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        抗UV劑對(duì)雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料耐久性的影響研究*

        2021-12-23 05:48:54司晶晶邢苗苗王俊彥陳書(shū)霞鄒曉勇吳聞秀
        合成材料老化與應(yīng)用 2021年6期
        關(guān)鍵詞:耐久性質(zhì)量

        司晶晶,邢苗苗,王俊彥,陳書(shū)霞,鄒曉勇,吳聞秀

        (1 河海大學(xué)土木與交通學(xué)院,江蘇 南京 210098; 2 金華市公路與運(yùn)輸管理中心,浙江 金華 321000)

        道路交通標(biāo)線(xiàn)作為管制和引導(dǎo)道路交通的生命線(xiàn),對(duì)規(guī)范車(chē)輛和行人安全通行具有重要意義。國(guó)內(nèi)道路標(biāo)線(xiàn)主要有四種:熱熔型、溶劑型、雙組份和水性道路標(biāo)線(xiàn)[1]。其中,熱熔型道路標(biāo)線(xiàn)和溶劑型道路標(biāo)線(xiàn)的應(yīng)用較多,但二者因耐磨性差、環(huán)保效益不足、光度性能差、修復(fù)困難等,應(yīng)用效果較差[2]。水性標(biāo)線(xiàn)無(wú)毒環(huán)保,但是對(duì)施工要求高,耐久性差,導(dǎo)致其推廣應(yīng)用受到限制。雙組份道路標(biāo)線(xiàn)是由兩種或兩種以上的組份組成,以一定比例混合均勻并通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成的耐久性涂層,具有對(duì)玻璃珠粘結(jié)強(qiáng),持續(xù)反光優(yōu)異且環(huán)保效益好等優(yōu)點(diǎn),值得進(jìn)一步提升并推廣。

        樹(shù)脂是雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料的主要成分,提供了涂料的力學(xué)性能。樹(shù)脂的性能易受環(huán)境的影響,導(dǎo)致其狀態(tài)改變直至損壞變質(zhì),即“老化”[3]。王卓等[4]采用丙烯酸樹(shù)脂制備遮熱鋪裝材料并進(jìn)行紫外老化試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)該遮熱鋪裝材料經(jīng)過(guò)紫外老化后粘附性、耐水性和抗凍性均變差。為避免雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料中的丙烯酸樹(shù)脂在后期使用過(guò)程中因耐久性不足和老化產(chǎn)生病害,唐永義[5]提出將樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)改性,或利用添加助劑的方法來(lái)提高涂料的耐候性和耐久性。何德良等[6]采用溶液共聚法,將反應(yīng)型紫外吸收劑分子與丙烯酸脂類(lèi)單體共聚,合成了紫外吸收型氟硅化丙烯酸樹(shù)脂。周友珍[7]使用有機(jī)紫外吸收劑通過(guò)共混法制備丙烯酸樹(shù)脂涂料,增強(qiáng)了丙烯酸樹(shù)脂的抗老化效果。

        涂料的老化主要是樹(shù)脂的老化和變脆,使得力學(xué)性能受到影響。為提升雙組份標(biāo)線(xiàn)的耐候性能,延緩?fù)苛显诤笃谑褂眠^(guò)程中出現(xiàn)的開(kāi)裂和磨耗等病害,本文通過(guò)改變抗UV劑含量,評(píng)價(jià)標(biāo)線(xiàn)涂料在紫外線(xiàn)和濕度(90%)條件下老化前后力學(xué)性能的變化,分析雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料的耐候性能。獲得提升雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料耐久性的抗UV劑最優(yōu)含量,以提升雙組份標(biāo)線(xiàn)的耐久性。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 原材料

        組份標(biāo)線(xiàn)涂料使用的樹(shù)脂是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)樹(shù)脂。固化劑選用過(guò)氧化二苯甲酰(BPO)。顏料為金紅石型鈦白粉,填料為石英砂和重質(zhì)碳酸鈣。玻璃珠選用1號(hào)玻璃珠,其粒徑分布參照《路面標(biāo)線(xiàn)用玻璃珠》(GB/T 24722-2009)。

        1.2 試樣制備

        雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料由A、B組分組成,按質(zhì)量比1:1進(jìn)行混合。將樹(shù)脂、抗UV劑、鈦白粉、重質(zhì)碳酸鈣、石英砂混合,以1000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌3~5 min。添加玻璃珠,繼續(xù)攪拌1min,獲得A組分??筓V劑的含量分別為樹(shù)脂質(zhì)量的0%、1%、1.5%、2%和2.5%。B組份為固化劑BPO。將B組分加入A組份,引發(fā)PMMA固化反應(yīng),制得雙組份涂料。

        將試件放入紫外線(xiàn)耐氣候試驗(yàn)箱內(nèi),如圖1所示,溫度為 40℃,濕度為 92%,紫外光照射14天,獲得紫外老化樣品。

        圖1 紫外老化試驗(yàn)Fig.1 UV aging test

        1.3 分析與表征

        1.3.1 耐磨性能

        耐磨耗性能試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1768-2006進(jìn)行[8]。試驗(yàn)采用半徑50mm的模具,試驗(yàn)前在模腔涂上一薄層甘油。配置1000g的雙組份涂料倒入模具內(nèi),使其流平,并在涂料還未完全固化時(shí)在中心處開(kāi)一直徑約7mm的試孔。在室溫下用磨耗儀進(jìn)行耐磨性能測(cè)試。通過(guò)測(cè)試帶有荷載的橡膠砂輪循環(huán)后的質(zhì)量損失來(lái)表征涂層的耐磨性,砂輪循環(huán)200r,每50r記錄一次數(shù)據(jù)。磨耗前后的質(zhì)量損失目標(biāo)值為≤40mg。質(zhì)量損失越少,耐磨性能越好。

        1.3.2 抗剪性能

        取雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料均勻涂抹于剪切模具上,固化后采用剪切強(qiáng)度測(cè)試儀測(cè)試其剪切強(qiáng)度,目標(biāo)值為≥5MPa。

        1.3.3 抗壓性能

        將雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料倒入至預(yù)先準(zhǔn)備的20mm× 20mm×20mm模具中,每組試樣數(shù)量不少于3塊。將固化后的試塊從模具中取出,在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下放置24h后,分別放置在精度不低于0.5級(jí)的電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)球形支座的基板上,調(diào)整試塊位置及球形支座并加壓,測(cè)得抗壓強(qiáng)度,目標(biāo)值為≥2MPa。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 耐磨性能

        由圖2可以看出,紫外老化前,隨著抗UV劑占樹(shù)脂含量的增加,雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層的質(zhì)量損耗呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì),表明耐磨性能先提高后降低。當(dāng)抗UV劑含量為樹(shù)脂含量的2.5%時(shí),質(zhì)量損耗最大,為41mg;當(dāng)抗UV劑含量為1.5%時(shí),質(zhì)量磨耗最小為14mg,耐磨性能最好。紫外老化后,雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層的質(zhì)量損耗整體上也呈現(xiàn)先減小再增大的趨勢(shì)。當(dāng)抗UV劑含量為樹(shù)脂含量的2.5%時(shí),質(zhì)量損耗最大,為73mg。當(dāng)抗UV劑含量為樹(shù)脂含量的1.5%時(shí),質(zhì)量損失最小,為20mg,為最大值的27.4%。這說(shuō)明抗UV劑的添加對(duì)雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層老化前后的耐磨性能變化趨勢(shì)沒(méi)有影響,且當(dāng)抗UV劑含量為1.5%時(shí),耐磨性能最好??筓V劑含量大于1.5%時(shí),雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層的耐磨性能下降,這可能是因?yàn)榭筓V劑中的苯二甲醇是雙分子型光引發(fā)劑,用量增大到一定程度時(shí)便會(huì)失去作用[9],在磨耗過(guò)程中使雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層的質(zhì)量損失增大。

        對(duì)比圖2紫外老化前后的質(zhì)量損耗變化值發(fā)現(xiàn),使用了抗UV劑的標(biāo)線(xiàn)涂料涂層試塊老化后的耐磨性能得到了明顯改善。未使用抗UV劑時(shí),標(biāo)線(xiàn)紫外老化前后的質(zhì)量損失變化值為35mg。使用了1.5%的抗UV劑后,標(biāo)線(xiàn)涂料涂層的質(zhì)量損失變化值最小為6mg。磨耗前后的質(zhì)量損失目標(biāo)值為≤40mg。因此,抗UV劑含量為1.5%的標(biāo)線(xiàn)涂料涂層在紫外老化前后的耐磨性能均達(dá)到目標(biāo)要求。

        圖2 老化前后抗UV劑含量對(duì)雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層磨耗性能的影響Fig.2 The influence of anti-UV agent content before and after aging on the abrasion performance of two-component marking

        2.2 抗剪性能

        由圖3可知,抗UV劑的加入使得雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層的抗剪性能略有降低,但隨著抗UV劑含量的增加,雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層的抗剪強(qiáng)度先升高后降低。其中,抗UV劑含量為樹(shù)脂含量的1.5%時(shí),抗剪強(qiáng)度最大,為7.13MPa。紫外老化后,不加抗UV劑的雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層的抗剪強(qiáng)度最小,僅3.80MPa,雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層的抗剪強(qiáng)度隨著抗UV劑的含量提高呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。其中,抗UV劑含量為樹(shù)脂含量的2.5%時(shí),抗剪強(qiáng)度最大,為5.65MPa。因此,抗UV劑顯著提升了雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層紫外老化后的抗剪性能。

        圖3 老化前后抗UV劑含量對(duì)雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層抗剪強(qiáng)度的影響Fig.3 The influence of anti-UV agent content before and after aging on the shear strength of two-component marking

        由圖3還可知,添加抗UV劑使得抗剪強(qiáng)度變化值變小??筓V劑可以有效地保持雙組份標(biāo)線(xiàn)老化前后的抗剪性能,這可能是因?yàn)殡p組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層經(jīng)過(guò)改性以后, 分子鏈活動(dòng)能力增強(qiáng), 同時(shí)表面活性點(diǎn)增多,在基體中可以起到很好的物理交聯(lián)點(diǎn)的作用,從而抗剪強(qiáng)度上升。隨著抗UV劑含量的提高,老化前后雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層抗剪強(qiáng)度的變化值趨于穩(wěn)定。綜合考慮成本和抗剪強(qiáng)度,抗UV劑含量為1.5%時(shí)為最佳。

        2.3 抗壓性能

        從圖4可以看出,抗UV劑的加入可以提高雙組份標(biāo)涂層的抗壓強(qiáng)度,且隨著抗UV劑含量的增加,雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層的抗壓強(qiáng)度提高。不加抗UV劑時(shí),雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層的抗壓強(qiáng)度為36.0MPa,當(dāng)抗UV劑含量為樹(shù)脂含量的2.5%時(shí),抗壓強(qiáng)度最大,為38.9MPa。這可能是因?yàn)樗砑拥目筓V劑均勻地分布在涂層中,起到了剛性支撐的作用, 有效地阻止了其塑性變形的發(fā)生[10]。紫外老化后,雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層的抗壓強(qiáng)度隨抗UV劑的含量變化趨勢(shì)與老化前一致。使用了抗UV劑的試塊老化后的抗壓性能得到了明顯改善。未使用抗UV劑時(shí),涂層老化后的抗壓強(qiáng)度為25.2MPa,而在使用了一定量的抗UV劑后,涂層的抗壓性能隨著抗UV劑量的增加而提高,最高可達(dá)到37.9MPa。

        圖4 老化前后抗UV劑含量對(duì)雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層抗壓強(qiáng)度的影響Fig.4 The influence of anti-UV agent content before and after aging on the compressive strength of two-component marking

        老化前后雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層的抗壓強(qiáng)度變化值因抗UV劑的加入而顯著降低,抗UV劑有效地減緩了紫外老化對(duì)雙組份標(biāo)線(xiàn)的影響,使得雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層的抗壓性能得以保持。

        3 結(jié)論

        本文研究了抗UV劑含量對(duì)雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層耐久性的影響??筓V劑含量的增加可以提高雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料的耐候性。隨著抗UV劑含量的增加,老化后的雙組份標(biāo)線(xiàn)涂料涂層的力學(xué)性能均有所改善??筓V劑含量為樹(shù)脂含量的1.5%時(shí),能夠最有效地降低紫外老化的影響。

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