C5石油樹脂在路標涂料中的耐候性提升研究

路標涂料作為道路交通安全的關鍵基礎設施材料，需長期暴露于戶外復雜環境中，承受紫外線輻射、高低溫循環、雨水沖刷、酸堿侵蝕及機械磨損等多重考驗，其耐候性直接決定了道路標識的清晰度、使用壽命與行車安全性。C5石油樹脂作為路標涂料中的核心成膜助劑與黏結增強劑，其結構特性與改性工藝對涂料整體耐候性能的提升具有關鍵作用，相關研究主要圍繞樹脂結構優化、改性技術創新及復配體系設計展開。

一、對路標涂料耐候性的作用機制

C5石油樹脂是由石油裂解副產物C5餾分（主要含異戊二烯、環戊二烯、間戊二烯等不飽和烯烴）經催化聚合而成的低分子量熱塑性樹脂，其在路標涂料中的耐候性貢獻主要通過以下機制實現：

先C5石油樹脂具有適宜的軟化點（通常在80-120℃）與良好的相容性，能與涂料中的基料（如丙烯酸樹脂、氯化橡膠）、顏填料（如鈦白粉、玻璃微珠）形成均勻穩定的連續相，減少涂層內部因組分相容性差產生的微觀空隙，降低水分、氧氣及腐蝕性介質的滲透通道，從結構層面提升涂層的抗滲透能力，延緩涂層的水解與氧化老化。

其次，C5石油樹脂分子鏈中含有的不飽和雙鍵數量與分布，是影響其耐候性的核心因素。未改性的C5石油樹脂因殘留一定量的不飽和雙鍵，在紫外線照射下易發生斷鏈、交聯或氧化反應，導致樹脂黃變、脆化，進而引發涂層開裂、脫落，因此，通過調控聚合工藝減少雙鍵殘留，或通過后續改性封閉雙鍵，成為提升C5石油樹脂耐候性的關鍵方向。

此外，C5石油樹脂的極性與黏結性能可增強涂料與基體（瀝青路面、水泥路面）的附著力，減少因冷熱循環導致的涂層與基體間的熱脹冷縮差異，降低涂層起皺、剝落的風險，間接延長涂層在戶外環境中的穩定服役周期。

二、改性技術對路標涂料耐候性的提升路徑

針對未改性C5石油樹脂耐候性不足的問題，當前研究主要通過化學改性與物理改性兩種路徑優化其性能，進而提升路標涂料的耐候性：

（一）化學改性：從分子結構層面增強抗老化能力

化學改性通過改變C5石油樹脂的分子結構，減少不飽和鍵含量、引入抗老化官能團或提升分子鏈穩定性，是提升耐候性的根本手段。常見的化學改性方向包括：

加氫改性：這是目前應用十分廣泛且效果顯著的改性技術。通過催化加氫反應，將C5石油樹脂分子鏈中的不飽和雙鍵轉化為單鍵，顯著降低樹脂的不飽和程度。加氫后的C5石油樹脂分子鏈穩定性大幅提升，對紫外線的吸收能力減弱，不易發生氧化降解或黃變，同時保持了原有的相容性與黏結性能。將加氫C5石油樹脂應用于路標涂料中，可使涂層的抗紫外線老化時間延長30%-50%，且能有效抑制涂層在高溫環境下的軟化變形與低溫環境下的脆裂。

接枝改性：通過引入具有抗老化功能的單體（如馬來酸酐、丙烯酸酯類單體）與C5石油樹脂分子鏈發生接枝反應，在樹脂分子中引入極性官能團或抗氧基團，例如，馬來酸酐接枝改性后的C5石油樹脂，其極性增強，與涂料中顏填料的結合力提升，減少顏填料的遷移與析出；同時，接枝后的樹脂分子鏈抗自由基攻擊能力增強，可延緩涂層在雨水沖刷與酸堿侵蝕下的降解速度，提升涂層的耐水、耐酸堿性。

共聚改性：在C5餾分聚合過程中，引入少量具有優異耐候性的共聚單體（如苯乙烯、α-甲基苯乙烯或乙烯基三甲氧基硅烷），通過調節共聚單體的比例，調控樹脂的分子結構與性能，例如，引入硅氧烷類單體共聚后，C5石油樹脂分子鏈中會引入Si-O鍵，其鍵能高于C-C鍵，可提升樹脂的耐高溫性與抗紫外線能力，同時硅氧烷基團的疏水性可增強涂層的防水性能，減少雨水對涂層的滲透破壞。

（二）物理改性：通過復配體系優化提升整體耐候性

物理改性不改變C5石油樹脂的分子結構，而是通過與其他耐候性材料復配，利用組分間的協同作用提升路標涂料的耐候性能，具有工藝簡單、成本可控的優勢：

與抗老化助劑復配：將C5石油樹脂與紫外線吸收劑（如苯并三唑類、二苯甲酮類）、抗氧劑（如受阻酚類、亞磷酸酯類）或光穩定劑（如受阻胺類）復配使用。紫外線吸收劑可優先吸收紫外線能量，減少紫外線對C5石油樹脂分子鏈的破壞；抗氧劑能抑制樹脂氧化降解過程中產生的自由基，延緩樹脂脆化；光穩定劑則可捕獲自由基并分解氫過氧化物，進一步延長涂層的抗老化壽命。研究表明，當C5石油樹脂與復合型抗老化助劑（如紫外線吸收劑UV-327與抗氧劑1010按1:1復配）協同使用時，路標涂料的耐人工加速老化時間可從500h提升至800h以上，涂層的色差變化率降低40%以上。

與高性能樹脂共混：將C5石油樹脂與耐候性優異的高分子樹脂（如氟碳樹脂、聚硅氧烷樹脂）共混，利用高性能樹脂的耐候性優勢彌補其不足，例如，C5石油樹脂與氟碳樹脂共混后，氟碳樹脂分子中的C-F鍵能高、穩定性強，可在涂層表面形成致密的保護膜，阻擋紫外線、水分與氧氣的侵入；同時，C5石油樹脂的良好相容性可改善氟碳樹脂的成膜性與黏結性，避免共混體系出現相分離。這種共混體系應用于路標涂料中，既能保證涂層的耐候性，又能降低成本（相較于純氟碳涂料，成本可降低20%-30%）。

三、C5石油樹脂基路標涂料耐候性的評價方法

為精準評估C5石油樹脂改性對路標涂料耐候性的提升效果，需通過模擬戶外環境的加速老化試驗與實際戶外暴露試驗，結合多項性能指標進行綜合評價：

（一）加速老化試驗：快速模擬長期戶外環境影響

加速老化試驗通過強化紫外線、溫度、濕度等老化因素，在短時間內模擬涂層在戶外數年的老化過程，是實驗室階段評價耐候性的核心方法。常用的試驗標準包括GB/T 1865-2009《色漆和清漆 人工氣候老化和人工輻射暴露》（等效采用ISO 11341）、ASTM G154《非金屬材料紫外線（UV）暴露標準實踐》等。試驗過程中，通過氙燈或紫外燈模擬陽光輻射，控制溫度（通常為40-60℃）與相對濕度（50%-70%），并定期噴水模擬雨水沖刷。

試驗后主要檢測指標包括：

外觀變化：觀察涂層是否出現開裂、剝落、起皺、粉化或黃變等現象，通過目視評級或圖像分析量化外觀損傷程度。

光學性能變化：路標涂料的反光性能直接影響夜間行車安全，需檢測老化后涂層的逆反射系數（依據GB/T 24725-2020《路面標線用玻璃珠》），評估反光能力的衰減情況；同時，通過色差儀測定涂層的色差（ΔE），反映樹脂黃變或顏填料褪色對涂層外觀清晰度的影響。

力學性能變化：測試涂層的附著力（劃格法或拉開法）、柔韌性（彎曲試驗）與硬度（鉛筆硬度法），判斷老化過程中樹脂的脆化、交聯或降解是否導致涂層力學性能下降，例如附著力下降會增加涂層剝落的風險，柔韌性降低則會導致涂層在低溫下易開裂。

（二）戶外暴露試驗：驗證實際應用場景下的耐候性

戶外暴露試驗是將涂覆好的樣板放置于典型氣候區域（如熱帶、亞熱帶、溫帶或高原地區），長期暴露于自然環境中，真實反映涂層在實際應用場景下的耐候性能。常用的暴露站點包括海南（高溫高濕強紫外線）、青海（高海拔強紫外線）、黑龍江（低溫嚴寒）等，暴露時間通常為1-3年。

試驗過程中，定期（如每3個月、6個月、12個月）檢測涂層的外觀、逆反射系數、附著力等指標，與加速老化試驗結果進行對比，校正加速老化試驗的模擬準確性，同時為C5石油樹脂的改性方向與涂料配方優化提供實際應用數據支撐，例如，在海南暴露1年的C5石油樹脂基路標涂料，若未改性樹脂涂層的逆反射系數衰減率達60%，而加氫改性樹脂涂層的衰減率僅為 25%，則可驗證加氫改性對耐候性的顯著提升效果。

四、研究趨勢與挑戰

當前，C5石油樹脂在路標涂料耐候性提升領域的研究，正朝著“綠色化、高性能化、功能一體化”方向發展：一方面，隨著環保法規的收緊，低VOC（揮發性有機化合物）、無重金屬的C5石油樹脂改性技術成為研究熱點，例如水性C5石油樹脂的開發，可減少溶劑型涂料對環境的污染，同時需保證水性樹脂的耐候性與成膜性能；另一方面，功能性改性成為新方向，如在C5石油樹脂中引入自修復官能團，使涂層在出現微裂紋時能自主修復，延長使用壽命；或與光催化材料（如 TiO₂）復配，賦予涂層自清潔功能，減少灰塵、油污對涂層反光性能的影響。

同時，研究仍面臨一些挑戰：一是如何在提升C5石油樹脂耐候性的同時，兼顧其與涂料其他組分的相容性及涂料的施工性能（如干燥速度、流平性），避免因改性導致涂料施工難度增加；二是加速老化試驗與戶外暴露試驗結果的關聯性仍需進一步優化，部分改性樹脂在加速老化試驗中表現優異，但在實際戶外環境中因氣候復雜性（如晝夜溫差、酸雨）導致耐候性衰減速度快于預期，需建立更精準的加速老化模擬模型；三是低成本與高性能的平衡，例如加氫改性雖能顯著提升耐候性，但加氫工藝的設備投資與能耗較高，如何降低改性成本，推動高性能C5石油樹脂在路標涂料中的大規模應用，仍是行業需解決的關鍵問題。

本文來源：河南向榮石油化工有限公司 http://www.hartraders.com/