一种沥青路面分级超疏水抑冰涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种沥青路面分级超疏水抑冰涂层及其制备方法，属于道路工程技术领域。本发明专利技术针对现有技术中超疏水材料应用于路面防冰研究较为匮乏的问题，提供了一种沥青路面分级超疏水抑冰涂层及其制备方法。该涂层采用涂刷密封层、涂刷涂层浆料及喷涂涂层浆料三阶段喷涂工艺。通过涂层各组分之间的相互作用及喷涂工艺最终构造出具有复杂微纳米分级结构的超疏水抑冰涂层，此涂层使得沥青路面的超疏水性能显著增加，获得了极高的接触角且显著提升了沥青路面的抑冰性能。升了沥青路面的抑冰性能。升了沥青路面的抑冰性能。

【技术实现步骤摘要】
一种沥青路面分级超疏水抑冰涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于道路工程
，具体涉及一种沥青路面分级超疏水抑冰涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]沥青路面因其具有行车舒适、易维护、噪声低等特点现已成为主要道路形式。然而冬季沥青路面结冰一直是困扰车辆行驶的重要问题，他对路面行车安全有着十分严重的影响。路面结冰通常由路面积雪经过冻融循环作用形成，并且道路表面积冰致使道路抗滑性能急剧下降，对行人及车辆的安全构成严重威胁。我国大约有3/4的国土属于冬季积雪地区，路面结冰成为交通事故频发的首要因素。在一些高纬度或高海拔地区，每当冬季降雨或空气潮湿时，较低的气温会使水分在路表及一定构造深度内迅速结冰，此时再经过车辆碾压以及冻融循环作用，逐渐形成与路面紧密粘结的冰层。2008年初，我国很多地区遭受多次强烈的风雪冰冻天气影响。这次冰冻灾害对人民生命财产造成极大损失，为历史罕见。21个省不同程度受灾，造成人民财产损失达1516.5亿元，受灾人口逾166万。由此可见，道路表面积雪结冰对交通和行车安全影响是极大的，且亟待解决。
[0003]目前道路除冰方式主要包括散布融雪剂除冰、能量转化除冰、低冰点路面除冰等方式。路表散布融雪剂除冰是利用低冰点融雪剂降低水结冰点，从而在一定温度范围内使得路面无法冻结，这是一种较为经济的道路除冰方法，但是一般的融雪剂都为氯盐，他会对道路护栏等金属材质造成腐蚀，并且对周围环境造成污染。除此之外，盐水还会渗入沥青路面空隙，对沥青结合料与集料之间的粘结性能造成损害。能量转化除冰是指在路面结构内部埋设一定数量的传热管线或者导体，将外部能量转化为热能输入路面，并通过路面内部热量传导加热路面表面，进而融雪化冰。该项技术清洁环保，是一种主动的除冰方式，但由于造价及能源消耗较大，因此只适用于小范围内路面融雪化冰。低冰点沥青路面是指预先将低冰点添加剂加入沥青混合料中，使其在渗透与毛细作用下逐渐析出以达到融雪化冰的目的。该项技术比化学融雪剂除冰更高效，同样是一种主动除冰方式，但是由于冰点下降剂随时间延长浓度逐渐降低，其融雪化冰性能会逐渐衰减，一旦冰点下降剂完全释放，那么低冰点路面的除冰性能就会完全失效。以上方法都聚焦于融雪化冰的解决方案，但是这些方法仅在一定的温度范围内有效，当温度低至低冰点剂的结冰点时，此时通过降低冰点的方法就会失效，能量转化路面也会由于极高的耗能更不会被使用。
[0004]近年来，多项研究证明，由于超疏水材料的低表面能、优越的疏水性及优异的除冰性能被认为是最具前景的防冰替代品，正在被越来越多地应用于电力，航空航天等领域。超疏水涂层材料的低表面能及复杂微观结构会极大的降低冰
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涂层实际粘附力，如果将超疏水涂层用于沥青路面，当路面融雪结冰后，冰
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路界面就会表现出非常弱的粘附力，从而可以借助车轮荷载等其他路面荷载轻易地除去积冰。这是一种非常经济高效且环保的主动型路面除冰方式，但尚处于探索起步阶段。因此，如何研发出一种能够降低冰
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路粘结性能，并通过车辆荷载除冰的主动型除冰路面成为研究人员共同关注的问题。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中的问题，本专利技术提供了一种沥青路面分级超疏水抑冰涂层及其制备方法，旨在通过改善道路表面的疏水性能，使道路表面具有疏水防冰性能，一是使道路表面不易结冰，二是即使结冰，也显著降低冰层与路面粘结力以至于容易清除路面冰层。另外，欲使超疏水涂层材料用于沥青路面，必须要保证其耐久、抗滑性能。除此之外，欲使其大规模运用于实际工程，还要保证其具备经济、高效、环保、容易施工等特点。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种涂层浆料，所述涂层浆料的制备原料包括醇溶性玻璃树脂、氟硅聚合物、气相纳米二氧化硅、硅烷偶联剂、分散剂和增粘剂。
[0008]醇溶性玻璃树脂因其固化后具备较高的硬度以及粘结性能，因此将其作为沥青路面超疏水抑冰涂层的粘结组分。当以醇溶性玻璃树脂作为粘结组分的涂层固化后，其与沥青路面形成的粘结强度可有效抵抗路面荷载，因此保证了涂层材料用于沥青路面的抗磨耗耐久性能。氟硅聚合物由于其具有大量氟元素，因此其具有较低的表面能。它是一种低表面能物质，可有效增加材料表面的疏水性能。采用氟硅聚合物对醇溶性玻璃树脂进行低表面能修饰，使其最终固化形成的涂层表面被氟硅聚合物修饰包裹，从而使涂层材料发生从亲水表面到疏水表面的转变。采用纳米二氧化硅颗粒对涂层的表面微观形貌进行构造，增大涂层固化后的表面粗糙度，从而进一步增强其疏水性能，使其发生从疏水表面到超疏水表面的转变。其中纳米二氧化硅同样被氟硅聚合物修饰包裹，是一种具有低表面能的纳米颗粒。采用硅烷偶联剂对涂层进行改性，使其增加涂层的粘结性能，同时硅烷偶联剂也是一种疏水材料，对涂层的疏水性能也会有进一步得增强。采用分散剂可以使纳米二氧化硅颗粒均匀分散在涂层浆料中，不会在浆料中出现颗粒抱团现象，使得最终形成分散均匀的混合分散液，便于使用喷枪进行喷涂。采用增粘剂可增加涂层浆料的粘度，增加涂层浆料的涂刷厚度，从而保证涂层固化的厚度。涂层表面由于纳米二氧化硅颗粒的聚集，最终形成大量具有微米级凸起的涂层，此即为具有微米级单级结构的超疏水涂层。在具有微米级单级结构的超疏水涂层上采用喷涂法喷涂一层涂层浆料，涂层浆料通过喷枪以微小液滴的形式散落于单级微米级超疏水涂层表面。微小的液滴与空气接触更加充分，加速了无水乙醇的挥发，当微小液滴一经接触表面即可固化完成。这些微小液滴固化后即可形成纳米级凸起，这些纳米级凸起分布在微米级凸起表面，最终形成具有微纳米分级结构的超疏水涂层。此涂层具有复杂的表面形貌，以至获得了较大的粗糙度，从而最终表现出十分显著的超疏水抑冰性能。
[0009]作为优选，所述涂层浆料的制备原料的配比为：以质量份数计，醇溶性玻璃树脂含量为600～800份；氟硅聚合物含量为600～800份；气相纳米二氧化硅含量为10～14份；硅烷偶联剂含量为50～150份；分散剂含量为1～2份；增粘剂含量为2～4份；所述醇溶性玻璃树脂的固含量为10％
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15％；所述氟硅聚合物为PF
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302、PF
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304、PF
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311中的一种或多种，所述硅烷偶联剂为KH
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550、KH
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560、KH
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570中的一种或多种，所述分散剂为FC
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4430，所述水性增稠剂TG
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2521。
[0010]采用该技术方案后，可保证粘结组分材料醇溶性玻璃树脂及低表面能材料氟硅聚合物在涂层浆料中具有较高的含量，从而在不显著降低涂层粘结性能的同时，可以使得氟硅聚合物充分包裹修饰醇溶性玻璃树脂及纳米二氧化硅颗粒。涂层浆料实质是以纳米二氧
化硅固体颗粒为分散相，其他液体组分混合液为分散介质而形成的溶胶。固体纳米二氧化硅粉末含量偏高会导致涂层溶胶固化后形成的微纳米级凸起极易发生龟裂及粘结不牢固而剥落的现象，含量偏低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涂层浆料，其特征在于：所述涂层浆料的制备原料包括醇溶性玻璃树脂、氟硅聚合物、气相纳米二氧化硅、硅烷偶联剂、分散剂和增粘剂。2.根据权利要求1所述的一种涂层浆料，其特征在于：所述涂层浆料的制备原料的配比为：以质量份数计，醇溶性玻璃树脂含量为600～800份；氟硅聚合物含量为600～800份；气相纳米二氧化硅含量为10～14份；硅烷偶联剂含量为50～150份；分散剂含量为1～2份；增粘剂含量为2～4份；所述醇溶性玻璃树脂的固含量为10％
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15％；所述氟硅聚合物为PF
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302、PF
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304、PF
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311中的一种或多种，所述硅烷偶联剂为KH
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550、KH
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560、KH
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570中的一种或多种，所述分散剂为FC
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4430，所述增粘剂为水性增稠剂TG
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2521。3.一种涂层浆料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将氟硅聚合物与气相纳米二氧化硅粉末混合，并充分搅拌使得气相纳米二氧化硅粉末均匀分散在氟硅聚合物中，得到固
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液溶胶态分散系；步骤2：在步骤1得到的固
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液溶胶态分散系中加入醇溶性玻璃树脂、硅烷偶联剂、分散剂及...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄海波，阳恩慧，马博男，彭佳慧，庞晨曦，丁海波，袁飞云，邱延峻，
申请(专利权)人：四川藏区高速公路有限责任公司，
类型：发明
国别省市：