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道路标线涂料的研究进展

                                   道路标线涂料的研究进展
                                  张阳,滕俊江,黄展,王键
              ( 广东石油化工学院化学与生命科学学院,广东茂名525000)
    摘要: 综述了各种类型道路标线涂料的国内外研究状况,概述了热熔型道路标线涂料及其配方选择原则,简单介绍了溶剂型、双组分和水性道路标线涂料优势和存在的问题。
    关键词: 道路标线涂料; 热熔型标线涂料; 双组分标线涂料; 水性标线涂料
    中图分类号: TQ630. 7 文献标识码: A 文章编号: 2095 - 2562( 2014) 01 - 0004 - 04
    道路标线的质量好坏取决于标线涂料、反光材料、施工设备和施工工艺的有机结合。道路标线涂料( Traffic Coatings) 是一种涂刷在路面上用来指示交通的涂料。从20 世纪70 年代开始,我国就有学者开始研制道路标线涂料。近些年来,随着交通行业的迅速发展,在“十二五”期间我国将建成7918 高速公路网,即由从首都北京出发的7 条放射线、纵贯南北的9 条纵向线和横贯东西的18 条横向线组成,再加上对原有道路旧标线的维护和重新划设将需要很多标线涂料。因此,对道路标线涂料进行深入的研究,有着广阔的应用前景和巨大的经济价值。道路标线涂料一般分为四大类: 溶剂型、热熔型、双组份、水性[1 - 4]。溶剂型道路标线涂料多采用氯化橡胶、环氧树脂和丙烯酸树脂等作为成膜物质,往往需要大量的有机溶剂。然而有机溶剂的释放会造成污染环境,故其市场占有率在逐步降低。热熔型道路标线涂料一般是以石油树脂、天然树脂等作为成膜物质,在常温条件下是粉块状的物质,加热到一定温度熔化成为液体,在涂覆后冷却成膜,加入玻璃珠实现反光。该涂料具有干燥时间短、对路面附着力好、对环境无污染等特点,加上生产上周期短、投资小等原因,目前热熔型标线涂料在我国市场占主导地位。随着人们环保意识的增强,道路标线涂料进入了新的发展时期,具有涂层快干、附着力强,涂膜耐候性好、耐久性好、清晰醒目,对环境污染少,便于施工,造价低等特性的涂料成为主要方向。双组分、水性道路标线涂料是近些年来相继出现的两种新型的道路标线涂料。
    1 ·热熔型道路标线涂料
    热熔型道路标线涂料是20 世纪50 年代中期在欧洲开发成功的,由于其线型美观、经久耐用等优点,60 年代后期在世界上逐渐得到推广使用,被认为是一种道路安全标线涂料[5]。我国在20 世纪80 年代初将之引入,并在1990 年正式将它定为道路安全标线材料,并颁布了技术标准。热熔型道路标线涂料一般由热塑性树脂、颜填料和助剂等组成,使用专用设备将之加热至180 ~ 220℃经刮涂或挤出或喷涂方法施工,涂层厚度为0. 7 ~ 2. 5mm,使用寿命一般可达2 ~ 3 年。热熔振荡型标线涂料是通过改进热熔型道路标线涂料的流体特性,使其在熔融的状态下能有较优良的触变性能,再经过专用的施工机械进行施工,在标线表面上有规律地形成凸起块而得到行车震动效果。热熔型反光道路标线涂料往往由热熔型道路标线涂料通过内混或面撒方式加入玻璃微珠等反光的材料构成。如果玻璃微珠的折射率高,则成圆率较圆,此种标线的反光效果也就越好,但成圆率过高会使得反射增强,所以要选择适当规格的玻璃微珠。玻璃徽珠浮在道路标线涂料上,以半嵌手、半露出为好[6 - 7]。
    1. 1 热塑性树脂的选择
    热熔型道路标线涂料可选用的树脂主要有: 石油树脂、聚酯树脂、松香及其衍生物改性的树脂等。在国外作为成膜物质的一般为石油树脂; 在我国,最初较多选用经过改性的松香树脂,现在主要选用石油树脂。改性松香树脂用多元醇与马来酸酐来对松香进行改性。通过多元醇和松香酯化反应可降低松香的酸值,提高其软化点并改善其热稳定性。通过马来酸酐和松香双烯加成反应对于松香中双键的改性,使松香具有较高的软化点、酸值和皂化值。
    石油树脂可选用国产及进口的脂肪族C5 石油树脂、加氢酸化处理的C5 石油树脂、C5 石油树脂与C9石油树脂共聚石油树脂。最初常用的C5 石油树脂因含有双键的发色基团而带有浅黄色,且双键在长期的日晒下会发生氧化降解,从而降低标线涂料的整体机械性能。对C5 石油树脂进行加氢酸化处理,可提高涂层的热稳定性与耐氧化性,并可提高涂料的流动性和标线的亮白度。另外通过与C9 石油树脂共聚,可改善C5 石油树脂的耐热性和耐候性,并提高和改性剂的相容性。如果C9 石油树脂的比例过高,共聚树脂的软化点与黏度就过高。
    1. 2 颜填料的选择
    道路标线涂料选择颜料的要求主要有: 耐高温、着色力较好、遮盖力较强以及色彩鲜明。常用颜料以白色居多,黄色稍少。白色的颜料主要有锌钡白、二氧化钛及氧化锌等。黄色的颜料主要有铬黄、镉黄及钛黄等。
    填料在热熔型标线涂料中占较大比例,一般为无机填料,可选用碳酸钙、石英粉、滑石粉和硫酸钡等。物料的合理配合对流动性起重要作用,能使标线涂料的耐磨性、耐热性、软化点和粘接强度等得到提高,从而减少涂层的收缩,防止出现回粘现象[8 - 9]。
    1. 3 助剂的选择
    为了提高道路标线涂料涂层的柔韧性和内聚力,可适当加入热塑性弹性体和增塑剂。热塑性弹性体常用有乙烯- 醋酸乙烯共聚物( EVA) 和苯乙烯类嵌段共聚物( SIS) 等。EVA 可改善漆膜的粘接性及抗张力、提高漆膜的耐低温性能及提高弹性、防止龟裂,随EVA 含量增加涂层柔韧性得到提高,但流动粘度增加。增塑剂常用邻苯二甲酸二辛酯( DOP) 等。DOP 稳定性好、耐热寒性优、色泽浅、相溶性好,加入道路标线涂料中,通过DOP 极性脂基相互吸引形成稳定体系,通过DOP 非极性烷基阻挡减弱聚合物分子间引力,使涂层柔韧性有较明显提高,改进涂料的脆性、提高其抗冲击强度和伸长率。但二者均不可过量,否则涂料的软化点下降许多。
    聚乙烯蜡( PE wax) 的加入可改善颜填料在热塑性树脂中分散性、防止沉降、调节粘度、降低软化点及提高涂料流动性,减少漆膜表面张力、提高耐磨和抗污性。
    热熔型标线涂料施工速度快,涂膜耐久耐磨性和防滑性好等特点得到良好的发展。但热熔型标线涂料施工需要加热180℃以上熔化耗能多,涂膜抗紫外线差、易粘染灰尘,特别是重复划线时必须先彻底铲除旧涂层才能施涂新线,这些制约着热熔型标线涂料发展[9 - 10]。
    2· 其它类型道路标线涂料
    2. 1 溶剂型道路标线涂料
    溶剂型道路标线涂料在全世界范围内都是最早使用的道路标线涂料,它含有的有机溶剂达到30%以上,由其划制的标线因涂层较薄,湿膜厚度只有约0. 3 ~ 0. 5mm,所以耐磨性比较差、使用的寿命也相对较短,一般只有0. 5 ~ 1. 5a,但可直接在旧涂层上喷涂新涂层,并且溶剂型路面标线涂料施工方便、一次性投资少的优势,受到了一些用户的青睐。由于施工时有大量机溶剂挥发,对环境的污染较严重,同时又危害了施工人员的身体健康,于是科研工作者又研究出厚浆溶剂型涂料。此种涂料的有机溶剂质量分数小于20%,所以热稳定性能相对较好,在预加热至70℃左右后,可以用高压无气喷涂施工,涂层要厚一些,其使用的年限也相应得到延长。随着环保要求日益提高,在生产和使用方面已受到很大程度的限制,溶剂型标线涂料的用量目前正在逐步减少。
    2. 2 双组分道路标线涂料
    在欧洲,双组分道路标线涂料的使用已经有20 多年了,因两组分混合后通过化学反应固化,无需加热在常温下就能施工,双组分道路标线涂料受到广大用户的亲睐,总体市场占有率已经超过10%,用量仍在逐年增长[11 - 13]。双组分道路标线涂料可选用的树脂主要包括环氧、聚氨酯、丙烯酸这三种。丙烯酸类道路标线涂料是三种树脂中发展速度最快的,用反应性丙烯酸单体、低分子反应性丙烯酸树脂作道路标线涂料组分的预粘接剂和溶剂,同时加入颜填料组合成一种组分。另一种组分是交联剂,两组分在混合固化以后聚合反应形成网状的分子结构,具有较高的附着力、硬度和机械强度。两组分道路标线涂料通过混入或面撒方式加入玻璃微珠等反光材料构成反光两组分道路标线涂料,并可以通过划制出一系列涂料点等特殊图形而构成双组分振荡型标线涂料。
    在20 世纪70 年代,我国曾经使用环氧树脂制作道路标线涂料,但当时因为设备开发跟不上,施工工艺不够成熟,遇到了许多无法解决的问题,最后不得不退出标线市场。进入到21 世纪,随着我国对标线材料需求量的急剧增加,标线材料在功能、品种等各方面都得到了广泛的发展。双组分道路标线涂料比热熔型标线涂料的耐久性好,这被德国联邦公路署实验结果证明,并具有不易开裂、环保性好等特性。在我国以活性丙烯酸树脂为基料的双组分道路标线涂料得到了快速的发展。
    2. 3 水性道路标线涂料
    在20 世纪80 年代中期,国外就开始使用纯丙乳液制备道路标线涂料来保护环境,不过早期水性道路标线涂料干结速度较慢、耐水性差。进入90 年代,开发快干型丙烯酸为粘结剂的水性道路标线涂料,改进了涂料的附着力、提高了涂料的耐水性等。作为溶剂型道路标线涂料的替代品,水性道路标线涂料的优点在于它以水为溶剂,可以实现清洁生产,符合环保,随后美国、德国、西班牙和瑞典等发达国家道路标线涂料水性化程度便逐步提高,发展迅速[14 - 15]。水性道路标线涂料一般采用水溶性树脂和水乳性树脂作为基料,同时配以颜填料、助剂制成,施工时配以玻璃微珠实现标线的夜间反光。
    随着2008 年北京奥运会的举办,国内有几家技术力量相对较强的涂料厂家开始尝试生产水性道路标线涂料,并在一些城市道路与高速公路上使用。虽然水性道路标线涂料环保性能好,对水泥路具有优异的附着力,再次施工不需要清除旧线,但水性道路标线涂料比热熔型涂料讲造价高,因此影响了它目前在国内公路和城市道路上的使用。要想得到广泛的使用,水性道路标线涂料在性能方面还需要进一步完善,如涂膜长期浸泡会剥落和存放稳定性等,还有施工受气候影响较大,但水性道路标线涂料仍是未来道路标线涂料的发展方向之一。
    3· 结语
    随着我国公路的快速发展,必然会对道路标线的质量和环保提出更高的要求。随着新材料、新技术和新工艺等的不断出现,新型的标线涂料质量将更有保证,并将具有更多的醒示功能确保道路交通安全。在节能环保的大环境下,需要加热耗能与污染环境的标线涂料的应用将会逐渐减少,而水性和双组分等新型道路涂料将会获得更多的应用。
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