PL50541B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 8. I. 1966 50541 KI. 80 b, 25/06 mkp eoitT UKD Wf »/'* Wspóltwórcy wynalazku: inz. Joachim Lipp, dr inz. Romuald Bogoczek, mgr Kazimierz Skowronski Wlasciciel patentu: Zjednoczenie Przemyslu Izolacji Budowlanej Zaklad Badan i Doswiadczen, Chorzów (Polska) Sposób sporzadzania emulsji bitumicznych Emulsje bitumiczne z asfaltów i smól maja za¬ stosowanie w budownictwie zwlaszcza w budow¬ nictwie drogowym. Do ich wytwarzania niezbedne sa emulgatory, które decyduja o jakosci emulsji.Za najlepsze emulgatory do tego celu uchodza chlorowodorki lub octany amin alifatycznych.Przedmiotem wynalazku jest sporzadzanie emul¬ sji bitumicznych przy uzyciu zwiazków, które do¬ tychczas nie byly stosowane jako emulgatory, dzieki którym uzyskuje sie emulsje o wlasciwo¬ sciach przewyzszajacych emulsje znane.Od emulsji bitumicznych stosowanych w budow¬ nictwie drogowym wymaga sie, aby nie roz¬ warstwialy sie przed zastosowaniem, a szybko rozkladaly sie w zetknieciu z kruszywem w celu szybkiego pokrycia czastek kruszywa substancja bitumiczna. Przy zastosowaniu najlepiej nadaja¬ cych sie do tego celu znanych srodków emulgu¬ jacych chlorowodorków lub octanów dlugolancu- chowyeh amin alifatycznych, uzyskuje sie emulsje bitumiczna zawierajaca do 50% bitumu o trwa¬ losci ograniczonej np. do paru tygodni, zas rozklad emulsji po zetknieciu z kruszywem kwasnym na¬ stepuje po godzinie, a z kruszywem zasadowym nawet po paru godzinach. Emulsja tego samego bitumu otrzymana sposobem wedlug wynalazku moze miec stezenie do 70% bitumu przy stosun¬ kowo malej lepkosci, wykazuje trwalosc wielo¬ krotnie dluzsza np. do kilku miesiecy niz emulsja 10 19 20 35 30 poprzednio wymieniona, a rozklad jej w zetknie¬ ciu z kruszywem nie wymaga w zadnym przy¬ padku czasu dluzszego ponad pare minut. 0 Emulgatory stosowane w sposobie wedlug wy¬ nalazku otrzymuje sie przez alkilowanie dlugo- lancuchowych amin alifatycznych estrami kwa¬ sów arylosulfonowych, w których rodnikiem estry¬ fikujacym jest krótkolancuchowy alkil. Alkilowa¬ nie prowadzi sie do wytworzenia arylosulfonianu aminy drugorzedowej o wzorze 1, lub powtarza sie je do wytworzenia arylosulfonianu aminy trzeciorzedowej o wzorze 2 lub czwartorzedowej o wzorze 3. Zwiazki o wzorach 1, 2, 3, w któ¬ rych Alk oznacza rodnik alkilowy od C12 do C24, Ar oznacza rodnik fenylowy lub rodnik naftylo¬ wy, które ewentualnie moga byc podstawione krótkolancuchowymi alkilami, Rlf R2 i R3 ozna¬ czaja rodniki alkilowe od Ci do C4, nie sa do¬ tychczas znane. Majac na celu sporzadzanie emul¬ sji bitumicznej, a nie uzyskiwanie nowych zwiaz¬ ków chemicznych, nie przerabia sie dalej suro¬ wego produktu alkilowania, lecz stosuje sie go bezposrednio jako emulgator.Reakcje alkilowania wT przypadku aminy pierw- szorzedowej jako substratu przedstawia równa- ArSQ3R + H2NAlk - ArSOs- [RHN2Alk] + 5054150541 Stosowanie estrów kwasów arylosulfonowych z krótkolancuchowymi alkoholami do alkilowania amin jest znane. Estry te w pewnych przypad¬ kach powoduja przylaczanie grupy alkilowej $o azotu wobec czego stosowane sa do wytwarzania fcewnych zwiazków alkiloaminowych. W innych przypadkach estry kwasów arylosulfonowych slu¬ za do wprowadzania do molekuly grupy alkilo¬ wej z pominieciem azotu, jak na przyklad do metylowania morfiny do kodeiny.W celu przeprowadzenia reakcji alkilowania, do aminy stopionej lub rozpuszczonej w roz¬ puszczalniku organicznym wkrapla sie w tem¬ peraturze 80—100° podczas mieszania równocza- steczkowa ilosc estru arylosulfonowego. Po wkro- pleniu calej ilosci utrzymuje sie wymieniona tem¬ perature stosujac chlodzenie jeszcze przez pewien czas np. przez pól godziny. Po odpedzeniu ewen¬ tualnego rozpuszczalnika i po ochlodzeniu otrzy¬ muje sie staly produkt, stanowiacy glównie ary- losulfonian aminy rzedu o jednosc wyzszego niz amina zastosowana do reakcji. Produkt ten bez dalszej przeróbki mozna stosowac do wytworze¬ nia emulsji bitumicznej, albo tez moze on stano¬ wic substrat do wytwarzania arylosulfonianów amin wyzszego rzedu nadajacych sie równiez do wytwarzania emulsji bitumicznych. W tym przy¬ padku z arylosulfonianu uwalnia sie alkiloamine w sposób opisany ponizej a wolna amine poddaje sie ponownie reakcji alkilowania równoczastecz- kowa iloscia estru arylosulfonowego. W celu otrzymania arylosulfonianu aminy trzeciorzedowej przeprowadza sie alkilowanie dwukrotnie, a czwartorzedowej trzykrotnie. i Znane jest przeprowadzanie rozkladu produktu alkilowania, w celu uwolnienia aminy przez dzia¬ lanie %silnych alkaliów i nastepnie oddzielenie aminy w roztworze wodnym w postaci soli np. soli sodowej kwasu arylosulfonowego. Wolna ami¬ ne mozna uzyskac równiez przez rozpuszczenie produktu alkilowania w alkoholu i przez na¬ stepne przeprowadzenie tak otrzymanego roztwo¬ ru przez anionit, który wiaze reszte kwasowa.Przesacz opuszczajacy kolumne wypelniona amo¬ nitem stanowi alkoholowy roztwór wolnej aminy.Kwas arylosulfonowy wydzielony z danego zwiaz¬ ku moze byc zregenerowany i po przeprowadze¬ niu w ester zastosowany w nastepnych szarzach produkcyjnych.Surowy produkt alkilowania stanowiacy glównie arylosulfonian alkiloaminy drugo-, trzecio- lub czwartorzedowej rozpuszcza sie w niewielkiej ilo¬ sci cieplej wody silnie zakwaszonej .kwasem mi¬ neralnym. Korzystne jest stosowanie na 1 czesc wagowa produktu alkilowania okolo 4 czesci wa¬ gowych wody i okolo 0,3—0,5 czesci wagowych stezonego kwasu solnego. Roztwór dodaje sie do calej ilosci goracej wody, w której ma byc zemul- gowany bitum. Tak zaprawiona wode oraz sto¬ piony bitum tj. asfalt lub smole, wprowadza sie równomiernymi strumieniami do dowolnego zna¬ nego mechanicznego urzadzenia do wytwarzania emulsji. Natezenie strumieni obu cieczy reguluje sie tak, aby otrzymac emulsje o zalozonym ste- 15 20 zeniu bitumu. Stezenie osiagalne sposobem wedlug wynalazku wynosi do 70% bitumu przy zastoso¬ waniu 1 czesci wagowej surowego produktu alki¬ lowania na 100—130 czesci wagowych bitumu. 5 W wiekszosci przypadków jako emulgator do wytworzenia doskonalej emulsji bitumicznej wy¬ starcza produkt jednorazowego alkilowania, czyli zawierajacy glównie arylosulfonian aminy drugo- rzedowej. Jednakze w przypadkach . asfaltów 10 szczególnie trudnych do zemulgowania, okazala sie pozadane stosowanie emulgatora zawierajacego arylosulfonian aminy wyzszego rzedu.Przyklad I. W trójszyjnej kolbie o pojem¬ nosci 1000 ml zaopatrzonej w mieszadlo; wkra- placz i termomentr, umieszczono 270 g oktadecy- loaminy i ogrzano do temperatury okolo 60° pa to, aby amina uplynnila sie calkowicie. Po uru¬ chomieniu mieszadla wkroplono w czasie okolo 1 godziny 190 g umieszczonego we wkraplaczu stopionego p-toluenosulfonianu metylu o tempe¬ raturze 30°. W miare postepujacego wkraplania temperatura w kolbie sie podnosila. Gdy tem¬ peratura osiagnela 90°, kolbe chlodzono tak, aby temperatura mieszaniny reakcyjnej utrzymywala sie w granicach 80—100°. Po ukonczeniu wkrapla¬ nia mieszano jeszcze w ciagu okolo pól godziny, utrzymujac w dalszym ciagu wymieniona tempe¬ rature, po czym wylano plynny produkt do kry- 30 stalizatora. Produkt ten, techniczny p-toluenosul- fonian N-metylo-oktadecyloaminy w ilosci 460 g zastygl na dosc twarda mase koloru rózowo-kre- mowego. Produkt ten przy ogrzewaniu mieknie i nie wykazujac wyraznej temperatury topnienia, 35 uplynnia sie calkowicie w temperaturze okolo 100°. Jest on rozpuszczalny w wodzie i w alko¬ holu.Otrzymany emulgator rozpuszczono w 2 1 wody o temperaturze 60° z dodatkiem 0,15 kg stezonego 40 kwasu solnego po czym roztwór wlano do 28 litrów wody o temperaturze 85° i wymieszano.W innym zbiorniku ogrzewanym umieszczono 45 kg asfaltu D-200, który stopiono ogrzewajac go do temperatury okolo 105°. Ciecze z obu 45 zbiorników doprowadzano cienkimi strumieniami do mlyna koloidalnego, który opuszczala trwala emulsja bitumiczna o lepkosci okolo 9CE w tem¬ peraturze 20° i o stopniu dyspersji okolo 6 mi¬ kronów. Goraca emulsje opuszczajaca mlyn koloi- 50 dalny wlewano do beczek. Trwalosc emulsji przy przechowywaniu w beczkach wynosila okolo 5 miesiecy. Emulsja ta w zetknieciu z kruszywem mineralnym rozpadala sie juz po 30 sekundach wiazac kruszywo. 55 Przyklad II. W aparaturze takiej jak opi¬ sana w przykladzie I, umieszczono 200 g mie¬ szaniny pierwszorzedowych amin alifatycznych o dlugosci lancucha weglowego C12—C24 i zawar¬ tosci azotu aminowego 5,85, ogrzano do tempera- 60 tury okolo 60° i wkraplano stopniowo podczas mieszania 205 g stopionego p-toluenosulfonianu etylu o temperaturze 40°. W czasie jednogodzin¬ nego wkraplania oraz dalszego pólgodzinnego mie¬ szania utrzymywano w kolbie temperature- 65 90—110° droga zewnetrznego jej chlodzenia. Po=5 50541 6 zakonczeniu reakcji zawartosc kolby wylano do krystalizatora gdzie zastygla na szara dosc twarda pastowata mase o wlasciwosciach fizycznych po¬ dobnych do produktu otrzymanego w przykla¬ dzie I Emulsje bitumu z uzyciem otrzymanego emul¬ gatora sporzadzono podobnie jak w przykladzie I.Emulsja miala podobne wlasciwosci. Stopien jej dyspersji wynosil 1—6 mikronów, a odpornosc na dzialanie niskich temperatur do —4°.Przyklad III. 450 g produktu otrzymanego w przykladzie I umieszczono w zlewce o pojem¬ nosci 3 000 ml, zadano alkoholem metylowym w ilosci 2000 ml, po czym mieszano mechanicznie do zupelnego rozpuszczenia. Otrzymany roztwór przesaczono przez kolumne zawierajaca zloze anionitu Dowex-l w formie wodorotlenowej o objetosci 1 litra z predkoscia 50 ml/min. Wyciek z kolumny umieszczono w kolbie o pojemnosci 3 litrów zaopatrzonej w chlodnice zwrotna i wkraplacz, z którego wkroplono w ciagu 15 mi¬ nut 185 g stopionego p-toluenosulfonianu metylu o temperaturze 35°. Nastepnie roztwór gotowano przez 3 godziny. Po oddestylowaniu alkoholu me¬ tylowego, plynny produkt w ilosci okolo 440 g wylano do krystalizatora, w którym zastygl na mase koloru kremowego. Analiza wykazala, ze zawieral on ponad 96% p-toluenosulfonianu N-dwumetylo-oktadecylo.aminy.Emulsje bitumu przygotowano podobnie jak w przykladzie I z ta róznica, ze zastosowano 0,2 kg stezonego kwasu solnego, 45 1 wody 0 temperaturze 80° oraz 55 kg asfaltu D-35 ogrza¬ nego do 120p. Otrzymano prawie 55%-owa emulsje bitumiczna o stopniu dyspersji 1—2 mikronów i lepkosci 4°E. Trwalosc w czasie ^magazynowa- nia wynosila 6 miesiecy.Przyklad IV. 440 g produktu otrzymanego wedlug sposobu opisanego w przykladzie III, umieszczono w zlewce £ pojemnosci 3000 ml, za¬ dano alkoholem metylowym w ilosci 2000 ml i mieszano do rozpuszczenia. Otrzymany roztwór przepuszczono przez kolumne silnie zasadowego anionitu jak w przykladzie III. Po czym z prze¬ saczu oddestylowano calkowicie alkohol mety¬ lowy. Pozostalosc umieszczono w zlewce o po¬ jemnosci 1000 ml wyposazonej w mieszadlo i wkraplano stopniowo 180 g stopionego p-tolu¬ enosulfonianu metylu, utrzymujac temperature 100—120°. Po ukonczeniu wkraplania mieszano jeszcze pól godziny i pozostawiono do ostygnie¬ cia. Produkt w ilosci okolo 440 g po zakrzepnieciu stanowil biala mase dobrze rozpuszczalna w wo¬ dzie i w alkoholu a nie rozpuszczalna w benze¬ nie, nie posiadajaca * okreslonej temperatury top¬ nienia lecz mieknaca przy ogrzaniu. Analiza wy¬ kazala, ze produkt zawieral okolo 98% p-tolueno¬ sulfonianu N-trójmetylo-oktadecyloamoniowego.Emulsje o szczególnie dobrych wlasciwosciach, a mianowicie stopniu dyspersji wynoszacym okolo 1 mikrona, lepkosci 2°E, trwalosci na magazyno¬ wanie okolo 8 miesiecy, odpornosci na dzialanie niskich temperatur do okolo —7°, czasie wiazania okolo 20 sekund sporzadzono wedlug sposobu opi¬ sanego w przykladzie I.Przyklad V. W aparaturze opisanej w przy¬ kladzie I umieszczono 300 g mieszaniny pierwszo- rzedowych amin alifatycznych o dlugosci lancucha weglowego Ci8—C24, o zawartosci 4,67% azotu aminowego, ogrzano do stopienia i w sposób po¬ dobny jak w przykladzie I wkroplono 200 g ben- zenosulfonianu propylu. Po zakonczeniu reakcji do kolby dodano 210 g 30%-owego lugu potaso¬ wego. Dokladnie wymieszano w temperaturze 50—70° i po odstaniu oddzielono warstwe wodna.Warstwe organiczna przemyto goraca woda, umieszczono powtórnie w poprzedniej aparaturze i poddano reakcji z benzenosulfonianem metylu przez wkroplenie 185 g tego zwiazku. Po ukon¬ czeniu reakcji zmieszano dokladnie z 210 g 30%-owego lugu potasowego w temperaturze 50—70° i po rozwarstwieniu warstwe organiczna przemyto goraca woda. Pólprodukt organiczny umieszczono w zlewce o pojemnosci 1000 ml i mieszajac wkroplono 170 g benzenosulfonianu metylu. Po zakonczeniu reakcji egzotermicznej i ostygnieciu, uzyskano okolo 510 g kremowej twardej masy.Emulsje sporzadzono jak w przykladzie I sto¬ sujac nastepujace ilosci surowców: 65 g asfaltu D-35 ogrzanego do temperatury 120°, 0,2 kg ste¬ zonego kwasu solnego, 35 kg wody. Otrzymano emulsje o stezeniu okolo 65% asfaltu. Zaleta za¬ stosowanego w tym przypadku emulgatora jest latwosc przeprowadzania vdo emulsji materialów trudno ulegajacych emulgowaniu. Wlasciwosci otrzymanej emulsji nie odbiegaja w zasadzie od wlasciwosci emulsji opisanej w przykladzie I. PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób sporzadzania emulsji bitumicznych na drodze emulgowania bitumu w srodowisku wod¬ nym w obecnosci srodka emulgujacego, znamienny tym, ze jako srodek emulgujacy stosuje sie arylo- sulfoniany drugo-, trzecio- lub czwartorzedowej alkiloaminy o wzorach 1, 2 lub 3, w których Alk oznacza rodnik alkilowy od C12 do C24, Ar oznacza rodnik fenylowy lub rodnik naftylowy, które ewentualnie moga byc podstawione krótko- lancuchowymi alkilami, R1# R2 i R3 oznaczaja rodniki alkilowe od Ci do C4, otrzymane przez alkilowanie dlugolancuchowych amin alifatycz¬ nych estrami kwasów arylosulfonowych, w któ¬ rych rodnikiem estryfikujacym jest krótkolancu- chowy alkil przy czym stosunek ilosciowy sklad¬ ników emulsji dobiera sie tak, zeby zawartosc bitumu w emulsji wynosila do okolo 70% zas stosurtek wagowy emulgatora do bitumu 1 :100— —1 :130. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6050511 Nzórl H i a-N-Aik i H Ar 60, Nzór2 I RrN-Alk H ArSO, Nzór 3 i + i R-N-Alk i . *3 _ ArSO, RSW „Prasa", Wr. Zam. 2814/65. Naklad 500 egz. PL