自潔防污鐵路涂料研究

李 麗，武傳田，唐紅娟，李善文

(南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266111)

自潔防污鐵路涂料研究

李 麗，武傳田，唐紅娟，李善文

(南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266111)

選用高羥基聚酯樹脂、羥基丙烯酸樹脂為主要成膜物，加入含羥基改性硅氧烷助劑等組成涂料主劑，以HDI三聚體為涂料固化劑，通過調(diào)整添加劑的品種和用量，以及進(jìn)行耐污性能、耐候性能和綜合性能的對比試驗，確定主劑的配方,研究開發(fā)滿足高速列車高性能要求的自潔防污涂料，并結(jié)合實際應(yīng)用的狀態(tài)和現(xiàn)實生產(chǎn)的可能性，確定其性能指標(biāo)和檢測方法。通過樣品工藝試驗，考察其施工工藝和施工性能，并采用粘膠帶、油性筆和灑水等方式定性地判斷該涂料的自潔防污性能。

自潔；防污；涂料；高速列車

隨著高速列車運行區(qū)間的擴(kuò)大和運營里程的增加，在運行過程中，高速列車表面會受到不同污染物的粘著和污染，為保證車輛的外觀美觀，需每天清洗車輛外皮，這樣既浪費人力、物力，又對外皮油漆的損傷較大。研究開發(fā)自潔防污鐵路涂料，不僅可以滿足高速列車對涂料的高性能要求，同時對交通運輸?shù)难杆侔l(fā)展以及我國涂料的發(fā)展具有技術(shù)促進(jìn)與產(chǎn)業(yè)提高的意義。自潔防污涂料在國外主要應(yīng)用于地鐵車輛，應(yīng)用范圍和線路有限，主要用于防涂鴉功能。國內(nèi)主要應(yīng)用在建筑、陶瓷潔具、大型船舶和高檔轎車中，但其運用環(huán)境和運行速度無法與高速列車的要求相比。目前，我國鐵路標(biāo)準(zhǔn)中尚無涂料自潔防污功能的性能指標(biāo)要求和檢驗方法，也無相關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用。

本文借鑒國外相關(guān)涂料的先進(jìn)技術(shù)與相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，在現(xiàn)有高速列車國產(chǎn)化技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)高性能的自潔防污涂料體系，確定了其性能指標(biāo)和檢測方法。通過工藝試驗，考察施工工藝和施工性能，并采用粘膠帶、油性筆和灑水等方式定性地判斷該面漆的自潔防污性能。

1 自潔防污鐵路涂料的基本配方研究

1.1 材料

羥基丙烯酸樹脂[1](德國拜耳公司)；氟碳樹脂[2](大連振邦氟涂料有限公司)；高羥基聚酯樹脂：德國拜耳公司；脂肪族異氰酸酯三聚體Desmodur N 3390(德國拜耳公司)；分散劑(畢克化學(xué))；鈦白R706(杜邦)；含羥基改性硅氧烷助劑(TEGO)；消泡劑(畢克化學(xué))；防沉劑(畢克化學(xué))；紫外光吸收劑(汽巴)；紫外光吸收劑(汽巴)；光穩(wěn)定劑(汽巴)；T-12(進(jìn)口)；調(diào)色漿(自制)。混合溶劑(自制)。

1.2 自潔防污涂料制備方法

1)制備自潔防污涂料主劑A[3]。在容器中加入溶劑和分散劑等助劑攪勻[4]，依次按色漿配方量加入樹脂、顏填料并攪勻，然后研磨、過濾裝桶。將色漿加入調(diào)漆罐，加入樹脂、活性稀釋劑助劑和溶劑得到主劑A。

2)固化劑B選用德國拜耳公司的Desmodur N 3390。

1.3 自潔防污涂料主劑的配方確定

通過調(diào)整添加劑的品種和用量，以及耐污性能、耐候性能和綜合性能的對比試驗，確定主劑的配方。

1.3.1 耐污性能試驗

在涂料中添加具有自潔防污功能的含羥基改性硅氧烷助劑，進(jìn)行試樣的耐污性能對比試驗。

1)試樣1。主劑中僅選用羥基丙烯酸樹脂，不添加高羥基聚酯樹脂和含羥基改性硅氧烷助劑。

2)試樣2。主劑中選用羥基丙烯酸樹脂添加高羥基聚酯樹脂和含羥基改性硅氧烷助劑1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

3)試樣3。主劑中選用羥基丙烯酸樹脂添加高羥基聚酯樹脂和含羥基改性硅氧烷助劑4.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

3種試樣采用相同的固化劑、溶劑和助劑，耐污性能對比試驗結(jié)果見表1。

表1 耐污性能對比試驗[5]

試驗結(jié)果表明，添加含羥基改性硅氧烷助劑的涂料，比不添加含羥基改性硅氧烷助劑的涂料，漆膜外觀表面平整光滑；靜態(tài)最小接觸角大，表面張力低，有效地提高了漆膜表面的耐污性能；鉛筆硬度降低，漆膜的韌度增加；光澤度增加。因為有機(jī)硅表面張力非常低，自潔防污助劑能迅速浮到漆膜表面，并通過羥基和-NCO反應(yīng)固定在漆膜表面，使污染物難于黏附于漆膜表面，從而使漆膜具有耐粘污性能，且能有效保證漆膜耐粘污性能持久。

1.3.2 耐候性

為了提高涂料的耐候性能，在涂料中添加了氟碳樹脂[6]，通過試驗確定了氟碳樹脂的添加量。制備2個試樣，試樣1和試樣2中主成分一致，而試樣1中未添加氟碳樹脂，試樣2中添加氟碳樹脂，試驗結(jié)果見表2。

表2 耐候性對比試驗

注：有“*”標(biāo)識為復(fù)合涂層測試結(jié)果

試驗結(jié)果表明，添加氟碳樹脂涂料的抗老化性能提高到2 000 h，比未添加氟碳樹脂的涂料提高了500 h。

1.3.3 綜合性能

為達(dá)到高的耐磨性能、優(yōu)異的力學(xué)性能和耐化學(xué)性能等綜合性能，較高的交聯(lián)密度是非常必要的；因此，進(jìn)行了不同NCO/OH的當(dāng)量比試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3 NCO/OH當(dāng)量比與面漆性能的關(guān)系

注：有“*”標(biāo)識為復(fù)合涂層測試結(jié)果

試驗結(jié)果表明，隨著NCO/OH的增大，交聯(lián)密度增大，涂層硬度增大，耐腐蝕性提高；當(dāng)NCO/OH>1.2時，多余的NCO基吸收空氣中的潮氣，交聯(lián)密度增加，使漆膜固化時產(chǎn)生的二氧化碳較多，引起涂層表面起泡，漆膜較脆，耐沖擊性變差，層間附著力也不理想；當(dāng)NCO/OH≤1時，-NCO基團(tuán)減少，干性變差，硬度降低，漆膜發(fā)軟，耐腐蝕性變差，層間附著力降低。因此，確定聚氨酯面漆的NCO/OH當(dāng)量比為1.2較適合。

2 產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的確定

通過自潔性防污涂料的開發(fā)試驗，結(jié)合實際應(yīng)用的狀態(tài)和現(xiàn)實生產(chǎn)的可能性，確定了開發(fā)產(chǎn)品的性能技術(shù)指標(biāo)，見表4。

表4 自潔防污涂料的技術(shù)指標(biāo)

注：有“*”標(biāo)識為復(fù)合涂層測試結(jié)果

3 工藝試驗

通過樣板對試制樣品噴涂進(jìn)行工藝試驗，以考察施工工藝和施工性能，并采用粘膠帶、油性筆和灑水等方式定性地判斷該面漆的自潔防污性能。

3.1 施工工藝和施工性能試驗

在環(huán)境溫度為28.5 ℃和濕度為35%的條件下，表面處理后采用“濕碰濕”的噴涂工藝噴涂2遍，噴涂后漆膜平整，流平性較好，可達(dá)到厚度要求，施工性能良好。

3.2 自潔防污性試驗及結(jié)果

對噴涂后的自潔性涂料樣板和普通涂料樣板進(jìn)行了自潔防污性能試驗，包括粘膠帶試驗、水性彩筆畫線試驗、灑水試驗和除塵試驗。

1)粘膠帶試驗。將紙基膠袋粘貼于漆面上，觀察其變化，試驗結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明，膠帶粘貼到自潔性涂料漆面后，膠帶邊緣逐漸翹起、卷起，無法平整粘貼，說明該涂料具有良好的自清潔性能。

圖1 膠帶粘貼后變化

2)水性彩筆畫線試驗。使用水性彩筆在漆面畫線，自潔涂料漆面用衛(wèi)生紙可輕易擦除，試驗結(jié)果如圖2所示。使用該彩筆在普通油漆漆面畫線，對比結(jié)果如圖3所示，說明自潔涂料具有自潔性能。

圖2 擦除水性彩筆痕跡(自潔防污漆面)

圖3 彩筆劃痕狀態(tài)對比

3)灑水試驗。在漆面上灑水，觀察水滴流掛情況，試驗結(jié)果如圖4所示。結(jié)果表明，自潔涂料漆面上水滴呈球狀，流掛少，水流呈流線型，說明自潔性涂料的表面張力較普通漆面大。

圖4 灑水后狀態(tài)

4)除塵試驗。在漆面上涂布少量灰塵，用水直接沖洗，觀察效果，如圖5所示。自潔涂料漆面上的灰塵直接用水可沖洗干凈，說明該油漆的自潔性良好，易于清潔。

圖5 除塵試驗(自潔防污漆面)

4 結(jié)語

1)研制出了具有自潔防污功能的涂料，經(jīng)檢測，各項性能滿足確定的指標(biāo)要求。

2)確定了自潔防污涂料的性能指標(biāo)和檢測方法。

3)試制產(chǎn)品經(jīng)小樣試驗，施工性能良好，滿足現(xiàn)有條件下的施工要求。

4)在已經(jīng)開發(fā)的自潔防污涂料基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步利用光觸媒技術(shù)，研究表面親水性和疏水性對自潔涂料的影響。

[1] 蔡國強(qiáng), 朱龍觀, 李國榮, 等. 氟化改性丙烯酸樹脂的合成及在飛機(jī)蒙皮涂料中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代涂料與涂裝，2006(7):20-21.

[2] 《中國航空材料手冊》編輯委員會. 中國航空材料手冊：第九卷[M]. 2版. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[3] 虞兆年. 涂料工藝(增訂本)：第二分冊[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1996.

[4] 林宣益. 涂料助劑大全[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[5] 張秀梅. 涂料工業(yè)用原材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[6] 張海柱,王海容,宮密芳.氟碳飛機(jī)蒙皮涂料的研制[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2004(2):37-38.

責(zé)任編輯鄭練

ResearchonSelf-cleaningAnti-foulingCoatingUsedinRailway

LI Li, WU Chuantian, TANG Hongjuang, LI Shanwen

(CSR Qingdao Sifang Locomotive & Rolling Stock Co., Ltd.,Qingdao 266111, China)

With taking the high hydroxyl polyester resins and hydroxyl acrylic resins as the main film-forming material, the coating was composed with silicone-modified hydroxyl of main agent and HDI trimer of hardener. The main agent of the coating was studied by adjusting the species and amout of additives, as well as stain resistance, weather resistance and comparison test of comprehensive performance. The self-cleaning and antifouling paint were designed for EMU to confirm the properties and testing methods combined with practical application and production including the possibility of practical application of the states and the reality of production. The application and workability were tested through the process test, and the properties of self-cleaning and antifouling were inspected by adhesive tape, graffiti, watering, etc.

self-cleaning, antifouling, paint, EMU

TQ 633

：A

李麗(1982-)，女，工程師，主要從事機(jī)車、客車、動車組化工工藝、涂裝工藝策劃和涂裝生產(chǎn)線的設(shè)計以及粘接工藝等方面的研究。

2014-12-22