CN103320006B

CN103320006B - 用于高速列车车体表面配套中、面涂料

Info

Publication number: CN103320006B
Application number: CN201310299288.2A
Authority: CN
Inventors: 刘成楼; 唐国军
Original assignee: BEIJING GUOTAI RUIHUA FINE ALGAE SILICON SPECIAL MATERIALS CO LTD
Current assignee: Beijing Guotai Ruihua Diatoms Application Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2013-07-17
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-07-17
Also published as: CN103320006A

Abstract

本发明公开了一种用于高速列车车体表面配套中、面涂料，由聚酯改性丙烯酸树脂与聚异氰酸酯固化剂组成成膜物，以钛白粉、红外颜料、陶瓷微珠、沉淀硫酸钡、绢云母、滑石粉等为颜填料，以纳米SiO₂为改性材料，在功能助剂及无苯溶剂的配合下配制成双组份的高速列车车体表面配套中、面涂料。本发明具有高附着力、硬度高、柔韧性好、抗砂石冲击，隔热节能、耐腐蚀、耐温变、高耐候、耐化学品性、耐沾污性、耐候性和高装饰性、安全性能强且使用寿命长，适宜在高速列车车体表面作为保护涂层使用。

Description

用于高速列车车体表面配套中、面涂料

所属发明领域

本发明涉及列车车体金属表面装饰涂料技术领域，具体说是涉及到一种用于高速列车车体表面配套中、面涂料。

背景技术

当前，在世界范围内随着国民经济持续稳定快速发展以及科学技术的不断进步，轨道交通建设的速度也在加快，带动高速列车的制造和装配工业也在蓬勃发展。为了减轻车厢的自重，车厢材质也由原来的碳钢改为铝合金，因其表面能较低，所以对涂料的品种及性能提出了更高要求。由于列车的行驶速度快、行车路线长、跨越地域广、遭遇各种恶劣气候环境的几率高，除了常年遭受冷热变化、风雨雪霜侵袭以外，还经常遭到风沙冲击腐蚀、卷起的碎石撞击、沿海盐雾的腐蚀、隧道进出口强大风压差的冲击，因此要求车厢外表面涂装保护层必须具有适应各种环境条件的优异性能。目前，我国高速列车车厢涂装，大都采用溶剂型涂料体系：环氧防腐底漆+不饱和聚酯腻子+聚氨酯中涂漆+聚氨酯面漆。由于常用的环氧底漆和不饱和聚酯腻子刚性强、柔性低，当车厢热胀冷缩、行驶震动或遭受砂石冲击时，常造成涂层裂纹，最终导致整个涂层剥离；中涂漆和面漆双涂层的涂膜因弹性差、变形能力小、断裂功低，所以抗风沙冲击磨蚀性差，常造成涂膜表面斑驳坑洼；另外大量苯类溶剂的使用，也会对生产和施工人员的身体健康造成较大危害。为了克服上述现有技术中的这些缺点，本领域技术人员已经对环氧防腐底漆和不饱和聚酯腻子的配方进行了改进，增加了柔性材料组分，成为柔性环氧防腐底漆及柔性不饱和聚酯腻子，降低了原来防腐底漆和腻子的刚性，提高了柔性，已经批量投入使用，取得了很好的效果。而如何改进现有技术中聚氨酯中涂漆以及聚氨酯面漆的性能，提高车体表面涂层抗风沙冲击、抗石击，耐磨蚀性强，隔热保温，使用寿命长的性能要求，是本领域当前面临的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优异附着力、柔韧性、抗石击性、隔热性、耐化学品性、耐沾污性、耐候性和高装饰性的用于高速列车车体表面配套中涂、面涂涂料，同时也提供其制备工艺。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于高速列车车体表面配套中、面涂料，其特点是：由聚酯改性丙烯酸树脂与聚异氰酸脂固化剂组成成膜物，以钛白粉、红外颜料、陶瓷微珠、沉淀硫酸钡、绢云母、滑石粉等为颜填料，以纳米SiO₂为改性材料，在功能助剂及无苯溶剂的配合下配制成双组份的高速列车车体表面配套中、面涂料；在配套涂料配方中各组份成分构成如下，其中中涂涂料的甲组份配方为：

中涂涂料的乙组份为：

聚异氰酸酯三聚体N339070-80

HDI缩二脲N7520-30

面涂涂料的甲组份配方为：

面涂漆的乙组份为：

聚异氰酸酯三聚体N339070-80

HDI缩二脲N7520-30；

面涂涂料的乙组份与中涂涂料的乙组份相同。

以上各组分计量单位以质量分数/％计。

上述用于高速列车车体表面配套中、面涂料的制备工艺相同，中涂涂料和面涂涂料的工艺步骤如下：

a.纳米SiO₂浆料制备：将适量树脂及溶剂混合均匀，加入硅烷偶联剂KH-560和纳米SiO₂，高速分散并研磨，超声波震荡30min，制备成纳米SiO₂浆料；

b.色浆的制备：将30-50％的溶剂加入分散缸内，搅拌中加入分散剂、消泡剂、增稠剂，再加入35-60％的着色颜料，高速分散并研磨至细度合格，成色浆。

C.中涂涂料甲组分的制备：将聚酯改性丙烯酸树脂CY481及醋酸丁酯加入分散釜内，中速搅拌下加入分散剂、金红石型钛白粉、沉淀硫酸钡、绢云母、滑石粉、纳米SiO₂浆料、防流挂剂、流平剂、吸水剂、偶联剂，高速分散30min，经砂磨机研磨细度至30um成浆料。把研磨浆料打入调漆缸，高速搅拌下加入丙二醇甲醚醋酸酯、消光粉、催干剂、色浆及消泡剂，分散20min，再低速搅拌10min，过滤出料；

面涂涂料甲组分的制备：将聚酯改性丙烯酸树脂CY482及醋酸丁酯加入分散釜内，中速搅拌下加入分散剂、金红石型钛白粉、红外颜料，纳米SiO₂浆料、防流挂剂、流平剂、吸水剂、偶联剂，高速分散30min，经砂磨机研磨细度至30um成浆料。把研磨浆料打入调漆缸，高速搅拌下加入丙二醇甲醚醋酸酯、陶瓷微珠、消光粉、改性聚乙烯蜡、紫外线吸收剂、催干剂、色浆及消泡剂，分散20min，再低速搅拌10min，过滤出料；

d.乙组份中聚异氰酸酯三聚体N3390及HDI缩二脲N75为外购，施工时将甲乙组份按比例混合均匀，中涂涂料配比为：甲组分∶乙组分＝100∶11-12，面涂涂料配比为：甲组分∶乙组分＝100∶21-22(均为质量比)。

本发明配方中各组分的选择原则：

1.树脂的选择：双组份聚氨酯涂料广泛应用于轨道车辆、汽车等外表面涂装，其主体树脂常用羟基丙烯酸树脂或饱和聚酯树脂，配以异氰酸酯固化剂交联成立体网络状结构涂膜。丙烯酸树脂有很好的干燥性、耐候性、硬度、附着力，但在柔韧性、抗冲击性、耐磨性方面较差。在弹性聚酯/聚氨酯涂料中，一般选用微支化型聚酯作主体树脂。但是该树脂在干燥性、硬度、耐候性、耐磨性及耐沾污性方面难以满足车辆涂装要求。为此，科研人员常用羟基丙烯酸树脂和聚酯树脂冷拼作为研发方向，但是这种冷拼结果势必造成某些性能兼顾不到。采用树脂合成方法，在丙烯酸树脂的主链结构中引入聚酯结构，合成聚酯改性丙烯酸树脂，其性能更全面、综合性能更优异本发明采用帝斯曼公司的合成聚酯改性丙烯酸树脂为基体树脂，以德国拜耳公司的聚异氰酸酯三聚体N3390和HDI缩二脲N75为固化剂，以N75配漆后，涂膜在表干、耐冲击性、附着力方面有明显优势；以N3390配漆后，涂膜在实干、一次成膜厚度、耐候性方面有明显优势。为了满足高速列车最终的综合性能，选用两种异氰酸酯固化剂复配，当nNCO∶nOH＝1.1-1.2时，涂膜的附着力、抗冲击性、抗石击性，耐化学品性、耐候性等主要性能指标达到最优。

2.颜填料的选择：高速列车抗石击隔热面漆对颜填料的要求是：要抗砂石冲击耐磨性、对太阳热有较高的反射率，具有耐化学腐蚀性以及耐候保色性。在基体树脂中添加适量的颜填料，可以防止漆膜病态，改善漆膜的综合性能和增加特种功效性。本发明选用的金红石型钛白粉是户外饰面涂料常用的白色颜料，具有遮盖力强、折光指数高(2.8)、太阳光反射系数大(≥80％)、耐候保色性好、耐化学品腐蚀等优点。本发明选择亨斯迈的ALTIRIS红外颜料是以反射红外波原理加工成的高折射率白色颜料，是由近红外反射颜料、白色颜料、超细无机热红外线反射颜料组成的颜料体系。该颜料即有对太阳光的高反射功能，也有对吸收热的发射功能，同时还有弱导电性，对降低涂层的电荷积累有一定帮助；

本发明选择的陶瓷微珠，球形结构，银白色，光散射率80-88％，硬度高，耐磨损，耐腐蚀，耐沾污，流平好，对太阳热反射率高。超细陶瓷微珠分散在聚氨酯漆中，由于氨酯键可以形成氢键，陶瓷微珠吸收成膜物质而成为准交联点，与不规则立体结构无机填料相比，球形颗粒与聚氨酯固化物因氢键效应而结合得更牢固，形成的涂层附着力、抗冲击性、耐磨性等更优异。分布在涂膜表面的陶瓷微珠，在受到风沙冲击时，陶瓷微珠起滚珠润滑作用，对涂膜起保护作用；同时陶瓷微珠引发成膜物微裂纹，吸收和消释大量冲击能，减轻涂层进一步破损。聚氨酯形成的氢键，在外力冲击下可分离而吸收外来的能量(每摩尔吸收20-25KJ)，当外力除去后又可重新再形成氢键，因此添加球形陶瓷微珠的聚氨酯漆膜具有高度机械磨性和柔韧性。

在聚氨酯中涂漆配方中，颜填料除钛白粉以外，还选择了超细沉淀硫酸钡、绢云母、超细滑石粉。添加硫酸钡可提高涂膜硬度；添加绢云母可提高涂膜的屏蔽性和抗裂性；添加滑石粉可提高涂膜抗裂性和可打磨性。

3.纳米SiO₂的选用：纳米SiO₂具有表面积大、表面能高、表面存在着不饱和残键和不同状态的羟基，因缺氧而偏离了稳定的硅氧结构，因而具有很大的表面活性。纳米SiO₂分散在涂料中，与树脂和溶剂发生界面反应，形成强大的互作用力，从而改善涂料的流变性和悬浮性；纳米细粒子填充于颜填料较粗粒子之间和颜填料与成膜物之间的空隙，形成强大的吸附中心，在涂膜表面产生键合，大大提高了涂膜的致密性、柔韧性、附着力、耐水耐化学品性和抗石击性。纳米SiO₂为无定型结构，具有极强的紫外线吸收、红外光反射性能，对波长小于4μm的紫外光吸收率达80％以上，不但能显著降低由于紫外光照射而造成涂膜老化速度，提高耐候耐久性，而且由于对红外辐射性好，对于大于800nm的红外光反射率达70％以上，能将物体吸收的热能有效地发射出去，使物体降温。纳米SiO₂粒子表面具有亲水性，在涂膜表面能形成亲水性薄膜，使涂膜具有抗污自洁性；纳米SiO₂粒子能于HDI三聚体反应，形成大于范德华力的作用力，引发微裂纹，提高对风沙冲击能量的吸收、释放率，降低涂膜受损率。

4.助剂的选择：为了使颜填料在涂料体系中分散均匀，选用了含有亲颜料基团的高分子嵌段共聚物分散剂BYK-161，该分散剂能使颜料带有同种电荷。通过空间屏蔽作用防止颜填料重新絮凝，提高颜填料的分散稳定性，增进涂膜光泽，促进流平。为了消除涂料在生产和施工过程中产生气泡，防止涂膜产生针孔，选择了聚硅氧烷类消泡剂BYK-141，这是一种破泡聚合物和聚硅氧烷的混合物，具有高效脱泡和消泡功能。为了使聚氨酯面漆涂膜平整光滑、减少表面缺陷，选择了有机硅流平剂BYK-306，这是一种聚醚改性二甲基聚硅氧烷共聚物溶液，其能降低表面张力，提供更好的底材润湿性，增进涂膜表面滑爽性、抗划伤性、抗粘连性，促进流平和光泽，防止贝纳德旋涡，防止缩孔等。为了实现厚膜施工、防止流挂，选用了增稠抗流挂剂，以纳米SiO₂和疏水性气相二氧化硅配合使用，使面漆具有厚涂不流挂性。水与异氰酸酯反应起催化作用，常使涂料的混合使用期缩短，添加适量的吸水剂BF-5(单官能团活性异氰酸酯化合物)是为了消除由于体系中的微量水分引起的涂膜缩孔、暗泡、针孔等。

5.溶剂的选择：为了实现高速列车中、面漆的低毒环保性，本发明混合溶剂选用醋酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯的搭配使用。

6.色浆的选择：本发明所用的色浆是按上述配方配置而成，在中涂涂料以及面涂涂料的制备中，需根据用户对颜色、色相等具体要求进行添加。

7.性能检测：

经检测，本发明主要性能如下表：

上表中的耐冲击性、耐磨性、耐人工老化性、耐酸碱性、耐温变性、抗石击性、耐沙尘性，均按柔性环氧底漆30μm+PU中涂漆70μm+PU面漆50μm制板；干膜厚度≥150μm。

通过检测表明，本发明涂料具有高附着力、硬度高、柔韧性好、抗砂石冲击，隔热节能、耐腐蚀、耐温变、高耐候、耐化学品性、耐沾污性、耐候性和高装饰性、安全性能强且使用寿命长，达到了发明目的。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，所涉及的百分比均按重量百分比计。

实施例

一种用于高速列车车体表面配套中\面涂料，由聚酯改性丙烯酸树脂与聚异氰酸脂固化剂组成成膜物，以钛白粉、红外颜料、陶瓷微珠、沉淀硫酸钡、绢云母、滑石粉等为颜填料，以纳米SiO₂为改性材料，在功能助剂及无苯溶剂的配合下配制成双组份的高速列车车体表面配套中\面涂料；在配套中\面涂料配方中各组份成分构成如下，其中中涂涂料的甲组份配方为：

中涂涂料的乙组份为：

聚异氰酸酯三聚体N339070

HDI缩二脲N7530

面涂涂料的甲组份配方为：

面涂涂料的乙组份为：

聚异氰酸酯三聚体N339070

HDI缩二脲N7530

以上各组分计量单位以质量分数/％计。

上述用于高速列车车体表面配套中、面配合涂料的制备工艺相同，中涂涂料和面涂涂料的工艺步骤如下：

Claims

1.一种用于高速列车车体表面配套中、面涂料，其特征在于：由聚酯改性丙烯酸树脂与聚异氰酸酯固化剂组成成膜物，以钛白粉、红外颜料、陶瓷微珠、沉淀硫酸钡、绢云母、滑石粉为颜填料，以纳米SiO₂为改性材料，在功能助剂及无苯溶剂的配合下配制成双组份的高速列车车体表面配套中、面涂料；在表面配套中、面涂料的配方中各组份成分构成如下，其中表面配套中涂涂料的甲组份配方为：

表面配套中涂涂料的乙组份为：

聚异氰酸酯三聚体N339070-80

HDI缩二脲N7520-30；

表面配套面涂涂料的甲组份配方为：

面涂漆的乙组份为：

聚异氰酸酯三聚体N339070-80

HDI缩二脲N7520-30；

表面配套面涂涂料的乙组份与表面配套中涂涂料的乙组份相同；

以上各组分计量单位以质量分数/％计。

2.制备如权利要求1所述用于高速列车车体表面配套中、面涂料的制备方法，其工艺步骤如下：

b.色浆的制备：将30-50％的溶剂加入分散缸内，搅拌中加入分散剂、消泡剂、增稠剂，再加入35-60％的着色颜料，高速分散并研磨至细度合格，成色浆；

c.中涂涂料甲组分的制备：将聚酯改性丙烯酸树脂CY481及醋酸丁酯加入分散釜内，中速搅拌下加入分散剂、金红石型钛白粉、沉淀硫酸钡、绢云母、滑石粉、纳米SiO₂浆料、防流挂剂、流平剂、吸水剂、偶联剂，高速分散30min，经砂磨机研磨细度至30μm成浆料；把研磨浆料打入调漆缸，高速搅拌下加入丙二醇甲醚醋酸酯、消光粉、催干剂、色浆及消泡剂，分散20min，再低速搅拌10min，过滤出料；

面涂涂料甲组分的制备：将聚酯改性丙烯酸树脂CY482及醋酸丁酯加入分散釜内，中速搅拌下加入分散剂、金红石型钛白粉、红外颜料，纳米SiO₂浆料、防流挂剂、流平剂、吸水剂、偶联剂，高速分散30min，经砂磨机研磨细度至30μm成浆料，把研磨浆料打入调漆缸，高速搅拌下加入丙二醇甲醚醋酸酯、陶瓷微珠、消光粉、改性聚乙烯蜡、紫外线吸收剂、催干剂、色浆及消泡剂，分散20min，再低速搅拌10min，过滤出料；

d.乙组份中聚异氰酸酯三聚体N3390及HDI缩二脲N75为外购，施工时将甲乙组份按质量比比例混合均匀，中涂涂料配比为：甲组分∶乙组分＝100∶11-12，面涂涂料配比为：甲组分∶乙组分＝100∶21-22。