DE2844355A1 - Bituminoese zusammensetzungen, ihre herstellung und verwendung - Google Patents

Description

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Modifizierung von Bitumen mit Polymeren mit einem Gewicht M des Molekulargewichts zwischen 50 000 und 1 000 000 zur Erleichterung des nachfolgenden Einbringens linearer
Elastomerer mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von im allgemeinen über 1 000 000.

Derartige lineare Elastomere hohen Molekulargewichts sind im allgemeinen mit Bitumen unverträglich. Die Erfindung ermöglicht, diese Schwierigkeit durch Aufpfropfung eines Polymeren auf Bitumen zu vermeiden.

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Erfindungsgemäß wird ein Polymer niederen Molekulargewichts, das an seiner Kette reaktive Gruppen aufweist, auf das Bitumen aufgepfropft, was das Einbringen des mit Bitumen unverträglichen Polymeren begünstigt, wobei das Polymer mit den reaktiven Stellen der aufgepfropften Ketten chemisch umgesetzt wird.

In der FR-Patentanmeldung 76 27937 ist ein Verfahren zur Herstellung bituminöser Zusammensetzungen angegeben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in einer ersten Verfahrensstufe eine an den Kettenenden olefinisch ungesättigte organische Verbindung mit einem Molekulargewicht Ϊ5 von 300 bis 30 000 wie Polyisobuten oder ein Gemisch von Fettsäureestern und höheren Alkoholen an Bitumen gebunden wird, worauf dem erhaltenen Produkt in einer nachfolgenden zweiten Verfahrensstufe ein Polymer mit einem Molekulargewicht M von 100 000 bis 2 000 000 zugesetzt wird.

Die erste Stufe dient der Erhöhung der Löslichkeit und Stabilität des nach der zweiten Stufe erhaltenen Produkts; dies kann erfindungsgemäß durch Bindung zweier bisher hierfür nicht "herangezogener Polymerartenf nämlich von Polyacrylaten und/oder Polymethacrylaten, erfolgen, die erfindung3gemäß eingesetzt werden und zu einer bedeutenden Modifizierung der physikalischen und mechanischen Eigenschaften von so behandelten Bitumen führen.

Die Behandlung von Bitumen mit Polymeren aus der Gruppe der Polyacrylate oder Polymethacrylate führt zu einem modifizierten Bitumen, bei dem die Einbringung linearer

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Elastomerer hohen Molekulargewichts erheblich erleichtert ist, wobei die erhaltenen Produkte zugleich deutlich höhere Stabilität aufweisen. Derartige Elastomere sind im allgemeinen nicht oder nur wenig mit gewöhnlichem Straßenbitumen verträglich, was sich in einer Heterogenität entsprechender Gemische zeigt, die zur Trennung unter Abscheidung einer Bitumenphase und'einer Bitumen-Polymer-Phase führt.

Die erfindungsgemäßen bituminösen Zusaimensetzungen

für sind auf Grund ihrer mechanischen Eigenschaften/ zahlreiche Anwendungszwecke insbesondere im Straßenbau sowie als Dichtungsmaterialien außerordentlich vorteilhaft einsetzbar, beispielsweise für dünne Straßenbeläge etwa aus Schwarzdeckenmischung,Drainage-Straßendecken oder " Oberflächenüberzüge sowie etwa für Anstriche, Abdeckungen und Pilze auf Bitumenbasis, Mastix.s, Spachtelmassen, Kömpoundtojnassen, Dichtungen, Schindeln u. dgl.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Polyacrylate sind Polymere der allgemeinen Formel

— c

C-O-R

in der R ein im wesentlichen aus einem Kohlenwasserstoffrest bestehendes Radikal bedeutet.

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-Sr-

Diese Polymeren besitzen ein Molekulargewicht TL von 50 000 bis 1 000 000.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Polymethacrylate sind Polymere der allgemeinen Formel

— au —

O = C-O-R

in der R ein im wesentlichen aus einer Kohlenwasserstoff gruppe bestehendes Radikal bedeutet.

Die Polymeren besitzen ebenfalls ein Molekulargewicht von 50 000 bis 1 000 000.

Unter:dem Begriff "Bitumen" wird vorliegend ein schwerer Erdölschnitt oder -rückstand verstanden, der eine Peneträtionszahl (NP T 66 00*0 von 5 bis 500 bei 25 ⁰C sowie einen Erweichungspunkt (NP T 66 008) von 20 bis 120 ⁰C besitzt.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Polyacrylate und Polymethacrylate werden in Form einer viskosen Lösung in einem mit Lösungsmitteln raffinierten Basisöl verwendet, beispielsweise in ölen 200 NS bzw. 400 NS; die öle 200 NS bzw." 400 NS stellen Basisöle dar, die mit neutralen Lösungs·

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mitteln versetzt sind umd eine Viskosität von 200 SSU bzw. 400 SSU bei 37,8 ⁰C besitzen.

Die Polymeren können durch einfaches Mischen in das Bitumen eingebracht werden. Das als Trägermedium für die Polymeren dienende öl führt zu einer Erweichung.'.des Ausgangs-Bitumens. Aus diesem Grund wird ein Bitumen als Ausgangsmaterial verwendet, das gegenüber einem Bitumen, das ohne die Erweichungswirkung durch das öl verwendet worden wäre, eine kleinere Penetrationszahl sowie einen höheren Erweichungspunkt aufweist.

Die erste Verfahrensstufe, d. h. die Bindung des Polyacrylate bzw. Polymethacrylats am Bitumen, wird dadurch vorgenommen, daß Bitumen, das Polymer in seinem öl sowie ein Pfropfungsmittel zur Aufpfropfung des Polymeren auf Bitumen zusammengebracht werden. Als Pfropfungsmittel dient im allgemeinen Schwefel, jedoch ist auch jedes andere Material erfindungsgemäß verwendbar, mit dem die endständige Doppelbindung des Polymeren zur Bindung an entsprechenden Stellen des Bitumens aktiviert werden kann. Die drei Komponenten werden bei einer Temperatur miteinander gemischt, die im allgemeinen zwischen 140 und 250 ⁰C liegt. Die Kontaktzeit hängt von der Wirksamkeit des Pfropfungsmittels ab. Sie liegt bei Verwendung von Schwefel im allgemeinen zwischen 5 und 15 h.

Die Menge der erfindungsgemäß eingesetzten Polyacrylate bzw. Polymethacrylate liegt zwischen 1 und 10 Gew.- %_s bezogen auf das Bitumengewicht. Die eingesetzte Schwefelmenge liegt zwischen 0,1 und 1,5 Gew.-*, bezogen auf die Gesamtmasse der Bestandteile.

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In der zweiten Verfahrensstufe werden 1 bis 5 Gew.- % eines Elastomeren, bezogen auf das Gewicht des aus der ersten Verfahrensstufe herrührenden Produkts, zugesetzt.

Die Mischtemperatur liegt zwischen 14O und 250 ⁰C; die Mischdauer beträgt 1 bis 3 h.

Wenn das Bitumen zuvor erfindungsgemäß mit Polyacrylaten und/oder Polymethacrylaten behandelt ist, weisen lineare Elastomere wie

- halogenierte oder nichthalogenierte Polyisoprene, Butylkautschuk bzw. epoxidierter Butylkautschuk,

- Polyisobutene,

- halogene|Lrter oder michthalogenierter Butylkautschuk sowie

- EPDM (Äthylen-Propylen-Dien-Kautschuke) eine sehr gute Verträglichkeit mit dem zuvor modifizierten Bitumen auf.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene resultierende Gemisch besitzt trotz der kleinen eingesetzten Elastomermengen sehr ausgeprägte Elastomereigenschaften.

Beispiel 1

Zu 100 Teilen Bitumen (bitume Arabe Lourd 20/30) (A), dessen Eigenschaften in der Tabelle aufgeführt sind, werden 6 Teile eines mit einem Schmieröl gestreckten Polyalkylmethacrylats zugegeben (verwendetes Gemisch: PLEXOL 956, Vertrieb durch ROHM und HAAS). Das Material besitzt eine Viskosität von 1H6 000 cSt bei 37,8 ⁰C und eine Viskosität von 1 300 cSt bei 98,9 ⁰C

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Das Geraisch aus Bitumen und PolyaBcylmethacrylat wird unter Rühren auf 18O ⁰C erhitzt, worauf ein Teil Schwefelblumen zugesetzt wird. Das Gemisch wird anschließend 5 h weiter gerührt.

Es wird ein Bitumen (B) erhalten, dessen Eigenschaften in der Tabelle angegeben sind.

Das so erhaltene modifizierte Bitumen (B) wird mit

1 Gew.- % eines EPDM-Elastomeren (VISTALON 250*1, Vertrieb durch ESSOCHLMIE) versetzt. Die Zugabe dieses Elastomeren enfolgt während 30 min bei 200 ⁰C unter Rühren. Am Ende dieser Verfahrensstufe wird ein Produkt (C) erhalten, dessen Eigenschaften ebenfalls in der Tabelle aufgeführt sind.

Beispiel 2

Zu 100 Teilen Bitumen (bitume Arabe Lourd Souffle, Typ 85/25) (B) werden 3 Teile eines mit einem Schmieröl gestreckten Polyacrylats (verwendetes Gemisch: LUBRIZOL 3125j Vertrieb durch die Firma LUBRIZOL) zugegeben; das Material besitzt eine Viskosität von 1710 cSt. bei 98,9 ⁰C.

Das Bitumen-Polyacrylat-Gemisch wird unter Rühren auf 200 ⁰C erwärmt, worauf 1,8 Teile Schwefelblumai zugesetzt werden. Danach wird 16 h weiter gerührt.

Es wird ein modifiziertes Bitumen (E) erhalten, dessen Eigenschaften in|der Tabelle aufgeführt sind.

Das so erhaltene modifizierte Bitumen (E) wird mit

2 Gew.- % eines Butylkautschuks (POLYSAR XL 20Versetzt. Die Zugabe erfolgt während 30 min bei 200 ⁰C unter Rühren.

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Es wird ein Produkt (P) erhalten, dessen Eigenschaften ebenfalls in der Tabelle angegeben sind. Das Produkt besitzt bemerkenswerte Elastomereigenschaften, die durch Verwendung des Produkts (P) als Bindemittel in einem Straßenbelagsmaterial ausgenützt werden, der in einer 4 cm dünnen Schicht aufgebracht werden kann und starke Deformationsbelastungen aushält, wie sie beispielsweise bei Fahrbahndeckenschichten von Brücken mit orthotropen Platten auftreten.

Beispiel 3

Die erste Verfahrensstufe von Beispiel 2 wird mit dem Unterschied wiederholt, daß dem Gemisch kein Schwefel zugesetzt wird.

Es wird ein Bitumen (G) erhalten,dessen Eigenschaften aus der Tabelle hervorgehen.

Die Erfindung betrifft zusammengefaßt bituminöse Zusammensetzungen sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung; das Verfahren ist durch folgende Verfahrensstufen gekennzeichnet:

(1) Bindung eines Polyacrylats und/oder PoIymethacrylats an einem Bitumen mit einer Penetrationszahl von 5 bis 500 und einem Erweichungspunkt von 20 bis 120 ⁰C

und

(2) Zugabe eines Polymeren mit einem Molekulargewicht von 1 OOOOCJbis 2 000 000 zu dem Produkt der Stufe (1).

Als dem Produkt der Stufe (1) zugesetztes Polymer wird ein Polychloropren mit einem Molekulargewicht von 200 000 bis 2 000 000, ein Polyisobuten mit einem Molekularge-

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wicht von 100 000 bis 1 000 000, ein Kautschuk mit einem Molekulargewicht von 300 000 bis 2 000 000 oder ein EPDM-Kautschuk mit einem Molekulargewicht von 200 000 bis 1 000 OOOjverwendet.

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Tabelle

	A	B	C	D	E	F	G
Penetrationszahl (1/10 mm)	23	110	80	28	58	48	75
O (NP T 66 004) 09 ErweichungspuRkt (Kugel u. RingXJV) ™ (NP T 66 008)	69	62	72	83	60	65	50
ί£ Praass-Punkt (0C)
° (IP 80/53)		- 32	- 30	- 20	- 31	- 30	- 35
ο Durch Ziehen bei 20 C und einer
Geschwindigkeit \don 500 mm/mm er
mittelte Theologische Eigenschaften
(NP T 42 002)
Maximaler Belastungs-Schwellenwert (bar)	3	2,8	8	2,5	2,1	6,8	1,2
Bruchlast (bar)	0,1	0,05	2	0,8	0,7	3,5	0,05
Bruchdehnung (5S)	80	600	>800	50	> 800	)800	>800

-ρου cn tn

Claims (10)

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung bituminöser Zusammensetzungen,

gekennzeichnet durch folgende Verfahrensstufen:

(1) Bindung eines Polyacrylats und/oder Polymethacrylat s an einem Bitumen mit einer Penetrationszahl von 5 bis 500 und einem Erweichungspunkt von 20 bis 120 ⁰C

und

(2) Zugabe eines Polymeren mit einem Molekulargewicht von 100 000 bis 2 000 000 zu dem Produkt der Stufe (1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das Polyacrylat oder Polymethacrylat in einer Menge von 1 bis 10 Gew.- %_t bezogen auf das Bitumengewicht, eingesetzt und die Bindung in Gegenwart von 0,1 bis 1,5 Gew.- % Schwefel, bezogen auf das Bitumen-Polyacrylat-Gemisch bzw. das Bitumen-Polymethacrylat-Gemisch, während einer Reaktionsdauer von 0,5 bis 20 h bei l40 bis 220 ⁰C vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymer in Stufe (2) ein lineares Elastomer eingesetzt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer in einer Menge von 1 bis 5 Gew.- %, bezogen auf die Menge des Produkts der Stufe (1), eingesetzt und das Gemisch 1 bis 3 h auf 140 bis 250 ⁰C erhitzt . wird.

5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymer in Stufe (2) ein Polychloropren mit einem Molekulargewicht ϊΐ. von 200 000 bis 2 000 000 eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymer in Stufe (2) ein Polyisobuten mit einem Molekulargewicht M von 100 000 bis 1 000 000 eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymer in Stufe (2) ein Butylkautschuk mit einem Molekulargewicht M von 300 000

bis 2 000 000 eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymer in Stufe (2) ein EPDM-Kautschuk mit einem Molekulargewicht M von 200 000 bis 1 000 000 eingesetzt wird.

9. Bituminöse Zusammensetzungen,
erhalten durch

(1) Bindung eines Polyacrylats und/oder Polymethacrylate an einem Bitumen mit einer Penetrationszahl von 5 bis 500 und einem Erweichungspunkt von 20 bis 120 ⁰C

und

(2) Zugabe eines Polymeren mit einem Molekulargewicht

von 1000 bis 2 000 000 zu dem Produkt der Stufe (1).

10. Verwendung der bituminösen Zusammensetzungen nach Anspruch 9 für oder in Fahrbahnbelägen, Anstrichmitteln und Dichtmitteln.