浅析水性涂料在轨道车辆的应用

李春霖

摘 要：随着科技的不断发展和进步，人们的环保观念增强，环保思想深入人心。在涂装技术领域，水性涂料彰显环保友好性，技术日趋成熟，在轨道车辆中得到推广和应用。该文全面介绍了水性涂料的特征，结合轨道交通的特点，分析了对水性涂料的选择，对其在未来的发展前景进行了展望，以期更好地推动轨道交通行业的发展。

关键词：水性涂料 体系选择 应用 发展前景

中图分类号：U26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（a）-0089-02

近年来，国内高铁、地铁、轻轨等轨道车辆发展得非常迅速，在轨道交通车辆领域，目前以使用溶剂型涂料为主[1]。而溶剂型涂料在使用过程中会释放出有机挥发性物质（VOC）。目前VOC已经成为一个重大污染源，对环境产生巨大危害，污染大气，使生态系统受到了破坏。随着人们环保意识逐渐增强以及世界各国对VOC排放量要求越来越高，具有环保、低VOC、节能等优点的水性涂料得到了很大发展并拥有良好的市场及应用前景。

1 水性涂料

1.1 水性涂料的优点

水性涂料如水性聚氨酯是以水作为主要溶剂代替了传统的有机溶剂，只以少量醇和醚作为助溶剂。从环保方面来看，由于涂料中不含有机溶剂，大大减少了VOC排放，减少了对生态环境的破坏。从节约资源来看，与传统有机溶剂不同，因为可用水清洗水性涂料的涂装工具，减少了溶剂的使用。[3]

1.2 水性涂料的缺点

水性涂料在耐水性、耐溶剂性、耐候性和干燥速度等方面与传统有机溶剂相比有所不足，需要进行一定的表面处理才能得到较好的附着力。与传统溶剂相比，水性涂料施工条件更高，这些因素导致水性涂料的能耗较传统的溶剂型涂料会有所增加，且运输和储存要求较高，这就增加了其成本。

2 轨道车辆用水性涂料体系选择

目前通常在轨道车辆外表面涂料涂装对其进行防护和装饰。车体外表面用涂料涂装体系为“底漆+中层漆+面漆”三层体系[4]。

2.1 底漆

底漆直接与基材相连接，作为轨道车辆涂层的第一层，选择要慎重。其选择需要从防腐蚀性、附着力、耐化学品等方面考虑。水性环氧树脂分子结构中含有的羟基、醚键以及活性环氧基等强极性基团，产生的化学键或电磁吸附让水性环氧树脂具备了优良的粘着力、耐化性、绝缘性等优异性能，广泛用于涂料工业，符合选择底漆涂料的要求。由于底漆需要有附着力、防腐蚀性、耐化学品等性能，拥有优异的附着力、耐化性以及耐水性等特点的水性环氧树脂，作为轨道车辆底漆是一个相当好的选择。

2.2 中层漆

中层漆的主要功能是用于增强漆膜厚度、提高遮盖力，对底层的平整性和光滑性进行修正、填补，提高其外观性能，并减少紫外线对底层的破坏。一般对中涂漆的要求是：能够与底漆、面漆良好结合，具备一定的弹性与填充的性能。通过复合改性、纳米改性、交联改性等方法对水性聚氨酯（WPU）进行改进，可以得到耐腐蚀、阻燃和节能环保等特殊功能的WPU涂料[2]，是中层漆的合适选择。

Gnanaprakasam Christopher等发现加有油酸的表面改性氧化锌（OA-ZnO）和聚合物基体之间的界面相互作用对纳米复合材料的性能有重要影响。将该体系加入水性聚氨酯中可以增强抗腐蚀性。这是因为加入油酸的纳米氧化锌发生表面改性，从而使纳米氧化锌更加分散，增加了水性涂料的抗腐蚀性。加入改性后的纳米氧化锌的水性聚氨酯的抗腐蚀有显著的提高。电化学阻抗谱表明，一定质量分数的OA-ZnO水性聚氨酯涂料具有较好的抗腐蚀性。这是因为改性的氧化锌纳米颗粒在水性聚氨酯涂料中分散均匀，防止腐蚀性物质在基材中流动，进而防止其腐蚀基材。

2.3 面漆

面漆是轨道车辆的最后一层涂料，需要有装饰和美观，表面装饰和保护耐磨等功能。而城軌车辆所呈现出的整体效果都需要通过面漆来体现，分为金属漆和罩光清漆。WPU涂料作为绿色涂料，由于具有优异的耐污染、耐磨性，符合汽车面漆的装饰、耐磨、环保等要求，同时也有装饰作用，是轨道车辆面漆的优良选择。

Wu GM等利用氨基苯甲酸改性萜烯基环氧树脂制备了阴离子多元醇分散体（T-PABA），然后利用该分散体与六亚甲基二异氰酸酯交联制备了新的WPU复合水性涂料，该涂料具有良好的耐热性能。通过热重分析研究其耐热性能，发现50%的重量损失温度在400 ℃～420 ℃。该水性涂料具有良好的粘着力、耐磨、防污等性能。

3 国内轨道车辆水性涂料

目前，在轨道车辆上主要使用的水性涂料有：用于机车车内及底架上的乳液型阻尼涂料、用于底漆的水性环氧树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 乳胶型涂料

随着车体振动，车速提高，车辆的噪声会显著增加。水性阻尼涂料因为具有减振、隔音降噪功能而广泛应用于轨道车辆中。阻尼涂料可直接喷涂于结构表面，所以便于施工，而橡胶阻尼材料遇到结构复杂的表面时会出现施工困难的问题，在使用阻尼涂料时则会避免该问题，体现了其优越性。水性阻尼涂料作为一种具有优良抗振、隔热、减噪、防腐、阻燃等性能的功能型涂料，主要用于机车车内及底架上。

3.2 水性环氧树脂涂料

由于水性环氧树脂分子结构中的强极性基团产生的电磁吸附或化学键让水性环氧树脂具备了易固化、粘附力强、耐化学药品、电绝缘性等优异性能。由于环氧树脂乳液的户外耐候性较差，因此水性环氧树脂涂料主要用作防腐底漆而不作为中层漆或者面漆。

3.3 水性聚氨酯涂料

相对于传统PU涂料，WPU涂料具有无毒、低VOC等特点，是节约资源、环保的水性涂料。而改性之后的WPU涂料在耐蚀性、耐磨性、附着力等方面不逊于传统的PU涂料。通常利用改性的二异氰酸酯及含羟基的多元醇经聚加成反应制成WPU，由于异氰酸酯和多元醇种类具有多样性，所以得到水性聚氨酯具有各种形态的优异性能。利用复合改性、纳米改性、交联改性、纳米改性等方法改性的WPU，将会在汽车涂料领域得到更多的应用。德国国有铁路公司使用WPU涂料作为轨道车辆的底漆和面漆都有过成功应用的实例。

4 水性涂料在轨道车辆中的应用展望

与传统溶剂不同，水性涂料是以水为分散介质，避免了传统溶剂给环境带来污染的问题。通过改性等方法，水性涂料有着良好的附着力、耐化学性、耐腐蚀性，还有装饰、美观等功能；其性能不逊于传统的溶剂型涂料。目前环保、节能、低碳乃是轨道车辆甚至整个工业的发展趋势，水性涂料因为具有环保、节能、低碳等优点在轨道车辆行业中具有良好的市场及应用前景。虽然目前水性涂料在对工件表面前处理、温度湿度的控制、面漆修补等方面有所不足，但通过努力和创新，水性涂料会在轨道车辆中得到广泛应用。

参考文献

[1] 欧阳晓，张理，于峰.水性涂料在轨道车辆上的应用[J].现代涂料与涂装，2015，18（12）：7-10.

[2] 许凯翔，杨建军.功能型水性聚氨酯建筑涂料的研究现状和最新进展[J].聚氨酯工业，2016，31（2）：1-4.

[3] 陈小伟，王春萌，祁德彬.环保涂料在轨道车辆中的应用[J].现代涂料与涂装，2016，9（7）：15-17.

[4] 高敬民，岳斌.水性涂料在轨道交通领域中的应用现状及发展趋势[J].现代涂料与涂装，2016，19（9）：6-10.