PL - PTCer

MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 2, (2016), 115-119
www.ptcer.pl/mccm
Wykorzystanie wáóknistego odpadu amor¿cznego
jako dodatku do farb stosowanych do oznakowaĔ
drogowych
IWONA PRZERADA*, ANNA ZAWADA, JÓZEF IWASZKO, MATEUSZ SUPERNAK
Politechnika CzĊstochowska, Wydziaá InĪynierii Produkcji i Technologii Materiaáów, Instytut InĪynierii Materiaáowej,
al. Armii Krajowej 19, 42-200 CzĊstochowa
*e-mail: [email protected]
Streszczenie
Zagospodarowywanie odpadów jest dziaáaniem koniecznym i przynoszącym wielostronne korzyĞci, szczególnie w aspektach ekonomicznych oraz czystoĞci Ğrodowiska. W pracy zaproponowano wykorzystanie odpadu powstaáego w produkcji wáókien szklanych do
poprawienia jakoĞci oznakowaĔ drogowych. Zbadano wpáyw róĪnych iloĞci dodatku oraz stopnia uziarnienia odpadu na istotne pod kątem
zastosowania farby do oznakowaĔ drogowych wáasciwoĞci, takie jak odpornoĞü na Ğcieranie oraz odblaskowoĞü. Ustalono, Īe badany
odpadowy materiaá amor¿czny moĪe byü znacznie taĔszym zamiennikiem mikrokulek szklanych, stosowanych w farbach do oznakowaĔ
drogowych.
Sáowa kluczowe: zagospodarowanie odpadów, wáókno szklane, oznaczenia drogowe
THE USE OF FIBROUS AMORPHOUS WASTE AS AN ADDITIVE FOR ROAD MARKING PAINTS
The disposal of waste is a necessary activity, bringing multilateral bene¿ts, particularly in economic and environmental aspects. The
paper proposes the use of the amorphous waste received in the production of glass ¿bres to improve the quality of road markings. The
inÀuence of different amounts of the additive and the degree of ¿neness of the waste on the functional properties such as abrasion resistance and reÀectivity was examined. It has been stated that the tested amorphous waste material can be a very cheap replacement for
glass microspheres used in paints for road markings.
Keywords: Waste management, Glass ¿bre, Road markings
1. Wprowadzenie
Szkáo, ze wzglĊdu na swoje wáaĞciwoĞci znalazáo szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach Īycia. W trakcie
produkcji oraz stosowania wyrobów szklanych powstają ich
odpady [1]. Ze wzglĊdu na ochronĊ Ğrodowiska, a co za tym
idzie, poprawĊ jakoĞci Īycia ludzi, waĪne jest, aby prowadziü prawidáową gospodarkĊ odpadami. Zgodnie z ustawą
o odpadach [2, 3], producenci powinni przede wszystkim
zapobiegaü powstawaniu odpadów lub ograniczaü ich iloĞci,
jak równieĪ dbaü o odzysk oraz unieszkodliwienie odpadów,
których nie moĪna ponownie wykorzystaü.
Stáuczka szkáa páaskiego (okiennego) dziĊki odpowiedniemu kątowi zaáamania Ğwiatáa moĪe byü wykorzystywana do produkcji mikrokulek szklanych: reÀeksyjnych,
strumieniowych i specjalnych [4]. Mikrokulki szklane reÀeksyjne mają zastosowanie bezpoĞrednie jako produkt
nanoszony na ĞwieĪo wykonane oznakowanie poziome
dróg (odblaskowe) w celu zapewnienia widzialnoĞci
oznakowaĔ w nocy, jak równieĪ dodawane i mieszane
z materiaáem znakującym w fazie jego produkcji. Mogą
byü zastosowane do farb, termoplastów i mas chemoutwardzalnych.
W farbach, stosowanych do malowania oznakowaĔ na
asfaltowych lub betonowych nawierzchniach, mikrokule
szklane zapewniają w godzinach nocnych odpowiedni poziom odblasku. Dziaáają jak miniaturowe soczewki, które
zbierając Ğwiatáo padające z reÀektorów nadjeĪdĪających
pojazdów odbijają jego czĊĞü z powrotem w kierunku kierowcy.
W pracy do poprawienia jakoĞci oznakowaĔ drogowych
zaproponowano wykorzystanie odpadu powstaáego w produkcji wáókien szklanych zamiast stosowanych dotychczas
mikrokulek szklanych.
MoĪemy wyróĪniü dwa rodzaje wáókien szklanych: ogólnego zastosowania oraz specjalnego zastosowania. Ponad
90% wytwarzanych wáókien szklanych to produkty ogólnego
zastosowania. Tego rodzaju wáókna szklane są okreĞlane
mianem szkáa typu E. Pozostaáe wáókna szklane są typu
premium specjalnego przeznaczenia. Wykazują one wáaĞciwoĞci uĪyteczne takie jak twardoĞü, transparentnoĞü, odpornoĞü chemiczną, stabilnoĞü, ale równieĪ posiadają wrĊcz
poĪądane wáaĞciwoĞci takie jak wytrzymaáoĞü, elastycznoĞü
i sztywnoĞü. Wáókna szklane są wykorzystywane przy produkcji kompozytów [5], jak równieĪ obwodów drukowanych
i szerokiej gamy produktów specjalnych.
115
I. PRZERADA, A. ZAWADA, J. IWASZKO, M. SUPERNAK
2. Materiaá do badaĔ
Do badaĔ wykorzystano farbĊ KONTUR, stosowaną do
poziomego oznakowania dróg oraz wáókno ze szkáa typu E
(Rys. 1-4), powstaáe jako odpad w trakcie produkcji mat z wáókna
szklanego. Po przesianiu przez sita i podzieleniu sypkiego materiaáu amor¿cznego na frakcje (Ğrednica wáókien: 150-250 —m,
75-150 —m i 63-75 —m) przygotowano materiaá kompozytowy,
w którym osnową byáa farba KONTUR, a zbrojeniem wáókno
typu E, dodawane do farby w róĪnych iloĞciach i o róĪnych
stopniach rozdrobnienia. FarbĊ z dodatkiem wáókien szklanych
naniesiono za pomocą pĊdzla na drewniane podáoĪe (Rys. 5).
Oznaczenia próbek zestawiono w Tabeli 1.
Uzyskane powáoki, po ich wyschniĊciu zbadano pod kątem wykorzystania jako oznakowania drogowe. OkreĞlono
ich odpornoĞü na Ğcieranie oraz oceniono jakoĞü odblasku
Ğwietlnego w zaleĪnoĞci od iloĞci oraz rozmiaru wprowadzonych wáókien szklanych.
Rys. 1. Wáóknisty materiaá amor¿czny wykorzystany do wytworzenia powáok kompozytowych.
Fig. 1. Fibrous amorphous material used to produce composite
coatings.
Rys. 2. Materiaá amor¿czny frakcji 150-250 —m; mikroskop stereoskopowy.
Fig.2. Amorphous material of the fraction 150-250 —m; a stereo
microscope.
Rys. 3. Materiaá amor¿czny frakcji 75-150 —m; mikroskop stereoskopowy.
Fig. 3. Amorphous material of the fraction 75-150 —m; a stereo
microscope.
Rys. 4. Materiaá amor¿czny frakcji 63-75 —m; mikroskop stereoskopowy.
Fig. 4. Amorphous material of the fraction 63-75 —m; a stereo microscope.
Tabela 1. Skáad powáok kompozytowych.
Table 1. The composition of composite coatings.
Oznakowanie
próbki
Frakcja
[ȝm]
1
2
40
150-250
3
40
75-150
30
7
63-75
30
8
-
0
6
Rys. 5. Powáoki naniesione na drewniane podáoĪe.
Fig. 5. Coatings applied to a wood substrate.
116
MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 2, (2016)
30
20
4
5
ZawartoĞü wáókien
szklanych
20
WYKORZYSTANIE WàÓKNISTEGO ODPADU AMORFICZNEGO JAKO DODATKU DO FARB STOSOWANYCH DO OZNAKOWAē DROGOWYCH
3. OdpornoĞü na Ğcieranie
OcenĊ odpornoĞci na Ğcieranie wykonano za pomocą
urządzenia Kulotester. Badanie polega na pomiarze obszaru
wytarcia powstaáego wskutek tarcia o powierzchniĊ badanej
próbki obracającej siĊ kuli ze stali nierdzewnej. Wprawiona w ruch obrotowy przez rolkĊ napĊdową kula wykonuje
szlif sferyczny na badanej powierzchni. Kula podparta jest
w trzech punktach: w dwóch na rolce obrotowej i jednym, na
badanej powierzchni.
Badanie zostaáo przeprowadzone na wszystkich próbkach w jednakowych warunkach: czas trwania testu 7 godzin, kulka stalowa o Ğrednicy 30 mm.
O odpornoĞci na Ğcieranie Ğwiadczą ubytki masy (Tabela 2)
oraz powierzchnia wytarcia (Rys. 6-13).
Rys. 6. ĝlad wytarcia na powierzchni próbki 1 o 40% zawartoĞci
materiaáu amor¿cznego frakcji 150-250 —m.
Fig. 6. The trail wipe on the surface of the sample 1 with 40% content of amorphous material of the fraction 150-250 —m.
Rys. 7. ĝlad wytarcia na powierzchni próbki 2 o 30% zawartoĞci
materiaáu amor¿cznego frakcji 150-250 —m.
Fig. 7. The trail wipe on the surface of the sample 2 with 30% content of amorphous material of the fraction 150-250 —m.
Rys. 8. ĝlad wytarcia na powierzchni próbki 3 o 20% zawartoĞci
materiaáu amor¿cznego frakcji 150-250 —m.
Fig. 8. The trail wipe on the surface of the sample 3 with 20% content of amorphous material of the fraction 150-250 —m.
Rys. 9. ĝlad wytarcia na powierzchni próbki 4 o 40% zawartoĞci
materiaáu amor¿cznego frakcji 75-150 —m.
Fig. 9. The trail wipe on the surface of the sample 4 with 40% content of amorphous material of the fraction 75-150 —m.
Rys. 10. ĝlad wytarcia na powierzchni próbki 5 o 30% zawartoĞci
materiaáu amor¿cznego frakcji 75-150 —m.
Fig. 10. The trail wipe on the surface of the sample 5 with 30%
content of amorphous material of the fraction 75-150 —m.
Rys. 11. ĝlad wytarcia na powierzchni próbki 6 o 20% zawartoĞci
materiaáu amor¿cznego frakcji 75-150 —m.
Fig. 11. The trail wipe on the surface of the sample 6 with 20%
content of amorphous material of the fraction 75-150 —m.
MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 2, (2016)
117
I. PRZERADA, A. ZAWADA, J. IWASZKO, M. SUPERNAK
Powáoka bez dodatku wáókien (próbka 8, Rys. 13) miaáa
najniĪszą odpornoĞü na Ğcieranie. Bardzo szybko ulegáa
wytarciu, w wyniku którego stalowa kulka kulotestera wycieraáa juĪ tylko drewniane, maáo odporne na Ğcieranie podáoĪe. Po 7 godzinach testu na Ğcieranie drewniane podáoĪe
zostaáo odsáoniĊte równieĪ w próbce z najmniejszą (20%)
zawartoĞcią materiaáu amor¿cznego o Ğrednicach wáókien
w zakresie 75-150 —m (próbka 6, Rys. 11) oraz w próbce
zawierającej najdrobniejszą frakcjĊ (63-75 —m) materiaáu
amor¿cznego (próbka 7, Rys. 12).
Analizując ubytki masy (Tabela 2) moĪna zauwaĪyü, Īe
dodatek wáókien szklanych do farby do oznakowaĔ drogo-
wych bardzo znacząco poprawia odpornoĞü kompozytowej
powáoki na Ğcieranie. Wraz ze wzrostem zawartoĞci wáóknistego materiaáu amor¿cznego wzrasta odpornoĞü kompozytu na Ğcieranie. Najlepszą odpornoĞü na Ğcieranie wykazują
próbki z wáóknem o najwiĊkszych Ğrednicach – 150-250 —m;
ubytek masy nie przekracza 0,5%.
Rys. 12. ĝlad wytarcia na powierzchni próbki 7 o 30% zawartoĞci
materiaáu amor¿cznego frakcji 63-75 —m.
Fig. 12. The trail wipe on the surface of the sample 7 with 30%
content of amorphous material of the fraction 63-75 —m.
Rys. 13. ĝlad wytarcia na powierzchni próbki 8 – farba bez dodatku
materiaáu amor¿cznego.
Fig. 13. The trail wipe on the surface of the sample 8 being the paint
with no addition of amorphous material.
4. OdblaskowoĞü
MoĪna zaáoĪyü, Īe w procesie uĪytkowania oznakowaĔ
drogowych, kompozytowe (farba + wáókno szklane) powáoki,
w kontakcie z koáami samochodów bĊdą ulegaü wytarciu.
Tabela 2. OdpornoĞü na Ğcieranie badanych powáok kompozytowych.
Table 2. The abrasion resistance of composite coatings tested.
ZawartoĞü
wáókien
amor¿cznych [%]
Masa próbki
przed badaniem
[g]
Masa próbki po
badaniu [g]
Ubytek masy [g]
Ubytek masy [%]
40
5,18673
5,17399
0,01274
0,25
30
5,12202
5,10655
0,01577
0,31
3
20
4,80568
4,78103
0,02465
0,51
4
40
5,26168
5,24030
0,02138
0,41
30
4,58238
4,52001
0,06237
1,36
20
4,50211
4,35349
0,14862
3,30
Oznakowanie
próbki
Frakcja [ȝm]
1
2
150-250
5
75-150
6
7
63-75
30
5,12170
4,83605
0,28565
5,58
8
-
0
4,30779
4,16624
0,14155
3,29
a)
b)
c)
Rys. 14. Powierzchnia powáoki kompozytowej zawierającej 30% materiaáu amor¿cznego frakcji 150-250 —m przed (a) oraz po procesie
przetarcia jej papierem Ğciernym (b, c).
Fig. 14. The surface of composite with 30% content of amorphous material of the fraction 150-250 —m before (a) and after (b, c) abrasion.
118
MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 2, (2016)
WYKORZYSTANIE WàÓKNISTEGO ODPADU AMORFICZNEGO JAKO DODATKU DO FARB STOSOWANYCH DO OZNAKOWAē DROGOWYCH
DziĊki temu wáókna szklane zostaną odkryte, co da w efekcie poĪądany odblask.
Aby zaobserwowaü to zjawisko w warunkach laboratoryjnych, delikatnie zeszlifowano powierzchniĊ powáok kompozytowych papierem Ğciernym. Uzyskano oczekiwany rezultat, czyli reÀeksy Ğwietlne, jakie zapewnia obecnoĞü szkáa
w powáokach.
Ocena siáy reÀeksów Ğwietlnych przeprowadzona zostaáa za pomocą mikroskopu stereoskopowego z kamerą
(Rys. 14).
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
Stoch L.: PrzyszáoĞü szkáa w Ğwietle 23. MiĊdzynarodowego
Kongresu Szkáa, Szkáo i Ceramika, 64, (2013), 25-26.
Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. o odpadach (Dz. U.
z 2007 r., nr 39, poz. 251 – tekst jednolity.
Dz. U. z 2001 r., nr 112, poz. 1206.
KuĞnierz, A.: Stáuczka szklana. Káopotliwy odpad czy cenny
surowiec?, ĝwiat Szkáa, 16, 1, (2011), 40-43.
Koszkul, J., Mazur, P.: Kompozyty z recyklatu poli(tereftalanu
etylenu) z krótkim wáóknem szklanym, Kompozyty (Composites), 8, 3,(2003), 349-352.
5. Podsumowanie
Badany odpadowy materiaá amor¿czny moĪe byü znacznie taĔszym zamiennikiem mikrokulek szklanych, stosowanych w farbach do oznakowaĔ drogowych. Dodatek wáókien
szklanych do farby bardzo znacząco poprawia odpornoĞü
kompozytowej powáoki na Ğcieranie. Wraz ze wzrostem
zawartoĞci wáóknistego materiaáu amor¿cznego wzrasta
odpornoĞü kompozytu na Ğcieranie. Najlepszą odpornoĞü
na Ğcieranie wykazują próbki z materiaáem amor¿cznym
o najwiĊkszych Ğrednicach wáókien. Najbardziej wyrazisty
odblask Ğwiatáa daje powáoka kompozytowa z dodatkiem
wáókien amor¿cznych o najwiĊkszych Ğrednicach.
i
Otrzymano 22 paĨdziernika 2015, zaakceptowano 12 stycznia 2016.
MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 2, (2016)
119