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        道路標線涂料的研究進展

                                           道路標線涂料的研究進展
                                          張陽,滕俊江,黃展,王鍵
                      ( 廣東石油化工學院化學與生命科學學院,廣東茂名525000)
            摘要: 綜述了各種類型道路標線涂料的國內外研究狀況,概述了熱熔型道路標線涂料及其配方選擇原則,簡單介紹了溶劑型、雙組分和水性道路標線涂料優勢和存在的問題。
            關鍵詞: 道路標線涂料; 熱熔型標線涂料; 雙組分標線涂料; 水性標線涂料
            中圖分類號: TQ630. 7 文獻標識碼: A 文章編號: 2095 - 2562( 2014) 01 - 0004 - 04
            道路標線的質量好壞取決于標線涂料、反光材料、施工設備和施工工藝的有機結合。道路標線涂料( Traffic Coatings) 是一種涂刷在路面上用來指示交通的涂料。從20 世紀70 年代開始,我國就有學者開始研制道路標線涂料。近些年來,隨著交通行業的迅速發展,在“十二五”期間我國將建成7918 高速公路網,即由從首都北京出發的7 條放射線、縱貫南北的9 條縱向線和橫貫東西的18 條橫向線組成,再加上對原有道路舊標線的維護和重新劃設將需要很多標線涂料。因此,對道路標線涂料進行深入的研究,有著廣闊的應用前景和巨大的經濟價值。道路標線涂料一般分為四大類: 溶劑型、熱熔型、雙組份、水性[1 - 4]。溶劑型道路標線涂料多采用氯化橡膠、環氧樹脂和丙烯酸樹脂等作為成膜物質,往往需要大量的有機溶劑。然而有機溶劑的釋放會造成污染環境,故其市場占有率在逐步降低。熱熔型道路標線涂料一般是以石油樹脂、天然樹脂等作為成膜物質,在常溫條件下是粉塊狀的物質,加熱到一定溫度熔化成為液體,在涂覆后冷卻成膜,加入玻璃珠實現反光。該涂料具有干燥時間短、對路面附著力好、對環境無污染等特點,加上生產上周期短、投資小等原因,目前熱熔型標線涂料在我國市場占主導地位。隨著人們環保意識的增強,道路標線涂料進入了新的發展時期,具有涂層快干、附著力強,涂膜耐候性好、耐久性好、清晰醒目,對環境污染少,便于施工,造價低等特性的涂料成為主要方向。雙組分、水性道路標線涂料是近些年來相繼出現的兩種新型的道路標線涂料。
            1 ·熱熔型道路標線涂料
            熱熔型道路標線涂料是20 世紀50 年代中期在歐洲開發成功的,由于其線型美觀、經久耐用等優點,60 年代后期在世界上逐漸得到推廣使用,被認為是一種道路安全標線涂料[5]。我國在20 世紀80 年代初將之引入,并在1990 年正式將它定為道路安全標線材料,并頒布了技術標準。熱熔型道路標線涂料一般由熱塑性樹脂、顏填料和助劑等組成,使用專用設備將之加熱至180 ~ 220℃經刮涂或擠出或噴涂方法施工,涂層厚度為0. 7 ~ 2. 5mm,使用壽命一般可達2 ~ 3 年。熱熔振蕩型標線涂料是通過改進熱熔型道路標線涂料的流體特性,使其在熔融的狀態下能有較優良的觸變性能,再經過專用的施工機械進行施工,在標線表面上有規律地形成凸起塊而得到行車震動效果。熱熔型反光道路標線涂料往往由熱熔型道路標線涂料通過內混或面撒方式加入玻璃微珠等反光的材料構成。如果玻璃微珠的折射率高,則成圓率較圓,此種標線的反光效果也就越好,但成圓率過高會使得反射增強,所以要選擇適當規格的玻璃微珠。玻璃徽珠浮在道路標線涂料上,以半嵌手、半露出為好[6 - 7]。
            1. 1 熱塑性樹脂的選擇
            熱熔型道路標線涂料可選用的樹脂主要有: 石油樹脂、聚酯樹脂、松香及其衍生物改性的樹脂等。在國外作為成膜物質的一般為石油樹脂; 在我國,最初較多選用經過改性的松香樹脂,現在主要選用石油樹脂。改性松香樹脂用多元醇與馬來酸酐來對松香進行改性。通過多元醇和松香酯化反應可降低松香的酸值,提高其軟化點并改善其熱穩定性。通過馬來酸酐和松香雙烯加成反應對于松香中雙鍵的改性,使松香具有較高的軟化點、酸值和皂化值。
            石油樹脂可選用國產及進口的脂肪族C5 石油樹脂、加氫酸化處理的C5 石油樹脂、C5 石油樹脂與C9石油樹脂共聚石油樹脂。最初常用的C5 石油樹脂因含有雙鍵的發色基團而帶有淺黃色,且雙鍵在長期的日曬下會發生氧化降解,從而降低標線涂料的整體機械性能。對C5 石油樹脂進行加氫酸化處理,可提高涂層的熱穩定性與耐氧化性,并可提高涂料的流動性和標線的亮白度。另外通過與C9 石油樹脂共聚,可改善C5 石油樹脂的耐熱性和耐候性,并提高和改性劑的相容性。如果C9 石油樹脂的比例過高,共聚樹脂的軟化點與黏度就過高。
            1. 2 顏填料的選擇
            道路標線涂料選擇顏料的要求主要有: 耐高溫、著色力較好、遮蓋力較強以及色彩鮮明。常用顏料以白色居多,黃色稍少。白色的顏料主要有鋅鋇白、二氧化鈦及氧化鋅等。黃色的顏料主要有鉻黃、鎘黃及鈦黃等。
            填料在熱熔型標線涂料中占較大比例,一般為無機填料,可選用碳酸鈣、石英粉、滑石粉和硫酸鋇等。物料的合理配合對流動性起重要作用,能使標線涂料的耐磨性、耐熱性、軟化點和粘接強度等得到提高,從而減少涂層的收縮,防止出現回粘現象[8 - 9]。
            1. 3 助劑的選擇
            為了提高道路標線涂料涂層的柔韌性和內聚力,可適當加入熱塑性彈性體和增塑劑。熱塑性彈性體常用有乙烯- 醋酸乙烯共聚物( EVA) 和苯乙烯類嵌段共聚物( SIS) 等。EVA 可改善漆膜的粘接性及抗張力、提高漆膜的耐低溫性能及提高彈性、防止龜裂,隨EVA 含量增加涂層柔韌性得到提高,但流動粘度增加。增塑劑常用鄰苯二甲酸二辛酯( DOP) 等。DOP 穩定性好、耐熱寒性優、色澤淺、相溶性好,加入道路標線涂料中,通過DOP 極性脂基相互吸引形成穩定體系,通過DOP 非極性烷基阻擋減弱聚合物分子間引力,使涂層柔韌性有較明顯提高,改進涂料的脆性、提高其抗沖擊強度和伸長率。但二者均不可過量,否則涂料的軟化點下降許多。
            聚乙烯蠟( PE wax) 的加入可改善顏填料在熱塑性樹脂中分散性、防止沉降、調節粘度、降低軟化點及提高涂料流動性,減少漆膜表面張力、提高耐磨和抗污性。
            熱熔型標線涂料施工速度快,涂膜耐久耐磨性和防滑性好等特點得到良好的發展。但熱熔型標線涂料施工需要加熱180℃以上熔化耗能多,涂膜抗紫外線差、易粘染灰塵,特別是重復劃線時必須先徹底鏟除舊涂層才能施涂新線,這些制約著熱熔型標線涂料發展[9 - 10]。
            2· 其它類型道路標線涂料
            2. 1 溶劑型道路標線涂料
            溶劑型道路標線涂料在全世界范圍內都是最早使用的道路標線涂料,它含有的有機溶劑達到30%以上,由其劃制的標線因涂層較薄,濕膜厚度只有約0. 3 ~ 0. 5mm,所以耐磨性比較差、使用的壽命也相對較短,一般只有0. 5 ~ 1. 5a,但可直接在舊涂層上噴涂新涂層,并且溶劑型路面標線涂料施工方便、一次性投資少的優勢,受到了一些用戶的青睞。由于施工時有大量機溶劑揮發,對環境的污染較嚴重,同時又危害了施工人員的身體健康,于是科研工作者又研究出厚漿溶劑型涂料。此種涂料的有機溶劑質量分數小于20%,所以熱穩定性能相對較好,在預加熱至70℃左右后,可以用高壓無氣噴涂施工,涂層要厚一些,其使用的年限也相應得到延長。隨著環保要求日益提高,在生產和使用方面已受到很大程度的限制,溶劑型標線涂料的用量目前正在逐步減少。
            2. 2 雙組分道路標線涂料
            在歐洲,雙組分道路標線涂料的使用已經有20 多年了,因兩組分混合后通過化學反應固化,無需加熱在常溫下就能施工,雙組分道路標線涂料受到廣大用戶的親睞,總體市場占有率已經超過10%,用量仍在逐年增長[11 - 13]。雙組分道路標線涂料可選用的樹脂主要包括環氧、聚氨酯、丙烯酸這三種。丙烯酸類道路標線涂料是三種樹脂中發展速度最快的,用反應性丙烯酸單體、低分子反應性丙烯酸樹脂作道路標線涂料組分的預粘接劑和溶劑,同時加入顏填料組合成一種組分。另一種組分是交聯劑,兩組分在混合固化以后聚合反應形成網狀的分子結構,具有較高的附著力、硬度和機械強度。兩組分道路標線涂料通過混入或面撒方式加入玻璃微珠等反光材料構成反光兩組分道路標線涂料,并可以通過劃制出一系列涂料點等特殊圖形而構成雙組分振蕩型標線涂料。
            在20 世紀70 年代,我國曾經使用環氧樹脂制作道路標線涂料,但當時因為設備開發跟不上,施工工藝不夠成熟,遇到了許多無法解決的問題,最后不得不退出標線市場。進入到21 世紀,隨著我國對標線材料需求量的急劇增加,標線材料在功能、品種等各方面都得到了廣泛的發展。雙組分道路標線涂料比熱熔型標線涂料的耐久性好,這被德國聯邦公路署實驗結果證明,并具有不易開裂、環保性好等特性。在我國以活性丙烯酸樹脂為基料的雙組分道路標線涂料得到了快速的發展。
            2. 3 水性道路標線涂料
            在20 世紀80 年代中期,國外就開始使用純丙乳液制備道路標線涂料來保護環境,不過早期水性道路標線涂料干結速度較慢、耐水性差。進入90 年代,開發快干型丙烯酸為粘結劑的水性道路標線涂料,改進了涂料的附著力、提高了涂料的耐水性等。作為溶劑型道路標線涂料的替代品,水性道路標線涂料的優點在于它以水為溶劑,可以實現清潔生產,符合環保,隨后美國、德國、西班牙和瑞典等發達國家道路標線涂料水性化程度便逐步提高,發展迅速[14 - 15]。水性道路標線涂料一般采用水溶性樹脂和水乳性樹脂作為基料,同時配以顏填料、助劑制成,施工時配以玻璃微珠實現標線的夜間反光。
            隨著2008 年北京奧運會的舉辦,國內有幾家技術力量相對較強的涂料廠家開始嘗試生產水性道路標線涂料,并在一些城市道路與高速公路上使用。雖然水性道路標線涂料環保性能好,對水泥路具有優異的附著力,再次施工不需要清除舊線,但水性道路標線涂料比熱熔型涂料講造價高,因此影響了它目前在國內公路和城市道路上的使用。要想得到廣泛的使用,水性道路標線涂料在性能方面還需要進一步完善,如涂膜長期浸泡會剝落和存放穩定性等,還有施工受氣候影響較大,但水性道路標線涂料仍是未來道路標線涂料的發展方向之一。
            3· 結語
            隨著我國公路的快速發展,必然會對道路標線的質量和環保提出更高的要求。隨著新材料、新技術和新工藝等的不斷出現,新型的標線涂料質量將更有保證,并將具有更多的醒示功能確保道路交通安全。在節能環保的大環境下,需要加熱耗能與污染環境的標線涂料的應用將會逐漸減少,而水性和雙組分等新型道路涂料將會獲得更多的應用。
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