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.