一种高速列车用高弹性抗风沙耐磨耐候面漆及制备方法技术

本发明专利技术属于金属表面涂料技术领域，具体地说，涉及一种高速列车用高弹性抗风沙耐磨耐候面漆及制备方法。所述的高速列车用高弹性抗风沙耐磨耐候面漆由弹性聚酯树脂和氟改性丙烯酸树脂组成基膜材料，加入颜料、层状体质填料和改性纳米二氧化硅，并混以助剂、混合溶剂和固化剂形成面层涂料。本发明专利技术通过采用耐候性好的氟改性丙烯酸树脂和弹性聚酯树脂，提高涂层的弹性、韧性及耐候性，使涂层具有很好的抗风沙冲蚀性，延长涂层使用寿命，同时通过改性纳米填料的引入，提高涂层的耐磨性和附着性，实现涂层的抗风沙冲蚀性和耐候性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属表面涂料
，具体地说，涉及一种高速列车用高弹性抗风沙耐磨耐候面漆及制备方法。
技术介绍
近年来随着铁路交通的飞速发展，乘坐高铁列车已经变成全国各地快捷出行的最优选择之一，相应的高铁列车的相关技术也在迅猛发展。由于我国幅员辽阔气候条件各异，因此列车会经常通过气候比较极端的区域，由于车体材料由传统碳钢改为轻质铝合金或其他航空材料，因此为了保障高速行车安全和降低维护成本，对高铁列车车体使用的涂料有着越来越高的要求。美国LINE-X公司开发的XS-BK-130机车保护涂料，是一种高性能的弹性聚脲和聚氨酯混合喷涂材料，以其特殊的弹性伸长率性能特点，在抗冲击方面具有卓越的优势，但是其对喷涂设备和喷涂温度有很高的要求，施工性能差。德国拜耳材料科技公司研发出一种天氡氨酸聚酯脲的涂料，具有极好的耐候性，在德国ICE高速列车、新加坡地铁车辆等铁路交通机车车辆上应用，但其价格昂贵，且不适用运行于风沙大、温度区间跨度大的地区机车使用。俄国铁道运输科学研究院开发了一种以丁二烯和聚丙烯酸酯为基料的机车保护涂料，这种涂料具有高的物理机械性能、保护性能和工艺性能，但是其耐候性及耐沾污性较差。我国近年来在机车保护涂料方面的研究投入较多，取得了一定的成绩。北京国泰瑞华精藻硅特种材料有限公司研制的高羟基聚酯/丙烯酸涂料，涂料具有防滑性、隔热性、抗风沙冲击性等特点，但是其涂层易发生黄变，耐沾污性较差，增加了维护成本。申请号为201010243298.0的中国专利公开了一种高速列车涂装用涂料，该涂料以环氧树脂、羟基丙烯酸树脂、弹性聚酯树脂为树脂基料，以HDI二聚体为固化剂，添加颜填料、助剂及溶剂等配制而成。但是由于环氧树脂的加入，该涂料的耐候性较差，只能用于高速列车短期的防护。申请号为201110311695.1的中国专利公开了一种弹性抗风沙耐磨蚀耐候耐温变涂料及制备方法，该涂料以弹性聚酯树脂、环氧-有机硅改性氟碳树脂为基料，配以HDI缩二脲和HDI三聚体为固化剂，该涂料虽具有良好的耐磨耐候性，但其与腻子或中涂层的附着性能较差，容易脱落。申请号为201310299288.2的中国专利公开了用于高速列车车体表面配套中、面涂料，该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。此专利技术的技术方案中使用了纳米SiO2，可以与树脂与溶剂发生界面反应，形成强大的吸附中心，从而改善涂料的流变性和悬浮性，但无机填料与有机基材的相容性较差，加工过程中易造成纳米SiO2分布不均匀导致涂料的力学性能下降。为解决上述问题，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高速列车用高弹性抗风沙耐磨耐候面漆及制备方法，针对我国西部地区高速列车用防护涂层体系应对环境能力差的缺点，提高列车防护涂层的抗风沙冲蚀性和耐候性以延长涂层在风沙环境下的使用寿命。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高速列车用高弹性抗风沙耐磨耐候面漆，所述面漆包括组分甲和组分乙，甲组分的组成及其质量百分含量为：乙组分的组成及其质量百分含量为：HDI三聚体N3390 100wt％甲组分与乙组分的质量比为5～10:1。聚酯涂料广泛应用于车辆外表面涂装，其主体树脂常用羟基丙烯酸树脂配以异氰酸酯固化剂交联成立体网络状结构涂料。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。因此，本专利技术在基膜材料中引入了增加柔韧性、抗冲击性、耐磨性的弹性聚酯树脂。本专利技术的进一步技术方案为：改性纳米二氧化硅的制备方法是有机无机杂化改性法，所述有机无机杂化改性法是通过异氰酸酯的桥接作用使二氧化硅表面的羟基与环氧树脂有机链的环氧基团连接，再通过环氧基团的碱式开环反应，获得表面接枝含有羟基柔性链段的有机无机杂化纳米二氧化硅。上述异氰酸酯为N3390、N3200、N3800、N3600和N75中的一种；上述环氧树脂为E51、E44、E54、E42、F51和F44中的一种或几种。上述有机无机杂化改性法对纳米二氧化硅的改性路线如下所示：其中，P-OH代表存在于纳米二氧化硅表面的羟基，纳米二氧化硅具有表面积大、表面能高的特点，由于缺氧而偏离了稳定的硅氧结构，因此其表面存在着不同状态的羟基，具有很大的表面活性。正因为此，使得纳米二氧化硅材料在涂料的各类物质之间形成强大的吸附中心，大大提高了涂料的致密性、柔韧性、附着力、耐水耐化学品性和抗石击性；同时由于羟基的亲水性使得含有纳米二氧化硅的涂料表面形成亲水层使得涂料具有抗污自洁性。本专利技术的工作人员在研究二氧化硅对涂料性质影响的试验中意外地发现对纳米二氧化硅进行改性处理可以大大提高含有改性纳米二氧化硅涂料的性能。采用有机无机杂化改性法，使纳米二氧化硅通过异氰酸酯的桥接作用与环氧树脂分子进行连接，形成了表面接枝有含羟基的柔性链段的无机二氧化硅。本专利技术的改性纳米二氧化硅表面存在含有羟基的长柔性链段，保持了无机二氧化硅本身的亲水性能，使得改性后的涂料依然具有抗污自洁性；而由于有机物链段的引入，大大提高了无机二氧化硅与氟改性丙烯酸树脂和弹性聚酯树脂以及其他助剂的相容性，使得加工成的涂料均匀致密，不会因为分布不均的无机物导致涂料层力学性能下降，发生开裂、脱落等现象；同时由于涂料中颜填料分子间距离较大，颜填料与有机基膜之间也存在空隙，而接枝有机长链的改性纳米二氧化硅空间体积较大，可以有效填充上述的空隙，从而提高涂层的耐磨性和韧性。本专利技术的进一步技术方案为：所述氟改性丙烯酸树脂为侧链接枝含氟单体的羟基丙烯酸聚合物，优选含氟量为30～40％，固含为60～65％，羟值为60mgKOH/g的GK570氟树脂。此类树脂不仅具有很好的耐候性，而且具有低表面能的特性，可赋予涂层良好的耐沾污性。本专利技术的进一步技术方案为：所述的弹性聚酯树脂为含有大分子量的不规整多元醇及长链脂肪酸的改性丙烯酸树脂，优选固含为50％，羟值为56mgKOH/g的FTH树脂。上述弹性聚酯树脂的结构式如下所示：其中HO-R1-OH选用不规整的、相对质量大的醇(如1,2-丙二醇取代乙二醇)提高树脂弹性，同时HOOC-R2-COOH采用长链脂肪酸代短链脂肪酸进一步提高弹性。本专利技术的进一步技术方案为：所述助剂由消泡剂、流平剂和触变剂组成，消泡剂为BYK-530A和德谦6800中的一种；流平剂为BYK-320和EFKA-2022中的一种；触变剂为聚酰胺蜡、有机膨润土和气相二氧化硅中的一种。本专利技术的进一步技术方案为：所述体质填料为高岭土、绢云母粉和沉淀硫酸钡中的一种或两种。添加高岭土可提高涂料可塑性和耐热性，添加硫酸钡可提高涂料硬度，添加绢云母可提高涂料的屏蔽性和抗裂性，本专利技术根据实际的技术需求采用其中一种或两种进行添加。本专利技术的进一步技术方案为：所述混合溶剂由二甲苯、醋酸乙酯和环己酮组成。本专利技术的进一步技术方案为：所述颜料为金红石型钛白粉、酞菁蓝、氧化铁黄和氧化铁红中的一种或它们的混合物。本专利技术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％)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速列车用高弹性抗风沙耐磨耐候面漆，其特征在于，所述面漆包括甲组分和乙组分，甲组分的组成及其质量百分含量为：乙组分的组成及其质量百分含量为：HDI三聚体N3390 100wt％甲组分与乙组分的质量比为5～10:1。

【技术特征摘要】
1.一种高速列车用高弹性抗风沙耐磨耐候面漆，其特征在于，所述面漆包括甲组分和乙组分，甲组分的组成及其质量百分含量为：乙组分的组成及其质量百分含量为：HDI三聚体N3390 100wt％甲组分与乙组分的质量比为5～10:1。2.根据权利要求1所述的高速列车用高弹性抗风沙耐磨耐候面漆，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅的制备方法是有机无机杂化改性法，所述有机无机杂化改性法是通过异氰酸酯的桥接作用使二氧化硅表面的羟基与环氧树脂有机链的环氧基团连接，再通过环氧基团的碱式开环反应，获得表面接枝含有羟基柔性链段的有机无机杂化纳米二氧化硅。3.根据权利要求1所述的高速列车用高弹性抗风沙耐磨耐候面漆，其特征在于，所述氟改性丙烯酸树脂为侧链接枝含氟单体的羟基丙烯酸聚合物，优选为GK570氟树脂。4.根据权利要求1所述的高速列车用高弹性抗风沙耐磨耐候面漆，其特征在于，所述的弹性聚酯树脂为含有大分子量的不规整多元醇及长链脂肪酸的改性丙烯酸树脂，优选为FTH树脂。5.根据权利要求1所述的高速列车用高弹性抗风沙耐磨耐候面漆，其特征在于，所述助剂由消泡剂、流平剂和触变剂组成，消泡剂为BYK-530A和德谦6800中的一种；流平剂为BYK-320和EFKA-2022中的一种；触变剂为聚酰胺蜡、有机膨润土和气相二氧化硅中的一种。6.根据权利要求1所述的高速列车用高弹性抗风...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙琳，林化强，林鹏，邓小军，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37