抗水耐磨道路标线漆的研制

摘要: 以有机硅改性丙烯酸树脂为基料, 选用耐磨颜填料, 设计出适宜的颜基比和溶剂体系, 研制出抗水、耐磨的道路标线漆, 改善了常温溶剂型道路标线漆存在的弊病。

1 前言
常温溶剂型道路标线漆在应用中经常出现耐磨性差、寿命短的问题, 并且雨后易出现块状甚至大面积脱落的现象。我们知道, 涂膜的耐磨性是硬度、附着力、内聚力综合效应的体现。对硬度、附着力、内聚力相当的二种涂膜来说, 其耐磨性主要取决于涂膜的厚度。涂膜越厚, 耐磨耐久性越好,使用寿命就越长。
普通的常温溶剂型道路标线漆造成上述问题的原因是由于施工固体分低( 50% ~ 60% ) , 成膜较薄, 因而耐久耐磨性差; 其雨后常出现块状脱落的原因在于涂膜吸水及涂层的湿态附着力差。涂膜经雨水浸泡后, 自身因吸水膨胀, 体积增大而产生内应力, 当内应力积累至大于漆膜与路面间的附着力时, 漆膜就会脱离路面而起泡, 在遭受行人及车辆等外界的机械摩擦作用后容易脱落, 尤其施工后涂膜未达实干时遇到连续降雨, 则更易造成大面积脱落。
涂膜性能主要取决于基料树脂的性能, 因此所选基料树脂的抗水性、湿态附着力的好坏直接影响路标漆的相应性能。经过筛选, 试验选择了以丙烯酸树脂DS- HJ55 为基料的抗水型路标漆。该树脂是由含甲氧基的有机硅氧烷改性制成, 改性后的树脂由于引入了可水解的反应活性较高的 Si-(OCH3 ) 3 基团, 具有潮气活化、室温固化的性质。 Si- ( OCH3) 3 遇潮气水解, 释出醇, 转变为硅烷醇, 不仅分子间硅烷醇缩合, 而且还可与颜填料以及道路表面( 尤其水泥路面) 天然存在的羟基进行缩合, 相互之间形成化学键接, 从而大大提高了涂膜的内聚强度和对路面的附着力。有机硅不仅具有良好的憎水性, 而且具有较低的表面张力, 改性后的树脂由于有较低的粘度, 制漆时可获得较高的固体分, 以保证施工的涂膜厚度, 提高耐磨耐久性。

2 实验部分
2 1 道路标线漆用原料及配方

2 2 制备工艺
将配方量溶剂、树脂、分散剂、防沉剂于搅拌下依次投入分散罐内。将它们分散均匀后, 再依次投入颜填料, 分散至无团块, 打入砂磨机研磨, 至细度∀ 60??m。过滤, 即制得抗水耐磨的道路标线漆( R- 1) 。

2 3 性能测试及结果
性能测试按中华人民共和国交通行业标准JT/T 280 1995 进行, 测试结果如表2。

3 结果与讨论
3 1 基料的选择
涂层的吸水与树脂极性有关; 当树脂制备时往往引入少量的极性基团, 如羧基、酰胺基等, 以增强树脂对基材的附着强度。干态时这些极性基团的存在不会对涂膜造成不良影响, 但当涂膜遇雨经水浸泡时, 这些极性基团由于有亲水性而吸水, 水分子的渗入削弱了涂层与路面间的附着力。当涂膜因吸水膨胀产生的内应力积累至大于它与路面间的附着力时, 涂膜便产生起泡, 在车轮辗压等外力作用下脱落。
本实验所选基料树脂不含上述亲水性基团, 且由于有机硅的引入降低了树脂的表面张力, 提高了憎水性, 同时硅氧烷的水解缩合增强了树脂与颜填料、路面( 尤其水泥路面) 的粘接力, 使涂膜湿态环境下还具有较强的附着力, 从而减少了起泡现象的产生。按上述路标漆制备工艺, 用未改性的丙烯酸树脂制得路标漆R- 2, 它与R- 1 性能对比如表3、表4 所示。

由表4 可见, R- 1 漆耐水后的各项性能基本无变化, 说明其抗水性较好。而R- 2 漆的对应性能却明显下降, 尤其抗冲击性下降明显, 说明水分的渗入大大降低了涂膜柔性, 削弱了涂膜与路面间的附着强度。这就是普通的常温溶剂型路标漆雨后易脱落的原因。

3 2 颜填料选择
路标漆常选用的白色颜料有金红石型钛白粉,锐钛型钛白粉两种。其中金红石型钛白粉耐光、耐候性好, 较适用于道路标线涂料; 而锐钛型钛白粉由于不耐紫外线照射, 多用作室内用颜料[ 1] 。用作填充料的粉料较多, 有重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石粉、锻烧高岭土、沉淀硫酸钡、硅灰石粉、石英粉、云母粉等。通常情况下含硅的填料具有较高的硬度, 可增强涂膜的耐磨性。再者, 所选用的基料树脂由于甲氧基硅烷的引入, 使基料对硅质材料具有较强的粘接力, 因此, 迭用硅质耐磨的锻烧高岭土、硅灰石粉、滑石粉、云母粉为填充料, 不仅可增强涂膜的耐磨性, 而且还增强涂膜的湿态刚性, 减少起泡现象发生。

3 3 颜基比设计
适宜的颜基比可以增强涂膜的耐磨性, 改善溶剂的释放性, 提高抗冲抗裂性等。但颜基比太大会影响涂膜的耐水性, 使涂膜吸水率升高, 加重起泡现象产生( 如表5) 。适宜的颜基比应控制在2。0~3。0 之间。

3 4 溶剂的选择
溶剂的选择首先应以满足对基料树脂的溶解力和路标漆对快干性的要求。溶剂对树脂的溶解力强, 制得的漆粘度就低, 达到相同施工粘度时的固含量较高, 成膜厚, 耐磨性好; 溶剂挥发得快, 涂膜干燥就快, 可保证及时通车, 但过分追求快干会对涂膜附着力造成不良影响。尤其涂膜表干太快时, 形成封闭性涂膜, 下层溶剂则因无法挥发掉而使漆膜鼓泡, 这也是造成涂膜块状脱落和涂层渗水的原因之一。因此溶剂的选用多以几种溶剂复配而成, 以控制合适的挥发干燥速度, 保证涂膜性能。本稀释剂选用甲苯、二甲苯、醋酸丁酯、丙酮按一定比例配制而成。