ТЕРМОПЛАСТ ДЛЯ РАЗМЕТКИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И АЭРОДРОМОВ Российский патент 2010 года по МПК C09D167/02 E01F9/04 

Изобретение относится к термопластичным материалам, которые могут использоваться для разметки дорожного полотна с асфальтобетонным покрытием.

Горизонтальная разметка проезжей части автомобильных дорог является одним из важнейших технических средств организации движения, обеспечивая его безопасность. Основными причинами разрушения разметки являются суровые погодные условия России, использование агрессивных противогололедных средств, воздействие горюче-смазочных материалов, плохое состояние дорожного полотна, а также довольно частое нарушение технологии изготовления разметочных материалов. Считается, что срок службы красок для разметки дорог не превышает одного года, а термопластов - не превышает двух лет. Преимущество термопластичных материалов перед красками заключается в том, что толщина наносимого слоя может быть увеличена до 1,5-4 см, что позволяет продлить срок службы дорожной разметки.

В настоящее время существует проблема увеличения ресурса работы термопластичных разметочных материалов.

Известны термопластичные материалы для разметки дорожного полотна с асфальтобетонным покрытием, в составы которых входят различные типы синтетических связующих, определяющих основные технические показатели материала, а также наполнители, пигменты и другие целевые добавки.

Так в патенте Австралии АИ-В-33-909/33, МКИ⁵ C09D 001/08, 005/10, 007/12, С04В 024/126 в качестве модификаторов использованы полиакрилаты, сополимеры акрилатов со стиролом.

Составы разметочных термопластов на основе нефтеполимерных смол описаны в патенте №1324553 (Англия), №420135 (Австрия), а в патенте №4713404 (США) заявлен состав на основе эпоксидной смолы. Наибольшее распространение для регионов с суровыми климатическими условиями получили разметочные материалы на основе полиэфирных смол - термопласты горячего нанесения (Платонов А.П. Полимерные материалы в дорожном и аэродромном строительстве. - Л.: Автодор, - 1994. - 137 с.; Синтетические материалы, используемые при строительстве и ремонте автомобильных дорог. - Обзор, информ. - М.: НИИТЭХИМ, 1994. - вып.2-31 с.).

В патентах РФ 2074872 (МКИ⁶ C09D 167/02), РФ 2074921 (МКИ⁶ C09D 167/02, E01F 9/04), РФ 2167901 (МКИ⁶ C09D 167/02, E01F 9/04) и РФ 2216564 (МКИ⁶ C09D 167/02, E01F 9/04) предложены составы термопластичных разметочных материалов для горизонтальной разметки автомобильных дорог на основе полиэфирных смол, модифицированных низкомолекулярными сложными эфирами, гликолями, отходами термопластичного полиуретана, различными типами восков. К недостаткам известных изобретений следует отнести обилие компонентов, которое, однако, не приводит к улучшению таких важных свойств разметки, как водопоглощение и адгезия к асфальтобетону.

Наиболее близким к предлагаемому материалу является термопластичный состав для маркировки дорожного полотна на основе твердой полиэфирной смолы, содержащий полиэфирную смолу с 40% терефталевой кислоты, включающий пластификатор - полиэфир на основе алифатических двухосновных кислот и гликолей, пигмент, наполнитель, антисидементационную добавку и светотехнические добавки (патент РФ 2216564, МКИ⁶ C09D 167/02, E01F 9/04). Известный состав термопластичного материала (прототип) решает задачу по улучшению эксплуатационных свойств дорожно-разметочного покрытия, однако показатели его стойкости к загрязнениям и водопоглощению недостаточно высоки, а такие показатели свойств, как твердость, интенсивность износа и блеск, в описании известного материала не приведены.

Задачей предлагаемого технического решения является улучшение эксплуатационных характеристик термопласта как дорожно-разметочного материала, а именно: повышение его твердости, стойкости к деструктирующему влиянию антигололедных средств, снижение интенсивности износа разметки и водопоглощения, а также уменьшение зависимости качества покрытия от перепада температур и увеличение блеска покрытия.

Поставленная задача достигается тем, что термопласт для разметки автомобильных дорог и аэродромов, включающий полиэфирную смолу с температурой размягчения 70-85°С и кислотным числом 35-40 мг КОН/г, полученную на основе фталевого ангидрида и глицерина, диоксид титана рутильный, песок кварцевый белый и стеклянные микрошарики, согласно изобретению дополнительно содержит Лапрол 3003 - простой полиэфир с молекулярной массой 3000 на основе окисей этилена и пропилена и мраморную крошку при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиэфирная смола 20-30 Лапрол 3003 1-10 Диоксид титана рутильный 3-10 Мраморная крошка 10-30 Песок кварцевый белый 21-37 Стеклянные микрошарики 4-24

Заявляемый состав термопластичного материала обеспечивает разметку, хорошо видную водителям как в светлое, так и в темное время суток при любой погоде, характеризуется низкой интенсивностью износа, не вызывает скольжения колес автомобилей, быстро сохнет при нанесении на дорожное полотно, имеет с ним хорошее сцепление и может эксплуатироваться в различных климатических зонах России в интервале температур от -40°С до+40°С. Высокая износостойкость термопласта обеспечивает длительный срок его службы - от 3-х до 4-х лет на дорогах с интенсивным автомобильным движением. Заявляемый термопласт дает возможность значительно сократить расходы на восстановление разметочных линий, повысить производительность труда дорожно-ремонтных служб. Четкая и яркая разметка обеспечивает сокращение числа дорожно-транспортных происшествий.

Предлагаемый термопласт состоит из связующего: полиэфирной смолы и Лапрола 3003, пигмента: диоксида титана рутильного и наполнителей: мраморной крошки, белого кварцевого песка, стеклянных микрошариков. Обнаружено, что улучшить свойства термопласта позволяет введение в его состав простого полиэфира на основе окисей этилена и пропилена - Лапрола 3003, являющегося модификатором полиэфирной смолы, проявляющего поверхностно-активные свойства, повышающего твердость и снижающего водопоглощение композиции. Лапрол 3003 не замерзает при температуре -20°С и не смешивается с водой, поэтому сезонные перепады температур не оказывают разрушительного воздействия на разметку. Введение Лапрола 3003 в композицию ниже 1 мас.% не снижает водопоглощение и текучесть материала, а выше 10 мас.% нецелесообразно из-за ограниченного совмещения с полиэфирной смолой. Использование в составе термопласта Лапрола с более низкой молекулярной массой приводит к повышению показателя водопоглощения композиции. Использование в составе термопласта Лапрола с более высокой молекулярной массой увеличивает вязкость композиции, что ухудшает ее растекаемость и тем самым усложняет нанесение композиции на асфальтобетон. Снижение количества полиэфирной смолы в композиции ниже 20 мас.% приводит к снижению прочностных свойств термопласта, а повышение ее количества выше 30 мас.% невыгодно с экономической точки зрения, так как к дальнейшему повышению прочностных свойств не приводит. Диоксид титана рутильный придает композиции белый цвет и обеспечивает ее видимость, снижение его концентрации ниже 3 мас.% в составе термопласта снижает белизну композиции, а повышение более 10 мас.% экономически невыгодно. Стеклянные микрошарики придают разметочному термопласту светоотражающие свойства, обеспечивая безопасность движения в ночное время и при неблагоприятных погодных условиях (дождь, туман и т.д.) и этим определен выбор количественного диапазона микрошариков в составе термопласта. Снижение их концентрации ниже 4 мас.% не обеспечивает светоотражающие свойства термопласта, а повышение количества микрошариков выше 24 мас.% неблагоприятно влияет на его технологические свойства, например, снижает текучесть, а также неоправданно увеличивает себестоимость термопласта. Введение мраморной крошки обеспечивает дополнительный светоотражающий эффект разметки автомобильных дорог и аэродромов и снижает скольжение колес транспорта, а также положительно влияет на прочностные свойства разметки (твердость, износ и др.). Снижение содержания мраморной крошки в композиции ниже 10 мас.% приводит к снижению прочностных свойств термопласта, а повышение сверх 30 мас.% экономически неоправданно. Белый кварцевый песок, являясь наполнителем, обеспечивает технологические, эксплуатационные и экономические свойства термопласта. Введение его в количестве меньше 21 мас.%, удорожает композицию в целом, а повышение более 37 мас.% снижает эксплуатационные свойства разметки (понижает адгезию к асфальтобетону, увеличивает водопоглощение).

При исследовании известного уровня техники не было выявлено аналогичных заявляемому составов термопласта для разметки автомобильных дорог и аэродромов, которые характеризовались бы идентичной совокупностью признаков с достижением такого же технического результата, какой получен в предлагаемом техническом решении, что позволяет сделать вывод о его соответствии критериям "новизна" и "изобретательский уровень". Заявляемый термопластичный разметочный материал может быть получен с применением известных материалов и технических средств, что говорит о его соответствии критерию " промышленная применимость".

Технологический процесс изготовления термопласта для разметки автомобильных дорог и аэродромов состоит из двух стадий:

1) подготовка сырья, которая включает в себя сушку диоксида титана рутильного и наполнителей (белый кварцевый песок, мраморная крошка, стеклянные микрошарики) при температуре 100°С и разогрев полиэфирной смолы до 160-180°С;

2) изготовление термопластичного материала.

Для изготовления термопластичного материала используют полиэфирную смолу на основе глицерина и фталевого ангидрида марки ПФ-Р1 ТУ2226-002-53938077-2001, представляющую собой прозрачную твердую массу, практически бесцветную. В полиэфирную смолу вводят необходимое количество простого полиэфира на основе окисей этилена и пропилена -Лапрол 3003 (ТУ2226-022-10488057-95), имеющего молекулярную массу 3000 и функциональность 3, представляющего собой подвижную прозрачную жидкость, не замерзающую при - 20°С.

Смешение всех компонентов может осуществляться непосредственно в разметочной машине, или в реакторах, снабженных якорной мешалкой, или в смесителях горизонтального типа, снабженных лопастными мешалками. На качество термопластичного материала влияет порядок загрузки компонентов.

Пример 1. Для приготовления 100 кг термопласта сначала смешивают 20 кг (20 мас.%) полиэфирной смолы с 1 кг (1 мас.%) Лапрола 3003 и с 10 кг (10 мас.%) диоксида титана рутильного при 160°С. Образующаяся композиция приобретает хорошие поверхностно-активные и смачивающие свойства. Далее температуру реакционной смеси поднимают до 170°С и последовательно вводят наполнители: мраморную крошку - 10 кг (10 мас.%), белый кварцевый песок - 35 кг (35 мас.%) и стеклянные микрошарики - 24 кг (24 мас.%).

Аналогично примеру 1 готовили составы по примерам 2 и 3 (таблица 1).

Готовый термопластичный материал, который представляет собой органоминеральную композицию, можно измельчить, например, в шаровой мельнице, до порошка с размером частиц от 0,5 до 1 см, расфасовать в полиэтиленовые мешки и в таком виде доставлять потребителю. Его свойства определяли по известным методикам (Крыжановский В.К., Бурлов В.В. Прикладная физика полимеров. - СПб.: Изд-во СПбГТИ(ТУ), 2001. - 99 с. и 116 с.). Водопоглощение определяли в соответствии с ГОСТ Р 4650, а твердость по Бринеллю по ГОСТ Р 4570. Для определения интенсивности износа изготавливали образцы в виде круга диаметром 10 мм и высотой 5 мм в соответствии с методикой (Лабораторный практикум по технологии резины. Основные свойства резин и методы их определения. / Н.Д.Захарова, Н.В.Белозеров, В.Черных и др. - Л.: Химия, 1976. - 82 с.). Испытания проводили на машине МИ-2, в качестве материала истирающего образец использовали стальную поверхность, усилие прижатия - 30 Н, скорость скольжения - 0,27 м/с.

Скорость истечения расплава и блеск покрытия определяли по методикам (Карякина М.И. Лабораторгный практикум по техническому анализу и контролю производств лакокрасочных материалов и покрытий. - М.: Химия, 1989. - с.74 и с.138).

Свойства термопластичного материала представлены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, заявляемый состав термопласта позволяет улучшить эксплуатационные характеристики дорожно-разметочного материала: повысить его твердость, стойкость к деструктирующему влиянию антигололедных составов, снизить истираемость разметки и водопоглощение, а также уменьшить зависимость качества покрытия от перепада температур, и тем самым увеличить ресурс работы термопластичного разметочного материала до 3-4-х лет.

Таблица 1
Состав термопласта для разметки автомобильных дорог и аэродромов. Компоненты Прототип, мас.ч. Заявляемый, мас.% 1 2 3 Полиэфирная смола на основе глицерина и фталевого ангидрида ПФ-Р1 ТУ 2226-002-53 93 8077-2001 - 20 23 30 Полиэфирная смола с 40% фталевой кислоты 22,0 -   - Простой полиэфир на основе окисей этилена и пропилена - Лапрол 3003   1 2 10 Сложный полиэфир на основе адипиновой кислоты и этиленгликоля 3,0 - - - Каолинит 5,0 - - - Диоксид титана (рутильный) 4,0 10 3 5 Стеклянные микрошарики 30,0 24 20 4 Кварцевый песок белый ГОСТ 22551 36,0 35 37 21 Мраморная крошка - 10 15 30 Монтановый воск (мас.ч. на 100 мас.ч. указанного выше состава) 1,5 - - -

Таблица 2
Свойства термопласта для разметки автомобильных дорог и аэродромов   Прототип Заявляемый 1 2 3 Скорость истечения расплава, г/с 5,0 6,5 5,5 5,0 Температура размягчения, °С 85 85 85 85 Адгезия к асфальтобетону, МПа 0,85 1,6 1,8 2,0 Блеск, % - 20 20 20 Водопоглощение, % 0,08 0,02 0,02 0,02 Степень загрязняемости материала, % 9 7 6 5 Интенсивность износа, г/м - 2,6·10^-4 2,7·10^-4 2,8·10^-4 Твердость по Бринеллю, МПа - 28 31 30

Изобретение относится к термопластичным материалам, которые могут использоваться для разметки дорожного полотна с асфальтобетонным покрытием. Термопласт для разметки автомобильных дорог и аэродромов включает полиэфирную смолу с температурой размягчения 70-85°С и кислотным числом 35-40 мг КОН/г, полученную на основе фталевого ангидрида и глицерина, в количестве 20-30 мас.%, диоксид титана рутильный в количестве 3-10 мас.%, песок кварцевый белый 21-37 мас.%, стеклянные микрошарики в количестве 4-24 мас.%, Лапрол 3003 - простой полиэфир с молекулярной массой 3000 на основе окисей этилена и пропилена в количестве 1-10 мас.% и 10-30 мас.% мраморной крошки. Предложенный термопласт характеризуется высокой износостойкостью, не вызывает скольжения колес автомобилей, быстро сохнет при нанесении на дорожное полотно, имеет с ним хорошее сцепление и может эксплуатироваться в различных климатических зонах, в интервале температур от -40°С до +40°С. 2 табл.

Термопласт для разметки автомобильных дорог и аэродромов, включающий полиэфирную смолу с температурой размягчения 70-85°С и кислотным числом 35-40 мг КОН/г, полученную на основе фталевого ангидрида и глицерина, диоксид титана рутильный, песок кварцевый белый и стеклянные микрошарики, отличающийся тем, что дополнительно содержит Лапрол 3003 - простой полиэфир с молекулярной массой 3000 на основе окисей этилена и пропилена и мраморную крошку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Полиэфирная смола 20-30 Лапрол 3003 1-10 Диоксид титана рутильный 3-10 Мраморная крошка 10-30 Песок кварцевый белый 21-37 Стеклянные микрошарики 4-24