dr hab. inż. Paweł Mieczkowski, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Eurovia Polska S.A. Wosk polietylenowy Ochrona środowiska naturalnego jest elementem, który powinien być uwzględniany w technologii drogowej. Jednymi z procesów charakteryzujących się dużą energochłonnością są produkcja i wbudowywanie mieszanek mineralno-asfaltowych. Temperatury produkcji sięgają 180-200ºC (a w przypadku asfaltów lanych nawet 230-240ºC), co wiąże się ze zużyciem znacznych ilości energii potrzebnej do osuszenia i podgrzania składników, ale również emisją do atmosfery szkodliwych gazów toksycznych i cieplarnianych. Jedną z możliwości obniżenia energochłonności procesu jest stosowanie modyfikatorów obniżających lepkość lepiszcza asfaltowego w zakresie temperatur technologicznych, co umożliwia otoczenie ziaren agregatu mineralnego w niższych temperaturach (nawet o 40ºC), poprawiając jednocześnie urabialność mieszanki oraz obniżając temperaturę jej wbudowywania. Do tego rodzaju związków można zaliczyć woski syntetyczne, które obok obniżenia temperatury wytwarzania i wbudowywania MMA zwiększają jej odporność na deformacje trwałe w zakresie temperatur użytkowych. W artykule omówiono wpływ wosku polietylenowego na podstawowe właściwości lepiszcza asfaltowego w zakresie temperatur użytkowych i technologicznych. Ochrona zdegradowanego już w dużej części środowiska naturalnego powinna wymuszać na uczestnikach procesów przemysłowych podejmowania wszelkich działań, mających na celu obniżenie negatywnych skutków ich działalności, a przede wszystkim zużycia energii oraz emisji szkodliwych substancji. W technologii drogowej jednym z bardziej energochłonnych procesów jest produkcja i wbudowywanie mieszanek mineralno- -asfaltowych (MMA). Dominująca jest technologia na gorąco, przy której temperatury wytwarzania typowych mieszanek (Hot Mix Asphalt HMA) mieszczą się w zakresie 150-200 C. Działaniem ograniczającym wydatkowanie energii w tym zakresie jest rozpowszechnianie technologii bazujących na obniżaniu temperatur wytwarzania, tj. technologii na ciepło (Warm Mix Asphalt WMA), półciepło (Half-Warm Mix Asphalt H-WMA) oraz na zimno (Cold Mix Asphalt CMA). W przypadku technologii WMA temperatura wytwarzania mieści się w zakresie 100-150 C, Summary Polyethylene wax as an asphalt modifier Environmental protection is an element that should be taken into account in road technology. One of the processes characterized by high energy consumption is the production and incorporation of mineral-asphalt mixtures. The production temperatures reach 180-200ºC (in the case of poured bitumen even 230-240ºC), which involves the use of significant amounts of energy needed to dry and heat the components, but also the emission of harmful toxic and greenhouse gases into the atmosphere. One of the possibilities of reducing the energy consumption of the process is the use of modifiers decreasing the viscosity of the bituminous binder in the technological temperature range, which allows the grains of the mineral aggregate to grow at lower temperatures (up to 40 C) while improving the workability of the mix and reducing the temperature of its incorporation. This kind of compounds includes synthetic waxes, which, in addition to lowering the temperature of MMA production and incorporation, increase its resistance to permanent deformations within the range of application temperatures. The article discusses the influence of polyethylene wax on the basic properties of bituminous binders within the range of application and technological temperatures. Keywords: bitumen, polyethylene wax, viscosity, penetration, softening temperature, penetration index Rys. 1. Zakres temperaturowy produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych w zależności od technologii [1] natomiast dla H-WMA wynosi ona 70-100 C, co przedstawiono na rys. 1. Pozwala to jednocześnie znacznie zredukować ilość zanieczyszczeń emitowanych do środowiska w postaci gazów i pyłów, co zobrazowano na rys. 2. 24
Rys. 2. Porównanie poziomu emisji (zużycia) gazów i pyłów (oraz paliwa) w technologii WMA w stosunku do technologii HMA (100%) [1]. Oznaczenia: TPM (Total Particulate Matter) całkowita zawartość cząstek stałych Rys. 3. Wielkość produkcji mieszanek w technologii WMA w stosunku do całkowitej ilości wytworzonych mieszanek mineralno-asfaltowych (MMA) w USA [1] Technologia WMA w ostatnich latach jest coraz szerzej stosowana. Została zapoczątkowana w Stanach Zjednoczonych (pierwsze próby spieniania asfaltu w 1956 r.), natomiast w Europie pierwsza mieszanka w tej technologii została wykonana w 2000 r. W największej skali rozwija się w USA. Na przełomie lat 2008-2014 prawie 7-krotnie wzrosła tam wielkość produkcji tego typu mieszanek (rys. 3). W ujęciu procentowym udział mieszanek WMA w całkowitej produkcji wzrósł tam z 5% do ponad 32%. Obok USA technologia WMA rozwija się w Europie (przede wszystkim we Francji i w mniejszej skali w Szwajcarii, Szwecji, Norwegii, Danii i Hiszpanii), a także Kanadzie, Japonii, Korei Południowej oraz RPA. Obniżanie temperatur produkcji w technologii WMA uzyskuje się najczęściej poprzez spienianie asfaltu (np. w specjalnych instalacjach z komorami spieniania bądź z wykorzystaniem zeolitów) lub z zastosowaniem dodatków obniżających lepkość. W USA udział poszczególnych technologii przedstawia się następująco [1]: spienianie w specjalnych instalacjach w wytwórni 88,1%, dodatki chemiczne 9,6%, dodatki spieniające 2,1%, dodatki organiczne 0,2%. Mieszanki mineralno-asfaltowe wytwarzane w obniżonej temperaturze charakteryzują się zwiększoną w stosunku do typowych trwałością zmęczeniową, m.in. dzięki zmniejszeniu efektów procesów starzeniowych lepiszcza asfaltowego. Technologię WMA opartą na dodatkach chemicznych obniżających lepkość asfaltu wykorzystuje się również w przypadku mieszanek HMA (na gorąco), co pozwala wydłużyć sezon budowlany i wbudowywać mieszanki w bardziej niesprzyjających warunkach atmosferycznych bądź transportować mieszanki na większe odległości. Oczywiście w tym przypadku starzenie asfaltu jest bardziej intensywne, a tym samym trwałość zmęczeniowa odpowiada mieszankom wytwarzanym w technologii HMA. Rys. 4. Klasyfikacja wosków naturalnych i syntetycznych [2] www.autostrady.elamed.pl 25
Surowiec PE-LD Temperatura procesu, C Zawartość wosku, % mas. Produkty gazowe, % mas. 450 80 20 500 69 31 550 57 43 600 51 49 450 80 20 500 68 32 PE-HD 550 61 39 600 49 51 Tab. 1. Zawartość wosku polietylenowego i produktów gazowych powstających podczas pirolizy polietylenu [6]. Oznaczenia: PE-LD polietylen niskiej gęstości, PE-HD polietylen o dużej gęstości Rys. 5. Woski poliolefinowe metody wytwarzania [3] Wśród chemicznych dodatków obniżających lepkość największą popularność uzyskały woski syntetyczne. Właściwość J.m. Wymagania Penetracja w 25 C 0,1 mm 12-18 Temperatura kroplenia C 102-112 Temperatura topnienia C 90-98 Lepkość 10-3 Pa s < 40 Gęstość w 20 C g/cm 3 0,895-0,932 Wygląd biały granulat Tab. 2. Właściwości wosku polietylenowego zastosowanego do badań Woski polietylenowe Termin woski odnosi się do grupy substancji stałych (organicznych) pochodzenia naturalnego lub syntetycznego o stosunkowo niskiej temperaturze topnienia i niskiej lepkości w stanie stopionym. Są one nierozpuszczalne w wodzie, charakteryzują się temperaturą topnienia od 50 C do nawet 130 C i gęstością 0,875-0,999 g/cm 3. Zgodnie z definicją podaną przez Wydział Wosków Niemieckiego Towarzystwa Nauk o Tłuszczach wosk jest techniczną nazwą grupy substancji naturalnych lub syntetycznych, które wykazują następujące właściwości [3]: w temperaturze 20 C są podatne na ugniatanie, mają postać grubo- lub drobnokrystaliczną, są przejrzyste lub nieprzejrzyste, lecz nie szkliste, powyżej 40 C topią się bez rozkładu, nawet nieznacznie powyżej punktu topnienia wykazują małą lepkość, konsystencja i rozpuszczalność zależą w dużym stopniu od temperatury, odkształcają się pod wpływem niewielkiego nacisku. Pod względem chemicznym są estrami kwasów tłuszczowych (tzw. kwasów woskowych) i alkoholi. Zawierają one również: wolne kwasy tłuszczowe, alkohole, węglowodory i ich pochodne [3]. W skład wosków naturalnych wchodzą woski kopalne (np.: wosk montanowy, ozokeryt oraz makro- i mikrokrystaliczne woski parafinowe), a także woski niekopalne. Woski niekopalne dzieli się na woski pochodzenia zwierzęcego (np.: wosk pszczeli, szelak, lanolina, spermacet) i woski pochodzenia roślinnego (np.: wosk carnauba, wosk kandelila, ryżowy czy też olej jojoba). Woski syntetyczne są to sztucznie otrzymywane substancje o właściwościach wosków naturalnych. Należą do nich np.: estry 1,2-dioli (np. glikolu etylenowego, propylenowego) i wyższych kwasów tłuszczowych, długołańcuchowe produkty polimeryzacji etenu (etylenu), amidy wyższych kwasów tłuszczowych, a także produkty chemicznej przeróbki surowców pochodzenia naturalnego, np. utleniania wosku montanowego, uwodorniania niektórych olejów roślinnych. Ze względu na sposób wytwarzania dzieli się je na całkowicie syntetyczne (m.in. woski poliolefinowe, wosk Fischera-Tropscha) i półsyntetyczne (estry lub mydła montanowe i woski na bazie amidów kwasów tłuszczowych). Klasyfikację wosków przedstawiono na rys. 4. Woski polietylenowe mieszczą się w grupie wosków poliolefinowych. Surowcem do ich produkcji jest ropa naftowa. Otrzymuje się je najczęściej w oparciu o technologie przedstawione na rys. 5. W przypadku wosków polietylenowych zwiększono ilość metod ich otrzymywania. Uzyskuje się je w wyniku [2]: bezpośredniej syntezy z monomeru, degradacji termicznej polietylenu, wydzielenia wosku jako produktu ubocznego przy produkcji polietylenu. Otrzymywanie wosków polietylenowych bezpośrednio z etylenu odbywa się w technologiach niskociśnieniowych z wykorzystaniem katalizatorów metaloorganicznych (rys. 5) bądź w oparciu o procesy wysokociśnieniowe bazujące na mechanizmie wolnorodnikowym. Metody te są podobne do metod produkcji polimeru wielkocząsteczkowego, różnią się wyłącznie parametrami technologicznymi. Metoda wysokociśnieniowa ze względu na wysokie koszty jest znacznie rzadziej stosowana. Woski uzyskiwane z monomeru w metodzie niskociśnieniowej mają strukturę liniową z pojedynczymi (krótkimi) rozgałęzieniami bocznymi. Charakteryzują się wysokim stopniem krystaliczności, gęstością 0,92-0,97 g/cm 3 i dużą stabilnością cieplną. Są kruche i twarde, a w temperaturze 140 C ich lepkość mieści się w zakresie od 10 do nawet 30 000 mpa s. Temperatura topnienia może osiągać nawet 127 C. W przypadku wosków pozyskiwanych w metodzie polimeryzacji rodnikowej (wysokociśnieniowej) struktura makrocząsteczek jest rozgałęziona. [4] Proces termicznej degradacji polietylenu pozwala otrzymywać małocząsteczkowe polimery etylenu oraz ciekłe oligomery o stopniu polimeryzacji poniżej 8 [5]. W trakcie pirolizy polietylenu 26
Właściwość Temperatura mięknienia T PiK, C Asfalt 6%WP Maksymalna dopuszczalna wartość położenie wynik wg TWT-PAD-2003 wg PN-EN 14023 góra 80,6 dół 79,1 różnica 1,5 góra 27,6 2 5 Penetracja w 25 C, 0,1 mm dół 30,4 5 NPD* różnica 2,8 Tab. 3. Wyniki badań z testu tubowego próbek asfaltu 35/50 modyfikowanego woskiem polietylenowym NPD No Performance Determined (właściwość użytkowa nieokreślana) powstają gazowe produkty degradacji zawierające: n-alkany, n-alkeny oraz alkadieny, a ich ilość wzrasta wraz z temperaturą procesu (tym samym maleje ilość drugiego z produktów, tj. wosku) [5, 6]. Przykłady wpływu temperatury na wydajność zachodzących procesów przedstawiono w tab. 1. W badaniach tych stwierdzono również, że temperatura degradacji polietylenu o dużej gęstości (w procesie niskociśnieniowym) jest o ok. 20 C wyższa niż polietylenu o niskiej gęstości (w procesie wysokociśnieniowym). Wiąże się to z większym stopniem krystaliczności polietylenu niskociśnieniowego. Woski pozyskiwane w metodzie niskociśnieniowej ze względu na złożony skład mają szeroki przedział temperatury topnienia. Zawierają: ciekłe produkty małocząsteczkowe, nierozłożony polietylen, węglowodory n-parafinowe oraz izo-parafinowe (nieregularnie rozgałęzione). Mają również znacznie więcej wiązań podwójnych w stosunku do wysokociśnieniowych. Średni ciężar cząsteczkowy wosku zależy od czasu reakcji oraz substancji wyjściowej [7]. Po stopieniu woski przyjmują postać cieczy, charakteryzującej się niską lepkością, co jest wynikiem m.in. małego ciężaru cząsteczkowego. Jakość i sposób obróbki wosku uzyskanego w wyniku jego wydzielenia zależą od technologii produkcji polietylenu oraz zastosowanego układu katalitycznego. W przypadku polietylenu wysokociśnieniowego znanych jest wiele metod jego produkcji, np. poprzez wymywanie z mieszaniny za pomocą ciekłego etylenu w układzie podgrzewaczy i chłodnic czy też wielokrotnego rozprężania strumienia gazów procesowych połączonego z ich chłodzeniem (metoda przemysłowa). W przypadku polimeryzacji niskociśnieniowej sposób obróbki wosków zależy od rodzaju procesu polimeryzacji [2]. Gdy zachodzi ona w fazie gazowej, woski wydzielają się razem z polimerem. Niewielka ich część (stanowiąca fazę ciekłą) może być wyodrębniona z układu. Przy polimeryzacji zawiesinowej wosk jest usuwany z rozpuszczalnika podczas jego oczyszczania w węźle (odparowania składnika niskowrzącego rozpuszczalnika). Woski po ich uzyskaniu jedną z wymienionych wyżej metod można uszlachetniać poprzez modyfikację. Z podstawowych sposobów modyfikacji wyróżnia się: frakcjonowanie, utlenianie oraz mieszanie z innymi materiałami. Frakcjonowanie polega na rozdzieleniu (np. w wyniku destylacji pod obniżonym ciśnieniem lub w obecności pary wodnej czy też ekstrakcji rozpuszczalnikowej) otrzymanych wosków na frakcje o określonych ciężarach cząsteczkowych. Utlenianie wosków pozwala wprowadzić do struktury łańcucha związki polarne. Intensywność procesu można zwiększyć poprzez zastosowanie katalizatora w powietrzu wzbogaconym tlenem oraz nadtlenkami. Mieszanie wosków polega głównie na ich łączeniu z polimerami, co ma poprawić ich odporność termiczną. Dodatek PE-LD pozwala na przykład podnieść temperaturę mięknienia oraz kroplenia. W ramach badań wykorzystano wysokojakościowy utleniany wosk z grupy poliolefinowych wosk polietylenowy. Parametry wosku przedstawiono w tab. 2. Przygotowanie próbek asfaltu Badania wpływu wosku polietylenowego na właściwości lepiszcza oceniano na przykładzie asfaltu 35/50. Jest to typowy asfalt drogowy powszechnie stosowany do betonów asfaltowych na warstwę wiążącą i podbudowę na ruch kategorii KR3-KR7. Przygotowanie próbek badawczych polegało na podgrzewaniu asfaltu (ok. 5 dm 3 ) w pojemniku o objętości ok. 10 dm 3 (zabezpieczonym przed dopływem powietrza) do temperatury 160 C. Proces ten prowadzono w łaźni olejowej, gwarantującej równomierne ogrzewanie pojemnika i znajdującego się w nim asfaltu. Po uzyskaniu wymaganej temperatury do lepiszcza dodawano w odpowiedniej ilości modyfikator (od 1 do 6%). Po jego rozprowadzeniu w lepiszczu całość mieszano przez 20 minut przy użyciu mieszadła ze stałą prędkością 120 obr./min (rys. 6). Po zakończeniu tego etapu wyłączano ogrzewanie i przez kolejne 10 minut prowadzono proces mieszania z prędkością 60 obr./min. Tak przygotowane próbki stanowiły materiał badawczy. Badania asfaltu z dodatkiem modyfikatora w postaci wosku polietylenowego wymagają na wstępnym etapie sprawdzenia kompatybilności takiej mieszaniny. Można to potwierdzić w teście stabilności, stosowanym przy asfaltach modyfikowanych polimerami. Jest to podyktowane m.in. zróżnicowanymi gęstościami łączonych materiałów (rzędu 0,09-0,13 Mg/m 3 ) i możliwością ich segregacji podczas przechowywania w wysokich temperaturach (bez udziału mieszania). Oznaczenie stabilności wykonano w oparciu o test tubowy zgodnie z normą PN-EN 13399:2012 Asfalty i lepiszcza asfaltowe. Oznaczenie stabilności podczas magazynowania asfaltów modyfikowanych. Badanie przeprowadzono na próbce asfaltu 35/50 z udziałem wosku polietylenowego w ilości 6%. Polegało ono na przechowywaniu jednorodnej próbki asfaltu modyfikowanego przez 72 godziny w tubie, w pozycji pionowej, w temperaturze 180 C. Następnie próbkę schładzano i dzielono na trzy równe części. Dla dwóch skrajnych (górnej i dolnej) wykonywano badania penetracji w 25 C i temperatury mięknienia wg PiK (tab. 2). Ocenę www.autostrady.elamed.pl 27
Rys. 6. Schemat urządzenia do modyfikacji (mieszania) asfaltu z woskiem polietylenowym w łaźni olejowej Rys. 7. Umowna energia w zakresie odkształceń sprężystych i plastycznych w badaniu ciągliwości z pomiarem siły (metoda z duktylometrem) stabilności prowadzono w oparciu o wymagania PN-EN 14023 i TWT-PAD-2003 (tab. 3). Uzyskane wyniki badań (tab. 3) świadczą o stabilności układu asfalt modyfikator, co umożliwia stosowanie wosku polietylenowego bezpośrednio do lepiszcza. Dalszy etap prac obejmował wykonanie oznaczeń podstawowych parametrów lepiszczy asfaltowych zgodnie z obowiązującymi normami, tj.: temperatury mięknienia wg PiK, penetracji, temperatury łamliwości wg Fraassa, lepkości dynamicznej w 60, 90 i 135 C, nawrotu sprężystego, maksymalnej siły rozciągania oraz umownej energii w zakresie odkształceń sprężystych i plastycznych w badaniu rozciągania w duktylometrze. Umowną energię (iloraz energii odkształcenia przez początkowe pole przekroju próbki w cm 2 ) w zakresie odkształceń sprężystych określano dla obszaru od początku układu współrzędnych do osiągnięcia maksymalnej siły. Zakresem odkształceń plastycznych objęto obszar od przekroczenia maksimum siły do końca wykresu (rys. 7). Wyniki badań przedstawiono w tab. 4 i na rys. 8-12. Określono również podatność asfaltów na starzenie technologiczne w badaniu metodą RTFOT zgodnie z PN-EN 12607-1. Polega ona na wygrzewaniu lepiszczy w cienkiej warstwie w 163 C przez 75 min wraz z ciągłym ich napowietrzaniem. Wykonano Rys. 8. Wyniki z oznaczenia penetracji asfaltu 35/50 z różnym udziałem wosku polietylenowego je dla asfaltu 35/50 bez udziału modyfikatora oraz z jego udziałem w ilościach 2% i 4%. Wyniki badań przedstawiono w tab. 5 i na rys. 13. Dodatek wosku polietylenowego do asfaltu wpływa na jego właściwości normowe oraz reologiczne. Wielkość tych zmian jest uzależniona w głównej mierze od ilości dodatku i zwiększa się wraz z jego zawartością. Przy 6-proc. dodatku penetracja lepiszcza zmniejszyła się o ponad 30%, natomiast temperatura mięknienia wzrosła o ponad 50% w stosunku do wartości początkowych. Zmiany te świadczą o utwardzeniu lepiszcza w zakresie temperatur użytkowych. Negatywną zmianą jest wzrost temperatury łamliwości z -9 C do -4,5 C (przy 6-proc. dodatku WP). Właściwość 35/50 35/50 1% WP 2% WP Rodzaj lepiszcza 3% WP 4% WP 5% WP Penetracja, 0,1 mm (PN-EN 1426) 42,3 41,1 39,8 36.8 34,7 31,1 27,9 Temperatura mięknienia wg PiK, C (PN-EN 1427) 51,9 53,2 55,5 59.4 64,3 69,5 79,3 Temperatura łamliwości wg Fraassa, C (PN-EN 12593) -9,5-9 -8-7.0-6,5-5 -4,5 Lepkość dynamiczna, Pa s 60 C 784 973 1254 1522 2078 2534 2833 (PN-EN 12596) 90 C 25,32 33,62 43,45 45,56 53,12 54,87 65,43 (PN-EN 13302) 135 C 1,11 1,1 0,93 0,73 0,61 0,24 0,11 Indeks penetracji Ip (PN-EN 12591) -1,11-0,87-0,43 0,19 0,97 1,61 2,81 Nawrót sprężysty, % (PN-EN 13398) 15 14 16 13 15 17 16 Siła rozciągania maksymalna siła, N (PN-EN 13589) 15,41 16,88 25,82 33,87 45,29 65,73 87,17 Siła rozciągania umowna energia w zakresie odkształceń sprężystych, J/cm 2 (PN-EN 13589, PN-EN 13703) 0,09 0,11 0,14 0,17 0,22 0,27 0,32 Siła rozciągania umowna energia w zakresie odkształceń plastycznych, J/cm 2 (PN-EN 13589, PN-EN 13703) 1,33 1,42 1,75 2,15 2,62 3,09 3,85 Tab. 4. Właściwości asfaltu 35/50 przed modyfikacją woskiem polietylenowym (WP) i po niej 6%WP 28
Rys. 9. Wyniki z oznaczenia temperatury mięknienia wg PiK asfaltu 35/50 z różnym udziałem wosku polietylenowego Rys. 10. Indeks penetracji Ip wyznaczony dla asfaltu 35/50 z różnym udziałem wosku polietylenowego Rys. 11. Umowna energia sprężystości i plastyczności oraz maksymalna siła wyznaczona dla asfaltu 35/50 z różnym udziałem wosku polietylenowego Zmianie ulega również typ reologiczny lepiszcza, charakteryzowany przez indeks penetracji Ip. Dla bazowego asfaltu wartość tego parametru wyniosła -1,11 (co klasyfikuje go w dolnym obszarze dla typu zol-żel), natomiast przy 6-proc. dodatku otrzymany wynik (+2,81) wskazuje wyraźnie na typ żel. To świadczy m.in. o spadku wrażliwości termicznej lepiszcza i mniejszym zakresie zmian jego parametrów w obszarze temperatur użytkowych. Analizując wyniki oznaczenia umownej energii odkształcenia w badaniu ciągliwości z pomiarem siły, można zauważyć, że wosk polietylenowy nie poprawił sprężystości mieszaniny, ale zwiększył jej sztywność w zakresie odkształceń plastycznych. Potwierdzają to wyniki oznaczenia nawrotu sprężystego, którego wartości niezależnie od ilości modyfikatora oscylują wokół poziomu 13-17%. Na uwagę zasługują wyniki badań lepkości dynamicznej. W zakresie temperatur użytkowych uzyskiwane wielkości wzrastają wraz z ilością dodatku (w temperaturze 60 C nawet 3,5-krotnie), natomiast w zakresie temperatur technologicznych obniżają się (przy 6% wosku polietylenowego w temperaturze 135 C spadek jest 10-krotny). Wyraźną zmianę lepkości dynamicznej można zaobserwować w zakresie temperatur 95-115 C, co odpowiada temperaturom topnienia i kroplenia wosku. Wnioski 1. Woski polietylenowe można stosować do modyfikacji asfaltów. Mieszanina tych związków jest kompatybilna, co pozwala na jej zastosowanie bezpośrednio do lepiszcza. 2. Dodatek wosku polietylenowego utwardza lepiszcze w zakresie temperatur użytkowych (do 80 C), natomiast w zakresie temperatur technologicznych wpływa na obniżenie lepkości (powyżej 105 C). Wyraźny spadek lepkości obserwowany jest w zakresie Właściwość Rodzaj lepiszcza 35/50 35/50 2%WP 4%WP Penetracja, 0,1 mm (PN-EN 1426) 37,2 34,1 28,9 Temperatura mięknienia wg PiK, C (PN-EN 1427) 51,9 55,5 64,3 Temperatura łamliwości wg Fraassa, C (PN-EN 12593) -8,5-7,0-5,5 Lepkość dynamiczna, Pa s 60 C 1885 2930 4945 (PN-EN 12596) 90 C 44,35 60,11 81,05 (PN-EN 13302) 135 C 1,66 1,21 0,88 Indeks penetracji Ip (PN-EN 12591) -0,77-0,13 1,26 Tab. 5. Właściwości asfaltu 35/50 z udziałem wosku polietylenowego po starzeniu wg RTFOT (wg PN-EN 12607-1) www.autostrady.elamed.pl 29
Rys. 12. Lepkość asfaltu 35/50 z różnym udziałem wosku polietylenowego w zależności od temperatury Rys. 13. Lepkość asfaltu 35/50 z różnym udziałem wosku polietylenowego przed starzeniem i po starzeniu wg RTFOT 95-105 C, co odpowiada temperaturom topnienia i kroplenia wosku polietylenowego. 3. Wzrost twardości (sztywności) lepiszcza w zakresie temperatur użytkowych może świadczyć o poprawie odporności na deformacje trwałe mieszanek mineralno-asfaltowych z jego udziałem. Niepokojący jest spadek temperatury łamliwości wg Fraassa, która świadczy o wzroście podatności na spękania niskotemperaturowe. 4. Spadek lepkości w zakresie temperatur technologicznych powinien mieć wpływ na obniżenie temperatur produkcji i wbudowania mieszanek modyfikowanych woskiem polietylenowym. Różnice mogą sięgać nawet 20 C, ale wymaga to sprawdzenia bezpośrednio na mieszankach mineralno-asfaltowych. 5. Woski polietylenowe zmieniają typ reologiczny asfaltu, przesuwając go w kierunku żelu. Zmniejsza to wrażliwość termiczną lepiszcza z jego udziałem, przede wszystkim w zakresie temperatur użytkowych. Piśmiennictwo 1. http://www.eapa.org/asphalt.php?c=199#b. 2. Marszałek G., Marczak R.: Wosk polietylenowy otrzymywanie, modyfikacja i zastosowania. Polimery, nr 9/2012, s. 57. 3. Fryźlewicz B., Ogonowski J.: Środki konserwujące do obuwia. Chemik, 3/2001. 4. Umare P.S., Antony R., Gopalakrishnan K., Tembe G.L., Trivedi B.: Synthesis of low molecular weight polyethylene waxes by a titanium BINO- Late-ethylaluminum sesquichloride catalyst system. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, vol. 242/2005. 5. Kępińska-Żerko M., Spychaj T., Grętkiewicz J.: Oligomery etylenu: otrzymywanie, kierunki zastosowania. Polimery, nr 2-3/1992. 6. Aguado R., Olazar M., San José M.J., Gasián B., Bilbao J.: Wax Formation in the Pyrolysis of Polyolefins in a Conical Spouted Bed Reactor. Energy Fueles, 16(6)/2002. 7. Industrial Organic Chemicals: Starting Materials and Intermediates, Wiley-VCHT. Encyklopedia Ullmann s, Weinheim 1999, vol. 8. 30