NO773199L - Forbedret bitumenblanding. - Google Patents

Description

Forbedret bitumenblanding.

Foreliggende oppfinnelse vedrører nye bitumenblandinger hvori

en olefinisk umettet organisk forbindelse med høy molekylvekt er addert til bitumina.

Når bitumina anvendes for forskjellige anvendelsesformål, eksem-pelvis som bindemiddel for belegg eller for vegdekningsf ormål, må de utvise visse nødvendige mekaniske egenskaper. Disse egenskaper bestemmes ved forskjellige prøver, hvorav de følgende kan nevnes: - prøve for bestemmelse av mykningspunkt (den såkalte "Ring and Ball" prøve) i henhold til fransk standard NF T 66-008,

- prøve for bestemmelse av Fraass eller bruddpunkt i henhold

til standard IP 80/53,

- prøve for bestemmelse av klebrighet, hvori bitumens hefteevne bestemmes i nærvær av vann i henhold til fremgangsmåten beskrevet av French Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (prøve for bestemmelse, i nærvær av vann, av en bindende

film av bitumina, fluidiserte bitumina, fluksede bitumina, tjærer, sammensatte tjærer, juni 1971), - prøve for bestemmelse av bruddreologiske egenskaper, dvs. grensebruddstyrke (bar), grenseforlengelse (%), bruddstyrke (bar) og bruddforlengelse(%) i henhold til fransk standard NF T 66 004,

I - prøve for bestemmelse av penetrering (penetreringsverdi) i henhold til fransk standard NF T 46 002. i

I Konvensjonelle bitumina'møter generelt ikke alle disse'krav, og det er allerede foreslått å sette til bitumina visse produkter, spesielt polymerer, for å forbedre de mekaniske egenskaper for bitumina. De tilsatte polymerer eller kopolymerer, som ofte betegnes som elastomerer, er bestanddeler med høy molekylvekt som fortrinnsvis er høyere enn 100000.

Disse elastomerer vil forbedre de mekaniske egenskaper for bitumina, men i de fleste tilfeller resulterer de i oppløselig-hetsproblemer som resulterer i separasjonsproblemer under lag-ring.

Det er en hensikt ved foreliggende oppfinnelse å overkomme disse ulemper ved å tilveiebringe en fremgangsmåte, som istedenfor kun å blande den tilsatte polymer, adderer en olefLnisk umettet organisk forbindelse med relativt høy molekylvekt, selv om denne molekylvekt er vesentlig mindre enn de ovenfornevnte polymerer, ved kjemisk reaksjon til reaktive steder i bitumina.

Det er også en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe nye bitumenblandinger som erholdes ved å kontakte, ved en temperatur i området 140 - 220°C:

- et bitumen med en penetreringsverdi i området 30 - 220 med

en olefinisk umettet organisk forbindelse med den generelle formel:

hvori gruppene , R_ og R^enten er hydrogen eller metyl,

hvorav minst to av disse grupper en metylgruppe, og hvori R i det vesentlige er en hydrokarbongruppe som kan være mettet eller umettet og som kan innbefatte cykliske grupper og funksjonelle grupper såsom en karboksylgruppe, og hvor denne

gruppe velges slik at molekylvekten for den organiske forbina

I deise ligger i området 300 - 3000,

i

- i nærvær av svovel.

I

Den olefinisk umettede organiske forbindelse tilsettes generelt

i form av en væske og i en slik mengde at den utgjør 5-30 vekt-% av bitumenmengden.

Mengden av tilsatt svovel under fremstilling av blandingen

velges slik at svovel utgjør 0,2-4 vekt-% av den totale mengde av de to andre bestanddeler.

Hvilke som helst syntetiske bitumina og asfalter, eventuelt

blåst med luft eller damp, kan anvendes for fremstilling av blandingene i henhold til foreliggende oppfinnelse. Penetreringsverdien velges i det vesentlige under hensyntagen til den spesielle anvendelse for den fremstilte blanding. Pene-treringen eller penetreringsverdien måles i henhold til meto-

den angitt i American Standard ASTM D 5 52 som tilsvarer fransk standard NFT 66004.

Den organiske forbindelse tilsvarende den ovenfor viste formel utviser to vesentlige egenskaper, nemlig: - et dobbelt-bånd i slutten av kjedet, enten i a- eller ..stillingen, hvor en av de to karbonatomer forbundet med dobbelbindingen er forbundet til minst en metylgurppe, den organiske forbindelse kan også omfatte en andre dobbel-binding i den andre enden av kjedet, og - molekylvekten ligger i området 300 - 3000, fortrinnsvis i området 400 - 2000.

Den ovenfornevnte organiske forbindelse kan være en polymer

eller en kopolymer med en relativt lav molekylvekt (oligomer).

I dette tilfellet er gruppen R angitt i den ovenfor generelle formel, en lineær eller eventuelt forgrenet gruppe, når polymeren utgjøres av polyisobuten eller polybutadien. Den kan

også inneholde cykliske grupper når polymeren utgjøres av piperylen-isopren og cyklopentadien-isopren, slik som i til-feilet for petroleumharpikser inneholdende 5 karbonatomer, me-

I tylstyren og vinyltoluen såsom petroleumharpikser inneholdende!<I>

9 karbonatomer. i

Den olefinisk umettede organiske forbindelse kan også inneholde et ikke-polymert stort molekyl, hvori gruppen R, i den generelle formel, utgjøres av lineære eller cykliske strukturer som kan inneholde funksjonelle grupper, spesielt karboksylgrupper. Blant strukturer av denne type kan nevnes estere av fettsyrer (oleinsyre, palmitinsyre, stearinsyre, etc), og høyere alkoho^ler såsom lanosterol, kolesterol, isokolesterol, etc. Slike strukturer finnes spesielt i lanolin.

Disse strukturer kan skjematisk representeres av den generelle formel:

hvori n er 12 - 16.

Det vil forstås at den olefinisk umettede organiske forbindelse anvendt for fremstilling av blandingen i henhold til foreliggende oppfinnelse ofte utgjøres av en blanding av et antall nær beslektede forbindelser.

Således i dette tilfellet vil molekylvekten være den gjennom-snittlige molekylvekt for blandingen.

Når blandingen av bitumen og den olefinisk umettede forbindelse fremstilles så vil svovel som innarbeides i blandingen virke som en "katalysator" med hensyn til addering av den organiske forbindelse til bitumen. Svovel vil ikke forbli i reaksjonsmediet, men vil frigjøres under reaksjon i form av hydrogensulfid. Reaksjonsmekanismen for svovel er sannsynligvis av radikal natur, og det er derfor viktig å innarbeide svovel i j

II en aktiv form, under hensyntagen til den antatte reaksjons-type, spesielt i form av svovelblomme, pulverisert svovel, smeltet svovel etc, dvs. generelt en form hvori svovel ikke er kjemisk bundet.

Fortrinnsvis utføres reaksjonen ved en temperatur ved hvilken . de forskjellige bestanddeler i blandingen foreligger i flytende form, dvs. en temperatur i området 140 r- 220°C, fortrinnsvis i området 160 - 210°C.

Reaksjonstiden, dvs. tiden hvor kontakt mellom de forskjellige bestanddeler av blandingen er kritisk, er for å oppnå en til^-fredsstillende addering av den organiske forbindelse til det anvendte bitumen.

Denne reaksjonstid bør være minst 10 h,og det finnes ingen teoretisk øvre grense, men praksis har vist at reaksjonstiden ikke bør være lengre enn 20 h.

Fortrinnsvis utføres reaksjonstiden i nærvær av en inert gass såsom nitrogen eller argon. Denne inerte gass kan eksempel-r vis bobles gjennom den smeltede masse som underkastes omrøring, •

Oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til de etter-følgende eksempler.

Eksempel 1

13,4 deler flytende polyisobuten med en midlere molekylvekt på 1015 og 3,7 deler svovelblomme tilsettes 100 deler "Safanyah 80 - 100" bitumen. Blandingen oppvarmes til 166°C

i en inert atmosfære, under omrøring, i ca. 13 timer. Det skjer en kjemisk reaksjon i blandingen og hydrogensulfid fri-<g>jøres.

Egenskapene for det modifserte bitumen (B) som således erholdes, så vel som egenskapene for utgangsbitumenet (A) er an^

gitt i den etterfølgende tabell I.

Eksempel 2

Den samme fremgangsmåte som beskrevet i eksempel 1 anvendes, bortsett fra at det istedenfor polyisobuten anvendes 13,4 deler av "normalt fett" erholdt fra et nøytralekstrakt av saueull,

og som har følgende egenskaper:

- midlere molekylvekt: 680.

- fuktighetsinnhold (H20)<1%, bestemt ved tørking ved 105°C

i 4 timer,

- syretall: 4-6, syretallet angir antall mg KOH nødvendig

for å nøytralisere tilstedeværende fri syre i fettet.

- forsåpningstall: 90 100%o,(90 - 100^),

- aske: 0,1- 0,3%o,

- kolesterol: 10 - 13%, bestemt kromatografisk i sterolene inneholdt i det ikke-forsåpbare materialet.

Dette normale fett er en blanding av estere dannet av fett-

syrer og høyere alkoholer, slik som tidligere beskrevet.

De mekaniske egenskaper for det således modifiserte bitumen (C) i er angitt i tabell I.

Eksempel 3 I!

I dette sammenligningseksempel ble fremgangsmåten beskrevet i eksempel 1 anvendt, imidlertid ble det ikke innarbeidet noe polyisobuten i reaksjonsmediet. Egenskapene for det erholdte bitumen (D) er angitt i tabell I.

Eksempel 4

I dette sammenligningseksempel ble fremgangsmåten i henhold

til eksempel 1 gjentatt, men reaksjonsmediet ble oppvarmet til 166°C i 15 min. istedenfor i 13 h. Egenskapene for det således erholdte produkt (E) er angitt i tabell I.

Eksempel 5

I dette sammenligningseksempel ble fremgangsmåten i henhold

til eksempel 1 fulgt, imidlertid ble det ikke innarbeidet noe svovel. Egenskapene for det erholdte produkt (F) er angitt i tabell 1.

Egenskapene angitt i tabell 1 er bestemt i henhold til de tidligere nevnte standard prøvemetoder.

Analyse av de erholdte produkter angitt i tabell 1 viser at:

- den olefinisk umettede organiske forbindelse addert til

bitumen i betydelig grad forbedrer alle de mekaniske egenskaper av utgangsbitumenet (sammenlign bitumina B og C

med bitumen A),

- når den organiske forbindelse er fraværende (bitumen D)

er egenskapene ved lav temperatur (bruddpunkt) vesentlig mindre tilfredsstillende. - Ytterligere vil en utilstrekkelig reaksjonstid'(bitumen E) resutlere i en vesentlig senkning av mykningspunktet og grensebruddstyrken.

i - Resultatene angitt i tabell 1 viser også at når svovel ikke

: er tilstede i reaksjonsmediet vil den organiske forbindelse j

som sådan kun virke som et oppløsningsmiddel for bitumen ' !

uten å forbedre de:ttes egenskaper.

Eksemplene 6- 11 •

I disse eksempler ble forskjellige parametere for fremgangsmåten

i henhold :til oppfinnelsen for fremstilling av bitumenblandingene variert, dvs. svovelinnholdet i blandingen, mengden av tilsatt olefinisk umettet organisk forbindelse (oligomerer)., polymerens molekylvekt og reaksjonstemperaturen, samt reaksjonstiden.

Betingelsene anvendt ved utførelse av disse forsøk og hoved-egenskapene for de erholdte bitumina er vist i tabellene 2 og 3, det behandlede bitumenet eller utgangsbitumenet er det samme som beskrevet i eksempel 1.

Resultatene vist i tabellene 2 og 3 viser at betingelsene for utførelse av foreliggende fremgangsmåte kan varieres innen de ovenfor beskrevne grenser, og at de erholdte produkter er svært like når de sammenlignes med hverandre med hensyn til plastisitetsintervalDet. Det bør også bemerkes, hvilket frem-går av eksempel 6, at hvis polymerens molekylvekt er for lav vil sluttproduktet være.av dårlig kvalitet og til og med mindre tilfredsstillende enn det bitumen som anvendes som ut-gangsmateriale.

Claims (6)

1. Nye bitumenblandinger karakterisert ved at det ved 140 ;- 220°C blandes et. bitumen med en pene- , treringsverdi i området 30 - 220, ikke kjemisk bundet svovel og en olefinisk umettet organisk forbindelse med den generelle formel:

hvori gruppene , R^ og R^ enten er hydrogen eller metyl, idet j| minst to av disse grupper e: e: metylgruppe, og hvor R er en gruppe i, det vesentlige av hydrokarbonnatur og som eventuelt omfatter. , <!> i I 'cykliske grupper og funksjonelle grupper, såsom en karboksyl- I . gruppe, og hvor gruppen har en molekylvekt slik at molekylvekten av den organiske forbindelse ligger i området 300 - 3000.

2.B landinger ifølge krav 1, karakterisert ved at mengden av olefinisk umettet organisk forbindelse utgjør 5-30 vekt-% av bitumenmengden,og at mengden av tilsatt svovel utgjør 0,2 - 4 vekt-% av mengden av de to andre bestanddeler i blandingen.

3. Blandinger ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den olefinisk umettede forbindelse er en olefinisk polymer med en midlere molekylvekt i området 400 - 2000.

'4. Blandinger ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den olefinisk umettede forbindelse er en blanding av estere av fettsyrer inneholdende 14 - 13 karbonatomer og hø yere alkoholer.

5. Blandinger ifølge kravene 1-4, karakterisert ved at bestanddelene i blandingen er holdt i kontakt med hverandre i minst 10 h.

6. Blandinger ifølge kravene <1 - ' 5., karakterisert ved at bestanddelene i blandingen er blandet i nærvær av en inert gass.