道路交通標(biāo)線涂料研究范文

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摘要：概述了道路交通標(biāo)線的起源以及標(biāo)線在公路中的作用；分析了國(guó)內(nèi)外道路交通標(biāo)線所使用涂料的發(fā)展?fàn)顩r；展望了道路交通標(biāo)線涂料未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：道路；交通；標(biāo)線；涂料

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，在道路事業(yè)和車輛產(chǎn)業(yè)取得突飛猛進(jìn)的同時(shí)，道路交通標(biāo)線在引導(dǎo)、管制和警告交通參與者中的作用日益顯著[1]。在眾多的道路標(biāo)線材料中，涂料憑借其易涂覆于道路表面，并能以薄膜的形式牢固地附udh在路面等優(yōu)勢(shì)，被視為最具潛力的路面標(biāo)線材料。美國(guó)俄亥俄州于1924年首次將涂料應(yīng)用于道路交通標(biāo)線來(lái)規(guī)范交通秩序。隨后道路交通標(biāo)線涂料在種類、性能和施工工藝等方面取得了質(zhì)的飛躍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年各種標(biāo)線涂料的使用量約15萬(wàn)t左右，這就使得道路交通標(biāo)線涂料市場(chǎng)始終保持強(qiáng)勁的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。道路交通標(biāo)線涂料經(jīng)歷了從由單一性到多樣性、從溶劑型到環(huán)保型、從單功能到多功能的發(fā)展。目前道路交通標(biāo)線涂料大體分為：溶劑型涂料、熱熔型涂料、雙組份涂料和水性涂料。且隨著生態(tài)文明建設(shè)腳步的加快，溶劑型和熱熔型正逐漸退出道路標(biāo)線涂料的舞臺(tái)，而環(huán)保型水性涂料逐漸成為道路標(biāo)線涂料的主流，其中最典型的案例就是美國(guó)北卡羅來(lái)納環(huán)保型水性標(biāo)線涂料的使用量占總道路交通標(biāo)線里程數(shù)的80％以上[2]。

1國(guó)內(nèi)外公路交通標(biāo)線涂料的發(fā)展

道路交通標(biāo)線涂料不僅是公路的安全標(biāo)記，同時(shí)也是公路的特殊語(yǔ)言，其質(zhì)量的優(yōu)劣不僅影響交通安全，同時(shí)還會(huì)增加道路的維護(hù)成本。因此，道路標(biāo)線涂料的選擇必須參照J(rèn)T/T280—2004《路面標(biāo)線涂料》(如表1所示)和道路標(biāo)線涂料的性能指標(biāo)要求[3]。而道路標(biāo)線涂料的性能指標(biāo)為：①可識(shí)別度高；②反光性能優(yōu)異；③干燥時(shí)間短；④附著力強(qiáng)；⑤使用壽命長(zhǎng)；⑥耐磨、耐候、耐腐蝕，抗污染、抗變色；⑦原料環(huán)保、成本低。

1.1水性道路交通標(biāo)線涂料

水性道路交通標(biāo)線不僅具有較強(qiáng)的全天候可視性、穩(wěn)定性、粘結(jié)性、耐磨性和防滑安全性，而且還有較長(zhǎng)的使用壽命（是熱熔型涂料的2~3倍）、簡(jiǎn)單的施工工藝、優(yōu)異的重涂性、較低的維護(hù)成本以及友好的施工環(huán)境[4-6]。隨著生態(tài)文明意識(shí)的增強(qiáng)，環(huán)境友好型水性道路交通標(biāo)線涂料已成為道路交通標(biāo)線領(lǐng)域里的“新寵”[7-8]。20世紀(jì)90年代，陶氏公司成功研制出了快干型水性丙烯酸涂料，其特點(diǎn)是不粘胎、干燥時(shí)間較短、抗水損能力強(qiáng)。后期針對(duì)瀝青路面和混凝土路面涂料黏結(jié)性差、潤(rùn)濕性差以及耐候性差等問(wèn)題，陶氏化學(xué)公司研制出性能優(yōu)異的快馳克TM（FASTRACKTM）產(chǎn)品[9]。而德國(guó)PLASTIROUTE公司的水性標(biāo)線涂料憑借其防滑性、柔韌性及耐磨性均較強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期占據(jù)水性標(biāo)線涂料市場(chǎng)的冠軍寶座。分析該類水性涂料與國(guó)產(chǎn)熱熔型涂料和溶劑型涂料的性能如表2所示[10]。雖然國(guó)內(nèi)水性道路交通標(biāo)線涂料已部分試驗(yàn)性的投入城市道路、高速公路和機(jī)場(chǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施中，短期使用效果甚佳，但后期逐漸暴露出使用壽命短、易腐蝕破壞、易粘臟、環(huán)境適應(yīng)性差以及干燥耗時(shí)等問(wèn)題。為突破國(guó)內(nèi)水性標(biāo)線涂料在使用中遇到的瓶頸，董立志等[11]將快干型純丙烯酸酯共聚物乳液和水性氟碳乳液進(jìn)行復(fù)配，并將納米填料（如納米二氧化硅）摻雜到復(fù)合物中進(jìn)而制備出附著力強(qiáng)、耐候性、耐沾污性和耐磨性優(yōu)異的水性反光型路標(biāo)涂料；梁哲等[12]巧妙利用堿溶型固體丙烯酸樹(shù)脂易溶于氨水這一特性，配制出了純丙烯酸樹(shù)脂乳液，并對(duì)水性丙烯酸樹(shù)脂分子的親水基（羧基）做特殊改性，成功制得了附著力和耐水性等滿足常規(guī)溶劑型丙烯酸樹(shù)脂涂料標(biāo)準(zhǔn)的水性路標(biāo)涂料，其反應(yīng)過(guò)程如圖1所示。吳明江等[13]以聚己二酸丁二醇酯二醇（PBA）、二羥甲基丙酸（DMPA）和甲苯二異氰酸酯（TDI）等為主要原料，通過(guò)預(yù)聚體法制備出了不僅對(duì)水具有較好的分散性，而且還能牢牢附著于路面、干燥快速以及抗沖壓強(qiáng)的單組分水性聚氨酯樹(shù)脂；孫道興等[14]利用硅烷偶聯(lián)劑改性的水性聚氨酯彈性樹(shù)脂2344和納米二氧化硅、功能多胺聚合物、顏填料和助劑復(fù)配時(shí)可自交聯(lián)的特點(diǎn)，成功制得了干燥速度快、耐磨、耐水、耐老化和抗紫外線粉化等特性的環(huán)保型道路標(biāo)線涂料；肖龍等[15]利用硅烷偶聯(lián)劑制備的無(wú)機(jī)材料化學(xué)接枝改性丙烯酸樹(shù)脂的有機(jī)－無(wú)機(jī)納米復(fù)合乳液，制備出了性能優(yōu)異的道路標(biāo)線涂料，其磨損實(shí)驗(yàn)測(cè)試質(zhì)量損失約為13.5mg，耐磨性能遠(yuǎn)超水性路標(biāo)涂料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，且較市售同類產(chǎn)品的耐磨性能提高了73%。2013年陜西世紀(jì)交通工程股份有限公司自主研發(fā)出了一種無(wú)毒、高固含量和重涂性優(yōu)異的納米載體雙組分甲基丙烯酸甲酯（MMA）反光環(huán)境友好型涂料，并在瀝青和水泥路面實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的性能[10]。

1.2熱熔型道路交通標(biāo)線涂料

熱熔型道路交通標(biāo)線涂料具有超速干（一般3～5min）、耐久、耐磨性優(yōu)異、夜間反光度好等特點(diǎn)。一般用于新修高速公路、公路特殊路段和危險(xiǎn)路段以及路面平整度要求不嚴(yán)格路段的標(biāo)線[16-19]。熱熔型道路交通標(biāo)線涂料的歷史可追溯至1985年，我國(guó)研制出了以石油樹(shù)脂和植物礦物油為主要原料的熱塑型標(biāo)線涂料，其特點(diǎn)是膜厚1.5～2.5mm，不僅能增加膜的耐磨性，還能延長(zhǎng)道路標(biāo)線的使用壽命。該類涂料的研發(fā)成功打破了國(guó)內(nèi)只有溶劑型標(biāo)線涂料的歷史。近年來(lái)，由于化工行業(yè)的快速發(fā)展，使得各種化合物單體生產(chǎn)技術(shù)日益工業(yè)化，其中最典型的就是丙烯酸的工業(yè)化以及丙烯酸單體改性合成耐候性優(yōu)異樹(shù)脂涂料技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，無(wú)疑為標(biāo)線涂料家族又添一新成員[20]。與此同時(shí)，科研人員通過(guò)改性熱熔型涂料來(lái)增強(qiáng)道路標(biāo)線的各項(xiàng)指標(biāo)，其中張薇等[21]利用熱塑性彈性體乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）來(lái)改性熱熔型道路標(biāo)線涂料，并研究了熱熔型道路標(biāo)線涂料的配方和工藝對(duì)標(biāo)線涂料性能的影響，總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)涂料的選用具有參考性的意義；趙嬌嬌等[22]以改性松香樹(shù)脂、350-1醇酸樹(shù)脂和VA900型EVA樹(shù)脂為成膜物質(zhì)，并填加顏料、助劑和玻璃微珠制備了熱熔型路標(biāo)涂料。結(jié)果表明：該標(biāo)線涂料具有干燥效率高、反光性能好、耐磨擦性高等性能。而美國(guó)在1958年首次使用了熱熔型標(biāo)線涂料，并表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，使得越來(lái)越多國(guó)家的公路標(biāo)線開(kāi)始使用該類涂料[23-25]。但是該類涂料受晝夜溫差影響較大，易發(fā)生變脆、開(kāi)裂和過(guò)流等問(wèn)題，致使研究人員開(kāi)始從涂料配方出發(fā)來(lái)研制滿足不同環(huán)境條件的標(biāo)線涂料[26-28]。其中MirabediniS.M.等[25]通過(guò)混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化標(biāo)線涂料配方的方法來(lái)改善道路標(biāo)線涂料的性能，結(jié)果表明：混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法科學(xué)地提供了性能優(yōu)異的熱熔型道路標(biāo)線涂料配方。同時(shí)國(guó)外還發(fā)明了一種將冷用熱塑型涂層先在工廠預(yù)制成片，施工時(shí)，將其粘壓在路面上的反光膠帶[20]。熱熔涂料不僅存在單位涂敷面積造價(jià)高，還存在施工效率低和能源消耗高等問(wèn)題，另外在交通流量小，服役時(shí)間較長(zhǎng)、已經(jīng)老化開(kāi)裂的瀝青路面和水泥路面（黏結(jié)性能較差）使用效果差，同時(shí)加熱后的粉狀涂料在施工時(shí)也會(huì)揮發(fā)出低沸點(diǎn)有害氣體[10]。因此，仍需繼續(xù)改進(jìn)該類涂料或是研制環(huán)保型涂料。

1.3溶劑型道路交通標(biāo)線涂料溶劑型道路交通標(biāo)線涂料因其良好的力學(xué)性能，一直備受道路施工者的青睞[29]。溶劑型道路交通標(biāo)線涂料主要分為常溫溶劑型和加熱溶劑型兩種。

1.3.1.常溫溶劑型道路標(biāo)線涂料常溫型道路標(biāo)線涂料發(fā)展至今主要有酯膠、環(huán)氧、丙烯酸和氯化橡膠4個(gè)品種。20世紀(jì)60年代，我國(guó)僅有脂膠型的常溫溶劑型道路標(biāo)線涂料，其主要成分是天然材料（干性油、硬樹(shù)脂等）、體質(zhì)顏料、填料、助劑。由于該類涂料的溶劑含量較高，所以該類涂料的涂層較薄、干燥速度較慢導(dǎo)致其使用壽命較短。因此，在日益繁忙的交通運(yùn)輸業(yè)環(huán)境下，脂膠型道路標(biāo)線涂料已無(wú)法滿足公路的發(fā)展需求。故在20世紀(jì)70年代初，環(huán)氧樹(shù)脂標(biāo)線涂料的問(wèn)世，不僅豐富了道路標(biāo)線涂料的種類，而且提升了標(biāo)線涂料的性能。但是該類涂料生產(chǎn)成本高，干燥速度較慢，且是雙組份混合使用，給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)了一定的不便[30]。科研人員為解決上述涂料使用中帶來(lái)的問(wèn)題進(jìn)而研究出了干燥較快和耐磨性較好的氯化橡膠標(biāo)線涂料[20]。常溫型標(biāo)線涂料（通常有機(jī)溶劑≥30%）使用中釋放的大量有機(jī)溶劑，不僅對(duì)周圍環(huán)境和施工人員帶來(lái)一定的傷害，而且存在涂膜干燥時(shí)間略長(zhǎng)、耐磨性較差以及使用壽命較短等缺陷。

1.3.2.加熱溶劑型道路標(biāo)線涂料加熱溶劑型道路標(biāo)線涂料憑借其高固含、高黏度、涂層厚、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)曾經(jīng)引起過(guò)人們的普遍關(guān)注，但該涂料較高的生產(chǎn)成本以及中低固體分溶劑型涂料在使用過(guò)程中散發(fā)出的大量有毒氣體（甲苯或二甲苯），不僅增加施工成本，還對(duì)施工人員的健康以及周圍的環(huán)境帶來(lái)不可逆的傷害，故已無(wú)法滿足道路標(biāo)線的嚴(yán)格要求。隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)以及國(guó)家相關(guān)政策的鼓勵(lì)，道路標(biāo)線涂料會(huì)不斷向環(huán)境友好型涂料方向發(fā)展[10,31]。

1.4雙組份道路交通標(biāo)線涂料

雙組份標(biāo)線涂料主要特征是兩種不同的組分在常溫下經(jīng)混合后以噴涂或刮涂的方式涂覆于路面的同時(shí)發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，該反應(yīng)使得雙組份涂料牢牢地附著在路面上[32]。雙組份標(biāo)線涂料是一種跟熱熔標(biāo)線涂料等同的耐久性標(biāo)線涂料，其特點(diǎn)是標(biāo)線不易開(kāi)裂，夜間和雨天反光性能優(yōu)異[33]。其基本操作為：在道路涂料的下面使用水性環(huán)氧樹(shù)脂，在上面使用多羥基化合物（脲醛樹(shù)脂或其它樹(shù)脂）。其原理為涂料表層的多羥基化合物在較短時(shí)間內(nèi)快速交聯(lián)反應(yīng)形成一層保護(hù)膜，先滿足一般車輛的沖壓；當(dāng)深層的環(huán)氧樹(shù)脂充分固化后，道路標(biāo)線涂料的強(qiáng)度再次得以加強(qiáng)，這一施工過(guò)程不受高海拔大氣壓的影響，不會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂脫落現(xiàn)象。但是，多羥基化合物的固化時(shí)間很難滿足公路標(biāo)線的高標(biāo)準(zhǔn)要求。為解決這一缺陷，竇小燕等[34]利用引發(fā)劑交聯(lián)固化活性丙烯酸樹(shù)脂和丙烯酸單體，成功制備出黏度低、固體含量高、固化時(shí)間適宜、低污染、耐磨、與玻璃珠粘結(jié)牢固、耐候性好的雙組分道路標(biāo)線涂料。但是無(wú)溶劑路標(biāo)涂料在我國(guó)仍是一種新型道路標(biāo)線涂料，且其配方和技術(shù)均還未成熟，仍需大量的研究工作[35]。

2結(jié)語(yǔ)

隨著公路事業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)道路標(biāo)線涂料從單一型逐漸呈現(xiàn)多元型，從高成本、高污染型逐漸發(fā)展為經(jīng)濟(jì)環(huán)保型。雖然道路標(biāo)線涂料取得了巨大的進(jìn)步，但是道路標(biāo)線涂料在使用過(guò)程中仍暴露出許多問(wèn)題，如性能、環(huán)保、成本和美感等。因此，還需積極開(kāi)發(fā)新型節(jié)能環(huán)保標(biāo)線涂料，以此來(lái)提高其反光性、耐磨性、耐壓性和附著力，同時(shí)降低能源的消耗率和有機(jī)溶劑的揮發(fā)率；加大道路涂料施工設(shè)備的研發(fā)力度，縮短設(shè)備研發(fā)周期、研發(fā)成本和標(biāo)線施工周期，并保證標(biāo)線質(zhì)量；以本地資源為依托，積極開(kāi)發(fā)具有地方特色的標(biāo)線涂料；充分規(guī)劃道路標(biāo)線、合理利用標(biāo)線涂料，使得道路標(biāo)線在發(fā)揮道路指示作用的同時(shí)還能美化道路環(huán)境、減少交通事故等。

作者：孔佩佩 單位：徐州工程機(jī)械集團(tuán)有限公司