Widok Tom 68 Nr 2 (2016)

(1)

www.ptcer.pl/mccm

1. Wprowadzenie

Szkło, ze względu na swoje właściwości znalazło sze-rokie zastosowanie w wielu dziedzinach życia. W trakcie produkcji oraz stosowania wyrobów szklanych powstają ich odpady [1]. Ze względu na ochronę środowiska, a co za tym idzie, poprawę jakości życia ludzi, ważne jest, aby prowa-dzić prawidłową gospodarkę odpadami. Zgodnie z ustawą o odpadach [2, 3], producenci powinni przede wszystkim zapobiegać powstawaniu odpadów lub ograniczać ich ilości, jak również dbać o odzysk oraz unieszkodliwienie odpadów, których nie można ponownie wykorzystać.

Stłuczka szkła płaskiego (okiennego) dzięki odpowied-niemu kątowi załamania światła może być wykorzysty-wana do produkcji mikrokulek szklanych: refl eksyjnych, strumieniowych i specjalnych [4]. Mikrokulki szklane re-fl eksyjne mają zastosowanie bezpośrednie jako produkt nanoszony na świeżo wykonane oznakowanie poziome dróg (odblaskowe) w celu zapewnienia widzialności oznakowań w nocy, jak również dodawane i mieszane z materiałem znakującym w fazie jego produkcji. Mogą być zastosowane do farb, termoplastów i mas chemo-utwardzalnych.

W farbach, stosowanych do malowania oznakowań na asfaltowych lub betonowych nawierzchniach, mikrokule szklane zapewniają w godzinach nocnych odpowiedni po-ziom odblasku. Działają jak miniaturowe soczewki, które zbierając światło padające z refl ektorów nadjeżdżających pojazdów odbijają jego część z powrotem w kierunku kie-rowcy.

W pracy do poprawienia jakości oznakowań drogowych zaproponowano wykorzystanie odpadu powstałego w pro-dukcji włókien szklanych zamiast stosowanych dotychczas mikrokulek szklanych.

Możemy wyróżnić dwa rodzaje włókien szklanych: ogól-nego zastosowania oraz specjalogól-nego zastosowania. Ponad 90% wytwarzanych włókien szklanych to produkty ogólnego zastosowania. Tego rodzaju włókna szklane są określane mianem szkła typu E. Pozostałe włókna szklane są typu premium specjalnego przeznaczenia. Wykazują one wła-ściwości użyteczne takie jak twardość, transparentność, od-porność chemiczną, stabilność, ale również posiadają wręcz pożądane właściwości takie jak wytrzymałość, elastyczność i sztywność. Włókna szklane są wykorzystywane przy pro-dukcji kompozytów [5], jak również obwodów drukowanych i szerokiej gamy produktów specjalnych.

I

WONA

P

RZERADA

*, A

NNA

Z

AWADA

, J

ÓZEF

I

WASZKO

, M

ATEUSZ

S

UPERNAK

Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Instytut Inżynierii Materiałowej, al. Armii Krajowej 19, 42-200 Częstochowa

*e-mail: przerada@wip.pcz.pl

Wykorzystanie włóknistego odpadu amorfi cznego

jako dodatku do farb stosowanych do oznakowań

drogowych

Streszczenie

Zagospodarowywanie odpadów jest działaniem koniecznym i przynoszącym wielostronne korzyści, szczególnie w aspektach eko-nomicznych oraz czystości środowiska. W pracy zaproponowano wykorzystanie odpadu powstałego w produkcji włókien szklanych do poprawienia jakości oznakowań drogowych. Zbadano wpływ różnych ilości dodatku oraz stopnia uziarnienia odpadu na istotne pod kątem zastosowania farby do oznakowań drogowych własciwości, takie jak odporność na ścieranie oraz odblaskowość. Ustalono, że badany odpadowy materiał amorfi czny może być znacznie tańszym zamiennikiem mikrokulek szklanych, stosowanych w farbach do oznakowań drogowych.

Słowa kluczowe: zagospodarowanie odpadów, włókno 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 benefi ts, particularly in economic and environmental aspects. The paper proposes the use of the amorphous waste received in the production of glass fi bres to improve the quality of road markings. The infl uence of different amounts of the additive and the degree of fi neness of the waste on the functional properties such as abrasion resi-stance and refl ectivity 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.

(2)

2. Materiał do badań

Do badań wykorzystano farbę KONTUR, stosowaną do poziomego oznakowania dróg oraz włókno ze szkła typu E (Rys. 1-4), powstałe jako odpad w trakcie produkcji mat z włókna szklanego. Po przesianiu przez sita i podzieleniu sypkiego ma-teriału amorfi cznego na frakcje (średnica włókien: 150-250 μm, 75-150 μm i 63-75 μm) przygotowano materiał kompozytowy, w którym osnową była farba KONTUR, a zbrojeniem włókno

typu E, dodawane do farby w różnych ilościach i o różnych stopniach rozdrobnienia. Farbę z dodatkiem włókien szklanych naniesiono za pomocą pędzla na drewniane podłoże (Rys. 5). Oznaczenia próbek zestawiono w Tabeli 1.

Uzyskane powłoki, po ich wyschnięciu zbadano pod ką-tem wykorzystania jako oznakowania drogowe. Określono ich odporność na ścieranie oraz oceniono jakość odblasku świetlnego w zależności od ilości oraz rozmiaru wprowadzo-nych włókien szklawprowadzo-nych.

Rys. 1. Włóknisty materiał amorfi czny wykorzystany do wytworze-nia powłok kompozytowych.

Fig. 1. Fibrous amorphous material used to produce composite coatings.

Rys. 2. Materiał amorfi czny frakcji 150-250 μm; mikroskop stereo-skopowy.

Fig.2. Amorphous material of the fraction 150-250 μm; a stereo microscope.

Rys. 3. Materiał amorfi czny frakcji 75-150 μm; mikroskop stereos-kopowy.

Fig. 3. Amorphous material of the fraction 75-150 μm; a stereo microscope.

Rys. 4. Materiał amorfi czny frakcji 63-75 μm; mikroskop stereos-kopowy.

Fig. 4. Amorphous material of the fraction 63-75 μm; a stereo mi-croscope.

Rys. 5. Powłoki naniesione na drewniane podłoże. Fig. 5. Coatings applied to a wood substrate.

Tabela 1. Skład powłok kompozytowych. Table 1. The composition of composite coatings.

Oznakowanie próbki Frakcja [μm] Zawartość włókien szklanych 1 150-250 40 2 30 3 20 4 75-150 40 5 30 6 20 7 63-75 30 8 - 0

(3)

w trzech punktach: w dwóch na rolce obrotowej i jednym, na badanej powierzchni.

Badanie zostało przeprowadzone na wszystkich prób-kach w jednakowych warunprób-kach: czas trwania testu 7 go-dzin, kulka stalowa o średnicy 30 mm.

O odporności na ścieranie świadczą ubytki masy (Tabela 2) oraz powierzchnia wytarcia (Rys. 6-13).

3. Odporność na ścieranie

Ocenę odporności na ścieranie wykonano za pomocą urządzenia Kulotester. Badanie polega na pomiarze obszaru wytarcia powstałego wskutek tarcia o powierzchnię badanej próbki obracającej się kuli ze stali nierdzewnej. Wprawio-na w ruch obrotowy przez rolkę Wprawio-napędową kula wykonuje szlif sferyczny na badanej powierzchni. Kula podparta jest

Rys. 6. Ślad wytarcia na powierzchni próbki 1 o 40% zawartości materiału amorfi cznego frakcji 150-250 μm.

Fig. 6. The trail wipe on the surface of the sample 1 with 40% con-tent of amorphous material of the fraction 150-250 μm.

Fig. 10. The trail wipe on the surface of the sample 5 with 30% content of amorphous material of the fraction 75-150 μm.

(4)

Powłoka bez dodatku włókien (próbka 8, Rys. 13) miała najniższą odporność na ścieranie. Bardzo szybko uległa wytarciu, w wyniku którego stalowa kulka kulotestera wy-cierała już tylko drewniane, mało odporne na ścieranie pod-łoże. Po 7 godzinach testu na ścieranie drewniane podłoże zostało odsłonięte również w próbce z najmniejszą (20%) zawartością materiału amorfi cznego o średnicach włókien w zakresie 75-150 μm (próbka 6, Rys. 11) oraz w próbce zawierającej najdrobniejszą frakcję (63-75 μm) materiału amorfi cznego (próbka 7, Rys. 12).

Analizując ubytki masy (Tabela 2) można zauważyć, że dodatek włókien szklanych do farby do oznakowań

drogo-wych bardzo znacząco poprawia odporność kompozytowej powłoki na ścieranie. Wraz ze wzrostem zawartości włókni-stego materiału amorfi cznego wzrasta odporność kompozy-tu na ścieranie. Najlepszą odporność na ścieranie wykazują próbki z włóknem o największych średnicach – 150-250 μm; ubytek masy nie przekracza 0,5%.

4. Odblaskowość

Można założyć, że w procesie użytkowania oznakowań drogowych, kompozytowe (farba + włókno szklane) powłoki, w kontakcie z kołami samochodów będą ulegać wytarciu.

Rys. 13. Ślad wytarcia na powierzchni próbki 8 – farba bez dodatku materiału amorfi cznego.

Fig. 13. The trail wipe on the surface of the sample 8 being the paint with no addition of amorphous material.

Tabela 2. Odporność na ścieranie badanych powłok kompozytowych. Table 2. The abrasion resistance of composite coatings tested.

Oznakowanie próbki Frakcja [μm] Zawartość włókien amorfi cznych [%] Masa próbki przed badaniem [g] Masa próbki po

badaniu [g] Ubytek masy [g] Ubytek masy [%]

1 150-250 40 5,18673 5,17399 0,01274 0,25 2 30 5,12202 5,10655 0,01577 0,31 3 20 4,80568 4,78103 0,02465 0,51 4 75-150 40 5,26168 5,24030 0,02138 0,41 5 30 4,58238 4,52001 0,06237 1,36 6 20 4,50211 4,35349 0,14862 3,30 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 powłoki kompozytowej zawierającej 30% materiału amorfi cznego frakcji 150-250 μm przed (a) oraz po procesie przetarcia jej papierem ściernym (b, c).

(5)

Dzięki temu włókna szklane zostaną odkryte, co da w efek-cie pożądany odblask.

Aby zaobserwować to zjawisko w warunkach laboratoryj-nych, delikatnie zeszlifowano powierzchnię powłok kompo-zytowych papierem ściernym. Uzyskano oczekiwany rezul-tat, czyli refl eksy świetlne, jakie zapewnia obecność szkła w powłokach.

Ocena siły refl eksów świetlnych przeprowadzona zo-stała za pomocą mikroskopu stereoskopowego z kamerą (Rys. 14).

5. Podsumowanie

Badany odpadowy materiał amorfi czny może być znacz-nie tańszym zamiennikiem mikrokulek szklanych, stosowa-nych w farbach do oznakowań drogowych. Dodatek włókien szklanych do farby bardzo znacząco poprawia odporność kompozytowej powłoki na ścieranie. Wraz ze wzrostem zawartości włóknistego materiału amorfi cznego wzrasta odporność kompozytu na ścieranie. Najlepszą odporność na ścieranie wykazują próbki z materiałem amorfi cznym o największych średnicach włókien. Najbardziej wyrazisty odblask światła daje powłoka kompozytowa z dodatkiem włókien amorfi cznych o największych średnicach.

Literatura

[1] Stoch L.: Przyszłość szkła w świetle 23. Międzynarodowego Kongresu Szkła, Szkło i Ceramika, 64, (2013), 25-26. [2] Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. o odpadach (Dz. U.

z 2007 r., nr 39, poz. 251 – tekst jednolity. [3] Dz. U. z 2001 r., nr 112, poz. 1206.

[4] Kuśnierz, A.: Stłuczka szklana. Kłopotliwy odpad czy cenny surowiec?, Świat Szkła, 16, 1, (2011), 40-43.

[5] Koszkul, J., Mazur, P.: Kompozyty z recyklatu poli(tereftalanu etylenu) z krótkim włóknem szklanym, Kompozyty

(Compos-ites), 8, 3,(2003), 349-352.