路用水性环氧树脂基热反射涂料的研发

摘要

路用热反射涂料能有效缓解夏季高温引发的路面热稳性病害及“城市热岛效应”。但当前的热反射涂料主要使用溶剂型树脂基料，在制备和施工过程中存在环境污染等问题。为了解决上述问题，本文拟研制出一种反射率高、路用性能良好、绿色环保的水性环氧热反射涂料，将这种材料涂布于沥青路面表层可在夏季高温季节有效降低路表温度，从而减少路面热稳性病害，并缓解“城市热岛效应”。
　　采用相反转法以环氧树脂E51，OP-10/SDS复配型乳化剂、Span-80/SDS复配型乳化剂及自制二元多嵌段高分子乳化剂为原料，制备非离子型水性环氧乳液。通过单因素试验对环氧树脂乳化工艺中的影响因素进行了研究。试验结果表明，乳化剂种类、乳化剂用量、乳化温度、剪切速度及滴水速度对相反转点和水性环氧乳液性能的影响非常显著。综合考虑乳液性能和制备工艺，选择自制乳化剂，当乳化剂用量23％，乳化温度60℃，剪切速度3500n/min，滴水速度2mL/min，乳化时间30min时，所得乳液粒径较小且稳定性较优。选择固化时间、固化温度满足施工要求的水性环氧固化剂BH-560，当用量为45％时，成膜物的性能良好，其附着力和硬度分别达到1级和5H，且吸水率较小、热稳定性良好。
　　以水性环氧乳液为热反射涂料的基料树脂，金红石型TiO2、沉淀相SiO2和中空微珠为主要功能性填料制备性能优良的路用热反射涂料。通过正交试验优选出涂料配方:100份固含量40％的水性环氧乳液，7份TiO2，2.5份SiO2和2份中空微珠。加入彩色颜料可配制出多种色系的热反射涂料，其掺量为2％适宜，浅色系热反射涂料的降温效果较深色系热反射涂料好。测试热反射涂料的其他性能，发现涂料具有较好的耐水及耐溶剂性等。
　　采用自制的室内模拟太阳辐射装置测试不同用量及不同温度的水性环氧热反射涂层在沥青混合料试件中应用时的降温效果。研究表明涂层在AC沥青混合料试件应用时的最佳用量为0.9kg/m2～1.0kg/m2，且试件温度越高，涂层的降温效果越明显，最大降温值可达10.5℃。对比太阳辐射下普通沥青混合料试件和热反射涂层试件的温度可知，涂层可降低试件7.6℃。对实际涂层路面的降温效果进行测试，其最大降温值可达8.4℃，进一步证明水性环氧热反射涂层有较好的降温效果。
　　采用摆式摩擦仪评价水性环氧热反射涂层的抗滑性能，结果表明涂层降低了路面的抗滑性能。采用分层铺装的方式添加0.8kg/m2的石英砂，能显著提高涂层路面的抗滑性能，且对降温效果影响较小，满足行车安全的要求。测试水性环氧热反射涂层的其他路用性能，结果表明涂层具有良好的粘附性能、耐磨性能和耐温变性能，能有效应用到沥青路面。在AC路面中使用涂层时，可以起到封水作用，从而有效减少路面水损害。水性环氧热反射涂层具有较好的耐沾污性能，沾污试验后，涂料的降温值下降了0.7℃。
　　分别采用室内模拟加速老化和室外自然老化评价水性环氧热反射涂层的耐老化性能。随着模拟加速老化时间的延长，热反射涂层降温值随之减小。室外自然老化6个月后，涂层降温效果与抗滑性能均下降。实际涂层路面经过6个月的运营后，仍能保持较好的状态，但降温效果和使用性能有所下降。通过掺加光稳定剂的方式改善其耐老化性能，试验结果表明，掺加1％紫外线吸收剂UV-531与受阻胺光稳定剂GW-480的复合稳定剂能有效改善水性环氧热反射涂层的耐老化性能。通过室内和室外降温试验发现，掺加复合光稳定剂后涂层试件能保持良好的降温效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 路用热反射涂料的降温原理及基本组分

1．2．1 降温原理

1．2．1 基本组分

1．3 沥青路面热反射材料的研究现状

1．3．1 国外发展概述

1．3．2 国内发展概述

1．4 环氧树脂水性化研究

1．5 水性环氧涂料的应用现状

1．6 研究目的和意义

1．7 研究内容及技术路线

1．7．1 主要研究内容

1．7．2 技术路线

第二章 相反转法制备水性环氧乳液及性能研究

2．1 主要实验试剂与仪器

2．1．1 原材料和试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 测试方法

2．2．1 粘度测试

2．2．2 粒径测试

2．2．3 电导率测试

2．2．4 稳定性测试

2．3 相反转法制备水性环氧乳液

2．3．1 乳化剂选择

2．3．1 乳化剂制备

2．3．3 乳化剂用量的影响

2．3．4 乳化温度的影响

2．3．5 剪切速度的影响

2．3．6 滴水速度的影响

2．3．7 乳化时间的影响

2．3．8 乳化剂优选

2．3．9 水性环氧乳液制备工艺优化

2．4 相反转过程研究

2．4．1 相反转过程的粘度变化规律

2．4．2 相反转过程的电导率变化规律

2．4．3 相反转点的影响因素

2．5 水性环氧乳液性能研究

2．5．1 乳液的类型和粒径

2．5．2 乳液固含量测试

2．5．3 乳液酸碱稳定性

2．5．4 乳液机械稳定性能测试

2．5．5 乳液稀释稳定性测试

2．5．6 乳液储存稳定性测试

2．5．7 乳液环氧值测试

2．6 固化剂选择及用量确定

2．7 水性环氧成膜物性能研究

2．7．1 成膜物附着力测试

2．7．2 成膜物硬度测试

2．7．3 成膜物吸水率测试

2．7．4 成膜物差示扫描量热仪测试

2．7．5 成膜物扫描电镜测试

2．7．6 成膜物红外光谱测试

2．8 水性环氧乳液性能测试结果

2．9 本章小结

第三章 路用水性环氧热反射材料的制备

3．1 实验原料和实验设备

3．1．1 原材料和试剂

3．1．2 实验仪器

3．2 测试方法

3．2．1 温度测试

3．2．2 粘度测试

3．2．3 光泽度测试

3．2．4 厚度测试

3．2．5 储存稳定性测试

3．2．6 固化时间测试

3．2．7 耐化学性测试

3．3 水性环氧热反射材料的制备工艺

3．4 水性环氧热反射涂料配方的确定

3．4．1 水性环氧乳液固含量的选择

3．4．2 TiO2用量的影响

3．4．3 SiO2用量的影响

3．4．4 中空微珠用量的影响

3．4．5 分散剂的影响

3．4．6 正交试验与对比试验

3．5 热反射涂层结构表征

3．6 彩色涂料配制及降温效果研究

3．6．1 涂料颜料添加量的确定

3．6．2 多色系热反射涂料的降温效果

3．7 热反射涂料其他性能检测结果

3．8 热反射涂料相关性能对比

3．9 本章小结

第四章 水性环氧热反射材料路用性能测试

4．1 实验主要原材料及仪器

4．1．1 实验原材料

4．1．2 实验仪器

4．2 降温性能研究

4．2．1 涂层用量对降温性能的影响

4．2．2 试件温度对降温效果的影响

4．2．3 太阳辐射下涂层的降温性能

4．2．4 实际涂层路面的降温性能

4．3 抗滑性能研究

4．3．1 路面抗滑性能研究

4．3．2 路面抗滑性能改善

4．4 粘附性能研究

4．4．1 拉伸试验

4．4．2 拉拔试验

4．5 耐磨性能研究

4．5．1 加速磨光试验

4．5．2 耐磨试验后抗滑性能研究

4．6 耐温变性能研究

4．7 抗渗水性能研究

4．8 其他性能研究

4．9 热反射涂料路用性能对比

4．10 本章小结

第五章 水性环氧热反射材料耐老化性能研究

5．1 实验原材料及仪器

5．1．1 实验原材料

5．1．2 实验仪器

5．2 水性环氧热反射涂料老化因素及机理

5．2．1 外因

5．2．2 内因

5．2．3 老化机理

5．3 水性环氧热反射涂料室内模拟老化

5．3．1 模拟老化后涂层的表面形貌

5．3．2 模拟老化后涂层降温性能评价

5．4 水性环氧热反射涂料自然老化

5．4．1 自然老化后降温性能评价

5．3．2 自然老化后抗滑性能评价

5．4．3 实际涂层路面运营后综合性能评价

5．5 水性环氧热反射涂层抗老化措施研究

5．5．1 光稳定剂抗老化机理

5．5．2 光稳定剂紫外-可见光谱分析

5．5．3 光稳定剂用量确定

5．5．4 掺加光稳定剂后涂料的降温效果研究

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 建议与展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论文专著及取得的科研成果