Stand der Technik Bitumen stellt ein bei der schonenden Aufarbeitung von Erdöl gewonnenes dunkelfarbiges, halbfestes bis springhartes, schmelzbares, hochmolekulares Kohlenwasserstoffgemisch dar. Üblicherweise handelt es sich um kolloide Systeme, speziell Sole, die in einer 6lige Grundmasse (Maltene) dunkle, harz-oder kohlenartige Teilchen mit molaren Massen im Bereich etwa 300 bis 3000 enthalten, welche als Asphaltene bezeichnet werden. Wäßrige Bitumenemulsionen werden überwiegend im Straßenbau eingesetzt. Als Emulgatoren haben sich für diesen Zweck Diamine, beispielsweise N-Stearylpropylen-diamin, oder Fett- säureamidoamine, wie z. B. Talgfettsäureamidopropylamin als geeignet erwiesen. Bei der Herstellung von Bitumenemulsionen lassen sich grundsätzlich zwei unterschiedliche Verfahrensformen unterscheiden : Soll der Bitumen vor Ort direkt verarbeitet werden, ist man daran interessiert, daß die offene Zeit, d. h. die Zeit bis zum Abbinden möglichst kurz ist. In der Praxis bedeutet dies, daß die Bitumenemulsion beim Kontakt mit den Füllstoffen möglichst rasch brechen soll ; man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer hohen Bruchgeschwindigkeit. Im zweiten Fall erfolgt die Herstellung der Bitumenemulsion im Werk, so daß man umgekehrt gerade an einer großen offenen Zeit interessiert ist, damit der Bitumen nicht während des Transportes abbindet. Hier wird also eine möglichst niedrige Bruchgeschwindigkeit gewünscht. Zur Cha- rakterisierung der Bruchgeschwindigkeit einer Bitumenemulsion hat sich ein einfaches Testverfahren eta- bliert : Hierzu werden 100 g einer Bitumen-emulsion unter starker Scherung solange Füllstoffe zugesetzt, bis es zum Bruch der Emulsion, d. h. zur Abscheidung des Wassers kommt. Der Bruchindex berechnet sich dann aus dem Gewichtsverhältnis von zugesetztem Füllstoff zu Emulsion multipliziert mit dem Faktor 100.

Je höher der Füllstoffanteil ist, um so"langsamer"ist die Emulsion, d. h. um so niedriger ist die Bruche- schwindigkeit. Bislang besteht die einzige Möglichkeit, die Bruchgeschwindigkeit einer Bitumenemulsion grob durch die Art des Emulgators und dessen Menge zu steuem. Demzufolge hat die Aufgabe der vorlie- genden Erfindung darin bestanden, Emulgatoren zur Verfügung zu stellen, mit deren Hilfe man die Bruch- geschwindigkeit nach Bedarf einstellen kann.

Beschreibuna der Erfindung Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Emulgatoren, enthaltend (a) Fettsäureamidoamine und (b) Kationpolymere zur Herstellung von wäßrigen Bitumenemulsionen.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß der Zusatz von Kationpolymeren zu bekannten Emulgatoren vom Typ der Fettsäureamidoamine die Bruchgeschwindigkeit deutlich verzögert, so daß über die Menge der zugesetzten Polymere die Geschwindigkeit nach Belieben gesteuert werden kann. Durch den Zusatz der Kationpolymere ist es beispielsweise möglich, bei gleichem Gehalt an Amidoamin-Emulgator die Bruchgeschwindigkeit von schnell nach extrem langsam zu verändern, d. h. den Bruchindex signifikant zu erhöhen. Die Erfindung schließt dabei die Erkenntnis ein, daß die resultierenden Bitumenemulsionen bei gleichem Feststoffgehalt eine höhere Stabilität aufweisen, d. h. eine geringe Tendenz zur Sedimentation zeigen.

Fettsäureamidoamine Fettsäureamidoamine stellen bekannte Fettstoffe dar, die nach den einschlägigen Verfahren der organi- schen Chemie erhalten werden können. Vorzugsweise werden dabei Fettsäuren zusammen mit mehrwer- tigen Aminen kondensiert und das Reaktionswasser kontinuierlich aus dem Gleichgewicht entfernt, In der Regel folgen die Fettsäureamidoamine der Formel (I), R'CO-NH- (CH2) nNR2R3 (I) in der R'CO für einen linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten Acylrest, R2 und R3 unab- hängig voneinander für Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen und n für Zahlen von 1 bis 10 steht. Typische Beispiele sind Fettsäureamidoamine, deren Fettsäurekomponente sich von Capronsäure,Caprylsäure,2-Ethylhexansäure,Caprinsäure,La urinsäure,Isotridecansäure,Myristinsäure, Palmitinsäure, Patmoteinsäure, Stearinsäure, Isostearinsäure, Olsäure, Elaidinsäure, Petroselinsäure, Li- nolsäure, Linolensäure, Elaeostearinsäure, Arachinsäure, Gadoleinsäure, Behensäure und Erucasäure sowie deren technische Mischungen ableiten. Für die Kondensation mit den Fettsäuren kommen bei- spielsweise Ethylendiamin, N-Methylethylendiamin, N, N-Dimethylethylendiamin, Propylendiamin, N- Methylpropylendiamin, N, N-Dimethylpropylendiamin, Butylendiamin, N-Methyl-butylendiamin, N, N, Dimethylbutylendiamin, Pentylendiamin, N-Metyhlpentylendiamin, N, N, Dimethylpen-tylendiamin, He- xylendiamin, N-Methylhexylendiamin, N, N, Dimethylhexylendiamin, Heptylendiamin, N- Methylheptylendiamin, N, N, Dimethylheptylendiamin, Octylendiamin, N-Methyloctylendiamin, N, N, Dime- thyloctylendiamin, Nonylendiamin, N-Methyinonylendiamin, N, N, Dimethyinonylendiamin, Decylen-diamin, N-Methyidecylendiamin, N, N, Dimethyidecylendiamin sowie deren Gemische. Vorzugsweise setzt man Fettsäureamidoamine der Formel (I) ein, in der R1CO für den Acylrest der Kokosfettsäure, der Talgfettsäu- re sowie der teilgehärteten Talgfettsäure und/oder R2 und R3 für Methyl und n für 3 steht.

Kationpolvmere Geeignete Kationpolymere sind beispielsweise kationische Cellulosederivate, wie z. B. eine quaternierte Hydroxyethylcellulose, die unter der Bezeichnung Polymer JR 400@ von Amerchol erhältlich ist, kationi- sche Stärke, Copolymere von Diallylammoniumsalzen und Acrylamiden, quaternierte Vinylpyrroli- donNinylimidazol-Polymere, wie z. B. Luviquat@ (BASF), Kondensationsprodukte von Polyglycolen und Aminen, quaternierte Kollagenpolypeptide, wie beispielsweise Lauryidimonium hydroxy propyl hydro- lyzed collagen (Lamequat@L/Grünau), quaternierte Weizenpolypeptide, Polyethylenimin, kationische Sili- conpolymere, wie z. B. Amidomethicone, Copolymere der Adipinsäure und Dimethylaminohydroxypro- pyidiethylentriamin (Cartaretine@/Sandoz), Copolymere der Acrylsäure mit Dimethyidiallylammo-nium- chlorid (MerquatE 550/Chemviron), Cholinaten, Polyaminopolyamide, wie z. B. beschrieben in der FR 2252840 A sowie deren vernetzte wasserlöslichen Polymere, kationische Chitinderivate wie beispielsweise quaterniertes Chitosan, gegebenenfalls mikrokristallin verteilt, Kondensationsprodukte aus Dihalogenalky- len, wie z. B. Dibrombutan mit Bisdialkylaminen, wie z. B. Bis-Dimethylamino-1,3-propan, kationischer Guar- Gum, wie z. B. Jaguar@ CBS, Jaguar@ C-17, Jaguar@ C-16 der Firma Celanese, quaternierte Ammo- niumsalz-Polymere, wie z. B. MirapolE A-15, Mirapot@ AD-1, Mirapol0 AZ-1 der Firma Miranol. Ferner können auch Polymere auf Basis von Adipinsäure und Diethylentriamin eingesetzt werden, welche mit Dimethylsulfat oder Methylchlorid quaterniert und unter der Bezeichnung Fibrabond3 im Handel erhältlich sind. Vorzugsweise setzt man Kationpolymere ein, die als Monomer oder Co-Monomer Acrylsäure und/oder Methacrylsäure oder deren Amide enthalten. Im Sinne der Erfindung ist es möglich, die Fettsäu- reamidoamine und die Kationpolymere-jeweils bezogen auf den Feststoffgehalt-im Gewichtsverhältnis 99,9 : 0,1 bis 50 : 50 einzusetzen. Die Einsatzmenge der Kationpolymere richtet sich danach, welche Bruchgeschwindigkeit eingestellt werden soll. Dabei gilt es zu beachten, daß die Geschwindigkeit mit der Menge der Kationpolymere in erster Näherung abnimmt. Eine deutliche Beeinflussung der Bruchge- schwindigkeit beobachtet man bei einem Einsatzverhältnis von 95 : 5, während oberhalb eines Verhältnis- ses 80 : 20 der Effekt abzuklingen beginnt. Der Einsatzbereich 95 : 5 bis 80 : 20 und insbesondere 90 : 10 bis 85 : 15 ist daher besonders bevorzugt.

Gewerbliche Anwendbarkeit In der Regel werden die Emulgatoren in Mengen von 0,15 bis 1 Gew.-%-bezogen auf die Bitumen- emulsionen-eingesetzt. Zur Herstellung der Emulsionen legt man vorzugsweise die wäßrige Emulgatorlö- sung und den Bitumen aus separaten Tanks in eine Mischapparatur vor, in der die Homogenisierung unter starker Scherung erfolgt. Für diesen Zweck eignen sich beispielsweise ein Ultra-Turrax oder eine Kolloid- mühle. Die Emulgatoren werden üblicherweise auf 50 bis 70 °C temperiert, während der Bitumen aus Gründen der Verarbeitbar-und Pumpbarkkeit Temperaturen oberhalb von 120 und vorzugsweise von 140 bis 150 °C aufweist. Die resultierende Emulsion weist in der Regel eine Mischtemperatur im Bereich von 60 bis 90 °C auf.

Der Zusatz von Kationpolymeren zu Bitumenemulsionen erlaubt die Kontrolle der Bruchgeschwindigkeit, d. h. die Einstellung eines definierten Bruchindizes, und führt zu einer Verbesserung der Stabilität der Emulsionen. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft daher die Verwendung von Kationpolymeren als Hilfsmittel zur Herstellung von Bitumenemulsionen, in denen sie-vorzugsweise zusammen mit Fett- säureamidoaminen-in Mengen von 0,05 bis 0,5 und insbesondere 0,1 bis 0,2 Gew.-%-bezogen auf die Emulsionen-enthalten sein können.

Beispiele Beispiel H1. In einem 1-I-Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler und Destillationsaufsatz wurden bei 70 °C 540 g (2 Mol) Talgfettsäure und 1 g Hypophosphorsäure vorgelegt. Die Temperatur wurde bis auf 140 °C gesteigert und dann innerhalb von 2 h portionsweise 218 g (2,1 Mol) Dimethylaminopropyl-amin (DAPA) zugegeben. Anschließend wurde die Mischung 3 h bei 200 °C gehalten und das Kondensations- wasser kontinuierlich abgetrennt, bis das Reaktionsprodukt eine Säurezahl unter 5 mg KOH/g aufwies.

Danach wurde die Temperatur auf 160 °C zurückgenommen und nicht umgesetztes DAPA im Vakuum abdestilliert.

Beispiel 2. Zur Herstellung der wäßrigen Emulgatorphase wurden die gewünschten Mengen des Amido- amins und des Kationpolymers (A = Acrylamid-Diallylammoniumchlorid-Copolymer ; B = Acrylamid- Acrylcholinat-Copolymer) bei etwa 45 °C in einer Wasserphase dispergiert, die durch Zugabe von Salzsäu- re auf einen pH-Wert von 1,5 eingestellt wurde. Die Herstellung der Bitumenemulsionen erfolgte dann in einer Pilotanlage der Firma Atomix. Hierzu wurden die wäßrigen Emulgatoren (56 °C) und der Bitumen (140 °C) in zwei verschiedenen Tanken vorgelegt und unter starker Scherung (9.000 Upm) mit Hilfe einer Kolloidmühle kontinuierlich vermischt (Temperatur der Mischung : 75 °C). Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Bei der Bruchgeschwindigkeit wurde zwischen"s" (= schnell) und"I" (= langsam) unter- schieden. In der Zeile"Füllstoffmenge"ist die Menge Füllstoff angegeben, die der Emulsion bis zum Bruch zugesetzt werden konnte. Der Trockenrückstand der Emulsionen wurde nach einer Behandlung von 2 h bei 105 °C und 1 h bei 163 °C bestimmt. Die Beispiele 1 bis 8 sind erfindungsgemäß, Beispiel V1 dient zum Vergleich.

Tabelle 1 Bitumenemulsionen (Mengenangaben als Gew. %) E S vAX 5 X Emulgatormenge, gesamt 0, 50 0, 50 0, 50 0, 75 0, 75 0, 50 0,500,750,75 -AmidoaminqemäßBsp.H1100 85 92, 5 92, 5 85 92, 5 858592,5 -Kation oi mer A 0 15-7, 5-7, 5-157,5 -Kation ol mer B 7 5 15 15 Bruchgeschwindigkeitsttiiti t i Füllstoffmenae [ol 77 114 121 136 206 109 141172196 Sedimentationnach7d1, 3 1, 3 1, 3 0, 4 0, 2 nb nb1,1nb Trockenrückstand[Gew.-%] 59,761,0