DD201314A1 - Verfahren zur herstellung qualitaetsverbesserter bitumenemulsionen - Google Patents

Abstract

Die vorzugsweise erhoehte Haftfaehigkeit sowie das verbesserte Abbinde- und Klebevermoegen gegenueber Gesteinsbaustoffen wird durch Zusatz von 0,01 bis 5,0% Aminoalkylaethoxysilanen erreicht. Diese erfindungsgemaess hergestellten Emulsionen sins vielseitig im Strassenbau, im Wegebau sowie im Bautenschutz einsetzbar.

Description

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Verfahren zur Herstellung qualitätsverbesserter Bitumenemulsionen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung qualitätsverbesserter Bitumenemulsionen, die vorzugsweise eine erhöhte Haftfähigkeit sowie ein verbessertes Abbinde- und Klebevermögen gegenüber Gesteinsbaustoffen besitzen und dadurch vielseitig im Straßen- und Wegebau sowie im Bautenschutz einsetzbar sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß sich Bitumenemulsionen gegenüber vei— schiedenen Gesteinsbaustoffen» insbesondere sauren Gesteinen, sehr unterschiedlich verhalten und oft unzureichende Haft-, Abbinde- und Klebeeigenschaften besitzen. Verbessert werden kann dieses insgesamt unzureichende Verhalten durch Zusatz bestimmter qualitätsverbessernder Substanzen, die entweder dem Bitumen, der wäßrigen Phase der Emulsion zugemischt oder auf die Mineralstoffe vor Zusatz der Emulsion'en aufgebracht werden.

'8.0EL 1981*9^6380

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Als Haftverbesserer werden überwiegend stickstoffhaltige Produkte wie Amine, Amin- oder Ammoniumsalze verwendet. Da diese oft nur in begrenzter Menge zur Verfügung stehen, zum Teil wenig beständig sind und auch in verschiedenen anionaktiven oder nichtionogenen Systemen nicht wirken, hat es nicht an Versuchen gefehlt, auch andere Stoffe zur Verbesserung der Hafteigenschaften von Bitumenemulsipnen einzusetzen.

So werden nach OD-WP 97 222 und DD-WP 101 420 sauerstoffhal-Γ tige Produkte verwendet, wobei die haftverbessernde Wirkung durch phenolische OH-Gruppen erzielt wird.

Weiterhin werden noch andere Substanzen wie Harzsäuren, Schwermetallsalze, Biolipide und verschiedene kombinierte Produkte vorgeschlagen.

Nach DD-WP 59 718 und DD-WP 96 476 werden Alkyl-(Aryl)-Silikonate allein bzw. in Verbindung mit Butadien-Styrol-Copolymerisat-Dispersionen zugesetzt. i

Die Wirkung all dieser Substanzen ist meist an spezielle Emulsionssysteme gebunden. Außerdem haben sie oft Auswirkung C gen auf die Herstellung und die Eigenschaften dieser Emulsionen. Das Emulgierverhalten des Bitumens sowie der Dispersitätsgrad und die Stabilität der Bitumenemulsion werden in unterschiedlichem Maße beeinflußt. Oft verschlechtert sich dabei das Klebevermögen der Emulsionen.

Sowohl Amine als auch Alkylsilikonate zeigen beispielsweise in nichtionogenen Systemen nur eine geringe oder keine Verbesserung der Hafteigenschaften.

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Anionaktive und nichtionogene Bitumenemulsionen sind deshalb für verschiedene Anwendungsgebiete nur bedingt oder nicht verwendbar. So ist z. B. die Herstellung bituminöser Schlämme durch die zu langen Austrocknungszeiten Infolge des für anionaktive und nichtionogene Emulsionen typischen Abbindeprozesses, bei dem das Emulsionswasser nicht sofort beim Brechen der Emulsion, sondern erst nach und nach abgegeben wird, gekennzeichnet, obwohl gerade diese Emulsionen bezüglich der Mischstabilität und des Klebevermögens gegenüber kationaktiven Emulsionen wesentliche Vorteile besitzen.

Auch bei der Durchführung von Oberflächennachbehandlungen wirkt sich das langsame Abbinden selbst haftverbesserter anionaktiver Emulsionen nachteilig aus.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, Bitumen- und Verschnittbitumenemulsionen mit gutem Haft-, Abbinde- und Klebevermögen unter variabler Gestaltung des Emulsionssystems und damit der Stabilität der Emulsion und ihrer Verwendbarkeit herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, qualitätsverbesserte, anionaktive und nichtionogene alkalische, saure und neutrale Bitumen- und Verschnittbitumenemulsionen durch Zusatz eines in vielen Emulsionssystemen wirksamen Haftverbesserers herzustellen.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß ein Zusatz von 0,01 bis 5,0 % Aminoalkyltriäthoxysilanen die Herstellung von Bitumen- und Verschnittbitumenemulsionen mit hohem Haft-, Ab-

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binde- und Klebevermogen und regulierbarer Brechzeit ermöglicht.

Erfindungsgemäß werden die qualitätsverbesserten Emulsionen hergestellt, indem das Aminoalkyltriäthoxysilan dem Bitumen bzw. Verschnittbitumen oder der wäßrigen Phase vor der Emulgierung zugesetzt und direkt in das Emulsionssystem einemulgiert oder der Emulsion nachträglich beigemischt wird.

Wird beispielsweise Aminopropyltriäthoxysilan verwendet, so ( führen schon Mengen von 0,05 bis 0_#2 % zu solch großen Qualitätsverbesserungen, wie sie beim Einsatz reiner Amine oder Sauerstoffhaltiger Substanzen nicht erreicht wurden.

Besonders hervorzuheben ist deren Einsatzmöglichkeit bei der Herstellung hochstabiler nichtionogener Emulsionen, da es \ für diese noch keine wirksamen Haftverbesserer gibt.

Durch einen geringen Zusatz von Aminopropyltriäthoxysilan wird ein Haftkennwert bei Heißwasserlagerung von Ober 90 % erhalten. Ohne Aminopropyltriäthoxysilan ist unter gleichen Bedingungen und selbst bei Kaltwasserlagerung kaum eine Haftwirkung vorhanden.

Auch zeigen die erfindungsgemäß hergestellten Emulsionen bei der Umhüllung mineralischer Stoffe ein Verhalten, das dem kationaktiver Emulsionen nahe kommt. Das Emulsionswasser wird nach dem Brechen der Emulsion ausgeschieden und nicht, wie bei herkömmlichen nichtionogenen und anionaktiven Emulsionen, vom Bitumen eingeschlossen. Dadurch wird der Abbindeprozeß wesentlich verkürzt.

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Anionaktive unstabile Emulsionen zeigen außer den für anionaktive Emulsionen charakteristischen vorteilhaften Eigenschaften ein sehr gutes Klebevermögen und ein Abbindeverhalten, das nur von hochwiertigen kationaktiven Bitumenemulsionen erreicht wird.

Diese überraschende Wirkung ist aus dem chemischen Verhalten der Aminoalkyltriäthoxysilane, die in wäßriger Lösung hydrolysieren und über die Zwischenstufβ Aminoalkylsilantriol Polysiloxanole bilden, nicht zu erklären, zumal die Aminogruppe nur geringe oder keine kationaktive Eigenschaften entsprechend bekannter kationaktiver Emulgatoren zeigt und der restliche siliziumorganische Molekülteil in anderen Verbindungen unwirksam ist.

Die vorteilhafte Wirkung des Aminoalkyltriäthoxysilans in Bitumenemulsionen ist also nur dieser spezifischen Kombination zuzuschreiben«, Dieses arteigene Verhalten ermöglicht seine variable Verwendung zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften von Bitumen- und Verschnittbitumenemulsionen und deren vielseitige Anwendung»

Stabile anionaktive oder nichtionogene Emulsionen können damit bevorzugt für die Herstellung bituminöser Schlämme eingesetzt werden. Gegenüber kationaktiven Emulsionen besitzen diese eine weitaus bessere Mischstabilität und der Brechvorgang verläuft nicht spontan, sondern ist regulierbar. Die Verwendung kationaktiver Emulsionen für bituminöse Schlämme macht mit wenigen Ausnahmen eine Maskierung der Mineralstoffe mit kationaktiven Substanzen vor dem Einmischen der Emulsion notwendig» um die aktivsten Mineralstoffanteile unwirksam zu machen und eine Brechzeitverzögerung zu erwirken.

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Für die Praxis bedeutet das sehr genaue Dosierung und die Einhaltung einer konstanten Qualität aller Rohstoffe.

Das temperierte Brechverhalten der erfindungsgemäß hergestellten Emulsionen kann dagegen über einen weiten Bereich reguliert werden. Eine Maskierung der Mineralstoffe ist nicht erforderlich, es können relativ minderwertige Gesteinsbaustoffe unterschiedlicher Qualität verwendet werden.

( Die Herstellung von qualitätsverbesserten Verschnittbitumen emulsionen erfolgt durch Emulgierung von Verschnittbitumen oder durch Mischung von Bitumenemulsionen mit Verschnittmit telemulsionen. Auch hier kann das Aminoalkyltriäthoxysilan der bituminösen oder auch wäßrigen Phase oder nachträglich der Emulsion zugesetzt werden. Oiese Verschnittbitumenemul- \ sionen zeichnen sich ebenfalls durch ein sehr gutes Haftvermögen aus und sind vor allem zur Herstellung eines lager fähigen und kalteinbaubaren Mischgutes geeignet.

Bei entsprechender Wahl der Emulgatoren oder bei Verwendung spezieller Netzmittel lassen sich Emulsionen herstellen« die unter Berücksichtigung des Bitumengehaltes als Haftkle-V beremulsionen Anwendung finden können.

Die Verfügbarkeit unstabiler anionaktiver Bitumenemulsionen mit guten Haft-« Abbinde- und Klebevermögen ermöglicht auch deren Anwendbarkeit unter ungünstigen Witterungsbedingungen und in der kälteren Oahreszeit.

Von großem Vorteil ist es« daß der Haftverbesserer, das noalkyltriäthoxysilan« nachträglich in die Bitumenemulsionen eingemischt werden kann, so daß eine vorhandene BiturnenemuI-

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sion direkt auf der Baustelle auf die zum Einsatz kommenden Gesteinsbaustoffe eingestellt werden kann.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll anhand nachfolgender Beispiele näher erläutert werden;

Es wurde in einer an sich bekannten Emulgieranlage eine unstabile Bitumenemulsion unter Verwendung von oxäthyliertem Nonylphenol, Oktandiol, Kalilauge und 0,2 % Aminopropyltriäthoxysilan hergestellt. Das Aminopropyltriäthoxysilan wurde vor der Emulgierung in das Bitumen eingemischt, die übrigen Stoffe ins Wasser.

Die so hergestellte Bitumenemulsion zeichnete sich durch folgende Eigenschaften aus:

Bitumengehalt	59,8 %
Stabilität-	unstabil
Viskosität	25,7 AuslaufSekunden
Siebrückstand	0,1 %
Haftung
- Kaltwasserlagerung	100,0 %
- Heißwasserlagerung	100,0 %
Klebevermögen	90,0 %
Transportstabilität	stabil
pH-Wert	11,8

Diese Emulsion hat ein sehr gutes Haft- und Abbindevermögen und kann bevorxugt zum Versiegeln bzw. für die Erneuerung von Oberflächen bituminöser Beläge verwendet werden.

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'.·,- Beispiel 2

Kalilauge« oxäthyliertes Nonylphenol, Oktandiol und Aroinopropyltriäthoxysilan wurden dem Wasser zugesetzt und diese wäßrige Phase, die auf eine Temperatur von 333 K erhitzt wurde, mit einem Bitumen B 200 von 393 K nach bekanntem Verfahren emulgiert. Der Aminopropyltriäthoxysilangehalt der Emulsion betrug 0,2 %·

Es wurde eine Emulsion mit folgenden Eigenschaften erhalten:

Bitumengehalt	61,2 %
Stabilität	stabil
Viskosität	22,2 Auslaufsekunden
Siebrückstand	0,1 %
Haftung
- Kaltwasserlagerung	100,0 %
- Heißwasserlagerung	100,0 %
Transportstabilität	stabil
pH-Wert	11,9

Die so erhaltene Emulsion eignet sich sehr gut für die Herstellung bituminöser Schlämme. Sie ist mit Brechsand mischstabil und scheidet nach dem Brechen Wasser aus· Das Abbindevermögen ist gut·

Beispiel 3

In eine nichtionogene stabile Bitumenemulsion mit den Haftkennwerten

Kaltwasserlagerung 5,0 % Heißwasserlagerung 5,0 %

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wurden nachträglich 0,2 % Aminopropyltriäthoxysilan eingemischt. Die daraus resultierende qualitätsverbesserte Emulsion hatte folgende Eigenschaften:

Bitumengehalt Stabilität Viskosität Siebrückstand Haftung

- Kaltwasserlagerung

- Heißwasserlagerung TransportstabiIitat pH-Wert

60.8 % stabil

20.9 Auslaufsekunden 0,1 %

100,0 % 100,0 % stabil 12,5

Hohe Stabilität sowie ein sehr gutes Haft- und Abbindevermögen charakterisieren diese Emulsion. Sie eignet sich besonders für die Herstellung kalteinbaufähigen Mischgutes sowie für den Wegebau im Tränkverfahren.

Beispiel 4

Unter Verwendung von Fettsäure als Emulgator, Kalilauge und 0,05 % Aminopropyltriätboxysilan wurde eine unstabile anionaktive Bitumenemulsion mit folgenden Eigenschaften erhalten

Bitumengehalt	60,8 %
Stabilität	unstabil
Viskosität	42,4 Auslauf Sekunden
Siebrückstar-id	0,1 %
Klebevermögen	98,0 %
Haftung
- Kaltwasserlagerung	100,0 %
- Heißwasserlagerung	100,0 %
TransportStabilität	stabil
DH-Werf	11,7

ft

Oiese Emulsion kann bevorzugt für Sanierungs- und Flickarbeiten eingesetzt werden. Sie zeichnet sich durch ein sehr gutes Klebevernscgen 3-s' und besitzt gleichgut«= Äbbindsäigenschaften wie bekannte kationaktive Bitumenemulsionen. Hinsichtlich Klebeverraögen und Transportstabilität übertrifft sie kationaktive Bitumenemulsionen .

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch

   1. Verfahren zur Herstellung qualitätsverbesserter Bitumenemulsionen, gekennzeichnet dadurch, daß den Bitumenoder Verschnittbitumenemulsionen 0,01 bis 5,0 % Aminoalkyläthoxysilane zugesetzt werden»
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Atninoalkyläthoxysilan dem Bitumen oder der wäßrigen Phase zugesetzt und anschließend einemulgiert wird.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Aminoalkyläthoxysilan nachträglich mit der Bitumen- bzw, Verschnittbitumenemulsion vermischt wird.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch,
   daß als Aminoalkyläthoxysilan Aminopropyltriäthoxysilan verwendet wird.