DE1297519B

DE1297519B - Stabilisierungsmittel fuer saure Emulsionen von Kohlenwasserstoffbindemitteln fuer den Strassenbau

Info

Publication number: DE1297519B
Application number: DE1966S0106055
Authority: DE
Inventors: Ceintrey Marcel
Original assignee: ROUTIERE ET D ENTPR GENERALE S
Current assignee: ROUTIERE ET D ENTPR GENERALE S
Priority date: 1966-03-22
Filing date: 1966-09-23
Publication date: 1969-06-12
Also published as: CH451203A; BE684787A

Description

Die Erfindung betrifft ein Stabilisierungsmittel für saure Emulsionen von Kohlenwasserstoffbindemitteln, die zum Umhüllen von Zuschlagstoffen für den Straßenbau bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Komponenten enthalten : a) 1 bis 10 Gewichtsprozent, berechnet als freie Base, eines wasserlöslichen Salzes eines Polyamins der allgemeinen Formel worin R ein Alkyl-oder ein eine oder mehrere Doppelbindungen aufweisender Alkenylrest mit 16 bis 20 Kohlenstoffatomen, n eine ganze Zahl von 3 bis 5 ist und HX eine anorganische oder organische Säure bedeutet, sowie b) 1 bis 15 Gewichtsprozent eines EiweiBstoffes oder eines Gemisches von Eiweißstoffen und c) als Restmenge bis 100 Gewichtsprozent Wasser und gegebenenfalls eine zur Einstellung eines pH-Wertes von 4 bis 5, 5 ausreichende Menge einer Säure HX.
Eine der grundlegenden Eigenschaften des Polyaminsalzes besteht darin, daß es mit der Oberfläche der porösen Materialien reagiert und von ihr adsorbiert wird. Je größer die Oberfläche, um so schneller bricht somit die Emulsion. Dieses Problem ist besonders akut bei Mischungen mit einem Bindemittel auf Kohlenwasserstoffbasis, mit denen dünne Beläge zur Oberflächenerneuerung hergestellt werden, die Dichtigkeit und Rauhigkeit der Straßen sicherstellen. Bei diesen Mischungen ist nämlich die spezifische Oberfläche der Materialien sehr hoch. Sie liegt zwischen 15 und 30 m2/kg.
Es wurde festgestellt, daß im Gegensatz zu der bisherigen Annahme die Abmessung und der Kornaufbau der Mineralmasse zwar eine wichtige, jedoch nicht die einzige Rolle spielt. Die chemische Natur der Materialien und vor allem die Temperatur spielen eine mindestens ebenso große Rolle. Da die Mischungen aus Steinmaterial und Bindemittel mit den örtlich verfügbaren Materialien hergestellt werden, müßte man somit eine große Zahl von Emulsionstypen verwenden, um den verschiedenen Bedingungen zu genügen, wobei die Emulsionstypen beispielsweise zwischen dem Morgen, an dem die Temperatur 10°C beträgt, und dem Nachmittag, an dem sie 30°C beträgt, variieren.
Demnach wurde nun gefunden, daß ein einziger Emulsionsstabilisator verwendet werden kann, um alle Typen von Mineralstoffen aus Kalkstein und sauren Bestandteilen in einem Temperaturbereich von 5 bis 40°C zu umhüllen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Polyaminsalz ein Hydrochlorid.
Das erfindungsgemäße Stabilisierungsmittel hat insbesondere folgende Eigenschaften : 1. Es schaltet Änderungen des pH-Wertes der Emulsion als Folge der Reaktion der Mineralstoffe mit der Säure der Emulsion weitgehend aus.
2. Es bildet einen Schutzfilm, der die zu hohe Reaktionsfähigkeit des Emulgators mit den Mineralstoffen verhindert, wenn die Temperatur steigt, und bewirkt auf diese Weise eine Stabilisation der Emulsion durch Benetzung der Mineralstoffe vor ihrer-Berührung mit der zum Umhüllen verwendeten Emulsion, die im allgemeinen auf Bitumen basiert.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
Als Polyamin, das im erfindungsgemäßen Stabilisierungsmittel enthalten ist, eignen sich alle Polyamine der genannten Formel, in der R ein Alkyl-oder Alkenylrest (mit einer oder mehreren Doppelbindungen im Alkenylrest) mit 16 bis 20 Kohlenstoffatomen ist.
Bevorzugt werden Polyamine, in denen R ein Alkylrest mit 17 Kohlenstoffatomen (Stearylrest) ist.
Während n eine ganze Zahl von 3 bis 5 sein kann, werden vorteilhaft Polyamine verwendet, in denen n den Wert 3 hat.
Bevorzugt werden Alkylpropylenpolyamine der Formel in Salzform, in denen R ein Alkylrest mit 17 Kohlenstoffatomen ist. Hierbei handelt es sich um Polyamine, die normalerweise als Emulgatoren in der sauren Emulsion selbst verwendet werden, jedoch wurde festgestellt, daß die Erhöhung der Stabilität als Funktion der Temperatur verhältnismäßig gering ist und zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses erhebliche Emulgatormengen verwendet werden müssen, wenn als stabilisierender Zusatz nur ein wasserlösliches Salz des obengenannten Polyamins verwendet wird. Dagegen bleibt der Einfluß der Art der Mineralstoffe sehr erheblich. An sauren Mineralstoffen ist langsames Brechen und schlechte Haftfestigkeit und im Falle von Kalkstein zu schnelles Brechen bei besserer Haftfestigkeit festzustellen.
Dies war der Anlaß, in den Zusatzstoff einen Eiweißstoff einzubeziehen, der gemäß der Erfindung ein Eiweißstoff oder ein Gemisch davon ist. Von den Produkten dieses Typs, die für die Zwecke der Erfindung besonders geeignet sind, seien insbesondere Casein oder Gelatine genannt. Die letztere ist bevorzugt, denn ihr isoelektrischer Punkt liegt in der Nähe von 4, 7, wodurch es möglich ist, gute Haftfestigkeit an allen gebräuchlichen Steinmaterialien zu erzielen.
Die Mengen des Polyamins und des Eiweißstoffes können innerhalb ziemlich weiter Grenzen liegen und hängen von der vorgesehenen Verwendung und von der Lagerzeit oder dem vorgesehenen Transport der Lösung ab. Sie liegen vorzugsweise zwischen 1 und 10 Gewichtsprozent der Lösung beim Polyamin und zwischen 1 und 15 Gewichtsprozent der Lösung für den Eiweißstoff.
Das Polyamin kann direkt in Form eines wasserlöslichen Salzes verwendet werden, jedoch ist es vorzuziehen, dieses Salz in situ in der Lösung zu bilden, indem die Säure zur Lösung gegeben wird. Als geeignete Säuren seien insbesondere Salzsäure, Essigsäure oder Ameisensäure genannt. Bevorzugt wird Salzsäure. Es genügt, die Säuremenge zuzusetzen, die ungefähr zur Neutralisation des Polyamins genügt. Hierbei werden Endlösungen erhalten, die vorteilhaft einen pH-Wert zwischen etwa 4 und 5, 5 haben. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßes Stabilisierungsmittel die folgende Zusammensetzung haben : Polyamin...................... 10 bis 100 kg Gelatine (technisches Produkt).... 10 bis 150 kg HCl (d = 1, 16)................. 9 bis 90 kg Wasser : zur Auffiillung auf 1000 kg erforderliche Menge Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Stabilisierungsmittels werden die gewünschten Mengen des Polyamins, der Aminosäureverbindung und der Neutralisationsäure in Wasser gemischt. Nach erfolgter Auflösung ist das Stabilisierungsmittel gebrauchsfertig.
Das erfindungsgemäße Stabilisierungsmittel wird gewöhnlich dem Sand im Augenblick der Herstellung der Mischung der Mineralstoffe mit der sauren Emulsion zugesetzt. Die zugesetzten Mengen des Stabilisierungsmittels sind verschieden je nach der genauen Natur der sauren Emulsion und der Art und Abstufung der Körnung des Sandes. Im Durchschnitt machen sie weniger als etwa 0, 15 °/o des Gesamtgewichtes aus (wobei das Stabilisierungsmittel als Gesamtgewicht der in der Lösung enthaltenen trockenen aktiven Stoffe gerechnet wird).
Um die sehr vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stabilisierungsmittels zu veranschaulichen, werden nachstehend als Beispiel die Ergebnisse einer Reihe von Versuchen genannt, die wie folgt durchgeführt wurden : Ausgegangen wurde von einem Sandgemisch, das 60°/o Dioritsand 0/3 mm und 40 °/o Seinesand 0/2 mm enthielt. Die Abstufung der Körnung dieses Gemisches war folgende :

Maschenweite, mm

1 4, 76 1 2 1 0, 84 1 0, 42 1 0, 18 10, 074

Siebdurch-

gang, °/o.. I 100 (95 65 40 18 10, 1

Das zu prüfende erfindungsgemäße Stabilisierungsmittel wurde in der gewünschten Konzentration in Wasser hergestellt. Die erhaltene Lösung wurde zur Benetzung des Sandes verwendet, wobei die insgesamt verwendete Lösungsmenge 12 Teile pro 100 Teile Sandgemisch betrug. Nach der Benetzung wurden dem Sandgemisch 15 Gewichtsteile einer sauren 60°/Oigen Bitumenemulsion der folgenden Zusammensetzung zugesetzt : Bitumen.... 600 kg Alkylpropylenpolyamin (R = Alkylrest mit 17 Kohlenstoffatomen)... 8 kg HCI (Dichte 1, 16). 7, 5 kg Wasser : zur Auffüllung auf 1000 kg erforderliche Menge.
Die Emulsion wurde bei verschiedenen Temperaturen verwendet. Das erhaltene Material wurde in einer Schale gemischt, wobei die Zeit festgestellt wurde, nach der eine Verschlechterung der Verarbeitbarkeit eintrat, die dem Beginn des Brechens der Emulsion entspricht. Um gute Reproduzierbarkeit der Ergebnisse sicherzustellen, wurden mehrere Versuche durchgeführt.
Als stabilisierender Zusatz wurden bei den vorstehend beschriebenen Versuchen sowohl Polyaminhydrochlorid allein als auch das erfindungsgemäße Stabilisierungsmittel verwendet, das das Polyamin und die Gelatine mit Salzsäure als Neutralisationssäure enthielt und einen pH-Wert von etwa 4, 5 hatte. Die erhaltenen Ergebnisse sind nachstehend in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt.

Tabelle 1 Temperatur des Sandes.... 22°C Temperatur der Emulsion..... 50°C

Konzentration des Zusatzstoffes

0, 18% 1 0, 204% 1 0, 25 °/0

Mischdauer vor dem Brechen

Zusatzstoff

R (NHCHzCH2CH2) 3NHCH2CH2CH2CH2 1 bis 1 bis 1, 5 bis

(Hydrochlorid) (R = Alkyl mit 17 Kohlenstoffatomen) 1, 5 Minuten 1, 5 Minuten 2 Minuten

Konzentration des Stabilisierungsmittels

0, 10°/o 1 0, 125°/o

Mischdauer vor dem Brechen

Erfindungsgemäßes Stabilisierungsmittel 40 Gewichtsprozent

R (HN-CH2-CH2-CH2)3-NH-CH2-CH2-CH2-NH2 3 Minuten >4 Minuten

60 Gewichtsprozent Gelatine

(R=Alkyl mit 17 Kohlenstoffatomen)

(HCl zur Neutralisation) pH = etwa 4, 5

Tabelle 2 Temperatur des Sandes.......... 22°C Temperatur der Emulsion......... unterschiedlich

Temperatur der Emulsion

20°C t 40°C 50°C 60°C j 70°C

Konzentration des Zusatzstoffs*

0, 12% 0, 12°/o 1 0, 12°/o 1 0, 12°/o 1

Mischdauer vor Beginn des Brechens

Zusatzstoff

Hydrochlorid von

R (NH-CH2-CH2-CH2)3-NH-CH2-CH2-CH2-NH2 1, 5 Min. 25 Sek. <15Sek.

(R = Alkyl mit 17 Kohlenstoffatomen)

Konzentration des Stabilisierungsmittels*

0, 055 0,0755 0,100% 0, 125% 0,1505%

Mischdauer vor Beginn des Brechens

ErfindungsgemäBes Stabilisierungsmittel**

40 Gewichtsprozent

R (NH-CH2-CH2-CH3-NH-CH2-CH2-CH2-NH2 2, 5 bis 1, 5 bis 3 Min. 2, 5 bis 1, 5 bis

(R = Alkyl mit 17 Kohlenstoffatomen) 3 Min. 2 Min. 3 Min. 2 Min.

Konzentration des Zusatzstoffs*

0, 075% 0,100% 0, 125°/o 1 0, 150% 0,175%

Mischdauer vor Beginn des Brechens :

60 Gewichtsprozent Gelatine

HCL zur Neutralisation pH = etwa 4,5 > 3 Min. 2,5 bis >4 Min. 3 Min. 2 bis

3 Min. 2,5 Min.

* Gerechnet als Gesamtgewicht der trockenen aktiven Stoffe in der Lösung, bezogen auf das Gewicht des Sandes.
** Anteil der trockenen Produkte in der Lösung.
Aus den vorstehenden Tabellen ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäß verwendete Stabilisierungsmittel dem allein verwendeten Polyamin eindeutig überlegen ist und es insbesondere ermöglicht, eine genügende Stabilität bei Temperaturen der Emulsionen von 50° C und mehr zu erzielen.

Claims

Patentansprüche : 1. Stabilisierungsmittel für saure Emulsionen von Kohlenwasserstoffbindemitteln, die zum Umhüllen von Zuschlagstoffen für den Straßenbau bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Komponenten enthalten : a) 1 bis 10 Gewichtsprozent, berechnet als freie Base, eines wasserlöslichen Salzes eines Polyamins der allgemeinen Formel worin R ein Alkyl-oder ein eine oder mehrere Doppelbindungen aufweisender Alkenylrest mit 16 bis 20 Kohlenstoffatomen, n eine ganze Zahl von 3 bis 5 ist und HX eine anorganische oder organische Säure bedeutet, sowie b) 1 bis 15 Gewichtsprozent eines Eiweißstoffes oder eines Gemisches von Eiweißstoffen und c) als Restmenge bis 100 Gewichtsprozent Wasser und gegebenenfalls eine zur Einstellung eines pH-Wertes von 4 bis 5, 5 ausreichende Menge einer Säure HX.
2. Stabilisierungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Polyaminsalz der Formel enthält, worin R ein Alkylrest mit 17 Kohlenstoffatomen und HX Chlorwasserstoff bedeutet.
3. Stabilisierungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der darin enthaltene Eiweißstoff Gelatine ist.