CN111171711A - 一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料 - Google Patents

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Abstract

一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，采用双组份设计，甲组份由有机硅树脂、功能性颜填料及助剂等组成，乙组份由硅烷偶联剂与催干剂组成，施工时两者按一定比例共混。本发明具有优异的聚光增亮和自清洁功能；涂料中添加的晶态光学材料、非晶态光学材料及反光材料等光介质材料，可吸收或散射改变光线的强度和光谱成分，使汽车照射光在涂层表面进行多次漫反射和折射，改变光线的方向和位相，实现光源在涂层表面聚集，达到聚光增亮的效果；基料树脂为侧链基团排布规则的有机硅树脂，并引入含双亲性基团的单体，涂层固化后可在表面形成“梳形”且规则排布的微纳结构，灰尘在其表面附着不牢，或者极易清除，具有优异的自清洁作用；涂料中添加的阻燃剂可提高涂层的阻燃性能。本发明具有聚光、增亮、阻燃、自清洁等多功能一体化，可有效提高隧道内的照度、显色指数和耐沾污性能，具有广阔的应用前景。

Description

一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料
技术领域
本发明涉及化工材料技术领域，具体涉及一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料及其制备方法。
背景技术
我国交通公路建设迅猛发展，公路隧道建设方兴未艾，截至2016年底，中国公路隧道为15181处，14037.7km，比2015年分别增加1175处和1345.8km，近几年公路隧道年均净增已超过1000 km/年。公路隧道飞速发展的同时，其交通安全形势却不容乐观。据统计，高速公路的隧道内事故发生率是隧道外事故发生率对4～6倍，80%发生在白天，且在隧道入口100～200米路段的事故占隧道内事故的90%以上。经分析，公路隧道属于暗环境照明，除两端进出口外，中间部位照度极差。驾驶员在白天进出公路隧道过程中会遇到很多视觉问题，光环境由“明到暗”和由“暗到明”时会使司驾人员的视觉产生“黑洞”和“盲光”现象，短时间内无法看清路面情况，易导致交通事故。
当隧道内壁没有涂装或涂装无效时，隧道表面粗糙且颜色暗淡，容易吸收光线，且照明系统长期遭受汽车尾气和尘埃污染，无法发挥正常照明功能。因此，为解决公路隧道内外特别是白天时的光亮度差异，使驾驶员视觉能较快适应隧道内外的光亮环境，提高隧道路段通行能力及行车安全，可通过隧道内壁涂装提高隧道内的照度，改善隧道内视觉享受，从而减轻驾驶员视觉疲劳，保证交通安全。
当前公路隧道内壁的处理方式主要有6类，即混凝土（即保持混凝土本色，未装饰）、普通涂料、面砖（瓷砖）、带涂层的纤维混凝土板（如维特拉板、卡索板）、复合材料的铝板（如氟碳铝板、烤瓷铝板）和搪瓷钢板等。以上方法均存在一定的缺点，保持混凝土本色的隧道，内壁会吸光导致照明不足，影响驾驶员的视觉；普通涂料无法改善提高隧道内的照度，表面易发生污染、开裂、脱落等不良现象，变黑后难以清洗；装饰板材易出现反光、眩光、灯影等不良现象，易影响驾驶员视觉而造成交通安全隐患，且这类材料易燃、易碎、修复复杂、造价高、工期长；面砖材料存在易脱落、难修复、砖缝多难清洁、反光、眩光、灯影、造价高，工期长等一系列问题。因此，采用一种能增加隧道内部亮度的涂层材料是最直接、有效的解决方式。
专利2018070301318660公开了一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，以水性有机硅树脂为主要成膜物质，添加蓄能发光材料、反光材料、阻燃剂、防霉剂等功能性颜填料，该涂料应用于公路隧道内壁，可提高隧道内照明的亮度和路面照明的均匀度，相对未涂装的隧道增光率大于40%，显色指数提高10～15，可有效改善隧道内的视觉舒适度。专利00123901.5公开了一种水性丙烯酸蓄能发光涂料，主要成膜物质为丙烯酸乳液，蓄能发光材料主要为碱土金属铝酸盐和铝硅酸盐等，发光余辉时间大于12小时。专利02109694.5公开了一种水性蓄能发光涂料，主要成膜物质为聚氨酯树脂、丙烯酸树脂或聚酯树脂，蓄能发光材料主要为长余辉稀土，发光余辉时间大于14小时。专利03111864.X公开了一种水性蓄能发光涂料，主要成膜物质为水性环氧树脂乳液，蓄能发光材料为铕激活的铝酸锶，发光余辉时间大于12小时。专利201310170393.6公开了一种隧道用蓄能发光涂料，主要成膜物质为油性环氧树脂，蓄能发光材料为半径5～15μm的荧光粉，如铕激活的铝酸锶、镝激活的铝酸锶、镝激活的硅酸镁锶等，附着力1级，余辉时间大于10小时，相对亮度大于90%。专利201611202649.7公开了一种隧道专用蓄能发光涂料，主要成膜物质为环氧封端聚醚胺树脂，树脂上的羟基可大幅提高涂料与基材的粘结力（大于0.1MPa），侧链上的刚性苯环可提高涂层的阻燃效果（涂层厚度20mm，耐火极限大于2小时），蓄能发光材料为凹凸棒和铝酸锶等。
通过以上现有专利技术检索发现，蓄能发光涂料要经过隧道内部充分照明后，才能有效发挥材料的余辉发光。因此，无照明的隧道内，蓄能发光材料的应用存在局限性。
发明内容
为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，以水性有机硅树脂为主要成膜物质，添加晶态光学材料、非晶态光学材料、反光材料、阻燃剂、防霉剂等功能性颜填料，利用涂层光介质材料吸收或散射改变光线的强度和光谱成分，使汽车照射光在涂层表面进行多次漫反射和折射，改变光线的方向和位相，实现光源在涂层表面聚集，达到聚光增亮的效果。同时，基料树脂为侧链基团排布规则的有机硅树脂，并引入含双亲性基团的单体，涂层固化后可在表面形成“梳形”且规则排布的微纳结构，灰尘在其表面附着不牢，或者极易清除，具有优异的自清洁作用。
本发明主要应用于公路隧道内壁，可有效提高隧道内的照度、显色指数和耐沾污性能等，相对未涂装的隧道，增光率大于60%，显色指数大于90，接触角大于100°，可有效改善隧道内的视觉舒适度及耐沾污性能。
为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案。
一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，采用双组份设计，甲组份由有机硅树脂、功能性颜填料及助剂等组成，乙组份由硅烷偶联剂与催干剂组成，施工时两者按一定比例共混。
甲组份的成分按如下重量份配比混合：
有机硅树脂 100份；
晶态光学材料 10～20份；
非晶态光学材料 10～20份；
反光材料 5～10份；
阻燃剂 10～20份；
防霉剂 0.5～1份；
助剂 2～5份。
乙组份的成分按如下重量份配比混合：
硅烷偶联剂 100份；
催干剂 20～30份。
所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，所述有机硅树脂为羟基硅油、含氟羟基硅油或甲基苯基硅油中的任意一种或几种组合。
所述的羟基硅油，其粘度为2800mPa.s、5000mPa.s或10000mPa.s。
所述的含氟羟基硅油，其粘度为3000mPa.s、3500mPa.s或5000mPa.s。
所述的甲基苯基硅油，其粘度为100mPa.s、125mPa.s或150mPa.s。
所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，所述晶态光学材料为氧化物单晶，为Al2O3、SiO2、MgO和TiO2中的任意一种或多种组合。
所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，所述非晶态光学材料为磁旋光玻璃、激光玻璃、特种光学纤维玻璃、自聚焦光学玻璃、硫属化合物玻璃和氟化物玻璃中的任意一种或多种组合。
所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，所述反光材料为中空玻璃微珠，粒径为100～180μm。
所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，所述阻燃剂为磷系阻燃剂，为磷酸三（2-氯乙基）酯、磷酸三（2-氯丙基）酯、磷酸三（2,3-二氯丙基）酯的任意一种或多种组合。
所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，所述防霉剂为碘化甲醛、碘化丙炔衍生物、硼酸金属盐的任意一种或多种组合。
所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，所述助剂为触变剂、分散剂、消泡剂、防沉剂。
所述触变剂包括郑州旭金化工有限公司的硅酸镁锂、德国毕克公司的R 605等液体触变性增强剂等。
所述分散剂包括日本诺普科公司的5040分散剂、德国迪高公司的TEGO740W分散剂等。
所述消泡剂包括德国迪高公司公司的810水性消泡剂、日本诺普科公司的NXZ消泡剂等。
所述防沉剂包括北京首创公司气相二氧化硅、韩国东洋公司的气相二氧化硅。
所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，所述硅烷偶联剂为Si40、KH-550和KH560的任意一种或多种组合。
所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，所述催干剂为二月桂酸丁基锡。
采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性。
本发明所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料为有机硅涂料，采用双组份设计，水滴接触角大于110°，具有优异的耐水、防尘、防霉及自清洁功能；涂料中添加的晶态、非晶态光学材料、反光材料，对照射在涂层表面的光学具有很强反射和折射作用，使光在涂层表面进行多次漫反射和折射，改变光线的方向和位相，实现光源在涂层表面聚集，从而达到聚光增亮的效果。基料树脂为侧链基团排布规则的有机硅树脂，含有双亲性基团的单体，涂层固化后可在表面形成排布规则有序的微纳结构，灰尘在其表面附着不牢，或者极易清除，具有优异的自清洁作用。涂料中添加的阻燃剂可提高涂层的阻燃性能。因此，本发明具有聚光、增亮、自清洁等多功能一体化，可大幅度提高驾驶员在隧道中视觉舒适性，有效减少交通事故率，具有广阔的应用前景。
附图说明
附图1为水在涂层表面接触角测试结果，其接触角大于100°，具有较好的自清洁功能。
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例。
本发明所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料为有机硅涂料，采用双组份设计。
甲组份的成分按如下重量份配比混合：
有机硅树脂 100份；
晶态光学材料 10～20份；
非晶态光学材料 10～20份；
反光材料 5～10份；
阻燃剂 10～20份；
防霉剂 0.5～1份；
助剂 2～5份。
乙组份的成分按如下重量份配比混合：
硅烷偶联剂 100份；
催干剂 20～30份。
其中所述有机硅树脂为羟基硅油、含氟羟基硅油或甲基苯基硅油中的任意一种或几种组合；所述晶态光学材料为氧化物单晶Al2O3、SiO2、MgO和TiO2中的任意一种或多种组合；所述非晶态光学材料为磁旋光玻璃、激光玻璃、特种光学纤维玻璃、自聚焦光学玻璃、硫属化合物玻璃和氟化物玻璃中的任意一种或多种组合；所述反光材料为中空玻璃微珠；所述阻燃剂为磷酸三（2-氯乙基）酯、磷酸三（2-氯丙基）酯、磷酸三（2,3-二氯丙基）酯等磷系阻燃剂的任意一种或多种组合；所述防霉剂为碘化甲醛、碘化丙炔衍生物、硼酸金属盐的任意一种或多种组合；所述助剂为触变剂、分散剂、消泡剂、分散剂。
本发明具有聚光、增亮、自清洁等多功能一体化，可大幅度提高隧道内壁的增光率和显色指数。
实施例1。
甲组份的组成为30重量份的粘度为5000mPa.s羟基硅油、20重量份的粘度为10000mPa.s羟基硅油、30重量份的粘度为3000mPa.s含氟羟基硅油、20重量份的粘度为150mPa.s甲基苯基硅油、10重量份的Al2O3、10重量份的MgO、10重量份的磁旋光玻璃、5重量份的激光玻璃、10重量份的粒径为100～150μm中空玻璃微珠、10重量份的磷酸三（2-氯丙基）酯、0.6重量份的碘化丙炔衍生物、0.5重量份的硅酸镁锂、0.5重量份的TEGO740W分散剂、0.5重量份的810水性消泡剂和0.5重量份的气相二氧化硅。
乙组份的组成为100重量份的硅烷偶联剂Si40和25重量份的二月桂酸丁基锡。
实施例2。
甲组份的组成为30重量份的粘度为2800mPa.s羟基硅油、30重量份的粘度为5000mPa.s羟基硅油、30重量份的粘度为10000mPa.s羟基硅油、10重量份的粘度为3500mPa.s含氟羟基硅油、10重量份的SiO2、10重量份的MgO、5重量份的磁旋光玻璃、5重量份的特种光学纤维玻璃、10重量份的粒径为150～180μm中空玻璃微珠、10重量份的磷酸三（2,3-二氯丙基）酯、0.6重量份的碘化甲醛、0.5重量份的R605、0.5重量份的5040分散剂、0.5重量份的NXZ消泡剂和0.5重量份的气相二氧化硅。
乙组份的组成为100重量份的硅烷偶联剂Si40和20重量份的二月桂酸丁基锡。
实施例3。
甲组份的组成为20重量份的粘度为2800mPa.s羟基硅油、20重量份的粘度为5000mPa.s羟基硅油、20重量份的粘度为10000mPa.s羟基硅油、20重量份的粘度为5000mPa.s含氟羟基硅油、20重量份的粘度为125mPa.s甲基苯基硅油、10重量份的MgO、10重量份的TiO2、8重量份的硫属化合物玻璃、5重量份的氟化物玻璃、10重量份的粒径为100～150μm中空玻璃微珠、10重量份的磷酸三（2-氯丙基）酯、0.6重量份的碘化丙炔衍生物、0.5重量份的硅酸镁锂、0.5重量份的TEGO740W分散剂、0.5重量份的810水性消泡剂和0.5重量份的气相二氧化硅。
乙组份的组成为100重量份的硅烷偶联剂KH-550和25重量份的二月桂酸丁基锡。
实施例4。
甲组份的组成为30重量份的粘度为5000mPa.s羟基硅油、30重量份的粘度为10000mPa.s羟基硅油、20重量份的粘度为3000mPa.s含氟羟基硅油、20重量份的粘度为100mPa.s甲基苯基硅油、10重量份的Al2O3、10重量份的TiO2、10重量份的氟化物玻璃、8重量份的激光玻璃、10重量份的粒径为150～180μm中空玻璃微珠、10重量份的磷酸三（2-氯丙基）酯、0.6重量份的硼酸金属盐、0.5重量份的R605、0.5重量份的5040分散剂、0.5重量份的NXZ消泡剂和0.5重量份的气相二氧化硅。
乙组份的组成为100重量份的硅烷偶联剂KH-560和30重量份的二月桂酸丁基锡。
甲组份制备过程：在分散罐中，低速搅拌条件下依次加入羟基硅油树脂，混合均匀，搅拌时间约为10分钟；将晶态光学材料、非晶态光学材料和反光材料依次入到上述混合物中，控制搅拌速度800rpm，搅拌时间为30分钟；再将阻燃剂和防霉剂依次入到上述混合物中，控制搅拌速度800rpm，搅拌时间为30分钟；最后加入触变剂、分散剂、消泡剂和分散剂，在转速1500rpm的条件下高速分散60分钟；恢复至室温静置60分钟，过滤即可出料包装。
乙组份制备过程：将硅烷偶联剂和催干剂放置分散罐中，在转速1500rpm的条件下高速分散10分钟，即可出料包装。
涂料制备过程：通过计算甲组份中羟基硅油树脂含量及乙组份中硅烷偶联剂含量，按一定比例混合，高速分散5分钟，混合均匀后，即可进行施工涂装。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (14)

1.一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，采用双组份设计：甲组份的成分按重量份配比为有机硅树脂100份、晶态光学材料10～20份、非晶态光学材料10～20份、反光材料5～10份、阻燃剂10～20份、防霉剂0.5～1份、助剂2～5份；乙组份的成分按重量份配比为硅烷偶联剂100份、催干剂20～30份；施工时两者按一定比例共混。
2.根据权利要求1所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，其特征是：所述有机硅树脂为羟基硅油（其粘度为2800mPa.s、5000mPa.s或10000mPa.s）、含氟羟基硅油（其粘度为3000mPa.s、3500mPa.s或5000mPa.s）或甲基苯基硅油（其粘度为100mPa.s、125mPa.s或150mPa.s）中的任意一种或几种组合。
3.根据权利要求1所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，其特征是：所述晶态光学材料为氧化物单晶，为Al2O3、SiO2、MgO和TiO2中的任意一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，其特征是：所述非晶态光学材料为磁旋光玻璃、激光玻璃、特种光学纤维玻璃、自聚焦光学玻璃、硫属化合物玻璃和氟化物玻璃中的任意一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，其特征是：所述反光材料为粒径100～180μm的中空玻璃微珠。
6.根据权利要求1所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，其特征是：所述阻燃剂为磷系阻燃剂，为磷酸三（2-氯乙基）酯、磷酸三（2-氯丙基）酯、磷酸三（2,3-二氯丙基）酯的任意一种或多种组合。
7.根据权利要求1所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，其特征是：所述防霉剂为碘化甲醛、碘化丙炔衍生物、硼酸金属盐的任意一种或多种组合。
8.根据权利要求1所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，其特征是：所述助剂为触变剂、分散剂、消泡剂、防沉剂。
9.根据权利要求8所述的触变剂包括郑州旭金化工有限公司的硅酸镁锂、德国毕克公司的R 605等液体触变性增强剂等。
10.根据权利要求8所述的分散剂包括日本诺普科公司的5040分散剂、德国迪高公司的TEGO740W分散剂等。
11.根据权利要求8所述的消泡剂包括德国迪高公司公司的810水性消泡剂、日本诺普科公司的NXZ消泡剂等。
12.根据权利要求8所述的防沉剂包括北京首创公司气相二氧化硅、韩国东洋公司的气相二氧化硅。
13.根据权利要求1所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，其特征是：所述硅烷偶联剂为Si40、KH-550和KH560的任意一种或多种组合。
14.根据权利要求1所述的一种公路隧道专用聚光增亮自清洁水性涂料，其特征是：所述催干剂为二月桂酸丁基锡。
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