Bindemittel und Verwendung desselben zur Herstellung eines Strassenbelages
Die üblichen Bindemittel für Strassenbeläge, z. B.
Petroleumbitumen, Steinkohlenteer, sind schwarz gefärbt, und dies ist ein Nachteil, wenn man wünscht, eine Strassenoberfläche zu färben, z. B. zwecks Anbringens von Leitlinien für den Verkehr, Fussgängerstreifen und dergleichen. Es ist bekannt, gefärbte Oberflächenmaterialien aus Bitumen oder Steinkohlenteer herzustellen, aber diese bekannten Oberflächenmaterialien sind nur für leichte Beanspruchungen geeignet, wie sie z. B. bei Gartenwegen und Trottoirs vorkommen, genügen aber für stark beanspruchte Strassen nicht. Ziel der Erfindung ist die Behebung dieser Mängel.
Die Erfindung betrifft nun ein Bindemittel, welches 50-89 Ges. % eines Öles, welches bei 760 mm Hg einen Anfangssiedepunkt von wenigstens 3000 C besitzt und weniger als 5 Ges. %, vorzugsweise weniger als 1 Ges. %, von in n-Heptan unlöslichem Material aufweist (IP 143/55) und, bezogen auf das Bindemittel, 1-15 Ges. % eines polymerisierten azyklischen Mono-Olefins und 10 bis 40 Ges. % eines mit dem genannten Ö1 verträglichen anderen Harzes enthält.
Das erwähnte Öl kann aromatischer paraffinischer Art sein. Es kann ein Destillat aus einer unter Atmosphärendruck oder unter Vakuum durchgeführten Destillation, ein Rückstand einer solchen Destillation oder ein Öl sein, das durch Lösemittelextraktion aus einem der vorstehenden Materialien erhalten wird, wobei es im letzteren Fall der mit Lösemittel behandelte ) Irück- stand oder die extrahierte Komponente sein kann.
Einige dieser Öle, besonders Vakuumdestillationsrückstände, können mehr als 5 Ges. % an Material, welches in n-Heptan unlöslich ist, enthalten. Ein solches Ö1 kann für das erfindungsgemässe Bindemittel ohne Reinigung nicht verwendet werden, weil zu grosse Mengen an asphaltartigen Bestandteilen dazu neigen, Pigmentierungen zu überdecken.
Ein für das erfindungsgemässe Bindemittel besonders geeignetes Öl ist ein Extrakt aus einer Erdölfraktion, vorzugsweise aus einem Rückstand einer Vakuumdestil- lation von Erdöl.
Um ein Bindemittel einer bei der Anwendungstemperatur gewünschten Viskosität zu erhalten, kann der Ölgehalt desselben innerhalb der angegebenen Grenzen entsprechend angepasst werden. Ferner ist zu beachten, dass mit steigendem Ölgehalt ein desto billigeres Produkt erhalten werden kann.
Das Harz kann ein natürliches Harz oder ein durch chemische Behandlung modifiziertes natürliches Harz sein. Geeignete Harze sind Dienharze auf Erdölbasis, Kolophonium, metallisierte Harze, insbesondere Zinkund Calciumharze, Polyterpene, Terpen- und Abietinphenolharze, Gummiarabikum, durch trocknende Öle modifizierte Glycerinphthalatharze und Kumaronharze, welch letztere besonders im Gemisch mit z. B. Stein kohlenteeröl vorteilhaft sind.
Als anderes Harz, das in Mengen von 1040 Ges. % zu verwenden ist, ist vorzugsweise ein natürliches oder synthetisches Polymer geeignet, dessen physikalische Eigenschaft einen Kontrast zu polymerisierten Olefinen bilden. So neigt das Harz dazu, ein kristallines Aussehen zu zeigen, hart und spröde zu sein und sich leicht, z. B. durch Reiben zwischen den Fingern, pulverisieren zu lassen. Demgegenüber hat z. B. Polyäthylen ein nichtkristallines Aussehen, ist weich und geschmeidig und kann nicht leicht zu Pulver zerrieben werden.
Ein Harz, welches für die erfindungsgemässe Zusammensetzung des Bindemittels besonders geeignet ist, wird aus einem von Petroleum stammenden Monomer hergestellt. Die genaue Zusammensetzung des Monomers ist nicht bekannt, aber es enthält eine beträchtliche Menge Cyclopentadien.
Das Harz erhöht die Viskosität und Duktilität (IP 32/55) des Bindemittels bei Umgebungstemperatur und ebenso dessen Haftfestigkeit an der Trägersubstanz, das z. B. ein Mineralaggregat oder Papier sein kann.
Das polymerisierte Mono-Olefin besitzt vorzugsweise ein Molekulargewicht von 2000-500 000. Besonders ge eignete derartige Polymere sind diejenigen, welche aus Monomeren mit 2-4 Kohlenstoffatomen im Molekül aufgebaut sind, z. B. Polyäthylen, Polyisobutylen. Hoch druck-Polyäthylen ist besonders geeignet, weil es gut löslich ist.
Das Polyolefin verbessert insbesondere bei Sommertemperaturen die Kohäsion und erhöht den Erweichungspunkt. Eine zu hohe Konzentration an Polyolefin kann jedoch zu einer zu hohen Viskosität bei der Anwendungstemperatur führen und ist daher zu vermeiden.
Das Bindemittel kann durch Erhitzen einer Mischung der Komponenten bei einer Temperatur von 100 bis 1700 C hergestellt werden.
Das Bindemittel kann durch genügende Menge eines organischen Farbstoffes oder eines mineralischen Pigmentes gefärbt sein.
Gegebenenfalls kann auch ein organisches Pigment, und zwar in einer Konzentration von 1-100 Gewichtsteilen pro Million Gewichtsteile verwendet werden. Ein solches Pigment soll bei der Anwendungstemperatur beständig sein. Verwendbare Pigmente sind daher z. B.
Carburex-Rot, Orgarol-Geib, Lutetia-Cyanin, Lutetia Smaragd, Acetochinon-Gelb, Acetochinon-Grün.
Die Verwendung von mineralischen Pigmenten wird jedoch bevorzugt, weil diese eine bessere Deckfähigkeit besitzen. Üblicherweise werden dem Bindemittel 0,5 bis 5 Ges. % mineralisches Pigment zugesetzt, wobei das Pigment in gewissen Fällen andere Zusätze ersetzen kann. Die mineralischen Pigmente sind im Bindemittel unlöslich, aber sie ergeben mit diesen ein stabiles Gemisch. Geeignete mineralische Pigmente sind z. B. Cadmium-Orange, Cadmium-Rot, Cadmium-Gelb, Kobalt Blau, Mangan-Blau, Chromoxyd-Grün, Molybdän Orange.
Die beschriebenen Bindemittel können in einem flüchtigen Lösemittel gelöst oder in einem flüchtigen Träger, z. B. Wasser, emuLgiert werden, um ein Verschnittbindemittel zu bilden.
Beispiel 1
Ein durchsichtiges Bindemittel wurde in der Weise hergestellt, dass folgende drei Komponenten bei einer Temperatur von 1200 C zusammengerührt wurden: Öl
Dieses war ein schwerer Extrakt, welcher durch Furfuralextraktion einer Vakuumdestillationsfraktion von Rohöl aus Irak erhalten wurde. Dieser Extrakt hatte foIgende Eigenschaften:
Viskosität bei 500 C 360 cSt
Anfangssiedepunkt bei 760 mm Hg 3840 C in n-Heptan unlösliches Material keines Harz
Dieses war ein Kobienwasserstoffdienharz, welches einen Schmelzpunkt von 1040 C hatte. Es wurde durch Polymerisieren eines aus Erdöl stammenden Materials hergestellt. Die Zusammensetzung des Monomers ist nicht genau bekannt, aber es enthält einen beträchtlichen Anteil Cyclopentadien.
Polymer
Dieses war Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von 5000.
Die Mengenverhältnisse waren Öl 60 Ges. %
Harz 30 Ges. %
Polymer 10 Ges. %
Das Bindemittel war eine durchsichtige Masse, welche folgende Eigenschaften aufwies:
Erweichungspunkt (IP 58/56 81,50C
Eindringtiefe (IP 49/58) 202 mm/10
Dichte bei 250 C 0,95 g/cm3
Ein Strassenbelagsmaterial wurde in der Weise hergestellt, dass ein mineralisches Gemisch, welches mit 5,5 Ges. %, bezogen auf das gesamte mineralische Gemisch, des vorstehend beschriebenen Bindemittels überzogen wurde. Das mineralische Gemisch bestand aus einem Quarzgestein, welches in St. Quen de Mimbre ge brochen wurde, einem Füllstoff, z. B.
Kreide, und einem Cadmium-Gelb-Pigment und wies folgende Korn, grössen- verteilung auf:
Korngrösse: Gew. % bezogen auf das
Gesamtmineralgemisch:
10-8 mm 10
8-6,3 mm 10 3,15-2,5 mm 25
2,5-2 mm 20
1-0,8 mm 10 6,8-0,08 mm 18 > 0,08 mm 5
Cadmium-Gelb 2
Der Bindemittelgehalt ist hier kleiner als üblich, weil 1. das Bindemittel eine geringe Dichte hat und 2. die Bindemittel/Quarz-Grenzflächenspannung nied rig ist.
Mit diesem Strassenbeiagsm aterial wurden folgende Versuchsresultate erzielt: Marshall-Stabilität 720 kg Duriez- Trocken -Stabilität 1720 kg Eintauch-Verdich'tungs-Verhältnis 0,93
Ferner zeigt dieses Bindemittel ein ausgezeichnetes Verhalten in bezug auf Wasser. Unaktivierte bekannte Bindemittel weisen unter gleichen Bedingungen eine schlechte Adhäsion an Quarziten auf. (Der Marshall Stabilitätstest ist im U. 5. American Society for test methods handbook unter der Codenummer D 1559-58 beschrieben.)
Der Duriez-Test wird an einem Kreiszylinder aus dem Strassenbelagsmaterial, dessen Radius 4 cm und dessen axiale Länge 9-10 cm beträgt, durchgeführt.
Dieser Versuch wird so durchgeführt, dass der Zylinder zwischen parallelen Platten, welche mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/sec entlang der Achse des Zylinders verschoben werden, zusammengedrückt wird. Der Druck wird kontinuierlich registriert und das Muster nach der maximalen Belastbarkeit beurteilt.
Vorgängig des Trocken -Versuches wird der Zylinder während einer Woche bei einer Temperatur von 180 C in Luft mit 50% relativer Feuchtigkeit gelagert.
Für einen Nass -Versuch wird der Zylinder während einer Woche bei einer Temperatur von 180 C unter Wasser gelagert. Der Duriez- Nass -Versuch gibt ge wöhnlich ein etwas niedrigeres Resultat als der Duriez Trocken -Versuch. Das Verhältnis der Resultate von Nass - und Trocken -Versuch wird als Eintauch/Verdichtungs-Verhältnis registriert.
Die Abkürzung IP , welcher eine Nummer folgt, die in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, gibt die Codenummer eines Versuches des British Institute of Petroleum's book'Standard Methods of Testing Petroleum and its Products' an.
Beispiel II
Ein durchsichtiges Bindemittel wurde durch Zusammenrühren folgender Komponenten bei einer Temperatur von 1400 C hergestellt: Öl
Es handelt sich um das gleiche Öl, welches im Beispiel I verwendet wurde.
Harz
Dieses war ein Polyterpenharz, welches einen Schmelzpunkt von 1150C hatte.
Polymer
Dieses war ein Polyisobutylen mit einem mittleren Molekulargewicht von 15 000.
Das Mengenverhältnis betrug: Ö1 75 Ges. %
Harz 15 Ges. %
Polymer 10 Ges. %
5 Teile Carburex-Rot pro Million Teile färbten das Bindemittel sehr schön rot, ohne dessen Durchsichtigkeit zu beeinträchtigen.
Filzplatten wurden mit diesem roten Bindemittel imprägniert, indem die trockenen Filzplatten bei einer Temperatur von 210-2500 C durch das geschmolzene Bindemittel hindurchgezogen wurden. Die Filzplatten wurden dabei gut durchtränkt, und es trat kein Ausschwitzen auf.
Eine kleine Menge des geschmolzenen Bindemittels wurde mittels beheizter Walzen auf die eine Seite von zwei Bogen Packpapier aufgebracht. Die mit Bindemittel überzogenen Seiten der Packpapiere wurden miteinander in Berührung gebracht und die beiden Bogen zwischen kalten Walzen hindurchgeführt. Die zwei Bogen waren hierauf fest zusammengekittet. Stark gefärbte Filze und Papiere können mit einem nicht pigmentierten bzw. nicht gefärbten Bindemittel behandelt werden.
Binder and use of the same for the production of a road surface
The usual binders for road surfaces, e.g. B.
Petroleum bitumens, coal tar, are colored black and this is a disadvantage if one wishes to color a road surface, e.g. B. for the purpose of attaching guidelines for traffic, pedestrian crossings and the like. It is known to produce colored surface materials from bitumen or coal tar, but these known surface materials are only suitable for light loads, as they are e.g. B. occur on garden paths and sidewalks, but are not sufficient for heavily used streets. The aim of the invention is to remedy these shortcomings.
The invention now relates to a binder which contains 50-89% by weight of an oil which, at 760 mm Hg, has an initial boiling point of at least 3000 C and less than 5% by weight, preferably less than 1% by weight, of in n-heptane Insoluble material (IP 143/55) and, based on the binder, contains 1-15% by weight of a polymerized acyclic mono-olefin and 10 to 40% by weight of another resin that is compatible with the oil mentioned.
The oil mentioned can be of an aromatic paraffinic type. It can be a distillate from a distillation carried out under atmospheric pressure or under vacuum, a residue from such a distillation or an oil which is obtained by solvent extraction from one of the above materials, in the latter case the solvent-treated residue or the extracted component can be.
Some of these oils, especially vacuum distillation residues, can contain more than 5% by weight of material which is insoluble in n-heptane. Such an oil cannot be used for the binder according to the invention without cleaning because too large amounts of asphalt-like constituents tend to cover up pigmentation.
An oil which is particularly suitable for the binder according to the invention is an extract from a petroleum fraction, preferably from a residue from a vacuum distillation of petroleum.
In order to obtain a binder with a desired viscosity at the application temperature, the oil content of the same can be adjusted accordingly within the specified limits. It should also be noted that the more the oil content increases, the cheaper the product can be.
The resin may be a natural resin or a natural resin modified by chemical treatment. Suitable resins are diene resins based on petroleum, rosin, metallized resins, in particular zinc and calcium resins, polyterpenes, terpene and abietinphenol resins, gum arabic, glycerol phthalate resins modified by drying oils and coumarone resins, the latter especially in a mixture with e.g. B. coal tar oil are advantageous.
As another resin to be used in amounts of 1040% by weight, a natural or synthetic polymer whose physical properties contrast with polymerized olefins is preferably suitable. Thus, the resin tends to have a crystalline appearance, to be hard and brittle and to be easily removed e.g. B. by rubbing between your fingers to pulverize. In contrast, z. B. Polyethylene has a non-crystalline appearance, is soft and pliable and cannot easily be ground into powder.
A resin which is particularly suitable for the composition of the binder according to the invention is produced from a monomer derived from petroleum. The exact composition of the monomer is not known, but it contains a significant amount of cyclopentadiene.
The resin increases the viscosity and ductility (IP 32/55) of the binder at ambient temperature and also its adhesive strength to the carrier substance, which is e.g. B. can be a mineral aggregate or paper.
The polymerized mono-olefin preferably has a molecular weight of 2,000-500,000. Particularly suitable polymers of this type are those which are made up of monomers having 2-4 carbon atoms in the molecule, e.g. B. polyethylene, polyisobutylene. High pressure polyethylene is particularly suitable because it is easily soluble.
The polyolefin improves cohesion and increases the softening point, especially at summer temperatures. However, too high a concentration of polyolefin can lead to too high a viscosity at the application temperature and should therefore be avoided.
The binder can be prepared by heating a mixture of the components at a temperature of 100 to 1700.degree.
The binder can be colored by a sufficient amount of an organic dye or a mineral pigment.
If desired, an organic pigment can also be used at a concentration of 1-100 parts by weight per million parts by weight. Such a pigment should be stable at the application temperature. Usable pigments are therefore z. B.
Carburex Red, Orgarol Geib, Lutetia Cyanin, Lutetia Smaragd, Acetoquinone Yellow, Acetoquinone Green.
However, the use of mineral pigments is preferred because they have better hiding power. Usually 0.5 to 5% by weight of mineral pigment are added to the binder, and in certain cases the pigment can replace other additives. The mineral pigments are insoluble in the binder, but they result in a stable mixture with them. Suitable mineral pigments are e.g. B. Cadmium Orange, Cadmium Red, Cadmium Yellow, Cobalt Blue, Manganese Blue, Chromium Oxide Green, Molybdenum Orange.
The binders described can be dissolved in a volatile solvent or in a volatile carrier, e.g. B. water, be emulsified to form an extender binder.
example 1
A transparent binder was produced in such a way that the following three components were stirred together at a temperature of 1200 C: Oil
This was a heavy extract obtained by furfural extraction of a vacuum distillation fraction of crude oil from Iraq. This extract had the following properties:
Viscosity at 500 C 360 cSt
Initial boiling point at 760 mm Hg 3840 C in n-heptane insoluble material no resin
This was a hydrocarbon diene resin which had a melting point of 1040 ° C. It was made by polymerizing a petroleum derived material. The exact composition of the monomer is not known, but it contains a significant amount of cyclopentadiene.
polymer
This was polyethylene with a molecular weight of 5000.
The proportions were oil 60 total%
Resin 30 total%
Polymer 10 total%
The binder was a transparent mass, which had the following properties:
Softening point (IP 58/56 81.50C
Penetration depth (IP 49/58) 202 mm / 10
Density at 250 C 0.95 g / cm3
A road surface material was produced in such a way that a mineral mixture, which was coated with 5.5% by weight, based on the total mineral mixture, of the binder described above. The mineral mixture consisted of a quartz rock, which was broken in St. Quen de Mimbre ge, a filler, z. B.
Chalk, and a cadmium yellow pigment and had the following grain size distribution:
Grain size:% by weight based on the
Total mineral mixture:
10-8 mm 10
8-6.3mm 10 3.15-2.5mm 25
2.5-2mm 20
1-0.8 mm 10 6.8-0.08 mm 18> 0.08 mm 5
Cadmium yellow 2
The binder content is smaller than usual here because 1. the binder has a low density and 2. the binder / quartz interfacial tension is low.
The following test results were achieved with this road material: Marshall stability 720 kg Duriez dry stability 1720 kg immersion-compression ratio 0.93
Furthermore, this binder shows excellent behavior with respect to water. Inactivated known binders have poor adhesion to quartzites under the same conditions. (The Marshall stability test is described in the U. 5. American Society for test methods handbook under code number D 1559-58.)
The Duriez test is carried out on a circular cylinder made of the road surface material, the radius of which is 4 cm and the axial length of 9-10 cm.
This test is carried out in such a way that the cylinder is pressed together between parallel plates which are displaced at a speed of 1 mm / sec along the axis of the cylinder. The pressure is registered continuously and the sample is assessed according to its maximum load capacity.
Before the drying test, the cylinder is stored for one week at a temperature of 180 C in air with 50% relative humidity.
For a wet test, the cylinder is stored under water at a temperature of 180 C for one week. The Duriez wet test usually gives a slightly lower result than the Duriez dry test. The ratio of the results of the wet and dry test is recorded as the immersion / compression ratio.
The abbreviation IP, followed by a number, which is used in the present description, indicates the code number of an experiment by the British Institute of Petroleum's book 'Standard Methods of Testing Petroleum and its Products'.
Example II
A transparent binder was produced by stirring the following components together at a temperature of 1400 ° C. Oil
It is the same oil that was used in Example I.
resin
This was a polyterpene resin which had a melting point of 1150C.
polymer
This was a polyisobutylene with an average molecular weight of 15,000.
The quantity ratio was: oil 75 total%
Resin 15 total%
Polymer 10 total%
5 parts of Carburex red per million parts colored the binder very beautifully red without affecting its transparency.
Felt panels were impregnated with this red binder by pulling the dry felt panels through the molten binder at a temperature of 210-2500 ° C. The felt sheets were soaked well and there was no exudation.
A small amount of the molten binder was applied to one side of two sheets of wrapping paper by means of heated rollers. The binder-coated sides of the wrapping paper were brought into contact with one another and the two sheets were passed between cold rollers. The two arches were then firmly cemented together. Strongly colored felts and papers can be treated with a non-pigmented or non-colored binder.