一种可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料

摘要

本发明提供了一种可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料，由以下重量份的原料制成：有机粘结剂100份，红柱石8～16份，绿泥石7～13份，聚丙烯酰胺1～5份，表面活性剂0.5～3份；所述有机粘结剂为双酚A型环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂和有机硅改性丙烯酸树脂按一定比例混合均匀而成的混合物。本发明将红柱石与绿泥石联合使用，可有效降低公路周围由于汽车尾气等所产生的PM2.5，从而大大缓解PM2.5所带来的各种不利影响。

说明书

技术领域

本发明属于道路涂层材料技术领域，具体涉及一种可吸附空气中细颗 粒物的道路涂层材料。

背景技术

细颗粒物亦称PM2.5，是指环境空气中空气动力学当量直径小于或等 于2.5微米的颗粒物。PM2.5与较粗的大气颗粒物相比，富含大量的有毒、 有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气 环境质量的影响比较大。

气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的 危害甚至要比沙尘暴更大。粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻 子外面；粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但 部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健 康危害相对较小；而粒径在2.5微米以下的细颗粒物，直径不足人类头发 丝的1/20大小，不易被阻挡。被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部 的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。

观察研究表明，颗粒物和气态污染物在浓度较低时，对能见度的影响 不显著。但浓度较大时，则会改变天空颜色，使能见度降低。当浓度特别 高时，会使天空成棕褐色。PM2.5浓度的高低是决定大气能见度的关键因 素，同时PM2.5散光是大气能见度下降的最主要原因，其中PM2.5的散 射消光占总的消光度的80％。

PM2.5颗粒物的成分很复杂，主要取决于其来源。主要有自然源和人 为源两种，但危害较大的是后者。据2011年年底统计，中国的汽车销售 创下近2000万辆的销量，中国汽车业也很有可能成为全球规模第一，然 而其发展速度却与汽车产业的成熟度不成正比。汽车工业的飞速发展和能 源消耗及环境危害之间的矛盾在全国各大城市日益凸显，在机动车保有量 大、使用频率高的城市和城市群，机动车尾气排放对PM2.5浓度上升影响 很大。

据统计，到2012年年底，我国公路总里程达424万公里，居世界第 一，如果能有效利用公路空间，制备一种可吸附空气中细颗粒物的道路涂 层材料，可有效降低公路周围由于汽车尾气等所产生的PM2.5，从而可有 效缓解PM2.5所带来的各种不利影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种 可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料，该涂层材料能够有效降低公路周 围由于汽车尾气等所产生的PM2.5，从而有效缓解PM2.5所带来的各种不 利影响。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种可吸附空气中 细颗粒物的道路涂层材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：有机 粘结剂100份，红柱石8～16份，绿泥石7～13份，聚丙烯酰胺1～5份，表 面活性剂0.5～3份；所述有机粘结剂为双酚A型环氧树脂、聚酰胺树脂、 聚氨酯树脂和有机硅改性丙烯酸树脂按质量比(4～9)∶(4～8)∶(4～8)∶10混 合均匀而成的混合物。

上述的一种可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料，其特征在于，由 以下重量份的原料制成：有机粘结剂100份，红柱石10～14份，绿泥石9～11 份，聚丙烯酰胺2～4份，表面活性剂0.9～2.7份。

上述的一种可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料，其特征在于，由 以下重量份的原料制成：有机粘结剂100份，红柱石12份，绿泥石10份， 聚丙烯酰胺3份，表面活性剂1.8份。

上述的一种可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料，其特征在于，所 述有机粘结剂为双酚A型环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂和有机硅改 性丙烯酸树脂按质量比7∶5∶5∶10混合均匀而成的混合物。

上述的一种可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料，其特征在于，所 述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或/和单硬脂酸甘油酯。

所述重量份为两、斤、公斤、克、千克、吨等重量计量单位。

本发明道路涂层材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将有机粘结剂和表面活性剂加入到搅拌机内搅拌均匀，得到 混合物；

步骤二、将红柱石和绿泥石破碎后球磨混合均匀，然后加入步骤一中 所述混合物中，开动搅拌机，先以15r/min～25r/min的低速进行搅拌，然 后以40r/min～60r/min的高速进行搅拌，直至充分混合均匀；

步骤三、开动搅拌机，调低转速至15r/min～25r/min，然后加入聚丙烯 酰胺，搅拌均匀后即可得到可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明道路涂层材料中的有机粘结剂能够使涂层材料与沥青路面 有较高的粘结强度，从而抵抗车辆荷载及自然作用下与路面发生脱落；涂 层涂布于沥青路面表面，需要与沥青路面有较高的粘结强度，从而抵抗车 辆荷载及自然作用下与路面发生脱落；由于单一的树脂类粘结材料其粘附 力一般无法满足路用要求，无法作为涂层的粘结材料，因此本发明采用的 有机粘结剂为双酚A型环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂和有机硅改性 丙烯酸树脂按一定比例混合均匀而成的混合物，此混合物的粘附力具有很 大幅度的提高，可满足增粘材料的要求。

2、红柱石和绿泥石的同时加入能够发挥协同作用，它们的协同作用 可起到很好地活性表面吸附作用，空气中的PM2.5被吸附到涂层的表面， 分子的自由能会降低。

3、聚丙烯酰胺分子链固定在不同的颗粒表面上，各颗粒之间形成聚 合物的桥，使颗粒形成聚集体而沉降；表面活性剂通过分子中不同部分分 别对于两相的亲和，使两相均将其看作本相的成分，分子排列在两相之间， 使两相的表面相当于转入分子内部，从而降低表面张力。

4、本发明道路涂层材料能够有效吸附空气中的PM2.5，可显著降低 公路周围由于汽车尾气等所产生的PM2.5，从而有效缓解PM2.5所带来的 各种不利影响。

5、除能够有效吸附空气中PM2.5外，本发明道路涂层材料还能够改 善道路的使用性能，延长道路的使用寿命。并且，本发明中所用红柱石和 绿泥石材料来源广泛，制备工艺简单，适于推广应用。

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

实施例1

本实施例可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料由以下原料制成：有 机粘结剂100份，红柱石12份，绿泥石10份，聚丙烯酰胺3份，表面活 性剂1.8份；所述有机粘结剂为双酚A型环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯 树脂和有机硅改性丙烯酸树脂按质量比7∶5∶5∶10混合均匀而成的混合 物；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。

本实施例的制备方法为：

步骤一、将有机粘结剂和表面活性剂加入到搅拌机内搅拌均匀，得到 混合物；

步骤二、将红柱石和绿泥石破碎后球磨混合均匀，然后加入步骤一中 所述混合物中，开动搅拌机，先以20r/min的低速进行搅拌，然后以50r/min 的高速进行搅拌，直至充分混合均匀；

步骤三、开动搅拌机，调低转速至20r/min，然后加入聚丙烯酰胺， 搅拌均匀后即可得到可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料。

实施例2

本实施例可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料由以下原料制成：有 机粘结剂100份，红柱石16份，绿泥石13份，聚丙烯酰胺5份，表面活 性剂3份；所述有机粘结剂为双酚A型环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树 脂和有机硅改性丙烯酸树脂按质量比4∶4∶4∶10混合均匀而成的混合 物；所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯。

本实施例的制备方法为：

步骤一、将有机粘结剂和表面活性剂加入到搅拌机内搅拌均匀，得到 混合物；

步骤二、将红柱石和绿泥石破碎后球磨混合均匀，然后加入步骤一中 所述混合物中，开动搅拌机，先以15r/min的低速进行搅拌，然后以40r/min 的高速进行搅拌，直至充分混合均匀；

步骤三、开动搅拌机，调低转速至15r/min，然后加入聚丙烯酰胺， 搅拌均匀后即可得到可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料。

实施例3

本实施例可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料由以下原料制成：有 机粘结剂100份，红柱石8份，绿泥石7份，聚丙烯酰胺1份，表面活性 剂0.5份；所述有机粘结剂为双酚A型环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树 脂和有机硅改性丙烯酸树脂按质量比4∶4∶8∶10混合均匀而成的混合 物；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。

本实施例的制备方法为：

步骤一、将有机粘结剂和表面活性剂加入到搅拌机内搅拌均匀，得到 混合物；

步骤二、将红柱石和绿泥石破碎后球磨混合均匀，然后加入步骤一中 所述混合物中，开动搅拌机，先以25r/min的低速进行搅拌，然后以60r/min 的高速进行搅拌，直至充分混合均匀；

步骤三、开动搅拌机，调低转速至25r/min，然后加入聚丙烯酰胺， 搅拌均匀后即可得到可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料。

实施例4

本实施例可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料由以下原料制成：有 机粘结剂100份，红柱石10份，绿泥石9份，聚丙烯酰胺2份，表面活 性剂0.9份；所述有机粘结剂为双酚A型环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯 树脂和有机硅改性丙烯酸树脂按质量比4∶8∶4∶10混合均匀而成的混合 物；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。

本实施例的制备方法为：

步骤一、将有机粘结剂和表面活性剂加入到搅拌机内搅拌均匀，得到 混合物；

步骤二、将红柱石和绿泥石破碎后球磨混合均匀，然后加入步骤一中 所述混合物中，开动搅拌机，先以15r/min的低速进行搅拌，然后以50r/min 的高速进行搅拌，直至充分混合均匀；

步骤三、开动搅拌机，调低转速至15r/min，然后加入聚丙烯酰胺， 搅拌均匀后即可得到可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料。

实施例5

本实施例可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料由以下原料制成：有 机粘结剂100份，红柱石14份，绿泥石11份，聚丙烯酰胺4份，表面活 性剂2.7份；所述有机粘结剂为双酚A型环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯 树脂和有机硅改性丙烯酸树脂按质量比4∶8∶8∶10混合均匀而成的混合 物；所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯。

本实施例的制备方法为：

步骤一、将有机粘结剂和表面活性剂加入到搅拌机内搅拌均匀，得到 混合物；

步骤二、将红柱石和绿泥石破碎后球磨混合均匀，然后加入步骤一中 所述混合物中，开动搅拌机，先以20r/min的低速进行搅拌，然后以50r/min 的高速进行搅拌，直至充分混合均匀；

步骤三、开动搅拌机，调低转速至20r/min，然后加入聚丙烯酰胺， 搅拌均匀后即可得到可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料。

实施例6

本实施例可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料由以下原料制成：有 机粘结剂100份，红柱石14份，绿泥石11份，聚丙烯酰胺4份，表面活 性剂2.7份；所述有机粘结剂为双酚A型环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯 树脂和有机硅改性丙烯酸树脂按质量比9∶4∶4∶10混合均匀而成的混合 物；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和单硬脂酸甘油酯按质量比1∶2 混合均匀而成的混合物。

本实施例的制备方法为：

步骤一、将有机粘结剂和表面活性剂加入到搅拌机内搅拌均匀，得到 混合物；

步骤二、将红柱石和绿泥石破碎后球磨混合均匀，然后加入步骤一中 所述混合物中，开动搅拌机，先以25r/min的低速进行搅拌，然后以60r/min 的高速进行搅拌，直至充分混合均匀；

步骤三、开动搅拌机，调低转速至25r/min，然后加入聚丙烯酰胺， 搅拌均匀后即可得到可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料。

实施例7

本实施例可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料由以下原料制成：有 机粘结剂100份，红柱石10份，绿泥石9份，聚丙烯酰胺2份，表面活 性剂0.9份；所述有机粘结剂为双酚A型环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯 树脂和有机硅改性丙烯酸树脂按质量比9∶4∶8∶10混合均匀而成的混合 物；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和单硬脂酸甘油酯按质量比 1∶1.5混合均匀而成的混合物。

本实施例的制备方法为：

步骤一、将有机粘结剂和表面活性剂加入到搅拌机内搅拌均匀，得到 混合物；

步骤二、将红柱石和绿泥石破碎后球磨混合均匀，然后加入步骤一中 所述混合物中，开动搅拌机，先以25r/min的低速进行搅拌，然后以50r/min 的高速进行搅拌，直至充分混合均匀；

步骤三、开动搅拌机，调低转速至20r/min，然后加入聚丙烯酰胺， 搅拌均匀后即可得到可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料。

实施例8

本实施例可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料由以下原料制成：有 机粘结剂100份，红柱石16份，绿泥石13份，聚丙烯酰胺5份，表面活 性剂3份；所述有机粘结剂为双酚A型环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树 脂和有机硅改性丙烯酸树脂按质量比9∶8∶4∶10混合均匀而成的混合 物；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和单硬脂酸甘油酯按质量比2∶1 混合均匀而成的混合物。

本实施例的制备方法为：

步骤一、将有机粘结剂和表面活性剂加入到搅拌机内搅拌均匀，得到 混合物；

步骤二、将红柱石和绿泥石破碎后球磨混合均匀，然后加入步骤一中 所述混合物中，开动搅拌机，先以20r/min的低速进行搅拌，然后以50r/min 的高速进行搅拌，直至充分混合均匀；

步骤三、开动搅拌机，调低转速至25r/min，然后加入聚丙烯酰胺， 搅拌均匀后即可得到可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料。

实施例9

本实施例可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料由以下原料制成：有 机粘结剂100份，红柱石8份，绿泥石7份，聚丙烯酰胺1份，表面活性 剂0.5份；所述有机粘结剂为双酚A型环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树 脂和有机硅改性丙烯酸树脂按质量比9∶8∶8∶10混合均匀而成的混合 物；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和单硬脂酸甘油酯按质量比3∶2 混合均匀而成的混合物。

本实施例的制备方法为：

步骤一、将有机粘结剂和表面活性剂加入到搅拌机内搅拌均匀，得到 混合物；

步骤二、将红柱石和绿泥石破碎后球磨混合均匀，然后加入步骤一中 所述混合物中，开动搅拌机，先以25r/min的低速进行搅拌，然后以40r/min 的高速进行搅拌，直至充分混合均匀；

步骤三、开动搅拌机，调低转速至25r/min，然后加入聚丙烯酰胺， 搅拌均匀后即可得到可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料。

对比例1

本对比例道路涂层材料与实施例1的不同之处仅在于：不含红柱石。

对比例2

本对比例道路涂层材料与实施例1的不同之处仅在于：不含绿泥石。

对本发明可吸附空气中细颗粒物的道路涂层材料进行以下研究分析。

一、基于构造深度的路面抗滑性能研究

将本发明道路涂层材料涂刷于道路表面，然后采用铺砂法对涂刷有道 路涂层材料的道路表面的构造深度进行测定，以此来确定基于构造深度的 路面抗滑性能，试验结果见表1。

表1基于构造深度的路面抗滑性能测试结果

从表1可以看出，涂刷有本发明实施例1至9道路涂层材料的道路表 面构造深度虽然有所降低，但是降低值较小(最大为0.23mm，最小为 0.06mm)，基本满足标准《公路工程质量检验评定标准》(JTGF801-2012) 对构造深度的要求。而涂刷有本发明对比例1和2道路涂层材料的道路表 面构造深度降低明显(降低值0.45mm)。由此可知，在道路涂层材料中 仅添加红柱石或绿泥石，其效果并不显著。只有红柱石和绿泥石的组合结 构才可以形成良好的抗滑性能。

二、基于抗车辙试验的高温稳定性能研究

采用沥青混凝土成型车辙板，车辙板尺寸为长30cm,宽30cm，高5cm， 然后将本发明道路涂层材料涂刷于车辙板表面，之后利用车辙仪对车辙板 的动稳定度进行采集，对表面状况进行观察，评价涂层路面抗车辙能力和 高温稳定性能。抗车辙试验结果如表2所示。

表2基于抗车辙试验的高温稳定性能测试结果

从表2可以看出，本发明道路涂层材料能够使道路路面的动稳定度显 著提高，增强了路面的高温稳定性能，这主要是由于涂层材料具有一定的 抗车辙性能，在轮载作用下与路面形成整体受力体系，通过自身的强度分 担了一定的车辆荷载作用，在一定程度上减少了作用在路面上的直接荷 载，减小了车辙深度，从而提高了路面的动稳定度。由对比例1和2可知， 在道路涂层材料中仅添加红柱石或绿泥石，其效果并不显著。只有红柱石 和绿泥石的组合结构才可以形成良好的高温稳定性能。

三、PM2.5吸附性能研究

采用沥青混凝土成型车辙板，车辙板尺寸为长30cm,宽30cm，高5cm， 分别将涂刷有道路涂层材料的车辙板与未涂刷任何道路涂层材料的空白 对照车辙板均放置于密闭的PM2.5分析设备中，通入PM2.5，经过一段时 间后，采用PM2.5分析仪测试设备中PM2.5浓度的变化，从而分析本发 明道路涂层材料吸附PM2.5的功效，试验结果如表3所示。

表3PM2.5吸附性能测试结果

从表3可以看出，未涂刷本发明道路涂层材料的车辙板基本不具有吸 附PM2.5的功效，而涂刷道路涂层材料的车辙板能有效的吸附PM2.5，吸 附率在53.5％～74.7％之间，表明了本发明道路涂层材料吸附空气中PM2.5 的效果显著。由对比例1和2可知，在道路涂层材料中仅添加红柱石或绿 泥石，其效果并不显著。只有红柱石和绿泥石的组合结构才可以形成良好 的PM2.5吸附性能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡 是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变 化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。