南京蓝风新材料科技有限公司

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双组分喷涂聚脲道路标线涂料

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产品描述
参数

  公路的建设和养护一刻也离不开道路标线涂料(道路交通标线)的应用,因为它是引导车辆规范行驶最有效的方式之一,可显著降低交通事故的发生率和提高交通效率。所以说道路标线涂料不仅是道路交通安全设施的重要组成部分,也是道路建设的重要组成部分。喷涂聚脲道路标线涂料是南京蓝风新材料科技有限公司投资研发的主力技术和产品,它主要用于各类等级公路和城市道路的标线划制。喷涂聚脲道路标线涂料,目前在国际上是一种新型的和极有发展前景的道路标线材料。 

1.1 产品研发背景

  目前国内外普遍使用的道路标线涂料主要分为溶剂型和非溶剂型,其中溶剂型又分为常温溶剂型和加热溶剂型两种;非溶剂型可分为热熔型和双组分反应性。常温溶剂型道路标线漆是指可在常温下施工的涂料,它靠溶剂的挥发而成膜。涂料中含有30%左右的溶剂;加热溶剂型的组成与常温型基本相同,只是溶剂的含量较低,约10--15%左右,因而黏度较高,使用时需要适当加热;热熔型道路标线漆是以石油树脂或其他成合成材料为成膜物质,固含量为100%,固化时间为3分钟,涂膜厚度可达1.5毫米,。但此类涂料施工条件很苛刻,一次性使用造价较高,使用寿命也仅为20个月左右。目前在西欧和日本等国主要使用这类标线漆,在我国的使用量也很大,占到路标线漆总使用量的90%左右;双组分反应型道路标线漆是一类新兴发展起来的道路标线涂料,它的成型需要一台专门的喷涂机械,两个液体组分经过迅速而充分的混合后即被喷涂到道路表面,再经快速的化学反应而固化成型。它的特点是不含溶剂无污染,施工方便,固化速度快,成膜厚,使用寿命长。在标线漆喷涂的同时再喷洒反光玻璃微珠即可得到夜间反光的道路标线涂料,适合于在高等级公路上的使用,它代表了当今国际上道路标线涂料的发展方向,正在越来越快地替代传统的热熔型道路标线涂料。
  双组分道路标线漆目前一般有丙烯酸酯型、环氧树脂型和聚脲型。丙烯酸酯型的道路标线漆的特点是价格相对低廉,喷涂施工的机具也相对简单,但其成型涂料与路面的粘接性、耐沾污性以及使用寿命相对于环氧和聚脲型都有不足,目前在西欧一些国家和我国的一些合资企业有生产和应用;环氧树脂型的特点是粘接性强,使用寿命长,但它的耐磨性和抗变型能力仍有不足。

1.2 喷涂聚脲道路标线涂料的性能特点

喷涂聚脲型的双组分道路标线涂料是近几年发展起来的最新一代的道路标线涂料,它克服了前两种涂料的不足,其性能特点是:

  ◆ 耐老化性能特别优异,其使用寿命可长达3—5年,是传统的热溶型涂料的2倍。

  ◆ 其耐磨性能和抗冲击性能是环氧树脂类标线涂料的3—10倍,

  ◆ 与路面的粘接性能和耐沾污性能也都优于环氧树脂类涂料。

  ◆ 连续喷涂施工并且涂料固化迅速喷极快,一般在20—30秒内即可固化,5分钟内即可恢复施工道路的交通,极大地提高了施工效率,

  ◆ 在涂料固化前表面喷撒一层合适的反光玻璃珠,玻璃珠便被极其牢固地粘接在涂层表面,由此制得的夜间反光道路标线,反射率高而且使用寿命长。

1.3 .技术特点

  1.3.1技术先进性 本项目产品在配方设计时,着重考虑了道路标线涂料的耐候(紫外光)性、抗冲击性和与路面的粘接性,同时也充分考虑了材料的经济性。为此我们采取了如下的先进技术:
  ① 专门设计和开发了两个功能性扩链剂,通过两个扩链剂各自具有的结构和官能团的独特机理以及相互之间的协同作用,使得到的涂料比普通喷涂聚脲涂料的性能有了全面的提高,这主要表现在耐紫外光性,抗冲击强度,耐磨性和粘接性方面。
  ② 选用脂肪族系列的多异氰酸酯,再经特殊改性,使其一方面更提高了涂料的耐候性,另一方面保证良好的工艺性能以满足喷涂工艺的要求。
  ③ 采用3比1的双组分混合比例,以保证原料成本维持在一个合适的水平上。这种工艺完全不同于普通喷涂聚脲1比1的混合比例,也不同于环氧树脂的2比1的混合比例,这就不仅需要配方设计的起点更高,还需要有专门设计的喷涂机械,才能最终满足混合的要求。
1.3.2技术独占性 本产品喷涂聚脲道路标线涂料所用的核心原料—聚天门冬氨酸酯及两个关键扩链剂为本项目负责人研发而成。以此为基础所形成的喷涂聚脲道路标线涂料的配方及其施工工艺也属于本项目负责人。
  1.3.3技术可行性  本公司研制的喷涂聚脲道路标线涂料的各项性能指标全面达到或超过了《路面标线涂料》JT/T280—2004 中双组分涂料性能的各项指标,并且也通过了实地道路标线的划制试验,证明产品的工艺性能和喷涂的施工方法都能满足实际的施工要求。同时本产品优良的性价比也使得本项目技术在实际的市场竞争中具有充分的优势,它的实际涂布厚度只需要0.4毫米,为传统涂料的三分之一。单位面积用量少,使用寿命长,并且施工能耗低而且效率更高,使得本产品施工和使用的综合成本明显低于传统使用的用于高等级公路的热溶型道路标线涂料的成本。除此之外,本产品在重涂时,无需除去旧标线,又进一步降低了施工费用。

2 双组分聚脲道路标线漆及其市场前景

  蓬勃发展的公路建设必将对我国道路标线漆的发展产生极大的推动力,不仅在总量上,而且在产品性能、环保要求和施工艺上都将有更高更新的要求。
  ① 假定从2003年至2010年,平均每年建成二级以上公路约3万km。
  ② 按照双向4 车道,道路上的标线使用面积可计算出为720M2 / km。
  ③ 热熔型涂料的涂层厚度为1.5~2.5mm ;溶剂型涂料涂层厚度为0.3~0.6  mm。道路标线约需溶剂型涂料0.8t/km ,需热熔型涂料4t/km。  
  ④ 目前标线涂料中热熔型占90%,溶剂型占10%。热熔型所占有的份额以10 %/年的速度递减,其市场被双组分型取代。
根据以上4点假设,得到道路标线涂料的估算情况如下表
表1.道路标线涂料需求估算

年份

二级以上公路总里程/万km

热熔型漆/万t

溶剂型漆/万t

双组分漆/万t

2002

27.72

73.44

1.632

0

2003

30.72

73.728

1.843 2

1.843 2

2004

33.72

70.812

2.023 2

4.046 4

2005

36.72

66.096

2.203 2

6.069 6

2010

45~50

0

2.70~3.0

24.3~27.0

2020

65~70

0

3. 9~4.2

35.1~37.8

  另外,城市道路所用标线漆、停车场、工厂地坪、体育馆、机场跑到等的用量也十分可观。由于城市道路划制标线的确切公里数难于统计,这里只按城市的大小粗略估算。按热熔型漆换算,全国240余个省辖市平均用200t/ 年估算,那么全国城市用标线漆共计6.4万t。由此可见双组分标线涂料具有巨大的市场前景。 

3双组分聚脲道路标线漆的研发现状

  2006年3月起,项目研发团队,在国内率先开始了“双组分聚脲型道路标线漆及其施工工艺”的研究开发工作。我们调研了国外大量的相关的资料,包括喷涂设备、原料制造商、产品标准、应用试验报告和专利等,比较系统地掌握了国外(主要是美国)喷涂聚脲标线漆的发展过程、技术水平和应用现状。整个研发工作的主要内容在于如下几个个方面:
  树脂的研制 作为双组分聚脲道路标线漆的重要原料之一,树脂的主要作用是提高涂料的耐候性和涂层与路面的粘结性。国外的这些树脂都是专利产品,价格及其昂贵,当时的报价为每公斤达10-15元。如果用进口的交联剂,制得的聚脲道路标线漆的原料成本太高,双组分道路划线漆就很难在国内获得推广。为此,我们利用国内生产的原料,研究合成专门的交联剂,经过大半年的努力,确定了合理的工艺路线和条件,并通过了放大试验,得到了合格的产品。通过实验室对比试验,我们自制的交联剂用于聚脲道路标线漆的效果与进口样品比较,无论在材料性能还是在工艺性能上都完全一致,而成本却有了大幅度的下降,从而在根本上保证了这种新型材料在国内推广使用的成本因素。
  喷涂划线机械的选择 双组分聚脲道路标线漆最终的成型划制需要通过专门的喷涂划线机械来实现。喷涂划线的工作流程如下:

 

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  整个双组分聚脲喷涂划线机的主要部分有:A、B两组分的提料系统、A、B两组分的计量系统、加压系统、加热系统、喷枪混合系统和控制系统,其中的计量系统、加压系统和喷枪系统为核心技术,集合了当今世界上设计、材料和加工最先进的技术水平,目前只有少数发达国家的几个企业所能掌握,如美国的Graco 和Binks等。根据高等级公路现场划线作业的需要,这种喷涂划线机械需要装载在重型卡车的底盘上,同时辅助装备的还有A、B 两个组分的原料储罐、反光玻璃微珠储罐、柴油发电机、加热系统、输料泵等等。为了提高施工效率,在一台划线车上同时装有多个喷枪头,使得可以在卡车的左右两侧同时划线,并在需要时,在每个单侧又可同时划制双线,而标线的类型又可通过电子控制系统随时切换成实线或虚线。一台配有5吨储料罐的划线车,根据同时划制的线条数和形式的不同,一次可连续划线4—10 公里,而它的施工速度一般在10 公里/小时。
  2006年9月我们专程赴美国对双组分聚脲道路标线漆的车载喷涂划线机进行了实地考察。MRL 公司和Endisys 公司是两家专业从事道路划线机其它相关工程设备的美国公司,而据称MRL是美国最大的专业制造企业。他们都是根据用户的具体需要,选用Graco 或Binks 聚脲喷涂机械的相关系统,再设计和制造出合适的双组分道路划线机及其他工程机械。
  2007年1月,我们先期引进了一台美国Graco 公司的双组分聚脲喷涂机,这是一台简易和小型的试验机,主要是用于在实验室阶段验证和调整我们自行研发的双组分聚脲道路标线漆的配方性能和施工参数。通过试验和验证,我们基本确定了我们的配方体系,得到了合适的工艺参数。表明我们目前的配方体系通过了实验室的评价,可以进一步放大试验,即在工业用的双组分道路划线机上进行实际划线作业,以进一步考察和验证配方体系和工艺参数,取得最终研发成果。2007底年我们研制的喷涂型聚脲道路标线涂料通过了交通部国家交通安全设施质量监督检验中心的检测。2008年10月,我们专门生产了400公斤组合料发往美国的明尼苏达州,利用Endisys公司生产的专用道路标线涂料喷涂机,做实地喷涂应用试验,结果表面该涂料的工艺性能和质量性能,完全与美国3M公司生产的聚脲道路标线涂料相当。在此基础上,本项目负责人于2009年组织引进了一台该公司生产的道路标线喷涂机,在国内继续从事聚脲道路标线涂料的应用试验。

4 聚脲道路标线漆简介

4.1 聚脲道路标线漆的特性

  聚脲道路标线漆是一种新型的路面标线涂料,主要用于等级公路和高速公路的纵向标线的划制,也可用于城市道路的横向标线的划制。它是双组分喷涂成型的,100%固含量,具有固化速度快、不粘胎时间短的特点。通过在未固化标线表面喷洒反光玻璃微珠,可得到反射性能优良的反光道路标线漆,并且具有良好的耐久性。
与热熔型、PMMA和环氧标线漆相比,聚脲标线漆的性能特点如下:

  1、具有极强的成膜性能,最大厚度可达数毫米。

  2、固化速度快,表干时间小于39秒,不粘胎时间小于等于25分钟。

  3、与(沥青或混凝土)路面和反光玻璃珠的粘结力强,因此具有良好的使用寿命。

  4、耐磨性能强。

  5、耐老化性能和色泽保持性能优良。

  6、耐化学腐蚀尤其是耐盐腐蚀性能优良。

  7、耐表面沾污(自洁性)性能良好。

  8、耐低温性能强。

  聚脲道路标线漆的施工需要专门的施工机械,它是一种可移的车载系统,包括装备有喷洒反光微珠的装置,由此实现连续的划线作业。

 

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4.2 材料试验

  2008年国家交通安全设施质量监督检验中心根据JT/T280-2004《路面标线涂料》中的双组分要求,对聚脲道路标线漆进行了材料检测,检测结果完全符合标准要求(附件1)。

4.3 路面试验

  根据美国佛蒙特州运输部对热熔型、环氧型和聚脲道路标线漆反射率耐久性的试验报告,结果显示,在标线划制的初期,聚脲漆的反射率明显比其它两种漆高出许多,在第一年的使用期内,热熔、环氧和聚脲的最大衰减幅度分别为51%、81%和71%,第二年内,对应的衰减幅度分别为80%、92%和86%。根据美国联邦公路局(FHWA)对一级公路、二级公路和高速公路反射率要求,相应的推荐值分别为(白色)85、100和150。从衰减的百分比看,环氧漆的衰减幅度最大,且在第一年的使用期内最低反射率仅为75,远低于高速公路要求的150;聚脲的衰减幅度在两个使用周期内均大于热熔漆,但聚脲漆衰减后的最低值分别为260和120,高于和接近150的推荐值,而热熔漆相应数据为80和100,均低于推荐值。由此可见,聚脲漆反射率及其耐久性均优于热熔漆和环氧漆。下图为反射率衰减曲线图。

 

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4.4成本分析

  目前国内公路特别是高速公路所使用的标线漆,主要是以热熔型涂料为主。仅考察材料成本,聚脲漆要远高于热熔漆,但由于聚脲漆所需要的厚度仅为0.5毫米左右,远低于热熔漆的2—3 毫米,因此聚脲漆的实际施工造价并不比热熔漆高出多少。下表为两者的成本对比。

表2.喷涂聚脲型和热融型道路标线漆成本分析

项目

聚脲型

热熔型

原料售价(元/Kg)

50

14.5

标线宽度(cm)

15

15

标线厚度(mm)

0.5

2

施工价
(元/m2)

黄色

60

45

白色

55

40

每平米材料用量(Kg)

0.6

2.4

每平米材料价格(元)

30

34.8

4.5 结论

  1、双组份喷涂聚脲道路标线漆的综合性能优于传统标线涂料,特别是耐老化性、耐低温性、反射率耐久性和耐沾污性方面尤为突出。

  2、尽管聚脲道路标线漆的原料成本高于传统材料,但由于其性能突出,涂膜所需的厚度可大为降低,因此施工造价并不比传统涂料高出多少。然而由于聚脲道路标线漆可以做成反光涂料,其安全性能就可以大大提高,这一点是传统标线漆所无法做到的。

  3、鉴于上述两方面的原因,聚脲道路标线漆的性价比优势明显,是一种值得推广应用的新型道路标线涂料。

 

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