抗UV劑對雙組份標線涂料耐久性的影響研究*

司晶晶，邢苗苗，王俊彥，陳書霞，鄒曉勇，吳聞秀

（1 河海大學土木與交通學院，江蘇 南京 210098； 2 金華市公路與運輸管理中心，浙江 金華 321000）

道路交通標線作為管制和引導道路交通的生命線，對規范車輛和行人安全通行具有重要意義。國內道路標線主要有四種：熱熔型、溶劑型、雙組份和水性道路標線[1]。其中，熱熔型道路標線和溶劑型道路標線的應用較多，但二者因耐磨性差、環保效益不足、光度性能差、修復困難等，應用效果較差[2]。水性標線無毒環保，但是對施工要求高，耐久性差，導致其推廣應用受到限制。雙組份道路標線是由兩種或兩種以上的組份組成，以一定比例混合均勻并通過化學反應形成的耐久性涂層，具有對玻璃珠粘結強，持續反光優異且環保效益好等優點，值得進一步提升并推廣。

樹脂是雙組份標線涂料的主要成分，提供了涂料的力學性能。樹脂的性能易受環境的影響，導致其狀態改變直至損壞變質，即“老化”[3]。王卓等[4]采用丙烯酸樹脂制備遮熱鋪裝材料并進行紫外老化試驗，發現該遮熱鋪裝材料經過紫外老化后粘附性、耐水性和抗凍性均變差。為避免雙組份標線涂料中的丙烯酸樹脂在后期使用過程中因耐久性不足和老化產生病害，唐永義[5]提出將樹脂分子結構改性,或利用添加助劑的方法來提高涂料的耐候性和耐久性。何德良等[6]采用溶液共聚法，將反應型紫外吸收劑分子與丙烯酸脂類單體共聚，合成了紫外吸收型氟硅化丙烯酸樹脂。周友珍[7]使用有機紫外吸收劑通過共混法制備丙烯酸樹脂涂料，增強了丙烯酸樹脂的抗老化效果。

涂料的老化主要是樹脂的老化和變脆，使得力學性能受到影響。為提升雙組份標線的耐候性能，延緩涂料在后期使用過程中出現的開裂和磨耗等病害，本文通過改變抗UV劑含量，評價標線涂料在紫外線和濕度（90%）條件下老化前后力學性能的變化，分析雙組份標線涂料的耐候性能。獲得提升雙組份標線涂料耐久性的抗UV劑最優含量，以提升雙組份標線的耐久性。

1 實驗部分

1.1 原材料

組份標線涂料使用的樹脂是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）樹脂。固化劑選用過氧化二苯甲酰（BPO）。顏料為金紅石型鈦白粉，填料為石英砂和重質碳酸鈣。玻璃珠選用1號玻璃珠，其粒徑分布參照《路面標線用玻璃珠》（GB/T 24722-2009）。

1.2 試樣制備

雙組份標線涂料由A、B組分組成，按質量比1:1進行混合。將樹脂、抗UV劑、鈦白粉、重質碳酸鈣、石英砂混合，以1000 r/min的轉速攪拌3～5 min。添加玻璃珠，繼續攪拌1min，獲得A組分。抗UV劑的含量分別為樹脂質量的0%、1%、1.5%、2%和2.5%。B組份為固化劑BPO。將B組分加入A組份，引發PMMA固化反應，制得雙組份涂料。

將試件放入紫外線耐氣候試驗箱內，如圖1所示，溫度為 40℃，濕度為 92%，紫外光照射14天，獲得紫外老化樣品。

圖1 紫外老化試驗Fig.1 UV aging test

1.3 分析與表征

1.3.1 耐磨性能

耐磨耗性能試驗參考標準GB/T 1768-2006進行[8]。試驗采用半徑50mm的模具，試驗前在模腔涂上一薄層甘油。配置1000g的雙組份涂料倒入模具內，使其流平，并在涂料還未完全固化時在中心處開一直徑約7mm的試孔。在室溫下用磨耗儀進行耐磨性能測試。通過測試帶有荷載的橡膠砂輪循環后的質量損失來表征涂層的耐磨性，砂輪循環200r，每50r記錄一次數據。磨耗前后的質量損失目標值為≤40mg。質量損失越少，耐磨性能越好。

1.3.2 抗剪性能

取雙組份標線涂料均勻涂抹于剪切模具上，固化后采用剪切強度測試儀測試其剪切強度，目標值為≥5MPa。

1.3.3 抗壓性能

將雙組份標線涂料倒入至預先準備的20mm× 20mm×20mm模具中，每組試樣數量不少于3塊。將固化后的試塊從模具中取出，在標準試驗條件下放置24h后，分別放置在精度不低于0.5級的電子萬能材料試驗機球形支座的基板上,調整試塊位置及球形支座并加壓，測得抗壓強度，目標值為≥2MPa。

2 結果與討論

2.1 耐磨性能

由圖2可以看出，紫外老化前，隨著抗UV劑占樹脂含量的增加，雙組份標線涂料涂層的質量損耗呈現先減小后增大的趨勢，表明耐磨性能先提高后降低。當抗UV劑含量為樹脂含量的2.5%時，質量損耗最大，為41mg；當抗UV劑含量為1.5%時，質量磨耗最小為14mg，耐磨性能最好。紫外老化后，雙組份標線涂料涂層的質量損耗整體上也呈現先減小再增大的趨勢。當抗UV劑含量為樹脂含量的2.5%時，質量損耗最大，為73mg。當抗UV劑含量為樹脂含量的1.5%時，質量損失最小，為20mg，為最大值的27.4%。這說明抗UV劑的添加對雙組份標線涂料涂層老化前后的耐磨性能變化趨勢沒有影響，且當抗UV劑含量為1.5%時，耐磨性能最好。抗UV劑含量大于1.5%時，雙組份標線涂料涂層的耐磨性能下降，這可能是因為抗UV劑中的苯二甲醇是雙分子型光引發劑，用量增大到一定程度時便會失去作用[9]，在磨耗過程中使雙組份標線涂料涂層的質量損失增大。

對比圖2紫外老化前后的質量損耗變化值發現，使用了抗UV劑的標線涂料涂層試塊老化后的耐磨性能得到了明顯改善。未使用抗UV劑時，標線紫外老化前后的質量損失變化值為35mg。使用了1.5%的抗UV劑后，標線涂料涂層的質量損失變化值最小為6mg。磨耗前后的質量損失目標值為≤40mg。因此，抗UV劑含量為1.5%的標線涂料涂層在紫外老化前后的耐磨性能均達到目標要求。

圖2 老化前后抗UV劑含量對雙組份標線涂料涂層磨耗性能的影響Fig.2 The influence of anti-UV agent content before and after aging on the abrasion performance of two-component marking

2.2 抗剪性能

由圖3可知，抗UV劑的加入使得雙組份標線涂料涂層的抗剪性能略有降低，但隨著抗UV劑含量的增加，雙組份標線涂料涂層的抗剪強度先升高后降低。其中，抗UV劑含量為樹脂含量的1.5%時，抗剪強度最大，為7.13MPa。紫外老化后，不加抗UV劑的雙組份標線涂料涂層的抗剪強度最小，僅3.80MPa，雙組份標線涂料涂層的抗剪強度隨著抗UV劑的含量提高呈現上升趨勢。其中，抗UV劑含量為樹脂含量的2.5%時，抗剪強度最大，為5.65MPa。因此，抗UV劑顯著提升了雙組份標線涂料涂層紫外老化后的抗剪性能。

圖3 老化前后抗UV劑含量對雙組份標線涂料涂層抗剪強度的影響Fig.3 The influence of anti-UV agent content before and after aging on the shear strength of two-component marking

由圖3還可知，添加抗UV劑使得抗剪強度變化值變小。抗UV劑可以有效地保持雙組份標線老化前后的抗剪性能，這可能是因為雙組份標線涂料涂層經過改性以后, 分子鏈活動能力增強, 同時表面活性點增多，在基體中可以起到很好的物理交聯點的作用，從而抗剪強度上升。隨著抗UV劑含量的提高，老化前后雙組份標線涂料涂層抗剪強度的變化值趨于穩定。綜合考慮成本和抗剪強度，抗UV劑含量為1.5%時為最佳。

2.3 抗壓性能

從圖4可以看出，抗UV劑的加入可以提高雙組份標涂層的抗壓強度，且隨著抗UV劑含量的增加，雙組份標線涂料涂層的抗壓強度提高。不加抗UV劑時，雙組份標線涂料涂層的抗壓強度為36.0MPa，當抗UV劑含量為樹脂含量的2.5%時，抗壓強度最大，為38.9MPa。這可能是因為所添加的抗UV劑均勻地分布在涂層中，起到了剛性支撐的作用, 有效地阻止了其塑性變形的發生[10]。紫外老化后，雙組份標線涂料涂層的抗壓強度隨抗UV劑的含量變化趨勢與老化前一致。使用了抗UV劑的試塊老化后的抗壓性能得到了明顯改善。未使用抗UV劑時，涂層老化后的抗壓強度為25.2MPa，而在使用了一定量的抗UV劑后，涂層的抗壓性能隨著抗UV劑量的增加而提高，最高可達到37.9MPa。

圖4 老化前后抗UV劑含量對雙組份標線涂料涂層抗壓強度的影響Fig.4 The influence of anti-UV agent content before and after aging on the compressive strength of two-component marking

老化前后雙組份標線涂料涂層的抗壓強度變化值因抗UV劑的加入而顯著降低，抗UV劑有效地減緩了紫外老化對雙組份標線的影響，使得雙組份標線涂料涂層的抗壓性能得以保持。

3 結論

本文研究了抗UV劑含量對雙組份標線涂料涂層耐久性的影響。抗UV劑含量的增加可以提高雙組份標線涂料的耐候性。隨著抗UV劑含量的增加，老化后的雙組份標線涂料涂層的力學性能均有所改善。抗UV劑含量為樹脂含量的1.5%時，能夠最有效地降低紫外老化的影響。