WO1997026299A1 - Gummi umfassende granulate, verfahren zu ihrer herstellung und verwendung in bitumenmassen - Google Patents

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WO1997026299A1
WO1997026299A1 PCT/DE1997/000062 DE9700062W WO9726299A1 WO 1997026299 A1 WO1997026299 A1 WO 1997026299A1 DE 9700062 W DE9700062 W DE 9700062W WO 9726299 A1 WO9726299 A1 WO 9726299A1
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WO
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rubber
bitumen
granules
granulate
kneader
Prior art date
Application number
PCT/DE1997/000062
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English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Rettenmaier
Original Assignee
J. Rettenmaier & Söhne Gmbh + Co.
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Application filed by J. Rettenmaier & Söhne Gmbh + Co. filed Critical J. Rettenmaier & Söhne Gmbh + Co.
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L19/00—Compositions of rubbers not provided for in groups C08L7/00 - C08L17/00
    • C08L19/003—Precrosslinked rubber; Scrap rubber; Used vulcanised rubber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C08L17/00—Compositions of reclaimed rubber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2207/00—Properties characterising the ingredient of the composition
    • C08L2207/20—Recycled plastic
    • C08L2207/24—Recycled plastic recycling of old tyres and caoutchouc and addition of caoutchouc particles

Definitions

  • EP 305 225 B1 (DE 38 85 974 T2) describes a binder which comprises 8 to 10% by weight of rubber powder, 4 to 6% by weight of heavy oil with a naphthenoaromatic character and 2 to 3% by weight of catalyst contains, the rest of 100% by weight consists of bitumen.
  • the various ingredients of the binder are intimately mixed with one another.
  • the mixture is brought to a temperature in the range between 175 and 185 ° C., which is maintained with stirring for two hours, a final viscosity between 0.600 and 0.650 Pa.s being established.
  • the temperature of the mixture is then reduced to a value which does not exceed 160 ° C., a viscosity which does not exceed 1,000 Pa.s being established.
  • the mass is stored in a hermetically sealed container without stirring for a period of up to ten hours, at the end of which there is a viscosity which does not exceed 1,000 Pa.s before the mixture is pumped and again to an Temperature in the range between 175 and 185 ° C is heated, whereupon it is ready to use.
  • asphalt is mixed with particles of synthetic or natural rubber at a temperature of 160 to 200 ° C to bring the particles into suspension.
  • the temperature is then increased to 220 to 260 ° C. and air is blown in under high pressure in order to partially devulcanize the rubber parts.
  • the mixture is then homogenized in a suitable device for several hours.
  • a vulcanizing agent is then added and the mixture is stirred again.
  • the mixture is then ready for use. It can be stored at 150 to 175 ° C longer than a comparable mixture before it is applied to the traffic area.
  • DE-OS 21 19 178 discloses a method for producing a road surface made of macadam, filler material and a binder in the form of asphalt, in which the macadam to be mixed with the filler material and the binder is mixed with rubber vulcanizate particles after heating, which are added in the solid state. Due to the high temperature of the heated macadam, the rubber vulcanizate should adhere to the heated rock particles in the macadam as a result of a partial thermal change or decomposition.
  • FR-A 25 67 447 describes a bitumen-rubber mixture which is longer at a temperature of above 150 ° C. (to achieve a thin liquid sufficient for mixing into an asphalt) and below 160 ° C. (starting point of the devulcanization of the rubber) Time can be stored.
  • the object of the invention is to simplify the provision of rubber asphalt for traffic surface coverings and thus to make it more economical.
  • the idea here is to produce covering mixtures which are no longer ready and in which the rubber is already present and which, in their entirety, have to be kept at high temperature for a relatively long time during manufacture and then in the finished state until installation. Instead, a kind of masterbatch should be kept in solid form, which contains the rubber in high concentration and which is only added at the last moment immediately before the covering is applied in a normal asphalt mixing plant.
  • the granules should be free-flowing at normal temperature, ie the granules should not adhere to one another at ambient temperatures of up to about 40 ° C., so that they can be easily conveyed and metered in winter and summer.
  • the granules can be packaged in packs or delivered in appropriate transporters that have pneumatic conveying devices. Because the granulate cools down after its production and is kept cold, it has a practically unlimited shelf life.
  • the processor can prepare the asphalt mixture according to his wishes and add a higher or lower rubber content from a stock that is not subject to any changes in quality.
  • the granules are highly concentrated, so that the transport and storage quantities can be kept relatively low.
  • the granules in which an external heating and the mixing of the components takes place at very high temperatures during manufacture, can be homogeneous. It can then not be spoken of a distribution of rubber particles in the material of the granulate, because the rubber particles lost their individuality during the homogenization and have joined together with the polymeric material to form a homogeneous new mixture in which the rubber is no longer particles but only emerges with its elasticity-enhancing properties.
  • the granules are not homogeneous.
  • the rubber particles are still preserved as such and are held together by a portion of thermoplastic material. It is only when the actual bituminous mixture (road surface or the like) is being produced that the granules are dissolved in the mixture, whereby the components partially dissolve.
  • dissolve means on the one hand the dissolution of the granules in a melt, for example melted bitumen.
  • melting of the granules in contact with a heated rock aggregate intended for an asphalt mixture should also be meant.
  • the homogeneous mixture of granulate and binder spreads over the surface of the aggregate and adheres particularly well to the rock due to the rubber content. The rubber also improves the elasticity of the Binder.
  • the dissolution of the granulate in the asphalt mixing plant also leads to a more uniform and faster distribution of the portions introducing the rubber properties into the asphalt in the entire asphalt mixture, because the rubber is already pre-distributed to a certain extent in the polymeric material or the bitumen as the carrier material.
  • the asphalt mixing plant can work in its normal mode of operation and with short mixing times of less than one minute, without taking into account the distribution of the rubber.
  • premix for the addition of rubber to bituminous coverings
  • CH-PS 479 773 where the premix contains 70 to 90 parts by weight of rubber, 5 to 20 parts by weight of cork and 5 to 10 parts by weight of inorganic filler. so no bitumen.
  • the desired chemical reaction between the rubber and the bitumen therefore does not take place during the production of the premix, but only later when the premix is mixed into the asphalt. It is therefore only a mechanical premix. Accordingly, it is also not possible to keep this premix ready as granules.
  • the advantages of the invention are not given.
  • the granulated preliminary product is introduced into the asphalt mixer, whereby the binder melts and a uniform distribution of the filling fibers in the total amount of the asphalt mixture is ensured, free of filler fiber nests. A reaction of the bitumen of the granules with the filling fibers comparable to the reaction of the rubber does not take place.
  • the polymeric material which in a variant of the invention is the partner of the rubber, can be a polymeric plastic, e.g. an elastomer such as SBS (styrene-butadiene-styrene), SBR (styrene-butadiene random) or EVA (ethylene vinyl acetate).
  • SBS styrene-butadiene-styrene
  • SBR styrene-butadiene random
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • thermoplastic material is also possible, e.g. Plastic waste such as PP (polypropylene) or PE (polyethylene).
  • bitumen is the reactant of the rubber.
  • the polymeric material and rubber or bitumen and rubber are the main constituents of the granulate, but this can also contain 0 to 25% by weight of additives which improve the properties of the rubber asphalt (claim 4).
  • the granulate in particular, the composition specified in claim 5, which can also include, according to claim 6, a small amount of activators which are known in the prior art for vulcanization processes.
  • cellulose fibers which can be present in an amount of 0.1 to 20% by weight of the granules.
  • the addition of cellulose fibers improves the pelletizability in the production of the granules and, on the other hand, leads to an initial stabilization of the bitumen as long as the vulcanization has not yet started fully.
  • the invention also extends to methods for producing the granulate. Two procedures are proposed that differ significantly. In the first procedure (claims 8 to 18), the mixture resulting in the granulate is subjected to a high shear stress at relatively high temperatures, which is intended to result in a schematic integration of the components already present in the granulate.
  • the polymeric material or the bitumen and rubber granules are mixed in a kneader at temperatures of 150 ° C to 300 ° C on the housing wall of a homogenization and the resulting homogeneous material is then granulated.
  • the strong flexing of the material to be homogenized leads to an increase in temperature within the same, which can be considerable and already depolymerizes the rubber components.
  • the rubber is on the one hand easy to distribute and on the other hand particularly reactive, so that the unsaturated molecule groups on the one hand of the rubber part on the other hand the part of the polymer material or the part of bitumen or any other part come together to create a new compound .
  • the rubber granulate used in the production of the granulate should be pre-shredded to the extent that it can be carried out on normal shredding systems that work with a knife cut or with the rubber embrittled by liquid nitrogen, i.e. it should have a maximum grain size of less than 1.0 mm (claim 11).
  • the rubber granules can be added cold to the bitumen preheated to 150 ° C to 300 ° C in the kneader (claim 12).
  • 0% to 25% of the total amount of additives to be homogenized can be added in the kneader (claim 14), such as thermoplastic or egg-elastomeric plastics, heavy oils, fatty acids and / or fine fibers (claim 15) .
  • the additives improve the performance properties of the asphalt mixture provided with it.
  • An important specific embodiment of the method is the particularly high shear forces according to claim 16, which on the one hand continuously bring together the reactive groups of the main components of the granulate intensively and also lead to particularly strong heating due to the flexing or shearing work, which leads to homo ⁇ Geneticizing mass brings in temperature ranges, which causes the material to a particularly pervasive reaction, the result of which is a surprising improvement in the elastic properties of an asphalt mixture made with the granules, as is evident from the following test examples.
  • a kneader with particularly high shear forces is a so-called dispersion kneader (claim 17) according to DE 32 16 939 C2, which is also in the article by P. Rieg “STATOR-ROTOR” in the magazine “Kunst ⁇ stoffe "85 (1995), No. 2, pages 196 to 200.
  • the fine rubber granules, the sulfur, the vulcanization accelerator, the thermoplastic, optionally the activators and optionally the Cellulose fibers are mixed dry at ambient temperature and then compacted and pelletized on a pellet press.
  • the mixture is pressed according to claim 20 through a perforated disc, the friction causing a considerable increase in temperature up to the order of 120 ° C to 150 ° C within the mixture, which leads to a plasticization of the thermoplastic material, which in turn for the Binding of the mixture in the pellets, which cool immediately after leaving the perforated disc, is decisive.
  • the pellets can be cut off from the strands emerging from the individual holes of the perforated disc. Experience has shown, however, that after leaving the perforations, the strands also disintegrate into short pieces resulting in the granules. Values approximately in the range from 3 to 7 mm can be considered as the hole diameter and, accordingly, the pellet strand diameter.
  • the free-flowing cold rubber granulate is metered directly into the mixer at the mixing plant for the asphalt mixture. A previous stirring of the gum into the Bitumen is not necessary. When the granules dissolve in the hot bitumen, the bitumen distributes itself sufficiently uniformly in it. The bitumen therefore remains unchanged in viscosity until it is added to the mixer.
  • All other components of the asphalt mixture to be produced are metered in as usual at the mixing plant. There is no need to convert the system to the use of the granules according to the invention.
  • the preferred source for the rubber granulate is shredded waste rubber, in particular waste tires (claim 21), which can be reused to a greater extent in this way.
  • the invention also relates to a method for producing a rubber asphalt mixture for road surfaces and the like according to claim 22, in which in the production of a conventional asphalt mixture from bitumen and a granular, grain-size-graded mineral fraction in a normal and normally operated asphalt mixing plant as a masterbatch for the Introducing the Gummian ⁇ portion of a granulate according to claims 1 to 8 is added.
  • This aspect relates to the basic idea of the invention insofar as it deals with the idea of granules, i.e. the separation of the components of the asphalt mixture and the rubber portion until shortly before the actual rubber asphalt is produced.
  • Asphalt mixes with selectable rubber components can be produced in a simple manner without any special effort with regard to the asphalt mixing plant and without the need to provide hot liquid premixes in insulating containers and without regard to processing times.
  • the rubber-containing granulate remains at normal temperature until it is added in the asphalt mixing plant during the production of the asphalt mixture.
  • the granulate is added to the heated mineral portion added.
  • the material was homogenized once using a double Z kneader at temperatures of 180 ° C. on the wall of the kneader housing.
  • the double Z kneader is also referred to as a "double-bladed trough kneader” and is published in the "Plastics Machine Operator", 3rd edition, published by Dr.-Ing. Friedrich Johannaber, Carl Hanser Verlag Kunststoff Vienna, 1992, page 713.
  • the housing of the double-Z kneader used in the experiments was double-walled, and heated oil was passed through the space between the walls, the temperature of which was taken as the "temperature on the wall of the kneader housing".
  • the rubber was tested in the form of fine-grained granules, ie a commercially available rubber flour with the following sieve characteristic:
  • the characteristic curve of the sieve was determined with Alpine air jet sieving (3 min).
  • This rubber powder was mixed with the amount of polymer material or bitumen in question and any additives, if any, and placed on the one hand in the double Z kneader and kneaded at 180 ° C. on the wall of the kneader housing in a closed system for 30 minutes, and others ⁇ submitted to the dispersion kneader and kneaded at 180 ° C on the wall of the kneader housing for 3 min.
  • the finished material was granulated on pellets with a diameter of about 8 mm.
  • Bitumen mixtures were produced with these pellets, which contain the rubber in high concentration, and the elastic recovery was measured on a test specimen at 25 ° C. after 30 minutes.
  • the deformation of a bitumen is made up of an elastic component that regresses after the load has been removed (so-called elastic recovery) and a plastic component.
  • the elastic recovery is a measure of the reversibility of any deformation of the bitumen test specimen and thus indirectly a measure of the elasticity of an asphalt road surface made with such a bitumen. Provision measurements on an asphalt test specimen are out of the question because of the mineral content contained therein.
  • the elastic recovery after applying a defined load is measured in percent.
  • bitumen of type B65 (Din 1995: bitumen with a penetration of 50 to 75/10 mm; see also experiment 6) with a calculated rubber content of 10%, which has an elastic recovery of 21%, was produced with the granulate produced. exhibited.
  • Comparative Experiment 1 The same composition was homogenized in the dispersion kneader and, after mixing in B65 to a rubber content of 10%, gave an elastic recovery of 52.9%.
  • APAO amorphous poly-alpha-olefins, consisting of an atactic propylene-ethylene copolymer
  • the granules produced after the homogenization in a double Z kneader were mixed into B65 so that the calculated final concentration of rubber was 10% by weight. There was an elastic recovery of 56%.
  • Comparative experiment 3 After homogenization and granulation in the dispersion kneader, with the same composition of the granules, after mixing in B65 with a rubber content of 10% by weight, there was an elastic recovery of 64%.
  • Comparative test 4 Production of the granules in the dispersion kneader analogous to the recipe of test 4. After mixing in B65 to a calculated final concentration of rubber, there was an elastic recovery of 62%.
  • the type of homogenization treatment has a significant influence on the elastic recovery, which is a measure of the advantageous performance properties of the asphalt road surface produced with the granulate.
  • the internal temperature increases which occur in the material to be homogenized due to the strong shear in the dispersion kneader and the simultaneous thorough bringing together of ever new, reactive volume areas in the mass to promote the through-reaction together, which gives the granules and finally the asphalt pavement produced therewith the improved elastic properties.
  • the needle penetration according to DIN 52010 is an important quality criterion for bitumen and a measure of the bitumen hardness. It is given by the depth of penetration of a loaded needle into a test specimen, as described in the book by Siegfried Velske "Stra tobautechnik” Werner-Verlag Dusseldorf (1993) pp. 101-113, in particular p. 108.

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Abstract

Es wird ein bei Normaltemperatur rieselfähiges und bei einer Temperatur oberhalb 130 °C schmelzendes Granulat aus einem polymeren Material und Gummi oder Bitumen und Gummi hergestellt, welches einen Anteil an Gummi von 50 bis 95 Gew.-% aufweist. Das Granulat dient als Masterbatch für die Einbringung des Gummianteils in Gummiasphalt.

Description

GUMMI UMFASSENDE GRANULATE, VERFAHREN ZU IHRER HERSTELLUNG UND VERWENDUNG IN BITUMENMASSEN
Die Verwendung von Kautschuk zur Modifikation von bituminösen Straßenbelägen und anderer Verguß- und Ab¬ dichtmassen ist schon lange bekannt. Es geht dabei darum, der Masse, insbesondere dem bituminösen Straßenbelag, mit seinen durch eine verhältnismäßig rasche Erweichung bei klimatisch bedingten höheren Temperaturen und seine Ver- sprödung und Rißanfälligkeit bei niedrigen Temperaturen gekennzeichneten rheologischen Eigenschaften einen Anteil der gummispezifischen Komponente "Elastizität" zu übertra¬ gen. Insbesondere soll die Rißneigung verringert werden, indem durch den Gummianteil eine erhöhte elastische Nach¬ giebigkeit unter den Temperaturspannungs- und Verkehrs¬ belastungen erzeugt wird, und es soll auch die Haftung des bituminösen Bindemittels am Gesteinszuschlag verbessert werden.
Aus der CH-PS 410 031 ist ein bituminöser Belag für Fahrbahnen und Verkehrswege bekannt, der mit Gummischrot durchsetzt sein soll. Offensichtlich soll das Gummischrot lediglich mechanisch untergemischt sein. Der Belag soll bis zu 90% derartiges- Gummischrot umfassen können. Ein solcher Belag erweist sich jedoch als in der Praxis nicht brauchbar, weil das Gummischrot mit den Bitumen lediglich vermischt, jedoch nicht chemisch verbunden ist. Es bleiben in den Bitumen an den Stellen der Schrotpartikel Hohlräu¬ me, die Spannungskonzentrationen in der bituminösen Matrix erzeugen und Ausgangspunkte für Risse sind. Durch den Gum¬ mizusatz in dieser Form wird hierbei die Rißanfälligkeit des Belages eher noch erhöht. Auf die Bindung des Bitumens an den Gesteinszuschlag hat das lediglich eingemischte Gummischrot ebenfalls keinen Einfluß.
Die Entwicklung hat schon frühzeitig den Gedanken der bloßen Beimischung von Gummipartikeln verlassen und sich Verfahren zugewandt, die nicht mehr eine disperse Vertei¬ lung des Gummis in der Belagmasse, sondern eine ausgiebige Homogenisierung bei erhöhten Temperaturen vorsahen, um eine chemische Verbindung zwischen bindungsbereiten Grup¬ pen der beiden Komponenten zustandezubringen.
So ist in der EP 305 225 Bl (DE 38 85 974 T2) ein Bindemittel beschrieben, welches 8 bis 10 Gew.% Kautschuk¬ mehl, 4 bis 6 Gew.% Schweröl mit naphteno-aromatischem Charakter und 2 bis 3 Gew.% Katalysator enthält, wobei der Rest auf 100 Gew.% aus Bitumen besteht. Die verschiedenen Inhaltsstoffe des Bindemittels werden innig miteinander vermischt. Die Mischung wird auf eine Temperatur im Be¬ reich zwischen 175 und 185°C gebracht, die unter Rühren für zwei Stunden aufrechterhalten wird, wobei sich eine Endviskosität zwischen 0,600 und 0,650 Pa.s einstellt. Die Temperatur der Mischung wird dann auf einen Wert abge¬ senkt, der 160°C nicht überschreitet, wobei sich eine Viskosität einstellt, die 1,000 Pa.s nicht überschreitet. Bei der letztgenannten Temperatur wird die Masse in einem hermetisch dichten Behälter ohne Rühren für eine Dauer von bis zu zehn Stunden gelagert, wobei am Ende eine Viskosi¬ tät vorhanden ist, die 1,000 Pa.s nicht überschreitet, bevor die Mischung gepumpt und erneut auf eine Temperatur im Bereich zwischen 175 und 185°C aufgeheizt wird, worauf sie verwendungsfertig ist.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung einer Asphalt¬ mischung mit Gummizusatz ist Gegenstand der WO 93/1707. Hierbei wird Asphalt mit Partikeln aus synthetischem oder natürlichem Gummi bei einer Temperatur von 160 bis 200°C gemischt, um die Partikel in Suspension zu bringen. Die Temperatur wird dann auf 220 bis 260°C gesteigert und es wird Luft unter hohem Druck eingeblasen, um die Gummian¬ teile teilweise zu devulkanisieren. Die Mischung wird dann über mehrere Stunden in einer entsprechenden Vorrichtung homogenisiert. Anschließend wird ein Vulkanisiermittel zugegeben und erneut gerührt. Die Mischung ist dann ge¬ brauchsfertig. Sie kann bei 150 bis 175°C länger als ver¬ gleichbare Mischung gelagert werden, bevor sie auf die Verkehrsfläche aufgebracht wird.
Aus der DE-OS 21 19 178 ist ein Verfahren zum Her¬ stellen einer Fahrbahndecke aus Makadam, Füllmaterial und einem Bindemittel in Form von Asphalt bekannt, bei dem der mit dem Füllmaterial und dem Bindemittel zu mischende Makadam nach dem Erhitzen mit Gummivulkanisatteilchen gemischt wird, die im festen Zustand beigefügt werden. Durch die hohe Temperatur des erhitzten Makadams soll das Gummivulkanisat in Folge einer teilweisen thermischen Veränderung oder Zersetzung an den erhitzten Gesteinsteil¬ chen in dem Makadam haften.
Die FR-A 25 67 447 beschreibt eine Bitumen-Kautschuk- Mischung, die bei einer Temperatur von über 150°C (zur Erreichung einer für die Einmischung in einen Asphalt ausreichenden Dünnflüssigkeit) und unter 160°C (Startpunkt der Devulkanisation des Kautschuks) längere Zeit gelagert werden kann.
All diesen Beispielen ist gemeinsam, daß sie eine heiße Masse ergeben, die entweder an der Baustelle in eigens bereitgehaltenen beheizbaren mobilen Mischern und Reaktionsgefäßen hergestellt wird oder die in einer ent¬ fernt gelegenen zentralen Fertigungsanlage zubereitet und mit Isoliertanks aufweisenden Kraftfahrzeugen an die Bau- stelle gebracht wird. In beiden Fällen ist der apparative Aufwand erheblich und steht die Verarbeitung der Massen unter einem großen Zeitdruck, weil einerseits die Massen nur einige Stunden bis wenige Tage gelagert werden können, weil sonst durch den fortschreitenden Kettenabbau in den Molekülen des Bitumens und der Gummianteile eine den Ein¬ bau der Massen behindernde Viskositätsverringerung und auch eine ihre Gebrauchseigenschaften beeinträchtigende Verminderung der Elastizität eintreten und weil anderer¬ seits beim Transport bzw. beim Stehenlassen einer vorge¬ fertigten Masse eine unzuträgliche Auskühlung zu befürch¬ ten ist, der nur durch kostspielige Nachbeheizung entge¬ gengewirkt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bereit¬ stellung von Gummiasphalt für Verkehrsflächenbeläge zu vereinfachen und damit wirtschaftlicher zu gestalten.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiederge¬ gebene Erfindung gelöst.
Die Idee besteht hierbei darin, nicht mehr fertige Belagmischungen herzustellen, in denen der Gummi schon enthalten ist und die in ihrer Gesamtmenge bei der Her¬ stellung und anschließend in fertigem Zustand bis zum Einbau gegebenenfalls längere Zeit auf hoher Temperatur gehalten werden müssen. Es soll stattdessen vielmehr eine Art Masterbatch in fester Form bereitgehalten werden, welcher den Gummi in hoher Konzentration enthält und der erst im letzten Moment unmittelbar vor der Aufbringung des Belages in einer normalen Asphaltmischanlage zugesetzt wird.
Das Granulat soll bei Normaltemperatur rieselfähig sein, d.h. die Granulatpartikel sollen bei Umgebungstempe¬ raturen von bis zu etwa 40°C nicht aneinanderkleben, so daß sie im Winter wie im Sommer leicht gefördert und do¬ siert werden können. Das Granulat kann in Gebinden kon¬ fektioniert oder in entsprechenden Transportern angelie¬ fert werden, die pneumatische Fördereinrichtungen aufwei¬ sen. Da das Granulat nach seiner Herstellung abkühlt und kalt aufbewahrt wird, hat es eine praktisch unbegrenzte Lagerfähigkeit. Der Verarbeiter kann sich die Asphaltmi¬ schung nach seinen Wünschen zubereiten und aus einem zeit¬ lich keinen qualitativen Veränderungen unterworfenen Vor¬ rat je nach Bedarf einen höheren oder niedrigeren Gummi¬ anteil hinzufügen.
Das Granulat ist hochkonzentriert, so daß die dafür anfallenden Transport- und Lagermengen relativ geringge¬ halten werden können.
Das Granulat kann bei einer Ausführungsform der Er¬ findung, bei der bei der Herstellung eine externe Behei¬ zung und die Vermischung der Komponenten bei recht hohen Temperaturen stattfindet, homogen sein. Es kann dann nicht von einer Verteilung von Gummipartikeln in dem Material des Granulats gesprochen werden, weil die Gummipartikel bei der Homogenisierung ihre Individualität verloren und sich mit dem polymeren Material zu einem homogenen neuen Gemisch zusammengetan haben, in der der Gummi nicht mehr als Partikel, sondern nur noch mit seinen elastizitäts- steigernden Eigenschaften zutagetritt.
Bei der anderen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Granulat jedoch nicht homogen. Die Gum¬ mipartikel sind als solche noch erhalten und werden von einem Anteil an thermoplastischem Kunststoff zusammenge¬ halten. Erst bei der Herstellung der eigentlichen bitumi¬ nösen Mischung (Fahrbahnbelag o.a.) geht das Granulat in der Mischung auf, wobei sich die Komponenten teilweise lösen.
Der Ausdruck "sich auflösen" bedeutet einerseits die Auflösung des Granulats in einer Schmelze, z.B. geschmol¬ zenem Bitumen. Außerdem soll aber auch das Aufschmelzen des Granulats im Kontakt mit einem erhitzten GesteinsZu¬ schlag gemeint sein, der für eine Asphaltmischung bestimmt ist. Das homogene Gemisch aus Granulat und Bindemittel breitet sich dabei über die Oberfläche der Gesteinskörner aus und haftet aufgrund des Gummianteils besonders gut am Gestein. Der Gummi verbessert außerdem die Elastizität des Bindemittels .
Die Auflösung des Granulats in der Asphaltmischanlage führt zugleich zu einer gleichmäßigeren und rascheren Verteilung der die Gummieigenschaften in den Asphalt ein¬ bringenden Anteile in der gesamten Asphaltmischung, weil der Gummi in dem polymeren Material bzw. dem Bitumen als Trägermaterial gewissermaßen schon vorverteilt ist. Die Asphaltmischanlage kann in ihrer normalen Betriebsweise und mit kurzen Mischzeiten von weniger als einer Minute arbeiten, ohne auf die Verteilung des Gummis Rücksicht zu nehmen.
Der Gedanke, die Gummianteile in einem hochkonzen¬ trierten Granulat unterzubringen, erleichtert also die Handhabung wesentlich, erspart mobile Misch- und Homogeni¬ sieranlagen zur Einmischung der Gummianteile bzw. Isolier¬ transporter und eliminiert jeglichen Verarbeitungsdruck, der sonst durch die begrenzte Lagerfähigkeit von heißen, die Gummianteile in Bitumen enthaltenden Mischungen gege¬ ben ist.
Der Gedanke einer hochkonzentrierten Vormischung zur Beifügung von Kautschukanteilen zu bituminösen Belagmassen geht für sich genommen aus der CH-PS 479 773 hervor, wo das Vorgemisch 70 bis 90 Gewichtsteile Kautschuk, 5 bis 20 Gewichtsteile Kork und 5 bis 10 Gewichtsteile anorgani¬ schen Füllstoff enthalten, also kein Bitumen. Die er¬ wünschte chemische Reaktion zwischen dem Kautschuk und dem Bitumen findet also nicht bei der Herstellung des Vorge- mischs statt, sondern erst später, wenn das Vorgemisch in den Asphalt eingemischt wird. Es handelt sich also ledig¬ lich um eine mechanische Vormischung. Dementsprechend ist es auch nicht möglich, diese Vormischung als Granulat bereitzuhalten. Die Vorteile der Erfindung sind nicht gegeben.
Der Granulatgedanke zur Einmischung von Zuschlags¬ stoffen in eine Bitumenmassen wiederum geht für sich ge¬ nommen aus der EP 313 603 Bl hervor. Gegenstand dieser Schrift ist aber nicht die Herstellung eines gummihaltigen Vorprodukts, sondern die Einmischung von Füllfasern wie Zellulosefasern und dergleichen in eine Bitumenmasse z.B. für die Herstellung von Fahrbahndecken. Die Füllfasern führen in der Bitumenmasse zu einer Art thixotropher Wir¬ kung. Der Bitumenanteil in einer Asphaltmischung kann durch die Füllfasern erheblich erhöht werden. Die Füll¬ fasern werden in ein Bindemittel, z.B. wiederum Bitumen, eingemischt. Die Masse wird anschließend granuliert. Das granulierte Vorprodukt wird in den Asphaltmischer eingege¬ ben, wobei das Bindemittel aufschmilzt und eine gleichmä¬ ßige, von Füllfasernnestern freie Verteilung der Füllfa¬ sern in der Gesamtmenge der Asphaltmischung gewährleistet wird. Eine mit der Reaktion des Gummis vergleichbare Reak¬ tion des Bitumens des Granulats mit den Füllfasern findet nicht statt.
Das polymere Material, welches bei einer Variante der Erfindung der Partner des Gummis ist, kann ein polymerer Kunststoff sein, z.B. ein Elastomer wie SBS (Styrol-Buta- dien-Styrol) , SBR (Styrol-Butadien random) oder EVA (Ethy¬ lenvinylacetat) .
Gemäß Anspruch 3 kommt aber auch thermoplastischer Kunststoff infrage, z.B. Kunststoffabfälle wie PP (Poly¬ propylen) oder PE (Polyethylen).
Bei einer anderen Variante der Erfindung ist jedoch Bitumen der Reaktionspartner des Gummis.
Das polymere Material und Gummi bzw. Bitumen und Gummi sind zwar die Hauptbestandteile des Granulats, doch kann dieses außerdem noch 0 bis 25 Gew.% an die Eigen¬ schaften des Gummiasphalts verbessernden Additiven ent¬ halten (Anspruch 4).
Bei der Variante, bei der ein polymeres Material der Partner des Gummis ist kann das Granulat insbesondere die in Anspruch 5 angegebene Zusammensetzung aufweisen, wozu gemäß Anspruch 6 noch eine geringe Menge an Aktivatoren kommen kann, die für Vulkanisationsvorgänge im Stand der Technik bekannt sind.
Ein wichtiger Zusatzstoff in der Zusammensetzung des Granulats beider Varianten sind Zellulosefasern, die in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.% des Granulats zugegen sein können.
Bei der Variante mit dem polymeren Material als Part¬ ner des Gummis verbessert der Zusatz an Zellulosefasern die Pelletierbarkeit bei der Herstellung des Granulats und führt andererseits zu einer Anfangsstabilisierung des Bitumens, solange die Vulkanisation noch nicht voll einge¬ setzt hat.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf Verfahren zur Herstellung des Granulats. Es werden zwei Verfahrensweisen vorgeschlagen, die sich deutlich unterscheiden. Bei der ersten Verfahrensweise (Ansprüche 8 bis 18) wird die das Granulat ergebende Mischung bei relativ hohen Temperaturen einer starken Scherbeanspruchung unterworfen, die eine schon beim Granulat vorliegende schemische Integration der Komponenten ergeben soll .
Bei der anderen Verfahrensweise (Ansprüche 19 und 20) werden keine hohe Temperaturen angewandt, sondern eine Pelletisierung der das Granulat ergebenden Mischung bei Umgebungstemperatur herbeigeführt. Die Komponenten der Mischung halten hierbei mehr oder weniger mechanisch über das Bindemittel zusammen und es erfolgt die eigentliche Integration der Komponenten erst in dem Mischer, der die gebrauchsfertige Asphaltlösung herstellt.
Bei der ersten Verfahrensweise nach Anspruch 8 werden das polymere Material bzw. das Bitumen und Gummigranulat in Mischung in einem Kneter bei Temperaturen von 150°C bis 300°C an der Gehäusewand einer Homogenisierung unterworfen und wird das entstandene homogene Material anschließend granuliert.
Bei der Homogenisierung treten Scherkräfte auf, die die Komponenten besonders intensiv zusammenführen und im Verein mit der erhöhten Temperatur die gewünschte chemi¬ sche Integration der Masse zustandebringen soll. Die Mes¬ sung von Temperaturen innerhalb der zu homogenisierenden Masse ist schwierig. Aus diesem Grund ist die Temperatur an der Gehäusewand des Knetergehäuses angegeben, welches ja aus gut wärmeleitendem Metall nicht allzu großer Wand¬ stärke besteht, so daß die gemessene Temperatur an der Außenseite sich nicht allzusehr von der Temperatur der Masse in der Nähe der Innenseite der Wandung des Kneterge¬ häuses unterscheidet. Auch sind natürlich Messungen mit einem in eine Bohrung der Gehäusewand eingeführten Thermo¬ element an der der Masse zugewandten Innenseite der Gehäu¬ sewand möglich.
Die starke Walkung des zu homogenisierenden Materials führt jedoch zu einer Temperaturerhöhung innerhalb dessel¬ ben, die durchaus erheblich sein kann und die Gummianteile bereits depolymerisiert. In diesem Zustand ist der Gummi einerseits gut verteilungsfähig und andererseits besonders reaktionsbereit, so daß sich die ungesättigten Molekül¬ gruppen einerseits des Gummianteils andererseits des An¬ teils an polymerem Material bzw. des Anteils an Bitumen bzw. etwaiger sonstiger Anteile unter Schaffung einer neuen Verbindung zusammentun.
Je mehr die Temperatur steigt, desto mehr besteht die Gefahr, daß die Gummianteile und auch das Bitumen in Brand geraten.
Aus diesem Grund empfiehlt sich gemäß Anspruch 9 ein weitgehender Sauerstoffabschluß, insbesondere mittels einer Stickstoff-Schutzgasatmosphäre (Anspruch 10).
Das bei der Herstellung des Granulats eingesetzte Gummigranulat sollte soweit vorzerkleinert werden, wie es auf normalen Zerkleinerungsanlagen, die mit Messerschnitt oder mit Zerschlagung des durch flüssigen Stickstoff ver- sprödeten Gummis arbeiten, durchführbar ist, d.h. es soll¬ te ein Maximum der Korngröße unter 1,0 mm aufweisen (An¬ spruch 11) .
Das Gummigranulat kann im Kneter kalt dem auf 150°C bis 300°C vorgewärmten Bitumen zugegeben werden (Anspruch 12).
Alternativ ist es auch möglich, das Gummigranulat im Kneter auf eine erhöhte Temperatur zu bringen und das Bitumen in geschmolzener Form zuzugeben (Anspruch 13).
Außerdem können im Kneter 0% bis 25% der Gesamtmenge des zu homogenisierenden Materials an Additiven zugegeben werden (Anspruch 14), als welche unter anderem thermopla¬ stische oder eiastomere Kunststoffe, Schweröle, Fettsäuren und/oder feine Fasern (Anspruch 15) in Betracht kommen.
Die Additive verbessern die Gebrauchseigenschaften der damit versehenen Asphaltmischung.
Eine wichtige konkrete Ausgestaltung des Verfahrens sind die besonders hohen Scherkräfte gemäß Anspruch 16, die einerseits die reaktionsbereiten Gruppen der Hauptkom¬ ponenten des Granulats fortlaufend intensiv zusammenbrin¬ gen und außerdem zu einer besonders starken Erwärmung durch die Walk- oder Scherarbeit führen, die die zu homo¬ genisierende Masse in Temperaturbereiche bringt, die das Material zu einer besonders durchgreifenden Reaktion ver¬ anlaßt, deren Ergebnis eine überraschende Verbesserung der elastischen Eigenschaften einer mit dem Granulat herge¬ stellten Asphaltmischung ist, wie es sich aus den nachfol¬ genden Versuchsbeispielen ergibt.
Ein Beispiel für einen Kneter mit besonders hohen Scherkräften ist ein sogenannter Dispersionskneter (An¬ spruch 17) nach der DE 32 16 939 C2, der auch in dem Auf¬ satz von P. Rieg "STATOR-ROTOR" in der Zeitschrift "Kunst¬ stoffe" 85 (1995), Heft 2, Seiten 196 bis 200 beschrieben ist.
Die Verwendung eines solchen Kneters für die Homoge¬ nisierung des Materials für das erfindungsgemäße Granulat ergibt nicht nur bessere Eigenschaften des Granulats, sondern erlaubt es auch, mit einer Verweilzeit des zu homogenisierenden Materials von 2 bis 5 Minuten auszukom¬ men (Anspruch 15), was einen erheblichen Fortschritt ge¬ genüber den meist stundenlangen Homogenisierungszeiten bei hohen Temperaturen darstellt, die im Stand der Technik zu finden sind.
Auch die überraschende Tatsache, daß in dem Material des Granulats bis zu 90% Gummi untergebracht werden können und die Masse immer noch granulierfähig ist, dürfte we¬ sentlich auf die Einbringung der hohen Scherkräfte im Verein mit den dabei auftretenden besonders hohen Tempera¬ turen zurückzuführen sein.
Bei der erwähnten anderen Verfahrensweise, bei der keine externe Beheizung stattfinden muß und die dement¬ sprechend wirtschaftliche Vorteile hat, werden gemäß An¬ spruch 19 das feine Gummigranulat, der Schwefel, der Vul¬ kanisationsbeschleuniger, der thermoplastische Kunststoff, gegebenenfalls die Aktivatoren und gegebenenfalls die Zellulosefasern bei Umgebungstemperatur trocken gemischt und anschließend auf einer Pelletpresse kompaktiert und pelletisiert.
Die Mischung wird gemäß Anspruch 20 durch eine Loch¬ scheibe gedrückt, wobei durch die Reibung eine erhebliche Temperatursteigerung bis in die Größenordnung von 120°C bis 150°C innerhalb der Mischung auftritt, die zu einer Plastifizierung des thermoplastischen Kunststoffs führt, die wiederum für die Bindung der Mischung in den Pellets, die sogleich nach dem dem Verlassen der Lochscheibe ab¬ kühlen, maßgeblich ist. Die Pellets können von den aus den einzelnen Löchern der Lochscheibe austretenden Stränge abgeschnitten werden. Die Erfahrung hat aber gezeigt, daß die Stränge nach dem Verlassen der Lochungen auch von selbst in kurze das Granulat ergebende Stücke zerfallen. Als Lochdurchmesser und dementsprechend Granulatstrang¬ durchmesser kommen Werte etwa im Bereich von 3 bis 7 mm in Betracht.
Bei der relativ kurzzeitigen Temperaturerhöhung beim Hindurchpressen des Materials durch die Lochscheibe tritt noch keine vollständige Vulkanisation des Gummis ein. Die Vulkanisation wird allenfalls eingeleitet. Die endgültige Vulkanisation erfolgt in dem Mischer, der die gebrauchs¬ fertige Asphaltmischung herstellt.
Das rieselfähige kalte Gummigranulat wird an der Mischanlage für die Asphaltmischung direkt in den Mischer zudosiert. Ein vorheriges Einrühren des Gummimehls in das Bitumen ist nicht notwendig. Das Bitumen verteilt sich, wenn sich die Granulatkörner in dem heißen Bitumen auflö¬ sen, von selbst ausreichend gleichmäßig in demselben. Das Bitumen bleibt daher bis zu seiner Zugabe in den Mischer in seiner Viskosität unverändert.
Alle anderen Komponenten der herzustellenden Asphalt¬ mischung werden an der Mischanlage wie üblich zudosiert. Eine Umstellung der Anlage auf den Einsatz des erfindungs¬ gemäßen Granulats erübrigt sich.
Die bevorzugte Quelle für das Gummigranulat ist zer¬ kleinerter Altgummi, insbesondere Altreifen (Anspruch 21), die auf diesem Weg in größerem Umfang nutzbringend wieder¬ verwendet werden können.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer Gummiasphaltmischung für Straßendecken und dergleichen gemäß Anspruch 22, bei welchem bei der Herstellung einer üblichen Asphaltmischung aus Bitumen und einem körnigen, korngrößenabgestuften mineralischen Anteil in einer normalen und normal betriebenen Asphaltmisch¬ anlage als Masterbatch für die Einbringung des Gummian¬ teils ein Granulat nach den Ansprüche 1 bis 8 zugesetzt wird.
Dieser Aspekt betrifft die Grundidee der Erfindung, insofern er den Granulatgedanken zum Gegenstand hat, d.h. die Trennung der Komponenten der Asphaltmischung und des Gummianteils bis kurz vor der Herstellung des eigentlichen Gummiasphalts. Es können auf einfache Weise Asphaltmi¬ schungen mit wählbaren Gummianteilen ohne besonderen Auf¬ wand hinsichtlich der Asphaltmischanlage und ohne die Notwendigkeit, heiße flüssige Vormischungen in Isolierbe¬ hältern bereitzustellen, und ohne Rücksicht auf Verarbei¬ tungszeiten hergestellt werden. Das gummihaltige Granulat bleibt auf Normaltemperatur, bis es bei der Herstellung der Asphaltmischung in der Asphaltmischanlage zugesetzt wird.
Bei einer ersten Ausführungsform des Asphaltherstel¬ lungsverfahrens (Anspruch 23) wird das Granulat dem er- hitzten mineralischen Anteil beigemischt.
Diese Ausführungsform ist zwar bevorzugt, doch ist die alternative Ausführungsform, bei der das Granulat in das geschmolzene Bitumen eingebracht und der erhitzte mineralische Anteil erst dann zugegeben wird (Anspruch 24), ebenfalls nicht ausgeschlossen.
Die nachfolgenden Versuchsbeispiele 1 bis 5 dienen dazu, den Einfluß einer Homogenisierung unter erhöhtem Scherenergieeintrag bei der Verfahrensweise mit extremer Beheizung zu illustrieren.
Das Material wurde einmal mit einem Doppel-Z-Kneter bei Temperaturen von 180°C an der Wandung des Kneterge¬ häuses homogenisiert. Der Doppel-Z-Kneter wird auch als "doppelschaufliger Trogkneter" bezeichnet und ist in der Schriftstelle "Kunststoffmaschinenführer" 3. Ausgabe, herausgegeben von Dr.-Ing. Friedrich Johannaber, Carl Hanser Verlag München Wien, 1992, Seite 713 dargestellt ist. Bei der Homogenisierung in einem solchen Kneter fin¬ det nur eine geringe Scherung und dementsprechend ein geringer Scherenergieeintrag in das Material statt. Das Gehäuse des bei den Versuchen verwendeten Doppel-Z-Kneters was doppelwandig ausgeführt, und es wurde beheiztes Öl durch den Zwischenraum zwischen den Wandungen geleitet, dessen Temperatur als "Temperatur an der Wandung des Kne¬ tergehäuses" genommen wurde.
Die Vergleichsversuche wurden mit einem Dispersions¬ kneter durchgeführt, wie er in der DE 32 16 939 C2 und in der Zeitschrift "Kunststoffe" 85 (1995), Heft 2, Seiten 196 bis 200 beschrieben ist. Bei dieser Art eines Kneters wird eine sehr starke Scherung des Materials vorgenommen, die auch zu einer bedeutenden inneren Temperaturerhöhung führt. Bei diesem Kneter waren an der Außenseite des Kne¬ tergehäuses elektrische Heizmanschetten angebracht, und es wurde die Temperatur an der Wandung des Knetergehäuses mit Thermoelementen direkt gemessen.
Der Gummi wurde bei den Versuchen in Gestalt eines feinkörnigen Granulats, d.h. eines handelsüblichen Gummi- mehls mit der nachfolgenden Siebkennlinie eingesetzt:
> 63 mμ 97,5% Rückstand
> 100 mμ 93,3%
> 200 mμ 68,1%
> 300 mμ 40,8%
> 500 mμ 0 %
Die Siebkennlinie wurde bestimmt mit Alpine-Luft-Strahl- siebung ( 3 min) .
Dieses Gummimehl wurde mit der jeweils infrage kom¬ menden Menge an polymerem Material bzw. Bitumen und gege¬ benenfalls Additiven vermischt und einerseits dem Doppel- Z-Kneter vorgelegt und 30 min bei 180°C an der Wandung des Knetergehäuses im geschlossenen System geknetet, anderer¬ seits dem Dispersionskneter vorgelegt und bei 180°C an der Wandung des Knetergehäuses 3 min geknetet. Das fertig behandelte Material wurde auf Pellets mit einem Durchmes¬ ser von etwa 8 mm granuliert.
Mit diesen Pellets, die den Gummi in hoher Konzen¬ tration enthalten, wurden Bitumenmischungen hergestellt und an einem Prüfkörper bei 25°C nach 30 min die elasti¬ sche Rückstellung gemessen. Die Verformung eines Bitumens setzt sich zusammen aus einem elastischen Anteil, der sich nach Wegnahme der Belastung zurückbildet (sog. elastische Rückstellung), und einem plastischen Anteil. Die elasti¬ sche Rückstellung ist ein Maß für die Reversibilität einer auftretenden Verformung des Bitumen-Prüfkörpers und damit indirekt uach als Maß für die Elastizität eines mit einem solchen Bitumen hergestellten Asphalt-Straßenbelags. Rück¬ stellungsmessungen an einem Asphalt-Prüfkörper kommen wegen des darin enthaltenen mineralischen Anteils nicht in Betracht. Die elastische Rückstellung nach Aufbringung einer definierten Belastung wird in Prozent gemessen.
Versuch 1: In diesem Versuch wurde ein Granulat nur aus einem polymeren Material (Polyethylen) und Gummi her¬ gestellt. In den Doppel-Z-Kneter wurden folgende Ausgangs¬ materialien eingegeben:
80 Gew.% Gummimehl (Körnung s. oben) 20 Gew.% Polyethylengranulat
Mit dem erzeugten Granulat wurde ein Bitumen des Typs B65 (Din 1995 : Bitumen mit einer Penetration von 50 bis 75/10 mm; s. auch Versuch 6) mit einem rechnerischen Gum¬ mianteil von 10% hergestellt, das eine elastische Rückstellung von 21% aufwies .
Verαleichsversuch 1: Die gleiche Zusammensetzung wurde in dem Dispsersionskneter homogenisiert und ergab nach dem Einmischen in B65 auf einen Gummianteil von 10% eine elastische Rückstellung von 52,9%.
Versuch 2 : Auch in diesem Versuch wurde ein Granulat nur aus einem polymeren Material und Gummi hergestellt. Die Ausgangsmaterialien waren hier
80% Gummmimehl (Körnung s. oben) 20% APAO (= Amorphe Poly-Alpha- Olefine, bestehend aus einem ataktischen Pro- pylen-Ethylen-Copoly- mer)
Das erzeugte Granulat wurde in B65 eingemischt, so daß die Endkonzentration an Gummi 10 Gew.% betrug und es ergab sich eine elastische Rückstellung von 40,7%. Verσleichsversuch - 2: Bei der Homogenisierung in dem Dispersionskneter ergab sich bei gleicher Zusammensetzung eine elastische Rückstellung von 54,7%.
Versuch 3: Bei diesem Beispiel für ein Granulat aus Gummi und Bitumen wurden als Ausgangsmaterialien verwendet
50 Gew.% Gummimehl (Körnung s. oben) 50 Gew.% Granulat eines HV-Bitumens (Hochvakuumbitumens)
Das nach der Homogenisierung im Doppel-Z-Kneter erzeugte Granulat wurde in B65 eingemischt, so daß die berechnete Endkonzentration an Gummi 10 Gew.% betrug. Es ergab sich eine elastische Rückstellung von 56%.
Vergleichsversuch 3: Nach der Homogenisierung und Granulierung im Dispersionskneter ergab sich bei gleicher Zusammensetzung des Granulats nach Einmischung in B65 mit einem Gummianteil von 10 Gew.% eine elastische Rückstellung von 64%.
Versuch 4: Dies ist ein Beispiel für ein Granulat aus Gummi, Bitumen und einem Additiv. Als Ausgangsmaterialien wruden verwendet
70 Gew.% Gummimehl (Körnung s. oben) 10 Gew.% SBS-lineare Type
(Styrol-Butadien-Styrol)
20 Gew.% HV-Bitumen
(Hochvakuumbitumen)
Das nach der Homogenisierung im Z-Kneter erzeugte Granulat wurde in B65 "eingemischt, so daß die berechnete Endkonzentration an Gummi 10% betrug. Es ergab sich eine elastische Rückstellung von 46%.
Verσleichsversuch 4: Herstellung des Granulats im Dispersionskneter analog der Rezeptur des Versuchs 4. Nach Einmischen in B65 auf eine berechnete Endkonzentration an Gummi ergab sich eine elastische Rückstellung von 62%.
Versuch 5: Auch bei diesem Beispiel war ein Additiv zugegen. Als Ausgangsmaterialien wurden verwendet:
65 Gew.% Gummimehl (Körnung s. oben) 10 Gew.% SBR-Kautschuk
(Styrol-Butadien random) 25 Gew.% B25 (Bitumen mit einer Na¬ delpenetration von 20-30/10) Die Einmischung erfolgte gemäß Versuch 4. Es ergab sich eine elastische Rückstellung von 48%.
Vergleichsversuch 5: Herstellung des Granulats im Dispersionskneter analog zu Versuch 5. Nach Einmischen in B65 auf 10% Endkonzentration an Gummi ergab sich eine elastische Rückstellung von 59%
Es zeigt sich also, daß die Art der Homogenisierungs- behandlung auf die elastische Rückstellung, die ein Maß für die vorteilhaften Gebrauchseigenschaften des mit dem Granulat hergestellten Asphalt-Straßenbelags ist, einen deutlichen Einfluß hat. Offensichtlich wirken die bei der starken Scherung im Dispersionskneter in dem zu homogeni¬ sierenden Material auftretenden inneren Temperaturerhöhun¬ gen und das gleichzeitige durchgreifende Zusammenbringen immer neuer reaktionsbereiter Volumenbereiche in der Masse zu einer Förderung der Durchreaktion zusammen, die dem Granulat und schließlich dem damit hergestellten Asphalt¬ belag die verbesserten elastischen Eigenschaften verleiht.
Versuch 6: Anhand dieses Ausführungsbeispiels soll der mögliche Einfluß von Additiven verdeutlicht werden. Ausführung und Rezeptur im Dispersionskneter siehe Ver¬ gleichsversuch 1. Nach dem Einmischen in B65 auf eine Endkonzentration auf 10% Gummi und anschließendem Abkühlen ergab sich eine
Nadelpenetration von 40/10.
Verαleichsversuch 6 : Es wurden zusätzlich 2 Gew.% Fettsäure zugegeben. Es ergab sich eine
Nadelpenetration von 123/10.
Die Nadelpenetration nach DIN 52010 ist ein wichtiges Qualitätskriterium für Bitumen und ein Maß für die Bitu¬ menhärte. Sie ist durch die Eindringtiefe einer belasteten Nadel in einen Prüfkörper gegeben, wie es in dem Buch von Siegfried Velske "Straßenbautechnik" Werner-Verlag Ddüs- seldorf (1993) S. 101-113, insbesondere S. 108, beschrie¬ ben ist.
Durch diesen Versuch ist gezeigt, daß durch Additive in dem Granulat auch andere Qualitätskriterien gesteuert werden können.
Versuch 7 : Dieser Versuch dient zur Illustration der Verfahrensweise ohne äußeren Energieeintrag. Es wurde folgende Mischung bei Umgebungstemperatur trocken herge¬ stellt:
80 Gew.% feines Gummigranulat (Gummimehl) 3,2 Gew.% Schwefel 2 % Vulkanisationsbeschleuniger 14,8 Gew.% Polyethylen (granuliertes Ab¬ fallmaterial) Die Mischung wurde in einem Kollergang komprimiert und anschließend durch eine Lochscheibe gepreßt, wobei sich eine erhebliche Temperturerhöhung auf größenordnungsmäßig 120°C bis 150°C einstellte, die ausreichte, um das Poly¬ ethylen soweit zu plastifizieren, daß es eine Bindewirkung auf die übrigen Komponenten ausüben und diese im wesentli¬ chen mechanisch zusammenhalten konnte. Es entstand an der Lochscheibe (Lochdurchmesser 5 mm) auch ohne Schneidein¬ richtung ein Granulat, welches nach Abkühlung nicht mehr klebrig war, sondern sich als rieselfähiges Schüttgut darstellte, welches problemlos gelagert und gefördert werden konnte.
Dieses Granulat konnte ohne Voreinmischung als weite¬ re Komponente in den Mischer zur Herstellung einer ge¬ brauchsfertigen Asphaltmischung eingebracht werden. Es hat sich gezeigt, daß sich die Gummianteile in dieser ge¬ brauchsfertigen Asphaltmischung ohne besondere Veränderung der üblichen Verfahrensweise zur Herstellung derselben ausreichend gleichmäßig verteilen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Polymeres Material und Gummi oder Bitumen und Gummi umfassendes Material mit einem Anteil von 50 bis 95 Gew.% Gummi als bei Normaltemperatur rieselfähiges Granu¬ lat, dessen Bestandteile sich in einer Schmelze bei Tempe¬ raturen > 130°C, insbesondere in geschmolzenem Bitumen, bei Einwirkung von Scherkräften unter Desintegration des Granulats gleichmäßig verteilen.
2. Granulat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material ein polymerer Kunststoff ist.
3. Granulat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material ein thermoplastischer Kunststoff ist.
4. Granulat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es außer dem polymeren Material bzw. dem Bitumen und dem Gummi 0 bis 25 Gew.% der Gesamtmenge an Additiven enthält.
5. Granulat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Bestandteile enthält:
50 bis 90 Gew.% feine Gummigranulat (Gummi¬ mehl)
3 bis 10 Gew.% Schwefel
2 bis 3 Gew.% Vulkanisationsbeschleuniger Rest thermoplastischer Kunststoff
6. Granulat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich
0 bis 1,0 Gew.% Aktivatoren
enhält.
7. Granulat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es
0,1 bis 20 Gew.% Zellulosefasern
enthält.
8. Verfahren zur Herstellung eines Granulats nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material bzw. das Bitumen und Gummigranulat in Mischung in einem Kneter bei Temperaturen von 150°C bis 300°C an der Außenseite des Knetergehäuses während einer Zeit von unterhalb 40 min eine Homogenisierung unterworfen werden und das entstandene homogene Material anschließend granuliert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisierung unter weitgehendem Sauerstoffab- schluß erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich- net, daß die Homogenisierung in einer überwiegend aus Stickstoff bestehenden Schutzgasatmosphäre erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da¬ durch gekennzeichnet, daß ein Gummigranulat mit einem Maximum der Korngröße unter 1 mm verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da¬ durch gekennzeichnet, daß das Gummigranulat im Kneter dem auf eine Temperatur im Bereich von 150°C bis 300°C vor¬ gewärmtem Bitumen kalt zugegeben wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, da¬ durch gekennzeichnet, daß das Gummigranulat im Kneter auf eine erhöhte Temperatur gebracht und dann das Bitumen in geschmolzener Form zugegeben wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, da¬ durch gekennzeichnet, daß im Kneter 0 bis 25 Gew.% der Gesamtmenge des zu homogenisierenden Materials an Additi¬ ven zugegeben werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich¬ net, daß als Additive thermoplastische oder eiastomere Kunststoffe, Schweröle, Fettsäuren und/oder feine Fasern zugegeben werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisierung in einem Kneter mit besonders hohen Scherkräften derart durchge¬ führt wird, daß die Temperaturen im Innern des zu homoge¬ nisierenden Materials dabei auf 200°C bis 350°C steigen.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Homogenisierung in einem sogenannten Disper¬ sionskneter durchgeführt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Verweilzeit des zu homogenisierenden Materi¬ als in dem Dispersionskneter 2 bis 5 Min. beträgt.
19. Verfahren zur Herstellung eines Granulats nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das feine Gummigranulat der Schwefel der Vulkanisationsbeschleuniger der thermoplastische Kunststoff gegebenenfalls die Aktivatoren gegebenenfalls die Zellulosefasern
bei Umgebungstemperatur trocken gemischt und anschließend auf einer Pelletpresse kompaktiert und pelletiert werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Mischung durch eine Lochscheibe gedrückt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da¬ durch gekennzeichnet, daß als Gummigranulat ein solches aus zerkleinertem Altgummi, insbesondere Altreifen, ver¬ wendet wird.
22. Verfahren zur Herstellung einer Gummiasphaltmi- schung für Straßendecken und dergleichen, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß bei der Herstellung einer Asphaltmischung aus Bitumen und einem mineralischen Anteil in der normalen und normal betriebenen Asphaltmischanlage als Masterbatch für die Einbringung des Gummianteils ein Granulat nach den Ansprüchen 1 bis 7 zugesetzt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich¬ net, daß das Granulat dem erhitzten mineralischen Anteil beigemischt und diese Mischung dann mit dem Bitumen ver- mischt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich¬ net, daß das Granulat in das geschmolzene Bitumen einge¬ mischt und die Mischung dann mit dem erhitzten, minerali¬ schen Anteil vermischt wird.
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