Wynalazek niniejszy dotyczy wytwa¬ rzania wodnych dyspersyj materjalów bi¬ tumicznych, zwlaszcza bitumów pochodza¬ cych z destylacji ropy, przyczem lepkosc wytwarzanych dyspersyj jest wieksza ani¬ zeli lepkosc dyspersyj, otrzymywanych z tych samych materjalów bitumicznych in- nemi znanemi sposobami.Do pewnych celów, np. do budowy na¬ wierzchni drogowych, czesto jest bardzo pozadane poslugiwanie sie dyspersjami ma¬ terjalów bitumicznych o duzej lepkosci.Zwykle sposoby otrzymywania takich dys¬ persyj polegaja na zwiekszaniu ilosci pro¬ centowej fazy rozproszonej, co znacznie zwieksza koszt produktu ostatecznego, al¬ bo tez na dodawaniu do dyspersji jakiegos srodka zageszczajacego, którego obecnosc moze byc bardzo niepozadana. Jesli udalo¬ by sie materjal bitumiczny tak potrakto¬ wac, zeby przy danej ilosci procentowej fa¬ zy rozproszonej spowodowac wzrost lep¬ kosci dyspersji, to moznaby uniknac wyzej wspomnianych niedogodnosci.Wiadomo, ze dyspersje wodne niektó¬ rych materjalów bitumicznych, np. asfal¬ tów, wykazuja szczególnie wysoka lepkosc, przyczem stwierdzono, ze przypisac ja na¬ lezy obecnosci w fazie rozproszonej pew¬ nych skladników, pochlaniajacych wode zfazy rozpraszajacej. Stwierdzono, ze to po¬ chlanianie wody spowodowane jest róznica miedzy cisnieniem oskiottcznem roztworu, wytworzonego przez rozpuszczenie sie wspomnianych skladników w wodzie, oklu- dowanej w rozproszonym materjale bitu¬ micznym, a cisnieniem osmotycznem roz¬ praszajacej fazy wodnej. W stanie równo¬ wagi oba te cisnienia osmotyczne sa równe.Jak wiadomo, lepkosc wodnej dyspersji w danych warunkach zalezy od stezenia fazy rozproszonej w ukladzie: Jesli zatem faza rozproszona bedzie okludowala wode, stanowiaca zwykle czesc fazy rozpraszaja¬ cej, to stezenie fazy rozproszonej zwiekszy sie, a lepkosc tern samem wzrosnie.Zgodnie z wynalazkiem sposób obróbki materjalów, w celu otrzymania z nich wod¬ nych dyspersyj o stosunkowo wysokich lepkosciach, polega na tern, ze do wymie¬ nionych materjalów przed ich rozprasza¬ niem wlacza sie niewielkie ilosci mialko rozdrobionych substancyj, powodujacych przechodzenie wody z fazy rozpraszajacej do fazy rozproszonej. Stosuje sie takie sub¬ stancje, które z woda, okludowana przez czastki materjalu rozproszonego, daja roz¬ twory, wykazujace cisnienia osmotyczne wyzsze od cisnien osmotycznych fazy wod¬ nej.Substancjami odpowiedniemi do tego celu sa przewaznie substancje rozpuszczal¬ ne w wodzie, a wiec elektrolity, jak kwasy, zasady i sole, np. chlorki, siarczany, azota¬ ny, octany metali alkalicznych, dalej zwiazki organiczne, jak weglowodany, np. cukier trzcinowy, lub alkohole, jak glicery¬ na lub glikol, fenole, jak krezol, i t. d. Inna odpowiednia klasa substancyj, które moz¬ na w powyzszym celu stosowac, sa koloidy lyofilowe, które pomimo, ze nie rozpu¬ szczaja sie w wodzie, moga jednak spowo¬ dowac adsorbcje wody do wnetrza fazy rozproszonej dzieki temu, ze w wodzie pecznieja. W ostatnim przypadku osiagana równowaga osmotyczna nie jest tego same¬ go typu, co równowaga, ustalajaca sie w przypadku stosowania rozpuszczalnych w wodzie substancyj, jak elektrolitów albo weglowodanów, jest jednakze do tej równo¬ wagi zblizona.Dalszemi substancjami, nadajacemi sie do uzycia przy wykonaniu sposobu wedlug wynalazku, sa zwiazki rozpuszczalne albo latwo rozpraszalne w materjale bitumicz¬ nym, wytwarzajace w zetknieciu z woda substancje rozpuszczalne w wodzie, np. trójchloroetylen, który stykajac sie z wo¬ da, odszczepia chlorowodór. Okazalo sie, ze jesli 1% trójchloroetylenu domieszac do materjalów bitumicznych, to lepkosc wod¬ nych dyspersyj, otrzymanych z tych mate¬ rjalów, znacznie wzrasta.Reasumujac, do celów wynalazku moz¬ na stosowac wszelkie substancje, które w roztworze wodnym powoduja znaczny wzrost cisnienia osmotycznego.Substancje te mozna wlaczac do mate¬ rjalu, przeznaczonego do obróbki, w stanie stalym albo w postaci roztworu. W przy¬ padku wlaczania substancyj w postaci roz¬ tworu, mozna mieszanine przed rozprosze¬ niem poddac obróbce takiej, jak suszenie lub destylacja, az do osiagniecia zadanej konsystencji albo tez do calkowitego usu¬ niecia rozpuszczalnika. Mozna równiez mieszanine rozpraszac bez suszenia lub de¬ stylacji.Dyspersje wodne o wysokich lepko¬ sciach z materjalów, potraktowanych zgod¬ nie z wynalazkiem, wytwarza sie jakakol¬ wiek metoda, stosowana zwykle do wytwa¬ rzania tego rodzaju dyspersyj, przy uzyciu jakiegokolwiek ze znanych srodków emul¬ gujacych lub rozpraszajacych oraz stabili¬ zatorów, Ustalono równiez, ze naogól dodawana substancja, rozpuszczalna w wodzie, aby byla skuteczna, musi byc rozdzielona w ma¬ terjale rozpraszanym do wielkosci czastek bardzo malej w porównaniu z wielkoscia czastók materjalu rozproszonego w ofcta- — 2 -tecznej dyspersji wodnej. Jesli czastki sub¬ stancji rozpuszczalnej w wodzie zblizaja sie swa wielkoscia do czastek rozproszone¬ go materjalu, wówczas, po pochlonieciu wody, srednica kuleczek materjalu rozpro¬ szonego staje sie naogól zbyt wielka, wsku¬ tek czego czastki rozproszone nie pozosta¬ ja stale w stanie rozproszenia i stracaja sie.Powoduje to w dalszym ciagu przedostanie sie substancji rozpuszczalnej w wodzie do wodnej fazy rozpraszajacej, gdzie wywiera ona efekt wprost przeciwny pozadanemu.W pewnych przypadkach wlaczenie sub¬ stancji rozpuszczalnej w wodzie do mate¬ rjalu rozpraszanego, w stanie dostateczne¬ go rozdrobnienia, osiaga sie przez proste zmieszanie, przyczem o ile materjal ten jest normalnie staly, to zaleca sie przepro¬ wadzic go w stan plynny lub pólplynny, np. zapomoca ogrzewania. Jesli przez proste zmieszanie nie udaje sie osiagnac dosta¬ tecznego rozdzielenia substancji dodawa¬ nej w materjale rozpraszanym, wówczas stosuje sie metody specjalne. Chcac np. o- trzymac asfalt, dajacy dyspersje o duzej lepkosci, mozna do surowej ropy albo tez do oleju, z którego asfalt ma byc otrzyma¬ ny jako pozostalosc podestylacyjna, dodac odpowiednia ilosc chlorku sodowego albo innego elektrolitu.W razie potrzeby mozna dodac rozpu¬ szczalna w wodzie substancje do czesci calkowitej ilosci materjalu, przeznaczone¬ go do rozproszenia, a czesc te nastepnie zmieszac z reszta. Tak np., w przypadku przygotowywania do dyspersji bitumu o twardosci (penetracji) 300, który otrzymu¬ je sie przez zmieszanie twardszego bitumu z olejem, mozna olej albo jego czesc po¬ traktowac substancja rozpuszczalna w wo¬ dzie, a nastepnie zmieszac go z twardym bi¬ tumem.Aby osiagnac dostateczne rozdzielenie dodawanej substancji, rozpuszczalnej w wodzie, w materjale, który ma sie rozpra¬ szac, czesto dobrze jest wlaczyc ja do tego materjalu w postaci dyspersji. Bedzie to wiec dyspersja typu „wody w oleju"; wy¬ twarza na ja przy pomocy odpowiednich cial, sprzyjajacych wytwarzaniu takiej dyspersji. Innemi slowy, materjal, ostatecz¬ nie rozpraszany w wodzie, zawiera w sta¬ nie rozproszonym rozpuszczalna w wodzie substancje. Cialami, sprzyjajacemi wytwa¬ rzaniu dyspersji typu „wody w oleju" sa nierozpuszczalne w wodzie mydla, jak ole- jany glinu; magnezu ltilb wapnia, oraz takiez zywiczany, sulfonjamy i substancje podob¬ ne, rozpuszczalne lub rozpraszalne w obra¬ bianym materjale.W praktycznem wykonaniu tej postaci wynalazku substancje rozpuszczalna w wo¬ dzie oraz cialo, sprzyjajace wytwarzaniu dyspersji typu „wody w oleju", mozna do¬ dawac osobno do materjalu przeznaczone¬ go do rozpraszania, albo tez mozna naj¬ pierw przygotowac mieszanine substancji, rozpuszczalnej w wodzie, z wymienionem cialem, a nastepnie mieszanine te dodawac do obrabianego materjalu. Materjal w razie potrzeby mozna nastepnie przed rozpra¬ szaniem poddac dalszej obróbce, jak su¬ szeniu lub destylacji.Jak stwierdzono powyzej, substancja, rozpuszczalna w wodzie, moze wywierac swój wplyw, polegajacy na zwiekszaniu lepkosci, tylko dopóty, dopóki jest wlaczo¬ na do czastek rozproszonego materjalu, z chwila zas, gdy przedostanie sie do fazy rozprasza jacej, wywiera skutek wprost przeciwny.Waznem zatem jest, by podczas wyko¬ nywania wynalazku w praktyce dyspersja substancji, rozpuszczalnej w wodzie, w czastkach materjalu rozproszonego byla mozliwie trwala.Dyspersje wytwarzane innemi sposoba¬ mi wykazuja naogól tendencje do retro- gresji, to znaczy lepkosc ich, która poczat¬ kowo po wytworzeniu wzrasta, po osiagnie¬ ciu pewnego maximum zaczyna sie zmniej¬ szac. Przy racjonalnem przeprowadzeniu — 3 —procesu wedlug wynalazku zjawisko to nie wystepuje i lepkosc wytworzonych dysper- syj przez dluzszy czas pozostaje stala.Stwierdzono, ze o ile nawet wystepuje pew¬ na retrogresja, to jest ona mniejsza od wystepujacej normalnie w dyspersjach lep¬ kich, wytworzonych iimemi sposobami.Sposobem wedlug wynalazku mozna zatem metyjko wytworzyc dyspersje, które, jak w przypadku dyspersji maierjalów bitu¬ micznych, wykazuja lepkosc nawet 5 do 6- krotnie wieksza niz dyspersje tych samych materialów, wytworzone innemi sposoba- mi, lecz takze otrzymac dyspersje trwale przez dluzszy czas i nie wykazujace ten¬ dencji do retrogresji.Okazalo sie, ze wymienione wyzej ciala, sprzyjajace wytwarzaniu dyspersji typu ,rwody w oleju" i dodawane do materjalu rozpraszanego wraz z substancja rozpu¬ szczalna w wodzie, wplywaja równiez na trwalosc lepkosci w dyspersji ostatecznej.W specjalnych przypadkach moze byc po¬ zadane dodawanie substancji specjalnie dzialajacej, jako utrwalacz lepkosci. Do¬ datek ten najlepiej wprowadzac do mate¬ rjalu, przeznaczonego; do rozproszenia, wraz z substancja rozpuszczalna w wodzie.Takiemi utrwalaczami moga byc sulfoniany alkaliczne, guma Dammar oraz inne po¬ dobnie dzialajace substancje.Przyklad L Bo surowego oleju asfal¬ towego wprowadza sie 0,57% -owy wodny roztwór chlorku sodu w ilosci 1,75% (w stosunku wagowym) i mieszanine przepro¬ wadza przez szybko obracajacy sie dezyn- tegrator, znany pod nazwa mlyna koloido¬ wego, lub inny aparat, umozliwiajacy do¬ kladne rozdrobnienie. Olej tak obrobiony poddaje sie nastepnie normalnej destyla¬ cji dopóty, az smola pozostalosciowa wy¬ kaze stopien twardosci (penetracje) = 200.Tak przygotowana smole rozprasza sie na¬ stepnie w 1,5% -wym roztworze olejami po¬ tasowego przy pomocy tak zwanego mlynu Hurella. Otrzymuje sie dyspersje, zawiera¬ jaca 58% bitumu i wykazuja lepkosc 0,3^ jednostek bezwzglednych lepkosci (poisów), Dla porównania wytworzono w podob¬ nych warunkach dyspersje ze smoly, otrzy¬ manej w analogiczny sposób, jednakze bez dodatku chlorku sodowego. Wytworzona dyspersja wykazywala lepkosc 0,25 poisów.Przyklad II. Do smoly pozostaloscio¬ wej (z ropy venezueUkiej), która destylo¬ wano az do twardosci (penetracji) = 300, dodano 0,57 % -ego wodnego roztworu chlor¬ ku sodu w ilosci 3,4% (w stosunku wago¬ wym) i po ogrzaniu do temperatury 90° -s- 120°C przeprowadzono mieszanine w stan jednorodny. Dyspersja otrzymana z tak obrobionej smoly, sposobem podanym w przykladzie I, wykazywala izawartosc bi¬ tumu 58% oraz lepkosc 0,44 poisów.Dyspersja, otrzymana w celach porów¬ nawczych w podobnych warunkach ze smo¬ ly tak samo przerabianej, jednakze bez do¬ datku chlorku sodu, wykazywala lepkosc 0,12 poisów.Przeklad III. W warunkach podob¬ nych jak wyzej, do materjalu, przeznaczo¬ nego do rozproszenia, starannie mieszajac, wprowadzono 20%-wy roztwór azotanu so¬ dowego w ilosci 0,2%, poczem materjal rozproszono w równej ilosci roztworu wod¬ nego, zawierajacego 1% olejanu potasu i 0,05% wodorotlenku potasowego.Przyklad IV. W warunkach podob¬ nych jak wyzej, do materjalu, przeznaczo¬ nego do rozproszenia, starannie mieszajac, wprowadzono 0,1% handlowego kwasu solnego, poczem materjal rozproszono w przyblizeniu w równej ilosci wodnego roz¬ tworu, zawierajacego 1% olejami potaso¬ wego i nadmiar alkaljów, dostateczny do zobojetnienia kwasu solnego i utrzymania slabej alkalicznosci w dyspersji ostatecz¬ nej.Przyklad V. Asfalt, otrzymany z ro¬ py venezuelskiej, traktuje sie uprzednio przygotowana jednorodna mieszanina za¬ wierajaca 0,2% olejanu albo stearynianu - 4 -glinowego* 0,05% chlorku potasowego, 0,1-J- 0,5% nafty albo innego oleju mine¬ ralnego i 0,4% wody (ilosci procentowe w odniesieniu do ciezaru asfaltu). Calosc roz¬ prasza sie w równej ilosci roztworu wod¬ nego, zawierajacego 1% olejanu potasowe¬ go i 0,05% wodorotlenku potasowego.Przyklad VI. Ten sani materjal, co w przykladzie V, traktuje sie 0,6% wagowe- mi jednorodnej mieszaniny, zawierajacej 50% sulfonjanu magnezowego, otrzymane¬ go z rozpuszczalnych w oleju kwasów sul¬ fonowych, powstajacych. przy sulfonowa¬ niu oleju smarowego lub przy reakcjach podobnych, 25% oleju wrzecionowego, 10% chlorku sodowego i 15% wody, a nastepnie rozprasza sie jak w przykladzie V.Przyklad VII. Asfalt, typu podanego w przykladzie II, przeprowadza sie w stan ciekly zapomoca ogrzewania do tempera¬ tury 90° -h- 120°C i miesza go dokladnie z 0,3 -^ 0r5% wagowemu gliceryny, poczem mieszanine rozprasza sie, jak w przykla¬ dzie V.Przyklad VIII. Czesc stosowanej w przykladzie VII gliceryny izastepuje sie so¬ la alkaljów, stosujac np. 0,2% gliceryny i 0,02% chlorku sodowego (iw stosunku do wagi obrabianego materjalu). Wymienione skladniki miesza sie ze soba starannie przed ich wlaczeniem do materjalu roz¬ praszanego.Przyklad IX. Stosowana w przykla¬ dzie VII lub VIII gliceryne, z dodatkiem lub bez dodatku soli, miesza sie z pewna iloscia sulfonianu sodowego, rozpuszczal¬ nego w oleju i uzytego w ilosci 0,01 % w stosunku do wagi rozpraszanego materja¬ lu.Przyklad X. Równe ilosci 20%-wego wodnego roztworu octanu sodowego oraz 4%-wego roztworu gumy Dammar w oleju mineralnym emulguje sie ze soba, poczem energicznie mieszajac dodaje sie 1% tej e- mulsji do asfaltu, otrzymanego przez de¬ stylacje olejów oraz ogrzanego do 90° -i- 120°C. Asfalt tak przygotowany rozprasza sie, jak w przykladzie V.Przyklad XI. 20%-wy roztwór zela¬ tyny w wodzie wprowadza sie w ilosci 1% do stopionego materjalu bitumicznego, a nastepnie materjal rozprasza sie w znany sposób.W powyzszych przykladach omówiono specjalnie obróbke i rozpraszanie pozosta¬ losci po destylacji ropy, wynalazek jed¬ nakze nie ogranicza sie tylko do tych ma- terjalów, jak to zaznaczono na poczatku opisu.Wynalazek umozliwia równiez regulo¬ wanie lepkosci wodnych dyspersyj mate- rjalów rozpraszanych bez wzgledu na to, czy ich dyspersje wodne posiadaja z natu¬ ry wysoka lepkosc, czy tez dyspersje te o- trzymano z materjalów obrobionych zgod¬ nie z wynalazkiem. Regulowanie to polega na zmienianiu róznicy cisnien osmotycz¬ nych, panujacych w czastkach rozproszo¬ nego materjalu oraiz w wodne} fazie roz¬ praszajacej. Tak wiec np., jesli wodna dys¬ persja wykazuje wysoka lepkosc, a poza¬ dane jest obnizenie tej lepkosci, to do wod¬ nej fazy rozpraszajacej dodaje sie pewna ilosc substancji rozpuszczalnej w wodzie.Równowaga cisnien osmotyeznych zostanie wówczas zaklócona, i woda bedzie sie wy¬ dzielala z czastek materjalu rozproszone¬ go do fazy rozpraszajacej dopótyr az rów¬ nowaga zostanie przywrócona. W ten spo¬ sób lepkosc dyspersji wodnej zostaje zmniejszona.Takie regulowanie lepkosci dyspersji ma duze znaczenie w praktyce, gdyz zapo¬ moca dotychczasowych sposobów trudno by¬ lo osiagnac dokladnie zadany stopiefilep¬ kosci dyspersji ostatecznej. Moze sie na - przyklad izdarzyc, ze 2 kolejne porcje asfaltu tego samego pochodzenia po rozpro¬ szeniu dadza dyspersje o róznej lepkosci, a to dzieki róznym zawartosciom procento¬ wym skladników, wplywajacych na cisnie¬ nie osmotyczne. Równiez dyspersje, otrzy- — 5 —mane z materjalów obrobionych zgodnie z wynalazkiem, moga niekiedy wykazywac nadmierna niepozadana lekkosc. We wszystkich tych przypadkach mozliwem sie staje sprowadzenie lepkosci do zadane¬ go stopnia zapomoca dodawania do dys- persyj okreslonych ilosci substancyj roz¬ puszczalnych w wodzie.Substancjami odpowiedniemi do obni¬ zania lepkosci sa np. elektrolity, niepowo- dujace flokulacji, jak wodorotlenki alka¬ liczne. Mozna równiez do tego celu stoso¬ wac zwiazki organiczne. PL