יריעות ביטומניות משופרות בפולימרים
המאמר מציג את יריעות הביטומן המשופרות בפולימר APP ואת אלו המשופרות ב- SBS: מאפייניהן והתהליך שהביא לייצורן. בנוסף מוצגת תערובת "פאזה הפוכה".
יריעות ביטומן משופרות בפולימר APP
בראשית שנות ה-60 של המאה ה-20 , היו נייר הביטומן והביטומן הנציגים הראשיים של
ציפוי הביטומן המסורתי. באותן שנים רק החל להיכנס לשוק לבד פיברגלס ביטומני שזכה
להערכה הודות ליציבות הממדים והעמידות שלו. באותה תקופה חלה התפתחות מהירה בכימיה
של פולימרים. אופקים חדשים נפתחו עם התקדמות הקטליזטורים הסטראוספציפיים, שהתגלו על
ידי חתן פרס נובל, פרופסור נאטה, ופותחו למטרת הפולימריזציה של פרופילן.
לראשונה התאפשר להזמין פולימר משרשרת מולקולות, שבעבר התחברו סתם באורח לא-סדור. אם נדמה אותן ליהלומים במחרוזת, התאפשר כעת לא רק לסדר את היהלומים כיאות במחרוזת, אלא גם למקם את כולם כשהם פונים לאותו כיוון.
דבר זה העניק לשרשרת הפולימר שהתקבלה עמידות מכנית חזקה יותר ועמידות גבוהה יותר
בחום. סוג זה של פולימר שנוצר נקרא "איזוטקט", ומזוהה בראשי התיבות IPP. השם
לפולימר שהשרשרות שמרכיבות אותו לא-סדורות הוא "אטקטי" ומזוהה בראשי התיבות APP.
במקרה של פוליפרופילן איזוטקטי הושגו עמידות מכנית של 400 ק"ג/ס"מ2 ועמידות בחום עד
150 מעלות צלסיוס. פוליפרופילן אטקטי הוא חשיל ואלסטי יותר, דומה לגומי, וניתן
להתארכות עד 600%.
הטכנולוגיה המוקדמות של פולימריזציה הגיעה לשיעור הצלחה של 90 % בקירוב ביצירת
פולימרים איזוטקטיים ששימשו בתעשיית הפלסטיק. עשרת האחוזים הנותרים, לדוגמה,
פוליפרופילן אטקטי, שלא התאימו לתעשיית הפלסטיק, שימשו בין היתר כבדקים חמים לשטחים
וכמשפרי ביטומן.
טכנולוגיית הפולימריזציה המודרנית משיגה שיעור הצלחה גבוה כל כך, שקומץ הפולימרים
האטקטיים הנותרים, נשארים בחומר האיזוטקטי, והפוליפרופינליים האטקטיים הנדרשים על
ידי השוק מיוצרים במפעלים ייעודיים. הם כבר לא מהווים תוצר-לוואי של פולימריזציה
סטראוספציפית, אלא מוצר באיכות-על המוגדר ספציפית ליישומים שונים.
המעבר לביטומן משופר ב- APP נעשה כאשר התגלה הצורך להיפטר מכמויות גדולות של
תוצר-לוואי, שהיו זמינות משום כך במחיר נמוך.
למשך זמן מה השתמשו בגומי טבעי ובפולימר לטקס סינתטי לשיפור ביטומן לכבישים, אולם
מטעמים כלכליים וטכניים (עמידות דלה בחום) לא יושמו שיפורים אלה בשיעור משמעותי על
יריעות ביטומן לציפוי גגות.
אולם תערובת הביטומן APP הצטיינה בעמידות גבוהה לחום, עם נקודת התרככות בבדיקת
הטבעת-וכדור של 150 מעלות צלסיוס, לעומת 85 מעלות צלסיוס של ביטומן מנושב. התוצאה
הייתה ייצור של יריעות ביטומן 50 ג'/מƈ מחוזקות בלבד פיברגלס. הגלילים לא התרככו
בשמש, כפי שקרה לביטומן מנושב שפיזרו עליו פיברגלס.
עד אז, הטכניקה של הצמדה בחום של שכבה יחידה בת 3 מ"מ שימשה רק ליישום יריעות על
בליטות גג. מעתה היא נוצלה לציפוי הגג כולו.
כדי להאיץ היתוך, היריעה לא צופתה בחול אלא הותז עליה טלק דק מאוד ואחר כך נגללה יחד
עם יריעות פוליאתילן, שאותה הסירו לפני החימום בלהבה.
הטכניקה המסורתית עברה שינוי יסודי. ריתוך הלהבה לא חייב עוד חימום כדי לחמם את
הביטומן המנושב, וכמות הציוד והחומרים באתר הצטמצמה בשיעור דרסטי. כעת היה צורך
להניח רק שכבה יחידה של 3 מ"מ במקום שלוש שכבות של נייר ביטומן עם ארבעה ציפויים
נפרדים. היתרונות הכלכליים היו ברורים מאליהם ויצרני נייר ביטומן מסורתי שלא שדרגו
את מפעליהם לטכנולוגיה החדשה, פשטו את הרגל.
נוכח העובי והדביקות של המשטח השחור של יריעות ביטומן APP, לא ניתן היה לייצר אותן
במפעלים ששימשו ליצור נייר לבד ביטומני, שמערכת הקירור שלהם לאחר הוספת השריון
התבססה על גלילי פלדה מקוררי-מים (היריעות המקוריות היו מכוסות בחול ולכן לא נדבקו
לגלילים). משום כך התעורר הצורך להתקין מערכת קירור יעילה ומהירה יותר, תוך שימוש
במגע ישיר עם מים בלבד. בנוסף היה צורך במערכת ערבוב חדשה, כדי להכין את תערובת
הביטומן המשופרת בפולימרים.
עד מהרה מצאה חן בעיני הקבלנים השיטה החדשה לאטימת גגות נגד מים, משום שהיא אפשרה
להם להכפיל את נפח העבודה באמצעות אותו כוח אדם, להקטין את מספר תאונות העבודה עקב
כוויות וחבלות, ולהשתמש רק בחצי כמות ציוד ההובלה וההרמה באתר.
יריעות ביטומן משופרות בפולימר SBS
בשלהי שנות ה -60 של המאה ה-20 ובראשית שנות ה-70 , ייצרה חברת "של" משפחת פולימרים
אלסטיים בעלי תכונות תרמופלסטיות : קו-פולימר סטירן-בוטדיין, שעבר פולימריזציה בגוש
(SBS) . בתהליך זה הסתעפו מגושי הפוליסטירן בעל התכונות הפלסטיות שרשרות של
פוליבוטדיין בעלות תכונות אלסטיות.
השרשרות היו יכולות להיות או רדיאליות או ליניאריות, תלוי בתנאי הפולימריזציה. טיפוס
מיוחד זה של תצורה היה שונה מהקלאסי, המופיע בגומי סטירן-בוטדיין (SBR) - שם
המולקולות של שני המונומרים מתחלפות בשרשרת הפולימר הליניארית.
התוצאה היא שלפולימר יש נקודת התרככות מובהקת יותר. ברגע שהחומר מגיע לנקודת ההיתוך
של גוש הפוליסטרן 80) מעלות צלסיוס), הפולימר נעשה נוזלי כמו חומר פלסטי, דבר שהופך
אותו לניתן לעיבוד בציוד המקובל בתעשיית הפלסטיק. בנוסף, הוא פשוט יותר, מהיר יותר
ופחות יקר מחומרי גומי, ואינו דורש גיפור.
כאשר השתמשו בפולימרים חדשים אלה לשינוי ביטומן מזוקק, התקבל מוצר שהצטיין באלסטיות
ובגמישות טובות בטמפרטורות נמוכות ובעמידות טובה לחום. כתוצאה מכך התפתחה לראשונה
בצרפת טכנולוגיית ביטומן SBS לייצור יריעות ביטומן לציפוי גגות, אולם היא שימשה רק
לשיפור יריעות מסורתיות, אשר המשיכו להשתמש בהן עם ביטומן מנושב לוהט. רק בשלהי
שנות ה-70 פיתחה חברת index מאיטליה את ממברנת SBS העבה הראשונה, שניתנה ליישום
באמצעות הדבקת להבה.
תערובת "פאזה הפוכה"
בשתי התערובות של ביטומן ופולימר, APP ו- SBS , כמות הפולימר המוסף קטנה הרבה יותר
מכמות הביטומן. כאשר מערבבים את שני המרכיבים בטמפרטורה גבוהה מנקודת ההמסה של
הפולימר, אם ריכוז הפולימר מספיק והביטומן תואם, מתקבלת תערובת הנקראת "פאזה
הפוכה", ובה נעשה הפולימר (המרכיב הזוטר) לאופיין השליט של התערובת, ואילו הביטומן
(המרכיב הבכיר) נעשה לפחות חשוב מהשניים.
כאנלוגיה אפשר להציג את הספוג (הפולימר) הסופג כמות של מים (הביטומן) השוקלת יותר
ממנו בלא להתפורר. וכמו הספוג המלא במים, הוא שומר על תבניתו העצמית.
אפשר להדגיש תופעה זו על ידי שימוש במיקרוסקופ אולטרה-סגול: כאשר מאירים תערובת
באור אולטרה-סגול, נראה הביטומן שחור והפולימר צהבהב. תערובת ביטומן משופרת
בפולימרים בפאזה הפוכה נראית כמטריצה צהובה (האופיין הפולימרי השליט), המכילה את
החלקיקים השחורים העגולים של ביטומן.
לעומת זאת, אם התוצאה היא רקע שחור (הביטומן) המקיף כתמים צהבהבים, פירוש הדבר שלא
התרחשה פאזה הפוכה מאחר שהביטומן היה לא-תואם או מאחר שריכוז הפולימר לא היה מספיק.
אופייני תערובת זו יהיו קרובים יותר לביטומן מאשר לפולימר.
הביטומן המשמש בתערובות ביטומן משופרות בפולימרים הוא כמעט תמיד מזוקק, מאחר שביטומן מזוקק עשיר בשמני לתת התואמים את הפולימרים.
אופייני תערובת ביטומן APP ו-SBS
הוספת שני הפולימרים מחזקת בשיעור ניכר את תחום היציבות של ביטומן מזוקק עם השתנות
הטמפרטורה, ושניהם עוברים בנקל את זה של ביטומן מנושב. תחומי היציבות של החומרים
השונים מוצגים להלן תוך שימוש בפרמטרים של גמישות קרה בטמפרטורות נמוכות ונקודת
ההתרככות בטמפרטורות גבוהות:
ביטומן מזוקק 0 מעלות צ' -> 50 מעלות צ'
ביטומן מנושב 5- מעלות צ' -> 70 מעלות צ'
ביטומן APP15- מעלות צ' -> 150 מעלות צ'
ביטומן SBS30- מעלות צ' -> 100 מעלות צ'
יתרון נוסף בהשוואה לביטומן מסורתי הוא העמידות בבליה שמעניק הפולימר.
לאחר חודש של בליה מלאכותית בטמפרטורה של 70 מעלות צלסיוס נעשה ביטומן מנושב פריך, בעוד תערובת ביטומן משופרת בפולימרים שומרת על גמישותה גם לאחר שישה חודשים. הגרף שלהלן מראה איך תחום היציבות של החומרים השונים משתנה עם בליה מואצת.
