CN109943177A

CN109943177A - 环保高效融冰涂层材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN109943177A
Application number: CN201910217292.7A
Authority: CN
Inventors: 陈渊召; 李振霞; 李金星; 王朝辉; 魏华; 高登峰; 戚佳飞; 郭滕滕; 赵晨奥; 任清; 李�浩; 李超杰; 吕海将; 周建彬; 王金; 张明堂; 赵颖杰; 陈亚沛; 陈渊恒
Original assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Current assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2019-06-28
Anticipated expiration: 2039-03-21
Also published as: CN109943177B

Abstract

本发明公开了一种环保高效融冰涂层材料及其制备方法和应用，旨在解决除冰成本高，除冰剂污染环境，对道路与环境造成危害、且无法持久有效地发挥作用的技术问题。该涂层材料由下列原料制成：除冰剂，粘结材料，疏水型包衣材料，亲水型包衣材料，疏水型增塑剂，亲水型增塑剂，甘油，抗粘剂，滑石粉，填料，半补强剂，流平剂，偶联剂，消泡剂，致孔剂，疏水型气相二氧化硅。并进一步提供了该涂层材料的制备方法，并将其应用于交通道路融冰中。本发明不含有害离子，达到持久除冰时不会造成腐蚀，不会破坏环境，对路面有较好的养护作用；原料来源广泛，成本低廉，生产工艺简单易于操作，可大范围推广应用；减少了大量人力物力，具有重要经济价值。

Description

环保高效融冰涂层材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及道路工程除冰技术领域，具体涉及一种环保高效融冰涂层材料及其制备方法和应用。

背景技术

冬季雨雪的来临，会给道路交通安全带来严重的安全隐患，雨雪在车辆的碾压下与道路贴付在一起，路面构造深度被冰填满，造成路面附着系数降低，导致车辆打滑。

目前除冰都是动用大量人工用各种工具铲除，但此方法无法除去路面构造深度内嵌藏的暗冰，无法提高路面的摩擦力，增加路面与车辆的附着系数，由洒水车撒布工业盐水，虽然除冰效率较高，但有害离子会随着水流流入路面内部，对路面结构造成危害，使得沥青结合料松散，降低强度，腐蚀钢筋，使土壤盐渍化，危害绿色植被的生长。且这些方法属于事后除冰技术，仍然无法有效保证道路行车安全，尤其在高寒地区及恶劣气候条件下，道路一旦积冰上冻，很容易造成交通事故或道路中断。

因此，开发一种经济环保，持久有效，有益路面的新型环保高效融冰材料是当前道路工程中迫切需要解决的技术问题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种环保高效融冰涂层材料及其制备方法和应用。旨在解决目前冬季除冰成本高，除冰剂污染环境，除冰技术对道路与环境造成危害、且无法持久有效地发挥作用的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明设计一种环保高效融冰涂层材料，由下列重量份的原料制成：

除冰剂100份，粘结材料40～100份，疏水型包衣材料6～10份，亲水型包衣材料0.7～1.1份，疏水型增塑剂0.9～1.5份，亲水型增塑剂0.105～0.165份，甘油0.03～0.08份，抗粘剂0.03～0.10份，滑石粉0.01～0.03份，填料10～38份，半补强剂3～14份，流平剂2～8份，偶联剂0.025～0.065份，消泡剂0.001～0.006份，致孔剂0.2～0.8份，疏水型气相二氧化硅0.1～0.6份。

优选的，由下列重量份的原料制成：

除冰剂100份，粘结材料80～100份，疏水型包衣材料8～10份，亲水型包衣材料0.9～1.1份，疏水型增塑剂1.3～1.5份，亲水型增塑剂0.146～0.165份，甘油0.07～0.08份，抗粘剂0.078～0.1份，滑石粉0.025～0.03份，填料31～38份，半补强剂10～14份，流平剂6.4～8份，偶联剂0.055～0.065份，消泡剂0.0042～0.006份，致孔剂0.6～0.8份，疏水型气相二氧化硅0.46～0.6份。

优选的，由下列重量份的原料制成：

除冰剂100份，粘结材料82份，疏水型包衣材料8.8份，亲水型包衣材料0.98份，疏水型增塑剂1.3份，亲水型增塑剂0.146份，甘油0.07份，抗粘剂0.078份，滑石粉0.025份，填料31份，半补强剂10份，流平剂6.4份，偶联剂0.055份，消泡剂0.0042份，致孔剂0.6份，疏水型气相二氧化硅0.46份。

优选的，所述除冰剂为醋酸钙镁；所述粘结材料为改性丙烯酸树脂；所述疏水型包衣材料为聚丙烯酸树脂；所述亲水型包衣材料为羟丙纤维素；所述疏水型增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯；所述亲水型增塑剂为PEG-400；所述抗粘剂为硬脂酸镁；所述填料为空心玻璃微珠；所述半补强剂为海泡石；所述流平剂为丙烯酸酯类流平剂；所述偶联剂为KH-550硅烷偶联剂；所述消泡剂为二甲基硅油；所述致孔剂为PEG-6000。

本发明提供一种环保高效融冰涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照上述原料配比称取各原料备用；

（2）将偶联剂以体积比为8～12：1的比例用乙醇进行稀释，得乙醇稀释液；再将填料加入上述乙醇稀释液中，其中，所述填料与所述偶联剂的质量比为1：0.01～0.03；搅拌0.6～1.0h；静置至固体全部沉淀，除去上清，干燥，得改性填料E；

将半补强剂加入上述乙醇稀释液中，其中，所述半补强剂与所述偶联剂的质量比为1：0.01～0.03；搅拌0.6～1.0h；静置至固体全部沉淀，除去上清，干燥，得改性半补强剂F；

（3）先将疏水型增塑剂、抗粘剂、甘油、50%消泡剂依次加入6～10份乙醇中，搅拌4～6min；再将疏水型包衣材料与致孔剂依次沿着液面旋涡缓缓加入，搅拌1.5～2.5h，得疏水型包衣液A；

（4）将亲水型增塑剂、滑石粉、50%消泡剂依次加入1～2份蒸馏水中，搅拌3～5min；

再将亲水型包衣材料沿着液面旋涡缓缓加入，搅拌1.5～2.5h，得亲水型包衣液B；

（5）将所得疏水型包衣液A、亲水型包衣液B以6～10：1的体积比混合，搅拌3～5min，得包衣溶液C。

（6）将除冰剂过筛；筛分后放入底喷流化床包衣机中，向流化床供入包衣溶液C，待包衣完成后得缓释除冰材料D。

（7）将流平剂先加入粘结材料中，搅拌8～15min；再将所得缓释除冰材料D、改性填料E、改性半补强剂F、疏水型气相二氧化硅按顺序依次加入，搅拌1～2h，即得。

优选的：在步骤（2）中，所述搅拌的条件均为40℃～60℃、500～600r/min。

优选的：在步骤（3）中，首次搅拌的条件为20℃～25℃、200r～300r/min，二次搅拌的条件为30℃～35 ℃、300r～400r/min；在步骤（4）中，首次搅拌的条件为30℃～35℃、200r～300r/min，二次搅拌的条件为35℃～40℃、300r～400 r/min。

优选的：在步骤（5）中，所述搅拌的条件为30℃～35℃、200～300r/min；在步骤（7）中，首次搅拌的条件为20℃～25℃、100r～200r/min，二次搅拌的条件为20℃～25℃、200r～300r/min。

优选的：在步骤（6）中，所述过筛时筛孔大小为0.25～0.5mm；底喷流化床包衣机进风温度为60℃，出风温度为50℃。

本发明还提供一种除冰方法，于冰冻事件发生以前的任意时间内，将上述环保高效融冰涂层材料以0.5 kg/m²～0.8 kg/m²的涂刷量涂刷于道路表面。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：

1. 本发明涂层材料属于无毒无污染的环保型除冰材料，结合化学成分缓控释技术、高分子材料包衣技术，粘结材料固化成膜技术，能缓慢地、有效地释放除冰物质，智能化地控制除冰离子释放量，达到持久除冰的效果；除冰剂不含有害离子，不会对路面、钢筋造成腐蚀，不会破坏土壤、地下水，不会影响植物生长。

2. 本发明涂层材料在配制涂层溶液之前对填料和半补强剂用KH-550硅烷偶联剂进行了表面改性处理，使之易于与改性丙烯酸树脂进行结合；加入了气相二氧化硅的改性丙烯酸树脂涂层具有极强的耐候性与防紫外线性能，有效地减少了路面的磨损和雨水对路面的冲刷水损害，降低了紫外线对路面所造成的老化，增强了路面的耐久性与抗老化性能；加入的填料和半补强剂能够增大涂层的强度，提高路面的摩擦系数，对路面具有很好的预养护作用。

3. 本发明涂层材料以疏水型包衣材料聚丙烯酸树脂为包衣膜框架，加入部分亲水型包衣材料羟丙纤维素镶嵌在包衣膜表面，加入少量致孔剂，使之在雨雪天气遇水包衣膜表面羟丙纤维素透水溶胀，致孔剂碎片崩塌脱落，在包衣膜表面形成小孔，以利于除冰离子的释放；加入的抗粘剂能够使包衣溶液在保持较大的固含量时拥有较低的粘度，以便于包衣过程中包衣材料不会发生黏连；加入消泡剂能够使包衣溶液在配制过程中不会产生气泡而使包衣液均匀稳定；加入增塑剂，增塑剂分子能够插入纤维素高分子链，使纤维素高分子链不易缠绕，舒展开来，增强了成膜能力，使成的膜柔韧而富有弹性；流平剂能够在不降低粘结剂粘结强度的同时降低粘结剂的粘度，使之能够具有良好的流动性，形成均一平整的涂层。

4.本发明涂层材料的原料来源广泛，成本低廉，不含有害离子，在达到持久融冰的同时不会对路面、钢筋造成腐蚀，不会破坏土壤、地下水，不会影响植物生长，对路面有较好的养护作用；生产工艺简单易于操作，适合大范围推广应用。

5.本发明涂层材料施用后能够显著减少现有除冰所需要的大量的人力物力，具有很大的经济价值和社会效益。

6.本发明涂层材料施用工艺简单，养护方便，仅需涂刷路面即可，具有优良的融冰效果，同时具有较好的耐磨耗性，可对路面起到预养护功效，提高道路耐久性，可应用于市政交通道路、立交匝道、高速公路、机场跑道等场景下。

附图说明

图1为实施例7的融冰质量试验结果图；

图中，左侧为未涂刷涂层的试件，右侧为涂刷实施例7环保高效融冰涂层材料的试件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料；所涉及的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。

实施例1：一种环保高效融冰涂层材料，其由下列重量份的原料制成：

醋酸钙镁100份，改性丙烯酸树脂40份，聚丙烯酸树脂6份，羟丙纤维素0.7份，邻苯二甲酸二乙酯0.9份，PEG-400 0.105份，甘油0.03份，硬脂酸镁0.03份，滑石粉0.01份，空心玻璃微珠10份，海泡石3份，丙烯酸酯类流平剂2份，KH-550硅烷偶联剂0.025份，二甲基硅油0.001份，PEG-6000 0.2份，疏水型气相二氧化硅0.1份。

实施例2：一种环保高效融冰涂层材料，其由下列重量份的原料制成：

醋酸钙镁100份，改性丙烯酸树脂50份，聚丙烯酸树脂6.5份，羟丙纤维素0.8份，邻苯二甲酸二乙酯1.0份，PEG-400 0.11份，甘油0.04份，硬脂酸镁0.04份，滑石粉0.015份，空心玻璃微珠13份，海泡石4份，丙烯酸酯类流平剂2.8份，KH-550硅烷偶联剂0.03份，二甲基硅油0.002份，PEG-6000 0.3份，疏水型气相二氧化硅0.2份。

实施例3：一种环保高效融冰涂层材料，其由下列重量份的原料制成：

醋酸钙镁100份，改性丙烯酸树脂58份，聚丙烯酸树脂7份，羟丙纤维素0.85份，邻苯二甲酸二乙酯1.1份，PEG-400 0.12份，甘油0.05份，硬脂酸镁0.05份，滑石粉0.018份，空心玻璃微珠18份，海泡石5份，丙烯酸酯类流平剂3.6份，KH-550硅烷偶联剂0.035份，二甲基硅油0.0025份，PEG-6000 0.35份，疏水型气相二氧化硅0.25份。

实施例4：一种环保高效融冰涂层材料，其由下列重量份的原料制成：

醋酸钙镁100份，改性丙烯酸树脂66份，聚丙烯酸树脂7.8份，羟丙纤维素0.88份，邻苯二甲酸二乙酯1.15份，PEG-400 0.13份，甘油0.055份，硬脂酸镁0.06份，滑石粉0.02份，空心玻璃微珠23份，海泡石6份，丙烯酸酯类流平剂4.4份，KH-550硅烷偶联剂0.04份，二甲基硅油0.003份，PEG-6000 0.4份，疏水型气相二氧化硅0.3份。

实施例5：一种环保高效融冰涂层材料，其由下列重量份的原料制成：

醋酸钙镁100份，改性丙烯酸树脂74份，聚丙烯酸树脂8.6份，羟丙纤维素0.96份，邻苯二甲酸二乙酯1.2份，PEG-400 0.135份，甘油0.06份，硬脂酸镁0.068份，滑石粉0.023份，空心玻璃微珠28份，海泡石8份，丙烯酸酯类流平剂5.6份，KH-550硅烷偶联剂0.045份，二甲基硅油0.0036份，PEG-6000 0.48份，疏水型气相二氧化硅0.38份。

实施例6：一种环保高效融冰涂层材料，其由下列重量份的原料制成：

醋酸钙镁100份，改性丙烯酸树脂82份，聚丙烯酸树脂8.8份，羟丙纤维素0.98份，邻苯二甲酸二乙酯1.3份，PEG-400 0.146份，甘油0.07份，硬脂酸镁0.078份，滑石粉0.025份，空心玻璃微珠31份，海泡石10份，丙烯酸酯类流平剂6.4份，KH-550硅烷偶联剂0.055份，二甲基硅油0.0042份，PEG-6000 0.6份，疏水型气相二氧化硅0.46份。

实施例7：一种环保高效融冰涂层材料，其由下列重量份的原料制成：

醋酸钙镁100份，改性丙烯酸树脂88份，聚丙烯酸树脂9.4份，羟丙纤维素1.0份，邻苯二甲酸二乙酯1.4份，PEG-400 0.156份，甘油0.076份，硬脂酸镁0.083份，滑石粉0.028份，空心玻璃微珠32份，海泡石12份，丙烯酸酯类流平剂7.2份，KH-550硅烷偶联剂0.06份，二甲基硅油0.0056份，PEG-6000 0.7份，疏水型气相二氧化硅0.56份。

实施例8：一种环保高效融冰涂层材料，其由下列重量份的原料制成：

醋酸钙镁100份，改性丙烯酸树脂100份，聚丙烯酸树脂10份，羟丙纤维素1.1份，邻苯二甲酸二乙酯1.5份，PEG-400 0.165份，甘油0.08份，硬脂酸镁0.1份，滑石粉0.03份，空心玻璃微珠38份，海泡石14份，丙烯酸酯类流平剂8份，KH-550硅烷偶联剂0.065份，二甲基硅油0.006份，PEG-6000 0.8份，疏水型气相二氧化硅0.6份。

实施例9：一种环保高效融冰涂层材料的制备方法

实施例1～8环保高效融冰涂层材料的制备方法为：

（1）按照实施例1～8所述的重量份数称取原料；

（2）对填料、半补强剂进行表面改性处理：

将KH-550硅烷偶联剂以体积比为10：1的比例用乙醇进行稀释，得乙醇稀释液；

再将空心玻璃微珠加入上述乙醇稀释液中，其中，空心玻璃微珠与KH-550硅烷偶联剂的质量比为1：0.02；

在40℃～60℃、500～600r/min的条件下搅拌0.6～1.0h；静置2h至固体全部沉淀，除去上清乙醇溶液，置于干燥箱中干燥除去残留乙醇，得改性填料E；

再将海泡石加入上述乙醇稀释液中，其中，海泡石与KH-550硅烷偶联剂的质量比为1：0.02；

在40℃～60℃、500r～600r/min的条件下加热搅拌0.6～1.0h；静置2小时，待固体全部沉淀，除去上面乙醇溶液，置于干燥箱中干燥除去残留乙醇，得改性半补强剂F；

（3）制备包衣溶液：

先将邻苯二甲酸二乙酯、硬脂酸镁、甘油、50%二甲基硅油依次加入8份乙醇中，在20℃～25℃、200r～300r/min速度的条件下用磁力搅拌器搅拌5min；

再将聚丙烯酸树脂与PEG-6000依次沿着液面旋涡缓缓加入，在30℃～35 ℃、300r～400r/min的条件下用磁力搅拌器搅拌2小时左右，在此期间需以带孔保鲜膜减少乙醇挥发，得到疏水型包衣液A；

将PEG-400、滑石粉、50%二甲基硅油依次加入2份蒸馏水中，在30℃～35℃、200r～300r/min速度的条件下用磁力搅拌器搅拌5min；

再将羟丙纤维素沿着液面旋涡缓缓加入，再以35℃～40℃、300r～400 r/min速度的条件下用磁力搅拌器搅拌2小时左右，在此期间需以带孔保鲜膜减少水分挥发，得到亲水型包衣液B；

将疏水型包衣液A、亲水型包衣液B以8：1的体积比混合，在磁力搅拌器上以以30℃～35℃、200～300r/min的条件下用磁力搅拌器搅拌5min，得包衣溶液C。

（4）制备除冰剂包衣

将醋酸钙镁经过0.25～0.5mm的筛子筛分；

将筛分后的醋酸钙镁放入底喷流化床包衣机中，向流化床供入包衣溶液C，底喷流化床包衣机进风温度为60℃，出风温度为50℃，待包衣完成之后得到缓释除冰材料D。

（5）制备环保高效融冰涂层材料

将丙烯酸酯类流平剂先加入改性丙烯酸树脂中，在温度20℃～25℃、100r～200r/min的条件下用磁力搅拌器搅拌10min；

再将缓释除冰材料D、改性填料E、改性半补强剂F、疏水型气相二氧化硅按顺序依次加入，在20℃～25℃、200r～300r/min的条件下用磁力搅拌器搅拌1～2h，即得到环保高效融冰涂层材料。

试验例：

以不涂刷涂层材料未对比例，涂刷实施例1～8中的环保高效融冰涂层材料进行路用性能试验，其中，涂刷量为0.66kg/m²。

为了测试本发明环保高效融冰涂层材料的路用性能和除冰性能，试验项目包括手动铺砂法测构造深度、摆式摩擦仪测摩擦系数（BPN）、路面渗水仪测渗水系数，除冰质量试验。

其中，除冰质量试验操作为：

用成型模具制备积雪试件，取质量为200g的冰块在-10℃条件下分别置于涂刷各个实施例的环保高效融冰涂层材料的试件上，30分钟后称量剩余冰块质量。

检测和试验结果如表1和图1所示：

表1路用性能试验数据

。

由表1可知，本发明环保高效融冰涂层材料满足交通部部颁标准JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》与JTG D50-2006《公路沥青路面设计规范》的相关要求，虽然构造深度与摩擦系数略有下降，但依然满足规范要求，渗水系数为零，说明涂层将路面的孔隙，裂缝都封住了，有效地防止了路面水损害，对路面起到了预养护作用。

融冰效果最佳的实施例七的融冰质量试验如图1所示：

涂刷有实施例七的环保高效融冰涂层材料的试件表面的冰大部分已融化，与冰块覆盖的未涂刷涂层材料的试件对比明显。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims

1.一种环保高效融冰涂层材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：

2.根据权利要求1所述的环保高效融冰涂层材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：

3.根据权利要求1所述的环保高效融冰涂层材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：

4.根据权利要求1～3任一项所述的环保高效融冰涂层材料，其特征在于，所述除冰剂为醋酸钙镁；所述粘结材料为改性丙烯酸树脂；所述疏水型包衣材料为聚丙烯酸树脂；所述亲水型包衣材料为羟丙纤维素；所述疏水型增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯；所述亲水型增塑剂为PEG-400；所述抗粘剂为硬脂酸镁；所述填料为空心玻璃微珠；所述半补强剂为海泡石；所述流平剂为丙烯酸酯类流平剂；所述偶联剂为KH-550硅烷偶联剂；所述消泡剂为二甲基硅油；所述致孔剂为PEG-6000。

5.一种环保高效融冰涂层材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）按照权利要求1所述原料配比称取各原料备用；

（5）将所得疏水型包衣液A、亲水型包衣液B以6～10：1的体积比混合，搅拌3～5min，得包衣溶液C；

（6）将除冰剂过筛；筛分后放入底喷流化床包衣机中，向流化床供入包衣溶液C，待包衣完成后得缓释除冰材料D；

6.依据权利要5所述的环保高效融冰涂层材料的制备方法，其特征在于：在步骤（2）中，所述搅拌的条件均为40℃～60℃、500～600r/min。

7.依据权利要5所述的环保高效融冰涂层材料的制备方法，其特征在于：在步骤（3）中，首次搅拌的条件为20℃～25℃、200r～300r/min，二次搅拌的条件为30℃～35 ℃、300r～400r/min；在步骤（4）中，首次搅拌的条件为30℃～35℃、200r～300r/min，二次搅拌的条件为35℃～40℃、300r～400 r/min。

8.依据权利要5所述的环保高效融冰涂层材料的制备方法，其特征在于：在步骤（5）中，所述搅拌的条件为30℃～35℃、200～300r/min；在步骤（7）中，首次搅拌的条件为20℃～25℃、100r～200r/min，二次搅拌的条件为20℃～25℃、200r～300r/min。

9.依据权利要5所述的环保高效融冰涂层材料的制备方法，其特征在于：在步骤（6）中，所述过筛时筛孔大小为0.25～0.5mm；底喷流化床包衣机进风温度为60℃，出风温度为50℃。

10.一种除冰方法，其特征在于，于冰冻事件发生前，将权利要求1所述环保高效融冰涂层材料以0.5 kg/m²～0.8 kg/m²的涂刷量涂刷于道路表面。