187069. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nitrogén tartalmazó kation-aktív segédanyagok előállítására
1 ! 87 069 2 A találmány tárgya eljárás nitrogén-tartalmú kationaktív segédanyagok előállítására. Ismeretes, hogy a mai korszerű bitumen utak építésénél követelmény a burkolat rugalmassága, tartóssága. A tartósság egyik fontos meghatározója a tapadás mértéke, vagyis a szénhidrogén kötőanyagnak a különböző kvarc zúzalékokhoz megfelelően kell tapadnia. A különböző anyagok közötti tapadást - mint kölcsönhatást — nagymértékben leronthatja a víz. Amennyiben a víz megszünteti vagy csökkenti a különböző anyagok közötti tapadást, a bitumen elmozdul az alatta lévő kőzúzalékon, nyáron a meleg hatására, télen pedig a felfagyás miatt. A bitumen mindkét esetben elválik az útalaptól, felpúposodik vagy feltörik és ez az út meghibásodásához vezet. Ezért van szükség tapadásjavító adalékanyag alkalmazására, mely növeli a kölcsönhatást (tapadást) a bitumen és általában a kvarc szerkezetű útalapok között. A tapadásjavító adalékanyaggal kapcsolatban fontos követelmény, hogy az minimális koncentrációban alkalmazva fejtse ki hatását, tekintettel arra, hogy magasabb koncentrációban való alkalmazása esetén éppen ellenkező hatás jelentkezik, ami természetesen megnöveli az útépítési költségeket. Az eddigi gyakorlati tapasztalatok alapján a kationaktív vegyületek mutatkoztak legmegfelelőbbnek tapadásjavító anyagként erre a célra. A bitumen nagy szénatomszámú szénhidrogéneknek, éspedig a földviasznak és montánviasznak a keveréke. így a bitumen és a különböző kvarcféleségek között Wan der Wals féle erők kialakulását és ezáltal a tapadást, mint az anyagok közötti kölcsönhatást nitrogén-tartalmú vegyületek biztosítják. Tapadásjavító anyagként az általános gyakorlat szerint jelenleg lecitint (nagy molekulasúlyú nitrogén-tartalmú foszforsavésZter), illetőleg etiíéndiamin és dietilén-tríamin alapú termékeket alkalmaznak. Ezeknek a vegyületeknek a közös hátránya azonban, hogy a molekulasúlyhoz képest igen alacsony a nitrogén-tartalom, holott a tapadás a nitrogénatomok jelenlétével javítható. Ezenkívül további hátrányt jelent, hogy az említett anyagok viszonylag drágák. A nagy molekulasúly — tapadásjavító anyag esetében — azért lényeges, mert a centrális nitrogénatomot hidrofób molekulaláncnak kell körbe vennie, ellenkező esetben víz hatására a tapadásjavító anyag könnyen kioldódik. Egyéb, felületi tulajdonságokat módosító segédanyagoknál a nitrogénatomok mennyisége a hatás szempontjából ugyancsak elsődleges fontosságú, ugyanakkor ezeknél a? anyagoknál is előnyös a nagy molekulasúly. A találmány szerinti eljárás célkitűzése olyan új kationaktív segédanyag előállítása, amely mol|kulasúiyához képest nagy mennyiségű nitrogénatomot — jelen esetben 6 nitrogénatomot - tartalmaz és már minimális mennyiségben alkalmazva nagy mértékben változtatja a felületi tulajdonságokat, az eddigi ismert kationaktív segédanyagokhoz viszonyítva. A találmány szerint úgy járunk el, hogy 550-900 sr, egy vagy több növényi olajat vagy zsírsavat, 100 — 300 sr, 2 primer és 4 szekunder nitrogénatomot tartalmazó, 220 - 260, előnyösen 230-250 molekulasúlyú poliamint és 1,5 — 7 sr ptoluol-szulfonsavat adott esetben sav hozzáadása mellett, keverés közben reagáltatunk, a reakcióterméket felmelegítjük 100—150 °C-ra, majd célszerűen 1-2 óra eltelte után 0,5 — 6 sr alumínium-szulfátot adunk hozzá. Ezután a terméket 110— 150 °C- on tartjuk 3-5 órán keresztül. A reakció befejeződése után az elegyet közvetlenül felhasználjuk, vagy abból kívánt esetben a poliamin-vegyületet ásványi savval vagy szerves savval reagáltatva kicsapjuk. Szerves savként főleg egybázisú alkánkarbonsavak alkalmazhatók. Előnyösen a poliamin-vegyület elkülönítéséhez (kicsapásához) ecetsavat vagy foszforsavat használunk. A találmány szerinti eljárással előállított kationaktív segédanyag sötétbarna színű, sűrűnfolyó, nem mérgező, nem tűzveszélyes és szobahőmérsékleten nem dermedő folyadék, mely összetételét tekintve lényegében egy olyan elegy, amelynek fő tömegét, vagyis legalább 70 s%-nyi mennyiségét pentaetilén-hexamin teszi ki, e vegyület sókötésben zsírsav vagy olajsav molekulákat tartalmaz és az elegy további alkotórészei a trietilén-tetramin és tetraetilén-pentamin. Az eljárás kiindulóanyagaként alkalmazott poliamin tehát 6 nitrogénatomot tartalmaz, melyek közül 2 primer, 4 pedig szekunder nitrogénatom; a molekulasúly a megadott intervallumban van. A poliamin reakciókészsége jóval nagyobb, mint általában a más, nitrogéntartalmú vegyületé. A reckció első lépésében a poliamin bázicitása következtében a zsírsav-gliceridészter hidrolizál, majd a p voluol-szulfonsav katalizátor hatására végbemegy a primer amin és zsírsavészter közötti reakció, zsirsavamid keletkezése mellett. Egy-két óra elteltével amfoter katalizátor, éspedig alumíniumszulfát (mely hidrolizál és a hidrolízist követően aluminium-hidroxid képződik) hozzáadásakor a keletkező nagy fajlagos felületű alumínium-hidroxid felületén 120— 150°C-on a szekunder nitrogénatomokon zsírsav-sókötés alakul ki. Az alumínium-szulfát hidrolízise után ugyanis az aluminiumhidroxid mellett kénsav keletkezik. A kénsav csökkenti a bázicitást, így a szekunder nitrogénatomokon nem zsírsav-amidok, hanem csak zsírsav-aminsók keletkeznek. Amennyiben minden nitrogénatomon zsírsav-amid keletkezne, ez 6 mól víz keletkezését vonná maga után, amit azt jelentené, hogy a kapott segédanyagot nem lehetne alkalmazni, mert magas víztartalom esetében - például bitumennél való alkalmazáskor - a bitumen felhabzik és az útépítésnél leterítés után nem tömör, hanem laza szerkezetűvé válna. Ez gyakorlatilag lehetetlenné tenné jó minőségű út kialakítását. Amennyiben viszont csak p-toluol-szulfonsavat használnánk, savas katalizátor esetében tiszta savamid-típusú vegyüiet keletkezne. Amfoter katalizátor esetében azonban az aluminium-hidroxid - mivel gyengén lúgos kémhatású - csökkenti a reakciósebességet, így a szekunder nitrogénatomokon sókötés jöhet létre. A találmány szerinti eljárás tehát segédanyag, egy olyan poliamin előállítását teszi lehetővé, mely 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
