ИЗНОСОСТОЙКАЯ КРАСКА ДЛЯ РАЗМЕТКИ ДОРОГ
WEAR-RESISTANT PAINT FOR ROAD MARKING

Изобретение относится к лакокрасочной промышленности, а именно к производству красок для проезжей части автомобильных дорог и аэродромов с асфальтовым, бетонным или асфальтобетонным покрытием, и может найти применение при создании рецептур для дорожных разметочных красок с повышенной износостойкостью при абразивном износе.
Известен состав краски для разметки дорог (RU №2181740, C09D 133/04, C09D 133/08, C09D 133/10, 2000.05.31), включающий композицию полимерных связующих, пигменты, пластификатор, наполнители, включающую 20÷35%-ный раствор четвертичной аммонийной соли (алкилдиоксиэтилен)метилметилдиэтиламмоний бензолсульфоната или алкилтриметиламмоний хлорида в толуоле при следующем соотношении ингредиентов мас.ч.:
Композиция полимерных связующих
40÷58
Пигменты
14,0
20÷25%-ный раствор триэтаноламина в этаноле
0,43÷0,2
Наполнители
20÷40
20÷35%-ный раствор четвертичной
аммонийной соли (алкилдиоксиэтилен)
метилметилдиэтиламмоний бензолсульфоната
или алкилтриметиламмоний хлорида в толуоле
1,0÷12,5
Недостатком данной краски является то, что она имеет недостаточную механическую прочность и низкую износостойкость.
Известен состав краски для разметки дорог (RU №2267509, C09D 133/04 C09D 133/10, E01F 9/04, 2004.11.09), включающий акриловый пленкообразователь, наполнители, пластификатор - хлорпарафин ХП-470, органический растворитель, пигмент - диоксид титана, причем в качестве акрилового пленкообразователя содержит 65%-ный раствор термопластичной акриловой смолы в толуоле или в этилацетате "Хромакрил ТП-130", в качестве наполнителей содержит микромрамор фракционированный и оксигидроксид алюминия - "Прокаль", в качестве органического растворителя содержит смесь толуола и этилацетата в отношении 2,4:1 или смесь толуола и ацетона в отношении 1:1 и дополнительно содержит загуститель - органическое производное монтмориллонита "Бентоне SD-2", диспергатор - смесь натуральных фосфолипидов "Соя лецитин Nalec 10-F", противоседиментационное средство - 20%-ный раствор органического соединения в ксилоле "М-П-А 2000Х", при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
65%-ный раствор термопластичной
акриловой смолы в толуоле или
в этилацетате "Хромакрил ТП-130"
22÷28
Микромрамор фракционированный
36÷43
Оксигидроксид алюминия - "Прокаль"
10÷14
Хлорпарафин ХП-470
1÷3
Смесь толуола и этилацетата
в отношении 2,4:1 или смесь толуола и
ацетона в отношении 1:1
7÷16
Диоксид титана
7÷13
Органическое производное
монтмориллонита "Бентоне SD-2"
0,2÷0,8
Смесь натуральных фосфолипидов
"Соя лецитин Nalec 10-F"
0,2÷0,5
20%-ный раствор органического соединения
в ксилоле "М-П-А 2000Х"
0,1÷0,3
Недостатком вышеперечисленных технических решений является низкая износостойкость получаемых покрытий.
Наиболее близким техническим решением является краска дорожная разметочная, включающая акриловый пленкообразователь, пластификатор, органические растворители, пигменты, наполнители при следующем составе и соотношении компонентов. В прототипе использован наполнитель, включающий мел технический дисперсный, мел природный, глинозем, микрокальцит, термосульфат кальция, микробарит отбеленный, микротальк.
Недостатком прототипа является его низкая износостойкость в условиях абразивного изнашивания, характерного при его эксплуатации на проезжих частях автомобильных дорог (требуемый срок повторного нанесения разметки - 6 месяцев). Гетеродисперсность применяемых наполнителей позволяет повысить их объемную концентрацию в покрытии, однако отсутствие закономерностей в количестве и объемах фракций, размерах составляющих частиц не позволяет создавать структуры, эффективно армирующие получаемое покрытие и снижающие повреждения от пропахиваний по ее поверхности абразивными частицами, вызывающих износ.
Задачей изобретения является разработка рецептуры краски, включающей ее качественный и количественный состав, обеспечивающий создание эффективно армирующих структур на основе наполнителей и пигментов.
Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости краски для разметки дорог.
1
2
3
1
2
3
1
2
1
3
1
2
3
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в износостойкой краске для разметки дорог, включающей акриловый пленкообразователь, пластификатор, органические растворители, смесь пигментов и наполнителей, согласно изобретению смесь пигментов и наполнителей состоит из фракций с размером частиц D, D, D и объемной концентрацией V, V, V соответственно для каждой фракции, причем размеры частиц фракций отвечают соотношениям: D/D=2,4÷3,3 и D/D=8,5÷8,9, а объемные концентрации фракций соответствуют V=51÷53,0%, V=7,0÷8,0% и V=0,8÷1,2%. Первая и третья фракции включают наполнители, вторая фракция включает пигменты, а частицы третей фракции имеют наноразмеры.
Использование гетеродисперсного распределения пигментов и наполнителей широко известно и позволяет повысить их объемную концентрацию в покрытии по сравнению с монодисперсным, однако без установления закономерностей, позволяющих создавать структуры эффективно армирующих получаемую краску и снижающих повреждения от пропахиваний по ее поверхности абразивных частиц, повышение износостойкости красок возможно за счет повышения механических свойств пленкообразователя.
1
1
Для частиц первой фракции с размером частиц D, имеющих форму, близкую к сферической, при их регулярном расположении в покрытии в случае их одинакового размера (монодисперсное распределение) сопротивление пропахиванию абразивной частицы зависит в основном от физико-механических свойств материала пленкообразователя, т.к. слои частиц при разрушении покрытия абразивной частицей практически скользят относительно друг друга, оказывая незначительное тангенциальное сопротивление пропахиванию, но воспринимая на себя основные нормальные нагрузки от действия абразивной частицы. Объемная концентрация частиц первой фракции V при этом будет составлять 51,0÷53,0%.
2
1
2
Введение в состав краски частиц меньшего размера, очевидно, повысит сопротивление пропахиванию абразивной частицы, т.к. они, взаимодействуя с частицами первой фракции, затруднят скольжение слоев первой фракции относительно друг друга. Однако только в случае, если размер частиц второй фракции D будет в 2,4÷3,3 раза меньше размера частиц первой фракции D, при воздействии внешней нагрузки возникнет силовое деформационное взаимодействие между ними без нарушения первоначальной структуры частиц первой фракции, что значительно повысит как нормальную, так и тангенциальную составляющие сопротивления пропахиванию абразивной частицы. Для создания регулярного расположения частиц второй фракции внутри свободных объемов между частицами первой фракции необходимо, чтобы на одну частицу первой фракции приходилось две частицы второй фракции. При этом объемная концентрация частиц второй фракции V составит 7,0÷8,0%.
3
1
3
Введение частиц третьей фракции с размерами D в 8,3÷8,7 раза меньше D позволит через них осуществить дополнительное силовое деформационное взаимодействие между частицами первой и второй фракций без нарушения их структуры, распределяя внешнюю механическую нагрузку на значительно большее количество составляющих, и, таким образом, еще увеличить абразивную износостойкость покрытия. Для создания регулярного расположения частиц третьей фракции внутри свободных объемов между частицами первой и второй фракции необходимо, чтобы на одну частицу первой фракции приходилось 12 частиц третьей фракции. При этих условиях объемная концентрация частиц третьей фракции V составит 0,8÷1,2%.
Введение еще более мелких фракций не приведет к дальнейшему существенному увеличению износостойкости покрытия и применительно к краскам для разметки дорог экономически нецелесообразно.
-6
-4
Используемые в красках для дорог наполнители и пигменты имеют размер от 0,1·10 м до 1·10 м, размеры частиц третьей фракции могут относится к классу наночастиц. Имея количество, в 12 раз превышающее количество частиц первой фракции, и наноразмеры, они повышают физико-механические свойства акрилового пленкообразователя и за счет этого дают существенную дополнительную составляющую в повышение износостойкости краски для разметки дорог.
Целесообразно использовать вследствие большого объема и размеров частиц в качестве первой фракции наполнители, а в качестве второй фракции подходящие по размеру пигменты, т.к. их процентная концентрация соответствует характерным концентрациям пигментов в красках для разметки дорог.
Пример
с
п
3
3
В краске износостойкой для разметки дорог в качестве акрилового пленкообразователя используют смолу "Degalan LP 64/12" (degussa./Rohm Speciality Acrylics. Германия) на основе сополимера метилметакрилата и бутилметакрилата с удельной плотностью Р=1,08 г/см. В качестве пластификатора используют хлорпарафин ХП-470 по ТУ 2493-339-05763458-2003 с удельной плотностью Р=1,21 г/см. В качестве органических растворителей используют смесь толуола ГОСТ 14710-78, сольвента нефтяного нефрас-А-110/160, ТУ 38.301-41-208-2004, этилацетата, ГОСТ 8981-78, в массовом соотношении 54:20:26.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Для приготовления краски исходя из формулы изобретения определяли объемные концентрации фракций V=52,3%; V=7,5%; V=1%. При составлении рецептур красок для разметки дорог необходимо перейти от объемных концентраций фракций V, V, V к их массовым концентрациям М, М, М, учитывая удельные плотности входящих компонентов. Для характерной рецептуры краски для разметки дорог при использовании в качестве акрилового пленкообразователя смолы "Degalan" рекомендовано следующее соотношение:
с
где М - массовая доля смолы, %;
П
М - массовая доля пластификатора, %;
р
М - массовая доля органического растворителя, %.
Для смолы "Degalan" в качестве органического растворителя рекомендована смесь толуола, сольвента и этилацетата в массовом соотношении 54:20:26. При этом массовые доли компонентов определятся соотношениями:
1
3
где P - удельная плотность частиц первой фракции, г/см;
2
3
Р - удельная плотность частиц второй фракции, г/см;
3
3
Р - удельная плотность частиц третьей фракции, г/см;
СП
3
Р - приведенная удельная плотность пластификатора и смолы, г/см.
Приведенная удельная плотность пластификатора и смолы определяется следующим соотношением:
с
3
где Р - удельная плотность смолы, г/см;
П
3
Р - удельная плотность пластификатора, г/см.
1
2
3
Требуемые массовые концентрации частиц фракций М, М, М рассчитываются по формулам (5), (6), (7):
Смесь наполнителей и пигментов состоит из трех фракций, каждая из которых включает:
1
1
3
1 фракция - наполнители - микрокальцит (Микрокал 1, Нийде, Турция), D=1 мкм, P=2,7 г/cм,
2
2
3
2 фракция - пигменты - диоксид титана (KRONOS, Германия), D=0,3 мкм, Р=4,1 г/см,
3
3
3
3 фракция - наполнители - диоксид кремния (Асил-120, ТУ У 24.6-05540209-003-2003), D=120 нм, Р=2,5 г/см.
Размеры частиц фракций указаны в спецификациях к соответствующим пигментам или наполнителям.
Соотношение ингредиентов определяют на основе расчетов по представленным выше формулам, %:
Акриловый пленкообразователь (смола "Degalan") (М<sub>с</sub>)
12,5%
Пластификатор (хлорпарафин) (М<sub>П</sub>)
2,1%
Органические растворители
(толуол, сольвент, этилацетат) (МР)
6,5%
Смесь наполнителей и пигментов:
фракция 1 (Микрокальцит, 1 мкм) (M<sub>1</sub>)
47,7%
фракция 2 (Диоксид титана, 0,3 мкм) (М<sub>2</sub>)
10,3%
фракция 3 (Диоксид кремния, 120 нм) (М<sub>3</sub>)
0,9%
При этом выдерживаются соотношения, заявленные в формуле:
1
2
D/D=3,3
1
3
D/D=8,3
Износостойкую краску для разметки дорог готовят по следующей технологии. В диссольвер загружают в указанных выше пропорциях органические растворители и перемешивают при 300 об/мин, добавляют акриловый пленкообразователь и пластификатор и перемешивают 30 мин на той же скорости. Затем добавляют смесь наполнителей и пигментов начиная с третей фракции - диоксид кремния, диоксид титана, микрокальцит, и перемешивают 60 мин при 1000 об/мин.
Готовая краска наносится машинами для разметки дорог, краскораспылителем, валиком или кистью.
Предложенный состав проходит испытания на участке автодороги Рамешки-Максатиха 3-11 км Тверской области с июня 2007 года. Данный участок дороги находится в хорошем состоянии и соответствует требованиям, предъявляемым ГОСТ Р 51256-99 и ГОСТ Р 52575-2006, в отличие от участков дорог, покрытых другими составами в это же время.