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摘 要: 以六亚甲基二异氰酸酯三聚体(N3400 )为A组分,自制的2 种不同结构位阻胺扩链剂与固体填料、端氨基聚醚D22000、钛白粉、偶联剂KH2550 等为B 组分,按照A、B 组分体积比为1∶3 制备了双组份喷涂型道路标线涂料。讨论了配方中不同扩链剂配比、固体填料类型、D22000及KH2550用量对涂料性能的影响。结果表明,配方体系中扩链剂A 的质量为21份、扩链剂B的质量为15份、D22000的质量为10份、滑石粉的质量为44份、KH2550的质量为015份时,工艺性能完全满足GRACO聚脲喷涂机的要求,涂料的性能指标达到交通部标准的要求。
道路标线(道路交通标线)是道路交通安全设施乃至道路建设的重要组成部分,是引导车辆规范行驶最有效的方式之一。道路标线涂料一般分为溶剂型和热熔型2种。溶剂型道路标线涂料是指在常温下进行施工,靠溶剂挥发成膜的标志涂料,这类涂料一般使用周期短,耐磨性差,干燥时间长。热熔型道路标线涂料是以天然树脂或石油合成树脂为成膜物质,不含溶剂,在常温下为粉块状物质,使用时需加热熔融,涂覆后冷却为粘接在路面上的固体膜层,具有干燥时间短、对路面附着力好、对环境无污染等特点,但热熔型涂料存在施工速度慢、施工条件复杂、旧线更新或改线困难等缺点[ 1, 2 ] 。
喷涂聚脲型道路标线涂料是国外近几年来开发应用的一种新型道路标线材料,它的主要特点是:双组分可喷涂,快速固化,涂料的耐磨性、耐老化性和耐紫外光性能特别优良[ 3 ] ,不含溶剂,与路面的粘结强度高,已成为道路标线材料的发展方
向。本研究开发的喷涂聚脲型道路标线涂料,以脂肪族异氰酸酯为A组份,自制的不同结构位阻胺为B组分的混合扩链剂,其工艺性能完全满足GRACO 喷涂机的要求,涂料的性能指标达到交通部《路面标线涂料》标准( JT/T 280—2004 ) 的
要求。
1 实验部分
1. 1 主要原料
扩链剂A (环状结构位阻胺) ,自制;扩链剂B(链状结构位阻胺) ,自制;端氨基聚醚(D22000) ,工业级,扬州晨化集团;六亚甲基二异氰酸酯三聚体(N3400, HD I三聚体) ,NCO质量分数21.8% ,粘度为170 mPa·s ( 23℃) , 工业级, 德国BAYER; 碳酸钙, 1500 目,工业级,南京欧米亚精细化工有限公司;滑石粉(DY2TC) , 1500目,工业级,海成市合成微细钼石粉厂;空心飘珠, 1500目,工业级,上海格润亚纳米材料有限公司;钛白粉(R2902) ,工业级,美国杜邦;偶联剂(KH2550) ,工业级,郑州祥瑞化工原料有限公司。
1. 2 仪器与设备
SNB22型粘度计,上海尼润智能科技有限公司; LX2D型硬度计,江都市明珠试验机械厂; SF121型高速分散机,江阴市洪腾化工机械有限公司;S150型三辊研磨机,武进市兴业机械设备有限公司; H220 /35 聚脲喷涂机,A∶B = 1∶3,美国GRACO
公司。
1. 3 基本配方和工艺
聚脲标线涂料的基本配方见表1。
1. 3. 1 B组分的制备[ 4～6 ]
将固体填料和钛白粉分别做干燥处理,再按照配比加入扩链剂A和KH2550混合搅拌,经三辊碾磨成均匀膏状后取出,再按配比加入扩链剂B 和D22000,以2500 r /min 高速分散30 min,检验细度小于40μm,合格后出料备用。
1. 3. 2 聚脲标线涂料的制备[ 7 ]
将A组分N3400和制备好的B 组分分别倒入25 kg包装桶中,插入提料泵,设定喷涂机的加热器和管道预热温度为70℃,喷涂压力为12.41MPa,A、B组分体积比为1 ∶3,在涂有脱模剂的玻璃板上进行喷涂,厚度为2 mm,室温熟化12 h后裁取待测
试样。
1. 4 性能测试
拉伸强度和伸长率按GB /T 1701—2001标准测定;撕裂强度按GB /T 20529—1999标准测定;硬度按GB /T 531—1999标准测定; 涂料贮存稳定性按GB /T 6753. 3—1986标准测定;聚脲标线性能按JT/T 280—2004标准测定。
2 结果与讨论
2. 1 扩链剂对标线涂料性能的影响
为考察自制不同结构扩链剂对涂料性能的影响,在配方中其它原料及用量相同的情况下,采用不同质量扩链剂A与扩链剂B进行组合,制备了聚脲标线涂膜材料,其性能结果见表2。
由表2可见,随着体系中扩链剂A 的增加,扩链剂B减少,涂膜的拉伸强度不断提高,硬度也由邵D 60提高到邵D 68;而涂膜的拉伸断裂类型由韧性断裂逐步转变为脆性断裂,这是因为扩链剂A为环状结构,有助于提高材料的刚性,随着其使用量增
加,材料的拉伸强度和硬度不断提高,但柔韧性下降;扩链剂B为链状结构,有助于改善材料的韧性。
根据实验结果,配方中扩链剂A的质量为21份、扩链剂B的质量为15份时可得到较佳性能,道路标线涂料在实际使用中既能有较高的强度,同时也有足够的韧性。
2. 2 填料对标线涂料性能的影响
固体填料在体系中的作用主要是为了填充体积和降低成本,然而它们对体系的粘度特性、喷涂施工性能以及对机械的磨损性能都有着十分明显的影响。在配方中其它原料及用量相同的情况下,改变固体填料类型,分别考察了滑石粉、碳酸钙、空心飘珠等3种固体填料对B 组份贮存稳定性及涂料性能的影响,实验结果见表3。
由表3可以看出,尽管由空心飘珠组成的B组份体系的粘度特别低,有利于喷涂施工,但由于它的比重特别小,极易漂浮在体系的上层,不利于均匀混合,并使涂层表面暗淡且无光泽,影响外观。另外发现漂珠体系对喷涂机的机械磨损较严重,这是由于漂珠微粒结构刚硬且表面粗糙所致。碳酸钙在体系中具有良好的贮存稳定性,涂料表面色度和光泽度也较好,但由于碳酸钙的增粘特性明显,故由它配制的体系粘度偏高,达到了1650 mPa·s ( 30℃) ,不利于喷涂施工。滑石粉在体系中有良好的相容性,贮存稳定,体系的粘度为1150 mPa·s ( 30℃) ,并且涂层的光泽度极好。因此,该体系特别适合于机械喷涂,并且对机械的磨损也明显较小。因此综合比较,滑石粉体系更适合于用作聚脲型道路标线涂料。
2. 3 D22000对标线涂料不沾胎干燥时间的影响
根据JT/T 280—2004标准,道路标线涂料的不粘胎干燥时间是指涂料从涂布到固化后不再粘附轮胎的最短时间,它对于道路标线涂料是一个相当重要的指标,标准要求在35 min以内。由于脂肪族异氰酸酯的反应活性很低,并且自制的扩链剂A和扩链剂B都含有位阻基团,因此单纯使用该体系其固化速度非常缓慢。在目前通用的端氨基聚醚当中, D22000具有相对适中的活性,可调范围较宽,因此本实验选用D22000来调节凝胶和固化速度,并相应调节滑石粉的用量以满足配方要求,实验结果见表4。
由表4可见,随着D22000加入量的增加,不沾胎干燥时间减小,硬度变小,这是因为随着伯胺基含量的提高,反应速度显著提高,同时柔性长链的增加导致了硬度降低。D22000的质量在10～20份之间时满足标准要求。但在实际应用中也并非不粘胎干燥时间越短越好,因为凝胶和固化速度过快,会使得涂料对道路基面的浸润不足,从而影响涂料与路面的粘结力;另外,在制作反光道路标线时,如果固化速度过快,就不能保证面撒的玻璃微珠在涂料表面有足够的沉降,也会影响涂料对反光玻璃微珠的粘结。因此,选择D22000的质量为10份比较适合。
2. 4 偶联剂KH2550对标线涂料强度的影响
偶联剂可改善无机填料与有机合成树脂之间的极性差别,提高两者的相容性,从而明显提高合成材料的物理性能。因此,本实验在扩链剂A的质量为21份、扩链剂B 的质量为15 份、D22000 的质量为10份、滑石粉的质量为44份的条件下,加入0～110份的偶联剂KH2550,考察不同质量偶联剂对标线涂料拉伸强度的影响,结果见图1。
由图1可见, KH2550的质量在0～0.5份之间变化时,涂膜的拉伸强度呈线性增加,当质量超过015份时,其强度则开始下降。这是因为偶联剂的加入降低了填料和树脂基体之间的极性差别,改善了两相的界面粘接性,从而提高了填料在基体中的分散性;但当填料表面被过多的偶联剂充分包裹后,多余的偶联剂分子便聚集在填料表面形成多分子层,起到了增塑剂的作用,反而降低了材料的性能。因此,偶联剂KH2550 的质量为0.5 份时可达到较好的性能。
2. 5 喷涂聚脲型道路标线涂料的综合性能指标
根据实验结果,表1配方中扩链剂A的质量为21份、扩链剂B 的质量为15 份、D22000 的质量为10份、滑石粉的质量为44份、KH2550的质量为0.5份时,其A、B组分及制备的标线涂料的性能指标见表5。
由表5可以看出,双组分聚脲道路标线涂料性能指标均满足JT/T 280—2004《路面标线涂料》双组份涂料要求,耐磨性远高于标准要求。因此,聚脲所具有的优异性能完全适合道路对标线涂料日益增高的要求。
3 结论
(1)配方体系中扩链剂A的质量为21份、扩链剂B的质量为15份时可使道路标线涂料在实际使用中既能有较高的强度,同时也有足够的韧性。
(2)滑石粉比碳酸钙和空心漂珠等有明显突出的优点,滑石粉体系更适合于用作聚脲型道路标线涂料。
( 3)当D22000的用量为10份时,不粘胎干燥时间达到25 min,满足施工要求。
(4)在标线涂料体系中加入偶联剂KH2550,可以明显改善涂料的物理性能,最佳用量为015份。
(5)聚脲作为标线涂料完全适合道路对标线涂料的要求。
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