高亮耐久型道路標線涂料的制備與性能

王清華

（山西路橋集團晉北項目管理有限公司，山西太原 030000）

我國公路網的擴大與完善，在很大程度上方便人們出行的同時，越來越多的問題也逐漸開始暴露出來，其中首當其沖的是道路安全問題[1]。如今由于路網里程的急劇增加和汽車擁有量的增多，都成為交通擁堵、事故頻發的原因，所以設計和施劃新的道路標線來緩解目前的交通狀況則顯得尤為重要。對于標線的要求無論是在白天還是夜間都必須要有良好的可視性，實現全天候持續性反光[2]。

根據涂料的種類不同，路面標線通常可分為：溶劑型標線、熱熔型標線、雙組分標線和水性標線[3]。熱熔型道路標線涂料以其干燥時間短、與路面附著力好、對環境污染小、生產周期短等優點，在我國市場占據主導地位。本文圍繞高亮耐久型熱熔標線涂料展開研究，并進行相關路用性能的驗證，為制備高亮耐久型道路標線涂料提供一種新的思路。

1 高亮耐久型道路標線涂料的原材料及制備

1.1 原材料

高亮耐久型道路標線涂料的原材料主要包括：①成膜物質為加氫改性的C5石油樹脂；②顏料為銳鈦型的二氧化鈦；③填料為輕體碳酸鈣（鈣粉）、鈣砂；④玻璃微珠為進口全天候高亮反光玻璃微珠，相關參數指標見表1；⑤助劑為增塑劑——鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）、PE蠟、醋酸乙烯酯（EVA）；⑥抗污材料為聚偏氟乙烯（PVDF），相關參數指標見表2。

表1 玻璃微珠物理參數

表2 PVDF物理參數

1.2 制備工藝

①稱取C5石油樹脂、鈦白粉、鈣粉、鈣砂，干拌均勻，然后在120℃下進行攪拌。②待成膜樹脂融化之后，加入玻璃微珠、抗污樹脂和助劑，溫度提高到160~180℃繼續攪拌。③全部組分熔融之后，升溫到200℃，加蓋保溫30s左右即可。

2 各組分對標線涂料性能的影響

2.1 成膜樹脂含量的影響

成膜樹脂的選擇對熱熔型道路標線涂料性能的影響極大，主要通過影響路面涂層的流動性和黏附性。通過探究軟化點和抗壓強度來具體分析，分析成膜樹脂對熱熔型道路標線涂料性能的影響。

由圖1可以看出，隨著吸收熱量的增加，在達到一定溫度以后，成膜樹脂由玻璃態逐漸向黏流態轉變。隨著其含量的增加：①體系軟化點降低，說明成膜樹脂與其他各組分子之間結合變弱，易于流動，有利于降低施工溫度，改善施工性能；②抗壓強度越來越大，說明體系的抗壓能力提高，可以承受大重量的荷載。但是考慮到成膜樹脂含量的增加，會造成成本增加和體系耐磨性的降低，所以綜合考慮，選擇成膜樹脂用量為16phr。

圖1 軟化點和抗壓強度與成膜樹脂含量的關系

2.2 鈦白粉含量的影響

鈦白粉的摻量主要影響材料體系色度性能，表3是不同鈦白粉摻量下白色標線的色品坐標和亮度因子。

表3 不同鈦白粉摻量下白色標線的色品坐標和亮度因子

色品坐標、亮度因子見表4。

表4 色品坐標、亮度因子表

不同鈦白粉含量的標線表面色色品坐標與規范對比情況如圖2所示。

圖2 不同鈦白粉含量的標線表面色色品坐標與規范對比情況

根據表4所示，《道路交通標線質量要求和檢測方法》GB/T 16311—2009中規定的標線表面色色品圖中規定，對于標線白色的色品坐標和亮度因子范圍如圖2所示；圖2中可以看出，不同鈦白粉含量的標線表面色色品坐標均落在《道路交通標線質量要求和檢測方法》GB/T 16311—2009中規定的標線表面色色品圖中，亮度因子也符合≥0.35的要求，此外，考慮到鈦白粉的成本問題，綜合選定鈦白粉摻量為10phr。

2.3 填料含量的影響

填料不僅能影響涂料的流動性和機械強度，還能通過提高填料含量適當降低涂料制品的成本，提高涂膜的耐磨性等。本次實驗中粉體（鈦白粉和鈣粉）總質量為30phr，所以本部分改變填料鈣砂的比例，實驗統一采取外摻法，保持其他組分比例不變，研究填料對材料性能的一些影響因素。

從圖3中可以看出，材料的軟化點隨著填料含量的增加逐漸升高，良好的軟化特性有助于改善材料的施工性能，提高材料的高溫性能。材料的磨耗程度隨著其含量的增加不斷增大，說明所選的填料在一定范圍內可有效地為樹脂起到很好的抗摩擦性能，提高行車安全性。涂料的流動性隨著填料含量的增多先變大后變小，說明在保證其他組分不變時，填料在適當范圍內流平性變好。根據實際需求選取摻量45phr的填料（即20phr鈣粉，25phr鈣砂）用來分析新型標線材料的性能。

圖3 填料與標線材料軟化點、磨耗量、流動性的關系

2.4 預混玻璃微珠含量的影響

本實驗探究了標線材料的逆反射系數和耐磨性，進而確定預混玻璃微珠的合適摻量。

從圖4可以看出，隨著預混玻璃微珠摻量的逐漸增大，逆反射系數逐漸增大，當預混玻璃微珠摻量為30phr時，逆反射系數達到285mcd · m-2· lx-1此外，隨著玻璃微珠的含量的增加，涂料中各組分的機械強度也增加了，耐磨性也得到提升。雖然隨著預混玻璃微珠摻量的增大，成本會隨之增加，但考慮到各種復雜環境下，需要提高標線的反光性，所以選擇添加30phr預混玻璃微珠摻量來表征新材料性能。

圖4 預混玻璃微珠含量對標線涂料逆反射系數和磨耗性能的影響

3 高亮耐久型道路標線涂料路用性能

通過研究各組分對高亮耐久新型標線材料性能的影響，確定了各組分的摻量如表5，按照表5各組分摻量進行新型標線材料（A）的制備，與商品化熱熔反光道路標線（B）和傳統配方設計的熱熔標線材料（C）進行相關路用性能的比較分析，具體操作方法和指標參照《路面標線涂料》JT/T 280—2004、《路面防滑涂料》JT/T 712—2008、《道路交通標線質量要求和檢測方法》GB/T 16311—2009、《公路路基路面現場測試規程》JTG E-60—2008等規范執行。

表5 高亮耐久新型標線涂料各組分摻量

3.1 基本性能

由表6可以看出：本研究的配方中含有一定摻量的高分子材料組分，其極性鏈段與石油樹脂材料中的羧基相結合，導致分子之間相對位置改變所需能量較大，從而提高了軟化點，改善了高溫穩定性；此外降低了不黏胎干燥時間，有利于縮短道路封閉時間，減少道路擁堵。

表6 高亮耐久新型標線涂料基本性能參數

3.2 識認性能

由表7可以看出：①亮度因子Y，A>B>C，說明鈦白粉摻量的增加對于涂料亮度因子的提高有很大作用；此外，三種配方的色度坐標也均落入規范要求中的色品圖中；②經過配方改進之后，A標線涂料逆反射系數達到380，比基礎配方提高135%，可以在夜間或者不良天氣下提高標線的反光性能；③配方改進后，涂膜與水的接觸角相比較于商品配方B、基礎配方C提高17.9%、21.1%；涂膜與油的接觸角相比較于商品配方B、基礎配方C提高6.7%、2.3%。說明配方改進后的配方標線材料的疏水性能優異，可以極大改善日常標線的抗污性能和雨霧天標線的逆反射性。

表7 高亮耐久新型標線涂料識認性能

3.3 耐久性能

由圖6可以看出：①水中浸泡24h之后，材料A、B、C均沒有出現失光、變色、氣泡、起皺、脫落、生銹等現象，這說明配方改進后可以很好地抵抗水的破壞，具有很好的耐水性；②氫氧化鈣溶液中浸泡24h結束后，取出試板用水沖洗干凈，甩掉板面上的水珠，再用濾紙吸干。通過觀察發現材料C出現些許裂紋現象，B出現變色現象，A基本沒有變化，這說明所選的配方改進后的A材料可以很好地抵抗堿性的破壞，能增強標線在下雨的抗化學腐蝕破壞能力，增強可以標線涂層的耐久性；③A、B、C配方下的涂料均沒有裂紋現象。將制作的試板，經水浴、冷凍、熱烘后，再取出靜置2h，再觀察，結合圖5對比可以看出樣板前后無明顯的裂紋和脫落現象。這說明配方改進后仍具有優良的低溫抗裂性，涂膜彈性大，環境適應性強等優點。

圖5 高亮耐久新型標線涂料耐水性能、耐堿性能、低溫抗裂性能對比

表8結果表明：涂膜耐磨數據均符合規范要求，配方改進后可獲得良好的耐磨性能。

表8 耐磨性測試磨耗損失

然后對配方A再進行不同重量下的磨耗實驗檢測來模擬不同荷載下車輛的磨損狀況綜合評價，結果如表9所示。

表9 配方A不同荷載耐磨性測試磨耗損失

通過表9可以看出，其表面磨損量正常。再結合實際磨損的情況來看，說明配方改進后制作的產品磨損小，符合規范要求。

采用紫外老化實驗箱，按照JT/T 280—2004中規定的方法進行耐候實驗。比較實驗前后試樣的色品坐標和亮度因子，結果如表10所示。

由表10可以看出，經過600h的人工加速耐候性實驗，涂膜的亮度因子均有不同程度的下降，其中基礎配方C下降最多，達到8%，不過色品坐標仍可以落在色品圖內。

表10 耐磨性測試磨耗損失

4 結束語

從高亮耐久標線涂料的組成研究出發，在常規標線配方基礎上，研究各組分對性能的影響，確定了改進后的配方，并從基本性能（軟化點、不黏胎干燥時間、抗壓強度、抗滑性能）、識認性能（色度性能、光度性能、抗污性能）和耐久性能（耐水性能、耐堿性能、低溫抗裂性能、耐磨性能、耐候性能）出發對其路用性能進行研究，性能指標均符合《路面標線涂料》JT/T 280—2004中對熱熔型標線的相關要求，進而得到一種高亮耐久型道路標線涂料，為后續應用提供了基礎。