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(xué)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(xué)研究院，山西 太原 030006)

通過測試熱熔道路標(biāo)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(biāo)線的影響，提出了熱熔標(biāo)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(diǎn)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(jī)溶劑，耐酸性、耐堿性、耐水性、耐化學(xué)品性、抗老化性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于膠粘劑、金屬防銹漆和道路標(biāo)線中[1]。C5石油樹脂在熱熔型道路標(biāo)線中所占比例一般為12%～16%，其作為標(biāo)線涂料的主要粘結(jié)劑和成膜材料保證了涂料施工時(shí)具有良好的流動性和對路面較強(qiáng)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(biāo)線的使用壽命[2,3]。在熱熔標(biāo)線施工過程中施工溫度對標(biāo)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(biāo)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(dǎo)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(biāo)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(shí)驗(yàn)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(yàn)儀器設(shè)備有限公司)；電子天平JM-B10002型0.01 g(諸暨市超澤衡器設(shè)備有限公司)。

1.2 試驗(yàn)

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(jì)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(gè)坩堝放置于測試位置處。試驗(yàn)中以氮?dú)庾鳛榇祾邭怏w與保護(hù)氣體，升溫速率為10 K/min，設(shè)定升溫溫度范圍為26 ℃～300 ℃，記錄測試結(jié)果并進(jìn)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(jìn)行改性，一是進(jìn)行加氫改性，使C5石油樹脂分子中的雙鍵得到加成；二是進(jìn)行化學(xué)改性，在C5石油樹脂分子中引入極性基團(tuán)；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?jǐn)?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(diǎn)不同，其軟化點(diǎn)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(yùn)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(shí)其中低熔點(diǎn)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(yàn)中測試的加熱溫度是從180 ℃逐步升高到280 ℃，在達(dá)到280 ℃時(shí)石油樹脂中因揮發(fā)引起的失重量達(dá)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(jìn)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(jìn)行試驗(yàn)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(jìn)行DSC測試，得到圖3試驗(yàn)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(dāng)進(jìn)行DSC測試時(shí)再次升溫，升溫速率為10 K/min遠(yuǎn)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(shí)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(shí)形成的較大結(jié)晶度，室溫下降溫冷卻時(shí)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(shí)也會導(dǎo)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(dāng)C5石油樹脂樣品冷卻到室溫后進(jìn)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(shí)可達(dá)12%，同時(shí)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(biāo)線中的應(yīng)用和標(biāo)線的使用壽命。因此在用C5石油樹脂生產(chǎn)熱熔型道路標(biāo)線時(shí)需要添加小分子量的增塑劑來補(bǔ)償因C5石油樹脂高溫引起的質(zhì)量損失，也可以保證標(biāo)線具有良好的使用性能。另外，熱熔型道路標(biāo)線施工過程中應(yīng)控制涂料的加熱熔融溫度，溫度應(yīng)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(dǎo)致標(biāo)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(yīng)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(biāo)線涂料在原太高速公路上的應(yīng)用[J].山西交通科技,2011,213(6)：77-78.

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

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[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.

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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