DE69119955T2 - Verfahren zur Herstellung von Polymerrückstände enthaltenden bituminösen Zusammensetzungen - Google Patents

Description

• Polymere werden gewöhnlich als Additive in Straßen- oder Industrieasphalten und -bitumen verwendet, um entweder deren Verarbeitungseigenschaften durch Modifizieren der rheologischen Eigenschaften bei Wärme zu verbessern oder deren physikalisch-chemischen Eigenschaften (Brüchigkeit bzw. Sprödigkeit bei Kälte, Zähigkeit bzw. Festigkeit, Elastizität, Stabilität, Wärmeempfindlichkeit, mechanische Festigkeit auf Schläge, auf Vibrationen bzw. Schwingungen, auf Abrieb . . .) zu verbessern.
• Im allgemeinen sind die verwendeten Polymere Thermoplasten (Polymere oder Copolymere aus Olefinen), Kautschuks, und insbesondere thermoplastische Elastomere (multisequentielle Copolymere aus Diolefinen und aus Styrol), oder in geringerem Maße wärmeaushärtende (Kunst-)Harze bzw. Duroplaste (Polyurethan-, Epoxi-, Phenol-Formolharze). Gemäß dem Stand der Technik können diese Polymere allein oder in Mischungen verwendet werden. Man hat zum Beispiel vorgeschlagen, Fabrikationsabfälle (Wachse aus Polyethylen, ataktischem Polypropylen, Polyvinylalkohol, vulkanisierten Kautschukkomposten . . . ) oder Kunststoffabfälle, die aus Hausmüll stammen, oder ganz besonders Kunststoffverpackungen als Additive in Bitumen zurückzuführen bzw. zu rezyklieren. In diesem letzten Ball enthalten die Mischungen aus Polymeren im wesentlichen Polyolefine, Polyvinylchlorid, Polystyrol und Polyethylenterephthalat.
• Die Polymere werden den Bitumen in kleinen Mengen (im allgemeinen von 2 bis 10 Gew.-%) in Form von "einfachen" Mischungen, die keine Wechselwirkung oder chemische Reaktion zwischen den Bestandteilen hervorrufen, oder in Form von "komplexen" Mischungen, die eine Wechselwirkung oder eine chemische Reaktion zwischen dem Polymer und bestimmten Bestandteilen des Bitumens (Asphaltenen, Maltenen, (Kunst-) Harzen . . .) gegebenenfalls in Gegenwart eines dritten Bestandteiles (Katalysator, Reagenz) erzeugen, beigemischt. Am häufigsten sind die Polymere im festen Zustand dispergiert oder in einem Überschuß von zuvor erwärmten Bitumen geschmolzen, und werden die Mischungen nach Rühren bzw. Bewegen unverändert im geschmolzenen Zustand verwendet oder in den festen Zustand abgekühlt und gegebenenfalls zerkleinert bzw. gemahlen oder granuliert. Bestimmte Verfahren zur Herstellung einer Mischung aus Straßenbitumen, denen Polymere aus Olefinen zugesetzt sind, im geschmolzenen Zustand empfehlen die Zugabe von wenigstens 5 bis 30 Gew.-% mineralischer Partikel, welche die Auflösung des Polymers in dem Bitumen beschleunigen (siehe zum Beispiel das am 15.8.1967 veröffentlichte US-Patent 3,336,252. Das am 7.6.1977 veröffentlichte US-Patent 4,028,293 beansprucht die Herstellung eines bituminierten Materials, das insbesondere auf dem Gebiet des Straßenbaus und dem Bau verwendet wird und durch eine Reaktion bei hoher Temperatur (wenigstens bei 180ºC) einer mineralischen Verbindung, wie Sand oder Kiessande, mit einem Polymer oder einer Mischung aus Polymeren, die aus Haus- oder Haushaltsmüll stammen, erhalten wird. Die resultierende Mischung wird dann dem Bitumen unter Wärme zugegeben und abgekühlt. Ein großer Nachteil dieses Verfahrens besteht in den Endkosten des Verfahrensweise, die ein Vorwärmen einer bedeutsamen Menge von mineralischem Material bei hoher Temperatur vor der Zugabe des Polymers oder der Polymere erfordert.
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein vereinfachtes und wirtschaftliches Verfahren zur Zurückführung bzw. Rezyklierung von Polymerabfällen in Straßen- oder Industriebitumen. Dieses Verfahren eignet sich besonders gut für die Zurückführung bzw. Rezyklierung von "Abraum von Automobilen", d. h. von Kunststoffabfällen, die von Automobilen stammen, welche gegebenenfalls andere Polymerabfälle in einem kleineren Verhältnis, die zum Beispiel von Haushaltsgeräten stammen, enthalten können.
• Der Gattungsbegriff "Abraum von Automobilen" oder "RBA" (Rückstände oder Abfälle des Zerkleiners bzw. Zerlegens von Automobilen) bezeichnet tatsächlich die Gesamtheit von mineralischen und organischen Materialien, die aus dem Zerkleinern bzw. Zermahlen oder dem Schreddern in der Hauptsache von Karkassen bzw. Gestellen von Automobilen und in einem geringeren Maße von Haushaltsgeräten und Industrieabfällen stammen und nach der Trennung der hauptsächlichen metallischen Materialien zum Beispiel mittels Magnetsortierung, durch Schwerkraft oder Hydrozyklonen, durch Flotation oder von Hand erhalten werden. Diese (zurück-)gewonnenen metallischen Materialien werden gewöhnlich als Rohstoffe bzw. Ausgangsmaterialien in der Hüttenindustrie zurückgeführt. Demgegenüber stellt das Zurückführen von "Abraum-"Abfällen oder nicht-metallischen Abfällen gegenwärtig aufgrund der Verschiedenartigkeit des Materials ein größeres Problem dar. Es handelt sich tatsächlich um eine Zusammensetzungsmischung, die variabel und aus nichtmetallischen mineralischen Partikeln sowie aus verschiedenen Polymeren, wie Aufschäumungen oder Schaumstoffen, vulkanisierten Kautschuks, synthetischen Fasern, Thermoplasten und wärmeaushärtenden (Kunst-)Harzen, gebildet ist.
• Unter Berücksichtigung der wachsenden Menge von Polymermaterialien, die während des Baus von Fahrzeugen und Haushaltsgeräten verwendet werden, wird es notwendig, neue Wege zu finden, um sich von diesen "Abraum-"Materialien zu befreien, welche zugleich in wirtschaftlicher Hinsicht und in ökologischer Hinsicht für den Schutz der Umwelt zufriedenstellend sind. Man hat schon vorgeschlagen, den größeren Teil von "Abraum von Automobilen" durch Verbrennung, wie in dem Fall von Haushaltsabfällen, verschwinden zu lassen. Wenn auch der Bau von spezifischen Fabriken zur Verbrennung für den "Abraum von Automobilen" auf hohem technischen Niveau möglich ist, so bildet er gegenwärtig nicht die zufriedenstellendste Lösung aus einem energetischen Gesichtspunkt heraus und in finanzieller Hinsicht unter Berücksichtigung von sicherzustellenden ökologischen Sicherheiten insbesondere für die Entstaubung von Verbrennungsrauchgasen und die Retention von Ausdünstungen bzw. Ausströmungen toxischer oder korrosiver Gase. Wie in dem Fall von Kunststoffabfällen, die aus Verpackungen oder Haushaltsabfällen stammen, hat man gleichermaßen die Zurückführung bzw. Rezyklierung von "Abraum von Automobilen" als Rohstoffe bzw. Ausgangsmaterialien der zweiten Generation, die einzeln oder in Mischungen mit "neuen" Materialien der ersten Generation verwendet werden, in Betracht gezogen.
• So beschreibt die Anmeldung FR-A-2143085 die Beseitigung und die Verwertung von Abfällen aus Kunststoffen durch eine Behandlung, die ein Zerkleinern, ein Waschen, ein Trocknen umfaßt, welche von einer Fusion bzw. einem Verschmelzen, einem Mischen und gegebenenfalls einem Gießen bzw. Formen gefolgt sind. Aufgrund ihrer sehr heterogenen Zusammensetzung jedoch sind die Verwendungen von "Abraum von Automobilen" als zurückgeführte bzw. rezyklierte Materialien bis jetzt sehr begrenzt und gestatten nicht, eine ausreichend bedeutsame Anwendung vorzusehen, um sich von wachsenden Mengen von "Abraum" zu befreien. Folglich wird der meiste "Abraum von Automobilen" gegenwärtig auf geschützten Schuttabladeplätzen abgeladen, was immer höhere Lagerungskosten nach sich zieht und was trotz der sämtlichen getroffenen Vorsichtsmaßnahmen eine wenig zufriedenstellende Lösung für den Schutz der Umwelt darstellt.
• Aufgrund dessen stellt die erfindungsgemäße Verwendung von "Abraum von Automobilen" zum Verbessern der Eigenschaften von Straßen- und Industriebitumen oder -asphalten eine nützliche und vorteilhafte Weise zur Zurückführung bzw. Rezyklierung dar, zumindest wenn man eine einfache und zuverlässige Technik für die Verwirklichung von Mischungen zur Verfügung stellt. Gegenüber Verfahren, die im Stand der Technik beschrieben sind und im wesentlichen auf die Zurückführung von Hausabfällen aus Kunststoff in die Bitumen beschränkt sind, gestattet das verbesserte Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Verwendung von heterogeneren und komplexeren Mischungen aus Polymeren, wie von "Abraum von Automobilen" oder "RBA".
• Das Bitumen (Der Asphalt), das bzw. der gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein natürlicher Bestandteil von mineralischen Ölen und Rohölen; es bzw. er wird durch Entasphaltierung, zum Beispiel durch Ausscheidung an Propan oder durch Destillation von Raffinierungsprodukten (pitch) und/oder durch Cracken von Erdölprodukten, erhalten. Es bzw. er kann gleichermaßen aus Teeren, die aus Kohle stammen, erhalten werden.
• Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann man gleichermaßen ein Bitumen mit Fluxmittel, zum Beispiel mittels Destillaten oder aromatischen Rückständen, oder außerdem ein mit Luft oxidiertes oder geblasenes Bitumen verwenden.
• Die hauptsächliche Originalität der vorliegenden Erfindung besteht darin, komplexe Mischungen aus organischen Polymerprodukten während dem Schreddern und Zerkleinern hauptsächlich von Automobilen und in geringerem Maße von Haushaltsgeräten und Industrieabfällen zu verwerten, indem sie bituminösen oder asphaltartigen Bindemitteln zugesetzt werden und indem bestimmte Eigenschaften im Hinblick insbesondere auf die Verwendungen in den Fahrbahnen bzw. Straßendecken aus festen Materialien, wie den Kiessanden, den Überzügen bzw. Schichten oder den Belägen, insbesondere auf dem Gebiet des Straßenbaus, des Baus, der öffentlichen Bauten und der speziellen Installationen, verbessert werden.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, eine an polymeren Rückständen bzw. Reststoffen und insbesondere an "Abraum von Automobilen" reiche, bituminöse Mischung herzustellen, die dann vorteilhafterweise im verdünnten Zustand verwendet werden kann, um die Verarbeitung, die Stabilität und die mechanischen Eigenschaften von Straßen- oder Industriebitumen zu verbessern.
• Die Erfindung stellt also ein Verfahren zum Erhalt einer bituminösen Zusammensetzung bereit, die polymere Rückstände enthält, welche aus mehr als 80 Gew.-% einer Mischung von Polyvinylchlorid, von Polypropylen, von Polyurethanschaum, von Polyester und von Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harz und mehr als 6 Gew.-% von wärmevernetzten Stoffen, die aus den Polyurethan-, Epoxi- und Phenol-Formolharzen ausgewählt sind, allein oder in Mischungen gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß man die Rückstände zerkleinert, derart, um sie auf Pulver zu reduzieren, man das Pulver mit Wasser wäscht, man es trocknet, man von 95 bis 40 Gewichtsteile des Pulvers zerkleinerter, gewaschener und getrockneter polymerer Rückstände mit von 5 bis 60 Gewichtsteilen feinpulverigem Bitumen mischt und man schließlich die erhaltene Zusammensetzung, die wenigstens 90 Gew.-% der bituminösen Endzusammensetzung darstellt, extrudiert und granuliert oder durch Verdichtung in Briketts formt.
• Die Erfindung hat gleichermaßen die bituminösen Zusammensetzungen, die durch dieses Verfahren erhalten werden, zum Gegenstand. Das Verfahren wendet sich ganz besonders an Mischungen aus sogenanntem "Abraum von Automobilen" (oder an äquivalente polymere Rückstände), die während dem Schreddern nach der Trennung von Metallen erhalten werden; diese Mischungen enthalten Erde, einige rückständige Metallteile und verschiedene Polymere, wie oben definiert.
• Das Zerkleinern, das gegebenenfalls von einem Sieben gefolgt ist, wird realisiert, derart, um eine Partikelgröße kleiner als 10 mm, vorzugsweise einschließlich zwischen 2 und 4 mm durchschnittlich, zu erhalten. Die feinpulverige Mischung wird mit Wasser bei einer Temperatur von vorzugsweise einschließlich zwischen 20 und 60ºC gewaschen, um die Erde zu entfernen, und bei einer Temperatur von vorzugsweise einschließlich zwischen 80 und 120ºC, zum Beispiel durch Hindurchführung durch einen Gebläsedrehofen, getrocknet. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann man den Schritt zum Waschen von "Abraum von Automobilen" mit Wasser nutzen, um zum Beispiel im Abraum enthaltene, geschäumte bzw. expandierte Materialien, wie die Polyurethanschäume, durch Flotation zu trennen.
• Man setzt dann, zum Beispiel in einem Feststoffmischer, das Bitumen oder den Asphalt in festem Zustand zu, das bzw. der vorher bei einer Temperatur von vorzugsweise kleiner als 40 ºC zerkleinert wird, um eine Partikelgröße gleichermaßen kleiner als 10 mm zu erhalten.
• Die erhaltene Mischung wird dann bei einer Temperatur von beispielsweise einschließlich zwischen 150 und 250ºC extrudiert und vorzugsweise bei korrekter Umgebungstemperatur von dem Extruder granuliert bzw. gekörnt, was eine erhöhte Extrusionsgeschwindigkeit gestattet. Sie kann gleichermaßen zu Briketts bei einer Temperatur von vorzugsweise einschließlich zwischen 20 und 120ºC durch Verdichtung, zum Beispiel zwischen 20 und 50 MPa, geformt werden, wobei die Verdichtungswärme das Bitumen schmelzen läßt. Man erhält auf diese Weise ein an zurückgeführten Polymeren reiches, bituminöses Produkt, das einfach gelagert bzw. aufgeteilt und schnell in einem Überschuß geschmolzenen Bitumens während seiner endgültigen Verwendung wieder aufgelöst werden kann.
• Die erhaltenen bituminösen Granulate oder Briketts können vorteilhafterweise mit ein wenig Talk überzogen bzw. abgedeckt werden, um deren Agglomeration und deren Adhäsion während der Lagerung zu vermeiden. Sie können dann unmittelbar für die Bildung von Straßen- oder Industriebitumen vor deren Gebrauch verwendet werden, derart, um einen Gehalt an Polymeren von vorzugsweise einschließlich zwischen 4 und 20 Gew.-% im Verhältnis auf das Gewicht der bituminösen Endzusammensetzung zu erhalten, und sie weisen den Vorteil auf, sich schnell mit einem Überschuß geschmolzenen Bitumens zu (ver-)mischen.
• Die folgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung.
Beispiel 1
• Eine unverarbeitete und feuchte Mischung aus Abraum, der unmittelbar aus dem Schreddern von Automobilen stammt und 65 Gew.-% verschiedene Polymere, 30 Gew.-% Erde und mineralische Rückstände sowie 5 Gew.-% Wasser enthält, wird in einem Feuchtschneidegranulator bzw. Feuchtzerkleinerer mit Messern behandelt, um Partikel einer Größe einschließlich zwischen 2 und 4 mm zu erhalten. Sie wird dann unter laufendem Wasser bei Umgebungstemperatur gewaschen, was gestattet, mehr als 95 Gew.-% der anorganischen Fraktion zu entfernen. Das erhaltene Pulver bzw. der erhaltene Feststoff aus Polymeren wird dann mechanisch getrocknet bzw. gepreßt bzw. geschleudert und während 10 Minuten durch Hindurchführung durch einen Gebläsedrehofen bei 110ºC getrocknet.
• Andererseits wird Bitumen der Herkunft SAFANIYA zerkleinert, derart, um ein Pulver bzw. einen Feststoff von mittlerer Größe einschließlich zwischen 2 und 4 mm zu erhalten.
• In einen Feststoffmischer führt man 8 kg Feststoff "Abraum von Automobilen" und 2 kg Feststoff Bitumen ein und rührt bzw. bewegt die Mischung bei Umgebungstemperatur während 10 Minuten.
• Die feinpulverige Mischung wird in einem einschneckigen Extruder bei 210ºC extrudiert und wird am Ausgang des Extruders in Pellets granuliert, auf welche man ein wenig Talk aufstäubt.
• Die Granulate werden bei einer Temperatur kleiner als 40ºC während 6 Wochen gelagert. Sie werden dann in einen Bitumenüberschuß der Herkunft SAFANIYA eingebracht bzw. diesem zugesetzt. Schließlich erwärmt man 10 kg Bitumen auf 200 bis 250ºC und setzt diesem unter Rühren in 15 Minuten 4 kg Granulate der an Polymeren konzentrierten, bituminösen Zusammensetzung zu, und setzt das Rühren der geschmolzenen Mischung während 10 Minuten fort, derart, um eine homogene und zur Verwendung insbesondere als Straßenbitumen für die Einbettung bzw. Ummantelung von Kiessanden bereite endgültige Mischung zu erhalten.
• Die mittels eines Viskosimeters mit koaxialen Zylindern bei 180ºC gemessene Brookfield-Viskosität ist gleich 3,2. Ein Biegeversuch bzw. Elastizitätsversuch wird an einem bituminösen Band bzw. Streifen der Abmessungen 2·30·100 mm vorgenommen, das während 1 Stunde bei einer konstanten Temperatur konditioniert und dann während 5 Sekunden einem Biegen um einen Dorn von 10 mm Durchmesser unterworfen wird; die Biegetemperatur, die während dem Auftreten von Mikrorissen gemessen wird, liegt nahe von -20ºC.
Beispiel 2
• Der "Abraum von Automobilen" und das Bitumen SAFANIYA werden wie in dem Beispiel 1 zerkleinert.
• In einen Feststoffmischer führt man 6 kg trockenen Feststoff Abraum von Automobilen und 4 kg Feststoff Bitumen ein und rührt und bewegt die Mischung bei 50 ºC während 5 Minuten. Sie wird dann in (Gieß-)formen der Abmessungen 4·6·16 cm eingeführt und bei 40 MPa während 1 Minute komprimiert; der Druck wird gelockert bzw. freigegeben, und nach Ausformen erhält man Briketts von an Polymeren konzentrierter, bituminöser Zusammensetzung, die, wie in dem Beispiel 1, später einem Bitumenüberschuß zugefügt werden können.

Claims (7)

1. Verfahren zum Erhalt einer bituminösen Zusammensetzung, die polymere Rückstände enthält, welche aus mehr als 80 Gew.-% einer Mischung von Polyvinylchlorid, von Polypropylen, von Polyurethanschaum, von Polyestern und von Acrylnitril-Butadien-Styrol- Harz und mehr als 6 Gew.-% von wärmevernetzten Stoffen, die aus den Polyurethan-, Epoxi- und Phenol-Formolharzen ausgewählt sind, allein oder in Mischungen gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß man die Rückstände zerkleinert, derart, um sie auf Pulver zu reduzieren, man das Pulver mit Wasser wäscht, man es trocknet, man von 95 bis 40 Gewichtsteile des Pulvers zerkleinerter, gewaschener und getrockneter polymerer Rückstände mit von 5 bis 60 Gewichtsteilen feinpulverigem Bitumen mischt und man schließlich die erhaltene Zusammensetzung, die wenigstens 90 Gew.-% der bituminösen Endzusammensetzung darstellt, extrudiert und granuliert oder durch Verdichtung in Briketts formt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polymeren Rückstände zum größeren Teil Abraum von Automobilen sind.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei welchem die Pulverpartikel der polymeren Rückstände und des feinpulverigen Bitumens eine Größe kleiner als 10 mm während deren Mischung aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Partikel eine mittlere Größe zwischen 2 und 4 mm aufweisen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Informbringung in einem Extrudieren bei einer Temperatur zwischen 150 und 250ºC besteht.

6. Bituminöse Zusammensetzung, die 5 bis 60 Gewichtsteile Bitumen und 95 bis 40 Gewichtsteile polymere Rückstände enthält, welche aus mehr als 80 Gew. -% einer Mischung von Polyvinylchlorid, von Polypropylen, von Polyurethanschaum, von Polyester und von Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harz und mehr als 6 Gew.-% von wärmevernetzten Stoffen, die aus den Polyurethan-, Epoxi- und Phenol-Formolharzen ausgewählt sind, allein oder in Mischungen gebildet sind, in der Form von granulierten Extrudaten oder von durch Verdichtung agglomerierten Briketts, durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 erhalten.

7. Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 6, die darin besteht, die Zusammensetzung in einem Überschuß von geschmolzenen Bitumen wiederaufzulösen oder zu dispergieren, derart, um ein Bitumen für die Einbettung von Kiessanden oder anderen festen Materialien vorzusehen.