聚氨酯涂料在彩色防滑路面中的应用研究

石金亨，刘 莉，邱钦标

(广州吉必盛科技实业有限公司，广东 广州 510663)

彩色防滑路面在欧美及日本等发达国家已得到广泛应用。伦敦早在1967年就对发生过严重交通事故的5个地段铺装防滑涂层，1年后交通事故减少51.1%，潮湿路面减少67%。日本将调整公路收费站路面铺成蓝色防滑涂层，提醒司机减速，便于车辆在收费站口刹车停稳。中国自2004年开始引进国外彩色防滑涂料铺装防滑涂层，此后陆续采用进口及国产树脂配制彩色防滑涂料，将防滑涂层逐步应用到城市道路、人行天桥、广场、坡道、隧道进出口和内弯道、收费站、技术或等级指标发生突变的路段以及高速公路行车道、减速带和紧急停车带等场合。为规范防滑涂料的生产、中国目前已制定《道路交通标志和标线》(GB5768-2009)、《路面标线涂料》(JT/T280-2004)、《路面防滑涂料》(JT/T712-2008)等规范或标准。

彩色防滑路面材料主要由彩色树脂涂料和陶瓷颗粒组成，其路用性能和寿命主要取决于彩色树脂涂料的品质和施工质量。彩色树脂涂料按其材料类别可分为丙烯酸型、环氧树脂型和聚氨酯树脂型三类[1]。丙烯酸型具有易燃性、腐蚀性和强刺激性，施工过程中对人体的皮肤、眼睛和呼吸道有强烈的刺激作用，而且，渗透性及附着力差，需要增加罩面工序，导致防滑性不好；环氧树脂型具有良好的力学性能，附着力强，工艺性好，但其耐热性、耐疲劳性较差；聚氨酯树脂型具有良好的力学性能、抗冲击力强、良好的韧性、可调节性、粘合工艺简便、极佳的耐低温性能以及优良的稳定性，但附着力不如环氧树脂。按其施工工艺的不同，可分为热熔型和冷涂型两种。热熔型产品由于施工工艺较为麻烦，质量不大可靠，目前已经不再使用。冷涂型产品由A、B组分按照一定比例混合均匀后，用带齿刮刀刮涂方式铺装路面，在刮涂的同时撒满防滑骨料(将漆面铺满)，固化后形成具有一定强度的防滑路面。

树脂涂料的性能直接影响着彩色防滑路面的路用性能和寿命，而多元醇性能直接关系着聚氨酯涂料的性能，因此，本文研究了多元醇性能对聚氨酯涂料与水泥砼粘接强度的影响，并对比了三大类树脂涂料的性能。

1 实验内容及方法

1.1 主要原料及规格

多元醇Sovermol 1140、Sovermol 908、Sovermol 818、Sovermol 810、Sovermol 815、Sovermol 1106、Sovermol 1102，工业级，巴斯夫；改性蓖麻油多元醇A4812、AN2020、AN2010、AP-10、AP11，工业级，上海精日新材料科技有限公司；聚醚三元醇MN-1000，工业级，山东蓝星东大有限公司； 重质碳酸钙(800目)，工业级，广西鑫钙矿业有限公司；硅烷偶联剂KH-560，工业级，湖北新蓝天新材料股份有限公司；多苯基多亚甲基多异氰酸酯PM-200，工业级，万华化学集团股份有限公司；各种助剂(消泡剂、防沉降剂等)，工业级，国产；丙烯酸类涂料，双洲牌，长沙双洲防腐材料有限公司；聚氨酯类涂料，CR-351，广州吉必盛科技实业有限公司；环氧类涂料，EP-402，广州吉必盛科技实业有限公司。

1.2 双组份聚氨酯胶黏剂的制备

将多元醇、填料等加入500 ml四口烧瓶中，加热至120 ℃减压脱水处理3 h，降温至50～70 ℃，加入一定量的消泡剂、防沉降剂等助剂，提高搅拌速度，混合均匀。即可制得聚氨酯胶黏剂的A组分。按R值计算得A组分完全固化所需要的异氰酸酯(B组分)的质量，将称量所得的B组分加入至A组分中，搅拌使其混合均匀，即可使用。

1.3 性能测试

水泥砼粘接强度测试按GB/T 16777-2008的方法进行。

粘接强度测试: 水泥砼尺寸(70×70×20)mm，用树脂涂料将拉伸用上夹具与涂料面粘贴在一起，小心地除去周围溢出的涂料，在标准试验条件下水平放置养护24 h。然后沿上夹具边缘一圈用刀切割涂膜至基层，使试验面积为(40×40)mm，按GB/T 16777-2008测试粘接强度。

2 结果与讨论

2.1 多元醇种类对水泥砼粘接强度的影响

结果分析：由表1可知，聚酯多元醇对水泥砼的粘接强度强于聚醚多元醇，这是因为酯键所形成的内聚力强于醚键；芳香族聚酯多元醇对水泥砼的粘接强度强于脂肪族聚酯多元醇，这是因为芳香族聚酯多元醇含苯环，比脂肪族聚酯多元醇的内聚力更大，粘接强度更强[2]。

表1 多元醇种类对水泥砼粘接强度的影响Table 1 Effect of type of polyols on bonding strength of cement concrete

2.2 多元醇官能度对水泥砼粘接强度的影响

结果分析：由图1可知，随着多元醇官能度的增大，聚氨酯涂料对水泥砼的粘接强度增大，这是因为多元醇官能度越大，越容易反应形成体型网络结构，交联密度越大，制备的聚氨酯涂料其结构越紧密，内聚力越强，粘接强度越大。官能度为2的多元醇对水泥砼的粘接强度最低，因为其制得的产物是线性的，反应形成交联密度低，粘接力小[3]。

图1 多元醇官能度对水泥砼粘接强度的影响Fig.1 Effect of functionality of polyols on bonding strength of cement concrete

2.3 多元醇羟基值对水泥砼粘接强度的影响

结果分析：由图2可知，在羟基值(45～210 mgKOH/g)范围内，聚氨酯涂料对水泥砼的粘接强度随着羟基值的增大而增强。这是因为随着羟基值增大，所需要的异氰酸酯用量就越多，聚氨酯结构中所含的硬段就越大，极性基团含量越多，分子间作用力增强，即提高了聚氨酯在水泥砼表面的润湿性能，又增加了聚氨酯本身的内聚力，故对水泥砼的粘接强度就越强[4]。

图2 多元醇羟基值对水泥砼粘接强度的影响Fig.2 Effect of hydroxyl value of polyols on bonding strength of cement concrete

2.4 多元醇粘度对水泥砼粘接强度的影响

结果分析：由图3可知，多元醇粘度对水泥砼的粘接强度有着很大影响，随着多元醇粘度增大，水泥砼的粘接强度是先增强，后趋于平稳。这是因为多元醇粘度过低时，聚氨酯涂料涂布在水泥砼上时，多元醇很容易渗透到多孔的水泥砼内部，导致水泥砼表面只剩下聚氨酯涂料的粉体，从而严重影响对水泥砼的粘接强度。当多元醇粘度在900 MPa·s(25℃)以上时，多元醇基本不再渗透到水泥砼内部，对水泥砼的粘接强度也大幅度增强。

图3 多元醇粘度对水泥砼粘接强度的影响Fig.3 Effect of viscosity of polyols on bonding strength of cement concrete

2.5 丙烯酸类涂料、聚氨酯类涂料和环氧类涂料性能对比

结果分析：由表2可知，丙烯酸类涂料粘度低，导致容易分层，附着力弱，达不到标准JT/T 712-2008对基料附着性要求(≤4级)，因而，在彩色防滑路面中使用时，需要增加罩面工序。不过不粘胎干燥时间短，缩短封路时间。环氧类涂料附着力强，达到1级，不过耐低温性能差，涂层出现了裂纹。聚氨酯类涂料耐低温性能最好，附着力也强，在这三大类涂料中，综合性能最好。

表2 丙烯酸类涂料、聚氨酯类涂料和环氧类涂料性能对比Table 2 Comparison of properties of acrylic coatings，polyurethane coatings and epoxy coatings

3 结 论

(1)聚酯多元醇的粘接强度强于聚醚多元醇，芳香族聚酯多元醇的粘接强度强于脂肪族聚酯多元醇。

(2)同一多元醇种类时，随着多元醇官能度的增大，聚氨酯涂料对水泥砼的粘接强度增大。

(3)在一定羟基值范围内，聚氨酯涂料对水泥砼的粘接强度随着羟基值的增大而增强。

(4)多元醇粘度对水泥砼的粘接强度有着很大影响，随着多元醇粘度增大，水泥砼的粘接强度是先增强，后趋于平稳。

(5)丙烯酸类涂料粘度低，附着力弱，初固时间短；环氧类涂料附着力强，耐低温性能差；聚氨酯类涂料附着力强，耐低温性能好，综合性能最好。