Emission von organischen Verbindungen bei der Herstellung und Verarbeitung von polymermodifiziertem i Asphalt 5. Internationale Verkehrstage in Wuppertal 28/29. August 2008 1
Inhalt» Emission & Stofftransport» Praxisbeispiel» Fingerprint & Analyse» Migrationsverhalten von Asphalt» Emissionsstudie im Labor» Zusammenfassung 2
Emission Emission ~ Diffusion + Verdampfung freie Oberfläche Temperatur 3
Stofftransport P U 2-tes Fick'sche Gesetz (eindimensional): 2 c c t = D x 2 L - Umwelt/Luft P - Polymer/Bitumen c - Konzentration t - Zeit x - Abstand D - Diffusionskoeffizient 4
Diffusionskoeffizient P U D = D 0 e E E A RT K P,U D - Diffusionskoeffizient [cm²/s] D P Migrant D 0 - Präexponentieller Faktor E A - Aktivierungsenergie [J] R - Gaskonstante [8,314 J/molK] T - Temperatur [K] 5
Verteilungskoeffizient c P U K = P, P, U c W, K P,U D P Migrant K - Verteilungskoeffizient c - Konzentration P - Kunststoff W - Wasser 6
Emission Asphalt 7
Probennahme 8
Probennahme Probenahmeparameter Fertiger Einbau polymermodifizierter Asphalt mit Road+ Probenbezeichnung Parameter von bis Luftdurchsatz Temperatur rel. Luftfeuchte abs. Luftdruck Messpunkt / Besonderheiten cs 715 /06 Mittelflüchter + PAK ak 711 /06 VOC 9 00 9 40 0,0676 MAK-m³ 9 00 0,0151 MAK-m³ 9 15 27 C nicht bestimmt 997 hpa 9
Summenparameter VOC leichtflüchtige Verbindungen (volatile organic compounds) SVOC mittelflüchtige Verbindungen (semi-volatile organic compounds) PAK polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe N-NitrosamineNit i 10
Ergebnisse Parameter Road+ SBS Fertiger Mischwerk Fertiger Mischwerk [mg/m³] [mg/m³] [mg/m³] [mg/m³] SUMME (VOC) 21,8 0,06 30,6 0,14 SUMME (SVOC) 0,29 0005 0,005 1,03 006 0,06 SUMME (PAK)* 0,04 0,002 0,04 0,002 SUMME (N-Nitrosamine) n.b. n.n. n.b. n.n. *) nach EPA (Environmental Protection Agency) n.b. nicht bestimmt n.n. nicht nachweisbar, d.h. Gehalt liegt unterhalb der Nachweisgrenze (NWG=0,1 µg/m³) 11
Vergleich Fingerprints Road+ SBS 12
Migrationsstudie Asphalt in Kontakt mit Wasser: 13
Emissionsmodell Migrant K V,B Vestenamer m F, t A m F, t A t θ t 14
Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) 15
Emission im Detail Parameter Road+ SBS Fertiger Mischwerk Fertiger Mischwerk [mg/m³] [mg/m³] [mg/m³] [mg/m³] Alkane/Alicyclen 4,838 0 9,198 0,122 Alkene 0,230 0 0,196 0 Ester 0 0 0 0 Ketone 4,201 (MIBK) 0,042 0,029 0 (Cyclohexanon) Aromaten 1,828 (Xylol) 0,021 1,225 0,019 CKW s 0 0 0 0 Siloxane 0 0 0 0 Aldehyde 1,252 0 0,713 0 weitere (VOC)* 9,45 0 19,21 0 SUMME (VOC) 21,80 0,063 30,57 0,141 SUMME (SVOC)** 0,292 0005 0,005 1,033 (BHT) 0055 0,055 SUMME (PAK)*** 0,043 0,0016 0,041 0,0022 SUMME (N-Nitrosamine) n.u. n.n. n.u. n.n. 16
Emission im Detail 17
Emission im Detail 18
Emission im Detail Im Detail lassen sich folgende Unterschiede feststellen: - die Emission von Kohlenwasserstoffen (Alkane/Alicyclen) ist bei Asphalt mit SBS ca. doppelt so hoch wie bei Asphalt mit Road+. - die Emission von weiteren Kohlenwasserstoffen (Alkane/Alicyclen, halb-quantitativ erfasst) ist bei Asphalt mit SBS ca. doppelt so hoch h wie bei Asphalt mit Road+. - bei Asphalt mit Road+ werden die Ketone Methyl-iso-Butyl-Keton und Cyclohexanon freigesetzt. Die Emission von Methyl-iso-Butyl Keton (MIBK) und Cyclohexanon liegt weit unter den in der TRGS 900 festgelegten Arbeitsplatzgrenzwerten von 83 mg/m³ für MIBK und 80 mg/m³ für Cyclohexanon. - die Emission von Aromaten ist vergleichbar jedoch wird bei Asphalt mit Road+ hauptsächlich Xylol freigesetzt, wohingegen bei Asphalt mit SBS unterschiedlich substituierte Alkylbenzole freigesetzt werden. Die Emission von Xylol liegt weit unter den in der TRGS 900 festgelegten Arbeitsplatzgrenzwerten von 440 mg/m³ für Xylol. - die Emission von weiteren Alkylbenzolen (halb-quantitativ erfasst) ist bei Asphalt mit SBS ca. doppelt so hoch wie bei Asphalt mit Road+. 19
Emission im Detail - die Emission von Aldehyden (homologe Reihe) ist bei Asphalt mit Road+ um ca. 50% höher als bei Asphalt mit SBS. Die Emission von Aldehyden liegt weit unter den in der TRGS 900 festgelegten Arbeitsplatzgrenzwerten der niedermolekulareren Homologen Acetaldehyd (91 mg/m³) oder Butyraldehyd (64 mg/m³). - bei dem Asphalt mit wird Butylhydroxytoluol (BHT) freigesetzt. - die Emission von SVOC ist bei Asphalt mit (abzüglich BHT) und Asphalt mit Road+ vergleichbar. Die Road+ spezifischen Emissionen von Methyl-iso-Butyl Keton (MIBK), Cyclohexanon und Xylol liegt weit unter den in der TRGS 900 festgelegten Arbeitsplatzgrenzwerten von 83 mg/m³ für MIBK, 80 mg/m³ für Cyclohexanon und 440 mg/m³ für Xylol. Die Emission von Aldehyden liegt weit unter den in der TRGS 900 festgelegten Arbeitsplatzgrenzwerten der niedermolekulareren Homologen Acetaldehyd (91 mg/m³) oder Butyraldehyd (64 mg/m³). 20
Vestenamer 21
Emission Gummipulver 22
Emissionsstudie im Labor Emissionsstudie beim Einbau von Asphalt am Fertiger (x1,00 0,000) TIC 3.5 3.0 Emissionsstudie im Labor an Asphaltproben IS 2 2.5 6 2.0 1.5 IS 1 10 20 23 25 28 1.0 0.5 1 2 3 4 8 5 7 9 11 12 13 14 17 15 16 19 18 21 22 24 26 27 2 9 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 A licycle n + Isoalk ene + Isoalk ane + A lkylbenzole 23
Tabelle Peak Identifizierung Nr. Identifizierungsvorschlag Rt ok 1 n-hexan + n-butanal + 2-Butanon (MEK) ja/ja/ja 2 2-Methylfuran ja 3 Cyclohexan ja 4 n-heptan + n-pentanal ja/ja 5 Methylcyclohexan ja 6 4-Methyl-2-pentanon (MIBK) ja 7 Methylpentanal - 8 n-octan (n-c8) ja 9 n-hexanal ja 10 m-xylol (mit geringen p-xylol-anteil) ja 11 Cyclohexanon ja 12 n-nonan (n-c9) ja 13 n-heptanal ja 14 Cyclooctan - 15 2-Octanon ja 16 n-decan (n-c10) ja 17 n-octanal ja 18 n-undecan (n-c11) ja 19 n-nonanal ja 20 n-dodecan (n-c12) ja 21 n-decanal ja 22 Benzothiazol - 23 n-tridecan (n-c13) ja 24 Undecanal + Methylnaphthalin -/ja 25 n-tetradecan (n-c14) ja 26 Dodecanal + Ethylnaphthalin -/ja 27 Dihydrotrimethylquinolin (Acetonanil) [CAS 147-47-7] überlagert mit Blindwertpeak -/- 28 n-pentadecan (n-c15) ja 29 Tridecanal + Acenaphthen + BHT - /ja/ja 24
Zusammenfassung» Emission (und Migration) sind Stofftransportprozesse die stark von der freien Oberfläche und der Temperatur abhängig gg sind.» Die Untersuchung der Emission von organischen Verbindungen bei der Verarbeitung von polymermodifizierten Bitumen erfordert eine differenzierte Herangehensweise für die unterschiedlichen chemischen Komponenten.» Polyermodifizierte Bitumen weisen je nach Modifikation unterschiedliche chromatographische Fingerprints auf.» Bei Road+ ist eine Absenkung der Emission und Migration zu beobachten, welche auf die spezifische Morphologie zurückgeführt werden kann.» Emissionsverhalten von Asphalt lässt sich im Labor sehr gut nachvollziehen 25