道路交通標線涂料研究范文

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摘要：概述了道路交通標線的起源以及標線在公路中的作用；分析了國內外道路交通標線所使用涂料的發展狀況；展望了道路交通標線涂料未來的發展趨勢。

關鍵詞：道路；交通；標線；涂料

引言

隨著我國經濟的快速增長，在道路事業和車輛產業取得突飛猛進的同時，道路交通標線在引導、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在路面等優勢，被視為最具潛力的路面標線材料。美國俄亥俄州于1924年首次將涂料應用于道路交通標線來規范交通秩序。隨后道路交通標線涂料在種類、性能和施工工藝等方面取得了質的飛躍。據統計，每年各種標線涂料的使用量約15萬t左右，這就使得道路交通標線涂料市場始終保持強勁的增長態勢。道路交通標線涂料經歷了從由單一性到多樣性、從溶劑型到環保型、從單功能到多功能的發展。目前道路交通標線涂料大體分為：溶劑型涂料、熱熔型涂料、雙組份涂料和水性涂料。且隨著生態文明建設腳步的加快，溶劑型和熱熔型正逐漸退出道路標線涂料的舞臺，而環保型水性涂料逐漸成為道路標線涂料的主流，其中最典型的案例就是美國北卡羅來納環保型水性標線涂料的使用量占總道路交通標線里程數的80％以上[2]。

1國內外公路交通標線涂料的發展

道路交通標線涂料不僅是公路的安全標記，同時也是公路的特殊語言，其質量的優劣不僅影響交通安全，同時還會增加道路的維護成本。因此，道路標線涂料的選擇必須參照JT/T280—2004《路面標線涂料》(如表1所示)和道路標線涂料的性能指標要求[3]。而道路標線涂料的性能指標為：①可識別度高；②反光性能優異；③干燥時間短；④附著力強；⑤使用壽命長；⑥耐磨、耐候、耐腐蝕，抗污染、抗變色；⑦原料環保、成本低。

1.1水性道路交通標線涂料

水性道路交通標線不僅具有較強的全天候可視性、穩定性、粘結性、耐磨性和防滑安全性，而且還有較長的使用壽命（是熱熔型涂料的2~3倍）、簡單的施工工藝、優異的重涂性、較低的維護成本以及友好的施工環境[4-6]。隨著生態文明意識的增強，環境友好型水性道路交通標線涂料已成為道路交通標線領域里的“新寵”[7-8]。20世紀90年代，陶氏公司成功研制出了快干型水性丙烯酸涂料，其特點是不粘胎、干燥時間較短、抗水損能力強。后期針對瀝青路面和混凝土路面涂料黏結性差、潤濕性差以及耐候性差等問題，陶氏化學公司研制出性能優異的快馳克TM（FASTRACKTM）產品[9]。而德國PLASTIROUTE公司的水性標線涂料憑借其防滑性、柔韌性及耐磨性均較強和經濟環保等優勢，長期占據水性標線涂料市場的冠軍寶座。分析該類水性涂料與國產熱熔型涂料和溶劑型涂料的性能如表2所示[10]。雖然國內水性道路交通標線涂料已部分試驗性的投入城市道路、高速公路和機場等基礎設施中，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、環境適應性差以及干燥耗時等問題。為突破國內水性標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行復配，并將納米填料（如納米二氧化硅）摻雜到復合物中進而制備出附著力強、耐候性、耐沾污性和耐磨性優異的水性反光型路標涂料；梁哲等[12]巧妙利用堿溶型固體丙烯酸樹脂易溶于氨水這一特性，配制出了純丙烯酸樹脂乳液，并對水性丙烯酸樹脂分子的親水基（羧基）做特殊改性，成功制得了附著力和耐水性等滿足常規溶劑型丙烯酸樹脂涂料標準的水性路標涂料，其反應過程如圖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，通過預聚體法制備出了不僅對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的單組分水性聚氨酯樹脂；孫道興等[14]利用硅烷偶聯劑改性的水性聚氨酯彈性樹脂2344和納米二氧化硅、功能多胺聚合物、顏填料和助劑復配時可自交聯的特點，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保型道路標線涂料；肖龍等[15]利用硅烷偶聯劑制備的無機材料化學接枝改性丙烯酸樹脂的有機－無機納米復合乳液，制備出了性能優異的道路標線涂料，其磨損實驗測試質量損失約為13.5mg，耐磨性能遠超水性路標涂料國家標準要求，且較市售同類產品的耐磨性能提高了73%。2013年陜西世紀交通工程股份有限公司自主研發出了一種無毒、高固含量和重涂性優異的納米載體雙組分甲基丙烯酸甲酯（MMA）反光環境友好型涂料，并在瀝青和水泥路面實驗中表現出良好的性能[10]。

1.2熱熔型道路交通標線涂料

熱熔型道路交通標線涂料具有超速干（一般3～5min）、耐久、耐磨性優異、夜間反光度好等特點。一般用于新修高速公路、公路特殊路段和危險路段以及路面平整度要求不嚴格路段的標線[16-19]。熱熔型道路交通標線涂料的歷史可追溯至1985年，我國研制出了以石油樹脂和植物礦物油為主要原料的熱塑型標線涂料，其特點是膜厚1.5～2.5mm，不僅能增加膜的耐磨性，還能延長道路標線的使用壽命。該類涂料的研發成功打破了國內只有溶劑型標線涂料的歷史。近年來，由于化工行業的快速發展，使得各種化合物單體生產技術日益工業化，其中最典型的就是丙烯酸的工業化以及丙烯酸單體改性合成耐候性優異樹脂涂料技術的實現，無疑為標線涂料家族又添一新成員[20]。與此同時，科研人員通過改性熱熔型涂料來增強道路標線的各項指標，其中張薇等[21]利用熱塑性彈性體乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）來改性熱熔型道路標線涂料，并研究了熱熔型道路標線涂料的配方和工藝對標線涂料性能的影響，總結的經驗數據對涂料的選用具有參考性的意義；趙嬌嬌等[22]以改性松香樹脂、350-1醇酸樹脂和VA900型EVA樹脂為成膜物質，并填加顏料、助劑和玻璃微珠制備了熱熔型路標涂料。結果表明：該標線涂料具有干燥效率高、反光性能好、耐磨擦性高等性能。而美國在1958年首次使用了熱熔型標線涂料，并表現出優異的性能，使得越來越多國家的公路標線開始使用該類涂料[23-25]。但是該類涂料受晝夜溫差影響較大，易發生變脆、開裂和過流等問題，致使研究人員開始從涂料配方出發來研制滿足不同環境條件的標線涂料[26-28]。其中MirabediniS.M.等[25]通過混合實驗設計優化標線涂料配方的方法來改善道路標線涂料的性能，結果表明：混合實驗設計方法科學地提供了性能優異的熱熔型道路標線涂料配方。同時國外還發明了一種將冷用熱塑型涂層先在工廠預制成片，施工時，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高，還存在施工效率低和能源消耗高等問題，另外在交通流量小，服役時間較長、已經老化開裂的瀝青路面和水泥路面（黏結性能較差）使用效果差，同時加熱后的粉狀涂料在施工時也會揮發出低沸點有害氣體[10]。因此，仍需繼續改進該類涂料或是研制環保型涂料。

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

1.3.1.常溫溶劑型道路標線涂料常溫型道路標線涂料發展至今主要有酯膠、環氧、丙烯酸和氯化橡膠4個品種。20世紀60年代，我國僅有脂膠型的常溫溶劑型道路標線涂料，其主要成分是天然材料（干性油、硬樹脂等）、體質顏料、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、干燥速度較慢導致其使用壽命較短。因此，在日益繁忙的交通運輸業環境下，脂膠型道路標線涂料已無法滿足公路的發展需求。故在20世紀70年代初，環氧樹脂標線涂料的問世，不僅豐富了道路標線涂料的種類，而且提升了標線涂料的性能。但是該類涂料生產成本高，干燥速度較慢，且是雙組份混合使用，給現場施工帶來了一定的不便[30]。科研人員為解決上述涂料使用中帶來的問題進而研究出了干燥較快和耐磨性較好的氯化橡膠標線涂料[20]。常溫型標線涂料（通常有機溶劑≥30%）使用中釋放的大量有機溶劑，不僅對周圍環境和施工人員帶來一定的傷害，而且存在涂膜干燥時間略長、耐磨性較差以及使用壽命較短等缺陷。

1.3.2.加熱溶劑型道路標線涂料加熱溶劑型道路標線涂料憑借其高固含、高黏度、涂層厚、節約能源等優點曾經引起過人們的普遍關注，但該涂料較高的生產成本以及中低固體分溶劑型涂料在使用過程中散發出的大量有毒氣體（甲苯或二甲苯），不僅增加施工成本，還對施工人員的健康以及周圍的環境帶來不可逆的傷害，故已無法滿足道路標線的嚴格要求。隨著環保意識的加強以及國家相關政策的鼓勵，道路標線涂料會不斷向環境友好型涂料方向發展[10,31]。

1.4雙組份道路交通標線涂料

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

2結語

隨著公路事業的快速發展，我國道路標線涂料從單一型逐漸呈現多元型，從高成本、高污染型逐漸發展為經濟環保型。雖然道路標線涂料取得了巨大的進步，但是道路標線涂料在使用過程中仍暴露出許多問題，如性能、環保、成本和美感等。因此，還需積極開發新型節能環保標線涂料，以此來提高其反光性、耐磨性、耐壓性和附著力，同時降低能源的消耗率和有機溶劑的揮發率；加大道路涂料施工設備的研發力度，縮短設備研發周期、研發成本和標線施工周期，并保證標線質量；以本地資源為依托，積極開發具有地方特色的標線涂料；充分規劃道路標線、合理利用標線涂料，使得道路標線在發揮道路指示作用的同時還能美化道路環境、減少交通事故等。

作者：孔佩佩 單位：徐州工程機械集團有限公司