高温熔融对C5石油树脂路用性能的影响

刘 俊 权

(山西省交通科学研究院，山西 太原 030006)

高温熔融对C5石油树脂路用性能的影响

刘 俊 权

(山西省交通科学研究院，山西 太原 030006)

通过测试热熔道路标线涂料用C5石油树脂加热熔融过程中的质量损失和高温后玻璃化转变温度的变化，揭示了高温加热对热熔道路标线的影响，提出了热熔标线施工的合理温度。

C5石油树脂，高温熔融，质量损失，玻璃化转变温度

0 引言

C5石油树脂常温下为热塑性低分子固体聚合物，平均相对分子量1 000～2 000。国内生产的石油树脂软化点可分为80 ℃～110 ℃及110 ℃～160 ℃两大系列，C5石油树脂具有不溶于水，易溶于有机溶剂，耐酸性、耐碱性、耐水性、耐化学品性、抗老化性等优点，被广泛应用于胶粘剂、金属防锈漆和道路标线中[1]。C5石油树脂在热熔型道路标线中所占比例一般为12%～16%，其作为标线涂料的主要粘结剂和成膜材料保证了涂料施工时具有良好的流动性和对路面较强的粘结性，C5石油树脂在涂料中所占比例的多少和质量的优劣直接影响涂料的施工性能和标线的使用寿命[2,3]。在热熔标线施工过程中施工温度对标线的施工效果、使用寿命影响较大，施工温度较低不利于施工和标线粘结，温度过高会引起C5石油树脂老化影响涂料性能。另外，在涂料加热熔融过程中容易出现热熔釜内部传热不均匀，局部高温导致涂料内部石油树脂分解或者低分子物质挥发，影响热熔道路标线的施工性能和使用寿命。本文通过对比C5石油树脂在常温下和经过高温后质量和玻璃化转变温度的变化情况来分析高温对其性能的影响。

1 实验部分

1.1 仪器及材料

C5石油树脂(PRS-R1100 优等，濮阳市瑞森石油树脂有限公司)；差示扫描量热仪DSC200F3A01型(德国耐驰仪器制造有限公司)；400 ℃高温烘箱GWH-403型(北京北方利辉试验仪器设备有限公司)；电子天平JM-B10002型0.01 g(诸暨市超泽衡器设备有限公司)。

1.2 试验

1)将厂家提供的C5石油树脂样品加热至180 ℃保持5 min后称重，然后再升温至200 ℃保持5 min后称重，同样分别加热至220 ℃，240 ℃，260 ℃，280 ℃保持5 min后称重，并计算出相邻温度间的质量损失比例。

2)分别将厂家提供的C5石油树脂样品和经280 ℃高温熔融保持5 min后冷却至室温的C5石油树脂研磨后，各称取5 mg～10 mg，置于铝制坩埚内，并在坩埚盖扎一小孔，然后将整个坩埚放置于测试位置处。试验中以氮气作为吹扫气体与保护气体，升温速率为10 K/min，设定升温温度范围为26 ℃～300 ℃，记录测试结果并进行分析。

2 结果与讨论

为了改善C5石油树脂的色泽和抗氧化稳定性，一般采用两种途径对其进行改性，一是进行加氢改性，使C5石油树脂分子中的双键得到加成；二是进行化学改性，在C5石油树脂分子中引入极性基团；或在原料中加入单烯烃等改性剂制得特殊性能的石油树脂[4]。质量分数为10%～30%加氢石油树脂的热熔涂料具有足够的耐久性、良好的热稳定性和耐候性。

C5石油树脂组分中异戊二烯、双环戊二烯和间戊二烯含量较大，占到C5总量的40%～55%。另外，单烯烃含量占到15%～25%，即1-戊烯、顺式和反式-2-戊烯、2-甲基-1-丁烯、2-甲基-2-丁烯和3-甲基-1-丁烯[5，6]。由于C5石油树脂中各组分的分子量和沸点不同，其软化点一般100 ℃～105 ℃，在加热熔融过程中石油树脂由固体颗粒状的玻璃态逐渐向高弹态和粘流态转变，分子运动逐渐加剧，分子链也随之展开。小分子的物质和大分子的物质在熔融液体中呈现不同的状态，由图1可以看出不同加热区间挥发物的挥发量不同，表明C5石油树脂在高温加热时其中低熔点易挥发的组分会从熔融的树脂液体中挥发出来，随着加热温度的升高挥发物的总量也在逐渐增大。试验中测试的加热温度是从180 ℃逐步升高到280 ℃，在达到280 ℃时石油树脂中因挥发引起的失重量达到12%，如此大的失重量对C5石油树脂性能有较大影响。C5石油树脂馏分的组成见表1。

表1 C5石油树脂馏分的组成

C5石油树脂属于非晶态高聚物，在加热熔融过程中其非晶态具有明显的玻璃化转变温度。在进行C5石油树脂DSC测试过程中，图2为直接由原厂提供的固态样品进行试验所得结果，升温速率为10 K/min，在升温范围为26 ℃～300 ℃的条件下，从图2中可以看出其玻璃化转变温度Tg约为75 ℃。将固态C5石油树脂样品在室温下逐渐加热至280 ℃保持5 min，然后冷却至室温，24 h后在相同条件下再次对加热过的样品进行DSC测试，得到图3试验结果，显示加热过的样品玻璃化转变温度Tg约为51 ℃，其玻璃化转变温度明显较原来的样品低了很多。

加热过的C5石油树脂由于前期制样加热速率大于其室温冷却速率，在冷却过程中石油树脂中分子链的不稳定构象被冻结，当进行DSC测试时再次升温，升温速率为10 K/min远低于其冷却速率，随着测试温度的升高，由于局部的不稳定构象向稳定构象转变，因此在低于Tg的位置出现如图3所示的放热峰。另外，在制样时将原厂提供的C5石油树脂样品快速加热到280 ℃保持5 min，破坏了原来C5石油树脂生产时形成的较大结晶度，室温下降温冷却时形成的结晶度会明显低于原来的比例，其加热熔融温度高于250 ℃时也会导致石油树脂中部分大分子物质分解，分子链段变小会促成分子链段缠结减少，结晶度降低。当C5石油树脂样品冷却到室温后进行DSC测试再次升温测得的玻璃化转变温度就明显低于正常值。

3 结语

C5石油树脂在经过180 ℃～280 ℃加热过程中会有小分子物质挥发引起质量损失，而且损失最高时可达12%，同时经过280 ℃高温后会引起C5石油树脂玻璃化转变温度的降低，这些现象将影响C5石油树脂在道路标线中的应用和标线的使用寿命。因此在用C5石油树脂生产热熔型道路标线时需要添加小分子量的增塑剂来补偿因C5石油树脂高温引起的质量损失，也可以保证标线具有良好的使用性能。另外，热熔型道路标线施工过程中应控制涂料的加热熔融温度，温度应不高于240 ℃，以免因涂料局部高温引起树脂分解和小分子物质挥发导致标线变脆，影响施工效果和使用性能。

[1] 杜新胜,张 荣.C5石油树脂在涂料中的应用[J].上海涂料,2013,51(12)：27-30.

[2] 陈 明,丰功吉,刘俊权.热熔喷涂型道路标线涂料在原太高速公路上的应用[J].山西交通科技,2011,213(6)：77-78.

[3] 徐国强,郭旭玲,于志强.浅谈高速公路热熔道路标线质量影响因素及质量控制要点[J].北方交通,2012(9)：127-129.

[4] 谷雪贤,孙向东,张慧波，等.C5石油树脂在路标漆中的应用[J].上海涂料,2005,9(5)：81-83.

[5] 雷树宽,李玉安,史贤林，等.碳五工艺分离过程模拟与参数优化[J].安徽化工,2014,37(3)：35-37.

[6] 李爱元,孙向东,张慧波,等.C5石油树脂的热分析[J].大庆石油学院学报,2010,34(4)：97-101.

The influence of high temperature melting on the pavement performance of C5 petroleum resin

Liu Junquan

(ShanxiTransportationResearchInstitute,Taiyuan030006,China)

In this paper, quality loss and glass-transition temperature after high temperature of C5 petroleum resin used as thermoplastic road-marking paint in the process of heating melten had been studied, the results reveal the effect of high temperature heating on thermoplastc road-marking paint, and the reasonable construction temperature had been put forward after analysing experimental data synthetically.

C5 petroleum resin, high temperature melting, mass loss, glass-transition temperature

2015-05-26

刘俊权(1978- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2015)22-0140-02

U214.7

A