新型低VOC涂料在轨道机车上的应用

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摘要：本文阐述了轨道交通机车环保涂装的重要性，并介绍了一种新型的轨道机车涂料及涂装工艺，上海宜瓷龙新材料股份有限公司研发的瓷膜涂料水性体系，无毒无害，不燃无烟、高硬度耐磨、超耐候、美观大气以及无任何灾难性破坏等特点，使其在轨道机车上具有非常优异的发展前景。

关键字：瓷膜涂料新涂装工艺低VOC 不燃无烟

0 引言

　　中国社会经济的高速发展，带动了城市轨道交通技术地不断进步，越来越多的城市开始拥有轨道交通系统，而轨道交通也逐渐成为人们出行的主要交通工具。但是轨道机车及其站点的涂装绝大多数使用的是溶剂型涂料，会有大量的有机物质挥发物（VOC）排放到空气中，加重了大气污染及温室效应，导致雾霾天气覆盖面积不断扩大。为控制涂料VOC的排放，世界各国都采取了相应措施，制定了相关法规。例如，美国对工业涂料VOC排放标准为1.8-3.5（I b/g a l），工厂排放量不得超过50t/年；欧盟对工业涂料的VOC限制为250-540（g/L）。我国国家财政部及税务总局发布的“关于对涂料征收消费税的通知”，规定2015年2月1日起，涂料VOC超过420g/L，要征收4%的涂料消费税，这一举措将加快溶剂型涂料的更替与淘汰。

　　近年来，上海宜瓷龙新材料股份有限公司研发出一种新型的机车涂料—瓷膜涂料。该涂料为水性体系，具有超低VOC排放，安全环保，不燃无烟等优点，在轨道交通领域有良好的发展前景及市场，成为轨道交通涂料未来发展的趋势。本文将着重介绍瓷膜涂料的合成原理、主要特点以及涂装工艺。

1　瓷膜涂料的合成原理

　　瓷膜涂料是有机硅氧烷对工业硅溶胶通过溶胶-凝胶法进行改性得到的无机纳米材料，其合成原理为硅氧烷在合适的酸性条件下进行水解，生成具有较高化学活性的硅醇化合物，再与硅溶胶等物质进行充分混合及反应，生成三维空间网络结构的凝胶，最后经过高温干燥、固化生成新性能材料，反应过程如图1所示。材料的主要成分为氧化硅，结构类似于沙土和岩石。

2　瓷膜涂料的特点

　　目前，轨道机车上涂装绝大多数使用溶剂型涂料，会排放出大量有毒挥发物质，而涂料使用完毕后无法自身降解，带来了系列环境问题。同时，有机涂料涂装车体存在一定的火灾风险。宜瓷龙瓷膜涂料是一种新型的水性无机涂料，涂料的成分及成膜方式与传统涂料不相同，因此，它具备与传统涂料不同的性质及特点。

　　1、不燃无烟。瓷膜涂层为无机氧化硅等物质，无可燃成分，在明火状态下，也不会燃烧及释放有毒气体，能增加火灾中乘客的逃生几率。

　　2、水性环保。涂料的溶剂为水，超低VOC排放，同时，涂层不含重金属和有毒元素，无降解污染，通过了RoHS、REACH、LFGB、EEC以及FDA认证，环保安全，符合现代人们的环保理念。

　　3、耐人工涂鸦。具有较低的表面张力，使涂层拥有优异的耐人工污染性和易清洁性，灰尘和油污难以附着在涂层上，即便有少量的涂鸦和玷污，也能轻松去除，确保了公共场所的美观和卫生。

　　4、高硬度超耐磨。涂层结构类似于岩石，硬度较高，能达到8-9H，因而具有优异的耐划伤性能，硬币钥匙等硬物也很难对漆膜表面超出很多的破坏，因而能有效地防止行李与涂层的磕碰导致的涂层破坏等问题。

　　5、耐候性佳。涂层中的-O-Si-O-键具有较高的能量，紫外线等无法破坏它的结构，因此具有优异的耐候性，在较恶劣的环境下长时间使用，有效地减少维护费用。

　　6、美观时尚。瓷膜涂料与搪瓷等涂料相比，成膜温度较低，因此很多种颜料都能用在体系中，颜色丰富、色彩靓丽、光泽柔和，符合现代人的设计风格和审美观念。

　　宜瓷龙瓷膜涂料性能优异，节能环保，并通过了机车的相关检测项目，如阻燃性、VOC含量、附着力、硬度、耐化学品以及耐候性等等，具体情况如表1所示。

表1　瓷膜涂料在轨道机车上应用的相关检测报告

3　瓷膜涂料的涂装工艺

　　传统的轨道机车涂装工艺大多参照Siemens公司涂装工艺，即在温度为15~35℃、湿度不超过70%的施工条件下，采用3涂层体系进行装涂，其主要的工艺流程为：机车前处理-双组份环氧底漆打底-刮涂不饱和聚酯腻子-喷涂双组份聚氨酯2道漆-喷涂双组份聚氨酯面漆。整个涂装过程，50%之上挥发物直接排放到大气中，对环境造成严重的污染，同时，涂装施工工艺程序复杂，步骤多，耗时长。宜瓷龙瓷膜涂料体系中主要溶剂为水，同时含有少量无害的醇类物质，这些醇类是在涂料发生溶胶-凝胶反应时产生的，并不是涂料生产过程中加入的，环保健康，安全实用，通过SGS关于GB18582-2008-挥发性有机化合物测试，检测结果为未检出，这响应了国家环保政策，符合人们的低碳健康的生活理念，同时，其装涂工艺环保简单，耗时少，其涂装工艺为：涂料准备-机车前处理-局部刮涂水性聚酯腻子-预热-喷涂涂料-低温表干-高温固化。具体步骤如下所示：

　　1、涂料准备

　　宜瓷龙瓷膜涂料为三组分涂料，在使用前必须进行充分的混合熟化，才能达到较好的涂装效果。一般在20-25℃的条件下，三个组分按一定顺序混合后滚动熟化4-6h即可，熟化后在48h之内用完。

　　2、机车前处理

　　瓷膜涂料可以用在铝合金和不锈钢板等基材，其中在铝合金上效果最佳。铝合金车体前处理可以除去表面杂物，清洁车体，达到较好的涂装效果。主要通过60目：80目的棕刚玉砂或者白刚玉砂以1:1的比例进行喷砂，使工件表面粗糙度达到粗糙度达到2.5-4.0μm，之后洗净表面的油污、沙粒和灰尘。

　　3、腻子

　　刮腻子可提高机车的平整度和外观装饰性，但是会影响涂层的附着力及防腐性能，因此车体不平整处，局部刮涂腻子，一般使用水性聚酯腻子进行常规五道涂刮工艺，使基材平整后，喷涂瓷膜涂料。如板材平整，不需要刮涂腻子，直接喷涂瓷膜涂料。

　　4、涂料喷涂

　　瓷膜涂料的粘度较小，建议使用压缩空气喷涂法或者静电喷涂法进行施工。为使涂料达到较好的表面状态，喷涂前对车体进行预热，使车体的温度达到50-60℃时才能进行喷涂。喷涂一道，漆膜厚度达到35-55μm，使车体表面被漆膜覆盖，即可达到保护和装饰的效果。

　　5、固化

　　喷涂结束后，未防止漆膜中溶剂剧烈蒸发而产生漆膜缺陷，先将车体放在90℃条件下烘干10分钟，使涂层达到表面干燥的状态，之后将车体放在160℃高温固化20分钟，使涂层达到彻底硬化，优异性能得以显现。

　　车体表面处理：使用30-50目的白刚玉或者棕刚玉进行喷砂，使粗糙度达到30-120μm；喷砂后进行清洗

　　底漆：双组份环氧涂料，湿碰湿高压无气喷涂，厚度≥60μm

　　腻子：聚酯腻子，五道刮涂工艺，每层厚度≤500μm，每一道刮涂后都需要打磨

　　2道底漆：双组份聚氨酯涂料，湿碰湿三道高压无气喷涂，厚度≥40μm

　　面漆：双组份聚氨酯涂料，湿喷湿三道空气喷涂，厚度≥40μm

　　车体表面处理：使用60:80目1:1白刚玉或者棕刚玉进行喷砂，使粗糙度达到2.5-4.0μm；喷砂后进行清洗

　　腻子：在车体不平的位置刮涂水性聚酯腻子，五道刮涂法，每道厚度≤500μm，平整地方可直接喷涂瓷膜涂料

　　单层涂料喷涂：预热到55-60℃，空气喷涂法，厚度为25-50μm,90℃表干，150℃固化

4　瓷膜涂料在国内外的应用

　　2004年开始，韩国率先在轨道机车上使用陶瓷涂料，对首尔、釜山等地的旧机车进行改进喷涂陶瓷涂料，并且新车厢涂装都必须使用陶瓷涂料，同时，陶瓷涂料在加拿大的RVA、土耳其动车、伊朗动车以及东京千叶地区JR车站上大量使用。

　　2006年开始，我国也开始关注并使用无机陶瓷涂料，并得到了一定的市场推广，目前已应用于上海地铁4号线、9号线车站内装饰装涂；深圳地铁的大多数列车都使用陶瓷涂料，其中1号线和3号线使用宜瓷龙研发的瓷膜涂料，瓷膜涂料细腻光滑、颜色素雅，可达到中高档装饰要求，历时1年的运行，无任何破损，同时，其良好的耐人工涂鸦性让其崭新如初，大大减少了清洗费用。

5　结语

　　中国政府对涂料VOC排放出台的相关措施，势必在国内的涂料和涂装行业引起轩然大波，从而加快了溶剂型涂料的更换与淘汰，推进新型涂料与涂装技术研发生产。中国的轨道交通涂料也会将跟上时代的步伐，走上水性化环保的道路，宜瓷龙研发也将紧跟时代步伐，为同一片天空，献出自己的力量。

详见《现代涂料与涂装》2015年第8期