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1 问题的提出
传统的标志涂料主要有溶剂型及热溶型两种, 其中溶剂型的标志涂料主要包括丙烯酸型及氯化橡胶型两大类, 其特点是造价低、施工方便, 缺点是使用寿命短, 一般半年左右, 且无法达到夜间反光的效果, 同时溶剂型涂料的挥发, 污染了环境; 热溶标线是50 年代在欧洲开发成功的, 由于其线型美观, 夜间反光效果好, 标线持久, 一般可达1~ 2 年等优点, 目前在公路上广泛使用, 其缺点是厚一点影响行车, 薄一点又容易剥落, 且施工成本高, 特别是一次施工要清除旧线, 车流量大的地方极不安全, 施工中燃烧的气体也同样有环境污染的问题; 造价高: 每平方米都在40~ 50 元左右。就泉州市而言, G324 线100 km 六车道, 2 年更换一次标线就要花500 万元, 而泉州市主干公路超过2 000km, 有限的养路资金, 难于支撑着这么昂贵的标线费用。因此, 如何通过科学研究寻找一种既经济, 又能达到同等效果的道路标线材料便具有很高的应用推广价值。
2 研制过程
2 1 反应机理
本研究采用正交配置法。在大量的筛选、科学配方后, 获得性能良好, 价格低廉的最佳方案。产品采用常温常压下, 经由气干性不饱和聚酯树脂、填充粉末及引发剂、促进剂反应固化而成膜的方法。
2 1 1 干燥成膜表面不发粘
普通不饱和聚酯树脂常温固化时, 通常制品表面发粘, 因为不饱和聚酯树脂的固化机理是自由基共聚反应, 自由基的活性决定聚合反应速度进而影响聚合物分子量的大小, 其反应机理如下:
引发剂产生的自由基为R
2 1 2 具有气干性
若在合成不饱和聚酯树脂时, 加入干性油或干性油的不饱和脂肪酸, 那么这样的油或油酸改性的不饱和聚酯树脂就具有了气干性。在固化过程中空气接触的表面就会发生氧化聚合反应, 其反应机理如下:
在干性油或干性油脂肪酸的分子中都有这样的结构:
它们都是不饱和脂肪酸的甘油酯, 分子中含有多个间隔或共轭双键。在空气中氧的作用下, 其双键邻近碳原子上的氢发生夺氢反应, 生成的氢过氧化合物分解成自由基, 引发聚合反应, 这就是干性油和半干性油在空气中自然干燥成膜的道理。用这类油制成的不饱和聚酯树脂就具有了气干性, 所以它们表面不发粘。在树脂生产过程中, 我们将干性油替代部分二元醇引入油类可在催化剂作用下与多元醇发生醇解反应, 其反应式如下:
不同的油类配合不同的催化剂, 控制醇油比及反应条件, 可以得到以二元醇为主的反应产物。
2 2 不饱和聚酯树脂具体配方
2 3 道路标线涂料配制方法
填充料的选择也是非常关键的, 要对其化学成份、物理状态、密度、粘度、吸油值、颗粒大小及成本等几个重要数据加以分析研究, 以达到最佳。
2 31 各组份比例
双组份常温型道路标志涂料主要由以下组份( 重量百分比) 制成, 路漆按100%计。
气干性不饱和聚酯树脂 40%~ 50%
填充料中的百分比
重 钙 15%
石英砂 10%
白云石 5%
钛白粉 15%
硅灰石 5%
立德粉 5%
引发剂( 外加) 4%
促进剂( 外加) 3%
玻璃微珠 5%
2 3 2 配制方法
将各固体份加重钙、石英砂、白云石、钛白粉、硅灰石、立德粉、玻璃微珠, 研磨至细度达200300 目细粉后, 混匀, 并在搅拌下与不饱和树脂再均匀混合, 混和过程中,通过搅拌机无级调速拌和, 然后再经高速剪切机剪切, 加稳定剂再搅而成涂料。最后分为两半。一半加入过氧化甲乙酮引发剂搅匀。引发剂用量对固化速度影响很大,用多了, 反应速度太快, 喷漆困难, 不易控制。此外, 过多的引发剂影响分子链的长度, 使高聚物的平均分子量降低, 力学性能变坏。实践证明, 通常按纯引发剂计, 加入量为树脂重量的1%左右为宜。但是加入量过少, 又使固化时间延长, 影响通车, 在公路上不好用; 另一半加入异辛酸钴促进剂搅匀。当引发剂用量一定时, 其胶凝时间是由加入促进剂量的大小来控制的。当然, 也可以采用固定促进剂的用量, 改变引发剂的用量来调整胶凝时间,本产品就是采用后一种方法, 这方法比较灵活, 易掌握。
引发剂和促进剂与填充料细粉的最佳混合温度为40# 。施工时, 地温越高, 越有利于促进固化反应。
3 生产工艺流程
3 1 小样生产
先在实验室中生产样品。
3 2 涂料生产
按小样生产的最优结果生产。在生产涂料的工艺中, 特别要注意混合料温度的控制及搅拌时间。
4 道路施工
双组份气干性不饱和聚酯树脂道路标线施工就是把工厂生产的无反应型的不饱和聚酯树脂涂料分成两半, 分别参入引发剂和促进剂均匀混合, 用特种设备喷涂于道路上使其产生固化, 划出清晰、明亮、醒目的道路标线。
根据高压气颗粒混合理论, 双组份气干性路漆可以在两股高压气中分散成无数雾状颗粒, 然后通过旋转器混合, 160 MPa 高压喷涂。经过反复实践可以采用美国生产的" 固雷克"双组份喷涂设备进行改装, 原设备是用来喷涂醇酸等其它双组份油漆, 其喷涂的粘度在90 s 以下, 但气干性树脂其粘度在130 s 以上, 所以需进一步改装, 主要是改装来复式螺旋混合器及高压喷嘴, 改装后的设备每小时可施工1 500 m2 以上, 且线型非常美观, 施工简单方便。施工工艺流程如图3 所示。
5 技术性能
本课题研究的该路标涂料, 经交通部工程测试中心测试, 数据如表1, 技术数据比较见表2。成本分析比较( 不包括税率) 见表3。表中明显可见, 使用本产品其经济效果是最好的, 且使用寿命长。使用热熔漆重新刷涂时, 需人工凿除旧漆, 每平方米约需5 元钱左右。同时, 在车辆密集地段人工施工很不安全, 而本漆不必清除旧漆, 可重复覆盖, 既节约投资又安全可靠。本品是无毒无污染型的道路标线涂料, 所以它有很大的社会效益, 很受使用单位欢迎。
6 结语
气干性不饱和聚酯树脂涂料兼容了目前国内溶剂型和热熔型涂料优点, 经交通部工程测试中心测试各项指标均优于其它道路标线产品, 具有很好的经济性、长效性、环保性。划出的线型美观、清晰、明亮、整齐,有很大的社会效益和经济效益。本研究成果已经通过技术鉴定。泉州市公路局已投入批量生产, 将迅速推广应用于公路、城市道路标线的施工中。
