新型环保路标涂料的研究进展

　　道路标线是交通管理设施中最基础的、最有效的一个组成部分，是有效引导车辆规范行驶的方式之一。道路标线涂料是一种刷涂在路面上指示交通的涂料。一般路标涂料应具备以下特性：涂料对沥青路面或水泥路面应具有良好的粘结力，在使用过程中不易剥落;标线涂料应具有良好的耐候性、耐磨性，在使用过程中色泽变化小，标线清晰，不易开裂，不易磨损;能保持良好的反光性，在较长的时间内反光效果不会明显下降;应具备良好的施工性能，干燥快，表面平整，对玻璃珠粘结力强;在施工过程中易控制标线的厚度，保持标线厚度的均匀性。通常路标涂料可分为溶剂型和热熔型两大类[1]，其中以溶剂型道路标线涂料最为常用，但是该种涂料在使用过程中要释放出大量的溶剂，严重污染环境。1966年，美国洛杉矶州率先颁布限制有机溶剂挥发的环保法令，规定溶剂型涂料中有机溶剂(尤其是易产生光化学烟雾的溶剂)含量要低于17%(体积)。这一规定无疑极大地限制了溶剂型路标涂料的使用。此后其他先进的工业国也陆续效仿，相继出台环保法规，规定有机挥发物(VOC)限值，溶剂型路标涂料的发展从此走上了下坡路。如今随着生活水平的提高，人们对于生活环境的要求越来越高，溶剂型路标涂料已无法适应当代社会的需求。因此，近十几年间低(零)污染路标涂料的研究一直是热门研究方向，逐渐形成了环保型路标涂料这一品种。
　　
　　本文将现有各种环保型路标涂料分为水性路标涂料、热熔型路标涂料、无溶剂型路标涂料。分别讨论了上述几种路标涂料的低(零)污染的机理及发展现状，并且对环保型路标涂料的未来发展趋势做出了预测。
　　
　　1.水性路标涂料
　　
　　水性涂料是以水溶性树脂或不同类型的分散树脂为基料的涂料，因而也常称为水基涂料。由于采用水代替有机溶剂，涂料的VOC含量较低且无异味，不燃烧，毒性低[2]。水溶性树脂是一种在分子链中引入离子型结构单元的一种离子型树脂。离子型基团的存在赋予了树脂的水溶性。常用的水性改性剂有挥发性胺、磺酸盐等。这些单体可以单独使用也可复合使用，由其产生或引入的盐基，可以赋予树脂水溶性或水分散性。控制树脂的不同分子量可提供不同的水溶性，制成不同的分散体系，如溶液型、胶体型、乳液型等。
　　
　　但是由于传统的水基涂料干燥慢，热稳定性差、易粘脏、不耐磨等缺点不能用于划制道路标线，因此对于其改性研究从未间断过[3]。吴明江[4]等以聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA)、二羟甲基丙酸(DMPA)和甲苯二异氰酸酯(TDI)等为主要原料，配合防老剂和紫外光吸收剂，用预聚体法制备不挥发物质量分数为40%的单组分水性聚氨酯树脂;以此树脂为基础，用钛白粉作为着色剂，制备白色水性聚氨酯路标涂料。研究结果表明，预聚体法制备的水性聚氨酯树脂在40℃下放置24h即可达到最终性能;水性聚氨酯树脂在水中呈柱状分散;以此树脂制备的水性聚氨酯路标涂料附着良好，表干时间短，各项指标符合路标涂料技术标准。孙道兴[5]等将水性聚氨酯弹性树脂2344用硅烷偶联剂改性,并与纳米二氧化硅、功能多胺聚合物、颜填料和助剂等复配,制得了性能优异的自交联环保型道路标志涂料。该水性纳米复合道路标志涂料具有干燥速度快、强耐磨、耐水和耐老化的特性。硅烷偶联剂改性后的弹性树脂能明显改善涂料的干燥速度、附着力和耐水性。纳米二氧化硅、云母和玻璃粉等功能填料与硅烷偶联剂改性后的弹性树脂和多胺聚合物发挥协同作用,能明显增强涂料的干燥速度、硬度、耐磨性和抗紫外线粉化性能,满足道路标线涂料的特殊性能要求。梁哲[6]等采用特殊的高分子材料乳化剂合成丙烯酸乳液树脂，并对水性高分子的羧基做特殊处理，从而使水性涂料的耐水性显著提高，采用纯丙烯酸聚合并适度交联的办法使水性涂料对沥青路面的附着力显著提高。
　　
　　2.热熔型路标涂料
　　
　　热熔型路标涂料是20世纪50年代中期首先在欧洲开发成功[7]，并在60年代后期在世界范围内逐渐得到推广使用的一种全新型道路安全标线涂料。与溶剂型路标涂料相比，其成分中无溶剂挥发分，施工时依靠加热使粉状涂料熔融，然后再利用专门的设备涂敷在地面上，冷凝后成为鲜明的标线。它的成膜机理不是靠普通油漆的溶剂挥发，而是物理冷凝固化[8]。因此，也属于环保型路标涂料。由于热熔涂料具有标线涂膜厚，干燥速度快、耐久耐磨性强和夜间反光、使用寿命长的特点，应用范围和使用量都在逐年扩大，同时它也成为当前路标涂料研究领域的热点。
　　
　　张薇[9]等通过加入热塑性弹性体乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVA)改性热熔型路标涂料，确定了最佳工艺条件，改进了涂料的性能，所得涂膜可以达到日本工业标准JISK一5665一1987。赵娇娇[7]等以改性松香树脂、350-1醇酸树脂和,VA900型EVA树脂为成膜物质，并填加颜料、助剂和玻璃微珠制备了热熔型路标涂料，研究了影响改性松香树脂酸值和涂料软化点的条件，结果表明：改性松香树脂的酸值随反应时间的延长而下降，反应时间达到6h，反应温度为270℃时，酯化反应较完全，树脂的颜色较浅;改性松香树脂、350-1醇酸树脂和,VA900型EVA树脂的质量比达到4:1:0.5时，涂料具有适当的干燥时间及较高的软化点。制备出的热熔型路标涂料具有干燥时间短、反光性能好、耐摩擦等性能，符合相关标准。
　　
　　但是需要指出，该种路标涂料也存在施工费用过高，施工效率低，标线难以补涂等缺点，需要近一步的研究。
　　
　　3.无溶剂路标涂料
　　
　　无溶剂路标涂料要求涂料固化通过化学反应完成,而不是物理的溶剂挥发。因此在施工过程中,无任何成分挥发,从而保护了标线施工现场与周围的环境空气质量。无溶剂路标涂料最早是由ALTANA公司在20世纪80年代研制成功并投放于欧洲市场的。在国外已有20多年的发展历史[10]。如今用量在逐年增长。在欧洲、北美等地，其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，在这其中又以丙烯酸无溶剂路标涂料的发展最快。在我国，无溶剂路标涂料还是一种不太为人们所熟知的新型道路标线涂料，能生产这种涂料的中国厂家其配方、技术均由外国厂商提供。研究工作目前也处于起步阶段[1]。林建筑[11]等用干性油替代部分二元醇合成具有气干性的不饱和聚酯树脂，在赋予聚酯涂料气干性的同时降低了涂料的生产成本。他们将该树脂作为双组份道路标线涂料的主要成膜物，所得涂膜性能经交通部工程测试中心测试各项指标均优于其它道路标线产品，具有广阔的市场前景。窦小燕[12]等采用活性丙烯酸树脂与丙烯酸单体为基体,用引发剂交联固化,制备出具有黏度低、固体含量高、固化时间适宜、低污染、耐磨、与玻璃珠粘结牢固、耐候性好等特点的双组分道路标线涂料。着重讨论涂料配方中的树脂、活性单体、钛白粉的用量及填料粒径的合理级配。马庆雷[13]等以苯乙烯为反应性溶剂,废旧聚苯乙烯、不饱和聚酯树脂为主要成膜物制备了道路标线涂料。在成膜时单体小分子参与聚合反应,基本上无“三废”排放,是一种环保型涂料。通过正交分析及电镜照片,讨论了影响涂膜附着力的因素,制得的涂料具有施工方便、涂膜厚度适中、附着力强、气候适应性强等优点。
　　
　　4.结语
　　
　　环保型路标涂料是一类性能优良、能适应社会发展需要的涂料品种，相信随着人们环保意识的逐渐增强，该类涂料品种的优势将更加显著。展望未来，无溶剂和水性路标涂料应该是环保型路标涂料未来发展的主要方向，相信其今后其必然会在交通指示和道路管理方面发挥举足轻重的作用。