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    熱熔型道路標線涂料的制備與研究

    嘉峪檢測網        2024-02-24 09:33

    引 言
     
    道路標線是交通安全設施的核心部分,在交通控制中發揮著不可替代的作用。隨著我國道路交通運輸業的快速發展,以及原有道路標線涂料的損耗,原有道路以及新建的道路需要重新施劃大量的標線。目前我國世面上常見的道路標線涂料主要有4種,分別是溶劑型、熱熔型、雙組分以及水性涂料。其中溶劑型涂料在施工過程中污染嚴重,施工器械操作復雜;雙組份和水性涂料雖然施工簡單,污染性小,但是耐磨和耐久性較差,使用時間短,使得很難被大規模推廣使用;而熱熔道路標線涂料由于具有附著力強、耐磨且使用壽命長、施工時干燥迅速、工程造價低等優勢,長期以來一直占據道路標線涂料的首要地位。
     
    1、實驗部分
     
    1.1原料及儀器
     
    加氫改性的 C5石油樹脂、松香樹脂和酚醛樹脂:分析級,廣州市斌龍化工有限公司;銳鈦型的二氧化鈦:分析級,上海顏鈦電子商務有限公司;重體碳酸鈣(鈣粉)、滑石粉:分析級,上海顏鈦電子商務有限公司;玻璃微珠:分析級,石家莊潤邦新材料科技有限公司;甲苯磺酰胺、PE蠟、醋酸乙烯酯:分析級,東莞市千泰塑膠原料有限公司。
     
    電動攪拌器:江陰市愛達機械有限公司;漆膜磨耗儀(JM-I):吉明儀器有限公司;加熱套(ZNHW-3000ml):長沙米淇儀器設備有限公司;軟化點測試儀(LRHD-4):滄州坎信儀器設備有限公司;紅外光譜儀(傅立葉 SP2100):日本島津公司;逆反射系數儀(SMD-2001):天津首科實驗儀器有限公司。
     
    1.2 熱熔線道路標線涂料的制備工藝
     
    (1)稱取配方條件下的22 g的C5石油樹脂、4 g鈦白粉、46 g填料,并攪拌均勻,然后在125 ℃熔融情況下下進行攪拌。
     
    (2)待上述原料全部融化并攪拌5 min之后,再加入25 g玻璃微珠、1 g的增塑劑和2 g的消泡劑,并提高溫度到160~170 ℃繼續攪拌10 min。
     
    (3)最后全部組分熔融之后,繼續升溫到200 ℃,加蓋保溫30 s左右即可出料。
     
    2、結果與討論
     
    2.1 成膜樹脂種類對標線涂料性能的影響
     
    成膜樹脂作為道路標線涂料的基體材料,同時也是主要的成膜物質,對道路標線涂料的性能有著極大的影響,不僅影響涂料本身的軟化點和抗壓強度等性能,還會在一定程度上影響涂料成膜時間以及涂料涂刷在地面后的粘接性能和使用效果,所以合適的成膜樹脂不僅可以有效提升材料的耐磨、耐污性能,還可以降低材料的生產成本。由于基體樹脂和其他材料是通過加熱的方式均勻混合的。所以數值必須是熱塑性的,且與其他材料具有良好的融合性,同時樹脂材料的要求有合適的軟化點,過高的軟化點使得材料加熱過程中的溫度變高,不僅浪費能源,污染環境,還可能影響其他輔助材料的性能,而較低的軟化點則會導致當氣溫過高時,涂料標線軟化造成損壞以及污染。所以綜合上述要求,本實驗選擇1#松香樹脂、2#C5石油樹脂和3#酚醛樹脂三種樹脂用來作為備選的基質材料。按照表一的配方比例進行試驗后由圖1可知,酚醛樹脂的軟化點較高,但是抗壓強度最低,只有不到18 MPa,松香樹脂的軟化點和抗壓強度都較低,所以綜合而言,應該選擇1#C5石油樹脂為道路標線涂料的基體樹脂。
     
    圖1 3種不同成膜樹脂種類對標線涂料軟化點和抗壓強度的影響
     
    2.2成膜樹脂含量對標線涂料性能的影響
     
    由圖1可知,成膜樹脂種類主要影響了道路標線涂料的軟化點和抗壓強度,對其他性能的影響則較小,而成膜樹脂的含量不僅影響標新涂料的軟化點和流動性等施工性能,同時還嚴重影響著涂料的耐磨性和抗壓強度等耐久性能,且是決定涂料生產成本的最大因素之一。本實驗通過將樹脂含量從16%提高到24%后研究樹脂含量對涂料磨損量和抗壓強度的影響,由圖2可知,隨著成膜樹脂含量的提高,涂料的磨損量也在不斷提升,耐磨性降低,當含量從16%提升到20%時,磨損量從31.2 mg增加到44.6 mg,而再提升樹脂含量到24%時,損耗量大大提升到62.9 mg;而抗壓強度則隨著樹脂含量的增加不斷提升,這是因為樹脂含量的提升使得涂料體系的交聯網絡密度變大,并且體系內分子鏈段運動能力減弱,從而導致抗壓強度增大,當樹脂含量從20%提升到24%時抗壓強度提高不大,所以綜合實驗性能和成本考慮,當樹脂含量為20%時,涂料的綜合性能最佳。
     
    圖2 樹脂含量對標線涂料耐磨性和抗壓強度的影響
     
    2.3鈦白粉用量對標線涂料性能的影響
     
    鈦白粉主要通過提高涂料的白度從而來提升涂料的逆反射性能,而對抗壓強度和耐磨性等其他性能影響較小。由圖3可知,隨著鈦白粉含量的增加,涂料的亮度系數不斷增大,亮度越來越好,說明逆反射系數越來越高,行車越安全。當鈦白粉含量在 3%~5%時,曲線增長較快,而在5%~7%時亮度系數變化較小,所以綜合考慮,本實驗擬采用5%的鈦白粉含量。
     
    圖3  鈦白粉含量對道路標線涂料性能的影響
     
    2.4玻璃微珠用量對標線涂料性能的影響
     
    玻璃微珠主要通過它的成圓率影響涂料的逆反射系數,以及作為一種重要的填料影響涂料的耐磨性,由圖4可知,當玻璃微珠含量從18%逐漸上升到26%時,涂料的逆反射系數先增加然后降低,這是因為當玻璃微珠含量較低時,涂料表面層的玻璃微珠較少,入射光無法形成集中的反射光源,導致反射回到駕駛員眼中的光源較少,從而影響視野,但是不是玻璃微珠含量越高越好。當玻璃微珠含量過高時,玻璃微珠會造成過量的反復折射,從而大大降低入射光線反射效果;對于耐磨性而言,玻璃微珠含量的提高同樣使得涂料耐磨性先提升到一個最高值,然后再提高玻璃微珠含量時,涂料耐磨性會開始降低,這是因為當玻璃微珠含量過高時,涂料表面覆蓋的玻璃微珠會增大摩擦系數,從而降低耐磨性。當玻璃微珠含量為22%時,涂料的耐磨性和逆反射系數最好。
     
    圖4 玻璃微珠含量對道路標線涂料逆反射系數和抗壓強度的影響
     
     
    2.5填料含量對標線涂料性能的影響
     
    填料是涂料中含量最高的原料,填料含量的大小不僅嚴重影響著道路標線涂料施工過程的流動性和施工完成后的機械強度,同時也是影響涂料成本的決定性因素,高含量的填料可以有效降低涂料的生產成本。本次實驗選擇400目重鈣和325目滑石粉,質量比為1:1,研究了填料含量從40%增加到56%時,涂料的軟化點和磨耗量的變化。由圖5可知,當填料含量在不斷提高時,涂料的軟化點也在略微提升,從109℃提升到116℃;而涂料的磨耗量則隨填料的含量先減小后增大,說明所選擇的填料在一定的范圍能起到增大涂料耐磨性能的作用,但是當超過一定的量時,填料就會起到副作用,所以綜合涂料的耐磨性能和流動性而言,實驗選擇填料的含量為48%。
     
    圖5 填料含量對道路標線涂料磨損量和軟化點的影響
     
    2.6增塑劑用量對標線涂料性能的影響
     
    由于樹脂本身固化后的脆性較大,所以道路標線涂料在加熱融化后成膜的過程中柔韌性不佳,導致與混凝土基材的粘附力不夠,故添加合適的增塑劑可以有效改善涂料的韌性以及與材料的相容性。本實驗選擇對甲苯磺酰胺為本體系下的道路標線涂料,研究增塑劑含量從0.6%到1.4%時,涂料的軟化點和抗壓強度的變化趨勢。由圖6可知,當增塑劑含量增加時,涂料的軟化點在增大,流動性減小,而抗壓強度在不斷減小,這是因為甲苯磺酰胺和樹脂在熔融的狀態下具有優異的相容性,從而增強基體樹脂的流動性,起到增加涂料塑性和降低抗壓強度的作用,所以在保證涂料流動性和抗壓強度的基礎上,本體系選擇增塑劑含量為1%。
     
    圖6 增塑劑含量對道路標線涂料軟化點和抗壓強度的影響
     
    2.7 道路標線涂料綜合性能分析
     
    按照上述試驗研究所獲得的最佳工藝參數:C5石油樹脂含量為20%,鈦白粉含量為5%,玻璃微珠含量為22%,填料為48%,增塑劑含量為1%,其他助劑為4%,在該體系下,所制備的道路標線涂料與市售熱熔道路標線涂料的綜合性能如表1所示。
     
    表1 道路標線涂料性能對比分析
     
    由表1可知,本實驗制備的道路標線涂料相比市售涂料具有更優異的抗壓強度和漆膜損耗量,可以提升涂料的使用壽命,同時逆反射系數更高,可以有效提升涂料的夜間反光性能,減少交通事故的發生。
     
    3、結語
     
    (1)以C5石油樹脂為基礎成膜樹脂,添加了鈦白粉、玻璃微珠、重鈣和滑石粉為填料以及增塑劑等助劑,制備一款綜合性能優異的熱熔線道路標線涂料。
     
    (2)當體系采用20% C5石油樹脂、5%鈦白粉、22%玻璃微珠、1%的增塑劑時,合成的熱熔型道路標涂料具有干燥時間短、軟化點合適、柔韌性好、耐磨性優異、逆反射性能好、耐水以及耐酸堿效果強。
     
     
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    來源:涂層與防護

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