基于正交試驗的熱熔型標線涂料配比研究

摘要：現有熱熔標線涂料在使用過程中存在耐磨性和耐候性較差、高溫穩定性不足等缺點，同時在熱熔涂料配比設計中缺乏科學的配方優選方法。文章針對熱熔型標線涂料的7種組分進行正交試驗設計，確定16種涂料配比，并對這16種涂料開展軟化點、密度、耐磨性、色度性能等材料試驗，研究了標線涂料各組分與標線涂料技術指標的關聯性，以及標線涂料各組分對技術指標的影響程度。采用綜合平衡法進行分析，得到了各技術指標下標線涂料的合適配比為：石油樹脂∶鈦白粉∶雙飛粉∶增塑劑∶乙烯醋酸乙烯（EVA）∶聚乙烯蠟（PE）∶預混玻璃珠=15∶11∶34∶1∶2∶1∶36。

關鍵詞：熱熔型標線涂料；正交試驗；綜合平衡法

中圖分類號：U491.5+23

0 引言

熱熔反光型道路標線涂料在配方設計方面不僅要考慮涂料本身的技術指標，同時還應考慮到涂料的施工性能、涂料施工成型后的使用性能等多方面因素。對于涂料的研制開發和生產，首先是涂料在技術性能上必須滿足相應的標準規定，其次必須滿足業主或施工單位的特殊要求及在施工中或施工后標線必須應對的特殊環境因素［1-3］。目前熱熔標線涂料存在耐磨性和耐候性較差、高溫穩定性不足的問題，導致熱熔型標線在使用過程中易被車輛磨損、自然條件下老化變色，以及夏季高溫條件下易被車輪碾壓變形。同時，國家及行業標準缺乏對標線涂料組分設計的方法，導致合適的涂料配比未能進行有效確定。本文針對以上問題，選擇涂料的軟化點、密度、抗壓強度、色度性能和耐磨性等5個技術指標作為設計指標，開展標線涂料7種組分的正交試驗，以期獲得各組分對標線涂料技術指標的作用規律和室內試驗下的最佳配方。

1 試驗原材料

熱熔型反光標線涂料配比設計所用原材料如下：

樹脂——蘭州亞華石油化工有限責任公司生產的C5石油樹脂。

鈦白粉——寧波新福鈦白粉有限公司的NTR-606型二氧化鈦，該產品為硫酸法生產的金紅石型鈦白粉。

雙飛粉——80目雪花白，主要成分為碳酸鈣。

預混玻璃珠——錦州金光交通設施材料有限公司生產的國標2號珠。

增塑劑——采用二幸脂和石礦油的混合劑，比例為6∶4。

EVA——韓國樂天化工生產的EVA。

PE蠟——韓國大韓油化生產的PE蠟。

2 正交試驗設計與分析方法

2.1 組分正交試驗設計

本涂料有石油樹脂、鈦白粉、雙飛粉、增塑劑、EVA、PE蠟、玻璃微珠等7種組分，應選擇至少7因素的正交表，因素水平如表1所示。查閱正交試驗表，選擇L16（44×23）來設計配比，方案如表2所示。

依照正交試驗方案表的水平組合進行試驗，涂料共有16個配比，分別進行軟化點、密度、抗壓強度、色度性能和耐磨性等試驗。

2.2 組分正交試驗分析方法

分析試驗指標的極差，以確定各指標下因素的主次順序。分別采用綜合平衡法來分析正交試驗結果，得到標線涂料組分的最優配比。

采用綜合平衡法分析時，可以依據“少數服從多數”的原則，選取組分出現次數較多的水平作為優摻量［4］。當組分各摻量下性能相差不大時，可依據降低消耗、提高性能的原則選取組分合適的摻量。

3 正交試驗結果與分析

16種配方的試驗結果如表3所示。

3.1 因素相關性分析（表4）

由軟化點相關性系數可知，增塑劑對軟化點的影響最大，在涂料的配比設計時要嚴格控制增塑劑摻量，防止涂料軟化點不合格。雙飛粉和玻璃微珠與涂料軟化點呈正相關關系，表明增加雙飛粉、玻璃微珠的摻量，有利于提高涂料的軟化點。

由密度相關性系數可知，在涂料組分中石油樹脂、鈦白粉、增塑劑、EVA、PE與涂料的軟化點呈負相關關系。其中石油樹脂和玻璃珠對密度的影響明顯，與二者用量大有較大關系。

由抗壓強度相關性系數可知，在涂料組分中石油樹脂、雙飛粉與涂料的抗壓強度呈正相關關系，二者摻量的增加將有助于提高涂料抗壓強度。

由亮度因數相關性系數可知，在涂料組分中石油樹脂、鈦白粉、增塑劑、EVA、PE與涂料的軟化點呈正相關關系，其中鈦白粉對亮度因數的影響最大，提高鈦白粉摻量將顯著提升涂料色度性能。

由損失質量相關性系數可知，在涂料組分中雙飛粉和增塑劑與涂料的質量損失呈負相關關系，二者摻量增加有利于改善涂料耐磨性。但是增塑劑摻量過高會使涂料試樣表層不易干結，容易粘附磨耗物質，導致磨耗試驗損失質量偏小。

3.2 因素主次順序分析

3.2.1 軟化點試驗

對軟化點試驗數據進行正交分析，所得數據如表5所示。

由表5可知，涂料各組分對軟化點影響的主次排序為：增塑劑＞雙飛粉＞石油樹脂＞鈦白粉＞玻璃微珠＞PE＞EVA。

3.2.2 密度試驗

對密度試驗數據進行正交分析，所得數據如表6所示。

由表6可知，涂料各組分對密度影響的主次排序為：雙飛粉=石油樹脂＞玻璃微珠＞鈦白粉＞增塑劑＞EVA＞PE。

3.2.3 抗壓強度試驗

對抗壓強度試驗數據進行正交分析，所得數據如表7所示。

由表7可知，涂料各組分對抗壓強度影響的主次排序為：增塑劑＞雙飛粉＞石油樹脂＞鈦白粉＞玻璃微珠＞PE＞EVA。

3.2.4 色度性能試驗

對色度性能試驗數據進行正交分析，所得數據如表8所示。

由表8可知，涂料各組分對亮度因數影響的主次排序為：鈦白粉＞雙飛粉＞石油樹脂=玻璃微珠＞增塑劑＞PE=EVA。

3.2.5 耐磨性試驗

對耐磨性試驗數據進行正交分析，所得數據如表9所示。

由表9可知，涂料各組分對耐磨性影響的主次排序為：雙飛粉＞增塑劑＞玻璃微珠＞石油樹脂＞PE＞鈦白粉＞EVA。

4 標線涂料配比優選

4.1 綜合平衡分析法

采用綜合平衡法，先確定單個性能指標下各因素的最佳水平，再對各性能指標下各因素的最佳水平進行綜合考慮，初定因素水平，分析結果如表10所示。

由表10可知，采用綜合平衡分析法得到正交試驗的優選配方有兩個，差異僅在于鈦白粉的用量不同。由色度性能試驗下涂料組分的關聯性分析和影響主次分析可知，增加鈦白粉的摻量有助于提升涂料的色度性能，故鈦白粉的水平選擇4。涂料優選方案如表11所示。

4.2 配方驗證

采用綜合平衡法得到的最佳配方是石油樹脂∶鈦白粉∶雙飛粉∶增塑劑∶EVA∶PE∶玻璃微珠=15∶11∶34∶1∶2∶1∶36。涂料有機物總含量為19%，玻璃珠含量為36%，滿足現行標準的技術要求［5］。因該配方不在正交試驗的16種配方內，故需對該配方進行試驗驗證，結果如表12所示。由表12可知滿足現行規范要求。

5 結語

本文對熱熔標線涂料開展正交試驗研究，得出以下結論：

（1）對于熱熔標線涂料軟化點，增塑劑的影響最大，增大增塑劑摻量后涂料軟化點顯著降低。

（2）對于熱熔標線涂料密度，玻璃珠含量和石油樹脂用量的影響最大。其中玻璃珠增加，可顯著提升涂料密度。

（3）對于熱熔標線涂料色度性能，鈦白粉的影響最大。增加鈦白粉摻量，可有效改善涂料的色度性能。

（4）對于熱熔標線涂料耐磨性，增加雙飛粉的用量可提升涂料的耐磨性。

（5）對于熱熔標線涂料抗壓強度，增塑劑和雙飛粉的影響較大，增塑劑用量增加會導致涂料抗壓強度顯著下降。

（6）綜合平衡法得出的配方并未在16種配方中，經涂料性能試驗驗證，最佳配方滿足現行規范技術要求，最終確定合適配比為石油樹脂∶鈦白粉∶雙飛粉∶增塑劑∶EVA∶PE∶玻璃微珠=15∶11∶34∶1∶2∶1∶36。

參考文獻

［1］杜利民，鄭家軍，何 勇.道路標線材料及應用［M］.北京：人民交通出版社，2005.

［2］李捷飛.熱熔型涂料性能持久性及路用性能研究［D］.重慶：重慶交通大學，2018.

［3］郭 旭.耐久型熱熔道路標線涂料技術性能研究［D］.濟南：山東建筑大學，2019.

［4］李云雁.試驗設計與數據處理［M］.北京：化學工業出版社，2008.

［5］JT/T 280-202 路面標線涂料［S］.

收稿日期：2023-10-12

作者簡介：李乃強（1975—），碩士，高級工程師，主要從事高速公路運營管理工作。