CN109836876A - 一种路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料及其制备方法和应用，该涂料采用稀土铝酸盐作为发光粉，采用双层硅膜嫁接改性处理发光粉，先利用硅酸钠和乙二醇对发光粉进行无机包覆，之后利用硅烷偶联剂、水玻璃，甲基丙烯酸甲酯等对无机包覆的发光材料进行有机硅膜嫁接改性并外接一层有机膜，再将其与基料、填料、助剂等配合制成路用发光涂料，在发挥其稀土铝酸盐发光材料的优点的同时，能够起到协同增效作用，提高涂料的相容性和耐水性，而且所得涂料在容器中没有结块、结皮现象，流动性良好，能够均匀搅拌，耐水性好，与路面间粘附性满足路用要求。

Description

一种路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料及其制备方法和 应用

技术领域

本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及一种路用双层硅膜嫁接改性发光涂料及其制备方法和应用。

背景技术

路用标线涂料是一类可以喷涂在路面表层，并被赋予特殊交通作用的涂料。道路标线作为交通安全基础设施之一，是一种保障交通安全的“符号”。路标不仅引导车流渠化了交通，又美化了道路。作为道路标线主要实现形式之一的路面标线漆主要经历了溶剂型、热熔型和现阶段环保型三个发展阶段。溶剂型涂料施工工艺简单，常温可以成膜且漆膜性能良好，但在干燥成膜的过程中会挥发大量有毒物质，随着环保理念逐渐被重视，目前多数已被或正遭受淘汰。热熔型道路工程涂料其常温下为粉块状物质，加热融化为流动的液体，涂覆在路表冷却后成为粘结在路面上的固体膜层。虽然热熔型涂料有干结速度快，耐久性、耐候性良好的优点，但在施工与应用过程存在一定的缺陷，且与水泥路面的粘附性并非很好。

随后环保要求的日益提高，涂料工业也与时俱进，涌现出许多新型环保涂料，目前有代表性的是水性涂料。国内路用水性涂料起步晚，现阶段虽有试验路段的尝试，但是水性涂料在实际环境中耐久性较差的问题限制了其大规模推广使用。

发明内容

针对现有技术的不足及遵循环境友好型道路的要求，本发明提供一种耐水性好、相容性好的路用路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料及其制备方法。

同时，本发明还提供了一种以上述路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料为发光材料的用于道路标线的道路工程用水性发光涂料及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料，其可利用以下质量份配比的原料制得：

进一步限定，所述无机改性发光粉与无水乙醇的质量比为1：7。

进一步限定，所述无机改性发光粉是由乙二醇80～90份、基础发光粉8～9份以及硅酸钠5～8份组成。

进一步限定，所述基础发光粉与乙二醇的质量比为1:10。上述的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料的制备方法，其是由以下步骤组成：

(1)按照配方量称取无机改性发光粉和无水乙醇在容器中混合，超声波分散7～12min至均匀，在75～85℃高温下中速搅拌，缓慢滴加硅烷偶联剂，用盐酸调节pH至2～3，得到混合液I；

(2)控制反应温度为75～85℃高温，使混合液I充分反应，并称取适量引发剂和表面活性剂充分溶解于水中，将其加入反应完全后的混合液I中；

(3)将已制备好的丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯混合，缓慢而匀速地加入步骤(2)的混合液中，低速搅拌一段时间，利用有机包覆法对无机改性发光粉的发光颗粒表面进行修饰；

(4)待反应结束后，将混合液倒入烧杯静置4～6min，除去上层白色悬浊液，并用无水乙醇洗涤留在杯底的样品，抽滤、干燥，制得路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料。

进一步限定，所述步骤(1)的无机改性发光粉的制备方法为：常温下，按照配方量称取乙二醇和基础发光粉置于烧杯中，分散10～15分钟，在75℃～80℃下快速搅拌滴加硅酸钠和适量盐酸，维持混合液的pH值为9～11；在75℃～80℃下反应2～4h，利用硅酸钠无机包覆对发光粉表面进行修饰，之后将混合液陈化、洗涤、抽滤、干燥，得到无机改性发光粉,备用。

一种道路工程用水性发光涂料，其包含以下质量份配比的原料：权利要求1所述的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料15～25份，去离子水12～18份，硅丙乳液36～54份，十二醇酯1～3份，轻质碳酸钙5～8份，滑石粉5～8份，防沉剂0.3～0.8份，分散剂1～5份，适量消泡剂和氨水。

进一步限定，所述的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料17～22份，去离子水14～16份，硅丙乳液38～50份，十二醇酯1～3份，轻质碳酸钙5～8份，滑石粉5～8份，防沉剂0.3～0.8份，分散剂1～5份，消泡剂1～3份和氨水1～3份。

一种上述的道路工程用水性发光涂料的制备方法，其由以下步骤实现：

(1)按照配方量称取去离子水、分散剂放入烧杯中，滴加少量的消泡剂，300～500rad/min搅拌8～12min，使基料混合均匀；

(2)将适量轻质碳酸钙和滑石粉加入步骤(1)的混合基料内，1300～1500rad/min拌和8～12min；

(3)在600～800rad/min拌合条件下，依次加入硅丙乳液、防沉剂、路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料以及十二醇酯和适量消泡剂，搅拌8～12min；

(4)加入少量氨水，调节pH值至7～9，即得到道路工程用水性发光涂料。

本发明的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料主要是将硅烷偶联剂、硅酸钠、甲基丙烯酸甲酯等对稀土铝酸盐发光材料进行双层硅膜嫁接改性，然后再将改性发光粉制成涂料，在发挥其稀土铝酸盐发光材料的优点的同时，能够起到协同作用，提高其相容性和耐水性，该涂层材料在容器中没有结块、结皮现象，流动性良好能够均匀搅拌，耐水性好，且涂层与路面间粘附性满足要求。与现有技术相比，其主要具有以下优点：

(1)本发明充分利用了无机包覆和有机包覆两种手段对发光颗粒进行表面修饰，即用双层硅膜嫁接改性的方法为发光粉增加双层保护膜，同时在最外层形成有机膜，这提高了发光粉的耐久性和制备水性涂料时与有机溶液的相容性；

(2)用上述改性发光粉制成的涂层满足路标漆的性能要求，在路面上对构造深度影响不大，抗滑性能能够满足要求，且粘附性也满足要求；改善了传统路标漆可视性差的问题。

附图说明

图1为常温下白天路用性能耐水性测试结果。

图2为常温下夜晚路用性能耐水性测试结果

图3为白天路用漆膜耐碱性测试效果图。

图4为夜晚路用漆膜耐碱性测试效果图。

具体实施方式

现结合实施例和实验数据对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施情形。

本发明的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料包含有以下质量份配比的原料：硅烷偶联剂0.8～1份，无机改性发光粉8～10份无水乙醇56～70份，丙烯酸单体0.3～0.5份，甲基丙烯酸甲酯0.3～0.5份，引发剂0.8～1份，水20～30份，表面活性剂适量。

其中，无机改性发光粉是由乙二醇80～90份、基础发光粉8～9份以及硅酸钠5～8份组成。

本发明制备路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料的方法是由以下步骤实现：

(1)常温下，按照配方量称取乙二醇和基础发光粉置于烧杯中，分散一段时间，在75℃～80℃下快速搅拌滴加硅酸钠和适量盐酸，维持混合液的pH值为9～11；在75℃～80℃下反应2～4h，利用硅酸钠无机包覆对发光粉表面进行修饰，之后将混合液陈化、洗涤、抽滤、干燥，制得无机改性发光粉；

(2)按照配方量称取无机改性发光粉和无水乙醇在容器中混合，超声波分散一段时间至均匀，在高温下中速搅拌，缓慢滴加硅烷偶联剂，用盐酸调节pH至2～3，得到混合液I；

(3)控制反应温度为75～85℃高温，使混合液I充分反应，并称取适量引发剂和表面活性剂充分溶解于水中，将其加入反应完全后的混合液I中；

(4)将已制备好的丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯混合，缓慢而匀速地加入步骤(2)的混合液中，低速搅拌一段时间，利用有机包覆法对无机改性发光粉的发光颗粒表面进行修饰；

(5)待反应结束后，将混合液倒入烧杯静置，除去上层白色悬浊液，并用无水乙醇洗涤留在杯底的样品，抽滤、干燥，制得路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料。

表1为各实施例对应的工艺条件

用上述不同工艺条件制备出的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料的性能稍有不同，但是其发光性能、路用的耐久性和有机相溶性等性能基本相近。

对本发明的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料的有机相溶性进行分析，分别称取了10gPLO-8B发光粉，10g无机改性发光粉，10g二次包硅发光粉，与10g路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料，测定相应的吸油量，结果如表2所示：

表2测试发光粉的吸油值

通过上表2对比可以看出，一次包硅即仅硅酸钠包覆后，对粉体吸油值影响很小；二次包硅即硅酸钠和硅烷偶联剂共同改性给粉体表面带来了不小改变；终样无机/有机双硅膜嫁接复合改性后的发光粉即路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料的吸油值明显降低。

此外，上述各实施例所制得的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料与基料(硅丙乳液)、填料(碳酸钙、滑石粉)、助剂等复配制成道路工程用水性发光涂料，该道路工程用水性发光涂料的原料质量配比参考：路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料15～25份，去离子水12～18份，硅丙乳液36～54份，十二醇酯1～3份，轻质碳酸钙5～8份，滑石粉5～8份，防沉剂0.3～0.8份，分散剂1～5份，适量消泡剂和氨水。

具体可以参考下述几个实例进行说明：

实例1：本实例的道路工程用水性发光涂料的制备方法由以下步骤组成：

(1)按照涂料配方称取15g去离子水、3g分散剂放入烧杯中，滴加0.5g的消泡剂，使用精密增力电动搅拌器在400rad/min拌10min，使基料混合均匀；

(2)将6g轻质碳酸钙和6g滑石粉加入搅拌容器内，将搅拌器调至1300rad/min拌和10min；

(3)将搅拌器调至600rad/min，将45g硅丙乳液缓慢加入，再把0.5g防沉剂与20g路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料小心拌入，最后加入2g十二醇酯和0.5g消泡剂，搅拌10min；

(4)之后加入氨水，调节pH值至7.5，即得到道路工程用水性发光涂料。

实例2：本实例的道路工程用水性发光涂料的制备方法由以下步骤组成：

(1)按照涂料配方称取12g去离子水、5g分散剂放入烧杯中，滴加1g的消泡剂，使用精密增力电动搅拌器在350rad/min搅拌8min，使基料混合均匀；

(2)将5g轻质碳酸钙和5g滑石粉加入搅拌容器内，将搅拌器调至1350rad/min拌和8min；

(3)将搅拌器调至650rad/min搅拌，将36g硅丙乳液缓慢加入，再把0.3g防沉剂与25g路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料小心拌入，最后加入3g十二醇酯和1g消泡剂，搅拌8min；

(4)之后加入氨水，调节pH值至8，即得到道路工程用水性发光涂料。

实例3：本实例的道路工程用水性发光涂料的制备方法由以下步骤组成：

(1)按照涂料配方称取18g去离子水、1g分散剂放入烧杯中，滴加2g的消泡剂，使用精密增力电动搅拌器在450rad/min搅拌12min，使基料混合均匀；

(2)将8g轻质碳酸钙和8g滑石粉加入搅拌容器内，将搅拌器调至1450rad/min拌和12min；

(3)将搅拌器调至650rad/min搅拌，将54g硅丙乳液缓慢加入，再把0.8g防沉剂与15g路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料小心拌入，最后加入1g十二醇酯和1g消泡剂，搅拌8min；

(4)之后加入氨水，调节pH值至9，即得到道路工程用水性发光涂料。

实例4：本实例的道路工程用水性发光涂料的原料质量配比如下：

路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料20份，去离子水15份，硅丙乳液45份，十二醇酯1份，轻质碳酸钙6份，滑石粉6份，防沉剂0.5份，分散剂3份，消泡剂3份和氨水3份。

其制备方法与实例1相同。

为了验证本发明的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料的路用性能，将其与上述的基料、填料、助剂等复配，制成道路工程用水性发光涂料，再利用下述试验进行验证。

1、根据道路工程涂料的基本性能对该道路工程用水性发光涂料进行了评价，结果如表3所示。

表3水性发光涂料性能测试结果

结果表明该道路工程用水性发光涂料是符合道路工程涂料使用的基本性能要求。

2、抗滑性能测试

为模拟标志标线应用的真实环境，在车辙板上涂覆仅一条长30公分，宽6公分的发光涂层，试验利用摆式摩擦系数仪对涂层进行了抗滑性能测试。在润湿的环境下，试验在涂层上选取3个测试点，并分别进行了五组测试，数据结果列于表4。

表4涂层抗滑性测试结果

根据表4的测试结果可知，涂层的BPN平均值为88.8，虽然小于未涂覆路面的BPN值，但是已经大于规范规定的48。说明涂层涂覆在路面虽然会影响抗滑性，但是由于涂层厚度较小，且在水分挥发的过程中，乳液缓慢移动，能够紧贴路面构造形状，对路面的抗滑性能影响不大，因此判定道路工程用水性发光涂料涂刷的路用标线能够达到规范要求的路面抗滑值。

3、拉拔试验

利用万能试验机进行涂层与马歇尔试件间的拉拔试验，利用环氧树脂将涂层试件固定在模具上。试验开始后，记录力值，取三组涂层试件进行测试，取最大力值并估算破坏界面的面积，整理测试结果如表5；

表5涂层粘附性破坏强度结果

由表5可知破坏强度在2.72MPa左右，涂层基本满足粘附性要求，但仍需增强才能应用到实际环境中。

4、耐水、耐碱性能

常温下，漆膜耐水性能白天如图1所示，浸泡24h后拭去水分，漆膜从表观来看并无异常，用手指测试硬度，无异常；用划格法测试附着力，无异常；夜晚亮度如图2。因此，耐水性符合路用性能要求

漆膜耐碱性能白天如图3所示，浸泡24h后拭去水分，漆膜从表观来看并无十分显著差异，有微微褪色现象。用手指测试硬度，并无异常，用划格法测试附着力，无异常；夜晚亮度如图4。

通过以上路用性能测试，结果表明，水性发光涂料复合道路工程涂料使用的基本性能要求；抗滑性能也能达到规范要求；涂层基本能满足粘附性要求；耐水性能满足要求，耐碱性也能满足要求。

Claims (9)

1.一种路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料，其特征在于该路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料可利用以下质量份配比的原料制得：

2.根据权利要求1所述的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料，其特征在于，所述无机改性发光粉与无水乙醇的质量比为1：7。

3.根据权利要求2所述的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料，其特征在于，所述无机改性发光粉是由乙二醇80～90份、基础发光粉8～9份以及硅酸钠5～8份组成。

4.根据权利要求3所述的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料，其特征在于，所述基础发光粉与乙二醇的质量比为1:10。

5.权利要求1所述的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料的制备方法，其特征在于由以下步骤组成：

(1)按照配方量称取无机改性发光粉和无水乙醇在容器中混合，超声波分散7～12min至均匀，在75～85℃高温下中速搅拌，缓慢滴加硅烷偶联剂，用盐酸调节pH至2～3，得到混合液I；

(2)控制反应温度为75～85℃高温，使混合液I充分反应，并称取适量引发剂和表面活性剂充分溶解于水中，将其加入反应完全后的混合液I中；

(3)将已制备好的丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯混合，缓慢而匀速地加入步骤(2)的混合液中，低速搅拌一段时间，利用有机包覆法对无机改性发光粉的发光颗粒表面进行修饰；

(4)待反应结束后，将混合液倒入烧杯静置4～6min，除去上层白色悬浊液，并用无水乙醇洗涤留在杯底的样品，抽滤、干燥，制得路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料。

6.根据权利要求5所述的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的无机改性发光粉的制备方法为：常温下，按照配方量称取乙二醇和基础发光粉置于烧杯中，分散10～15分钟，在75℃～80℃下快速搅拌滴加硅酸钠和适量盐酸，维持混合液的pH值为9～11；在75℃～80℃下反应2～4h，利用硅酸钠无机包覆对发光粉表面进行修饰，之后将混合液陈化、洗涤、抽滤、干燥，得到无机改性发光粉,备用。

7.一种道路工程用水性发光涂料，其特征在于包含以下质量份配比的原料：权利要求1所述的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料15～25份，去离子水12～18份，硅丙乳液36～54份，十二醇酯1～3份，轻质碳酸钙5～8份，滑石粉5～8份，防沉剂0.3～0.8份，分散剂1～5份，适量消泡剂和氨水。

8.根据权利要求7所述的道路工程用水性发光涂料，其特征在于，所述的路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料17～22份，去离子水14～16份，硅丙乳液38～50份，十二醇酯1～3份，轻质碳酸钙5～8份，滑石粉5～8份，防沉剂0.3～0.8份，分散剂1～5份，消泡剂1～3份和氨水1～3份。

9.一种权利要求7所述的道路工程用水性发光涂料的制备方法，其特征在于，由以下步骤实现：

(1)按照配方量称取去离子水、分散剂放入烧杯中，滴加少量的消泡剂，300～500rad/min搅拌8～12min，使基料混合均匀；

(2)将适量轻质碳酸钙和滑石粉加入步骤(1)的混合基料内，1300～1500rad/min拌和8～12min；

(3)在600～800rad/min拌合条件下，依次加入硅丙乳液、防沉剂、路用水性双层硅膜嫁接改性发光涂料以及十二醇酯和适量消泡剂，搅拌8～12min；

(4)加入少量氨水，调节pH值至7～9，即得到道路工程用水性发光涂料。