NO141174B - Jordbindingsmiddel. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår jordbindingsmidler på

basis av en olje/vann-emulsjon med en oljefase og en vannfase hvor oljefasen omfatter en gummi oppløst i en olje. Nærmere be-

stemt angår oppfinnelsen jordbindingsmidler med økt skjær-

stabilitet og god bindingsstyrke.

I mange områder er jorderosjon som skyldes vind og regn,

et alvorlig problem. Mange kostbare og tidskrevende anstrengel-

ser har vært gjort for å hindre eller i det minste undertrykke jorderosjon. Det er ønskelig å binde jordsmonn som ikke eller bare i liten grad har satt seg, og som kan bestå av leire, støv,

slam og/eller sand. Eksempler på dette foreligger på området for erosjonskontroll, motorveibygging og vedlikehold av klarheten av vann som anvendes til rekreasjonsformål. Mange eksisterende tilgjengelige behandlinger er utilfredsstillende av en eller annen grunn. Den foreliggende oppfinnelse angår forbedrede jordbindingsmidler omfattende olje/vann-emulsjoner som gir en emulsjon med økt skjærstabilitet og god jordbindingsstyrke.

Det er således en hensikt med oppfinnelsen å skaffe

nye jordbindingsmidler med god jordbindingsstyrke.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å skaffe jordbindingsmidler for behandling av jordsmonn for å skaffe et beskyttende belegg.

I henhold til oppfinnelsen er det oppdaget at et jord-r bindingsmiddel med økt skjærstabilitet og god jordbindingsstyrke oppnås når oljen har et innhold av aromatiske hydrokarboner på minst 50 vektprosent og en viskositet i området 1000 - 5000 cP ved 25°C.

US-PS 3.310.909 omhandler jordbindingsmidler av den art som er angitt innledningsvis, d.v.s. med en gummi opp-løst i oljefasen av en olje/vann-emulsjon". Der anvendes imidlertid en olje med lav viskositet. Slike emulsjoner har ikke tilfredsstillende jordforbedringsegenskaper. Oljer med høy viskositet har på den annen side vist seg å gi utilstrekkelig emulsjonsstabilitet.

Ifølge et ytterligere trekk ved oppfinnelsen inneholder oljefasen en butadien/styren-blokkopolymer og emulsjonen et emulgeringsmiddel.

Andre trekk ved den foreliggende oppfinnelse samt forskjellige fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå for fag-folk ved studium av den følgende fremstilling.

For fremstilling av jordbindingsmiddelet blir en oppløsning av en elastomer eller gummi dannet i en oljefase som inneholder en egnet aromatisk olje. Den resulterende oppløsning blir deretter emulgert i vann og så påført jordsmonnet i ønsket mengde og egnet fortynning. Det foretrukne emulgeringssystem er et som medfører kationisk emulsjon. Den aromatiske olje er i den foretrukne utførelsesform hovedsakelig fri for asfaltener og har en viskositet i området fra 1000 til 5000 cP ved 25°C og et aromatinnhold på

minst 50%. Oljen bør fortrinnsvis være oppløselig i n-pentan i henhold til den fremgangsmåte som er beskrevet i ASTM D 20006-65T. Elastomeren bør være oppløselig i oljen, og oljen bør være forenlig med elastomeren.

I den utførelsesform av oppfinnelsen som for tiden foretrekkes, anvendes der en blanding av to forskjellige aromatiske oljer. F.eks. gir en blanding av ca. 90 vektprosent "Philrich 5"-olje ("Philrich" er et varemerke som tilhører Phillips Petroleum Company) og 10 vekt-deler destillert S02~ekstraktolje en aromatisk olje med de ovenfor angitte ønskede viskositets- og oppløselighetsegenskaper.

"Philrich 5"-olje er en fenolekstrahert gassolje med et aromatinnhold på over 50% og en viskositet på 11400 cP ved 25°C. Den anvendes ofte som drøyeolje for gummi.

En SC^-ekstraktolje fremstilles ved væske/væske-ekstråksjon av en resirkulert olje (cycle oil) utvunnet fra produktene av en kata-lytisk krakkeprosess. Svoveldioksyd anvendes som det selektive opp-løsningsmiddel i ekstraheringsmiddelet (extractor), idet svovel-dioksydet selektivt oppløser aromatene fra den innmatede olje og av-viser den ikke-aromatiske andel. Det aromatiske produkt utvinnes fra svoveldioksydekstraktet ved destillasjon. Den aromatiske olje kan anvendes direkte som en del av oljefasen ved fremstilling av emulsjonen i henhold til oppfinnelsen, eller den kan ytterligere vakuumfrak-sjoneres for fjerning av lette og/eller tunge endefraksjoner. Oljen kan også ytterligere renses ved et kalkbehandlingstrinn for fjerning av spor av svoveldioksyd og andre forurensninger. For ytterligere detaljer av svoveldioksydekstråksjonsprosessen til fremstilling av en aromatisk olje som til dels kan anvendes og er egnet for emulsjonen ifølge oppfinnelsen, skal det henvises til U.S. patentskrift nr. 3.007.979.

Forskjellige blandinger av aromatiske oljer kan anvendes for oppnåelse av en blanding innenfor det ønskede viskositetsområde på 1000-5000 cP ved 25°C. "Califlux GP" ligner på "Philrich 5"-olje og har en viskositet på 12800 cP ved 25°C. S02_ekstraktoljen har en viskositet på 25 cP ved 25°C. De tre ovennevnte oljer faller hver for seg utenfor det ønskede viskositetsområde. De følgende blandinger faller imidlertid innenfor detønskede område og skaffer de forbedrede emulsjoner ifølge oppfinnelsen.

Lignende oljer med høyt aromatinrihold ogønskede viskositets-egenskaper kan fremstilles ved oppløsningsekstråksjon av resirkulerte oljer under anvendelse av andre selektive oppløsningsmidler, f.eks. fenol, sulfolah, dietenglykol etc. Hvis det ønskes, kan blandinger av de nevnte oljer eller blandinger med andre oljer anvendes så lenge den endelige blanding har de ønskede verdier for aromatinnhold og viskositet som angitt ovenfor.

I tillegg til aromatisk olje og gummi kan oljefasen i jord-bindingsemulsjonen fortrinnsvis inneholde et klorert hydrokarbon-oppløsningsmiddel som f.eks. trikloreten, en harpiks som f.eks. en kumaron-inden-harpiks som er blandbar, men ikke-reaktiv med elastomeren og har et smeltepunkt av størrelsesorden 60-150°C samt virker som forstivningsharpiks. Et flyktig aromatisk oppløsningsmiddel som f.eks. xylen, toluen, benzen etc. blir også anvendt. Det klorerte hydrokarbon anvendes i en mengde som er tilstrekkelig til å holde flammepunktet over ca. 27°C, og den anvendte mengde av aromatisk opp-løsningsmiddel (xylen) er tilstrekkelig til å holde den relative tett-het av den emulsjonsbasis som anvendes ved fremstilling av emulsjons-konsentratet, på omtrent 1,0, f.eks. i området 0,946 - 1,068.

Uttrykket "elastomer" i den foreliggende fremstilling ér ment å omfatte en hvilken som helst gummitype, enten naturlig eller syn-tetisk, som er oppløselig i de ovenfor beskrevne aromatiske oljer. Slike elastomerer er f.eks. naturgummi, butadien/styren-kopolymerer fremstilt ved emulsjons- eller oppløsningspolymerisering, f.eks.

SBR 1500 (ASTM D-1419-62T), SBR-blokk-kopolymerer, cis-polyisopren og trans-polyisopren. Ved en for tiden foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er elastomeren en oppløsningspolymerisert butadien/ styren-blokk-kopolymer med en midlere molekylvekt på ca. 50 000 - 150 000.

Den beskrevne oppløsning av elastomer i den aromatiske oljefase blir deretter emulgert i vann. Typiske emulgeringsutstyr som kan anvendes ved fremstilling av emulsjonene, er kolloidalmøller, hurtig-gående emulgeringsapparater, ultralyd-emulgeringsapparater, homogeni-seringsapparater, rørledningsblandere og lignende. Et hvilket som helst emulgeringsutstyr som gir en emulsjon med liten partikkelstør-relse og høy stabilitet, d.v.s. en emulsjon som ikke vil skille seg ved berøring med jordoverflaten, og som vil trenge inn i jordsmonnet til ønsket dybde, kan anvendes.

Den mengde vann som anvendes i emulsjonen, kan variere og av-henger av den behandling som et bestemt jordsmonn skal utsettes for. Emulsjonssysternet vil vanligvis inneholde 15-50 vektprosent vann, og 85-50 vektprosent kan anvendes av olje/gummi-fasen inklusive den opp-løste elastomer. Jordsmonnet kan få påført selve emulsjonen eller denne kan fortynnes ytterligere med vann, f.eks. med 0,5 - 25 deler vann pr. del emulsjonskonsentrat, før emulsjonen påføres det jords-, monn som skal behandles.

Det er vanligvis ønskelig at emulsjonen er en stabil emulsjon, d.v.s. en som ikke vil skille seg før den er påført jordsmonnet og i det minste delvis er trengt ned i dette til den ønskede dybde. Den tid som kreves for inntrengning, er naturligvis avhengig av jords-monnets partikkelstørrelse og graden av sammenpresning av jorden samt graden av fortynning av emulsjonen. Når det gjelder den ønskede inn-trengningsdybde, skal det nevnes at en relativt konsentrert emulsjon vil avsette elastomeroppløsningen på overflaten av jordsmonnet. En mer fortynnet oppløsning vil fordele elastomeren mere jévnt gjennom jordsmonnet.

01je/vann-emulsjonen ifølge oppfinnelsen kan etter fortynning med f.eks. fire deler vann spres ut i en mengde på 0,45 - 4,5 liter pr. m . Hvis det ønskes, kan imidlertid større mengder emulsjon, f.eks. 9 eller endog 23 liter pr. m 2 jord anvendes, avhengig av den ønskede grad av jordbinding og oppløselighetsegenskapene av den spesielle polymer i den spesielle olje som anvendes.

Konsentrasjonen av elastomeren i oljefasen vil avhenge av den polymermengde som skal tilsettes jordsmonnet, og konsentrasjonen av oljefasen i den emulsjon som påføres jordsmonnet. En konsentrasjon på ca. 2-15% elastomer, regnet på oljefasen, er meget tilfredsstillende. Som angitt ovenfor kan mengden av påført oljeemulsjon varieres for å tilpasses spesielle forskrifter.

Ved bruk av jordbindingsmiddelet ifølge oppfinnelsen blir opp-løsningen av gummi i oljefase påført jorden som en emulsjon hvor vannet er den kontinuerlige fase og gummioppløsningen er den disper-gerte fase. Dette utgjør et av to komponenter bestående middel for avsetting av gummi i jordsmonnet. Den aromatiske oljefase som anvendes til oppløsning av gummien, tjener som en bærer for gummien som skal forenes med jorden, og som et oppløsningsmiddel for gummien. Vannet i emulsjonen tjener som en bærer for oppløsningen som skal avsettes på jorden.

Egnede emulgeringsmidler eller overflateaktive midler som kan anvendes ved fremstilling av olje/vann-emulsjonen ifølge oppfinnelsen, . omf atter "Oronite NI-W", som er et vannoppløselig ikke-ionisk overflateaktivt middel av alkylfenol-etenoksyd-kondensattypen fra Chevron Chemical Company, og "Redicote E-I", som er et kationisk emulgeringsmiddel som selges av Armour Industrial Chemical Company.

Eksempel I

En rekke emulsjonssatser ble tatt ut av fremstilte jord-bindingsemulsjoner i henhold til oppfinnelsen. Den aromatiske olje som ble anvendt, var en blanding av aromatiske oljer, nærmere bestemt "Philrich 5"-drøyeolje for gummi og destillert S02-ekstraktolje som var blitt behandlet med kalk. Ved fremstilling av emulsjonene ble den aromatiske oljeblanding blandet med en oppløsning av butadien/styren-gummi med_en midlere molekylvekt på ca. 122 000. Ytterligere oppløs-ningsmidler for gummien var trikloreten og xylen. En fast harpiks ("Anares No. 1") fra Neville Chemical Co. ble tilsatt oljefasen sammen med små mengder overflateaktivt middel ("Oronite NI-W"). Blandingen ble oppvarmet og omrørt inntil alle bestanddelene var fullt oppløst.

Vannet for vannfasen ble blandet med en liten mengde emulgeringsmiddel ("Redicote E-I"). Små mengder metanol og 31,5%'sHCl ble tilsatt vannfasen.

Emulsjonene ble fremstilt ved dispergering av oljefasen i vannfasen. Dette ble oppnådd ved blanding av oljefasen med vannfasen og pumping av blandingen gjennom en Gifford-Wood homogeniseringspumpe.

Følgende oppskrift ble anvendt i produksjonsenheten: (1) Den anvendte gummi var en butadien/styren-kopolymer, polymeri-sert med en lithiumkatalysator og med en midlere molekylvékt på 122 000.

(2) "Anares No. 1" er en fast harpiks ved værelsetemperatur.

Data for produksjonssatsene er gitt i tabell I og omfatter en betydelig produksjonsmengde av emulsjonene fremstilt i et anlegg i løpet av en utstrakt tidsperiode.

Alle satser var stabile for både natriumklorid- og kalsiumklorid-prøver og viste god jordbindingsstyrke i jordbriketter fremkalt over natten ved 60°C.

Stabiliteten overfor natriumklorid ble bestemt som følger:

En 5%'s oppløsning av natriumklorid i destillert vann ble fremstilt og filtrert. 20 gram emulsjonskonsentrat ble veid opp i et 150 ml's begerglass, 80 ml 5%'s natriumkloridoppløsning ble tilsatt, og blandingen ble grundig omrørt under anvendelse av en gummispatel (police-man). Blandingen ble helt i et tilkorket 100 ml's måleglass og tillatt å stå uforstyrret i 24 timer. En lagdeling av emulsjonen kan ventes. Hvis emulsjonsskiktet lett kan redispergeres, betegnes resultatet

som "godkjent". Hvis det fraskilte skikt består av oljefasepartikler som ikke lett kan redispergeres ved forsiktig omrøring, betegnes resultatet som "ikke tilfredsstillende".

Stabiliteten overfor CaCl2ble fastlagt som følger: En 10%'s oppløsning av kalsiumklorid i destillert vann ble fremstilt og filtrert. 20 gram emulsjonskonsentrat ble veid opp og ført inn i et 150 ml's begerglass. 80 ml av en 10%'s kalsiumkloridoppløsning ble tilsatt og blandet grundig under anvendelse av en gummispatel. Blandingen ble helt opp i et tilkorket 100 ml's måleglass og tillatt å

stå uforstyrret i 2 timer. Lagdeling av emulsjonen kan ventes. Hvis emulsjonsskiktet er lett redispergerbart, betegnes resultatet som "godkjent". Hvis det fraskilte skikt består av oljefasepartikler som ikke kan redispergeres ved forsiktig omrøring, betegnes resultatet som "ikke tilfredsstillende".

Den aromatiske olje som ble anvendt i det ovennevnte eksempel, var en "Philrich 5"-olje og destillert S02~ekstraktolje i et vekt-forhold på 90:10 og med en viskosi-tet på 3450 cP ved 25°c.

Eksempel II

En serie emulsjonssystemer ble fremstilt hovedsakelig som angitt i Eksempel I, men under anvendelse av aromatiske oljer med viskositeter utenfor området for oppfinnelsen.

Følgende oppskrift ble anvendt i hver av prøvene:

Resultatene av emulsjonene fremstilt med aromatiske oljer med viskositeter utenfor området for oppfinnelsen er gitt i tabell II.

S02-ekstraktoljen med lav viskositet ga en ved lav temperatur skjaerstabil emulsjon med meget dårlig jordbindingsevne. "Califlux GP"-oljen med høyere viskositet ga gode jordbindingsegenskaper, men dårlig skjærstabilitet, idet emulsjonen ble brutt opp etter pumping ved 4°C. "No. 10 Kansas City"-raffineriekstraktoljen viste god skjærstabilitet ved lav temperatur, men bare noenlunde brukbar jordbindingsstyrke. Alle emulsjonene dannet seg meget bra.

Claims (3)

1. .1. Jordbindingsmiddel på basis av en olje/vann-emulsjon med en oljefase og en vannfase hvor oljefasen omfatter en gummi oppløst i en olje,karakterisert vedat oljen har et innhold av aromatiske hydrokarboner på minst 50 vektprosent og en viskositet i området 1000 - 5000 cP ved 25° C.
2. 2. Jordbindingsmiddel som angitt i krav 1,karakterisert vedat oljefasen inneholder 2-15 vektprosent av en butadien/styren-blokk-kopolymer, og at emulsjonen inneholder et emulgeringsmiddel.
3. 3. Jordbindingsmiddel som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat det også inneholder trikloreten i en slik mengde at flammepunktet holdes over 27°C, benzen, toluen eller xylen i en slik mengde at den relative tyngdetetthet holdes i området 0,946-1,068, og som forstivningsharpiks en kumaron-inden-harpiks med et smeltepunkt i området 60-149°C.