термопластичная мастика для разметки автомобильных дорог и аэродромов с асфальтобетонным покрытием

Формула изобретения

Термопластичная мастика для разметки автомобильных дорог и аэродромов с асфальтобетонным покрытием, включающая пленкообразующий полимер, двуокись титана, пластификаторы, светотехнические добавки и минеральные наполнители, отличающаяся тем, что в качестве пленкообразующего она содержит тройной акриловый сополимер бутилметакрилата, метакриловой кислоты и стирола с кислотным числом 6,0-9,0 мг КОН/г, температурой размягчения 90-112°С и относительной вязкостью 2%-ного раствора в бутилацетате 1,4-1,8, в качестве пластификаторов содержит смесь дибутилортофталата или пластификатора ЭДОС с диметилтерефталатом, в качестве светотехнической добавки - органический оптический отбеливатель, возможно в смеси со стеклянными микрошариками, а в качестве наполнителя - смесь кварцевого песка и микромрамора, при следующем соотношении компонентов мастики, мас.%:

Указанный акриловый сополимер	18,0-25,0
Дибутилортофталат или пластификатор ЭДОС	2,0-8,0
Диметилтерефталат	5,0-12,0
Двуокись титана	8,0-12,0
Микромрамор	8,0-12,0
Микрошарики стеклянные	0-20,0
Органический оптический отбеливатель	0,1-0,3
Кварцевый песок	Остальное

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к мастичным составам, предназначенным для нанесения маркировки (сигнальной разметки) на автодорожное полотно или аэродромное покрытие с асфальтобетонным верхним слоем с целью обеспечения безопасности движения.

Для разметки дорог и аэродромов известно большое количество термопластичных полимерных композиций, рецептуры которых близки и содержат следующие основные компоненты:

- пленкообразующие;

- пластификаторы;

- пигменты;

- минеральные наполнители;

- светотехнические добавки.

Основные технологические и эксплуатационные характеристики разметочных мастик определяются химической природой пленкообразующего. Выбор пленкообразующего обусловлен многими причинами, такими как: различие требований к дорожной разметке, климатическими условиями ее эксплуатации, наличием сырьевой и производственной баз для его промышленного выпуска и др.

В России подавляющее большинство термопластичных мастик, предназначенных для сигнальной разметки дорог, в качестве пленкообразующего содержат твердые полиэфирные смолы сложноэфирного типа. Известен термопластичный состав для разметки автомобильных дорог и аэродромов, включающий следующие компоненты (мас. ч):

пигментную двуокись титана	4...10
песок кварцевый или строительный	60...70
аэросил или трансформаторное масло	0,5...2,5
термопластичный полиуретан в виде
отходов крошки или мелкой обрези	0,1...5,0
полиэфирную смолу ПС-01 с
кислотным числом 15-70 мг КОН/г
и температурой плавления 60-90°С,
полученную на основе фталевого
ангидрида, этиленгликоля и
глицерина в присутствии
ортофосфорной кислоты в
качестве катализатора	19,0...33,4

(Патент РФ №2074872. МПК⁶ С 09 Д 167/02. Заявл. 16.04.92, заявка №5037874/04. Опубл. 10.03.97).

Недостатком известного состава является низкая белизна (коэффициент диффузионного отражения) получаемых разметочных покрытий (менее 70%), связанная с коричневой окраской полиэфирной смолы ПС-01, и повышенная хрупкость при отрицательных температурах, обусловленная низкой молекулярной массой смолы, которую не улучшило и введение полиуретановых термоэластопластов.

Наиболее близким аналогом к заявляемому по качеству получаемых разметочных покрытий является термопластичный состав для маркировки дорожного полотна, содержащий следующие ингредиенты (мас.%):

полиэфирную смолу, содержащую
в своем составе до 55%
терефталевой кислоты,
с температурой размягчения
не ниже 70°С	15...30
пластификатор - олигоэфиры с
кислотным числом 0-80 мг КОН/г,
полученные на основе алифатических
двухосновных кислот не менее С4 и
алифатических гликолей С2 -С5	3...10
пигментную двуокись титана	4...10
антиседиментационный наполнитель	3...10
стеклянные микрошарики	0...30
минеральный наполнитель	остальное до 100

(Патент РФ №2167901. МПК⁷ С 09 D 167/02; Е 01 F 9/04. Заявл. 25.04.2000, заявка №2000110260/04. Опубл. 27.05.2001 - прототип).

Известный состав - прототип, как и термопластичный состав - аналог базируется на использовании в качестве пленкообразующего низкомолекулярных полиэфирных смол сложноэфирного типа, которые имеют низкие деформационные свойства, особенно в области отрицательных температур, что обуславливает хрупкость разметочных покрытий при воздействии ударных нагрузок. Кроме того, белизна нанесенных разметочных покрытий на основе известного состава на превышает 75%, что согласно ГОСТ Р 51256-99 "Разметка дорожная. Типы и основные параметры. Общие технические требования", ограничивает его использование для маркировки дорог I категории (дорог Федерального уровня).

Технической задачей, решаемой в рамках настоящего изобретения, является создание состава термопластичной мастики, обеспечивающей получение эластичных дорожных разметочных покрытий с белизной более 80% с длительным сроком эксплуатации в условиях ударного воздействия и знакопеременных температур в диапазоне минус 30°С - плюс 40°С за счет снижения хрупкости.

Решение поставленной цели достигается за счет того, что в отличие от известного состава - прототипа, предлагаемая термопластичная мастика для разметки автомобильных дорог и аэродромов в качестве пленкообразующего содержит твердый тройной акриловый сополимер бутилметакрилата, метакриловой кислоты и стирола - сополимер марки "Акроплен - 2С" (ТУ 2216-007-55856863-2001), обладающий следующими физико-химическими характеристиками:

кислотное число, мг КОН/г	6,0...9,0
температура размягчения по
методу "Кольца и шара", °С	90...112
относительная вязкость 2%-ного
раствора в бутилацетате	1,4...1,8
массовая доля воды, %, не более	0,6

в качестве пластификаторов она содержит смесь жидкого дибутилортофталата (ГОСТ 8723-88) или пластификатора ЭДОС (ТУ 2493-003-13004749-93) и твердого диметилтерефталата (ГОСТ 11363-91), а в качестве светотехнических добавок используют смесь стеклянных микрошариков диаметром 180 - 850 мкм (ТУ 5951-001-54611645-2001) и оптического отбеливателя типа "Белофор ОЛА" (ТУ 6-14-753-78) или "Белофор КД-2С" (ТУ 6-38-5800142-174-95); при следующем соотношении между компонентами мастики (мас.%):

тройной акриловый сополимер
бутилметакрилата, метакриловой
кислоты и стирола	18,0...25,0
дибутилортофталат или пластификатор ЭДОС	2,0...8,0
диметилтерефталат	5,0...12,0
двуокись титана пигментная	8,0...12,0
микромрамор	8,0...12,0
микрошарики стеклянные	0...20,0
оптический отбеливатель	0,1...0,3
песок кварцевый	остальное до 100

Пластификатор ЭДОС согласно техническим условиям представляет собой смесь переменного состава диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров, обладающая следующими физико-химическими характеристиками:

кислотное число, мг КОН/г, не более	0,3
температура вспышки в
открытом тигле, °С, не менее	130
температура застывания, °С, не выше	минус 40
плотность при 20°С, г/см 3	1,080±0,03
массовая доля летучих
веществ, %, не более	0,6

В качестве пигментной двуокиси титана применяют марку Р-02 (ГОСТ 9808-84), микромрамор используют фракционированный марок МК-10 или МК-20 (ТУ 5716-003-40705684-2001). Кварцевый песок должен соответствовать ГОСТ 25551-77 (марки ОВС-020-В, ОВС-025-1, ВС-050-1 или С-070-1).

Заявляемые пределы соотношений между компонентами состава мастики определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения достигаемых положительных экономического и технического эффектов. Предлагаемые количества порошкообразных пигмента и наполнителей (двуокись титана, микромрамор, песок, стеклянные микрошарики) обеспечивают их оптимальную упаковку в расплаве пленкообразующего и тем самым достижение регламентируемых реологических показателей мастики при ее нанесении на размечаемые поверхности.

Нижний заявляемый предел содержания пленкообразующего в составе связан с необходимостью обеспечения требуемых адгезионных свойств мастики к асфальтобетону и эластичности образующихся разметочных покрытий. Верхний предел содержания пленкообразующего в составе мастики обусловлен экономической целесообразностью.

Использование смеси двух пластификаторов - жидкого и твердого также обусловлен минимизацией количества пленкообразующей смолы и оптимизацией реологических характеристик мастики: твердый пластификатор обеспечивает сохранение сыпучести мастики в исходном виде, когда она представляет собой порошкообразную массу, а вместе оба пластификатора обеспечивают необходимую текучесть расплава мастики в процессе ее нанесения при рабочей температуре 175-190°С.

Предлагаемый интервал концентрации оптического отбеливателя обусловлен его эффективностью по обеспечению увеличенного уровня белизны разметочных покрытий. Содержание данного реагента более 0,3% не приводит к дальнейшему повышению белизны, а менее 0,1% - малоэффективно.

Сравнение предлагаемого состава термопластичной мастики с известным составом - прототипом позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна", так как в данном случае содержится новая совокупность ингредиентов в новом количественном соотношении.

"Изобретательный уровень" предлагаемого технического решения иллюстрируется вышеуказанным и заключается в том, что впервые использование тройного акрилового сополимера на основе мономеров бутилметакрилата, стирола и метакриловой кислоты вкупе с бинарным пластификатором привело к неочевидному эффекту - получению термопластичной композиции, разметочные покрытия из которой не охрупчиваются и сохраняют высокую эластичность при отрицательных температурах вплоть до минус 30°С. Если увеличение белизны покрытия при использовании акрилового сополимера можно было предполагать, так как сополимер "Акроплен - 2С" чисто белого цвета, то эффекта сохранения высокой эластичности у толстослойных высоконаполненных покрытий нельзя было ожидать заранее. До настоящего времени твердый "Акроплен - 2С" использовался только в качестве пленкообразующего в составах органоразбавляемых лакокрасочных материалов, предназначенных для получения тонкослойных (менее 300 мкм) покрытий, для которых параметр эластичности не оказывает существенного влияния на их работоспособность.

Кроме того, заявляемый состав в отличие от состава-прототипа на сложном полиэфире имеет значительно большую термостабильность и его расплав при температуре 175-190°С практически не желтеет и не теряет текучесть в течение не менее суток, что расширяет свободу маневра разметочной автотехники.

Предлагаемая мастика, как и композиция по прототипу, базируется на использовании промышленно производимых ингредиентов с использованием стандартного оборудования как для ее получения, так и для нанесения на дорожное полотно. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "промышленная применимость".

Мастику получают путем смешения измельченного акрилового сополимера с другими рецептурными компонентами при комнатной температуре до получения однородной сыпучей массы. Кварцевый песок должен быть предварительно высушен до влажности не более 1%.

Образцы для испытаний и сами разметочные покрытия формируются после расплавления мастики, перемешивания ее расплава до гомогенного состояния при температуре (180±5)°С и последующего охлаждения образцов или покрытий при температуре окружающего воздуха.

Белизну покрытий оценивали с помощью фотоэлектрического блескомера БФ-5 по ГОСТ 896-69. Температуру размягчения мастики определяли по методу "Кольца и шара" в соответствии с ГОСТ 11506-73. Скорость истечения расплава при температуре (180±5)°С и адгезию на сдвиг к асфальтобетону определяли в соответствии с ТУ 2253-077-20504464-2004. Коэффициент хрупкости (К_х) по результатам физико-механических испытаний в диапазоне температур минус 30°С - плюс 25°С рассчитывали в соответствии со стандартом СТБ 1090-97 по формуле:

К_х=R₁/R₂,

где R ₁ - предел прочности при изгибе при температуре минус 30°С;

R₂ - предел прочности при изгибе при температуре плюс 25°С.

Техническую сущность и преимущество предлагаемой термопластичной мастики иллюстрируют нижеприведенные данные.

ПРИМЕР

Берут навески компонентов мастики для конкретно выбранной рецептуры (см. таблицу 1), перемешивают их и расплавляют при температуре 175-185°С до гомогенного состояния. Из полученных расплавов изготавливают образцы дорожно-разметочного покрытия, результаты испытания которых приведены в таблице 2.

Таблица 1 Составы термопластичной мастики
Компоненты мастики	Содержание в составах, %
	1 прототип	2	3	4	5	6	7	8
Смола полиэфирная с 48%-ми терефталевой кислоты	25,0	-	-	-	-	-	-	-
Олигоэфир на основе адипиновой кислоты и этиленгликоля	7,0	-	-	-	-	-	-	-
Каолин	10,0	-	-	-	-	-	-	-
Титана двуокись	10,0	8,0	10,0	12,0	10,0	10,0	10,0	12,0
Микрошарики стеклянные	20,0	-	20,0	15,0	20,0	20,0	10,0	7,0
Песок кварцевый	28,0	45,9	24,8	28,7	24,5	27,0	24,9	39,9
Сополимер акриловый	-	18,0	20,0	25,0	20,0	15,0	30,0	20,0
Дибутилортофталат	-	8,0	5,0	2,0	-	8,0	5,0	-
Диметилтерефталат	-	12,0	10,0	5,0	10,0	10,0	10,0	3,0
Пластификатор ЭДОС	-	-	-	-	5,0	-	-	8,0
Микромрамор	-	8,0	10,0	12,0	10,0	10,0	10,0	10,0
Отбеливатель оптический	-	0,1	0,2	0,3	0,5	-	0,1	0,1

Таблица 2 Свойства образцов дорожно-разметочных покрытий, полученных из составов табл.1
Наименование показателей	Составы из табл. 1
	1 прототип	2	3	4	5	6	7	8
Белизна покрытия, %	72,0	80,3	82,8	84,0	82,5	78,7	80,5	81,1
Температура размягчения, °С	82,9	108,3	99,0	87,4	99,3	111,4	85,4	89,8
Адгезия на сдвиг к асфальтобетону, кг/см2	8,5	20,4	9,2	12,8	9,4	8,7	10,1	14,3
Скорость истечения расплава, г/с	6,1	7,7	8,9	8,7	9,0	5,6	9,0	10,1
Коэффициент хрупкости	1,18	1,07	1,03	1,05	1,03	1,11	1,08	1,05

Таким образом, как видно из сравнительных примеров, заявляемая термопластичная мастика при сопоставимых уровнях реологических и адгезионных характеристик обеспечивает большую белизну образующихся на ее основе маркировочных покрытий, имеющих и меньшую хрупкость по сравнению с покрытиями, полученными из состава-прототипа.