一種兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料及其製備方法與流程

2023-06-07 02:22:26 1

本發明屬於道路工程材料技術領域，具體涉及一種兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料及其製備方法。

背景技術：

瀝青混合料作為一種黑色路面材料，對太陽光具有較高的吸收率，從而導致瀝青路面產生較高的溫度，在車輛荷載作用下會由於路面高溫情況下承載力下降形成各種病害，降低道路的使用性能及使用壽命，並且在夜間低溫時路面的熱量不斷釋放到外界，使外界溫度久高不下，也是造成城市熱島效應的原因之一。

在經濟迅速發展的今天，人均汽車擁有量不斷地增大，我國已經連續三年成為世界機動車產銷第一大國，車輛行駛噴出大量的尾氣，大自然的淨化空氣汙染物的能力已顯得微不足道。機動車汙染是造成光化學煙霧、霧霾的重要原因，是我國空氣汙染的重要來源，嚴重危害人們的身體健康影響人們的日常生活，由此可見我國汽車尾氣汙染防治工作的緊迫性。

目前道路界積極地研究採用多種措施(保水性路面、遮熱式路面、高熱阻的集料等)來降低瀝青表面的溫度，但基於瀝青材料的吸熱特性及溫度敏感性的本質特徵，這些措施並不能從根本上緩解由於高溫帶來的路面問題及有效降低路表的溫度。

如今我國對加強機動車汙染防治工作提出了明確的要求，各有關部分和地區均制定機動車汙染排放的工作方案以及相應的配套政策，同時實施各種方法來減少尾氣的排放及處理排放的尾氣，但作為直接供車輛行駛的道路——最直接與汽車尾氣接觸的結構物在治理尾氣方面尚未有相應的有效對策，所以一種直接塗覆於路面表面用來降解尾氣的塗層材料將應時而生。

技術實現要素：

針對現有技術的不足及遵循環境友好型道路的要求，本發明提供一種既能降低瀝青路面路表溫度，又能很好的淨化汽車尾氣、降解尾氣有害物質減少環境汙染的路面塗層材料。

本發明還提供了上述兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料的製備方法。

本發明解決上述技術問題所採用的技術方案是該兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料，包括以下質量份配比的原料：矽丙乳液50～60份，水20～30份，鐵摻雜氧化鋁負載的納米二氧化鈦5～9份，中空玻璃微珠5～9份，鈦白粉5～9份，超細硅藻土11～14份，丙二醇5～9份，分散劑0.6～0.9份。

上述路用多功能塗層材料優選以下配方：矽丙乳液53～58份，水15～22份，鐵摻雜氧化鋁負載的納米二氧化鈦6～8份，中空玻璃微珠5～8份，鈦白粉6～9份，超細硅藻土12～14份，丙二醇6～8份，分散劑0.6～0.8份。

上述路用多功能塗層材料還包括助劑0.3～2.1份，所述助劑是由流平劑、消泡劑、增稠劑、潤溼劑按質量比為0.5～1.5：0.5～1.5:0.5～1.5:1組成。

上述分散劑為BYK-163分散劑、BYK-161分散劑或BOK-F-501分散劑。

上述消泡劑為BYK-141消泡劑、BYK-052消泡劑或BOK-X-401消泡劑；流平劑為BYK-333流平劑或BYK-306流平劑；潤溼劑為BYK-331潤溼劑或BYK-378潤溼劑；增稠劑為BYK-420增稠劑或BYK-425增稠劑。

製備上述兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料的方法由以下步驟實現：

(1)將丙二醇、分散劑、水按照配方量加入研磨罐，在400～600rpm下攪拌10～20min，將超細硅藻土、鈦白粉依次加入研磨罐中，在2300～2700rpm下攪拌20～30min，加入鐵摻雜氧化鋁負載的納米TiO2粒子，繼續在2800～3200rpm狀態下攪拌30～40min；

(2)將攪拌好的漿料由研磨罐轉移至調漆桶，在400～600rpm狀態下按照配方量加入矽丙乳液和中空玻璃微珠，攪拌20～30min，得到兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料。

上述步驟(1)優選：將丙二醇、分散劑、助劑、水按照配方量加入研磨罐，在450～550rpm攪拌15～18min，將超細硅藻土、鈦白粉依次加入研磨罐中，在2500～2600rpm下攪拌18～22min，加入鐵摻雜氧化鋁負載的納米TiO2粒子，在3000～3200rpm狀態下攪拌35～40min。

本發明的兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料是將矽丙乳液、鐵摻雜氧化鋁負載的納米二氧化鈦、中空玻璃微珠以及鈦白粉、超細硅藻土、丙二醇等復配，在發揮其各成分優點的同時，能夠起到協同作用，提高其路用性能，該塗層材料可以塗於瀝青路面表面，還可以應用於道路的附屬設施(中央分隔帶欄杆、路緣石、邊坡、標誌牌、交通燈等)，隧道內壁，橋梁護欄及墩柱等，此外，該發明所使用的原料直接在市場就可以購買到，製作成本低，與路面具有較強的附著力，並且有較好的防腐能力、超耐侯性，有較好的使用性能和較長的使用周期。與現有技術相比，其主要具有以下優點：

(1)本發明充分利用了TiO2的光催特性，可循環使用，而且其在氣相降解反應中造成的可逆性失效可以通過簡單的清潔使其恢復活性，並且TiO2具有自清潔功能，只要定期噴灑適量的水就可以清除汙染物恢復其活性，同時TiO2作為光催化劑具有很強的氧化還原能力，可與汽車尾氣發生氧化還原反應，所生成產物無環境汙染，並且TiO2自身對環境也沒有汙染，是一種環保的高效的尾氣處理材料。

(2)本發明利用了中空玻璃微珠較好的光反射能力以及硅藻土良好的阻熱效果，能很好的減少瀝青對光的吸收並能阻隔熱量的向下傳遞，有效降低路面溫度，減少由於高溫帶來的路面病害，延長路面使用壽命，並且能緩解城市的熱島效應。

(3)本發明利用改性二氧化鈦、鈦白粉、中空玻璃微珠及超細硅藻土等產生協同效果，將TiO2的尾氣處理特性和中空玻璃微珠及超細硅藻土的隔熱降溫、緩解城市熱島效應的特性協同，發揮其各自優勢的同時，與其他作用複合形成了路用性能高、耐候性好，附著力強、防腐性好的路用塗層材料。

具體實施方式

現結合實施例和實驗數據對本發明的技術方案進行進一步說明，但是本發明不僅限於下述的實施情形。

實施例1

本實施例的兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料是由以下配比的原料組成：以g為單位，矽丙乳液55g，水20g，鐵摻雜氧化鋁負載的納米二氧化鈦8g，中空玻璃微珠8g，鈦白粉7g，超細硅藻土11g，丙二醇8g，消泡劑0.2g，流平劑0.2g，增稠劑0.2g，潤溼劑0.2g，分散劑0.7g。

其中：中空玻璃微珠的粒徑為250目，抗壓強度大於0.8MPa，消泡劑為BYK-052消泡劑、流平劑為BYK-333流平劑、增稠劑為BYK-420增稠劑、潤溼劑為BYK-378潤溼劑，所述分散劑為BYK-161分散劑。

其製備方法是由以下步驟實現：

(1)按照上述配方量稱取消泡劑、流平劑、增稠劑、分散劑、潤溼劑以及丙二醇，按照配方量量取水加入研磨罐中，並加入稱量好的消泡劑、流平劑、增稠劑、分散劑、潤溼劑以及丙二醇，在500rpm下攪拌16min；再加入配方量的鈦白粉和超細硅藻土，在2500rpm下攪拌20min，加入配方量的鐵摻雜氧化鋁負載的納米TiO2粒子，繼續在3000rpm下攪拌36min；

(2)將攪拌好的漿料由研磨罐轉移至調漆桶，在500rpm狀態下加入配方量的矽丙乳液和中空玻璃微珠，繼續攪拌25min出料，即製得兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料。

實施例2

本實施例的兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料是由以下配比的原料組成：以g為單位，矽丙乳液50g，水15g，鐵摻雜氧化鋁負載的納米二氧化鈦5g，中空玻璃微珠5g，鈦白粉5g，超細硅藻土11g，丙二醇5g，消泡劑0.06g，流平劑0.06g，增稠劑0.06g，潤溼劑0.12g，分散劑0.6g。

其中：中空玻璃微珠粒徑為200目，抗壓強度大於0.8MPa，消泡劑為BYK-141消泡劑、流平劑為BYK-306流平劑、增稠劑為BYK-425增稠劑、潤溼劑為BYK-331潤溼劑，所述分散劑為BYK-163分散劑。

其製備方法是由以下步驟實現：

(1)按照上述配方量稱取消泡劑、流平劑、增稠劑、分散劑、潤溼劑以及丙二醇，按照配方量量取水加入研磨罐中，並加入稱量好的消泡劑、流平劑、增稠劑、分散劑、潤溼劑以及丙二醇，在450rpm下攪拌18min；再加入配方量的鈦白粉和超細硅藻土，在2400rpm下攪拌22min，加入配方量的鐵摻雜氧化鋁負載的納米TiO2粒子，繼續在2900rpm下攪拌40min；

(2)將攪拌好的漿料由研磨罐轉移至調漆桶，在400rpm狀態下加入配方量的矽丙乳液和中空玻璃微珠，繼續攪拌30min出料，即製得兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料。

實施例3

本實施例的兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料是由以下配比的原料組成：以g為單位，矽丙乳液60g，水25g，鐵摻雜氧化鋁負載的納米二氧化鈦9g，中空玻璃微珠9g，鈦白粉9g，超細硅藻土14g，丙二醇9g，消泡劑0.57g，流平劑0.57g，增稠劑0.57g，潤溼劑0.39g，分散劑0.9g。

其中：中空玻璃微珠要求粒徑為400目，抗壓強度大於0.8MPa，消泡劑為BOK-X-401消泡劑、流平劑為BYK-306流平劑、增稠劑為BYK-420增稠劑、潤溼劑為BYK-331潤溼劑，所述分散劑為BOK-F-501分散劑。

其製備方法是由以下步驟實現：

(1)按照上述配方量稱取消泡劑、流平劑、增稠劑、分散劑、潤溼劑以及丙二醇，按照配方量量取水加入研磨罐中，並加入稱量好的消泡劑、流平劑、增稠劑、分散劑、潤溼劑以及丙二醇，在550rpm下攪拌15min；再加入配方量的鈦白粉和超細硅藻土，在2450rpm下攪拌18min，加入配方量的鐵摻雜氧化鋁負載的納米TiO2粒子，繼續在3000rpm下攪拌35min；

(2)將攪拌好的漿料由研磨罐轉移至調漆桶，在600rpm狀態下加入配方量的矽丙乳液和中空玻璃微珠，繼續攪拌20min出料，即製得兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料。

實施例4

本實施例的兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料是由以下配比的原料組成：以g為單位，矽丙乳液53g，水22g，鐵摻雜氧化鋁負載的納米二氧化鈦6g，中空玻璃微珠8g，鈦白粉6g，超細硅藻土12g，丙二醇8g，消泡劑0.3g，流平劑0.3g，增稠劑0.3g，潤溼劑0.6g，分散劑0.8g。

其中：中空玻璃微珠要求粒徑為350目，抗壓強度大於0.8MPa，消泡劑為052消泡劑、流平劑為BYK-306流平劑、增稠劑為BYK-420增稠劑、潤溼劑為BYK-378潤溼劑，所述分散劑為BYK-161分散劑。

其製備方法是由以下步驟實現：

(1)按照上述配方量稱取消泡劑、流平劑、增稠劑、分散劑、潤溼劑以及丙二醇，按照配方量量取水加入研磨罐中，並加入稱量好的消泡劑、流平劑、增稠劑、分散劑、潤溼劑以及丙二醇，在400rpm下攪拌20min；再加入配方量的鈦白粉和超細硅藻土，在2300rpm下攪拌25min，加入配方量的鐵摻雜氧化鋁負載的納米TiO2粒子，繼續在2800rpm下攪拌40min；

(2)將攪拌好的漿料由研磨罐轉移至調漆桶，在400rpm狀態下加入配方量的矽丙乳液和中空玻璃微珠，繼續攪拌28min出料，即製得兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料。

實施例5

本實施例的兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料是由以下配比的原料組成：以g為單位，矽丙乳液58g，水18g，鐵摻雜氧化鋁負載的納米二氧化鈦8g，中空玻璃微珠6g，鈦白粉8g，超細硅藻土13g，丙二醇6g，消泡劑0.3g，流平劑0.3g，增稠劑0.3g，潤溼劑0.2g，分散劑0.7g。

其中：中空玻璃微珠要求粒徑為250目，抗壓強度大於0.8MPa，消泡劑為052消泡劑、流平劑為BYK-306流平劑、增稠劑為BYK-420增稠劑、潤溼劑為BYK-378潤溼劑，所述分散劑為BYK-161分散劑。

其製備方法是由以下步驟實現：

(1)按照上述配方量稱取消泡劑、流平劑、增稠劑、分散劑、潤溼劑以及丙二醇，按照配方量量取水加入研磨罐中，並加入稱量好的消泡劑、流平劑、增稠劑、分散劑、潤溼劑以及丙二醇，在600rpm下攪拌10min；再加入配方量的鈦白粉和超細硅藻土，在2700rpm下攪拌15min，加入配方量的鐵摻雜氧化鋁負載的納米TiO2粒子，繼續在3200rpm下攪拌30min；

(2)將攪拌好的漿料由研磨罐轉移至調漆桶，在500rpm狀態下加入配方量的矽丙乳液和中空玻璃微珠，繼續攪拌20min出料，即製得兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料。

現按照以下方法對本發明兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料的性能進行檢測，即將實施例1的兼具隔熱降溫和汽車尾氣處理的路用多功能塗層材料塗抹於車轍板上，然後用自製的尾氣淨化測試設備和室內降溫試驗的試驗系統對塗層材料的尾氣處理性能和降溫性能進行測試，具體試驗方法如下：

一、尾氣處理性能

將塗覆多功能塗料的車轍板放置到尾氣淨化測試設備中去，收集尾氣，當尾氣初始濃度穩定後開始記錄第一組數據，打開白熾燈照射，模擬自然光環境，之後每間隔10min記錄一次數據，直至60min終止或者數據變化不明顯為止，一組試驗結束。試驗結果見表1、2：

表1 塗覆多功能塗料的車轍板淨化尾氣濃度變化表

表2 未塗覆多功能塗料的車轍板淨化尾氣濃度變化表

從上表1可以看出在普通光源下多功能塗料對汽車尾氣CO、CO2、HC、NOX在60min的降解分別為8.2％、3.6％、12.2％、40％，表2中未塗覆多公塗料的尾氣四種成分CO、CO2、HC、NOX分別降低了3.2％、1.4％、3.9％、7.7％，與表1數據相比較明顯可以看出多功能路面塗層材料對尾氣處理有較好的效果。

二、路面降溫性能

將塗覆多功能塗料的車轍板置於自製的室內降溫試驗的試驗系統對塗料的降溫效果進行測試。在車轍板上均勻取點，用碘鎢燈照射模擬自然光源，每隔30min測試各點的溫度取平均值。測試結果見表3：

表3 溫度平均值相對應溫差

從表3可以看出塗覆多功能塗料的車轍板表面溫度明顯比未塗覆多功能塗料的車轍板表面溫度低，最高相差6.1℃，說明該多功能路面塗層材料可以明顯降低路面溫度。

用上述相同的檢測方法對其他實施例2～5的性能進行驗證，其結果與上述試驗結果一致，能夠明顯降低路面溫度，並且對汽車尾氣有較好的處理效果。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及添加或替換，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。