CN108342131B - 含橡胶粒子的环保路面标线涂料 - Google Patents
含橡胶粒子的环保路面标线涂料 Download PDFInfo
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Abstract
一种含橡胶粒子的环保路面标线涂料，该涂料包括：环氧树脂组、硬化剂、促进剂、亚克力环氧树脂、填充物以及颜料所，其中该填充物为废轮胎破碎后所产生的橡胶粒子，借由该橡胶粒子的性质改善目前路面标线摩擦系数不足的缺点，减少因路面标线摩擦系数不足，所造成的交通意外，进一步减少该废轮胎对环境所造成的问题。
Description
技术领域
本发明有关一种路面标线涂料，尤指于路面标线涂料中添加废轮胎破碎 后所产生的橡胶粒子，用以增加路面标线的摩擦力，以及减少废轮胎对环境 所造成的问题。
背景技术
中国台湾地区目前每年有约10万4千吨的废轮胎需要处理，而轮胎主要的 原料为天然橡胶和其他添加物质，如：纤维、固化剂、碳黑…等，由于橡胶 属于一种热固性的材料，其化学结构相当稳定，因此，废轮胎在一般自然环 境下几乎无法自然分解，若将废弃轮胎以燃烧方式处理，因废轮胎成分中含 有硫，在燃烧的烟雾中存在二氧化硫的成分，会对空气、土壤以及水源造成 污染；目前，各国严控以燃烧方式处理废轮胎，但这也衍生一些问题，例如： 由于废轮胎的堆积，产生所谓的“黑色污染”，以中国台湾地区的本岛为例， 由于夏天气候湿热，午后经常有雷阵雨，堆积的废轮胎容易积水，变成病媒 蚊、病菌滋生的温床，造成大众困扰。
目前废轮胎的处理方式主要为三种：破碎处理、裂解处理以及能源利用， 透过这三种方式，可将废轮胎进一步转换成橡胶粉末、裂解油、黑碳以及辅 助燃料等再生资源，而区内目前废轮胎受补贴机构处理后，再生料的再利用 方式主要为磨粉、裂解及辅助燃料等三类，其中约63％为辅助燃料、35％研磨 为胶粉，2％进行裂解处理，而以轮胎粉作为辅助燃料虽然每个月可以处理掉 将近8千～1万吨的废弃轮胎，但需要投入高额的处理设备成本外，且在处理 过程亦会造成空气污染、土壤污染以及经过雨水冲刷后，受污染的土壤可能 进一步污染地下水层等三项环境污染问题。
“道路交通标线”又称路面标线，是为马路上标示有指示或警告的交通 标志，而道路交通标线的涂料主要成份包括有树脂、可塑剂、填充剂、颜料 等，混合后利用手推式划线机，在马路上画出道路交通标线，而道路交通标 线涂料需具备快干、耐久耐磨性好、线条完整清晰以及于夜间有良好的视觉 效果等特点；其中，树脂须具有加热即熔融，冷却即固的特性，色泽浅淡、 稳定，并提供涂料与路面有强的粘结性、快干性能以及流动性；可塑剂提供 涂料的流动性、弹性、耐低温性能、粘结性以及粘度；填充剂是为增强涂料 的抗压性、耐磨耗性以及抗滑性；颜料在白色标线使用的是钛白粉(TiO2)， 而黄色则多使用钡镉黄。
然而，现有的道路交通标线存在着防滑系数不足的缺点，现有道路交通 标线的防滑系数为45bpn，但是因中国台湾地区地狭人绸，马路上每天行驶的 车辆非常多，造成道路交通标线易被磨损，进而降低其防滑系数，如此，机 车骑士或是脚踏车骑士行驶或停在道路交通标线上时，容易发生打滑的情况， 尤其在下雨天或是道路积水时更容易发生，导致人民的人身安全暴露在危机 下。
为了解决上述问题，故而开发出本发明所述一种含橡胶粒子可增加道路 交通标线摩擦力的环保路面标线涂料。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种以废轮胎的橡胶粒子取代现有路面标线涂 料中的填充物，借由橡胶粒子的性质，改善目前路面标线摩擦系数不足的缺 点，进一步减少因路面标线摩擦系数不足，所造成的交通意外。
为达上述目的，本发明的技术手段在于：利用下述成份组合成含橡胶粒 子的环保路面标线涂料；其成份包含树脂，例如：环氧树脂、硬化剂，例如： 胺基类化合物、促进剂，例如：联胺化合物、亚克力环氧树脂、填充剂，例 如：橡胶粒子以及颜料，例如：钛白粉(TiO2)、铬黄或是钼红。
本发明的另一目的，在于解决废轮胎对环境造成的环境问题。
为达上述目的，本发明的技术手段在于：将废轮胎进行经切割、压碎及 钢丝分离等程序后产生橡胶片及钢丝，接着将该橡胶片研磨产生该橡胶粒子， 进一步将该橡胶粒子与该亚克力环氧树脂混合后加入该树脂、硬化剂、促进 剂以及颜料中混合，产生该含橡胶粒子的环保路面标线涂料，应用在道路交 通标线上，进而解决废轮胎所产生的环境问题。
附图说明
图1为本发明所述周知废轮胎破碎处理流程图。
图2为本发明所述固化时间结果曲线图。
图3A为本发明所述颜料与橡胶粒子1：1的结果示意图。
图3B为本发明所述颜料与橡胶粒子2：1的结果示意图。
图4为本发明所述环保路面标线涂料制造流程图。
图5为本发明所述环保路面标线涂料固化后表面示意图。
图6为本发明所述环保路面标线涂料表面固化后切面SEM示意图。
图7A为本发明所述环保路面标线涂料AEABD-04耐高温测试前示意图(本 图需以彩色显示)。
图7B为本发明所述环保路面标线涂料AEABD-04耐高温测试100℃示意图 (本图需以彩色显示)。
图7C为本发明所述环保路面标线涂料AEABD-04耐高温测试150℃示意图 (本图需以彩色显示)。
图8A为本发明所述环保路面标线涂料AEABD-04耐高温测试前示意图(本 图需以彩色显示)。
图8B为本发明所述环保路面标线涂料AEABD-04耐高温测试100℃示意图 (本图需以彩色显示)。
图8C为本发明所述环保路面标线涂料AEABD-04耐高温测试150℃示意图 (本图需以彩色显示)。
图9A为本发明所述环保路面标线涂料AEABD-04耐高温测试前示意图(本 图需以彩色显示)。
图9B为本发明所述环保路面标线涂料AEABD-04耐高温测试100℃示意图 (本图需以彩色显示)。
图9C为本发明所述环保路面标线涂料AEABD-04耐高温测试150℃示意图 (本图需以彩色显示)。
图10A为本发明所述环保路面标线涂料AEABD-04耐高温测试前示意图(本 图需以彩色显示)。
图10B为本发明所述环保路面标线涂料AEABD-04耐高温测试100℃示意图 (本图需以彩色显示)。
图10C为本发明所述环保路面标线涂料AEABD-04耐高温测试150℃示意图 (本图需以彩色显示)。
附图标记说明：
100 废轮胎
110 橡胶片
111 橡胶粒子 112 辅助燃料
120 钢丝
A 环氧树脂组 B 硬化剂
D 促进剂 E 亚克力环氧树脂
F 颜料
AE 橡胶树脂 AEAB 路面标线涂料
AEABD 环保路面标线涂料
具体实施方式
为便于审查员能对本发明的技术手段及运作过程有更进一步的认识与了 解，以下举例配合附图，详细说明如下。
本发明有关一种含橡胶粒子的环保路面标线涂料为由一树脂、一硬化剂 B、一促进剂D、一亚克力环氧树脂E、一填充剂以及一颜料F所组合而成，其 中该树脂为一环氧树脂组A，该硬化剂B为一胺基类化合物，该促进剂D为一 联胺化合物，该填充剂为一橡胶粒子111。
请参阅图1所示，该橡胶粒子111为一废轮胎100破碎处理产物；而该橡胶 粒子111的制成过程为：首先将该废轮胎100经切割、破碎及钢丝分离等程序 后产生一橡胶片110及一钢丝120，接着分别将该橡胶片110研磨成该橡胶粒子 111，以及产生可送至汽电共生厂、水泥厂或造纸厂的一辅助燃料112；而该 钢丝120则送至炼钢厂熔炼再利用。
本发明中该环氧树脂组A为泛用型环氧树脂(即双酚A型环氧树脂)与 Novolac型环氧树脂(即酚醛型环氧树脂)合并使用，其具有耐热、耐压、抗酸 碱腐蚀、抗UV老化、高机械力等优点，其中所述聚合物结构有下表1所表示；
表1
该环氧树脂组A与该硬化剂B按照下述流程来合成，其合成重量比例该环 氧树脂组A：该硬化剂B为1∶1至4∶1，其中3∶1为最佳。
实施例1
本实施例为提供一种环保路面标线涂料AEABD，该涂料为由该环氧树脂组 A、该硬化剂B、该促进剂D、该亚克力环氧树脂E、该颜料F以及该橡胶粒子111 所组合而成，其中该颜料F本实施例使用白色的钛白粉(TiO2)，并针对该等物 质的混合比例进行测试。
环氧树脂组A对各目数橡胶粒子111的分散性测试实验
本实验为了解不同目数的该橡胶粒子111混于该环氧树脂组A以及该硬化 剂B时的分散情况，以及该环氧树脂组A可以分散最高该橡胶粒子111的固含 量；其实验方法是以固定比例的该环氧树脂组A以及该硬化剂B与不同目数的 该橡胶粒子111在纸杯中混和，并且观察固化后树脂块的侧面，以辨识的方式 确认不同目数的橡胶粒子111分散于树脂中的情况。
请参阅下表2所示，该橡胶粒子111体积含量为46％～49％这个区间时，该 橡胶粒子111与该环氧树脂组A的混和物会开始团聚变得相当难搅拌，这相当 不利于道路铺设，当该橡胶粒子111的体积比例达50％以上后则无法顺的均匀 分散在该环氧树脂组A中，因此该环氧树脂组A对各目数的该橡胶粒子111的分 散性以体积百分比15％至45％的固含量为佳；而高目数的该橡胶粒子111(100 目)分散于该环氧树脂组A中固化后表面呈现较为平滑，并无明显凸起的粗糙 面，因此不适合当作道路标线涂料。
表2
| 橡胶粒子目数╲固含量 | 15％ | 30％ | 45％ | 50％ |
| 30目 | ○ | ○ | ○ | ╳ |
| 40目 | ○ | ○ | ○ | ╳ |
| 80目 | ○ | ○ | ○ | ╳ |
| 100目 | ○ | ○ | ○ | ╳ |
各目数橡胶粒子在不同温度中固化时间变化测试实验
路面标线涂料在涂抹于道路上后，法规规定需在15分钟内固化完成，本 实验为了解不同目数的该橡胶粒子111固化程度，首先将不同目数的该橡胶粒 子111与该环氧树脂组A以及该硬化剂B混合，其中该橡胶粒子111的体积比为 45％，因实验得其密度为0.733，而密度＝重量除以体积，即该橡胶粒子111为 33g，另外，该环氧树脂组A与该硬化剂B的重量比为3：1，即该环氧树脂组A 为30g，该硬化剂B为10g；从表3可看出该橡胶粒子111为100目数时，其硬化 时间较30目数快一些，推测其原因应是100目数的该橡胶粒子111颗粒较细， 与该环氧树脂组A的接触面积较多造成的结果，但是硬化时间皆超过60分钟， 不符合法规规定。
表3
为缩短固化时间，于该胶粒子111、该环氧树脂组A以及该硬化剂B混合物 中添加该促进剂D，首先测试不同比例的该促进剂D硬化所需的时间，将该硬 化剂B与该促进剂D以不同比例混合，其该硬化剂：该促进剂的重量比例分别 为9：1、8：2、7：3、6：4以及5：5，在烘烤50℃下进行测试，其结果显示， 当该硬化剂B与该促进剂D的比例为8：2有较好的硬化时间，但固化时间仍不 符合法规的规定。
请参阅图2所示，为符合法规的规定，将固化烘烤温度提高至110℃，使 用不同目数的橡胶粒子含量45％的环氧树脂(33g该橡胶粉111，30g该环氧树脂 组A)、该硬化剂B与促进剂D的重量比例8:2的样品，进行固化时间测试，在如 此的组合及时间下，固化时间缩短为7～9分钟。
遮盖该橡胶粒子碳黑的测试实验
因该橡胶粒子111为碳黑色的填充物，在使用时会导致路面标线颜色偏 深，如此降低能见度，因此本实验利用不同比例的该颜料F与该环氧树脂组A 以及该硬化剂B混合进行测试，因本实验为考量较好摩擦功能，故使用30目数 的该橡胶粒子111。
请参阅表4以及图3A、图3B所示，该橡胶粒子111与该颜料F的重量比值为 1：1至1：2时皆具有良好的遮盖效果，其中该橡胶粒子111与该颜料F的比值 为1：1时最符合其成本效应。
表4
亚克力环氧树脂混合比例测试实验
而含有体积百分比45％的该橡胶粒子111制作出来的路面标线涂料具有涂 料表面厚度不均匀的问题，故利用添加该亚克力环氧树脂E，改善该橡胶粒子 111与该颜料F的相容性，以及与在该树脂(该环氧树脂组A)中的容许量。
本实验利用该亚克力环氧树脂E与不同比例的该橡胶粒子111进行混和， 测试该亚克力环氧树脂E对该橡胶粒子111的容许量是否有所改变；请参阅表 5，添加该亚克力环氧树脂E后，最高容许该橡胶粒子111体积百分比的含量提 高为55％，进一步，该亚克力环氧树脂E对该橡胶粒子111的容许量与不同目数 的该橡胶粒子111没有明显的差异。
表5
硬度测试实验
本实验测试不同种的该亚克力环氧树脂E(请参阅表6)，分别与不同比例 的该环氧树脂组A以及该橡胶粒子111混合，并测试其硬度，借以产生3者间的 最佳比例，而一般道路柏油标线漆与柏油路面的硬度为3.5～4.5；其中硬度 测试以莫氏硬度来做为标准，具体测定方法是，在未知硬度的待测物上选定 一个平滑面，用一种已知硬度矿物于待测物上刻划，如果待测物表面出现划 痕，则说明未知硬度的待测物的硬度小于已知硬度矿物，反之，若已知矿硬 度物表面出现划痕，则说明未知硬度的待测物的硬度大于已知矿物，如此依次试验，即可得出待测物的相对硬度。
表6
请参阅表7所示，当不同性质的该亚克力环氧树脂E与该环氧树脂组A混合 时，在两者的重量比例为1:2时，该橡胶粒子111有最高分散率60％，但是整 体硬度都达不到目标，而在重量混合比例为1：1及2：1时，最高可以达到硬 度4.5的标准，但该环氧树脂组A的成本较高，故采用重量混合比例为2：1进 行使用。
表7
综上所述，请参阅图4所示，本发明的制造方式为：先将该橡胶粒子111 与该亚克力环氧树脂E混合成一橡胶树脂AE，接着将该橡胶树脂AE与该环氧树 脂组A、硬化剂B以及该颜料F混合，产生一路面标线涂料AEAB，进一步将该路 面标线涂料AEAB与该促进剂D混合后，产生本发明的一环保路面标线涂料 AEABD，即为该含橡胶粒子的环保路面标线涂料。
该橡胶粒子111目数越高，相对生产成本越高，而100目数的该橡胶粒子 111无法明显增加配方中所占的总量，反而会降低其摩擦力，故选择30目的该 橡胶粒子111来实施本发明；当该亚克力环氧树脂E比例较高时，可容许最多 的该橡胶粒子111(达到60％)，但是硬度不符合法规(参考表7显示为1.0)，当 该环氧树脂组A比例高于该亚克力环氧树脂E时，在树脂成本上有较高的花费， 但是硬度与该橡胶粒子111混合量并无明显提升，最后选择该环氧树脂组A与 该亚克力环氧树脂E重量混合比例为1:1，具有最好的物理性质与经济效益； 该颜料F与该橡胶粒子111比例为1:1时，恰好能够覆盖该橡胶粒子111的碳黑 问题，如果提高该橡胶粒子111的用量，标线与柏油路面将会无法明显标示， 如果提高该颜料F的用量，摩擦系数与防滑系数将会大幅降低，无法达成法规 的规范；本发明选择以该环氧树脂组A与该亚克力环氧树脂E重量混合比1:1 混合配方，采用体积百分比45％该橡胶粒子111(30目数)混合其中，再加入与 该橡胶粒子111同重量的该颜料E，而该硬化剂B:该促进剂D的重量混合比为 8:2。
请参阅图5、图6所示，该环保路面标线涂料AEABD混合固定后表面具有许 多气泡以及孔洞，用以增加排水性以及摩擦性。
实施例2
本实施例将进行该环保路面标线涂料AEABD的物理性质测定，包括：耐摩 性(mg)、摩擦系数(μ)、防滑系数(BPN)、老化实验、耐高温测试、耐臭氧测 试以及抗酸碱测试等。
耐摩性(mg)、摩擦系数(μ)、防滑系数(BPN)的检验法规以及规范范围请 参考表8，本发明将利用5种不同该亚克力环氧树脂E进行涂料的混合(请参阅 表6)，产生5种不同的该环保路面标线涂料AEABD-02、AEABD-03、AEABD-04、 AEABD-06、AEABD-07并进行测试；结果请参阅表9，5种不同的该亚克力环氧 树脂E混合的该环保路面标线涂料AEABD皆具有符合标准且良好的耐摩性、摩 擦系数以及防滑系数。
表8
| 物理性质分类 | 检验法规 | 规范范围 |
| 耐磨耗性(mg) | CNS 1333 | 磨损重量小于100mg |
| 摩擦系数(μ) | ASTM D1894-14 | 介于0.45～0.75之间 |
| 防滑系数(BPN) | ASTM E303-93 | 大于45 |
表9
| 样品编号 | 耐磨耗性(mg) | 摩擦系数(μ) | 防滑系数(BPN) |
| AEABD-02 | 50 | 1.27 | 105/104/105/105 |
| AEABD-03 | 40 | 1.19 | 102/102/101/101 |
| AEABD-04 | 57 | 1.20 | 100/100/99/99 |
| AEABD-06 | 38 | 1.23 | 100/99/99/100 |
| AEABD-07 | 31 | 1.15 | 100/100/100/99 |
接着本发明使用4种不同该亚克力环氧树脂E进行涂料的混合，产生4种不 同的该环保路面标线涂料AEABD-04、AEABD-05、AEABD-06、AEABD-07进行后 续的老化测试、耐高温测试、臭氧测试
老化测试实验
树脂很容易受到紫外光的影响，产生劣化，因此本实验将该等环保路面 标线涂料AEABD(04至07)，以UV光进行老化测试实验，为考虑树脂本身物理性 质的不同，分别以短波(235nm)与长波(365nm)进行照射72小时，并测试照射 前、短波照射后以及长波照射后该环保路面标线涂料AEABD的硬度，借以得知 该环保路面标线涂料AEABD老化现象。
耐高温测试实验
因路面标线涂料在配方混合时需要利用高温，且路面标线涂料是使用在 马路上，而沥青路面路表温度甚至高达50℃以上，本实验将该等环保路面标 线涂料AEABD(04至07)分别在100℃以及150℃下进行3天的测试，并与尚未测 试的样品进行比对，观察表面有无裂痕以及黄化情况。
耐臭氧测试实验
因本发明的该橡胶粒子111以及该树脂为两种相当容易受到臭氧的影响 成份，进而会产生该环保路面标线涂料的劣化现象，因此本实验将该等环保 路面标线涂料AEABD(04至07)放入臭氧系统中，固定臭氧浓度为30PPM，臭氧 通入时间为72小时，并于测试前后进行莫氏硬度测试，观察该等环保路面标 线涂料AEABD(04至07)是否有受影响。
抗酸碱测试实验
因空气污染问题，本实验为测试降下的酸雨是否会对该路面标线涂料 AEABD造成影响，将该等环保路面标线涂料AEABD(04至07)固化后，浸泡不同 pH值水溶液(pH＝2、3、4、5、6及碱液)，观察该等环保路面标线涂料AEABD(04 至07)浸泡1、3、5、7小时后，其浸泡前后硬度的变化。
上述实验的结果从表10可知，该等环保路面标线涂料AEABD(04至07)，在 老化测试以及耐臭氧测试上硬度表现上没有明显变化，推测因为该环氧树脂 组A以及该颜料F有效的覆盖该等橡胶粒子111，而避免大面积与UV光以及臭氧 直接接触，令最终的硬度测试结果与测试前并无明显差异；于抗酸碱测试， 其该环保路面标线涂料AEABD-06和环保路面标线涂料AEABD-07的样品，在 PH＝5时，还可以维持相当程度的硬度，但是低于PH＝5时，硬度明显下滑，而 在抗碱实验中，最终的硬度测试结果与测试前并无明显差异。
请参阅图7至图10所示，附图中A为测试前，B为100℃测试后，C为150℃ 测试的结果，可看出本发明的涂料在测试前后其表面没有裂痕产生，而在150 度下该环保路面标线涂料AEABD有黄化现象的发生，此为芳香族聚合物加热后 共同的现象，一般在加入1～3％的抗黄化剂后，可抑制黄化现象的发生。
表10
本发明的含橡胶粒子的环保路面标线涂料，在前述实验结果中，其物理 性质有优于惯用的标线涂料，且在高温、UV照射、臭氧等环境测试下，皆可 维持标线的硬度；借由该橡胶粒子111添加至涂料中，能有效造成表面突起， 有效的增加摩擦系数，与防滑系数，对于下雨天路面湿滑，以及路人行驶于 道路的安全问题，提供可能解决的替代方法，进一步可解决废轮胎所造成的 环境问题。
惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明 实施的范围；故，凡依本发明申请专利范围及发明说明书内容所作的简单的 等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (8)
1.一种含橡胶粒子的环保路面标线涂料，包括：环氧树脂组、胺基类化合物的硬化剂、联胺化合物的促进剂、亚克力环氧树脂、橡胶粒子的填充剂以及颜料，其中该环氧树脂组包括双酚A型环氧树脂以及酚醛型环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的含橡胶粒子的环保路面标线涂料，其中该环氧树脂组与该胺基类化合物的硬化剂重量混合比例为选自1：1～4：1中的任一种。
3.根据权利要求1所述的含橡胶粒子的环保路面标线涂料，其中该胺基类化合物的硬化剂与该联胺化合物的促进剂重量混合比例为选自9：1、8：2以及7：3的任一种。
4.根据权利要求1所述的含橡胶粒子的环保路面标线涂料，其中该环氧树脂组与该亚克力环氧树脂重量混合比例为选自1：2、1：1以及2：1的任一种。
5.根据权利要求1所述的含橡胶粒子的环保路面标线涂料，其中该橡胶粒子与该颜料重量混合比例为选自4：1、2：1、1：1以及1：2的任一种。
6.根据权利要求4所述的含橡胶粒子的环保路面标线涂料，其中该环氧树脂组与该亚克力环氧树脂混合比例为1：1时，采用体积百分比15％至46％的橡胶粒子混合其中。
7.根据权利要求4所述的含橡胶粒子的环保路面标线涂料，其中该橡胶粒子是为利用废轮胎经破碎处理后所产生的粉末粒子。
8.根据权利要求7所述的含橡胶粒子的环保路面标线涂料，其中该橡胶粒子的目数为选自100目、80目、40目以及30目的任一种。
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