Kierunki unowocześniania technologii pap termozgrzewalnych teraz i w przyszłości

Rozwój technologii pap termozgrzewalnych, sprowadza się aktualnie do techniki łączenia materiału izolacyjnego z podłożem. Poza najczęstszymi próbami z różnego rodzaju preparatami pośredniczącymi w kształtowaniu adhezji (przyczepności), czyli tzw. „preimerami”, rozpatruje się również metody mechaniczne, których podstawową wadą jest wyższy koszt, wynikający głównie z większej pracochłonności operacji instalacyjnych.

Kolejną technologią mającą na celu trwałe spojenie izolacji z podłożem izolowanym, jest usprawnienie procesów klejenia pap z wykorzystaniem wyłącznie masy powłokowej (bez preimeru) i ciepła palnika grzewczego. Te ostatnie poszukiwania zostały w ostatnim czasie zakończone znaczącym sukcesem w postaci technologii tzw. „szybki profil”, która w istotny sposób przyczyniła się do skrócenia procesu klejenia (ok. 30%) i obniżenia zużycia gazu (ok. 20%) [1].
Załączona przy tej sposobności argumentacja podkreśla wyłącznie czynniki wpływające na polepszenie efektów ekonomicznych procesu zagrzewania, jak gdyby do tego tylko ograniczała się istota nowego rozwiązania.

Bardziej szczegółowa analiza technologii „szybki profil” wskazuje jednak na o wiele szerszy aspekt tego rozwiązania, zwłaszcza w perspektywie dalszych działań racjonalizacyjnych, które za główny cel uznają wysoką trwałość pap termozgrzewalnych, modyfikowanych najczęściej kopolimerem styren-butadien-styren.
Zdaniem autora, powiększenie powierzchni dolnej warstwy papy poprzez jej sfalowanie przyczynia się do zdecydowanego ograniczenia procesu starzenia technologicznego masy powłokowej, złożonej w głównej części z asfaltu modyfikowanego kopolimerem SBS. To istotna zmiana dotychczasowej technologii, w której czas klejenia papy skracano stosując najwyższe osiągalne w palniku gazowym temperatury.

Nawet bardzo krótki czas ogrzewania polimeroasfaltu do bardzo wysokich temperatur (powyżej 500°C), powoduje nie tylko destrukcje węglowodorowych substancji asfaltowych, ale również rozkład kopolimeru SBS na dwa składniki: polibutadien i polistyren. Ten ostatni, uwolniony z kopolimeru podlega intensywnemu odparowaniu, a nawet spalaniu, pogarszając warunki pracy ekipy instalującej papę.

Wprowadzenie technologii „szybki profil” posiada więc ważny walor, polegający na znaczącym ograniczeniu starzenia technologicznego masy powłokowej. Choć „szybki profil” ograniczył znacząco czas ogrzewania masy powłokowej, mimo to w kwestii eliminowania przyczyn szybkiego starzenia się wzmiankowanych pap, wciąż jest wiele do zrobienia.

Inne przyczyny starzenia się pap termozgrzewalnych
Poza podwyższoną temperaturą łączenia składników węglowodorowych papy termozgrzewalnej, na starzenie tego typu wyrobów izolacyjnych może mieć wpływ również wypełniacz mineralny, wprowadzany w skład masy powłokowej w celu jej usztywnienia i podwyższenia temperatury mięknienia oraz obniżenia kosztów wyrobu; zwykle ilość wypełniacza mineralnego w tego rodzaju materiałach izolacyjnych zawiera się w granicach 30–40% w stosunku do polimeroasfaltu.

Celem zwiększenia właściwości mechanicznych i właściwości elastycznych papy, w jej skład wprowadza się ponadto osnowę węglowodorową lub mineralną. Obecnie funkcję osnowy spełnia określony rodzaj tkaniny poliestrowej (substancja węglowodorowa) lub tkane włókno szklane (składnik mineralny). Zarówno składnik pierwszy, a zwłaszcza drugi, charakteryzuje się dużą odpornością na oddziaływanie warunków atmosferycznych.

Natomiast bardzo negatywne konsekwencje dla trwałości (żywotności) pap termozgrzewalnych ma wprowadzenie w skład masy powłokowej niewłaściwego materiału mineralnego w postaci mączki mineralnej.

Na obecnym etapie rozwoju technologii pap termozgrzewalnych, w roli składnika mineralnego wykorzystuje się mączkę wapienną lub dolomitową nie wnikając w jej skład chemiczny. Uważa się w tym przypadku, że udział tego składnika polepsza (obniża) płynność masy powłokowej poprzez podwyższenie jej temperatury mięknienia wg PiK (pierścień i kula), usztywnia masę powłokową w całej objętości i polepsza parametry ekonomiczne wyrobu, w związku z zastąpieniem dużej części polimeroasfaltu tańszym materiałem mineralnym.

Nie ulega wątpliwości, że tego typu kalkulacje są całkowicie słuszne zarówno z punktu widzenia właściwości technicznych jak ekonomicznych pod warunkiem, że zastosowany wypełniacz mineralny ma odpowiedni skład chemiczny.

Pod pojęciem składu chemicznego rozdrobnionego materiału mineralnego rozumie się zawartość w nim związków (tlenków, soli) i pierwiastków w stanie wolnym, oznaczonych wg standardowych metod analitycznych.
Liczne metody analityczne, stosowane do badania materiałów mineralnych wykorzystywanych w różnych dziedzinach przemysłu wykazują, że ten sam typ wypełniacza (np. mączki wapiennej) może różnić się składem chemicznym. Wapienie, z których otrzymuje się mączkę wapienną mogą pochodzić z podobnych skał (duża ilość węglanu wapnia) lecz różnych epok geologicznych, co rzutuje na zawartość niektórych składników chemicznych. Również usytuowanie skały wapiennej w zestawie innych skał (złoże) może rzutować na skład interesującego nas kamienia wapiennego.

Szczególnie niekorzystnym składnikiem skał wapiennych, z których otrzymuje się mączkę wapienną, są tlenki, chlorki i inne sole pierwiastków pierwszego szeregu przejściowego układu Mendelejewa, tj. Ti, Cr, Fe, Mn, Co, Ni itd., które spełniając funkcję katalizatorów utleniającej polimeryzacji węglowodorów w obecności tlenu pochodzącego z wszechobecnego powietrza, przyczyniają się do starzenia takich materiałów.

Jeszcze większą niepewność w stosunku do składu chemicznego wywołują wypełniacze zastępcze. Należą do nich pyły lotne z węgla kamiennego i brunatnego, mączki kwarcytowe, bazaltowe jak również dolomitowe. Te ostatnie dzięki stosunkowo dużej zawartości CaCO3, w opinii inżynierów budowlanych nie ustępują jakością klasycznym mączkom wapiennym.

Niestety, z punktu widzenia wpływów starzeniowych na substancje węglowodorowe typu asfaltów, zarówno rozdrobnione materiały dolomitowe, jak pyły lotne i rozdrobnione skały głębinowe, wylewne i typu metamorficznego (np. bazalt, kwarcyt, granit itp.), są niepewnymi materiałami wypełniającymi, ponieważ w swoim składzie, zawierają często tlenki i sole pierwiastków szeregu przejściowego. Większość z tych mączek zawiera w znacznych ilościach zwłaszcza tlenki, a nawet sole żelaza, które szczególnie w podwyższonych temperaturach technologicznych (mieszanie składników masy powłokowej na gorąco, nawijanie na osnowę, zgrzewanie papy z podłożem itp.), przyspieszają utwardzanie masy powłokowej i zmniejszają jej podatność na odkształcenia plastyczne.

Zatem ważnym działaniem przeciwstawiającym się przedwczesnemu starzeniu się pap termozgrzewalnych, jest dobór właściwych wypełniaczy mineralnych, pozbawionych właściwości katalizowania procesów starzenia substancji węglowodorowych w podwyższonych temperaturach i pod wpływem warunków atmosferycznych, zwłaszcza promieniowania UV. Postuluje się w tym przypadku prowadzenie badań kontrolnych, składu chemicznego składników mineralnych.

Poza stosowaniem technologii „szybki profil” i kontrolą składu chemicznego składników mineralnych, istotnym czynnikiem ograniczającym procesy starzenia pap, mogą okazać się prace zmierzające do zmniejszenia wydajności cieplnej palników, używanych w procesach klejenia pap do podłoża.

Chodzi w tym przypadku o takie przekonstruowanie palnika gazowego, by maksymalne temperatury części stożkowej ograniczyć do niezbędnego minimum (do 450°C), wykluczając w ten sposób możliwość regulacji wydajności cieplnej palnika przez osoby z obsługi. Można to osiągnąć, jak się wydaje, przez odpowiednie zmiany dyszy powietrznej palnika.

Reasumując należy stwierdzić, że możliwości ulepszania technologii pap są prawie nieograniczone, ponieważ mogą dotyczyć doboru materiałów, technologii przytwierdzania do podłoża oraz bezpiecznej i długotrwałej ich eksploatacji. Niewątpliwie optymistyczna to perspektywa.

Prof. dr hab. inż. Bogusław Stefańczyk
Politechnika Szczecińska

Literatura:
[1] Czas na zmiany – nowa generacja pap zgrzewalnych modyfikowanych SBS, Warstwy 2006/3.

(numer 2/2007)