ТЕРМОПЛАСТИЧНАЯ МАСТИКА ДЛЯ РАЗМЕТКИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И АЭРОДРОМОВ С АСФАЛЬТОБЕТОННЫМ ПОКРЫТИЕМ Российский патент 2005 года по МПК C09D133/04 C09D133/10 E01F9/04 

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 титана4...10песок кварцевый или строительный60...70аэросил или трансформаторное масло0,5...2,5термопластичный полиуретан в виде отходов крошки или мелкой обрези0,1...5,0полиэфирную 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 катализатора19,0...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°С15...30пластификатор - олигоэфиры с кислотным числом 0-80 мг КОН/г, полученные на основе алифатических двухосновных кислот не менее С₄ и алифатических гликолей С₂-С₅3...10пигментную двуокись титана4...10антиседиментационный наполнитель3...10стеклянные микрошарики0...30минеральный наполнительостальное 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/г6,0...9,0температура размягчения по методу "Кольца и шара", °С90...112относительная вязкость 2%-ного раствора в бутилацетате1,4...1,8массовая доля воды, %, не более0,6

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 стирола18,0...25,0дибутилортофталат или пластификатор ЭДОС2,0...8,0диметилтерефталат5,0...12,0двуокись титана пигментная8,0...12,0микромрамор8,0...12,0микрошарики стеклянные0...20,0оптический отбеливатель0,1...0,3песок кварцевыйостальное 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 более0,3температура вспышки в открытом тигле, °С, не менее130температура застывания, °С, не вышеминус 40плотность при 20°С, г/см³1,080±0,03массовая доля летучих веществ, %, не более0,6

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 (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.

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 мастикиКомпоненты мастикиСодержание в составах, % 1 прототип2345678Смола полиэфирная с 48%-ми терефталевой кислоты25,0 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
-Олигоэфир на основе адипиновой кислоты и этиленгликоля 
 
7,0 
 
- 
 
- 
 
- 
 
- 
 
- 
 
- 
 
-Каолин10,0-------Титана двуокись10,08,010,012,010,010,010,012,0Микрошарики стеклянные20,0-20,015,020,020,010,07,0Песок кварцевый28,045,924,828,724,527,024,939,9Сополимер акриловый-18,020,025,020,015,030,020,0Дибутилортофталат-8,05,02,0-8,05,0-Диметилтерефталат-12,010,05,010,010,010,03,0Пластификатор ЭДОС----5,0--8,0Микромрамор-8,010,012,010,010,010,010,0Отбеливатель оптический-0,10,20,30,5-0,10,1

Таблица 2
Свойства образцов дорожно-разметочных покрытий, полученных из составов табл.1Наименование показателейСоставы из табл. 1 1 прототип2345678Белизна покрытия, %72,080,382,884,082,578,780,581,1Температура размягчения, °С82,9108,399,087,499,3111,485,489,8Адгезия на сдвиг к асфальтобетону, кг/см²8,520,49,212,89,48,710,114,3Скорость истечения расплава, г/с6,17,78,98,79,05,69,010,1Коэффициент хрупкости1,181,071,031,051,031,111,081,05

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.

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.

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 сополимер18,0-25,0Дибутилортофталат или пластификатор ЭДОС 2,0-8,0Диметилтерефталат 5,0-12,0Двуокись титана 8,0-12,0Микромрамор 8,0-12,0Микрошарики стеклянные 0-20,0Органический оптический отбеливатель 0,1-0,3Кварцевый песокОстальное