderen Vorteilen begleitet. Wenn die Menge der dem Bitumen oder Verschnittbitumen zügesetzten Polyamine so gewählt wird, daß pro Molekül Naphthensäure annähernd 1 Molekül des PoIyamins vorhanden ist, wird im allgemeinen während der Bildung der Säureamide nur eine Aminogruppe des Polyamins mit einer Carboxylgruppe reagieren. Das führt zur Bildung von Säureamidmolekülen, die noch freie Aminogruppen enthalten und infolge des Naphthensäurerestes so hochmolekular geworden sind, daß sie öberflächenaktivität entwickeln. So· enthält das Bitumen oberflächenaktive Moleküle mit einer oder mehreren freien Aminogruppen, die in gleicher Weise wie die schon zugefügten oder noch zuzufügenden kationaktiven Amine die Haftfestigkeit von Bitumen an Aggregaten, besonders sauren Aggregaten, verstärken.

Wird eine solche Menge Aminoalkohol angewendet, daß pro Molekül Naphthensäure des Bitumens annähernd 1 Molekül. Aminoalkohol zugegeben ist, ergibt die gewünschte Umwandlung die Bildung von Säureamidmolekülen, die noch eine freie Hydroxylgruppe haben. Auf diese Weise enthält das Bitumen oberflächenaktive Moleküle mit einer freien Hydroxylgruppe, die die Haftfestigkeit des Bitumens an basischen Aggregaten oder an den basisch reagierenden Stellen von vorwiegend sauren Aggregaten fördern.

Kationaktive Amine, die zu Bitumen vor, während oder nach der Umwandlung der freien Naphthensäuren in Verbindungen, die nicht sauer reagieren, zugesetzt werden, umfassen all die Amine, die als solche für die Verbesserung der Haftfestigkeit von Bitumina an Aggregate geeignet sind. Beispiele für geeignete Amine sind Octadecylamm und die sogenannten Paramine, d. h. die Produkte, die durch Chlorierung von festen Paraffinen und Einwirkung von Ammoniak auf die Chlorierungsprodukte erhalten werden.

Die Erfindung wird weiter unter Bezug auf das folgende Beispiel erläutert.

Beispiel

Ein Verschnittbitumen, bestehend aus 84,5 Gewichtsprozent Bitumen vom Schmelzpunkt Ring und Kugel = 46⁰, einer Penetration von 95 bei 25 ° und einer Säurezahl = 1,1 mg/g und 15,5 °/o Kerosin, wurde als Ausgangsmaterial verwendet.

Um die Wirkung des Verfahrens nach der Erfindung zu beurteilen, wurde der folgende Versuch, bekannt als »Total Water Immersion Test« (Total-Wassereintauchtest, abgekürzt »TWIT«), ■ ausgeführt:

ι. Verschnittbitumen mit 0,5% primärem Octadecylamin;

2. Verschnittbitumen, 1V2 Stunden bei 150⁰ mit 0,5% Monoäthanolamin erhitzt, dann mit 0,5 % primärem Octadecylamin versetzt.

Der TWIT-Wert wurde sowohl für Verschnittbitumen in frischem Zustand als auch nach 7- oder I4tägiger Erhitzung auf 135⁰ bestimmt (Ergebnisse s. Tabelle).

	direkt	TWIT-Wert	auf Biotit
	auf	auf Biotit	granit nach
	ΤΐΐΛ+ΐ +	granit nach	2wöchent-
	.DlOTTC-	iwöchent-	lichem Er
Art des	granit	lichem Er	hitzen" des
Verschnittbitumens	aufge	hitzen des	Verschnitt
	tragen	Verschnitt	bitumens,
		bitumens,	auf 135°
		auf 135⁰	aufgetragen
		aufgetragen
Verschnittbitumen	90
+ °<5 % primäres			IO
Octadecylamin ..		40
Verschnittbitumen,
erhitzt mit 0,5%
Äthanolamin,	85
+ 0,5% primäres		75
Octadecylamin..	75

Die Tabelle zeigt, daß bei einem Gehalt des Verschnittbitumens an !hochmolekularem Amin und Vorbehandlung mit Äthanolamin die Haftfestigkeit des Verschnittbitumens bei der Lagerung unter hoher Temperatur nicht erheblich vermindert wird, und zwar im Gegensatz zu nicht mit Äthanolamin vorbehandeltem Verschnittbitumen.

Als die Haftfestigkeit zwischen Bitumina und Gesteinsmaterial verbessernden Zusatz sind schon Umsetzungsprodukte von Naphthensäuren und Metalloxyden vorgeschlagen worden; hierdurch wird die Wirkung der erfindungsgemäß unter besonderen Bedingungen verwendeten Amine nicht erreicht. Die weiterhin bekannte Verwendung von anderen Metallsalzen bzw. von Seifen, z. B. verseiften Harzen, beruht ebenfalls auf anderen Voraussetzungen als die vorliegende Erfindung und ermöglicht ebenfalls nicht die Erzielung der außerordentlich günstigen Ergebnisse wie das vorliegende Verfahren. Man hat auch das Gesteinsmaterial z. B. mit Leuchtpetroleum vorbehandelt, dann das Bitumen aufgebracht und anschließend Kalk hinzugefügt. Hierbei handelt es sich nicht um die Verwendung von Aminen; es liegt also das erfindungsgemäß gelöste Problem auch nicht vor. Überdies können mit den erwähnten Maßnahmen die Wirkungen des vorliegenden Verfahrens nicht erreicht werden. Sinngemäß dasselbe gilt auch bezüglich einer anderen bekannten Arbeitsweise, nach welcher dem Bitumen eine organische Säure zugesetzt und diese dann durch Lauge teilweise neutralisiert wird. Es war auch bekannt, einem Bitumen eine Mischung aus einer Seife, einem Amid und einem Amin zuzusetzen. Da hierbei eine Neutralisierung der im Bitumen enthaltenen Naphthensäuren im Sinne der Erfindung nicht erfolgt, können auf diese Weise auch die ungünstigen Wirkungen auf das Amin nicht beseitigt werden Obwohl noch weitere zahlreiche Vorschläge zur \^rerbesserung der Haftfestigkeit an Gestein gemacht worden sind, wurde bisher der Zusammenhang zwischen dem Gehalt des Bitumens an Naphthensäuren und dem Unwirksamwerden zugesetzter kationaktiver Amine nicht erkannt. Die Maßnahmen der vorliegenden Erfindung könnten durch den Stand der Technik schon deshalb nicht nahegelegt werden, weil vielfach die Anwesenheit freier Säure als wesentlich betrachtet wurde.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Erhaltung der Haftfestig·- keit von Bitumina, 'besonders von Asphaltbitumina, mit einem Gehalt an kationaktiven Aminen, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bitumen oder in !bituminösen ölen vorhandenen Säuren, besonders Naphthensäuren, durch Zugabe von niedrigmolekularen aliphatischen Mono- oder Polyaminen unschädlich gemacht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das bituminöse Material, an schließend an die Zugabe des nied'rigmolekularen aliphatischen Mono- oder Polyamine, zunächst auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der sich Salze zwischen diesem Amin und den Naphthensäuren bilden, worauf die Temperatur zwecks Umwandlung der Salze in Säureamide erhöht wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem bituminösen Material eine solche Menge eines aliphatischen Polyamine zugefügt wird, daß nicht alle Aminogruppen des Polyamine durch Naphthensäuren gebunden werden.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aminoalkohol, wie Aminoäthanol, als niedrigmolekulares Amin verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften. Nr. 572 640, 573 696,

597708,656933;

französische Patentschriften Nr. 645 395,

826788, 847829 mit Zusatz 50577, 917 517; britische Patentschrift Nr. 472632; USA.-Patentschriften Nr. 1 674 523, 1 969 904,

2317959; »Asphalt und Teer«, Riedel, 1934, S. 212; »Kolloid-Zeitschrift«, Bd. 92, Heft 3 (1940),

s. 383,384.