DE3632709A1 - Verfahren zur stabilisierung von pech-bitumen-gemischen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Stabilisierung von Gemischen aus Steinkohlenteerpech und Erdölbitumen.

Gemische dieser Art werden im Straßenbau als Bindemittel verwendet. Ein solches Bindemittel ist beispielsweise aus der DE-PS 26 23 574 bekannt. Es besteht zu 80 bis 65 Gew.-% aus Erdölbitumen und zu 20 bis 35 Gew.-% aus einem plastifizierten Steinkohlenteerpech. Das Bitumen sollte hocharomatisch sein, mit einem Asphaltengehalt von mindestens 20% und einer Penetration zwischen 10 und 50 · 1/10 mm. Das plastifizierte Steinkohlenteerpech besteht zu 50 bis 80 Gew.-% aus einem Steinkohlenteerpech mit einem Erweichungspunkt (Kraemer-Sarnow) von 40 bis 75°C und 50 bis 20 Gew.-% einer kristallreichen, zwischen 350 und 450°C siedenden Steinkohlenteerfraktion, und sollte ein Gehalt an Toluolunlöslichem von nicht mehr als 12% haben. Das Bindemittel hat sich als besonders geeignet bei der Herstellung beständiger Straßendeckschichten für schwer belastete Fahrbahnen erwiesen (Erdöl und Kohle, 1977, S. 259 und 260).

Ein Nachteil dieses bekannten Bindemittels ist jedoch, daß nur plastifizierte Peche mit einem niedrigen Gehalt an Toluolunlöslichem verwendet werden können. Bei höheren Toluolunlöslichen-Gehalten tritt bei der Heißlagerung eine spontane Absetzung fester Bestandteile auf, was zu Betriebsstörungen, und zwar zur Herabsetzung des Fassungsvermögens der Lagerbehälter und Verstopfung ihrer Ablaßstutzen führt. Diese Erscheinung ist allgemein bekannt. Daher wird für Teer-Bitumen-Mischungen der Gehalt an Toluolunlöslichem im Teer auf 10% begrenzt (Georgg: Bitumen + Teer, S. 136). Das Entfernen von festen Verunreinigungen aus Pechen ist sehr aufwendig und daher für Straßenbau-Bindemittel ungeeignet. Die Pechverunreinigungen vermindern zwar weder das Bindevermögen des Gemisches noch die Beständigkeit des damit hergestellten Straßenbelages, aber die genannten Betriebsstörungen sind so schwerwiegend, daß der verfügbaren Steinkohlenteerpech-Ressorcen stark eingeschränkt werden.

Es besteht daher die Aufgabe, die Steinkohlenteerpechbasis für die genannten Gemische zu erweitern durch das Auffinden geeigneter Verfahren zur Stabilisierung der Pech-Bitumen-Gemische.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Steinkohlenteerpech vor dem Hinzufügen des Erdölbitumens mit aromatischen Kohlenwasserstoffharzen des Indentyps oder einem diese Harze enthaltenden technischen Produkt vermischt wird. Die Menge der zugesetzten Harze beträgt 2 bis 25 Gew.-% bezogen auf das fertige Gemisch.

Als besonders günstig erweist sich die Verwendung von nach verschiedenen Verfahren gewonnenen Cumaron-Inden-Harzen, einschließlich der dunklen Typen, und von aus den Pyrolyserückständen der Olefinherstellung aus Benzin gewonnenen Harzen. Durch den erfindungsgemäßen Harzzusatz wird die Sedimentationsgeschwindigkeit der Feststoffpartikel soweit gemindert, daß keine Sedimentablagerungen während der Lagerung beobachtet werden. Dieser Stabilisierungseffekt ist auf eine physikalisch-chemische Wechselwirkung zwischen den im Endprodukt suspendierten Feststoffpartikeln und der Harzkomponente zurückzuführen.

Es ist bekannt, Bitumen oder Teer mit hochpolymeren Acrylaten bzw. Methacrylaten zu vermischen, um die Klebkraft und den Erweichungspunkt zu erhöhen und gleichzeitig den Brechpunkt zu erniedrigen (DE-OS 23 31 727). Diese Zusätze sind jedoch nicht geeignet, die genannten Pech-Bitumen-Gemische zu stabilisieren.

In der GE-OS 30 37 279 wird vorgeschlagen, einem Teer-Bitumen-Gemisch ein thermoplastisches Polymer, wie beispielsweise ein Styrol-Butadien-Kautschuk oder ein Ethylenvinylacetatcopolymer, zuzusetzen. Auf diese Weise wird ein sprühfähiges Bindemittel für die Instandhaltung von Straßenoberflächen erhalten, das ein verbessertes Haftvermögen, einen höheren Erweichungspunkt und einen niedrigeren Brechpunkt aufweist. Auch diese Zusätze sind nicht für die Stabilisierung von Pech-Bitumen-Gemischen geeignet.

Erfindungsgemäß wird das Steinkohlenteerpech mit einem Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 40 bis 120°C (RuK) und einem Toluolunlöslichen-Gehalt (TI) von bis zu 30 Gew.-%, gegebenenfalls nach einer Plastifizierung durch den Zusatz von hochsiedenden Steinkohlenteerölen, mit den aromatischen Kohlenwasserstoffharzen oberhalb des Erweichungspunktes des Pechs homogen vermischt. Danach wird ein Erdölbitumen mit einer Penetration von 20 bis 200 · 1/10 mm vorzugsweise 40 bis 120 · 1/10 mm, zugegeben, und das Gemisch oberhalb 120°C, vorzugsweise oberhalb 150°C, homogenisiert. Neben dem im Straßenbau üblichen destillierten Bitumen ist vor allem auch Extraktbitumen für die Herstellung der erfindungsgemäßen Gemische geeignet.

Die Stabilität der Gemische wird anhand des "Tuben-Test-Verfahrens" nach G. Zenke (Bitumen, 1973, Nr. 1, S. 11-14) bestimmt, ergänzt durch mikroskopische Beobachtungen.

Das erfindungsgemäß erhaltene stabilisierte Bindemittel weist außerdem gegenüber dem Bindemittel nach der DE-PS 26 23 574 einige zusätzliche Vorteile auf, die die höheren Herstellungskosten rechtfertigen. So weist die mit dem erfindungsgemäß stabilisiertem Bindemittel hergestellte Straßendeckschicht verbesserte visko-elastische Eigenschaften auf, die eine erhöhte Ermüdungsfestigkeit und eine stärkere Adhäsion an die Mineralstoffe bewirken.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Zu 50 Gew.-Teilen Steinkohlenteerpech mit einem Erweichungspunkt (RuK) von 78°C, 26,7 Gew.-% toluolunlösliche und 9,8 Gew.-% chinolinunlösliche Bestandteile werden 20 Gew.-Teile hochsiedendes Anthracenöl (Siedebeginn: 258°C, 5 Vol.-% bei 285°C, bei 360°C: 34 Vol.-%) und 35 Gew.-Teile helles Cumaron-Inden-Harz mit einem Erweichungspunkt (RuK) von 75°C zugegeben und bei 180°C 30 min lang unter Rühren innig vermischt. Dann werden 240 Gew.-Teile Extraktbitumen (DEX-80) mit einem Erweichungspunkt (RuK) von 52,4°C und einer Penetration von 88 · 1/10 mm zugegeben und das Gemisch noch einmal 30 min unter den gleichen Bedingungen gerührt. Das so hergestellte Gemisch hat einen Erweichungspunkt (RuK) von 48°C und eine Penetration von 102 · 1/10 mm und entspricht somit etwa einem Bitumen B 80. Die Ergebnisse der Dichtemessungen beim Tuben-Test-Verfahren unter 150°C sind in der Tabelle 1 aufgeführt. Die Probennumerierung erfolgt von unten (1) nach oben (5). Die mikroskopische Untersuchung ergibt auch nach 14 Tagen, daß das Gemisch homogen bleibt und sich nicht entmischt.

Beispiel 2 (Vergleich)

Als Vergleich wird ein Pech-Bitumen-Gemisch in gleicher Weise und mit den gleichen Rohstoffen wie in Beispiel 1, jedoch ohne das Cumaron-Inden-Harz hergestellt. Das so gewonnene Bindemittel hat einen Erweichungspunkt (RuK) von 44,5°C und eine Penetration von 122 · 1/10 mm. Unter dem Mikroskop zeigt sich sofort eine ungleichmäßige Verteilung der unlöslichen Teilchen in größeren Gruppierungen, die sich bereits nach 4 Tagen in der unteren Probe (1) angesammelt haben. Die Ergebnisse des Tuben-Test-Verfahrens sind in der Tabelle 1 wiedergegeben.

Beispiel 3

Zu 50 Gew.-Teilen Steinkohlenteerpech und 20 Gew.-Teilen Anthracenöl, mit Eigenschaften wie in Beispiel 1, werden 50 Gew.-Teile eines Kohlenwasserstoffharzes aus Pyrolyserückständen der Olefinherstellung aus Benzin mit einem Erweichungspunkt (RuK) von 105°C zugegeben und 60 min lang bei 170°C verrührt. Dann werden 280 Gew.-Teile Bitumen (DEX-80) wie in Beispiel 1 eingemischt. Das Gemisch ist homogen und hat einen Erweichungspunkt (RuK) von 46°C und eine Penetration von 102 · 1/10 mm. Nach 14tägiger Lagerung bei 150°C zeigt sich bei der unteren Probe (1) nur eine sehr geringe Anreicherung an unlöslichen Bestandteilen. Die Dichteverteilung nach dem Tuben-Test-Verfahren ist in der Tabelle 1 wiedergegeben.

Beispiele 4 bis 7 (Vergleich)

Das Beispiel 1 wird wiederholt, wobei statt des Cumaron-Inden-Harzes andere aus der Literatur bekannte Polymere dem Steinkohlenteerpech bei 150°C zugesetzt werden. Die fertigen Gemische werden nur mikroskopisch untersucht. Dabei zeigt es sich, daß eine Entmischung der Systemkomponenten unter Klumpenbildung stattfindet. Die Ergebnisse bei den unterschiedlichen Polymeren sind in Tabelle 2 wiedergegeben.

Wie die Beispiele zeigen, sind nur Harze des Inden-Typs geeignet, die genannten Pech-Bitumen-Mischungen zu stabilisieren. Helle Cumaron-Inden-Harze zeigen dabei die größte Wirksamkeit. Werden die billigen dunklen Kohlenwasserstoffharze aus Pyrolyseöl verwendet, so sind größere Mengen erforderlich, um die gleiche Wirkung zu erzielen.

Tabelle 1

Veränderung der Dichte beim Tuben-Test-Verfahren

Tabelle 2

Claims (6)

1. Verfahren zur Stabilisierung von gegebenenfalls mit Teerölen plastifizierten Pech-Bitumen-Gemischen, dadurch gekennzeichnet, daß das Steinkohlenteerpech vor dem Hinzufügen des Erdölbitumens mit aromatischen Kohlenwasserstoffharzen des Indentyps oder einem diese Harze enthaltenden technischen Produkt vermischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz dem Steinkohlenteerpech bei einer Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Pechs in einer Menge von 2 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das fertige Gemisch, zugesetzt wird und das fertige, bitumenhaltige Gemisch oberhalb 120°C, vorzugsweise oberhalb 150°C, homogenisiert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenwasserstoffharz ein Cumaron-Inden-Harz verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenwasserstoffharz ein aus dem Rückstandsöl der Benzinpyrolyse zur Herstellung von Olefinen gewonnenes Harz verwendet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitumenkomponente ein Extraktbitumen mit einer Penetration zwischen 40 und 120 · 1/10 mm ist.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steinkohlenteerpech einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) zwischen 40 und 120°C hat und bis zu 30 Gew.-% Toluolunlösliches enthält.