淺析水性涂料在軌道車(chē)輛的應(yīng)用

李春霖

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們的環(huán)保觀念增強(qiáng)，環(huán)保思想深入人心。在涂裝技術(shù)領(lǐng)域，水性涂料彰顯環(huán)保友好性，技術(shù)日趨成熟，在軌道車(chē)輛中得到推廣和應(yīng)用。該文全面介紹了水性涂料的特征，結(jié)合軌道交通的特點(diǎn)，分析了對(duì)水性涂料的選擇，對(duì)其在未來(lái)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望，以期更好地推動(dòng)軌道交通行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水性涂料 體系選擇 應(yīng)用 發(fā)展前景

中圖分類(lèi)號(hào)：U26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（a）-0089-02

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)高鐵、地鐵、輕軌等軌道車(chē)輛發(fā)展得非常迅速，在軌道交通車(chē)輛領(lǐng)域，目前以使用溶劑型涂料為主[1]。而溶劑型涂料在使用過(guò)程中會(huì)釋放出有機(jī)揮發(fā)性物質(zhì)（VOC）。目前VOC已經(jīng)成為一個(gè)重大污染源，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生巨大危害，污染大氣，使生態(tài)系統(tǒng)受到了破壞。隨著人們環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng)以及世界各國(guó)對(duì)VOC排放量要求越來(lái)越高，具有環(huán)保、低VOC、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)的水性涂料得到了很大發(fā)展并擁有良好的市場(chǎng)及應(yīng)用前景。

1 水性涂料

1.1 水性涂料的優(yōu)點(diǎn)

水性涂料如水性聚氨酯是以水作為主要溶劑代替了傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑，只以少量醇和醚作為助溶劑。從環(huán)保方面來(lái)看，由于涂料中不含有機(jī)溶劑，大大減少了VOC排放，減少了對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。從節(jié)約資源來(lái)看，與傳統(tǒng)有機(jī)溶劑不同，因?yàn)榭捎盟逑此酝苛系耐垦b工具，減少了溶劑的使用。[3]

1.2 水性涂料的缺點(diǎn)

水性涂料在耐水性、耐溶劑性、耐候性和干燥速度等方面與傳統(tǒng)有機(jī)溶劑相比有所不足，需要進(jìn)行一定的表面處理才能得到較好的附著力。與傳統(tǒng)溶劑相比，水性涂料施工條件更高，這些因素導(dǎo)致水性涂料的能耗較傳統(tǒng)的溶劑型涂料會(huì)有所增加，且運(yùn)輸和儲(chǔ)存要求較高，這就增加了其成本。

2 軌道車(chē)輛用水性涂料體系選擇

目前通常在軌道車(chē)輛外表面涂料涂裝對(duì)其進(jìn)行防護(hù)和裝飾。車(chē)體外表面用涂料涂裝體系為“底漆+中層漆+面漆”三層體系[4]。

2.1 底漆

底漆直接與基材相連接，作為軌道車(chē)輛涂層的第一層，選擇要慎重。其選擇需要從防腐蝕性、附著力、耐化學(xué)品等方面考慮。水性環(huán)氧樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)中含有的羥基、醚鍵以及活性環(huán)氧基等強(qiáng)極性基團(tuán)，產(chǎn)生的化學(xué)鍵或電磁吸附讓水性環(huán)氧樹(shù)脂具備了優(yōu)良的粘著力、耐化性、絕緣性等優(yōu)異性能，廣泛用于涂料工業(yè)，符合選擇底漆涂料的要求。由于底漆需要有附著力、防腐蝕性、耐化學(xué)品等性能，擁有優(yōu)異的附著力、耐化性以及耐水性等特點(diǎn)的水性環(huán)氧樹(shù)脂，作為軌道車(chē)輛底漆是一個(gè)相當(dāng)好的選擇。

2.2 中層漆

中層漆的主要功能是用于增強(qiáng)漆膜厚度、提高遮蓋力，對(duì)底層的平整性和光滑性進(jìn)行修正、填補(bǔ)，提高其外觀性能，并減少紫外線對(duì)底層的破壞。一般對(duì)中涂漆的要求是：能夠與底漆、面漆良好結(jié)合，具備一定的彈性與填充的性能。通過(guò)復(fù)合改性、納米改性、交聯(lián)改性等方法對(duì)水性聚氨酯（WPU）進(jìn)行改進(jìn)，可以得到耐腐蝕、阻燃和節(jié)能環(huán)保等特殊功能的WPU涂料[2]，是中層漆的合適選擇。

Gnanaprakasam Christopher等發(fā)現(xiàn)加有油酸的表面改性氧化鋅（OA-ZnO）和聚合物基體之間的界面相互作用對(duì)納米復(fù)合材料的性能有重要影響。將該體系加入水性聚氨酯中可以增強(qiáng)抗腐蝕性。這是因?yàn)榧尤胗退岬募{米氧化鋅發(fā)生表面改性，從而使納米氧化鋅更加分散，增加了水性涂料的抗腐蝕性。加入改性后的納米氧化鋅的水性聚氨酯的抗腐蝕有顯著的提高。電化學(xué)阻抗譜表明，一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的OA-ZnO水性聚氨酯涂料具有較好的抗腐蝕性。這是因?yàn)楦男缘难趸\納米顆粒在水性聚氨酯涂料中分散均勻，防止腐蝕性物質(zhì)在基材中流動(dòng)，進(jìn)而防止其腐蝕基材。

2.3 面漆

面漆是軌道車(chē)輛的最后一層涂料，需要有裝飾和美觀，表面裝飾和保護(hù)耐磨等功能。而城軌車(chē)輛所呈現(xiàn)出的整體效果都需要通過(guò)面漆來(lái)體現(xiàn)，分為金屬漆和罩光清漆。WPU涂料作為綠色涂料，由于具有優(yōu)異的耐污染、耐磨性，符合汽車(chē)面漆的裝飾、耐磨、環(huán)保等要求，同時(shí)也有裝飾作用，是軌道車(chē)輛面漆的優(yōu)良選擇。

Wu GM等利用氨基苯甲酸改性萜烯基環(huán)氧樹(shù)脂制備了陰離子多元醇分散體（T-PABA），然后利用該分散體與六亞甲基二異氰酸酯交聯(lián)制備了新的WPU復(fù)合水性涂料，該涂料具有良好的耐熱性能。通過(guò)熱重分析研究其耐熱性能，發(fā)現(xiàn)50%的重量損失溫度在400 ℃～420 ℃。該水性涂料具有良好的粘著力、耐磨、防污等性能。

3 國(guó)內(nèi)軌道車(chē)輛水性涂料

目前，在軌道車(chē)輛上主要使用的水性涂料有：用于機(jī)車(chē)車(chē)內(nèi)及底架上的乳液型阻尼涂料、用于底漆的水性環(huán)氧樹(shù)脂和水性聚氨酯涂料、用于面漆的水性聚氨酯涂料等[4]。

3.1 乳膠型涂料

隨著車(chē)體振動(dòng)，車(chē)速提高，車(chē)輛的噪聲會(huì)顯著增加。水性阻尼涂料因?yàn)榫哂袦p振、隔音降噪功能而廣泛應(yīng)用于軌道車(chē)輛中。阻尼涂料可直接噴涂于結(jié)構(gòu)表面，所以便于施工，而橡膠阻尼材料遇到結(jié)構(gòu)復(fù)雜的表面時(shí)會(huì)出現(xiàn)施工困難的問(wèn)題，在使用阻尼涂料時(shí)則會(huì)避免該問(wèn)題，體現(xiàn)了其優(yōu)越性。水性阻尼涂料作為一種具有優(yōu)良抗振、隔熱、減噪、防腐、阻燃等性能的功能型涂料，主要用于機(jī)車(chē)車(chē)內(nèi)及底架上。

3.2 水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料

由于水性環(huán)氧樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)極性基團(tuán)產(chǎn)生的電磁吸附或化學(xué)鍵讓水性環(huán)氧樹(shù)脂具備了易固化、粘附力強(qiáng)、耐化學(xué)藥品、電絕緣性等優(yōu)異性能。由于環(huán)氧樹(shù)脂乳液的戶(hù)外耐候性較差，因此水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料主要用作防腐底漆而不作為中層漆或者面漆。

3.3 水性聚氨酯涂料

相對(duì)于傳統(tǒng)PU涂料，WPU涂料具有無(wú)毒、低VOC等特點(diǎn)，是節(jié)約資源、環(huán)保的水性涂料。而改性之后的WPU涂料在耐蝕性、耐磨性、附著力等方面不遜于傳統(tǒng)的PU涂料。通常利用改性的二異氰酸酯及含羥基的多元醇經(jīng)聚加成反應(yīng)制成WPU，由于異氰酸酯和多元醇種類(lèi)具有多樣性，所以得到水性聚氨酯具有各種形態(tài)的優(yōu)異性能。利用復(fù)合改性、納米改性、交聯(lián)改性、納米改性等方法改性的WPU，將會(huì)在汽車(chē)涂料領(lǐng)域得到更多的應(yīng)用。德國(guó)國(guó)有鐵路公司使用WPU涂料作為軌道車(chē)輛的底漆和面漆都有過(guò)成功應(yīng)用的實(shí)例。

4 水性涂料在軌道車(chē)輛中的應(yīng)用展望

與傳統(tǒng)溶劑不同，水性涂料是以水為分散介質(zhì)，避免了傳統(tǒng)溶劑給環(huán)境帶來(lái)污染的問(wèn)題。通過(guò)改性等方法，水性涂料有著良好的附著力、耐化學(xué)性、耐腐蝕性，還有裝飾、美觀等功能；其性能不遜于傳統(tǒng)的溶劑型涂料。目前環(huán)保、節(jié)能、低碳乃是軌道車(chē)輛甚至整個(gè)工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，水性涂料因?yàn)榫哂协h(huán)保、節(jié)能、低碳等優(yōu)點(diǎn)在軌道車(chē)輛行業(yè)中具有良好的市場(chǎng)及應(yīng)用前景。雖然目前水性涂料在對(duì)工件表面前處理、溫度濕度的控制、面漆修補(bǔ)等方面有所不足，但通過(guò)努力和創(chuàng)新，水性涂料會(huì)在軌道車(chē)輛中得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[4] 高敬民，岳斌.水性涂料在軌道交通領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2016，19（9）：6-10.