CN105153978A - 彩色防滑路面用高性能纳米改性聚甲基丙烯酸甲脂黏合剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了彩色防滑路面用高性能纳米改性聚甲基丙烯酸甲脂黏合剂，由以下重量组份均匀混合而成：聚甲基丙烯酸甲酯100份、固化剂1-5份、纳米MMT？3份。本发明固化时间短，粘结强度高，耐候性、耐温性强，彩色防滑路面使用年限可延长2年以上，且成本低。

Description

彩色防滑路面用高性能纳米改性聚甲基丙烯酸甲脂黏合剂

技术领域

本发明涉及化学黏合剂领域，具体涉及彩色防滑路面用高性能纳米改性聚甲基丙烯酸甲脂黏合剂。

背景技术

彩色防滑路面铺设于停车场、公交车专用道、自行车专用道、事故多发点等，用以引导人们停车视线及时停车，指示不同车辆走不同道路，缓解交通拥挤，提示人们危险路段，提高危险路段路面摩擦力，减少交通事故发生率等作用。

彩色防滑路面系统最关键是黏合剂选用，性能有较大差别。目前市面上主要有三大体系：丙烯酸、改性环氧树脂、双组份聚氨酯。

一、丙烯酸：

丙烯酸是化学式C3H4O2的有机化合物，是最简单的不饱和羧酸，由一个乙烯基和一个羧基组成。纯的丙烯酸是无色澄清液体，带有特征的刺激性气味。它可以与水、醇、醚和氯仿互溶，是由从炼油厂得到的丙烯制备的。

健康危害：该品对皮肤、眼晴和呼吸道有强烈刺激作用。

燃爆危险：该品易燃，具腐蚀性、强刺激性，可致人体灼伤。

丙烯酸应用于彩色防滑路面，首先是因为他较佳的耐候性能及快速干燥性能，其次是因为价格相对低廉。但丙烯酸附着力差的弱点，令其在施工工艺以及施工效果上不大令人满意。首先其强烈的刺激性气味很难散去，所以在室内施工，如果保护不充分，很容易发生中毒事件，施工时对周边环境影响很大。其次由于其附着力比较差，所以必须采用“三文治”的结构方式，才能达到使用要求，通常是做一层底漆，再撒上防滑砂，最后再做一层罩面。由于其表面上了一层油漆，从而产生了一系列比较严重的问题：

1.防滑性：由于表面有一层油漆，所以在雨天潮湿时大大增加了行车或行人打滑的危险，不但起不到防滑的作用，反而适得其反；

2.渗透性及附着力：渗透性决定了附着力，丙烯酸体系最大问题是它的底漆和面漆的干燥时间过快，底漆透性比较差，所以导致了底漆与地面的结合度不够。再加上由于其干燥过快，涂层很容易脆化，加上涂层本身缺乏韧性，路面一旦产生热胀冷缩，很容易与路面脱离，所以，我们经常会看到丙烯酸体系的彩色路面大块大块地脱落，而聚氨酯产品，甚至改性环氧树脂都很少出现这种情况；

3.涂层表面：由于其产品性能决定其必须涂抹面漆，这样在施工的时候由于施工人员技术良莠不齐，导致涂层表面很多毛滚或毛刷的涂抹痕迹，非常难看。而且由于其表面有层油漆，在高温天气下，油漆表面熔融，很容易就受到外界的污染，令到涂层表面非常脏并难于清洗。

因而，虽然丙烯酸黏合剂相对于环氧树脂有更好的耐候性，但由于其具有一些难以克服的技术弱点，所以难以真正实现彩色防滑路面的全部功能和优势。不过，由于其价格相对低廉，并且干燥时间短，还是有一定的应用市场，通常都应用在一些低要求路段。

二.改性环氧树脂

环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。

环氧树脂的优点显而易见：具有较好的粘接强度和耐化学性能，其黏合强度甚至超过聚氨酯，但是其缺点同样也很明显，耐候性极差，尤其害怕紫外线的照射，韧性差。

主要缺点：

1.裂纹：施工完后不久即可能出现裂纹，尤其在新建沥青路面上。这主要是新建沥青路面尚未稳定，沥青路面属于柔性路面，环氧树脂反应后属于刚性结构层，两种结构层收缩应力极不一致，在车辆通行时柔性层上的刚性层在外力作用下会断裂，造成彩色涂层出现裂缝。同时如沥青面层在尚未稳定时还可能出现沥青面层轻微裂缝。这种情况在水泥路面上基本就不存在，旧的沥青路面上效果也稍好点。目前部分厂家通过添加增塑剂能起到一定的缓解作用。

2.变色：环氧树脂耐候性不佳，存在黄变反应，随着时间推移，不论开始时调整为红的或其他颜色，一段时间后都会出现变黄现象。

3.粉化：环氧树脂本身特性还有一个缺陷是耐粉化性差，时间稍长时会出现粉化脱落现象，一般2年后出现较严重。

4.固化时间较长：固化时间和气温相关，夏天气温高于30度时一般在2小时以上，气温低于10度时有可能达到8小时甚至15小时以上。

所以，环氧树脂应用在彩色防滑路面作为黏合剂，首先就要进行改性。通常采用邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯、尿醛三聚氰胺树脂等来改善其耐候性和柔韧性。但是，就算是经过良好改性的环氧树脂黏合剂，也同样存在以下难以克服的弱点：

1.改性环氧树脂黏合剂同样需要采用稀释剂，所以仍然改变不了施工对环境及对施工人员的危害；

2.虽然环氧树脂经过改性之后，有效克服了耐候性问题，但是其韧性不够的弱点始终无法克服，由于其与地面的结合能力很高，又缺乏韧性，所以在路面热胀冷缩之后，涂层很容易产生裂纹，产生裂纹之后，地表水就会沿着这些裂纹渗透到涂层和路面的结合层，一定时间之后，这个结合层就会被水腐蚀掉，最后造成涂层与路面的分离。

三.聚氨酯

聚氨酯全称聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。它是由有机二异氰酸酯与二羧基或多羟基化合物加聚而成。

聚氨酯在附着力单一指标上比改性环氧树脂略逊一筹，使用时间长了会黄变粉化。

改性环氧树脂和聚氨酯黏合剂均采用单层黏合剂施工工艺，即涂一层底漆，一层防滑砂，不需要做面漆，有效避免了由于面漆产生的种种不良效果。

但总体而言，目前国内彩色路面防滑涂料用黏合剂性能还有待进一步提高，即：

1)彩色防滑路面铺设时，需对周边交通封闭，大大影响了周边居民的出行，对交通也会造成一定负担,铺设时固化时间需进一步缩短；

2)彩色防滑路面与原沥青地面黏结力还需进一步提高,粘结剂要有足够的粘结强度，不但与基材混凝土或沥青牢靠粘结，还要与彩色滑料有非常好的粘结性，以保证通车后不掉砂，无安全隐患；

3)经历夏季高温与冬季寒冷的温度循环后的温度稳定性有待提高,以保证其长期使用性能，耐候性及耐温性，目前较好黏合剂稳定使用年限仅为5年左右。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种彩色防滑路面用高性能纳米改性聚甲基丙烯酸甲脂黏合剂，固化时间短，粘结强度高，耐候性、耐温性强，彩色防滑路面使用年限可延长2年以上，且成本低。

本发明通过以下技术方案实现：

彩色防滑路面用高性能纳米改性聚甲基丙烯酸甲脂黏合剂，由以下重量组份均匀混合而成：聚甲基丙烯酸甲酯100份、固化剂1-5份、纳米MMT3份。

本发明最佳技术方案是，由以下重量组份均匀混合而成：聚甲基丙烯酸甲酯100份、固化剂2份、纳米MMT3份。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是迄今为止合成透明材料中质地最优异，价格又比较便宜的一种品种。聚甲基丙烯酸甲酯树脂是无毒环保的材料，为无色液体，具有香味，沸点101℃，密度为0.940g/cm,可作彩色防滑路面黏合剂基础材料，具有良好的化学稳定性和耐候性。聚甲基丙烯酸甲酯型粘结剂是一种双组份的高分子材料，在施工时加入另一组份（固化剂），使材料产生快速的二次交联反应，形成最终的网状高分子结构。

纳米MMT一种硅酸盐的天然矿物，为膨润土矿的主要矿物组分，纳米MMT是一类纳米厚度的表面带负电荷的硅酸盐片层，依靠层间的静电作用堆积而成的土状矿物。具有很强的吸附能力，良好的分散性能，可应用于高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等。聚甲基丙烯酸甲酯黏合剂中加入纳米MMT材料可显著增加其粘结强度。

本发明有益效果：

聚甲基丙烯酸甲酯粘结剂是一种双组份的高分子材料，在施工时树脂组分中加入另一组份（固化剂），使MMA单体产生快速的二次交联反应，加入MMT材料，最终形成高强涂膜。本发明组份的契合点非常重要，使产品具有如下主要优点：

（1）快速固化：一小时内完全固化付诸使用；多次涂装过程之间无需额外等待时间；一天之内即可完工，明显缩短了工程工期，有效地节约了成本；

(2)粘接强度显著增强：加入纳米MMT材料后粘结强度在35Mpa～40Mpa之间，树脂与原路面及彩色骨料颗粒附着力增强,减少彩色防滑路面的脱粒现象，提高彩色防滑路面的耐久性。

（3）温度稳定性提升：冻融试验机冻融实验，加入纳米MMT材料后粘结强度较未冻融前仅下降了0.65%。

（4）采用数值仿真分析方法(ABAQUS软件),建立3D彩色防滑路面数值分析模型,模拟车辆移动荷载和温度变化实际道路工况环境多年作用下,不同黏结强度参数彩色防滑路面耐久性进行对比仿真分析,结果表明:加入纳米MMT材料相比未加入纳米MMT材料的耐久性显著提高,路面出现裂缝、颗粒脱落等破坏时间明显延迟，可延长道路使用寿命约2年。

附图说明

图1PMMA与加入3%纳米MMT的PMMA粘结强度柱状图。

具体实施方式

试验加入3%的纳米MMT，加入1%、2%、3%、4%、5%固化剂的聚甲基丙烯酸甲酯黏合剂进行性能测试。具体材料组成设计见下表：

表1.1双组份聚甲基丙烯酸甲酯黏合剂材料组成设计成分表

1)强度试验结果

聚甲基丙烯酸甲酯与加入3%纳米MMT后不同材料组成抗拉实验结果：

表1.2聚甲基丙烯酸甲酯抗拉实验结果表

表1.3加入3%纳米MMT聚甲基丙烯酸甲酯抗拉实验结果表

根据C=1.8QT/0.7

QT-抗拉强度（KN）

C-粘结强度（Mpa）

得到：

表1.3聚甲基丙烯酸甲酯粘结强度结果表

固化剂含量（%）	1	2	3	4	5
						粘结强度（Mpa）	34.71	34.59	34.07	33.58	32.92

表1.4加入3%纳米MMT聚甲基丙烯酸甲酯粘结强度结果表

由表1.3得到：聚甲基丙烯酸甲酯黏合剂粘结强度在30Mpa～35Mpa之间，粘结度大小随固化剂增加而减小。由表1.4所示：加入3%纳米MMT的聚甲基丙烯酸甲酯粘结强度在35Mpa～40Mpa之间，固化剂含量在1%～4%之间时，粘结强度随着固化剂增加而减小，固化剂在5%时，粘结强度稍有回升。该粘结强度减少了彩色防滑路面的脱粒现象，大大提高了彩色防滑路面的耐久性。

而粘结强度方面，纳米MMT材料的加入明显改变的聚甲基丙烯酸甲酯黏合剂粘结强度，如图1所示，经计算，增加的范围在10%～12%之间。数据证明，加入纳米MMT材料的聚甲基丙烯酸甲酯黏合剂部分性能明显优于未加纳米MMT的聚甲基丙烯酸甲酯黏合剂。

2)温度稳定性试验方案与结果

本次实验主模拟温度对聚氨酯黏合剂的影响程度，将对聚氨酯比固化剂为3:1的黏合剂进行冻融模拟实验，设置温度为上限温度+10℃，下限温度-10℃，循环次数15次，周期为4h左右一次。冻融实验结束后，对实验试件进行抗拉实验，通过粘结强度的改变程度来反映粘结剂的温度稳定性。

聚甲基丙烯酸甲酯中加入2%固化剂的黏合剂和同时加入3%纳米MMT与2%固化剂的黏合剂进行冻融实验对比，经过15次-10℃～+10℃冻融循环后得出：15次冻融后仅加入2%固化剂的黏合剂的粘结强度为34.2Mpa，粘结强度较未冻融前下降了1.1%，15次冻融后，同时加入3%纳米MMT与2%固化剂黏合剂的粘结强度为38.19Mpa，粘结强度较未冻融前下降了0.65%。加入3%纳米MMT与2%固化剂的聚甲基丙烯酸甲酯黏合剂温度稳定性能优于只加入2%固化剂的黏合剂。

3）采用数值仿真分析方法(ABAQUS软件),建立3D彩色防滑路面数值分析模型,模拟车辆移动荷载和温度变化实际道路工况环境多年作用下,不同黏结强度参数彩色防滑路面耐久性进行对比仿真分析,结果表明:加入纳米MMT材料相比未加入纳米MMT材料的耐久性显著提高,路面出现裂缝、颗粒脱落等破坏时间明显延迟，可延长道路使用寿命约2年，进一步证实了所开发树脂黏合剂的优良耐久性和纳米MMT材料在改善强度和温度稳定性后所带来的长期路用性能提高。

Claims (2)

1.彩色防滑路面用高性能纳米改性聚甲基丙烯酸甲脂黏合剂，其特征在于由以下重量组份均匀混合而成：聚甲基丙烯酸甲酯100份、固化剂1-5份、纳米MMT3份。

2.根据权利要求1所述的彩色防滑路面用高性能纳米改性聚甲基丙烯酸甲脂黏合剂，其特征在于由以下重量组份均匀混合而成：聚甲基丙烯酸甲酯100份、固化剂2份、纳米MMT3份。