Термопластичная мастика для разметки автомобильных дорог и аэродромов с асфальтобетонным покрытием
Изобретение используется в качестве материала для маркировки дорожного полотна с асфальтобетонным покрытием. Описывается термопластичная мастика, включающая пленкообразующий полимер, двуокись титана, пластификаторы, светотехнические добавки и минеральные наполнители. В качестве пленкообразующего она содержит тройной акриловый 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, в качестве пластификаторов содержит смесь дибутилортофталата или пластификатора ЭДОС с диметилтерефталатом, в качестве светотехнической добавки - органический оптический отбеливатель, возможно в смеси со стеклянными микрошариками, а в качестве минерального наполнителя - смесь кварцевого песка и микромрамора. Предлагаемая мастика обеспечивает получение покрытий с лучшей белизной (более 80%) и меньшей хрупкостью в широком температурном диапазоне эксплуатации. 2 табл.
Настоящее изобретение относится к мастичным составам, предназначенным для нанесения маркировки (сигнальной разметки) на автодорожное полотно или аэродромное покрытие с асфальтобетонным верхним слоем с целью обеспечения безопасности движения.
Для разметки дорог и аэродромов известно большое количество термопластичных полимерных композиций, рецептуры которых близки и содержат следующие основные компоненты:
- пленкообразующие;
- пластификаторы;
- пигменты;
- минеральные наполнители;
- светотехнические добавки.
Основные технологические и эксплуатационные характеристики разметочных мастик определяются химической природой пленкообразующего. Выбор пленкообразующего обусловлен многими причинами, такими как: различие требований к дорожной разметке, климатическими условиями ее эксплуатации, наличием сырьевой и производственной баз для его промышленного выпуска и др.
В России подавляющее большинство термопластичных мастик, предназначенных для сигнальной разметки дорог, в качестве пленкообразующего содержат твердые полиэфирные смолы сложноэфирного типа. Известен термопластичный состав для разметки автомобильных дорог и аэродромов, включающий следующие компоненты (мас. ч):
| пигментную двуокись титана | 4...10 |
| песок кварцевый или строительный | 60...70 |
| аэросил или трансформаторное масло | 0,5...2,5 |
| термопластичный полиуретан в виде | |
| отходов крошки или мелкой обрези | 0,1...5,0 |
| полиэфирную смолу ПС-01 с | |
| кислотным числом 15-70 мг КОН/г | |
| и температурой плавления 60-90°С, | |
| полученную на основе фталевого | |
| ангидрида, этиленгликоля и | |
| глицерина в присутствии | |
| ортофосфорной кислоты в | |
| качестве катализатора | 19,0...33,4 |
(Патент РФ №2074872. МПК6 С 09 Д 167/02. Заявл. 16.04.92, заявка №5037874/04. Опубл. 10.03.97).
Недостатком известного состава является низкая белизна (коэффициент диффузионного отражения) получаемых разметочных покрытий (менее 70%), связанная с коричневой окраской полиэфирной смолы ПС-01, и повышенная хрупкость при отрицательных температурах, обусловленная низкой молекулярной массой смолы, которую не улучшило и введение полиуретановых термоэластопластов.
Наиболее близким аналогом к заявляемому по качеству получаемых разметочных покрытий является термопластичный состав для маркировки дорожного полотна, содержащий следующие ингредиенты (мас.%):
| полиэфирную смолу, содержащую | |
| в своем составе до 55% | |
| терефталевой кислоты, | |
| с температурой размягчения | |
| не ниже 70°С | 15...30 |
| пластификатор - олигоэфиры с | |
| кислотным числом 0-80 мг КОН/г, | |
| полученные на основе алифатических | |
| двухосновных кислот 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).
Известный состав - прототип, как и термопластичный состав - аналог базируется на использовании в качестве пленкообразующего низкомолекулярных полиэфирных смол сложноэфирного типа, которые имеют низкие деформационные свойства, особенно в области отрицательных температур, что обуславливает хрупкость разметочных покрытий при воздействии ударных нагрузок. Кроме того, белизна нанесенных разметочных покрытий на основе известного состава на превышает 75%, что согласно ГОСТ Р 51256-99 "Разметка дорожная. Типы и основные параметры. Общие технические требования", ограничивает его использование для маркировки дорог I категории (дорог Федерального уровня).
Технической задачей, решаемой в рамках настоящего изобретения, является создание состава термопластичной мастики, обеспечивающей получение эластичных дорожных разметочных покрытий с белизной более 80% с длительным сроком эксплуатации в условиях ударного воздействия и знакопеременных температур в диапазоне минус 30°С - плюс 40°С за счет снижения хрупкости.
Решение поставленной цели достигается за счет того, что в отличие от известного состава - прототипа, предлагаемая термопластичная мастика для разметки автомобильных дорог и аэродромов в качестве пленкообразующего содержит твердый тройной акриловый сополимер бутилметакрилата, метакриловой кислоты и стирола - сополимер марки "Акроплен - 2С" (ТУ 2216-007-55856863-2001), обладающий следующими физико-химическими характеристиками:
| 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 |
| массовая доля воды, %, не более | 0,6 |
в качестве пластификаторов она содержит смесь жидкого дибутилортофталата (ГОСТ 8723-88) или пластификатора ЭДОС (ТУ 2493-003-13004749-93) и твердого диметилтерефталата (ГОСТ 11363-91), а в качестве светотехнических добавок используют смесь стеклянных микрошариков диаметром 180 - 850 мкм (ТУ 5951-001-54611645-2001) и оптического отбеливателя типа "Белофор ОЛА" (ТУ 6-14-753-78) или "Белофор КД-2С" (ТУ 6-38-5800142-174-95); при следующем соотношении между компонентами мастики (мас.%):
| тройной акриловый сополимер | |
| бутилметакрилата, метакриловой | |
| кислоты и стирола | 18,0...25,0 |
| дибутилортофталат или пластификатор ЭДОС | 2,0...8,0 |
| диметилтерефталат | 5,0...12,0 |
| двуокись титана пигментная | 8,0...12,0 |
| микромрамор | 8,0...12,0 |
| микрошарики стеклянные | 0...20,0 |
| оптический отбеливатель | 0,1...0,3 |
| песок кварцевый | остальное до 100 |
Пластификатор ЭДОС согласно техническим условиям представляет собой смесь переменного состава диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров, обладающая следующими физико-химическими характеристиками:
| кислотное число, мг КОН/г, не более | 0,3 |
| температура вспышки в | |
| открытом тигле, °С, не менее | 130 |
| температура застывания, °С, не выше | минус 40 |
| плотность при 20°С, г/см3 | 1,080±0,03 |
| массовая доля летучих | |
| веществ, %, не более | 0,6 |
В качестве пигментной двуокиси титана применяют марку Р-02 (ГОСТ 9808-84), микромрамор используют фракционированный марок МК-10 или МК-20 (ТУ 5716-003-40705684-2001). Кварцевый песок должен соответствовать ГОСТ 25551-77 (марки ОВС-020-В, ОВС-025-1, ВС-050-1 или С-070-1).
Заявляемые пределы соотношений между компонентами состава мастики определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения достигаемых положительных экономического и технического эффектов. Предлагаемые количества порошкообразных пигмента и наполнителей (двуокись титана, микромрамор, песок, стеклянные микрошарики) обеспечивают их оптимальную упаковку в расплаве пленкообразующего и тем самым достижение регламентируемых реологических показателей мастики при ее нанесении на размечаемые поверхности.
Нижний заявляемый предел содержания пленкообразующего в составе связан с необходимостью обеспечения требуемых адгезионных свойств мастики к асфальтобетону и эластичности образующихся разметочных покрытий. Верхний предел содержания пленкообразующего в составе мастики обусловлен экономической целесообразностью.
Использование смеси двух пластификаторов - жидкого и твердого также обусловлен минимизацией количества пленкообразующей смолы и оптимизацией реологических характеристик мастики: твердый пластификатор обеспечивает сохранение сыпучести мастики в исходном виде, когда она представляет собой порошкообразную массу, а вместе оба пластификатора обеспечивают необходимую текучесть расплава мастики в процессе ее нанесения при рабочей температуре 175-190°С.
Предлагаемый интервал концентрации оптического отбеливателя обусловлен его эффективностью по обеспечению увеличенного уровня белизны разметочных покрытий. Содержание данного реагента более 0,3% не приводит к дальнейшему повышению белизны, а менее 0,1% - малоэффективно.
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.
"Изобретательный уровень" предлагаемого технического решения иллюстрируется вышеуказанным и заключается в том, что впервые использование тройного акрилового сополимера на основе мономеров бутилметакрилата, стирола и метакриловой кислоты вкупе с бинарным пластификатором привело к неочевидному эффекту - получению термопластичной композиции, разметочные покрытия из которой не охрупчиваются и сохраняют высокую эластичность при отрицательных температурах вплоть до минус 30°С. Если увеличение белизны покрытия при использовании акрилового сополимера можно было предполагать, так как сополимер "Акроплен - 2С" чисто белого цвета, то эффекта сохранения высокой эластичности у толстослойных высоконаполненных покрытий нельзя было ожидать заранее. До настоящего времени твердый "Акроплен - 2С" использовался только в качестве пленкообразующего в составах органоразбавляемых лакокрасочных материалов, предназначенных для получения тонкослойных (менее 300 мкм) покрытий, для которых параметр эластичности не оказывает существенного влияния на их работоспособность.
Кроме того, заявляемый состав в отличие от состава-прототипа на сложном полиэфире имеет значительно большую термостабильность и его расплав при температуре 175-190°С практически не желтеет и не теряет текучесть в течение не менее суток, что расширяет свободу маневра разметочной автотехники.
Предлагаемая мастика, как и композиция по прототипу, базируется на использовании промышленно производимых ингредиентов с использованием стандартного оборудования как для ее получения, так и для нанесения на дорожное полотно. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "промышленная применимость".
Мастику получают путем смешения измельченного акрилового сополимера с другими рецептурными компонентами при комнатной температуре до получения однородной сыпучей массы. Кварцевый песок должен быть предварительно высушен до влажности не более 1%.
Образцы для испытаний и сами разметочные покрытия формируются после расплавления мастики, перемешивания ее расплава до гомогенного состояния при температуре (180±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 (180±5)°С и адгезию на сдвиг к асфальтобетону определяли в соответствии с ТУ 2253-077-20504464-2004. Коэффициент хрупкости (Кх) по результатам физико-механических испытаний в диапазоне температур минус 30°С - плюс 25°С рассчитывали в соответствии со стандартом СТБ 1090-97 по формуле:
Кх=R1/R2,
где R1 - предел прочности при изгибе при температуре минус 30°С;
R2 - предел прочности при изгибе при температуре плюс 25°С.
Техническую сущность и преимущество предлагаемой термопластичной мастики иллюстрируют нижеприведенные данные.
ПРИМЕР
Берут навески компонентов мастики для конкретно выбранной рецептуры (см. таблицу 1), перемешивают их и расплавляют при температуре 175-185°С до гомогенного состояния. Из полученных расплавов изготавливают образцы дорожно-разметочного покрытия, результаты испытания которых приведены в таблице 2.
| Таблица 1 Составы термопластичной мастики | ||||||||
| Компоненты мастики | Содержание в составах, % | |||||||
| 1 прототип | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| Смола полиэфирная с 48%-ми терефталевой кислоты | 25,0 | - | - | - | - | - | - | - |
| Олигоэфир на основе адипиновой кислоты и этиленгликоля | 7,0 | - | - | - | - | - | - | - |
| Каолин | 10,0 | - | - | - | - | - | - | - |
| Титана двуокись | 10,0 | 8,0 | 10,0 | 12,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 12,0 |
| Микрошарики стеклянные | 20,0 | - | 20,0 | 15,0 | 20,0 | 20,0 | 10,0 | 7,0 |
| Песок кварцевый | 28,0 | 45,9 | 24,8 | 28,7 | 24,5 | 27,0 | 24,9 | 39,9 |
| Сополимер акриловый | - | 18,0 | 20,0 | 25,0 | 20,0 | 15,0 | 30,0 | 20,0 |
| Дибутилортофталат | - | 8,0 | 5,0 | 2,0 | - | 8,0 | 5,0 | - |
| Диметилтерефталат | - | 12,0 | 10,0 | 5,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 3,0 |
| Пластификатор ЭДОС | - | - | - | - | 5,0 | - | - | 8,0 |
| Микромрамор | - | 8,0 | 10,0 | 12,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 |
| Отбеливатель оптический | - | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,5 | - | 0,1 | 0,1 |
| Таблица 2 Свойства образцов дорожно-разметочных покрытий, полученных из составов табл.1 | ||||||||
| Наименование показателей | Составы из табл. 1 | |||||||
| 1 прототип | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| Белизна покрытия, % | 72,0 | 80,3 | 82,8 | 84,0 | 82,5 | 78,7 | 80,5 | 81,1 |
| Температура размягчения, °С | 82,9 | 108,3 | 99,0 | 87,4 | 99,3 | 111,4 | 85,4 | 89,8 |
| Адгезия на сдвиг к асфальтобетону, кг/см2 | 8,5 | 20,4 | 9,2 | 12,8 | 9,4 | 8,7 | 10,1 | 14,3 |
| Скорость истечения расплава, г/с | 6,1 | 7,7 | 8,9 | 8,7 | 9,0 | 5,6 | 9,0 | 10,1 |
| Коэффициент хрупкости | 1,18 | 1,07 | 1,03 | 1,05 | 1,03 | 1,11 | 1,08 | 1,05 |
Таким образом, как видно из сравнительных примеров, заявляемая термопластичная мастика при сопоставимых уровнях реологических и адгезионных характеристик обеспечивает большую белизну образующихся на ее основе маркировочных покрытий, имеющих и меньшую хрупкость по сравнению с покрытиями, полученными из состава-прототипа.
Термопластичная мастика для разметки автомобильных дорог и аэродромов с асфальтобетонным покрытием, включающая пленкообразующий полимер, двуокись титана, пластификаторы, светотехнические добавки и минеральные наполнители, отличающаяся тем, что в качестве пленкообразующего она содержит тройной акриловый 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, в качестве пластификаторов содержит смесь дибутилортофталата или пластификатора ЭДОС с диметилтерефталатом, в качестве светотехнической добавки - органический оптический отбеливатель, возможно в смеси со стеклянными микрошариками, а в качестве наполнителя - смесь кварцевого песка и микромрамора, при следующем соотношении компонентов мастики, мас.%:
| Указанный акриловый сополимер | 18,0-25,0 |
| Дибутилортофталат или пластификатор ЭДОС | 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 |
| Кварцевый песок | Остальное |
