CN109294293B - 一种轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料及其制备方法，所述无机纳米陶瓷涂料由硅溶胶、硅烷、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、颜料、填料、润湿剂、消泡剂、不粘流平剂、增稠剂和水组成，制备方法：首先通过将硅溶胶、硅烷、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和水按照特定配比混合、搅拌、升温和降温制备成无机纳米陶瓷树脂，然后再将制备好的水性无机纳米陶瓷树脂与颜料、填料混合，并进行分散、研磨，最后加入助剂和水搅拌，制成轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料。本发明的制备方法配置简单，而且制备出来的涂料产品具有高硬耐磨、抗刮、阻火阻燃、耐污、抗涂鸦以及高温下无烟无味的特点。

Description

一种轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其是涉及一种轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料及其制备方法。

背景技术

过去轨道交通车辆内饰材料的选用只是为满足一般使用功能，只对一般燃烧性作验证，近年世界各国对轨道交通用内饰材料采用了更为严格标准，对烟密度、烟毒气等作出要求。如法国、德国、英国都制订了铁路车辆的防火标准，韩国更是在大邱地铁灾难后颁布了《城市轨道车辆安全规则改定令》，明确要求车辆所采用材料即使在火灾等情况下，要具有抑制火焰传播、烟密度．烟毒气扩散功能。

随着我国的经济快速发展和人民生活水平的不断提高，城市轨道交通发展飞速且已成为我国基础设施建设投资的重点领域，轨道交通的大力发展，必将带动一系列产业的发展，比如涂料行业；而轨道交通除了地铁车厢使用涂料以外，还包括站台、隧道等配套设置都需要使用大量的涂料，为满足各方面的安全要求，城市轨道交通所用的涂料必须满足以下几个方面的要求：

第一、防火阻燃。城市轨道（如地铁）运营时客流量大，而且多封闭在一个狭窄的空间，单位面积人口密度大，一旦发生火灾事故，极易造成群死群伤等恶性事件，并造成严重的经济损失和恶劣的社会影响，因此为了避免灾难的发生，地铁站除了要有良好的监控系统和报警设施外，地铁站或轨道车辆的表面涂层和其他装饰材料都必须达到A级防火等级；

第二、耐污易清洁。城市轨道（如地铁）是一个人流比较密集的场所，行人或行李难免与装饰板材发生摩擦或磕碰，因此地铁装饰板材涂层要有良好的抗划伤性和耐油污性，即使有了轻微的脏污，也要容易清除，以保持车站的整洁。

第三、健康环保。轨道车辆内人口密度大，而且空间相对密闭，为确保有限空间内的空气清洁和人员安全，车辆内饰涂料对甲醛等有害物质的排放或辐射物质释放的要求更加严格。

第四、防腐。地铁轨道运行的隧道环境湿度较大、二氧化碳含量较高，阴暗潮湿的环境容易使油漆涂料发霉脱落，为延长使用周期和减少维护费用，轨道涂料对防腐性要求很高。

作为中国名牌的高铁技术对外输出，先进发达国家不断提出了更高的技术要求。轻量化、环保、节能、安全可靠和更高速度已成为高铁技术的发展方向，而轻量化技术则要求大量的轻质高强的复合材料被大量的用语车体并替代传统的金属材料。因此，轨道交通用涂料的防腐性能方面的要求将逐渐弱化，而环保性、装饰性和安全性方面的要求将成为主要技术要求，而水性涂料将是未来轨道交通领域车辆的首选，如青岛地铁一期工程（3号线）铝合金地铁车辆在国内率先使用水性涂料，并随着国内城轨车辆防火等级的进一步提高（如整车采用BS 6853标准）以及人们对环保安全越来越重视，水性涂料在城轨交通车辆上的广泛应用已成为必然趋势。而水性涂料中具有良好防火性能、高硬耐磨特点的水性无机纳米陶瓷涂料具有更为明显的优势。

中国专利申请号201410680502.3涉及一种城市轨道交通车辆内饰板的瓷膜涂料，其配方包括三个组分，其中第一组份为60～65%，第二组分为28～34%，第三组分为余量，第一组份的原料质量百分比为：溶胶40～50%，填料15～25%，颜料10～20%以及余量的水和溶剂；第二组分的原料质量百分比为：硅氧烷85～90%，助剂3～5%以及余量的溶剂；第三组分为酸。本发明制备的瓷膜涂料具有健康环保的特性，在明火状态下具有不燃的特性、并且高温下无有毒气体释放等优异性能，但是耐磨耐污以及硬度方面的性能略有不足。

中国专利申请号201210539369.0涉及一种含钛陶瓷涂料，其特征是，包括以下组份，组份比例按重量份数计：100份硅溶胶、50～100份有机硅烷、 0.3～1份催化剂、5～20份钛粉、1～5份硅油。所述有机硅烷为甲基三甲氧基硅 烷和/或甲基三乙氧基硅烷。所述催化剂为甲酸、醋酸、盐酸、柠檬酸、甲酸 甲酯、乙酰乙酸乙酯、马来酸酐或上述的组合。所述含钛陶瓷涂料还包括 30～50份填充料，填充料为二氧化硅、氧化铝、二氧化锆、碳化硅、氮化铝、氮化硼、高岭土、滑石粉、云母粉、铝或锆的硅酸盐、硫酸钡、金属纤维、不锈钢粉或上述的组合。所述含钛陶瓷涂料还包括30～40份色粉。本发明所述含钛陶瓷涂料具有良好的不粘性及耐磨性，形成的保护涂层具有良好的冷热硬度、不粘性及耐磨性；但是其耐污和防火阻燃方面的性能有所欠缺。

中国专利申请号200910199959.1涉及一种光催化环保型纳米瓷膜涂料及 其制备方法，属于功能涂料领域。该纳米瓷膜涂料主要通过纳米级铝溶胶、光 触媒体、颜料、填料、钛酸钾晶须、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷 等制备，其中，光触媒体为纳米二氧化钛、纳米氧化锌中的一种或它们的复合体系。其制备方法为：分别称量相应的纳米级氧化铝、光触媒体、颜料、填料、 甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷，进行混合、高速分散，再加入钛酸钾 晶须进行低速分散即得光催化环保型纳米瓷膜涂料。通过本发明制备的涂层，具有自清洁、杀菌、净化空气等功能，但是其耐磨、防火阻燃以及硬度方面的性能不足。

发明内容

鉴于现有技术中存在的不足，本发明旨在提供一种高硬耐磨、抗刮耐污、防火阻燃且高温下无烟无味的轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料，用以解决现有技术中轨道交通车厢内饰用涂料中存在的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，原料组成和质量百分比：

水性无机纳米陶瓷树脂 50～75％

颜料 1～20%

填料 1～20%

润湿剂 0.1～0.5%

消泡剂 0.1～0.5%

不粘流平剂 0.1～2%

增稠剂 1～3%

水 余量；

其中，所述水性无机纳米陶瓷树脂的组份和重量配比分别为：

硅溶胶 30～70%

硅烷 30～60%

阳离子表面活性剂 0.1～5%

非离子表面活性剂 0.1～5%

水 余量。

优选地，所述硅溶胶由酸性硅溶胶、碱性硅溶胶中的一种或两种混合组成。

优选地，所述硅溶胶的粒径为1～160nm，PH值为2～10。

优选地，所述硅烷由一种或几种烷氧基硅烷混合而成。

优选地，所述烷氧基硅烷为：甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

优选地，所述阳离子表面活性剂为季铵型阳离子表面活性剂1831、OB-2中的至少一种。

优选地，所述非离子离子表面活性剂为Lexxiso1003、Lexxiso1005、Lexxiso1007、Lexxiso13中的至少一种。

优选地，所述颜料为市售的钛白粉、珠光颜料、荧光颜料、金属颜料中的至少一种；所述填料为硫酸钙晶须、晶须硅、滑石粉、高岭土、云母粉中的至少一种；

优选地，所述润湿剂为迪高245；所述消泡剂为BYK012；所述不粘流平剂为迪高5100；所述增稠剂为BYK420。

所述的一种轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料，其制备方法为：

第一步：先将一种或数种硅烷与阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂进行混合，直至阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂完全均匀分散在硅烷体系中，形成半透明的硅烷混合液体；

第二步：将第一步制备好的所述硅烷混合液体滴加到硅溶胶与水的混合液中，滴定时间为30分钟，然后缓慢升温，反应温度保持在35～75℃之间，恒温搅拌反应0.5～8小时，停止搅拌，然后加入计量的水，降温冷却，即获得水性无机纳米陶瓷树脂；

第三步：将第二步制备好的水性无机纳米陶瓷树脂与颜料、填料混合，再用高速分散机将其高速分散，分散时间为10～30分钟，然后采用卧式砂磨机进行研磨，并且调节冷却水使研磨物料温度不超过60℃，研磨时间1～2小时，研磨完毕后，再加入助剂和水进行搅拌，搅拌均匀后，即获得轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料。

本发明的技术创新优势在于：

1、本发明中的水性无机纳米陶瓷最终产物是二氧化硅，二氧化硅在1700℃高温下不分解，无烟无味，而且因为无机纳米二氧化硅因无机特性，具有防火阻燃的特性，明火无法使之燃烧；

2、本发明中硅烷水解所产生的硅醇缩聚成不熔不溶的体型物，具有强疏水性和一定的疏油特性，能抵抗大部分的污渍沾染在硅醇表面，同时无机纳米硅醇具有极高的交联密度，可以抵御小分子污渍渗透进硅醇表面，因此本发明制备的水性无机纳米陶瓷涂料具有极高的耐污抗涂鸦性能；

3、本发明制备的水性无机纳米陶瓷涂料还具有高硬耐磨抗刮、耐污易清洁的特点，铅笔硬度可高达9H，RCA纸带耐磨次数可达750次，漆膜表面极易清洁。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可以由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。

实施例1~6

为了表述方便，下面用三个表来表达6个实施方式的配比与产品性能，分别为1~6个实施例的轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料的原料组份和质量百分比表；水性无机纳米陶瓷树脂的组份和质量百分比表；轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料产品性能指标表。

表1：轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料的原料组份和质量百分比分别为：

表2：水性无机纳米陶瓷树脂的组份和重量配比分别为：

表3：上述实施例1~6得到的轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料产品性能指标表：

实施例7：一种轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料，其制备方法为：

第一步：按照表2中比例将实施例1～6的一种或数种硅烷与阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂进行混合，直至阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂完全均匀分散在硅烷体系中，形成半透明的硅烷混合液体；

第二步：按照表2中比例将第一步制备好的所述硅烷混合液体滴加到硅溶胶与水的混合液中，滴定时间为30分钟，然后缓慢升温，反应温度保持在35～75℃之间，恒温搅拌反应0.5～8小时，停止搅拌，然后加入计量的水，降温冷却，即获得水性无机纳米陶瓷树脂；

第三步：将第二步制备好的水性无机纳米陶瓷树脂与表1中的颜料、填料混合，再用高速分散机将其高速分散，分散时间为10～30分钟，然后采用卧式砂磨机进行研磨，并且调节冷却水使研磨物料温度不超过60℃，研磨时间1～2小时，研磨完毕后，再加入助剂和水进行搅拌，搅拌均匀后，即获得轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料。

在制备轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料的过程中，根据各物料配比不同，各配方无机纳米陶瓷树脂固含量应控制在30～40％之间，实施例7中第二步所获得的水性无机纳米陶瓷树脂外观为乳白色不透明或半透明低粘度液体。

本发明纳米陶瓷涂料有效地克服了现有技术的多种缺陷。并且本发明的制备方法，具有配置简单，性能稳定的特点，可广泛应用于轨道交通车厢和地铁车厢内饰等方面。因此，本发明的轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料及其制备方法具有很高的产业利用价值。

上述实施例仅例示性的说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉本技术的人员皆可以在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行改变或修饰。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍然应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，原料组成和质量百分比：

水性无机纳米陶瓷树脂 50～75％

颜料 1～20%

填料 1～20%

润湿剂 0.1～0.5%

消泡剂 0.1～0.5%

不粘流平剂 0.1～2%

增稠剂 1～3%

水 余量；

其中，所述水性无机纳米陶瓷树脂的组份和重量配比分别为：

硅溶胶 30～70%

硅烷 30～60%

阳离子表面活性剂 0.1～5%

非离子表面活性剂 0.1～5%

水 余量，

其中，所述阳离子表面活性剂为季铵型阳离子表面活性剂1831、OB-2中的至少一种，非离子表面活性剂为Lexxiso1003、Lexxiso1005、Lexxiso1007中的至少一种，所述硅烷由一种或几种烷氧基硅烷混合而成，所述烷氧基硅烷为：甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种；

所述轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料制备方法为：

第一步：先将一种或数种硅烷与阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂进行混合，直至阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂完全均匀分散在硅烷体系中，形成半透明的硅烷混合液体；

第二步：将第一步制备好的所述硅烷混合液体滴加到硅溶胶与水的混合液中，滴定时间为30分钟，然后缓慢升温，反应温度保持在35～75℃之间，恒温搅拌反应0.5～8小时，停止搅拌，然后加入计量的水，降温冷却，即获得水性无机纳米陶瓷树脂；

第三步：将第二步制备好的水性无机纳米陶瓷树脂与颜料、填料混合，再用高速分散机将其高速分散，分散时间为10～30分钟，然后采用卧式砂磨机进行研磨，并且调节冷却水使研磨物料温度不超过60℃，研磨时间1～2小时，研磨完毕后，再加入助剂和水进行搅拌，搅拌均匀后，即获得轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料。

2.如权利要求1所述的一种轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，所述硅溶胶由酸性硅溶胶、碱性硅溶胶中的一种或两种混合组成。

3.如权利要求2所述的一种轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，所述硅溶胶的粒径为1～160nm，pH值为2～10。

4.如权利要求1所述的一种轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，所述颜料为市售的钛白粉、珠光颜料、荧光颜料、金属颜料中的至少一种；所述填料为硫酸钙晶须、晶须硅、滑石粉、高岭土、云母粉中的至少一种。

5.如权利要求1所述的一种轨道交通车厢内饰水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，所述润湿剂为迪高245；所述消泡剂为BYK012；所述不粘流平剂为迪高5100；所述增稠剂为BYK420。