聚氨酯涂料在彩色防滑路面中的應(yīng)用研究

石金亨，劉 莉，邱欽標(biāo)

(廣州吉必盛科技實業(yè)有限公司，廣東 廣州 510663)

彩色防滑路面在歐美及日本等發(fā)達(dá)國家已得到廣泛應(yīng)用。倫敦早在1967年就對發(fā)生過嚴(yán)重交通事故的5個地段鋪裝防滑涂層，1年后交通事故減少51.1%，潮濕路面減少67%。日本將調(diào)整公路收費站路面鋪成藍(lán)色防滑涂層，提醒司機減速，便于車輛在收費站口剎車停穩(wěn)。中國自2004年開始引進國外彩色防滑涂料鋪裝防滑涂層，此后陸續(xù)采用進口及國產(chǎn)樹脂配制彩色防滑涂料，將防滑涂層逐步應(yīng)用到城市道路、人行天橋、廣場、坡道、隧道進出口和內(nèi)彎道、收費站、技術(shù)或等級指標(biāo)發(fā)生突變的路段以及高速公路行車道、減速帶和緊急停車帶等場合。為規(guī)范防滑涂料的生產(chǎn)、中國目前已制定《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》(GB5768-2009)、《路面標(biāo)線涂料》(JT/T280-2004)、《路面防滑涂料》(JT/T712-2008)等規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。

彩色防滑路面材料主要由彩色樹脂涂料和陶瓷顆粒組成，其路用性能和壽命主要取決于彩色樹脂涂料的品質(zhì)和施工質(zhì)量。彩色樹脂涂料按其材料類別可分為丙烯酸型、環(huán)氧樹脂型和聚氨酯樹脂型三類[1]。丙烯酸型具有易燃性、腐蝕性和強刺激性，施工過程中對人體的皮膚、眼睛和呼吸道有強烈的刺激作用，而且，滲透性及附著力差，需要增加罩面工序，導(dǎo)致防滑性不好；環(huán)氧樹脂型具有良好的力學(xué)性能，附著力強，工藝性好，但其耐熱性、耐疲勞性較差；聚氨酯樹脂型具有良好的力學(xué)性能、抗沖擊力強、良好的韌性、可調(diào)節(jié)性、粘合工藝簡便、極佳的耐低溫性能以及優(yōu)良的穩(wěn)定性，但附著力不如環(huán)氧樹脂。按其施工工藝的不同，可分為熱熔型和冷涂型兩種。熱熔型產(chǎn)品由于施工工藝較為麻煩，質(zhì)量不大可靠，目前已經(jīng)不再使用。冷涂型產(chǎn)品由A、B組分按照一定比例混合均勻后，用帶齒刮刀刮涂方式鋪裝路面，在刮涂的同時撒滿防滑骨料(將漆面鋪滿)，固化后形成具有一定強度的防滑路面。

樹脂涂料的性能直接影響著彩色防滑路面的路用性能和壽命，而多元醇性能直接關(guān)系著聚氨酯涂料的性能，因此，本文研究了多元醇性能對聚氨酯涂料與水泥砼粘接強度的影響，并對比了三大類樹脂涂料的性能。

1 實驗內(nèi)容及方法

1.1 主要原料及規(guī)格

多元醇Sovermol 1140、Sovermol 908、Sovermol 818、Sovermol 810、Sovermol 815、Sovermol 1106、Sovermol 1102，工業(yè)級，巴斯夫；改性蓖麻油多元醇A4812、AN2020、AN2010、AP-10、AP11，工業(yè)級，上海精日新材料科技有限公司；聚醚三元醇MN-1000，工業(yè)級，山東藍(lán)星東大有限公司； 重質(zhì)碳酸鈣(800目)，工業(yè)級，廣西鑫鈣礦業(yè)有限公司；硅烷偶聯(lián)劑KH-560，工業(yè)級，湖北新藍(lán)天新材料股份有限公司；多苯基多亞甲基多異氰酸酯PM-200，工業(yè)級，萬華化學(xué)集團股份有限公司；各種助劑(消泡劑、防沉降劑等)，工業(yè)級，國產(chǎn)；丙烯酸類涂料，雙洲牌，長沙雙洲防腐材料有限公司；聚氨酯類涂料，CR-351，廣州吉必盛科技實業(yè)有限公司；環(huán)氧類涂料，EP-402，廣州吉必盛科技實業(yè)有限公司。

1.2 雙組份聚氨酯膠黏劑的制備

將多元醇、填料等加入500 ml四口燒瓶中，加熱至120 ℃減壓脫水處理3 h，降溫至50～70 ℃，加入一定量的消泡劑、防沉降劑等助劑，提高攪拌速度，混合均勻。即可制得聚氨酯膠黏劑的A組分。按R值計算得A組分完全固化所需要的異氰酸酯(B組分)的質(zhì)量，將稱量所得的B組分加入至A組分中，攪拌使其混合均勻，即可使用。

1.3 性能測試

水泥砼粘接強度測試按GB/T 16777-2008的方法進行。

粘接強度測試: 水泥砼尺寸(70×70×20)mm，用樹脂涂料將拉伸用上夾具與涂料面粘貼在一起，小心地除去周圍溢出的涂料，在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下水平放置養(yǎng)護24 h。然后沿上夾具邊緣一圈用刀切割涂膜至基層，使試驗面積為(40×40)mm，按GB/T 16777-2008測試粘接強度。

2 結(jié)果與討論

2.1 多元醇種類對水泥砼粘接強度的影響

結(jié)果分析：由表1可知，聚酯多元醇對水泥砼的粘接強度強于聚醚多元醇，這是因為酯鍵所形成的內(nèi)聚力強于醚鍵；芳香族聚酯多元醇對水泥砼的粘接強度強于脂肪族聚酯多元醇，這是因為芳香族聚酯多元醇含苯環(huán)，比脂肪族聚酯多元醇的內(nèi)聚力更大，粘接強度更強[2]。

表1 多元醇種類對水泥砼粘接強度的影響Table 1 Effect of type of polyols on bonding strength of cement concrete

2.2 多元醇官能度對水泥砼粘接強度的影響

結(jié)果分析：由圖1可知，隨著多元醇官能度的增大，聚氨酯涂料對水泥砼的粘接強度增大，這是因為多元醇官能度越大，越容易反應(yīng)形成體型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，交聯(lián)密度越大，制備的聚氨酯涂料其結(jié)構(gòu)越緊密，內(nèi)聚力越強，粘接強度越大。官能度為2的多元醇對水泥砼的粘接強度最低，因為其制得的產(chǎn)物是線性的，反應(yīng)形成交聯(lián)密度低，粘接力小[3]。

圖1 多元醇官能度對水泥砼粘接強度的影響Fig.1 Effect of functionality of polyols on bonding strength of cement concrete

2.3 多元醇羥基值對水泥砼粘接強度的影響

結(jié)果分析：由圖2可知，在羥基值(45～210 mgKOH/g)范圍內(nèi)，聚氨酯涂料對水泥砼的粘接強度隨著羥基值的增大而增強。這是因為隨著羥基值增大，所需要的異氰酸酯用量就越多，聚氨酯結(jié)構(gòu)中所含的硬段就越大，極性基團含量越多，分子間作用力增強，即提高了聚氨酯在水泥砼表面的潤濕性能，又增加了聚氨酯本身的內(nèi)聚力，故對水泥砼的粘接強度就越強[4]。

圖2 多元醇羥基值對水泥砼粘接強度的影響Fig.2 Effect of hydroxyl value of polyols on bonding strength of cement concrete

2.4 多元醇粘度對水泥砼粘接強度的影響

結(jié)果分析：由圖3可知，多元醇粘度對水泥砼的粘接強度有著很大影響，隨著多元醇粘度增大，水泥砼的粘接強度是先增強，后趨于平穩(wěn)。這是因為多元醇粘度過低時，聚氨酯涂料涂布在水泥砼上時，多元醇很容易滲透到多孔的水泥砼內(nèi)部，導(dǎo)致水泥砼表面只剩下聚氨酯涂料的粉體，從而嚴(yán)重影響對水泥砼的粘接強度。當(dāng)多元醇粘度在900 MPa·s(25℃)以上時，多元醇基本不再滲透到水泥砼內(nèi)部，對水泥砼的粘接強度也大幅度增強。

圖3 多元醇粘度對水泥砼粘接強度的影響Fig.3 Effect of viscosity of polyols on bonding strength of cement concrete

2.5 丙烯酸類涂料、聚氨酯類涂料和環(huán)氧類涂料性能對比

結(jié)果分析：由表2可知，丙烯酸類涂料粘度低，導(dǎo)致容易分層，附著力弱，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)JT/T 712-2008對基料附著性要求(≤4級)，因而，在彩色防滑路面中使用時，需要增加罩面工序。不過不粘胎干燥時間短，縮短封路時間。環(huán)氧類涂料附著力強，達(dá)到1級，不過耐低溫性能差，涂層出現(xiàn)了裂紋。聚氨酯類涂料耐低溫性能最好，附著力也強，在這三大類涂料中，綜合性能最好。

表2 丙烯酸類涂料、聚氨酯類涂料和環(huán)氧類涂料性能對比Table 2 Comparison of properties of acrylic coatings，polyurethane coatings and epoxy coatings

3 結(jié) 論

(1)聚酯多元醇的粘接強度強于聚醚多元醇，芳香族聚酯多元醇的粘接強度強于脂肪族聚酯多元醇。

(2)同一多元醇種類時，隨著多元醇官能度的增大，聚氨酯涂料對水泥砼的粘接強度增大。

(3)在一定羥基值范圍內(nèi)，聚氨酯涂料對水泥砼的粘接強度隨著羥基值的增大而增強。

(4)多元醇粘度對水泥砼的粘接強度有著很大影響，隨著多元醇粘度增大，水泥砼的粘接強度是先增強，后趨于平穩(wěn)。

(5)丙烯酸類涂料粘度低，附著力弱，初固時間短；環(huán)氧類涂料附著力強，耐低溫性能差；聚氨酯類涂料附著力強，耐低溫性能好，綜合性能最好。