本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及一种兼具路表降温和汽车尾气降解的交通设施涂层材料及其制备方法。
背景技术：
沥青路面对太阳具有较高的吸收率，从而导致路表温度逐渐升高，在行车荷载作用下会因路面高温状态下其承载力下降而产生各种病害，降低道路的使用性能及寿命，另外在夜间，环境温度下降时,路面的热量将不断释放到外界，也是城市热岛效应的原因之一。
目前道路行业积极地研究采用多种措施如保水性路面、遮热式路面、高热阻的路面等来降低沥青路表的温度，但由于沥青材料的吸热特性及温度敏感性，这些措施并不能从源头上有效降低路表的温度。
专利公开号CN105315828A公开了一种兼具路表降温和汽车尾气降解的交通设施涂层材料，但是其路面降温性能不够理想。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
针对现有技术中存在的路面降温材料降温性能不够理想的缺陷，本发明提供一种降温性能优异的路面降温材料。
(二)技术方案
本发明所述的降温材料，由包括以下质量份配比的原料制成：硅丙乳液50～60份，水15～20份，氧化铝负载的纳米二氧化钛5～10份，纳米玻璃珠5～10份，钛白粉5～10份，白云母粉10～15份，丙二醇5～9份，分散剂0.6～0.9份。
本发明中，所述氧化铝负载的纳米二氧化钛的制备方法为：
1)将钛酸丁酯加入到无水乙醇中搅拌均匀，得到透明的黄色溶液A，所述钛酸丁酯在无水乙醇中的质量浓度为10％～30％；
将蒸馏水、冰乙酸、无水乙醇充分混合，再向其中加入硝酸铁，充分搅拌形成溶液B，所述蒸馏水、冰乙酸和乙醇的体积比为0.5～1.5:0.5～1.5:0.5～1.5，所述硝酸铁在上述溶液中的质量浓度为5～10％；
2)将溶液B滴加到A中，得到均匀透明的溶胶，陈化得到凝胶，所述滴加过种中，对溶液A以500～800r/min的速度进行搅拌，所述溶液B的滴加速度为3～5滴/s，所述煅烧在马福炉中进行，控制温度为450～550℃，时间为1.5～2.5h；
3)将凝烘干后得干胶，将所述干胶研磨成粉末，煅烧，球磨处理后得到纳米二氧化钛粒子；
4)在搅拌速度为800～1000r/min条件下将所述纳米二氧化钛粒子加到饱和氧化铝中，静置待其凝胶之后烘干，焙烧得到氧化铝负载的纳米二氧化钛粒子。
所述饱和氧化铝的制备方法为，将氧化铝浸泡于去离子水中至饱和，排出多余的水，得饱合氧化铝；
使用之前将其饱和氧化铝的pH调节为碱性。
本发明中，所述纳米玻璃珠的粒径是200～500nm，抗压强度大于2MPa。
本发明中，所述白云母粉的粒径为5000-10000目；所述白云母粉在显微镜下观察呈片层状。
本发明中，所述分散剂为BYK-163分散剂或BYK-161分散剂。
本发明中，还包括助剂0.3～2.1份，所述助剂是由流平剂、消泡剂、增稠剂、润湿剂按质量比为0.5～1.5:0.5～1.5:0.5～1.5:1组成。
本发明中，所述消泡剂为BYK-141消泡剂或BOK-X-401消泡剂；流平剂为BYK-333流平剂、BYK-306流平剂或BOK-X-401消泡剂；润湿剂为BYK-331润湿剂或BYK-378润湿剂；增稠剂为BYK-420增稠剂或BYK-425增稠剂。
优选的，本发明所述的材料由如下重量份的原料制备而成：硅丙乳液50～60份，水15～20份，氧化铝负载的纳米二氧化钛5～10份，纳米玻璃珠5～10份，钛白粉5～10份，白云母粉10～15份，丙二醇5～9份，分散剂0.6～0.9份，助剂0.3～2.1份；
所述氧化铝负载的纳米二氧化钛的制备方法包括如下步骤：
1)将钛酸丁酯加入到部分无水乙醇中搅拌均匀，得到透明的黄色溶液A，所述钛酸丁酯在无水乙醇中的质量浓度为10％～30％；
将蒸馏水、冰乙酸和剩余无水乙醇充分混合，再向其中加入硝酸铁，充分搅拌形成溶液B，所述蒸馏水、冰乙酸和剩余的无水乙醇的体积比为0.5～1.5:0.5～1.5:0.5～1.5，所述硝酸铁在上述溶液中的质量浓度为5～10％；
2)将溶液B滴加到A中，得到均匀透明的溶胶，陈化得到凝胶，所述滴加过种中，对溶液A以500～800r/min的速度进行搅拌，所述溶液B的滴加速度为3～5滴/s；
3)将凝胶烘干后得干胶，将所述干胶研磨成粉末，煅烧，球磨处理后得到纳米二氧化钛粒子，所述煅烧过程中控制温度为450～550℃，时间为1.5～2.5h；
4)在搅拌速度为800～1000r/min的条件下将所述纳米二氧化钛粒子加到饱和氧化铝中，静置待其凝胶之后烘干，焙烧得到氧化铝负载的纳米二氧化钛粒子；
所述纳米玻璃珠的粒径是200～500nm，抗压强度大于2MPa；
所述白云母粉的粒径为5000-10000目；
所述分散剂为BYK-163分散剂或BYK-161分散剂；
所述助剂是由流平剂、消泡剂、增稠剂、润湿剂按质量比为0.5～1.5:0.5～1.5:0.5～1.5:1组成；
所述消泡剂为BYK-141消泡剂或BOK-X-401消泡剂；流平剂为BYK-333流平剂、BYK-306流平剂或BOK-X-401消泡剂；润湿剂为BYK-331润湿剂或BYK-378润湿剂；增稠剂为BYK-420增稠剂或BYK-425增稠剂。
本发明的另一目的是提供本发明所述的材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将丙二醇、分散剂、水按照配方量加混合，在400～600rpm下搅拌10～20min，再加入白云母粉和钛白粉，在2300～2700rpm下搅拌15～25min，再加入氧化铝负载的纳米二氧化钛粒子，继续在2800～3200rpm状态下搅拌35～50min，得搅拌好的浆料；
(2)将搅拌好的浆料在400～600rpm状态下按照配方量加入硅丙乳液和纳米玻璃珠，搅拌20～30min，得到兼具隔热降温和汽车尾气处理的交通设施功能涂层材料。
优选的，步骤(1)为将丙二醇、分散剂、助剂、水按照配方量在450～550rpm搅拌15～20min，加入白云母粉和钛白粉，在2500～2600rpm下搅拌20～25min，再加入氧化铝负载的纳米二氧化钛粒子，2900～3000rpm状态下搅拌40～45min。
(三)有益效果
本发明的兼具隔热降温和汽车尾气处理的交通设施功能涂层材料具有以下优点：
(1)同现有技术相比，本发明利用氧化铝负载的纳米二氧化钛替代铁掺杂氧化铝负载的纳米二氧化钛，纳米玻璃珠替代中空玻璃微珠，用白云母粉替代超细硅藻土，能够很好的减少沥青对光的吸收并能阻隔热量的向下传递，有效降低路面温度，减少由于高温带来的路面病害，延长路面使用寿命，有效能缓解城市的热岛效应。
(2)本发明所得的涂层材料在提高降温性能的同时，还保留有较强的光催化性能。
(3)本发明充分利用了二氧化钛的光催特性和可循环使用的特点，即二氧化钛在气相降解反应中造成的可逆性失效率可通过简单的清洁便使其恢复活性，并且二氧化钛具有自清洁功能，定期喷洒适量的水就可以清除污染物恢复其活性，同时二氧化钛作为光催化剂具有很强的氧化还原能力，可与汽车尾气发生氧化还原反应，降解汽车尾气的同时生成物并无环境污染，二氧化钛自身对环境也没有污染，是一种环保的高效的尾气处理材料。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例涉及一种交通设施功能涂层材料，由以下配比的原料组成：硅丙乳液55份，水20份，氧化铝负载的纳米二氧化钛8份，纳米玻璃珠8份，钛白粉7份，白云母粉10份，丙二醇8份，BYK-161分散剂0.7份，消泡剂0.2份，流平剂0.2份，增稠剂0.2份，润湿剂0.2份。
本实施例的消泡剂、流平剂、增稠剂、润湿剂均起辅助作用，可使涂层光滑、平整，其具体为：消泡剂为BOK-X-401消泡剂、流平剂为BYK-333流平剂、增稠剂为BYK-420增稠剂、润湿剂为BYK-378润湿剂。
本实施例的纳米玻璃珠的粒径是300～500nm，抗压强度为5MPa。
本实例还提供上述材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将消泡剂、流平剂、增稠剂、润湿剂、分散剂、丙二醇以及水按照质量份配比量取，加入研磨罐，在500rpm下搅拌20min，向研磨罐中加入钛白粉和白云母粉，在2500rpm下搅拌20min，然后加入氧化铝负载的纳米二氧化钛粒子，继续在3000rpm下搅拌30min；
(2)将研磨罐中搅拌好的浆料转至搅拌桶，在500rpm状态下加入硅丙乳液和纳米玻璃珠，继续搅拌20min出料，即制得兼具隔热降温和汽车尾气处理的交通设施功能涂层材料。
上述氧化铝负载的纳米二氧化钛粒子的制备方法是：
1)浸泡氧化铝(Al2O3)于去离子水中至饱和，排出多余的水，得饱和氧化铝；
在室温条件下将3mL钛酸丁酯加入到10mL无水乙醇中搅拌均匀，得到透明的黄色溶液A；
在室温条件下将100mL蒸馏水、50mL冰乙酸、30mL无水乙醇充分混合，再向其中加入10g硝酸铁,充分搅拌形成溶液B，置于分液漏斗中备用；
2)在磁力搅拌且30℃恒温水浴条件下，将溶液B以3滴/S的速度加到A中得到均匀透明的溶胶，滴加的过程中，对A以500r/min的速度进行搅拌，陈化得到凝胶；
3)将凝胶置于85℃恒温真空干燥箱中烘干，得到干胶；将上述得到的干胶研磨成粉末，置于马福炉中，在500℃下恒温煅烧2h，得到二氧化钛粉末，球磨机中加工3h，得到纳米二氧化钛微粒；
4)在800～1000r/min搅拌下将掺杂改性的纳米二氧化钛粒子50g加到碱性饱和的Al2O3中，充分搅拌，静置待其变成凝胶之后置于80℃真空干燥箱烘干，置于500℃马福炉中焙烧得到负载后的掺杂改性的纳米二氧化钛粒子。
实施例2
本实施例涉及一种交通设施功能涂层材料，由以下配比的原料组成：硅丙乳液60份，水15份，氧化铝负载的纳米二氧化钛9份，纳米玻璃珠10份，钛白粉9份，白云母粉15份，丙二醇9份，BYK-161分散剂0.8份，消泡剂0.2份，流平剂0.1份，增稠剂0.1份，润湿剂0.3份。
本实施例的消泡剂为BOK-X-401消泡剂、流平剂为BYK-401流平剂、增稠剂为BYK-425增稠剂、润湿剂为BYK-331润湿剂。
本实施例中的氧化铝负载的纳米二氧化钛的制备方法与实施例1相同。
本实施例的纳米玻璃珠粒径是300～400nm，抗压强度为3MPa。
该交通设施功能涂层材料的制备方法是由以下步骤实现：
(1)将消泡剂、流平剂、增稠剂、润湿剂、分散剂、丙二醇以及水按照质量份配比量取，加入研磨罐，在550rpm下搅拌16min，向研磨罐中加入钛白粉和白云母粉，在2700rpm下搅拌22min，然后加入氧化铝负载的纳米二氧化钛粒子，继续在3000rpm下搅拌40min；
(2)将研磨罐中搅拌好的浆料转至调漆桶，在600rpm状态下加入硅丙乳液和纳米玻璃珠，继续搅拌20min出料，即制得兼具隔热降温和汽车尾气处理的交通设施功能涂层材料。
实施例3
本实施例的交通设施功能涂层材料是由以下配比的原料组成：硅丙乳液50份，水18份，氧化铝负载的纳米二氧化钛5份，纳米玻璃珠5份，钛白粉5份，白云母粉12份，丙二醇5份，BYK-163分散剂0.6份。
本实施例的纳米玻璃珠的粒径是200～300nm，抗压强度为2MPa。
本实施例中的氧化铝负载的纳米二氧化钛的制备方法与实施例1相同。
该交通设施功能涂层材料的制备方法是由以下步骤实现：
(1)将分散剂、丙二醇以及水按照质量份配比量取，加入研磨罐，在450rpm下搅拌18min，向研磨罐中加入钛白粉和白云母粉，在2600rpm下搅拌18min，然后加入氧化铝负载的纳米二氧化钛粒子，继续在2900rpm下搅拌35min；
(2)将研磨罐中搅拌好的浆料转至调漆桶，在400rpm状态下加入硅丙乳液和纳米玻璃珠，继续搅拌30min出料，即制得兼具隔热降温和汽车尾气处理的交通设施功能涂层材料。
实施例4
本实施例的交通设施功能涂层材料是由以下配比的原料组成：硅丙乳液53份，水16份，氧化铝负载的纳米二氧化钛8份，纳米玻璃珠8份，钛白粉8份，白云母粉12份，丙二醇6份，BOK-163分散剂0.8份，消泡剂0.3份，流平剂0.3份，增稠剂0.3份，润湿剂0.2份。
本实施例的消泡剂为BOK-X-401消泡剂、流平剂为BYK-401流平剂、增稠剂为BYK-425增稠剂、润湿剂为BYK-331润湿剂。
本实施例中的氧化铝负载的纳米二氧化钛的制备方法与实施例1相同。
本实施例的纳米玻璃珠的粒径是400～500nm，抗压强度为6MPa。
该交通设施功能涂层材料的制备方法是由以下步骤实现：
(1)将消泡剂、流平剂、增稠剂、润湿剂、分散剂、丙二醇以及水按照质量份配比量取，加入研磨罐，在400rpm下搅拌20min，向研磨罐中加入钛白粉和白云母粉，在2300rpm下搅拌15min，然后加入氧化铝负载的纳米二氧化钛粒子，继续在2800rpm下搅拌38min；
(2)将研磨罐中搅拌好的浆料转至搅拌桶，在450rpm状态下加入硅丙乳液和纳米玻璃珠，继续搅拌23min出料，即制得兼具隔热降温和汽车尾气处理的交通设施功能涂层材料。
实验例
一、路面降温性能
将涂覆了实施例4所材料的车辙板置于自制的室内降温试验的试验系统对涂料的降温效果进行测试，在车辙板上均匀取点，用碘钨灯照射模拟自然光源，每隔30min测试各点的温度取平均值，测试结果见表3：
表1温度平均值相对应温差
从表1可以看出涂覆功能涂料的车辙板表面温度明显比未涂覆功能涂料的车辙板表面温度低，最高相差6.3℃，说明该功能路面涂层材料可以明显降低路面温度。
二、尾气处理性能
对车辙板涂覆功能涂料,将其放置到尾气净化测试设备中去，当尾气初始浓度稳定后开始记录第一组数据，打开白炽灯照射，之后每间隔15min记录一次数据，直至60min终止或者数据变化不明显为止，一组试验结束，试验结果见表2和表3：
表2：涂覆功能涂料的车辙板净化尾气浓度变化表
表3：未涂覆功能涂料的车辙板净化尾气浓度变化表
从表2可以看出在普通光源下功能涂料对汽车尾气CO、CO2、HC、NOX在60min的降解分别为8.2％、3.7％、12.3％、41％，表3中未涂覆功能涂料的尾气四种成分CO、CO2、HC、NOX分别降低了3.1％、1.5％、4.1％、7.5％，与表1数据相比较，明显可以看出功能路面涂层材料对尾气处理有较好的效果。
由以上结果可以看出，本发明所述的材料和方法可大大改善涂层材料的降温性能，同时可保持较强的光催化性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及添加或替换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
对比例1
同实施例4相比，其区别在于，将所述原料中的纳米玻璃珠替换为同等质量的中空玻璃微珠，所得产品的降温性能如表4：
表4温度平均值相对应温差
对比例2
同实施例4相比，其区别在于，将所述原料中的白云母粉替换为同等质量的超细硅藻土，所得产品的降温性能如表5：
表5温度平均值相对应温差
由以上对比例可看出，在选用本发明所述氧化铝负载的纳米二氧化钛的前提下，进一步选择本发明所述的纳米玻璃珠粉和白云母粉与之配合，可得到一种降温功能好，同时兼具汽车尾气处理功能的交通设施功能涂层材料，而若不使用白云母粉和纳米玻璃珠粉与之相配合，降温效果会大大下降。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。