劉 俊 權(quán)

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

高溫熔融對C5石油樹脂路用性能的影響

劉 俊 權(quán)

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

通過測試熱熔道路標線涂料用C5石油樹脂加熱熔融過程中的質(zhì)量損失和高溫后玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的變化，揭示了高溫加熱對熱熔道路標線的影響，提出了熱熔標線施工的合理溫度。

C5石油樹脂，高溫熔融，質(zhì)量損失，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

0 引言

C5石油樹脂常溫下為熱塑性低分子固體聚合物，平均相對分子量1 000～2 000。國內(nèi)生產(chǎn)的石油樹脂軟化點可分為80 ℃～110 ℃及110 ℃～160 ℃兩大系列，C5石油樹脂具有不溶于水，易溶于有機溶劑，耐酸性、耐堿性、耐水性、耐化學品性、抗老化性等優(yōu)點，被廣泛應用于膠粘劑、金屬防銹漆和道路標線中[1]。C5石油樹脂在熱熔型道路標線中所占比例一般為12%～16%，其作為標線涂料的主要粘結(jié)劑和成膜材料保證了涂料施工時具有良好的流動性和對路面較強的粘結(jié)性，C5石油樹脂在涂料中所占比例的多少和質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響涂料的施工性能和標線的使用壽命[2,3]。在熱熔標線施工過程中施工溫度對標線的施工效果、使用壽命影響較大，施工溫度較低不利于施工和標線粘結(jié)，溫度過高會引起C5石油樹脂老化影響涂料性能。另外，在涂料加熱熔融過程中容易出現(xiàn)熱熔釜內(nèi)部傳熱不均勻，局部高溫導致涂料內(nèi)部石油樹脂分解或者低分子物質(zhì)揮發(fā)，影響熱熔道路標線的施工性能和使用壽命。本文通過對比C5石油樹脂在常溫下和經(jīng)過高溫后質(zhì)量和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的變化情況來分析高溫對其性能的影響。

1 實驗部分

1.1 儀器及材料

C5石油樹脂(PRS-R1100 優(yōu)等，濮陽市瑞森石油樹脂有限公司)；差示掃描量熱儀DSC200F3A01型(德國耐馳儀器制造有限公司)；400 ℃高溫烘箱GWH-403型(北京北方利輝試驗儀器設備有限公司)；電子天平JM-B10002型0.01 g(諸暨市超澤衡器設備有限公司)。

1.2 試驗

1)將廠家提供的C5石油樹脂樣品加熱至180 ℃保持5 min后稱重，然后再升溫至200 ℃保持5 min后稱重，同樣分別加熱至220 ℃，240 ℃，260 ℃，280 ℃保持5 min后稱重，并計算出相鄰溫度間的質(zhì)量損失比例。

2)分別將廠家提供的C5石油樹脂樣品和經(jīng)280 ℃高溫熔融保持5 min后冷卻至室溫的C5石油樹脂研磨后，各稱取5 mg～10 mg，置于鋁制坩堝內(nèi)，并在坩堝蓋扎一小孔，然后將整個坩堝放置于測試位置處。試驗中以氮氣作為吹掃氣體與保護氣體，升溫速率為10 K/min，設定升溫溫度范圍為26 ℃～300 ℃，記錄測試結(jié)果并進行分析。

2 結(jié)果與討論

為了改善C5石油樹脂的色澤和抗氧化穩(wěn)定性，一般采用兩種途徑對其進行改性，一是進行加氫改性，使C5石油樹脂分子中的雙鍵得到加成；二是進行化學改性，在C5石油樹脂分子中引入極性基團；或在原料中加入單烯烴等改性劑制得特殊性能的石油樹脂[4]。質(zhì)量分數(shù)為10%～30%加氫石油樹脂的熱熔涂料具有足夠的耐久性、良好的熱穩(wěn)定性和耐候性。

C5石油樹脂組分中異戊二烯、雙環(huán)戊二烯和間戊二烯含量較大，占到C5總量的40%～55%。另外，單烯烴含量占到15%～25%，即1-戊烯、順式和反式-2-戊烯、2-甲基-1-丁烯、2-甲基-2-丁烯和3-甲基-1-丁烯[5，6]。由于C5石油樹脂中各組分的分子量和沸點不同，其軟化點一般100 ℃～105 ℃，在加熱熔融過程中石油樹脂由固體顆粒狀的玻璃態(tài)逐漸向高彈態(tài)和粘流態(tài)轉(zhuǎn)變，分子運動逐漸加劇，分子鏈也隨之展開。小分子的物質(zhì)和大分子的物質(zhì)在熔融液體中呈現(xiàn)不同的狀態(tài)，由圖1可以看出不同加熱區(qū)間揮發(fā)物的揮發(fā)量不同，表明C5石油樹脂在高溫加熱時其中低熔點易揮發(fā)的組分會從熔融的樹脂液體中揮發(fā)出來，隨著加熱溫度的升高揮發(fā)物的總量也在逐漸增大。試驗中測試的加熱溫度是從180 ℃逐步升高到280 ℃，在達到280 ℃時石油樹脂中因揮發(fā)引起的失重量達到12%，如此大的失重量對C5石油樹脂性能有較大影響。C5石油樹脂餾分的組成見表1。

表1 C5石油樹脂餾分的組成

C5石油樹脂屬于非晶態(tài)高聚物，在加熱熔融過程中其非晶態(tài)具有明顯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在進行C5石油樹脂DSC測試過程中，圖2為直接由原廠提供的固態(tài)樣品進行試驗所得結(jié)果，升溫速率為10 K/min，在升溫范圍為26 ℃～300 ℃的條件下，從圖2中可以看出其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg約為75 ℃。將固態(tài)C5石油樹脂樣品在室溫下逐漸加熱至280 ℃保持5 min，然后冷卻至室溫，24 h后在相同條件下再次對加熱過的樣品進行DSC測試，得到圖3試驗結(jié)果，顯示加熱過的樣品玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg約為51 ℃，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度明顯較原來的樣品低了很多。

加熱過的C5石油樹脂由于前期制樣加熱速率大于其室溫冷卻速率，在冷卻過程中石油樹脂中分子鏈的不穩(wěn)定構(gòu)象被凍結(jié)，當進行DSC測試時再次升溫，升溫速率為10 K/min遠低于其冷卻速率，隨著測試溫度的升高，由于局部的不穩(wěn)定構(gòu)象向穩(wěn)定構(gòu)象轉(zhuǎn)變，因此在低于Tg的位置出現(xiàn)如圖3所示的放熱峰。另外，在制樣時將原廠提供的C5石油樹脂樣品快速加熱到280 ℃保持5 min，破壞了原來C5石油樹脂生產(chǎn)時形成的較大結(jié)晶度，室溫下降溫冷卻時形成的結(jié)晶度會明顯低于原來的比例，其加熱熔融溫度高于250 ℃時也會導致石油樹脂中部分大分子物質(zhì)分解，分子鏈段變小會促成分子鏈段纏結(jié)減少，結(jié)晶度降低。當C5石油樹脂樣品冷卻到室溫后進行DSC測試再次升溫測得的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度就明顯低于正常值。

3 結(jié)語

C5石油樹脂在經(jīng)過180 ℃～280 ℃加熱過程中會有小分子物質(zhì)揮發(fā)引起質(zhì)量損失，而且損失最高時可達12%，同時經(jīng)過280 ℃高溫后會引起C5石油樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的降低，這些現(xiàn)象將影響C5石油樹脂在道路標線中的應用和標線的使用壽命。因此在用C5石油樹脂生產(chǎn)熱熔型道路標線時需要添加小分子量的增塑劑來補償因C5石油樹脂高溫引起的質(zhì)量損失，也可以保證標線具有良好的使用性能。另外，熱熔型道路標線施工過程中應控制涂料的加熱熔融溫度，溫度應不高于240 ℃，以免因涂料局部高溫引起樹脂分解和小分子物質(zhì)揮發(fā)導致標線變脆，影響施工效果和使用性能。

[1] 杜新勝,張 榮.C5石油樹脂在涂料中的應用[J].上海涂料,2013,51(12)：27-30.

[2] 陳 明,豐功吉,劉俊權(quán).熱熔噴涂型道路標線涂料在原太高速公路上的應用[J].山西交通科技,2011,213(6)：77-78.

[3] 徐國強,郭旭玲,于志強.淺談高速公路熱熔道路標線質(zhì)量影響因素及質(zhì)量控制要點[J].北方交通,2012(9)：127-129.

[4] 谷雪賢,孫向東,張慧波，等.C5石油樹脂在路標漆中的應用[J].上海涂料,2005,9(5)：81-83.

[5] 雷樹寬,李玉安,史賢林，等.碳五工藝分離過程模擬與參數(shù)優(yōu)化[J].安徽化工,2014,37(3)：35-37.

[6] 李愛元,孫向東,張慧波,等.C5石油樹脂的熱分析[J].大慶石油學院學報,2010,34(4)：97-101.

The influence of high temperature melting on the pavement performance of C5 petroleum resin

Liu Junquan

(ShanxiTransportationResearchInstitute,Taiyuan030006,China)

In this paper, quality loss and glass-transition temperature after high temperature of C5 petroleum resin used as thermoplastic road-marking paint in the process of heating melten had been studied, the results reveal the effect of high temperature heating on thermoplastc road-marking paint, and the reasonable construction temperature had been put forward after analysing experimental data synthetically.

C5 petroleum resin, high temperature melting, mass loss, glass-transition temperature

2015-05-26

劉俊權(quán)(1978- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)22-0140-02

U214.7

A