水性丙烯酸道路标线涂料的发展历史和优势

0 发展历史
      20世纪80年代初期美国加利福尼亚有个客户向原罗门哈斯公司(现陶氏化学公司)提出需要一种用于道路快干的水性道路涂料树脂,并能符合加利福尼亚空气管理署 VOC(有机物挥发含量)标准。1985年,在美国诞生了第一个符合道路标线涂料设计要求的水性丙烯酸道路标线涂料树脂系统。在随后的几十年里,水性道路标线涂料的技术被不断地开发和完善,形成了一系列适合不同路面和气候条件的技术产品。
      跟传统的热熔和溶剂型道路标线涂料比,水性丙烯酸道路标线涂料杰出的环保性、安全性已被越来越多的人们认识。在一些国家,为了降低环境污染,节约能源,提高夜间、雨天的行车安全,在政府的大力支持下,水性丙烯酸道路标线涂料取代传统的热熔和溶剂型道路标线涂料的推广取得了极大的成功。今天水性丙烯酸道路标线涂料已经在世界范围内得到广泛的推广应用。
      然而在80年代初, 很多这些水性标线涂料因为干燥时间长,导致的车轮黏漆、洒漆、不耐冲洗、附着力较差而饱受诟病。然而即使是早期的水性标线涂料性能也比当今常见的丙烯酸乳胶涂料在道路上的耐磨性以及在施工性能上都要好。
      在90年代,由陶氏化学开发的快干化学终于突破技术上的瓶颈,从而使开发快干型丙烯酸产品成为可能。改进的固化速度对于防止轮胎黏漆非常重要。也就是通常所说的不黏胎干燥时间,此外快干技术还提供了早期抗雨水能力,特别是在一些高湿、低温和无风的施工环境下。
       1995年后陶氏化学公司持续研发的快驰克™(FASTRACK™)新产品对于混凝土和溶剂型沥青表面具有更好的润湿性和黏着力;独有的自交联技术,极大提高了水性标线在使用中的耐久性及与玻璃珠的黏结性,此外,又开发了可在寒冷天气施工的快驰克™(FASTRACK™)水性丙烯酸树脂(0 ℃以上施工),对延长施工季节方面有了明显优势。

1 性能特点
1.1 耐磨性能
      通常测试新划制的标线应垂直于路面方向,涂层膜厚均一,无起泡、开裂现象,不同的标线每天经受同等车流量的碾压。图1是当时第一代、第二代快驰克™ (FASTRACK™)水性丙烯酸树脂的标线涂料和溶剂型醇酸道路标线涂料产品的对比。
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1.2 可视性能
      可视性主要根据道路标线的逆反射亮度系数衡量,逆反射亮度系数是指一个物体(这里指涂层上的玻璃珠)把光反射回光源(车灯以及更重要的司机的眼睛)的能力。在干燥状态下,将观察角为1.05°、入射角为88.76°的标线逆反射系数测量仪按行车方向平放在抽样检测点的标线上,测取每个点上的逆反射亮度系数,求算平均值,见图2。
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逆反射亮度系数定义:
(1)玻璃微珠逆反射面的逆反射光强度系数除以它的面积之商;
(2)由于玻璃微珠的使用,标线具有逆反射亮度系数;
(3)逆反射亮度系数的测量单位为mcd·lx-1·m-2
众所周知,优秀的道路标线必须在各种天气条件下都保持良好可视性,更亮的、可视性更好的标线可以使得驾驶人员看得更远, 尤其对于高速行驶来说是非常重要的。标线的可视性受道路标线的“逆反射亮度系数”影响很大,是司机最为关注的问题。大多数的国家包括美国、欧共体、澳大利亚、新西兰都在向道路标线有注明最低逆反射亮度系数的标准靠拢,国际上通常把100 mcd认为是道路标线最低逆反射限度。该水性丙烯酸树脂比以往传统的溶剂和热熔产品能更好地黏结玻璃珠,加强和稳定标线的逆反射亮度系数,从而提高标线的可视性以及可视长久性,特别是在最为需要的夜间和雨夜的情况下

1.3 夜间反光性能
图3是1 a后的热熔涂料和水性丙烯酸标线涂料的对比实例,这是同一道路的两张夜间照片,没有特技摄影,在白天,看起来两种标线都很不错,但在晚上对于驾驶员来说,这是一个完全不同的视觉感受,只有水性道路标线才能给驾驶人员更清晰的路面视觉。
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图4是在中国采集的逆反射率数据。2001年9月份在宁沪高速公路南京-汤山段进行了水性路标涂料的路试,约20 km左右。当时施工结束后,热熔和水性涂料中间虚线和边线均有极佳的反光效果。根据罗门哈斯技术人员的1 a跟踪测试,水性边线逆反射性能以更缓慢的速度下降,而且仍保持在150 mcd以上。
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一些研究机构表明,道路标线是最低成本而且有效的安全指示,它能使交通事故减少60%,夜间的交通死亡人数是白天的3~4倍,提高道路标线的夜间可视性是减少交通事故的重要措施。

1.4 雨夜可视性能
通常标线在白天具有可视性,但在潮湿夜晚就不具有可视性,欧洲、美国、澳洲已经有潮湿夜间反射率标准。许多国家为了提高标线雨夜可视性而倾向于使用大粒径的玻璃珠。看上去表现相似的大玻璃珠和小玻璃珠,在雨夜条件下,只有使用大粒径玻璃珠的标线才真正有效(见图5)。使用水性丙烯酸树脂技术的涂料可增加膜层厚度能够黏合住较大的玻璃珠,从而增强反射率和雨夜可见度,而且使标线具有长达多年的耐用性。
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2 环保性能
2.1 VOC
一般水性丙烯酸道路标线涂料中挥发性溶剂含量(VOC)在90~ 120 g/L涂料,溶剂型涂料中VOC含量达450~650 g/L涂料。也就是说使用1 t水性丙烯酸道路标线涂料可减少360~530 kg挥发性有害物质进入空气中。

2.2 施工环境和人员健康
水性丙烯酸道路标线涂料现场施工无需液化气加热,杜绝了现场施工爆炸、燃烧等不安全隐患,水性丙烯酸道路标线涂料的介质是水,所以无需采用易燃物的贮运操作措施。生产工人和施工操作人员无需接触有毒、有害和易燃的材料。

3 施工性能
水性丙烯酸道路涂料施工快捷、高效,可采用无气或有气设备全自动施工,正常的施工速度可达10~20 km/h,标线重涂可以直接在原有标线上进行,不必像热熔涂料那样清除旧线。

4 结 语
水性丙烯酸道路标线涂料在提高标线的可视性以及环境保护、施工人员健康上,具有独特和无可置疑的优越性。今天,在日益严格的环保法规的推动下以及越来越高的交通安全要求下,越来越多国家的交通部门在道路标线涂料的选用上已经从溶剂型转变到水性。在环保举措与交通法规相配套的做法上,一些欧洲国家已经有较长的历史。在美国,新的联邦细则(TT-P-1952E)对水性道路标线涂料的耐久性提出了具体的要求。
中国和其他国家一样,在交通安全和环境保护上的要求是一致的。所有的交管部门都希望通过提供道路标线更好的夜间(雨夜)可视性来提供安全的驾驶环境以减少交通事故;施工单位希望通过简单的工艺达到对沥青和混凝土良好的黏着性和可清除作业;减少VOC排放,降低对施工人员和环境的污染。所有上面的要求,最新的水性丙烯酸道路标线涂料都能够提供完善的解决方案。

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