Термопластичная мастика для разметки автомобильных дорог

Термопластичная мастика для разметки автомобильных дорог

Реферат

Настоящее изобретение относится к составам термопластичных мастик, предназначенных для маркировочной разметки автодорожного или аэродромного покрытия с асфальтобетонным основанием.

В качестве разметочных материалов для автомобильных дорог и аэродромов известно большое количество полимерных мастик, которые содержат следующие основные компоненты:

- полимерные пленкообразователи;

- пластификаторы и реологические добавки;

- пигменты;

- минеральные наполнители;

- светотехнические добавки.

Качество разметочных покрытий и их долговечность в основном определяются химической природой пленкообразователя и пластификатора. Выбор последних обусловлен рядом причин, такими как: отличие требований к разметке дорог различных категорий, климатические условия ее эксплуатации, наличие сырьевой и производственной баз для их промышленного выпуска и др.

Известен состав термопластичной мастики для получения разметочных покрытий для автомобильных дорог и аэродромов с асфальтобетонным покрытием, содержащий следующие компоненты (мас. %):

- акриловый сополимер бутилметакрилата, метакриловой кислоты и стирола с кислотным числом б- 9 мг КОН/г, температурой размягчения 90-112°С и относительной вязкостью 2%-го раствора в бутилацетате 1,4-1,8	18,0...25,0
- дибутилортофталат или пластификатор ЭДОС, представляющий собой смесь переменного состава диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров с кислотным числом не более 0,3 мг КОН/г, плотностью 1,05-1,11 г/см3 и температурой застывания не выше минус 40°С	2,0...8,0;
- диметилтерефталат	5,0...12,0
- двуокись титана	8,0...12,0
- микромрамор	8,0...12,0
- микрошарики стеклянные	0...20,0
- органический оптический отбеливатель	0,1...0,3
- песок кварцевый	остальное до 100.

(Заявка РФ № 2004124229/04 (026440). МПК⁷ С 09 D 133/04, 133/10; Е 01 F 9/04. Заявл.11.08.2004 - аналог).

Данный состав технологичен в процессе нанесения и позволяет получать разметочные покрытия с повышенной эластичностью вплоть до температуры минус 30°С. Однако опыт эксплуатации таких покрытий непосредственно на автодорогах выявил и недостаток известной мастики, заключающийся в высоком грязеудержании разметочных покрытий, обусловленном тем, что твердый пластификатор - диметилтерефталат склонен к возгонке даже при низких температурах. Это, в свою очередь, приводит к пористости покрытий и их загрязнению, резко уменьшая при этом белизну.

В Российской Федерации большинство термопластичных мастик, предназначенных для сигнальной разметки дорог, в качестве пленкообразующего полимера содержат твердые полиэфирные смолы, пластифицированные сложно-эфирными пластификаторами. Известен термопластичный состав для разметки автомобильных дорог и аэродромов, включающий следующие ингредиенты (мас.%):

- полиэфирную смолу, содержащую в составе
до 55 % терефталевой кислоты, с температурой
размягчения не ниже 70°С	15...30
- олигомерный пластификатор сложноэфирного типа с кислотным числом 0-80 мг КОН/г, полученный на основе алифатических двухосновных кислот с длиной радикала не менее С4 и алифатических гликолей С2-С5	3...10
- пигментную двуокись титана	4...10
- антиседиментационный наполнитель	3...10
- стеклянные микрошарики	0...30
- минеральный наполнитель	остальное до 100.

(Патент РФ № 2167901. МПК⁷ С 09 D 167/02, Е 01 F 9/04. Заявл. 25.04.2000, заявка № 2000110260/04. Опубл. 27.05.2001 - прототип).

Недостатком известного состава - прототипа является повышенная хрупкость образующихся разметочных покрытий при воздействии ударных нагрузок, особенно в области отрицательных температур, обусловленная низкими деформационными свойствами полиэфирной основы.

Технической задачей, решаемой в рамках настоящего изобретения, является создание рецептуры термопластичной мастики, обеспечивающей получение эластичных в широком температурном диапазоне разметочных покрытий с белизной не менее 75%, сохраняющейся в течение гарантированного срока эксплуатации за счет снижения грязеудержания.

Решение указанной цели достигается за счет того, что в отличие от известных составов, предлагаемая термопластичная мастика для разметки автомобильных дорог в качестве твердого пластификатора содержит пентаэритритовый эфир канифоли марки «Пентанокс» (ТУ 2435-048-05788576-2002), обладающий следующими физико-химическими характеристиками:

- кислотное число, мг КОН/г, не более - 12,0;

- температура размягчения по

методу «Кольца и шара», °С, не менее - 90;

- полная растворимость в спиртобензольной или спиртотолуольной смеси.

В качестве других компонентов заявляемая мастика содержит следующие материалы:

- тройной сополимер бутилметакрилата, метакриловой кислоты и стирола (марка «Акроплен - 2С», ТУ 2216-007-55856863-2001), имеющий основные физико-химические характеристики:

- кислотное число, мг КОН/г - 6,0...9,0;

- температура размягчения по

методу «Кольца и шара», °С - 90...112;

- относительная вязкость 2%-ного

раствора в бутилацетате - 1,4...1,8;

- жидкий пластификатор - дибутилортофталат (ГОСТ 8723-88);

- пигмент - двуокись титана марки Р-02 (ГОСТ 9808-84);

- минеральные наполнители - микромрамор фракционированный марок МК-10 или МК-20 (ТУ 5716-003-40705684-2001) в смеси с кварцевым песком марок ОВС-020-В, ОВС-025-1, ВС-050-1 или С-070-1 (ГОСТ 25551-77);

- светотехнические добавки - смесь стеклянных микрошариков диаметром 180-850 мкм (ТУ 5951-001-54611645-2001) и органического оптического отбеливателя типа «Белофор ОЛА» (ТУ 6-14-753-78), представляющего собой смесь равных количеств 3 - фенил - 5, 6 - бензокумарина и динатриевой соли метилен - бис - (нафталинсульфокислоты), при следующем соотношении между компонентами мастики (мас.%):

- указанный акриловый сополимер	10,0...18,0
- пентаэритритовый эфир канифоли	10,0...18,0
- дибутилортофталат	4,0...8,0
- двуокись титана	8,0...12,0
- микромрамор фракционированный	8,0...12,0
- микрошарики стеклянные	10,0...20,0
- органический оптический отбеливатель	0,1...0,3
- песок кварцевый	остальное до 100.

Указанные пределы соотношений между компонентами состава мастики определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения достигаемого положительного технического эффекта. Используемые количества твердых пигмента и наполнителей обеспечивают их оптимальную упаковку в расплаве пластифицированного пленкообразователя и тем самым достижение необходимых технологических показателей мастики в процессе ее нанесения на размечаемые автодороги.

Нижние заявляемые пределы содержания смеси полимерного пленкообразователя и пластификаторов в составе связаны с необходимостью обеспечения регламентируемых адгезионных свойств мастики к асфальтобетону и текучести ее расплава. Верхние пределы этих компонентов в составе мастики обусловлены экономической целесообразностью.

Предлагаемый интервал концентрации органического оптического отбеливателя обусловлен его эффективностью по обеспечению увеличения уровня белизны разметочных покрытий. Содержание данного ингредиента в количестве более 0,3% не приводит к дальнейшему повышению белизны, а менее 0,1% - неэффективно.

Сравнение предлагаемого состава термопластичной мастики с известным составом - прототипом позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна», так как в данном случае содержится новая совокупность ингредиентов в новом количественном соотношении.

«Изобретательский уровень» предлагаемого технического решения иллюстрируется вышеуказанным и заключается в том, что впервые совместное использование тройного акрилового сополимера и смеси жидкого пластификатора - дибутилортофталата с твердым пластификатором - пентаэритритовым эфиром канифоли привело к неочевидному эффекту - получению термопластичной композиции, разметочные покрытия сохраняют высокую эластичность при отрицательных температурах и обладают низким уровнем грязеудержания. До настоящего времени пентаэритритовый эфир канифоли, в частности марка «Пентанокс», использовался только в качестве адгезионной и блескообразующей добавки в составах различных органоразбавляемых лакокрасочных материалов. Его применение как пластификатора расплава акриловых сополимеров авторам неизвестно.

Как и состав - прототип, заявляемый состав мастики не изменяет своего цвета и не теряет текучести в течение не менее 24 часов при температуре расплава до 200°С.

Предлагаемая рецептура мастики ориентирована на использование ингредиентов, выпускаемых в промышленном масштабе, с применением стандартного оборудования как для ее получения, так и для нанесения на автодорожное полотно. Это позволяет сделать обоснованный вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «промышленная применимость».

Мастику получают путем смешения измельченных акрилового сополимера и пентаэритритового эфира канифоли с другими компонентами состава при температуре окружающей среды (минус 5 - + 35°С) до получения однородной сыпучей массы. Влажность всех порошкообразных компонентов должна быть не более 1%.

Образцы для испытаний и сами разметочные покрытия формировали после расплавления мастики, перемешивания ее расплава до гомогенного состояния при температуре (190±5)°С и последующего охлаждения образцов или покрытий при температуре окружающего воздуха.

Белизну покрытий оценивали с помощью фотоэлектрического блескомера БФ-5 по ГОСТ 896-69. Температуру размягчения мастики определяли по методу «Кольца и шара» в соответствии с ГОСТ 11506-73. Скорость истечения расплава при температуре (190±10)°С и адгезию на сдвиг к асфальтобетону определяли в соответствии с ТУ 2253-077-20504464-2004. Коэффициент хрупкости (К_х) по результатам физико-механических испытаний в диапазоне температур минус 30°С - плюс 25°С рассчитывали в соответствии со стандартом СТБ 1090-97 по формуле:

К_х = R₁/R₂,

где R₁ - предел прочности при изгибе при температуре минус 30°С;

R₂ - предел прочности при изгибе при температуре плюс 25°С.

Грязеудержание покрытий определяли по ГОСТ 9.407-84 с помощью фотоэлектрического блескомера БФ-5 путем оценки изменения степени белизны после искусственного загрязнения покрытий, последующего их термостарения при 60°С и промывки теплой водой.

Техническую сущность и преимущество предлагаемой термопластичной мастики иллюстрируют нижеприведенные данные.

ПРИМЕР

Взвешивают компоненты мастики для конкретно выбранной рецептуры (таблица 1), перемешивают их и расплавляют при температуре (190±10)°С до гомогенного состояния. Из полученных расплавов изготавливают образцы разметочных покрытий, результаты испытания которых приведены в таблице 2.

Таблица 1Составы термопластичной мастики
Компоненты мастики	Содержание в составах, %
1 аналог	2	3	4	5	6	7	8	9прототип
Титана двуокись	10,0	8,0	10,0	12,0	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0
Микрошарики стеклянные	20,0	10,0	15,0	20,0	20,0	20,0	20,0	20,0	20,0
Песок кварцевый	24,8	37,9	28,8	23,7	23,8	26,8	29,8	21,8	28,0
Сополимер акриловый «Акроплен -2С»	20,0	18,0	15,0	10,0	15,0	15,0	20,0	8,0	-
Дибутилортофталат	5,0	4,0	6,0	8,0	6,0	6,0	2,0	10,0	-
Диметилтерефталат	10,0	-	-	-	-	-	-	-	-
Микромрамор	10,0	12,0	10,0	8,0	10,0	10,0	10,0	10,0	-
Отбеливатель оптический органический «Белофор ОЛА»	0,2	0,1	0,2	0,3	0,2	0,2	0,2	0,2	-
Эфир канифоли пентаэритритовый «Пентанокс»	-	10,0	15,0	18,0	15,0	12,0	8,0	20,0	-
Каолин	-	-	-	-	-	-	-	-	10,0
Смола полиэфирная с 48%-ми терефталевой кислоты	-	-	-	-	-	-	-	-	25,0
Олигоэфир на основе адипиновой кислоты и этиленгликоля	-	-	-	-	-	-	-	-	7,0

Таблица 2Свойства образцов дорожно-разметочных покрытий, полученных из составов табл. 1
Наименование показателей	Составы из табл.1
1 аналог	2	3	4	5	6	7	8	9 прототип
1. Исходная белизна покрытия, %	82,8	80,1	83,0	85,2	82,8	82,4	83,6	80,2	72,0
2. Температура размягчения,°С	99,0	102,4	88,6	85,0	89,0	94,5	112,1	74,4	82,9
3. Адгезия на сдвиг к асфальтобетону, МПа	0,92	1,12	1,20	1,34	1,25	1,20	0,75	1,08	0,85
4. Скорость истечения расплава, г/с	8,9	5,2	8,0	14,9	8,8	7,4	2,4	25,7	6,1
5. Коэффициент хрупкости	1,03	1,08	1,03	1,01	1,03	1,06	1,10	1,04	1,18
6. Грязеудержание покрытия (по белизне), %	58,3	78,6	78,8	80,1	79,4	79,8	77,0	75,3	67,1

Таким образом, как видно из сравнительных примеров, заявляемая термопластичная мастика при сопоставимых показателях реологических и адгезионных характеристик, аналогичной хрупкости, обеспечивает более низкий уровень грязеудержания образующихся на ее основе разметочных покрытий, т.е. меньшую потерю степени белизны при загрязнении относительно исходной величины по сравнению с покрытиями, полученными из известных составов.

Термопластичная мастика для разметки автомобильных дорог, включающая пленкообразующий тройной сополимер бутилметакрилата, метакриловой кислоты и стирола с кислотным числом, 6,0-9,0 мг КОН/г, температурой размягчения 90-112°С и относительной вязкостью 2%-ного раствора в бутилацетате 1,4-1,8, двуокись титана, минеральные наполнители - смесь кварцевого песка и фракционированного микромрамора, пластификаторы и светотехнические добавки, отличающаяся тем, что в качестве пластификаторов она содержит смесь дибутилортофталата с пентаэритритовым эфиром канифоли, имеющим кислотное число не более 12,0 мг КОН/г и температуру размягчения не менее 90°С, а в качестве светотехнических добавок используют смесь стеклянных микрошариков и органического оптического отбеливателя, при следующем соотношении компонентов мастики, мас.%:

Указанный акриловый сополимер	10,0 - 18,0
Пентаэритритовый эфир канифоли	10,0 - 18,0
Дибутилортофталат	4,0 - 8,0
Двуокись титана	8,0 - 12,0
Микромрамор фракционированный	8,0 - 12,0
Микрошарики стеклянные	10,0 - 20,0
Отбеливатель оптический органический	0,1 - 0,3
Песок кварцевый	До 100