自洁防污铁路涂料研究

李 丽，武传田，唐红娟，李善文

(南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111)

自洁防污铁路涂料研究

李 丽，武传田，唐红娟，李善文

(南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111)

选用高羟基聚酯树脂、羟基丙烯酸树脂为主要成膜物，加入含羟基改性硅氧烷助剂等组成涂料主剂，以HDI三聚体为涂料固化剂，通过调整添加剂的品种和用量，以及进行耐污性能、耐候性能和综合性能的对比试验，确定主剂的配方,研究开发满足高速列车高性能要求的自洁防污涂料，并结合实际应用的状态和现实生产的可能性，确定其性能指标和检测方法。通过样品工艺试验，考察其施工工艺和施工性能，并采用粘胶带、油性笔和洒水等方式定性地判断该涂料的自洁防污性能。

自洁；防污；涂料；高速列车

随着高速列车运行区间的扩大和运营里程的增加，在运行过程中，高速列车表面会受到不同污染物的粘着和污染，为保证车辆的外观美观，需每天清洗车辆外皮，这样既浪费人力、物力，又对外皮油漆的损伤较大。研究开发自洁防污铁路涂料，不仅可以满足高速列车对涂料的高性能要求，同时对交通运输的迅速发展以及我国涂料的发展具有技术促进与产业提高的意义。自洁防污涂料在国外主要应用于地铁车辆，应用范围和线路有限，主要用于防涂鸦功能。国内主要应用在建筑、陶瓷洁具、大型船舶和高档轿车中，但其运用环境和运行速度无法与高速列车的要求相比。目前，我国铁路标准中尚无涂料自洁防污功能的性能指标要求和检验方法，也无相关产品的应用。

本文借鉴国外相关涂料的先进技术与相应的技术参数，在现有高速列车国产化技术的基础上，研究开发高性能的自洁防污涂料体系，确定了其性能指标和检测方法。通过工艺试验，考察施工工艺和施工性能，并采用粘胶带、油性笔和洒水等方式定性地判断该面漆的自洁防污性能。

1 自洁防污铁路涂料的基本配方研究

1.1 材料

羟基丙烯酸树脂[1](德国拜耳公司)；氟碳树脂[2](大连振邦氟涂料有限公司)；高羟基聚酯树脂：德国拜耳公司；脂肪族异氰酸酯三聚体Desmodur N 3390(德国拜耳公司)；分散剂(毕克化学)；钛白R706(杜邦)；含羟基改性硅氧烷助剂(TEGO)；消泡剂(毕克化学)；防沉剂(毕克化学)；紫外光吸收剂(汽巴)；紫外光吸收剂(汽巴)；光稳定剂(汽巴)；T-12(进口)；调色浆(自制)。混合溶剂(自制)。

1.2 自洁防污涂料制备方法

1)制备自洁防污涂料主剂A[3]。在容器中加入溶剂和分散剂等助剂搅匀[4]，依次按色浆配方量加入树脂、颜填料并搅匀，然后研磨、过滤装桶。将色浆加入调漆罐，加入树脂、活性稀释剂助剂和溶剂得到主剂A。

2)固化剂B选用德国拜耳公司的Desmodur N 3390。

1.3 自洁防污涂料主剂的配方确定

通过调整添加剂的品种和用量，以及耐污性能、耐候性能和综合性能的对比试验，确定主剂的配方。

1.3.1 耐污性能试验

在涂料中添加具有自洁防污功能的含羟基改性硅氧烷助剂，进行试样的耐污性能对比试验。

1)试样1。主剂中仅选用羟基丙烯酸树脂，不添加高羟基聚酯树脂和含羟基改性硅氧烷助剂。

2)试样2。主剂中选用羟基丙烯酸树脂添加高羟基聚酯树脂和含羟基改性硅氧烷助剂1%(质量分数)。

3)试样3。主剂中选用羟基丙烯酸树脂添加高羟基聚酯树脂和含羟基改性硅氧烷助剂4.5%(质量分数)。

3种试样采用相同的固化剂、溶剂和助剂，耐污性能对比试验结果见表1。

表1 耐污性能对比试验[5]

试验结果表明，添加含羟基改性硅氧烷助剂的涂料，比不添加含羟基改性硅氧烷助剂的涂料，漆膜外观表面平整光滑；静态最小接触角大，表面张力低，有效地提高了漆膜表面的耐污性能；铅笔硬度降低，漆膜的韧度增加；光泽度增加。因为有机硅表面张力非常低，自洁防污助剂能迅速浮到漆膜表面，并通过羟基和-NCO反应固定在漆膜表面，使污染物难于黏附于漆膜表面，从而使漆膜具有耐粘污性能，且能有效保证漆膜耐粘污性能持久。

1.3.2 耐候性

为了提高涂料的耐候性能，在涂料中添加了氟碳树脂[6]，通过试验确定了氟碳树脂的添加量。制备2个试样，试样1和试样2中主成分一致，而试样1中未添加氟碳树脂，试样2中添加氟碳树脂，试验结果见表2。

表2 耐候性对比试验

注：有“*”标识为复合涂层测试结果

试验结果表明，添加氟碳树脂涂料的抗老化性能提高到2 000 h，比未添加氟碳树脂的涂料提高了500 h。

1.3.3 综合性能

为达到高的耐磨性能、优异的力学性能和耐化学性能等综合性能，较高的交联密度是非常必要的；因此，进行了不同NCO/OH的当量比试验，试验结果见表3。

表3 NCO/OH当量比与面漆性能的关系

注：有“*”标识为复合涂层测试结果

试验结果表明，随着NCO/OH的增大，交联密度增大，涂层硬度增大，耐腐蚀性提高；当NCO/OH>1.2时，多余的NCO基吸收空气中的潮气，交联密度增加，使漆膜固化时产生的二氧化碳较多，引起涂层表面起泡，漆膜较脆，耐冲击性变差，层间附着力也不理想；当NCO/OH≤1时，-NCO基团减少，干性变差，硬度降低，漆膜发软，耐腐蚀性变差，层间附着力降低。因此，确定聚氨酯面漆的NCO/OH当量比为1.2较适合。

2 产品技术指标的确定

通过自洁性防污涂料的开发试验，结合实际应用的状态和现实生产的可能性，确定了开发产品的性能技术指标，见表4。

表4 自洁防污涂料的技术指标

注：有“*”标识为复合涂层测试结果

3 工艺试验

通过样板对试制样品喷涂进行工艺试验，以考察施工工艺和施工性能，并采用粘胶带、油性笔和洒水等方式定性地判断该面漆的自洁防污性能。

3.1 施工工艺和施工性能试验

在环境温度为28.5 ℃和湿度为35%的条件下，表面处理后采用“湿碰湿”的喷涂工艺喷涂2遍，喷涂后漆膜平整，流平性较好，可达到厚度要求，施工性能良好。

3.2 自洁防污性试验及结果

对喷涂后的自洁性涂料样板和普通涂料样板进行了自洁防污性能试验，包括粘胶带试验、水性彩笔画线试验、洒水试验和除尘试验。

1)粘胶带试验。将纸基胶袋粘贴于漆面上，观察其变化，试验结果如图1所示。结果表明，胶带粘贴到自洁性涂料漆面后，胶带边缘逐渐翘起、卷起，无法平整粘贴，说明该涂料具有良好的自清洁性能。

图1 胶带粘贴后变化

2)水性彩笔画线试验。使用水性彩笔在漆面画线，自洁涂料漆面用卫生纸可轻易擦除，试验结果如图2所示。使用该彩笔在普通油漆漆面画线，对比结果如图3所示，说明自洁涂料具有自洁性能。

图2 擦除水性彩笔痕迹(自洁防污漆面)

图3 彩笔划痕状态对比

3)洒水试验。在漆面上洒水，观察水滴流挂情况，试验结果如图4所示。结果表明，自洁涂料漆面上水滴呈球状，流挂少，水流呈流线型，说明自洁性涂料的表面张力较普通漆面大。

图4 洒水后状态

4)除尘试验。在漆面上涂布少量灰尘，用水直接冲洗，观察效果，如图5所示。自洁涂料漆面上的灰尘直接用水可冲洗干净，说明该油漆的自洁性良好，易于清洁。

图5 除尘试验(自洁防污漆面)

4 结语

1)研制出了具有自洁防污功能的涂料，经检测，各项性能满足确定的指标要求。

2)确定了自洁防污涂料的性能指标和检测方法。

3)试制产品经小样试验，施工性能良好，满足现有条件下的施工要求。

4)在已经开发的自洁防污涂料基础上，可进一步利用光触媒技术，研究表面亲水性和疏水性对自洁涂料的影响。

[1] 蔡国强, 朱龙观, 李国荣, 等. 氟化改性丙烯酸树脂的合成及在飞机蒙皮涂料中的应用[J]. 现代涂料与涂装，2006(7):20-21.

[2] 《中国航空材料手册》编辑委员会. 中国航空材料手册：第九卷[M]. 2版. 北京：中国标准出版社，2002.

[3] 虞兆年. 涂料工艺(增订本)：第二分册[M]. 北京:化学工业出版社,1996.

[4] 林宣益. 涂料助剂大全[M].北京:化学工业出版社,2006.

[5] 张秀梅. 涂料工业用原材料技术标准手册[M].北京:化学工业出版社,2004.

[6] 张海柱,王海容,宫密芳.氟碳飞机蒙皮涂料的研制[J].化学推进剂与高分子材料，2004(2):37-38.

责任编辑郑练

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

李丽(1982-)，女，工程师，主要从事机车、客车、动车组化工工艺、涂装工艺策划和涂装生产线的设计以及粘接工艺等方面的研究。

2014-12-22