道路标线涂料的研究进展

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1、道路标线涂料的研究进展道路标线涂料的研究进展0 0 前前言言道路标线涂料亦称路标涂料用于规范道路交通，含有反光材料的道路标线涂 料还能够指引司机的夜间行车。我国道路标线涂料的研制始于20 世纪 70 年 代1,随着我国交通行业的日益发展，高速公路建设的不断增加，对道路标线的 需求也越来越多。因此，道路标线涂料的研究不仅具有科学意义和经济价值，还具 有广阔的应用前景。对于道路标线涂料的要求首先是具有耐候性、耐车辆冲击性， 其次要求干燥时间短、能见度高。道路标线涂料一般分为溶剂型和热熔型两种。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，其成膜物质多采用热塑性合成树脂，如 氯

2、化橡胶、丙烯酸酯树脂、聚醋酸乙烯酯、环氧树脂和聚氨酯等。而这类涂料一般 使用期短，耐磨性差，干燥时间长，在公路和高速公路上较少使用。热熔型道路标 线涂料是以天然树脂或石油树脂合成材料为成膜物质，固体成分高100， 其常温下为粉块状物质，加热熔化为流动状态的液体，涂覆后冷却为粘接在路面上 的固体膜层。它具有干燥时间短，对路面附着力好，耐候性、耐久性好、对环境无 污染等特点 2。热熔型道路标线涂料主要用于2 级以上的公路和高速公路上 ，涂层厚度为1525 mm，涂料内混有反光玻璃珠，并在划线施工时面撒反 光玻璃珠 3。20 世纪 90 年代后，大多数国家由于环保意识的增强及对有害溶 剂的限制使用，

3、使得道路标线进入了新的发展时期，主要方向：具有鲜明的视认效 果，优异的夜间反光效果，涂层干燥快，与路面附着力强，耐候性好，经久耐磨， 对环境污染少以及有抗滑功能等1。近年来，相继出现了一些新型的道路标线 涂料，其中包括双组分道路标线涂料、水性道路标线涂料、振荡型道路标线涂料以 及纳米道路标线涂料等。1 1 热热熔熔型型道道路路标标线线涂涂料料11 概述热熔型道路标线涂料是利用合成树脂的热塑性，使热熔型涂料具有快干性； 利用合成树脂的热熔性，使标线与路面粘接牢固。热熔型反光道路标线涂料一般由 热塑性树脂、颜填料、增塑剂、反光材料以及其它助剂组成。12 热塑性树脂的选择热熔型道路标线涂料是利用合成

4、树脂热塑性的特点，将涂料加热熔融，施涂 于道路上，冷却成膜，使标线与路面牢固粘接4。可选用的合成树脂有：松 香及其衍生物改性树脂、石油树脂、聚酯树脂等5。国外一般选用石油树脂 作为成膜物质，而我国松香资源丰富，选用改性松香树脂来配制道路标线涂料符合 我国的国情 5。改性松香树脂是用马来酸酐和多元醇对松香进行改性的。松香与马来酸 酐反应属于双烯加成反应， 是对于松香中双键的改性。与松香相比，马来松香 增加了分子的官能团，具有较高的软化点、酸值和皂化值。多元醇与松香发生酯化 反应，可降低松香的酸值，提高其软化点并改善其热稳定性6。13 颜料的选择道路标线涂料对于颜料的要求是能够耐高温、遮盖力强、色

5、彩鲜明。道路标 线有白色和黄色两种，其中以白色居多。白色颜料有二氧化钛、氧化锌、锌 钡白等。黄色颜料有铬黄、钛黄等 7。14 填料的选择填料可减少涂层的收缩，防止回粘 ，提高涂料的耐热性、耐磨性和粘接强 度等。可选用硫酸钡、滑石粉、硅石粉、碳酸钙等。15 增塑剂的选择增塑剂可以改进涂料的脆性，提高其抗冲击强度和伸长率。道路标线涂料对 增塑剂的要求是常温时是液体(也有一部分是固体)，高温时挥发较少，稳定性 好，应无毒，具有较好的耐热性、耐寒性且与热塑性树脂相容性好5。16 反光材料的选择道路标线涂料是用玻璃微珠作为反光材料的，是将玻璃微珠混入到涂料中以 及撒布在涂膜表面，利用玻璃微珠的回归反射原

6、理，使司机在夜间行车时能够清晰 地看见道路标线。影响玻璃微珠反光性能的因素有玻璃微珠的折射率和成圆率。一 般来说，玻璃微珠的折射率越高、成圆率越圆，标线的夜间反光效果越好8。 但成圆率太高会使反射增强，对司机视觉刺激大，因而也需要少量的不规则微珠， 产生漫反射。因此，要选择适当规格的玻璃微珠。值得注意的是，涂膜表面玻璃微珠的位置要适当，以半嵌入、半露出为好。玻 璃微珠浮在涂料上，不仅易脱落而且会透光，玻璃微珠沉在涂料内则无反射光8 。17 国内外研究状况热熔型道路标线涂料是20 世纪 50 年代中期在欧洲开发成功的，发展初期 多用于市区繁忙路段，由于其线型美观、经久耐用等优点，很快在欧洲发展起

7、来9。 美国生产的E-1102 路标涂料，以石油树脂为成膜物质，添加颜填料、增塑剂 、钛白粉等。 Toyo Tatuo 等人申请了热熔型路标涂料的专利，以石油树脂作为 成膜物质，添加了30-60的玻璃微珠，其中乙烯一乙烯基共聚物可以改善 涂料的耐磨性 10。Toyama Nuchi 等人以松香与环戊二烯的加成物作为成膜物 质，其酸值达到16mgKOHg，软化点为150 11。我国是在 20 世纪 90 年代后才开始使用热熔型道路标线涂料的。张招贵 等人制 备了以马来松香、松香甘油酯为成膜物质的路标涂料，添加了硅石粉、钛 白粉、环氧米糠油、有机硅改性烯树脂、玻璃微珠 12。孙凌峰以马来松香、 马

8、来松香季戊四醇酯为粘接剂，添加少量的C16、C18 高级脂肪酸，然后与颜 填料、玻璃珠等加热混合可以维持预定的粘度，由此形成的标线涂料具有较高的粘 接强度和硬度 13。谷晓 玲研制 的醇酸松香改性反光道路标志涂料，以醇酸树 脂与松香改性树脂复配作为主要成膜物，再添加颜填料、反光材料以及助剂等 制备而成，其技术指标达到并超过美国、日本的标准14。2 2 双双组组分分道道路路标标线线涂涂料料21概述双组分道路标线涂料是指由两种或两种以上不同的组分以一定比例混合，涂覆 在路面上并发生化学反应而固化交联15成膜。双组分道路标线涂料增加了涂 膜的致密性，提高了机械强度和柔韧性，并且对水泥和沥青路面都有良

9、好的附着力 ，使用期长，在低温下不易开裂、高温下不易变形。常见的双组分道路标线涂料大 多以环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸等为成膜物质。22 丙烯酸类双组分 道路标线涂料 3丙烯酸类双组分 道路标线涂料是以反应性丙烯酸单体或低分子反应性丙 烯酸树脂作为预粘接剂，并配以颜填料组合成一种组分，另一组分是交联剂，两组分在划线工具的喷头处喷出，经固化后有良好的硬度和机械强度，可在常温下施工 。23 聚氨酯类双组分 道路标线涂料这类涂料通常是先由异氰酸酯与端羟基的化合物反应，得到以NCO 为端 基的 柔基体作为甲组分，然后选择一种或数种端羟基树脂组成乙组分，使用前混 合，然后施工。颜料，助剂，催化剂全部放在乙组

10、分中。涂膜有良好的机械性能和 耐磨性。24 气干性不饱和聚酯类道路标线涂料16气干性不饱和聚酯类道路标线涂料是利用气干性的不饱和聚酯树脂与引发剂 、促进剂反应而固化成膜的，在施工时不饱和聚酯树脂涂料分成两部分，主体基料 中加入促进剂，引发剂作为另一组分，然后用特种设备喷涂在道路上使其产生固化 ，可划出清晰、醒目的标线。25 国内外研究状况 15 在欧洲、北美等地，双组分道路标线涂料的发展较快，总体市场占有率已达 到 10以上。其中瑞士已达90，德国达到20，美国为10左右。我国 曾在 20 世纪 70 年代大量使用过环氧树脂来制作道路标线材料，由于当时设备开 发跟不上标线产品的步伐，同时施工工

11、艺也不是很成熟，使用时遇到诸多无法解决 的问题，最后不得不退出了标线市场。进入 21 世纪，我国公路建设飞速发展 ，对标线材料需求量急剧增加，标线材料在功能、品种方面都得到了广泛的发展。 以活性丙烯酸树脂为基料的双组分道路标线涂料具有优良的附着力和韧性，同时干 结迅速，有效寿命(持续反光性能 )长。3 3 水水性性道道路路标标线线涂涂料料31 概述 水性道路标线涂料是作为溶剂型道路标线涂料的替代品而出现的，它的 VOC 值(有机溶剂排放量 )较低 17。其特殊优点在于它以水为溶剂，因而可以实 现“清洁生产 ”，对环境无污染，符合环保的要求，是未来道路标线涂料的发展 主流。水性道路标线涂料的基料

12、具有多样性，既可以是环氧-丙烯酸复合胶乳 ，也可以是有机硅改性丙烯酸复合胶乳，甚至是无机物和聚合物的胶体，即二氧化 硅-丙烯酸复合胶乳 18。水性道路标线涂料用树脂一般是应用乳液聚合法合成 的。目前，水性道路标线涂料在我国推广应用还较少，需要解决一些问题以更好的 完善其性能：(1)乳化剂的用量 19 在合成水性道路标线涂料用树脂时，乳化剂的用量是乳液聚合成败的关键。当 乳化剂用量过小时，易发生凝胶现象，使乳液中存在着较粗的颗粒，导致乳液质量 不佳；当增大乳化剂用量时，这一现象得以改善，但是涂料干后在水中浸泡易起泡 ，耐水性不佳。因此，要选择合适的乳化剂用量。(2)提高耐水性涂膜经过水的长期浸泡

13、，基料溶胀会使体积膨胀，从而在路面与涂膜的界面 上产生应力，当应力大到一定程度时，涂膜就会从路面上剥落。一般高速公路的路 面均设有一层透水层，雨后，标线一般不会受浸泡，所以影响不大。但城市道路是 靠水沟排水的，如果水沟排水不良，标线就会被雨水浸泡，涂膜会起泡、脱落。所 以，水性标线涂料用在城市道路时，要有相应的对策18,20。(3)水性道路标线涂料的贮存水性道路标线涂料在存放的过程中会变稠，因此要找到合适的方法易于涂料 的贮存 18。32 国内外研究状况在 20 世纪 80 年代中期，国外 应用纯丙乳液 制备道路标线涂料，以保护环 境。但是，早期水性道路标线涂料存在很大问题，此类产品干结速度较

14、慢，易遭受 雨水而被冲刷掉。20 世纪 90 年代早期，以100纯丙烯酸为粘结剂的第二代 水性道路标线涂料，改进了涂料与水泥路面的附着力，同时也改进了对玻璃珠的束 缚锚定，提高了水性道路标线涂料雨夜情况下的可视性17。在国内，戴飞 等人以环氧树脂改性丙烯酸树脂乳液为基料，OP-10 和十二烷基苯磺酸钠为复 合乳化剂，再配以硅溶胶、金红石型钛白粉、轻质碳酸钙、滑石粉，二氧化硅粉填 料及其它助剂经分散混合制得水性标线涂料19。目前，水性道路标线涂料在我国尚处在开发、试用阶段。随着环保意识的增 强，水性道路标线涂料将成为道路标线涂料的主流。参参考考文文献献 l 杜玲玲提高道路标线涂料质量的关键问题J

15、公路交通科技，2003，2 0(1)：153-155 2 刘呈焰 热熔型道路反光标志涂料J云南化工， 1998(2)： 6372 3 杜玲玲我国道路标线涂料的需求和发展J中国涂料， 2003(2)：6265 4 邢波，葛书芳高速公路热熔型标线施工的关键技术J公路交通科技，1 999，16(1)：4244 5 王兴凤低 粘度高耐候 热熔型改性松香路标涂料J涂料工业， 1996，8 (5)：1213 6 李辉，哈成勇松香改性的研究进展J天然产物与开发，2003，15(6) ：552558 7 孟庆翰热塑性反光道路标线涂料J涂料工业， 2000 (2)： 3137 8 郑家军；杜利民道路标线反光原理

16、与玻璃微珠的合理应用J山西交通 科技， 2004(5)：75-77 9 杜玲玲，李兴仁国外道路标线材料的发展趋势J公路交通科技，200 0，17(16)：64-66 1O TogoTatsuo，HirotaHotmelt Roadmarking PaintJP：07179787 ，1995 11 Toyama Nichi，Ogoshi Noboru，et a1 Resin Composition for Ho t Welding Type Road Marking PaintJP：58 1 83760，1983 12 张招贵，黄精美，康冬华 改性松香路标用涂料的研制J南昌大学学报 ，2000(3)：274277 13 孙凌峰以松香为原料制备道路反光标线涂料J林产化工通讯，1995 (4)：