EP4010419A1 - Polymermodifiziertes bitumen, verfahren zur herstellung und dessen verwendung für asphalt - Google Patents

Polymermodifiziertes bitumen, verfahren zur herstellung und dessen verwendung für asphalt

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EP4010419A1
EP4010419A1 EP20751146.0A EP20751146A EP4010419A1 EP 4010419 A1 EP4010419 A1 EP 4010419A1 EP 20751146 A EP20751146 A EP 20751146A EP 4010419 A1 EP4010419 A1 EP 4010419A1
Authority
EP
European Patent Office
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polymer
styrene
modified bitumen
butadiene
bitumen
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20751146.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Klein
Thomas Rossrucker
Sandra HORSTMANN
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Lanxess Deutschland GmbH
Original Assignee
Lanxess Deutschland GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4010419A1 publication Critical patent/EP4010419A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L95/00—Compositions of bituminous materials, e.g. asphalt, tar, pitch
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2555/00—Characteristics of bituminous mixtures
    • C08L2555/30—Environmental or health characteristics, e.g. energy consumption, recycling or safety issues
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L2555/34—Recycled or waste materials, e.g. reclaimed bitumen, asphalt, roads or pathways, recycled roof coverings or shingles, recycled aggregate, recycled tires, crumb rubber, glass or cullet, fly or fuel ash, or slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L2555/00—Characteristics of bituminous mixtures
    • C08L2555/40—Mixtures based upon bitumen or asphalt containing functional additives
    • C08L2555/50—Inorganic non-macromolecular ingredients
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    • C08L2555/40—Mixtures based upon bitumen or asphalt containing functional additives
    • C08L2555/50—Inorganic non-macromolecular ingredients
    • C08L2555/52—Aggregate, e.g. crushed stone, sand, gravel or cement

Definitions

  • the present invention relates to polymer-modified bitumen, methods of production and its use for asphalt.
  • Polymers as an additive for modifying bitumen have received particular attention in the last few decades.
  • Polymers such as copolymers of the styrene-butadiene (SBR) or styrene-butadiene-styrene (“SBS”) type, improve the constancy of the viscoelastic properties of the modified bitumen with temperature.
  • the aim is to increase the stability of the asphalt surface containing the modified bitumen against deformation caused by heavy traffic during the summer months.
  • Di-tert-dodecyl pentasulphide and dinonyl pentasulphide are preferred.
  • these have the disadvantage that, due to less effective crosslinking and thus less pronounced elastic properties, they withstand the load conditions on the road less well than the alkyl polysulfides according to the invention.
  • the object of the present invention was to produce polymer-modified bitumen that compared with prior art has improved elastic recovery and low sensitivity to deforming forces at low sulfur content.
  • the object can be achieved in that the copolymers of the styrene-butadiene (SBR) or styrene-butadiene-styrene (SBS) type are vulcanized in the bitumen with C 7 -C 8 dialkyl polysulfides.
  • SBR styrene-butadiene
  • SBS styrene-butadiene-styrene
  • the present invention provides polymer-modified bitumen obtainable by adding styrene-butadiene copolymers, optionally dissolved in oil, to the bitumen at temperatures of at least 150 ° C. and then adding the dialkyl polysulphides of the formula (I)
  • SBR styrene-butadiene copolymers
  • the styrene-butadiene copolymers are particularly preferably composed of 40-99% by weight of 1,3-butadiene and 1-60% by weight of styrene.
  • Styrene-butadiene-styrene (SBS) block copolymers are preferred as SBR copolymers.
  • dialkyl polysulfides of the formula (I) used in accordance with the invention serve as a sulfur source for the vulcanization of styrene-butadiene copolymers or styrene-butadiene-styrene (SBS) block copolymers.
  • dialkyl polysulfides of the formula (I) used are preferably dialkyl polysulfides in which R 1 and R 2 are identical or different and represent a linear or branched C 8 -alkyl radical and x represents the numbers 3 to 8.
  • dialkyl polysulfides can be used either individually or as a mixture in any desired mixture with one another in the process according to the invention.
  • dioctyl pentasulfide and / or dioctyl tetrasulfide are preferred as dialkyl polysulfide of the formula (I).
  • the amount of C 7 -C 8 dialkyl polysulfide is preferably 0.1 to 1% by weight, particularly preferably 0.2 to 0.8% by weight, based on the mass of the copolymer-bitumen mixture.
  • Bitumen refers to a mixture of various organic substances that occurs both naturally and is obtained from petroleum by distillation. Due to its biological origin, bitumen consists mainly of carbon and hydrogen. It is a low-volatility, dark-colored multi-substance mixture of organic substances, the viscoelastic behavior of which changes with temperature. As bitumen in the context of the invention, all commercially available bitumen types, such as 50/70 or 70/100, can be used. This preferably includes road construction bitumen according to DIN EN 12591.
  • the styrene-butadiene copolymers are used in solution in at least one mineral oil before they are mixed with the bitumen.
  • Naphthenic oils such as the naphthenic “Nynas T 22” or paraffin-based raffinates, which are also known under the term RAE (Residual Aromatic Extract) according to the EU Substance Directive, such as the process and "Shell Flevex 595" softening oil.
  • the dialkyl polysulphides of the formula (I) are preferably metered in.
  • the addition is preferably carried out under mechanical stress, by means of mixing units, such as, preferably internal mixer, high-pressure homogenizers, such as in particular high shear mixing equipment, such as Ultra-Turrax ®.
  • the use of internal mixers is particularly preferred, the type of internal mixer not being subject to any particular restriction.
  • high shear mixer eg a Ultra-Turrax ®, particularly preferred or a anchor with at least two wings.
  • an internal mixer is used for mechanical loading, internal mixers with intermeshing or tangential rotors are preferred.
  • An internal mixer with intermeshing rotors is particularly preferred because more shear energy can be introduced in this way.
  • the stirring speed can be set as a function of the viscosity of the polymer-modified bitumen (PmB); in the case of an anchor stirrer with at least 2 blades, the stirring speed is preferably 150 to 500 rpm, particularly preferably 180-250 rpm.
  • the temperature during mixing is preferably 150 to 250 ° C, particularly preferably 160 to 180 ° C.
  • the mixing time under mechanical stress for mixing the styrene-butadiene copolymers with the bitumen is preferably 60 to 480 minutes, particularly preferably 60 to 240 minutes, and for mixing the dialkypolysulfide of the formula (I) into the styrene-butadiene copolymer bitumen -Mixture preferably 1 to 60 minutes, particularly preferably 5 to 10 minutes.
  • the end of the vulcanization can preferably be recognized by the fact that there is no further increase in viscosity.
  • the weight ratio of oil to styrene-butadiene copolymer is 9: 1 to 1: 1, preferably 7: 1 to 3: 1.
  • the invention also relates to the process for producing the polymer-modified bitumen according to the invention, according to which styrene-butadiene copolymers, optionally dissolved in oil, are added to the bitumen at temperatures of at least 150 ° C.
  • the polymer-modified bitumen contains further additives, such as metal compounds / salts, in particular organic zinc compounds / salts, inter alia as sulfide scavengers and thus as odor reducers.
  • additives such as metal compounds / salts, in particular organic zinc compounds / salts, inter alia as sulfide scavengers and thus as odor reducers.
  • the amount of additives is preferably 0.1 to 1% by weight.
  • the polymer-modified bitumen is then mixed with rock.
  • Rock in the sense of the invention is preferably natural aggregate, preferably in accordance with DIN EN 13043, which has preferably been subjected to mechanical processing, such as breaking and sieving.
  • Asphalt surface course mix consists of aggregates up to a maximum grain size of 16 mm.
  • the requirements for aggregates are defined, among other things, in DIN 18196 soil classification for structural purposes and the technical delivery conditions for aggregates in road construction, TL Gestein-StB, edition 2004 (p. 11).
  • the rock is preferably either in unbroken form (as round grain), in particular as gravel, sand, crushed stone and chippings; or in broken form.
  • the amount of rock is preferably up to 95% by weight, preferably 90 to 95% by weight, based on the total amount of polymer-modified bitumen.
  • the rock is preferably mixed with the polymer-modified bitumen under mechanical stress, preferably by means of agitators.
  • Another object of the invention is to provide a first object of the invention.
  • the present invention thus also relates to asphalt containing the polymer-modified bitumen according to the invention.
  • asphalt is a natural or technically produced mixture containing polymer-modified bitumen and rock (aggregates).
  • This is preferably used in road construction for pavement pavements, in building construction for floor coverings, in hydraulic engineering and in landfill construction for sealing.
  • the mixing ratio is preferably 90-95% by weight rock / aggregate and approx. 5-10% by weight bitumen. However, this ratio can be changed up or down.
  • the amount added (so-called binder content) and the hardness (i.e. the type of binder) of the bitumen change the material behavior significantly.
  • bitumen which preferably makes up 4-7% of the road surface
  • bitumen roofing membranes for sealing roofs
  • road construction protecting steel against corrosion and in road construction as a binder for the aggregates in asphalt, preferably as a road surface.
  • SBS styrene-butadiene-styrene block copolymer
  • SB styrene-butadiene diblock with a polystyrene content: from 29-33%.
  • - Nynas T 400 naphthenic oil from Nynas AB.
  • Example 1 (according to the invention):
  • a solution of 12 g of the polymer (SBS, Kraton® 1101) in 32 g of the Nynas T 400 oil at 170 ° C. was first prepared. This solution was added to 366 g bitumen, so that a solution of 3% by weight polymer in a bitumen-oil mixture resulted. Subsequently, as shown in Table 1, 0.25% by weight of di-octyl pentasulphide with 40% sulfur (this corresponds to a sulfur content in the reaction batch 0.1% by weight, based on the reaction mixture) was added and the crosslinking was carried out by heating to 170 ° C. for 2 hours
  • the dynamic shear rheometer has proven itself to determine the viscoelastic properties, such as the elastic recovery of modified bitumens.
  • DSR dynamic shear rheometer
  • MSCR test Multiple Stress Creep and Recovery Test
  • a DSR test specimen was cast from the materials obtained in Examples 1V and 1E and the MSCR test was carried out at 60 ° C. at 3 load levels.
  • the recovery in% (R value) was determined in 10 load cycles with a load phase with constant shear stress of 1 second and a subsequent relief phase of 9 seconds. certainly.
  • This test was carried out at three load levels of 0.1 kPa, 1.6 kPa and 3.2 kPa. The deformations during the force-controlled cycles were divided into three deformation variables:

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft polymermodifiziertes Bitumen, Verfahren zur Herstellung und dessen Verwendung für Asphalt.

Description

Polvmermodifiziertes Bitumen, Verfahren zur Herstellung und dessen Verwendung für Asphalt
Die vorliegende Erfindung betrifft polymermodifiziertes Bitumen, Verfahren zur Herstellung und dessen Verwendung für Asphalt.
Stand der Technik
Polymere als Additiv zur Modifizierung von Bitumen haben in den letzten Jahrzehnten besondere Aufmerksamkeit gefunden. Polymere, wie z.B. Copolymere vom Typ Styrol- Butadien (SBR) oder Styrol-Butadien-Styrol („SBS“), verbessern die Konstanz der viskoelastischen Eigenschaften des so modifizierten Bitumens mit der Temperatur. Insbesondere soll die Stabilität der das modifizierte Bitumen enthaltenen Asphaltdecke gegenüber Deformation durch Schwerlastverkehr während der Sommermonate erhöht werden.
Bekanntermaßen können Stabilität und technische Leistungsfähigkeit (insbesondere von Polymer-modifiziertem Bitumen („PmB“) durch die Vernetzung von beispielsweise SBR- oder auch SBS-Copolymeren durch Schwefel weiter gesteigert werden (US-A 4554313). Alternativ zu elementarem Schwefel wurden Alkylpolysulfiden des Typs R-S(x)-R (R= Alkylkette, S(x)= x Schwefelatome direkt miteinander verkettet) eingesetzt. Der Vorteil gegenüber der Verwendung von elementarem Schwefel besteht in einer höheren Homogenität der Verteilung des reaktiven Schwefels in der Bitumen-Polymer-Mischung mit entsprechendem Vorteil bei der Vernetzung des Polymers (US-A 4554313). Außerdem reduziert die Verwendung von Alkyl-Polysulfiden die Emission von Schwefelwasserstoff, der in einer Nebenreaktion bei der Vernetzung freigesetzt wird (US-A 7608650).
In US-A 4554313 wird eine Vielzahl von Dialkyl-Polysulfiden der Formel R-S(x)-R mit R = C6 bis Ci6 und x = 2 bis 5 für die Anwendung in Bitumen offenbart. Favorisiert werden Di- tert-dodecyl-Pentasulfid und Dinonyl-Pentasulfid. Diese haben allerdings den Nachteil, dass sie aufgrund weniger effektiver Vernetzung und damit weniger ausgeprägten elastischen Eigenschaften die Belastungsverhältnisse auf der Strasse weniger gut aushalten als die erfindungsgemäßen Alkyl-polysulfide.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung Ausgehend vom oben beschriebenen Stand der Technik bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, polymermodifiziertes Bitumen herzustellen, das gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte elastische Rückstellung und eine niedrige Empfindlichkeit auf verformende Kräfte bei niedrigem Schwefelgehalt aufweist.
Überraschenderweise kann die Aufgabe dadurch gelöst werden, dass die Copolymere vom Typ Styrol-Butadien (SBR) oder Styrol-Butadien-Styrol (SBS) im Bitumen mit C7-C8- Dialkylpolysulfiden vulkanisiert werden. Das erfindungsgemäße polymermodifizierte Bitumen weist verbesserte elastische Rückstellung und die niedrigste Empfindlichkeit auf verformende Kräfte auf. Gegenstand der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist polymermodifiziertes Bitumen erhältlich dadurch, dass Styrol-Butadien-Copolymere, gegebenenfalls gelöst in Öl, bei Temperaturen von mindestens 150°C dem Bitumen zugemischt und anschließend die Dialkylpolysulfide der Formel (I)
R1-S(X)-R2(I), wobei R1 und R2 gleich oder verschieden sind und für einen linearen oder verzweigten C7- Cs-Alkylrest stehen und x für die Zahlen 3 bis 8 steht, zugemischt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Bei den Styrol-Butadien-Copolymeren (SBR) handelt es sich um einen Kautschuk aus 1 ,3-Butadien und Styrol.
Die Styrol-Butadien-Copolymere setzen sich besonders bevorzugt zusammen aus 40- 99 Gew. % 1 ,3-Butadien und 1 - 60 Gew.% Styrol. Als SBR- Copolymere sind Styrol-Butadien-Styrol(SBS)- Block-Copolymere bevorzugt.
Bei den Styrol-Butadien-Copolymeren können handelsübliche Produkte eingesetzt werden; sie können aber auch durch Emulsionspolymerisation hergestellt werden, siehe hierzu z.B. I. Franta, Elastomers and Rubber Compounding Materials, Elesevier, Amsterdam 1989, Seite 88 bis 92. Die erfindungsgemäß eingesetzten Dialkylpolysulfide der Formel (I) dienen als Schwefel quelle für die Vulkanisation von Styrol-Butadien-Copolymeren oder Styrol-Butadien- Styrol(SBS)- Block Copolymeren.
Bei den eingesetzten Dialkylpolysulfiden der Formel (I) handelt es sich vorzugsweise um Dialkylpolysulfide, in denen R1 und R2 gleich oder verschieden sind und für einen linearen oder verzweigten C8-Alkylrest stehen und x für die Zahlen 3 bis 8 steht.
Die Dialkylpolysulfide können sowohl einzeln als auch als Gemisch in beliebiger Abmischung untereinander in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind als Dialkylpolysulfid der Formel (I) Dioctylpentasulfid und/oder Dioctyltetrasulfid bevorzugt.
Bei den vorgenannten C7-C8-Dialkylpolysulfiden handelt es sich ebenfalls um kommerziell verfügbare Produkte.
Die Menge an C7-C8-Dialkylpolysulfid beträgt vorzugsweise 0,1 bis 1 Gew.%, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,8 Gew.%, bezogen auf die Masse der Copolymer-Bitumen-Mischung.
Bitumen bezeichnet ein sowohl natürlich vorkommendes als auch durch Destillation aus Erdöl gewonnenes Gemisch aus verschiedenen organischen Stoffen. Aufgrund der biologischen Herkunft besteht Bitumen hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Es ist ein schwer flüchtiges, dunkelfarbiges Vielstoffgemisch organischer Substanzen, dessen viskoelastisches Verhalten sich mit der Temperatur ändert Als Bitumen im Sinne der Erfindung sind alle handelsüblichen Bitumenarten, wie z.B. 50/70 oder 70/100 einsetzbar. Dies umfasst vorzugsweise Straßenbaubitumen nach DIN EN 12591.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Styrol-Butadien-Copolymeren in mindestens einem mineralischem Öl gelöst eingesetzt, bevor diese mit dem Bitumen vermischt werden.
Als Öle im Sinne der Erfindung können dabei eingesetzt werden naphtenische Öle, wie beispielsweise das naphtenische „Nynas T 22“ oder paraffinbasische Raffinate, die auch unter dem Begriff RAE (Residual Aromatic Extract) gemäß EU Substanz Richtlinie bekannt sind, wie etwa das Prozess- und Weichmacheröl „Shell Flevex 595“. Vorzugsweise werden nach dem Einmischen der Styrol-Butadien-Copolymere in das Bitumen die Dialkylpolysulfide der Formel (I) zudosiert. Die Zudosierung erfolgt vorzugsweise unter mechanischer Beanspruchung, mittels Mischaggregaten, wie vorzugsweise Innenmischer, Hochdruck-Homogenisatoren, wie insbesondere Hochscher mischgeräte, wie z.B. Ultra-Turrax®. Im großtechnischen Bereich ist die Verwendung von Innenmischern dabei besonders bevorzugt, wobei die Art des Innenmischers keiner besonderen Beschränkung unterliegt. Im Labormaßstab ist das Hochschermischgerät, z.B. ein Ultra-Turrax®, besonders bevorzugt oder auch ein Ankerrührer mit mindestens 2 Flügeln.
Im Fall des Einsatzes eines Innenmischers zur mechanischen Beanspruchung sind Innenmischer mit ineinandergreifenden oder mit tangierenden Rotoren bevorzugt. Dabei ist ein Innenmischer mit ineinander greifenden Rotoren besonders bevorzugt, da auf diese Weise mehr Scherenergie eingebracht werden kann.
Die Rührgeschwindigkeit kann in Abhängigkeit von der Viskosität des polymer modifizierten Bitumens (PmB) eingestellt werden, bei einem Ankerrührer mit mindestens 2 Flügeln liegt die Rührgeschwindigkeit vorzugsweise bei 150 rpm bis 500 rpm, besonders bevorzugt 180-250 rpm.
Die Temperatur beim Vermischen beträgt vorzugsweise 150 bis 250°C, besonders bevorzugt 160 bis 180°C.
Die Mischzeit unter mechanische Beanspruchung beträgt für das Vermischen der Styrol- Butadien-Copolymere mit dem Bitumen vorzugsweise 60 bis 480 Minuten, besonders bevorzugt 60 bis 240 Minuten und für das Vermischen des Dialkypolysulfids der Formel (I) in die Styrol-Butadien-Copolymer-Bitumen-Mischung vorzugsweise 1 bis 60 Minuten, besonders bevorzugt 5 bis 10 Minuten.
Nach dem Vermischen des Dialkypolysulfids der Formel (I) kann das Ende der Vulkanisation daran vorzugsweise erkannt werden, dass kein weiterer Viskositätsanstieg erfolgt.
Im Falle des Einsatzes der Styrol-Butadien-Copolymere in Öl ist es bevorzugt, wenn das Gewichts-Verhältnis von Öl zu Styrol-Butadien-Copolymer 9:1 bis 1 :1 , vorzugsweise 7:1 bis 3:1 beträgt. Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen polymermodifizierten Bitumens, wonach Styrol-Butadien-Copolymere, gegebenenfalls gelöst in Öl, bei Temperaturen von mindestens 150°C dem Bitumen zugemischt und anschließend die Dialkylpolysulfide der Formel (I) R1-S(x)-R2 (I), wobei R1 und R2 gleich oder verschieden sind und für einen linearen oder verzweigten C7-C8- Alkylrest stehen und x für die Zahlen 3 bis 8 steht, zugemischt werden.
In Bezug auf das Verfahren zur Herstellung von polymermodifiziertem Bitumen wird in Bezug auf die Definitionen für x, R1 und R2, das Gestein, die Einsatzstoffe und Verfahrensparameter, wie Temperatur und die verwendeten Mischaggregate, sowie die bevorzugten Ausführungsformen auf die obigen Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen polymermodifizierten Bitumen verwiesen.
Weitere bevorzugte Ausführungsform
In einer Ausführungsform enthält das polymermodifizierte Bitumen weitere Additive, wie Metallverbindungen/-salze, insbesondere organische Zinkverbindungen/-salze u.a. als Sulfidfänger und damit als Geruchsverminderer.
Die Menge an Additiven beträgt vorzugsweise 0,1 bis 1 Gew. %.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das polymermodifizierte Bitumen anschließend mit Gestein versetzt.
Bei Gestein im Sinne der Erfindung handelt es sich vorzugsweise um natürliche Gesteinskörnungen, vorzugsweise gemäß DIN EN 13043, die vorzugsweise einer mechanischen Aufbereitung, wie beispielsweise Brechen und Absieben, unterzogen worden sind.
Gesteinskörnungen, die für Asphaltmischgut für den Bau von Verkehrsflächen eingesetzt werden, müssen den Anforderungen der DIN EN 13043 bzw. der TL Gestein-StB 04 entsprechen. Asphaltdeckschichtmischgut besteht aus Gesteinskörnungen bis zu einem Größtkorn von 16 mm.
Die Anforderungen an Gesteinskörnungen werden unter anderem in der DIN 18196 Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke und den Technischen Lieferbedingungen für Gesteinskörnung im Straßenbau, TL Gestein-StB, Ausgabe 2004 (S. 11) definiert. Das Gestein liegt dabei vorzugsweise entweder in ungebrochener Form (als Rundkorn), insbesondere als Kies, Sand, Schotter und Splitt; oder in gebrochener Form vor.
Die Menge an Gestein beträgt vorzugsweise bis zu 95 Gew.%, vorzugsweise 90 bis 95 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge an polymermodifiziertem Bitumen.
Das Gestein wird vorzugsweise unter mechanischer Beanspruchung, vorzugsweise mittels Rühraggreganten mit dem polymermodifizierten Bitumen vermischt.
In den Fällen in denen das polymermodifizierte Bitumen auch noch Gestein beinhaltet, spricht man von Asphalt.
Weiterer Gegenstand der Erfindung
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit Asphalt, enthaltend das erfindungemäß polymermodifizierte Bitumen.
In Bezug auf das Verfahren zur Herstellung von polymermodifiziertem Bitumen wird in Bezug auf die Definitionen für x, R1 und R2, das Gestein, die Einsatzstoffe und Verfahrensparameter, wie Temperatur und die verwendeten Mischaggregate, sowie die bevorzugten Ausführungsformen auf die obigen Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen polymermodifizierten Bitumen verwiesen.
Bei Asphalt im Sinne der Erfindung handelt es sich um eine natürliche oder technisch hergestellte Mischung enthaltend polymermodifiziertes Bitumen und Gestein (Gesteinskörnungen). Diese wird vorzugsweise im Straßenbau für Fahrbahnbefestigungen, im Hochbau für Bodenbeläge, im Wasserbau und im Deponiebau zur Abdichtung verwendet. Das Mischungsverhältnis liegt vorzugsweise bei 90-95 Gew.-% Gestein/ Gesteinskörnung und ca. 5-10 Gew.-% Bitumen. Dieses Verhältnis kann jedoch nach oben oder unten verändert werden. Die beigegebene Menge (sogenannter Bindemittelgehalt) und die Härte (also die Bindemittelsorte) des Bitumens verändern das Materialverhalten wesentlich.
Die Funktion des Bitumens, das vorzugsweise 4-7% des Straßenbelags ausmacht, ist die eines Bindemittels für das Gesteinsgerüst. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen polymermodifizierten Bitumen im Hochbau zur Abdichtung von Gebäudeteilen gegen Wasser, wie beispielsweise Bitumendachbahnen zur Dachabdichtung, Schutz von Stahl gegen Korrosion und im Straßenbau als Bindemittel für die Gesteins- körnungen im Asphalt, vorzugsweise als Straßenbelag.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert, wobei die vorliegende Erfindung keinesfalls auf die Beispiele beschränkt ist.
Ausführungsbeispiele:
Eingesetzt wurden:
SBS, Kraton® D1101 , ein lineares unhydriertes SBS/SB-Block-Copolymer der Firma Kraton Polymers LLC, mit SBS= Styrol-Butadien-Styrol Block Copolymer,
SB= Styrol-Butadien-Diblock mit einem Polystyrol-Anteil: von 29-33%.
Kraton® D 1102, ein lineares unhydriertes SBS/SB-Block-Copolymer der Firma Kraton Polymers LLC, mit SBS= Styrol-Butadien-Styrol Block Copolymer, SB= Styrol-Butadien-Diblock mit einem Polystyrol- Anteil: von 26,8-30%. - Nynas T 400 : naphtenisches Öl der Firma Nynas AB.
Di-tert-dodecyl-Pentasulfid der Firma Arkema mit der Produktbezeichnung TPS® 32.
Di-octyl-Pentasulfid 40% Schwefel eingesetzt als Additin® RC 2540 der Firma Lanxess Deutschland GmbH.
Beispiel 1 (Vergleichsbeispieh:
Es wurden analog zu US-A 4554313 12 g des SBS-Copolymers (SBS, Kraton® 1101) mit 32 g Öl Nynas T 400 bei 170°C vermischt. Anschließend wurde diese Lösung zu 366g Bitumen (Bitumen 50/70) zugegeben, so dass sich eine Lösung von 3 Gew.% Polymer in einer Bitumen-Ölmischung ergab. Im Anschluss daran wurden, wie in Tabelle 1 ausgewiesen, 0,32 Gew% Di-tert-dodecyl-Pentasulfid mit 32% Schwefel (dies entspricht im Reaktionsansatz einem Schwefel-Anteil 0,1 Gew.%, bezogen auf die Reaktions mischung) zugegeben und durch Erhitzen auf 170°C für 2 Stunden vulkanisiert.
Danach wurde mit der so erhaltenen Masse ein DSR-Probekörper gegossen und bei 60°C der MSCR Test bei 3 Laststufen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Beispiel 1 (erfindunasaemäß):
Es wurde zunächst eine Lösung aus 12 g des Polymers (SBS, Kraton® 1101) in 32 g des Öls Nynas T 400 bei 170°C hergestellt. Diese Lösung wurde zu 366 g Bitumen zugegeben, so dass sich eine Lösung von 3 Gew% Polymer in einer Bitumen-Ölmischung ergab. Im Anschluss daran wurden, wie in Tabelle 1 ausgewiesen, 0,25 Gew% Di-octyl- Pentasulfid mit 40% Schwefel (dies entspricht im Reaktionsansatz einem Schwefel-Anteil 0,1 Gew.%, bezogen auf die Reaktionsmischung) zugegeben und die Vernetzung durch Erhitzen auf 170°C für 2 Stunden durchgeführt
Zur Bestimmung der viskoelastischen Eigenschaften, wie etwa der elastischen Rück- Stellung von modifizierten Bitumina, hat sich das Dynamische Scher-Rheometer („DSR“) bewährt. Zur Bestimmung der elastischen Eigenschaften wurde gemäß DIN EN 16659 (2013) ein „Multiple Stress Creep and Recoverey Test (MSCR-Prüfung)“ durchgeführt. Dieses MSCR-Verfahren („multiple stress creep recovery“) stellt ein einfaches Verfahren da, welches bei erhöhter Temperatur wie etwa 60°C mit dem DSR eine schnelle Bestimmung des rückformbaren Anteils einer erfolgten Deformation in Prozent („R-Wert“) ermöglicht. Der J Wert gibt das Verhältnis von bleibender Verformung zu eingesetzter Kraft an, und ist daher ein Maß für die Empfindlichkeit des Bindemittels auf verformende Kräfte. Aus den in den Beispielen 1V und 1 E erhaltenen Massen wurde ein DSR-Probekörper gegossen und bei 60°C der MSCR Test bei 3 Laststufen durchgeführt. Bei diesem Test, der die Belastungsverhältnisse auf der Strasse besser wiederspiegelt als oszillierende DSR-Messungen, wurden in 10 Belastungszyklen mit einer Belastungsphase mit konstanter Scherbeanspruchung von 1 Sekunde und eine darauf folgende Ent- lastungsphase von 9 Sekunden Dauer die Rückverformung in % (R Wert) bestimmt. Dieser Test wurde mit drei Laststufen von 0,1 kPa, 1 ,6 kPa und 3,2 kPa durchgeführt. Die Deformationen während der kraftgeregelten Zyklen wurden in drei Deformationsgrößen unterteilt erfasst:
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1. DSR MSCR Testergebnisse Bei jeder Laststufe war der R Wert für die elastische Rückformung für das Dioctyl pentasulfid am höchsten und der J-Wert für die Empfindlichkeit auf Verformung am geringsten, trotz Dosierung des gleichen Schwefelgehaltes. Beispiel 2 (erfindunasaemäß) ohne Öl:
Es wurden zunächst 12 g des besser löslichen Polymers SBS, Kraton® 1102 zu 366 g Bitumen bei 180°C zugegeben, so dass sich eine Lösung von 3 Gew% Polymer in Bitumen ergab. Anschließend wurden gemäß der Tabelle 1 0,25 Gew% Di-octyl- Pentasulfid mit 40% Schwefel (S-Anteil= 0,1 Gew.%) zugegeben und die Vernetzung durch Erhitzen auf 170°C für 2 Stunden durchgeführt
Tabelle 2. DSR MSCR Test Ergebnisse
Auch bei diesem Versuch zeigte das C8-Dialkylpolysulfid die beste elastische Rückformung, wie Tabelle 2 zeigt.

Claims

Patentansprüche
1 Polymermodifiziertes Bitumen erhältlich dadurch, dass
Styrol-Butadien-Copolymere, gegebenenfalls gelöst in Öl, bei Temperaturen von mindestens 150°C, vorzugsweise 160 -250°C, dem Bitumen zugemischt und anschließend die Dialkylpolysulfide der Formel (I)
R1-S(x)-R2 (I), in denen R1 und R2 gleich oder verschieden sind und für einen linearen oder verzweigten C7-C8-Alkylrest stehen und x für die Zahlen 3 bis 8 steht, zugemischt werden.
2 Polymermodifiziertes Bitumen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass R1 und R2 in den Dialkylpolysulfiden der Formel (I) für einen linearen oder verzweigten Cs-Alkylrest stehen und x für die Zahlen von 3 bis 8 steht.
3. Polymermodifiziertes Bitumen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Styrol-Butadien-Copolymere sich zusammensetzen aus 40-99 Gew.% 1 ,3-Butadien und 1 - 60 Gew.% Styrol.
4. Polymermodifiziertes Bitumen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Styrol-Butadien-Copolymeren um Styrol- Butadien-Styrol(SBS)-Block-Copolymere handelt.
5. Polymermodifiziertes Bitumen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dialkylpolysulfid der Formel (I) in einer Menge von 0,1 bis 1 Gew.%, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,8 Gew.%, bezogen auf die Menge an Styrol-Butadien-Copolymeren, eingesetzt wird.
6. Polymermodifiziertes Bitumen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Styrol-Butadien-Copolymere in mindestens einem mineralischem Öl gelöst werden, bevor diese mit dem Bitumen vermischt werden.
Polymermodifiziertes Bitumen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Öl naphtenische Öle eingesetzt werden.
8. Polymermodifiziertes Bitumen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichts-Verhältnis von Öl zu Styrol-Butadien- Copolymer 9:1 bis 1 :1 , vorzugsweise 7:1 bis 3:1 beträgt.
9. Verfahren zur Herstellung von polymermodifizierten Bitumen nach einem der
Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Styrol-Butadien-Copolymer, gegebenenfalls gelöst in Öl, bei Temperaturen von mindestens 150°C vorgelegt werden, dem Bitumen zugemischt und anschließend die Dialkylpolysulfide der Formel (I) R1-S(x)-R2 (I), wobei R1 und R2 gleich oder verschieden sind und für einen linearen oder verzweigten C7-C8-Alkylrest stehen und x für die Zahlen 3 bis 8 steht, zugemischt werden.
10 Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Gestein eingemischt wird.
11 Verwendung des polymermodifizierten Bitumens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von Asphalt.
12. Verwendung des polymermodifizierten Bitumens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, im Hochbau zur Abdichtung von Gebäudeteilen gegen Wasser und zum Schutz von Stahl gegen Korrosion.
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