Рецептуры термопласта для дорожной разметки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 625.74

С.И. ВОЗНЫЙ, В.К. КРЫЛОВ, кандидаты техн. наук, ЗАО «ТЕХНОПЛАСТ» (Москва); С.М. ЕВТЕЕВА, канд. техн. наук, А.А. АРТЕМЕНКО, д-р техн. наук, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.

Рецептуры термопласта для дорожной разметки

В качестве основы связующих современных термопластов для дорожной разметки используются [1]: синтетические смолы, получаемые полимеризацией непредельных С5-С9 углеводородов (углеводородные смолы), или эфиры канифоли. Для обеспечения морозостойкости в их состав вводят пластификаторы — минеральные масла или эфиры двухосновных органических кислот (адипиновой, себациновой, фталевой). Однако пластификаторы снижают температуру размягчения смолы до уровня 50—70оС, тем самым создавая условия для загрязнения, поскольку пластифицированная смола образует эластичную и липкую на ощупь пленку [2—4].

В табл. 1 показано влияние добавок на характеристики связующих для термопластов.

С целью обеспечения прочности и эластичности термопласта при низкой температуре в состав связующих вводили полимерные добавки — сополимеры этилена с винилацетатом (сэвилен или EVA) и блок сополимеров стирола с изопреном (SIS).

Однако они мало влияют на температуру размягчения, а пленки с их добавками остаются эластичными и такими же липкими (табл. 2).

Для устранения липкости в качестве модифицирующих добавок наиболее эффективными являются композиции с добавлением восков, характеристики которых приведены в табл. 2.

Анализ свойств образцов термопластов, модифицированных добавками (в количестве 2%) различных восков, показал, что наилучшие результаты с точки зрения достижения наивысших прочностных характеристик дорожной разметки получают при добавлении восков марок Fа-1 и BS-100 (рис. 1).

Таблица 1

Введение восков устраняет эффект липкости пленок связующих (рис. 2). При этом воски повышают одновременно и температуру размягчения связующих, что способствует снижению способности к загрязнению термопласта при повышенной температуре дорожного покрытия (рис. 3).

Установлено, что воски, особенно полярные, в процессе охлаждения расплава термопласта мигрируют в его поверхностные слои.

Поэтому поверхность термопласта теряет липкость, а его нижняя сторона, из которой воск мигрирует вверх, сохраняет достаточную адгезию к асфальтобетону.

Показатели адгезии определяли по усилию отрыва термопласта, нанесенного на поверхность образцов асфальтобетона с различными параметрами шероховатости и эксплуатационным состоянием (рис. 4).

t^ со №

=Г CD

ÍS

2,5 2 1,5 1

0,5

Рис. 1. Зависимость прочности при сжатии от марки воска, введенного в количестве 2% в термопласт, при: □ - -10оС; □ - 0оС; □ - +20оС

Таблица 2

3

0

Наименование добавки Наблюдаемый эффект

Пластификаторы Образуются прозрачные и липкие пленки, так как снижается Тразм смол до 50-60оС

Пластификатор+сэвилен Пленки эластичные, липкие. Тразм не изменяется

Пластификатор+SIS Пленки эластичные, липкие. Тразм повышается примерно на 10оС

Пластификатор+сэвилен+SIS Характеристики пленок не изменяются

Пласификатор+сэвилен+SIS+ полиэтиленовые воски Пленки остаются эластичными, липкость исчезает. Тразм поднимается на 25-30оС

Пластификатор+сэвилен+SIS +полипропиленовые воски Пленки эластичные, липкость отсутствует. Тразм поднимается на 30-35оС

Пластификатор+сэвилен+SIS +амидные воски Пленки эластичные, липкость отсутствует. Тразм повышается на 30-40оС

Марка добавки Химическая основа Т 0г 1 пл, С Кислотное число, к. ч., мг. КОН/г Плотность, р, г/см3

ПВ-200 Полиэтиленовый, неполярный 106 0 0,9

Fe-1 Амидный воск, полярный 141 6 1

BS-100 Амидный воск, полярный 141 8 1

РР-230 Полипропиленовый воск, неполярный 160 0 0,88

РЕ-520 Полиэтиленовый, неполярный 118 0 0,93

AR-504 Полипропиленовый воск, полярный 155 50 0,92

РЕ-890 Сополимер ПЭ с винилэтилацетатом 97 0 0,94

38

научно-технический и производственный журнал

ноябрь 2012

jVJ ®

Таблица 3

Содержание воска Ра-1, % Содержание сэвилена, % Уровень обжатия, %

0 1 63

0,5 1 40

1 1 15-20

1,5 1 0

2 1 0

1,4 0 5-10

Таблица 4

Показатели Т=200оС Т=180оС

Скорость течения расплава, г/с 4,9 2,7-3

Белизна,% 78 79-83

Рис. 2. Влияние содержания воска на изменение липкости F термопласта при температуре 60оС: 1 - Fa-1; 2 - BS-100; 3 - ПВ-200

Установлено, что прочность при отрыве термопласта стабильно выше в случае нанесения разметки на асфальтобетон, находящийся в эксплуатационном состоянии Б (см. рис. 4).

Это позволяет сделать вывод, что прочность соединения термопласт — асфальтобетон обеспечивается также за счет проникновения расплава термопласта в поры и микротрещины минеральных наполнителей.

Введение амидного воска Fa-1 в состав термопласта вместо традиционного полиэтиленового воска ПВ-200 помимо снижения липкости поверхности и повышения температуры размягчения позволяет также повысить скорость течения расплава (рис. 5).

С учетом высокой стоимости воска Fa-1 (135 тыс. р./т), применяемого взамен воска ПВ-200 (65 тыс. р./т), экономически допустимой концентрацией его в составе термопласта можно считать уровень 1%. Однако для повышения характеристик термопласта количество воска Fa-1 желательно увеличить сверх 1%. В этом случае нужно компенсировать заметное удорожание стоимости термопласта: каждый дополнительный процент воска в составе термопласта приводит к росту себестоимости примерно на 5%.

Сжатие, оказываемое на разметочную полосу колесами автомобиля, приводит к раздавливанию полосы или к ее раскатыванию, при этом могут изменяться геометрические размеры, например ширина, полосы до недопустимых величин. Такая деформация зависит от уровня приложенной нагрузки и от температуры. Эффект ползучести материала при этом может быть оценен как сопротивление постоянно действующей нагрузке и степени сохранения первоначальной геометрической формы образца. Опыт проводят следующим образом. Из расплава термопласта во фторопластовых раз-

борных формах создают цилиндрические столбики высотой 20—30 мм, которые подвергают обжатию постоянным давлением 0,022 МПа при 20—22оС. Изменение высоты столбика за 24 ч является мерой степени обжатия материала.

Введение воска Fa-1 до 1,5% и полный вывод при этом из состава термопласта сэвилена приводят к росту скорости течения расплава и сохранению достигнутого ранее уровня стоимости (стоимость 1 мас. % сэвилена соответствует стоимости 0,5 мас. % воска). При этом сопротивление обжатию находится на допустимом уровне, значения которого для термопласта в зависимости от содержания воска Fa-1 и сэвилена приведены в табл. 3.

Причина этого упрочнения связана с химической природой амидного воска, его структурой. Как и все амиды, отличающиеся ярко выраженными основными свойствами, такие воски могут образовывать соединения с устойчивыми связями с остатками кислых групп в канифольных смолах. Именно эти связи, нестойкие при нагревании, препятствуют обжатию материала при нормальной температуре.

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что увеличение содержания воска Fa-1 является наиболее эффективным с точки зрения обеспечения скорости течения, минимизации величины обжатия, не требует смены традиционных компонентов состава.

При использовании канифольной смолы Пентанокс увеличение концентрации воска Fa-1 приводит к росту жесткости термопласта примерно на 7—10%. Для обеспечения эластичности целесообразно большую часть смолы Пентанокс (примерно 60%) заменять на смолу ГЭК (глицериновый эфир канифоли).

110 100 90 80 70

0,25

0,5

- 1 / /

1 / 2

— / / 3

| 1 I I I I

0,75 1 1,25 Содержание воска, %

1,5

1,75

Рис. 3. Зависимость температуры размягчения термопласта от содержания введенного воска: 1 - Fa-1; 2 - BS-100; 3 - ПВ-200

1,5

8 0,5

ПВ-200

Fa-1 Марка воска

BS-100

Рис. 4. Адгезия термопласта к асфальтобетону в зависимости от состояния поверхности (А, Б, В) и марки воска (в количестве 2%)

0

0

2

Г; научно-технический и производственный журнал

М ® ноябрь 2012 39"

6

5,5

5 1 ^^

4,5

3

4 /

1111111

Таблица 5

0,25

0,5

0,75 1 1,25 Содержание воска, %

1,5

1,75

Наполнитель Средний размер частиц, мкм Количество, %

Песок кварцевый 250-300 19-21

Песок мраморный, фракция 0-800мкм 250-300 19,5-21

Микромрамор УР-7 5-9 16-20

Оксид титана (ТЮ2) 1-3 2,5-3

Стеклянные микрошарики 400-850 18-22

Таблица 6

Рис. 5. Зависимость скорости течения расплава термопласта Кратер от содержания введенного воска: 1 - Fa-1; 2 - BS-100; 3 - ПВ-200

В настоящее время рабочей температурой при нанесении термопласта на дорожное покрытие является Т=200±5оС. Между тем работа при повышенной температуре сопряжена и с увеличенной скоростью окисления компонентов термопласта, а также естественным при этом снижением степени его белизны. Особенно вопрос сохранения заданного уровня белизны возникает при уменьшении в составе термопласта Кратер содержания пигмента с 5 до 2,5%. Следует отметить, что воски Fa-1 и BS-100 при 190—200оС подвержены термоокислительной деструкции и после 30-минутного термо-статирования при этих значениях температуры приобретают желтую окраску.

Для уменьшения такого негативного эффекта исследована возможность повышения белизны композиции за счет замены серого кварцевого песка на белый мраморный песок с размером частиц до 0,8 мм. Для обеспечения такого уровня белизны необходимо понижение рабочей температуры с 200 до 180оС и ниже. При этом белизна сохраняется не только за счет снижения интенсивности окислительного процесса, но и за счет лучшего перетира частиц пигмента в вязкой среде. Но переход на более низкую рабочую температуру связан с потерей технологичности расплава. Характеристики термопласта Кратер (с 2,5% ТЮ2) в зависимости от рабочей температуры приведены в табл. 4.

Переход на более низкую рабочую температуру способствует уменьшению расхода газа, используемого для поддержания заданной температуры при плавлении композиции в маточном котле и при производстве разметочных работ.

С целью обеспечения необходимой технологичности расплава, прежде всего скорости течения 4,5—5 г/с, исследованы целесообразность укрупнения наполнителя, увеличения концентрации пластификатора и воска Fa-1.

Гранулометрический состав минеральной части термопласта Кратер представлен в табл. 5.

Следует учитывать, что для фракций стеклошариков и ТЮ2 имеются принципиальные ограничения по показателям световозвращения и белизны — вариации по этим компонентам (размеры частиц и содержание в составе) недопустимы. Введение микродоломита МД-60 в качестве укрупненной фракции позволяет повысить скорость течения расплава.

В табл. 6 представлены результаты исследований влияния характеристик наполнителя на скорость истечения расплава термопласта Кратер при Т=180оС.

Увеличение в составе термопласта Кратер пластификатора диоктилфталата (ДОФ) от 3,6 (стандартная норма) до 3,9% повышает скорость течения расплава от 4,5 до 4,8 г/с, но одновременно ведет к повышению

Состав наполнителя Скорость течения расплава, г/с

Стандартный состав (табл. 7) 2,7

Промежуточный состав, в котором УР-7 и кварцевый песок заменены на МД-60 3,9

Состав, в котором УР-7 и кварцевый песок заменены на МД-60, а стандартный мраморный песок (0-800) заменен на более крупный отсев 4,6

Таблица 7

Характеристики Значение

Скорость течения расплава V (при Т=180оС), г/с 4,8-5,2

Белизна, % 80-83

Адгезия, оа при Т=20оС, МПа 0,12-0,15

Время формирования при 20оС, мин 15-17

Температура размягчения, оС 110-112

осж при 20оС, МПа 0,24-0,32

осж при 0оС, МПа 0,75-0,95

осж при -10оС, МПа 0,145-0,19

Цена рецептурной части, р./т 25365*

* Для сравнения: цена ПКРМ Кратер (с 2,5% ТО2) до корректировки химического состава составляет 26,2 тыс. р./т; цена ПКРМ Новопласт - 281,2 тыс. р./т

липкости поверхности термопласта и повышает уровень его обжатия под нагрузкой до нежелательных значений 30—35%. Поэтому такой путь повышения технологичности неприемлем.

Вариант использования при необходимости дополнительного количества более крупных фракций наполнителя рассматривается как резервный. В этом случае появляется вполне реальная возможность снизить рабочую температуру переработки термопласта до 170оС. Основные характеристики откорректированного состава термопласта типа Кратер, перерабатываемого при 180оС, приведены в табл. 7.

По результатам проведенных исследований разработан перечень этапов создания рецептуры долговечных разметочных термопластов с учетом условий их эксплуатации.

В процессе проведения научных исследований в период с 2007 г. по настоящее время автором совместно с научными руководителем и консультантом осуществлялось научное и инженерно-техническое сопровождение разработки рецептур и выпуск материалов для дорожной разметки на ЗАО «Технопласт» (г. Дзержинск, Московская обл.), имеющего репутацию одного из ведущих производителей дорожно-разметочных материалов в России. Для расширения номенклатуры производства и более полного удовлетворения потребностей заказчиков в 2001 г. было организовано производство

0

2

научно-технический и производственный журнал ф/рЦУГ/^^Ц^^ 40 ноябрь 2012 ~ Л1] ®

Рис. 6. Применение разметочных материалов на Московской кольцевой автомобильной дороге

Рис. 7. Варианты использования разметочных материалов в г. Дзержинский (Московская обл.)

Рис. 8. Примеры использования цветных покрытий противоскольжения на внутридворовых территориях Москвы

Рис. 9. Контроль наличия дорожной разметки, произведенной из материалов ЗАО «Технопласт» на основе фотографий из космоса. Программа GOOGLE Планета Земля

краски для разметки дорог. Краска выпускается различной цветовой гаммы (белого, желтого, оранжевого, красного и черного цветов). Одной из последних разработок ЗАО «Технопласт» является выпуск готовых форм на основе термопласта. Это стрелки, пешеходные переходы и другие элементы разметки, которые очень удоб-

ны для местного ремонта. Для использования готовых форм нет необходимости в приобретении специальной техники. Готовые формы наносят на дорогу с помощью газовой горелки.

За 14 лет работы на рынке дорожно-разметочных материалов ЗАО «Технопласт» зарекомендовало себя как производитель высококачественной продукции.

В настоящее время потребителями продукции предприятия являются:

• управления городского хозяйства и управления региональных дорог Москвы, Санкт-Петербурга, республик Башкортостан, Карелия, Чувашия, а также Амурской, Астраханской, Владимирской, Вологодской, Ивановской, Костромской, Кемеровской, Ленинградской, Новгородской, Самарской, Саратовской, Тюменской и Челябинской областей;

• подрядчики, работающие на федеральных автодорогах: ФУАД «Северо-Запад», «Большая Волга», «Сибирь», «Урал», а также УПРДОР «Кола», «Волга», «Холмогоры», «Самара—Уфа—Челябинск».

ЗАО «Технопласт» обладает собственной исследовательской базой и специализированной лабораторией, в которой качество продукции закладывается уже на стадии научно-исследовательских работ. Лаборатория осуществляет разработку рецептур материалов и контроль качества продукции на всех этапах производства, начиная от входного контроля материалов и заканчивая сдачей готовой продукции на склад.

Предприятие обладает собственной производственной базой, которая состоит из нескольких производственных участков: производство термопластов, красок, двухкомпо-нентных пластиков химического отверждения. Производство оснащено современным высокопроизводительным оборудованием, позволяющим выпускать до 10 тыс. т термопластов, 2,5 тыс. т краски и до 1,5 тыс. т холодных двухкомпонент-ных пластиков и цветных противоскользящих покрытий в год.

Производственный комплекс работает круглогодично, что позволяет обеспечивать клиентов необходимой продукцией в любое время года.

Продукция предприятия массово применяется на сети федеральных, территориальных и муниципальных автомобильных дорог РФ. На рис. 6, 7 представлено применение разметочных материалов производства ЗАО «Технопласт».

Пример использования цветных покрытий противоскольжения на внутридворовых территориях Москвы приведен на рис. 8. Широко используются цветные противоскользящие покрытия «Технопласт ТХП» для

rj научно-технический и производственный журнал

J^J ® ноябрь 2012 41

адаптации лиц с ограниченными возможностями (Требования доступности общественных зданий и сооружения для инвалидов и других маломобильных посетителей, СНиП 35-01—2001).

Контроль наличия дорожной разметки, произведенной из материалов ЗАО «Технопласт», ведется на основе фотографий из космоса (программа GOOGLE Планета Земля) (рис. 9).

Выводы

1. Определены требования к технологии и рецептурам термопластичных разметочных материалов на основе анализа условий их эксплуатации.

2. Установлено доминирующее влияние характеристик вяжущих ингредиентов на функциональную устойчивость дорожной разметки.

3. Показано, что регулирование концентрации технического воска в композиции позволяет повысить температурный диапазон незагрязняемости на 5—15оС и обеспечить повышение срока службы дорожной разметки.

4. Реализовано научное и инженерно-техническое сопровождение разработки рецептур и выпуска материалов для дорожной разметки на ЗАО «Технопласт», получены практические результаты разработки технологии и производства полимерных разметочных материалов.

Ключевые слова: термопласт, разметочные материалы, полимерная основа, рецептуры, сухие смеси.

Список литературы

1. Возный С.И. Долговечные материалы для дорожной разметки. Химия и технология. Саратов: РАТА, 2011. 182 с.

2. Возный С.И., Крылов В.К., Рабенау В.В., Свежин-ский В.Н. Применение холодных пластиков для противоскользящих покрытий // Строительные материалы. 2009. № 2. С. 53-55.

3. Возный С.И., Евтеева С.М. Физико-химическое взаимодействие термопластичных разметочных материалов с поверхностью асфальтобетонных дорожных покрытий // Строительные материалы. 2010. № 10. С. 62-64.

4. Возный С.И., Артеменко А.А., Евтеева С.М. Рецептуры термопластичных разметочных материалов // Промышленное производство и использование эластомеров. 2011. № 4. С. 47-50.

ggzr/to ЖЛАСТ

(495) 550-00-92 www.oootechnoplast.ru E-mail: t_plast@mail.ru

Некоммерческому оартнерству росизол j qmmj

АССОЦИАЦИЯ РОССИЙСКИХ ПРОИЗВОДИТЕЛИ КАЧЕСТВЕННОЙ ТЕНЗМР

НП «Производители современной минеральной изоляции «Росизол» было создано в 2002 г. компаниями, которым принадлежали известные бренды в области теплоизоляции - URSA, ROCKWOOL и Isover, и производящими продукцию в России. Основной целью создания партнерства было решение вопросов стандартизации и продвижения нового поколения ми-нераловатных изделий.

В настоящее время в партнерство входит семь крупных мировых и российских компаний: ISOROC, ISOVER, KNAUFInsulation, PAROC, ROCKWOOL, ТехноНИКОЛЬ, URSA. Главные задачами партнерства на современном этапе являются популяризация использования современных минеральных изоляционных материалов для повышения энергетической эффективности, акустического комфорта и защиты окружающей среды, пропаганда идей энергосбережения и рационального использования природных ресурсов.

Определяющая роль в решении проблемы энергосбережения принадлежит эффективным теплоизоляционным материалам. «Росизол» стремится развивать российский рынок качественных теплоизоляционных материалов и принимает активное участие в федеральных и региональных программах энергосбережения. Для этого партнерство в лице исполнительного директора А. Фадеева входила в рабочую группу Комитета Государственной Думы по разработке ФЗ №261 от 29.11.2009 г. «Об энергосбережении и энергетической эффективности», где представила предложения, направленные на повышение энергетической эффективности зданий и сооружений.

НП «Росизол» является аффилированным членом Европейской ассоциации производителей изоляции (Eurima), которая представляет интересы всех ведущих европейских компаний-производителей минераловатной изоляции.

Строительный рынок постоянно находится в стадии эволюции, появляются новые технологии, производители и энергоэффективные материалы. Но, к сожалению, не вся продукция соответствует заявленным характеристикам. НП «Росизол» совместно с НИИМосстрой провели исследование теплоизоляционных красок c невероятными физическими свойствами. Результаты опытов показали, что производители исследованных материалов завысили характеристики в 100 раз.

В 2007 г. партнерство проделало работу в области защиты прав потребителей и выявила наличие контрафактной продукции и провело ряд исследований материалов, после чего выступило с соответствующим заявлением.

Еще одной сферой деятельности «Росизола» является популяризацией идей энергосбережения для населения и страны. Совместно с Фондом общественного мнения был проведен цикл исследований мнения населения по вопросам энергосбережения, трат и способов экономии на услугах ЖКХ. По результатам исследования проведены пресс-мероприятия, демонстрирующие реальные способы экономии на коммунальных услугах.

НП «Росизол» активно сотрудничает с другими производителями теплоизоляционной продукции, перед которыми стоят общие задачи. В 2011 г. между членами Ассоциации «Росизол», Ассоциации поставщиков и производителей пенополистирола (АППП) и Ассоциацией производителей экструдированного пенополистирола (РАПЕКС) подписан «Кодекс поведения», устанавливающий принципы взаимодействия участников теплоизоляционного рынка и определяющий общие цели и задачи.

С 2005 г. «Росизол» занимается обновлением существующей базы национальных и межгосударственных стандартов. В качестве основы для создания российских, а впоследствии и межгосударственных стандартов, была взята европейская система. «Росизол» выполнил переводы европейских стандартов, все формулировки подготовлены с учетом сложившейся российской практики и передового европейского опыта, пройдены необходимые процедуры для получения статуса национальных стандартов. В настоящее время данные документы являются проектами межгосударственных стандартов для использования в качестве доказательной базы к регламентам Таможенного союза и Евразийского экономического сообщества.

НП «Росизол» участвует в работе по обновлению СНиП, вносит свои предложения в документы, влияющие на правильное применение минера-ловатной изоляции, в частности на теплозащиту зданий и теплоизоляцию трубопроводов и оборудования.

За десять лет сделано немало, но еще много работы предстоит. Редакция журнала «Строительные материалы»® поздравляет НП «Росизол» с десятилетием и желает успехов в повышении энергосбережения в России!

42

научно-технический и производственный журнал

ноябрь 2012

jVJ ®