PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19601495A1 24.07.1997
Titel Bitumen und Asphalt mit verbessertem Alterungsverhalten und Verfahren zur Herstellung
Anmelder Richter, Elk, Prof. Dr.-Ing., 38312 Dorstadt, DE
Erfinder Richter, Elk, Prof. Dr.-Ing., 38312 Dorstadt, DE;
Rahimian, Iradj, Dr., 38678 Clausthal-Zellerfeld, DE
Vertreter Pöhner,Liedtke & Partner, Dr., 99094 Erfurt
DE-Anmeldedatum 17.01.1996
DE-Aktenzeichen 19601495
Offenlegungstag 24.07.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.07.1997
IPC-Hauptklasse C10C 3/02
IPC-Nebenklasse C08L 95/00   
IPC additional class // (C08L 95/00,C08K 5:01,5:10,5:13,5:57)E01C 7/18  
Zusammenfassung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Bitumen und Asphalt anzugeben, mit dem alterungsstabile und formbeständige Bitumen und Asphalte hergestellt werden können, die ihre Eigenschaften bei der Verarbeitung und Nutzung nur geringfügig ändern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Bitumen und/oder dem polymermodifizierten Bitumen epoxylierter Fettsäureester, Phenylnaphtaline, Arylphenolkondensationsprodukte, alkylierte Phenole und Thioorganozinnverbindungen einzeln oder in Mischungen in der Menge von 0,1 bis 5 Gew.-% zugegeben werden.
Die Erfindung betrifft Bitumen und/oder Asphalt mit verbessertem Alterungsverhalten.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Bitumen und/oder Asphalt mit verbessertem Alterungsverhalten und ein Verfahren zum Herstellen dieser Bitumen und/oder Asphalte.

Die Reaktionsfreudigkeit der Bitumen ist verglichen mit den meisten anderen organischen Verbindungen geringer. Da aber Bitumen als Straßenbaustoff für langlebige Objekte eingesetzt wird, bleibt die stoffliche Veränderung des Bitumens im Alterungsprozeß nicht ohne Auswirkung auf die Lebensdauer der Straßen. Ähnlich verhält es sich bei anderen Gebieten im Bautenschutz.

Die Bitumenalterung ist wesentlich durch die Einwirkung von Sauerstoff bedingt. Beschleunigende Faktoren sind Temperatur, Lichtenergie und in geringerem Umfang, etwa durch Lösen oxydierter Bitumenbestandteile, auch Feuchtigkeit. Die bei der Verwitterung von Bitumen auftretenden Veränderungen sind sehr kompliziert und werden durch Verdunstung, Oxidation und Polymerisation hervorgerufen.

Der Verdunstungsvorgang ist rein physikalischer Art und bedingt den allmählich fortschreitenden Verlust von flüchtigen Bestandteilen bei der Lagerung in Luft und Sonnenwärme. Er ist fast ausschließlich von der Temperatur abhängig, wobei die Verdunstungsverluste umso größer werden, je höher die Temperatur ist.

Bedingung für das Eintreten der Oxidation bituminöser Substanzen ist die Anwesenheit von Sauerstoff. Intensität und Geschwindigkeit der Oxidation sind in starkem Maße von der Temperatur abhängig. Die Oxidation kann in zwei Richtungen verlaufen, die eine Richtung beinhaltet die chemische Bindung des Sauerstoffs durch bituminöse Substanz, während bei der anderen Richtung eine Elimination eines Teiles des Wasserstoffes oder Kohlenstoffes in Form von Wasser oder Kohlendioxid vonstatten geht.

Der Vorgang der Polymerisation beruht auf einer Kondensation oder Polymerisation der Moleküle und bewirkt eine Verhärtung der bituminösen Substanz. Frisch aufgeschmolzenes Bitumen besitzt meist eine geringere Härte und einen niedrigeren Erweichungspunkt als die gleiche Probe nach einigen Tagen Standzeit, da hier bereits eine minimale Polymerisation eingesetzt hat.

Die Veränderung der verarbeitungs- und gebrauchsrelevanten Bitumeneigenschaften wird allgemein in eine physikalische und eine chemische Komponente untergliedert (K. H. Gusfel: VDI-Bericht Nr. 252 (1976), 7-17).

Die chemische Verhärtung erfolgt im wesentlichen als Oxidation unter Einwirkung von Luftsauerstoff.

Die oxidative Alterung von Bitumen ist nach H. J. Neumann: Erdöl-Erdgas-Kohle (1987), S. 131 - S. 133 auf Reaktionen zwischen Kohlenwasserstoffen als reagierenden Bitumenkomponenten und Luftsauerstoff über Radikale zurückzuführen.

E. Richter: Dissertation TU Clausthal-Zellerfeld 1988, hat die Veränderungen bei der Heißlagerung der Bitumen und der Verarbeitung an der Asphaltanlage sowie im fertigen Straßenbelag meßtechnisch erfaßt und festgestellt, daß dabei u. a. eine Zunahme des Sauerstoffgehaltes erfolgt, die letztendlich mit dem Anwachsen der Bitumenhärte verbunden ist. Im Winter führt dies zu den sogenannten thermisch induzierten Rissen.

Im Stand der Technik sind verschiedene Lösungen bekannt, um durch Zusatzstoffe eine Verbesserung der Duktilität des Bitumens und eine bessere Verarbeitbarkeit bei niedrigeren Temperaturen zu erreichen.

Zur Vermeidung hoher Verarbeitungstemperaturen werden nach DE 33 42 946 einer Asphalt-Mischung etwa 4 bis 10 Gewichts-% eines faserförmigen Füllstoffes und 2,5 bis 15%, bezogen auf das Gesamtgewicht aus Asphalt und faserförmigen Füllstoff, eines Fettsäure-Gemischs, das geradkettige ungesättigte Fettsäuren mit 18 Kohlenstoff-Atomen und eine Menge Kolophonium, die etwa 30 Gewichts-% der Säure nicht überschreitet, beigemischt.

Neben der Verringerung der Verarbeitungstemperatur soll der Zusatz von Fettsäure-Mischungen auch Verbesserungen in den physikalischen Tieftemperatureigenschaften bewirken.

In DD 1 47 672 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Gebrauchswerteigenschaften von Straßenbaubitumen angegeben, mit dem eine Verbesserung der Duktilität, das Duktilitäts-Temperaturverhaltens und des Paraffingehaltes des Bitumens dadurch erreicht wird, daß dem Bitumen 0,1% bis 5% Alkylnaphthenat, Metallsalze höherer Fettsäuren, Fettsäureamine, Polyolefingatsche, Fettsäuredestillationsrückstände sowie Kombinationen dieser Verbindungen bei Temperaturen zwischen 393 K und 493 K zugesetzt werden.

Eine Verbesserung der Altersbeständigkeit wird damit nicht bewirkt.

Gemäß US-PS 41 96 013 wird Ruß bzw. Petrolkoks in verschiedenen Konzentrationen von 0,5 und mehr zugegeben, um die Alterungsbeständigkeit zu verbessern.

Nachteilig ist dabei, daß der Zusatz die niedermolekularen öligen Bestandteile des Bitumens aufnimmt, was zur Phasentrennung des Bitumens führen kann. Es handelt sich hierbei im wesentlichen um Füllstoffe, die zur Quellung neigen.

Aus der Literatur ist es bekannt, Bitumen als kolloides System zu betrachten. Der kolloide Aufbau des Bitumens bewirkt seine art-typischen und vom Verhalten anderer Erdölfraktionen so charakteristisch abweichenden Eigenschaften wie Kohäsion, Adhäsion, Thermoplastizität, Duktilität und der häufig Nicht-Newtonschen Rheologie.

Dieses Kolloidsystem besteht aus Asphalten und Erdöl-Harzen, die in einen als Dispersionsmittel wirkenden öligen Medium kolloidal dispergiert sind. Genetisch scheinen Asphaltene das Endprodukt einer Reaktionskette zu sein, die während der Erdölreifung über Dehydrierungs- und Kondensations-Reaktionen in der Form

Öle --- Erdöl-Harze --- Asphaltene

darf es aber doch nicht als völlig inert angesehen werden. Die verschiedenen Bestandteile im Vielstoff-Gemisch "Bitumen" zeigen unterschiedliche Reaktivitäten. Die geringsten Reaktivitäten weisen die in dem Dispersionsmittel vorliegenden Alkane auf, die höchsten durchweg die naphthenaromatischen Erdöl-Harze.

Durch Einwirkung von Luftsauerstoff finden im Bitumen chemische Reaktionen statt, die je nach Temperaturlage nacheinander ablaufen und die formal unterschieden werden können als:

  • - Polarisierung, bei der der Sauerstoffeintritt unter Bildung polarer bis saurer O-Verbindungen erfolgt,
  • - Dehydrierung wobei eine Abspaltung gebundener H-Alkane durch Sauerstoff unter Wasseraustritt stattfindet und
  • - Aromatisierung und Polykondensation.


Diese Reaktionen machen sich äußerlich als Verhärtung des Bitumens, stofflich als Verschiebung von Fraktions-Anteilen des Kolloidsystems Harze-Asphaltene bemerkbar mit der Folge einer stetigen Veränderung der rheologischen Eigenschaften des Bitumens.

Es stellte sich dabei heraus, daß Erdöl-Harze als Dispergatoren- und Dispergiervermittler für Asphaltene wirken, indem sie den kolloidalen Zustand stabilisieren und durch eine Abstandshalterfunktion eine weitgehende Assoziation der Asphaltenteilchen miteinander verhindern und damit einer Ausflockung der Asphaltene entgegenwirken.

Durch den Zusatz von Additiven zum Bitumen werden die funktionellen Gruppen an Erdöl-Harzen blockiert und die Oxidation dieser Stoffe zu neuen Asphaltenen verhindert, wodurch auch die Alterung von Bitumen unterbunden wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Bitumen und Asphalt anzugeben, mit dem alterungsstabile und formbeständige Bitumen und Asphalte hergestellt werden können, die ihre Eigenschaften bei der Verarbeitung und Nutzung nur geringfügig ändern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Bitumen und/oder dem polymermodifizierten Bitumen epoxylierter Fettsäureester, Phenylnaphthaline, Arylphenolkondensationsprodukte, alkylierte Phenole und Thioorganozinnverbindungen einzeln oder in Mischungen in der Menge von 0,1 bis 5 Gew.-% zugegeben werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wirken Erdöl- Harze als Dispergatoren und Dispergiervermittler für Asphaltene.

Das Verfahren ermöglicht es, daß das Verhältnis Erdöl-Harze zu Asphalten als Stabilisationsfaktor des Systems Bitumen konstant gehalten wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Für die Beurteilung des Alterungsverhaltens wurden Bitumen sowie Asphalte mit und ohne den erfindungsgemäßen Zusätzen 5 Jahre der Freiluftbewitterung ausgesetzt.

Die Herstellung der Bitumen-Substanz-Mischungen erfolgte durch Vorgabe des flüssigen Bitumens und portionsweises Eintragen des Inhibitors. Die Mischung wurde bei einer Temperatur von 150°C über eine Dauer von 5 bis 10 Minuten vorgenommen. B 85/25 Vergleich der Eigenschaften


Anspruch[de]
  1. 1. Bitumen und/oder Asphalt mit verbesserten Alterungsverhalten, dadurch gekennzeichnet, daß der Bitumen, polymermodifizierten Bitumen oder der Asphalt epoxylierte Fettsäureester, Phenylnaphthaline, Arylphenolkondensationsprodukte, alkylierte Phenole und Thioorganozinnverbindungen einzeln oder in Mischungen in der Menge von 0,1 bis 5 Gew.-% enthält.
  2. 2. Verfahren zum Herstellen von Bitumen und Asphalten mit verbesserten Alterungsverhalten, dadurch gekennzeichnet, daß für Bitumen, polymermodifizierten Bitumen oder dem Asphalt Erdöl-Harze als Dispergatoren und Dispergiervermittler für Asphaltene wirken und dem Bitumen, polymermodifizierten Bitumen oder dem Asphalt portionsweise epoxylierter Fettsäureester, Phenylnaphthaline, Arylphenolkondensationsprodukte, alkylierte Phenole und Thioorganozinnverbindungen einzeln oder in Mischungen in der Menge von 0,1 bis 5 Gew.-% zugegeben werden.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com