一种自清洁膜材料组合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种超滑树脂、包括该超滑树脂的自清洁膜材料组合物和自清洁膜，以及该自清洁膜材料组合物或该自清洁膜在轨道交通车辆中的应用。以超滑树脂的总质量为100％，所述超滑树脂包括如下质量百分比的组分：第一单体23％～28％，第二单体1％～4％，第三单体10％～16％，聚合活性硅烷偶联剂3％～6％，三氟代非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯6％～10％，引发剂1％～2％，链转移剂0.1％～0.5％，和余量的第一溶剂；其中，所述第一单体选自甲基丙烯酸和甲基丙烯酸酯中的一种或任意比例多种；所述第二单体选自含氟丙烯酸酯单体；所述第三单体选自含羟基的活性交联单体。本发明专利技术的自清洁膜能够显著提升车辆原漆膜的耐腐蚀、耐沾污、耐动物蛋白和防霉性。物蛋白和防霉性。

【技术实现步骤摘要】
一种自清洁膜材料组合物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种自清洁膜材料组合物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]轨道交通车辆(包括但不限于高铁列车、高铁动车组、普通铁路客车和城市轨道交通车辆)外表面清洁度是车辆形象美观的重要指标，也是影响旅客乘车体验的重要因素。在高速运营中，空气中的颗粒物、轨道沿线的尘土颗粒和昆虫、鸟撞击残留的蛋白质等都会污染车身外表面。这在高频运行的高铁列车和高铁动车组车身上表现得尤为突出。针对外表面污染，普遍采用清洗剂，通过人工或者机械自动化方式进行清洗。其中人工清洁较为彻底和干净，但成本都较高。仅以8节1组的高铁动车组为例，根据铁路局统计，平均1组动车日间外部清洁为4次，每次费用为120元，库内清洁1次为300元，全年为286,160元。一个铁路局拥有动车组不少于150组，单清洁费一年就高达5000多万，还未考虑其他车辆以及水电和清洗剂等费用。同时人工清洗容易对车体面漆有伤损，车漆老化、泛黄、局部脱皮已成为普遍问题，降低了车漆的使用寿命。机械自动化清洁，很多死角无法清洁到位，造成清洁不干净；另外，污染物长期累积侵蚀，也会损坏车漆。
[0003]在机动车玻璃、建筑物玻璃外墙等日常生活领域和光学器件、光电器件等高端领域中，已经有报道通过涂覆超疏水膜起到表面自清洁作用。所谓超疏水，要求材料表面稳定接触角要大于150
°
，滚动接触角小于10
°
，在表面上水珠呈球形，在自身重力或外加力的作用下，水珠即可从表面滚落。如公开号CN107513176A的专利技术专利申请公开了一种透明超疏水聚合物薄膜的制备方法，包括将已经成型的透明热塑性聚合物薄膜进行超临界CO2发泡，使聚合物薄膜表面形成纳米乳突和沟槽的特殊结构，在保持透明度的同时实现超疏水和低反射。但是该方法需要特殊的工艺条件，制备困难，难以推广。公开号CN106835043A的专利技术专利申请公开了一种包括氧化锌薄膜及负载于氧化锌薄膜表面的氟化碳薄膜的透明超疏水薄膜。其中，氧化锌薄膜的制备包括先采用射频磁控溅射系统制备锌薄膜，然后对锌薄膜进行退火处理；制备得到的氧化锌薄膜再经过氟化处理，如在刻蚀系统中利用含碳和氟元素的气体作为工作气体，对氧化锌薄膜进行氟化处理。完成上述制备工艺，需要特殊而且昂贵的设备。还有公开号CN101492544A的专利申请公开了正硅酸乙酯、乙醇、氨水和水的混合液成膜干燥后，置于烷基和含氟硅烷偶联剂溶液中自组装成超疏水自清洁膜。专利技术人研究发现，该方法制备的薄膜机械强度虽然较高，但是耐候性较差。
[0004]将超疏水薄膜应用于轨道交通车辆外表面可能是解决车辆表面污染、提高外观整洁度的有效方法。但是该薄膜最低需要符合相关标准，如表1所示的Q/CR546.1
‑
2016《动车组用涂料与涂装第1部分：车体外表面用涂料及涂层体系》的相关技术指标。
[0005]表1我国高速动车组车漆表层清漆技术条件
[0006][0007]其次该薄膜还需要具有适应于轨道交通的特定性能和特点，如成本低廉，制备方法简便易行，具有优异的附着力、耐候性等。显然，现有技术中尚没有出现能够适用于轨道交通车辆，尤其是高铁车辆车身外表面防污的具有自清洁作用的超疏水薄膜。

技术实现思路

[0008]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种自清洁膜材料组合物及其制备方法。以本专利技术所述组合物涂覆在轨道车辆车体表面，经过简单的固化处理，既可以在车体表面形成牢固均匀的、膜厚30～50μm的自清洁膜。
[0009]为了实现上述技术效果，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0010]一种超滑树脂，以所述超滑树脂的总质量为100％，包括如下质量百分比的组分：
[0011]第一单体23％～28％，第二单体1％～4％，第三单体10％～16％，聚合活性硅烷偶联剂3％～6％，三氟代非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯(FNIPUA)6％～10％，引发剂1％～2％，链转移剂0.1％～0.5％，和余量的第一溶剂；其中，
[0012]所述第一单体选自甲基丙烯酸和甲基丙烯酸酯中的一种或任意比例多种；
[0013]所述第二单体选自含氟丙烯酸酯单体；
[0014]所述第三单体选自含羟基的活性交联单体。
[0015]优选地，所述甲基丙烯酸酯选自甲基丙烯酸甲酯、甲酯丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸异冰片酯和甲基丙烯酸十八烷基酯中的一种。
[0016]优选地，所述含氟丙烯酸酯单体选自丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸四氟丙酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸四氟丙酯、丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸六氟异丙酯和甲基丙烯酸六氟异丙酯中的至少一种。
[0017]进一步优选地，所述含氟烷基丙烯酸酯单体选自丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸六氟异丙酯和甲基丙烯酸六氟异丙酯中的至少一种。
[0018]优选地，所述含羟基的活性交联单体选自甲基丙烯酸
‑2‑
羟乙酯、丙烯酸
‑2‑
羟乙酯、甲基丙烯酸
‑4‑
羟丁酯、丙烯酸
‑4‑
羟丁酯和羟乙基己内酯丙烯酸酯中的至少两种。
[0019]进一步优选地，所述含羟基的活性交联单体选自甲基丙烯酸
‑2‑
羟乙酯和丙烯酸
‑2‑
羟乙酯中的至少一种。
[0020]优选地，所述聚合活性硅烷偶联剂选自γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、γ
‑
甲基丙烯酸氧化丙基甲基二甲氧基硅烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、γ
‑
乙酰氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基三异丙氧基硅烷中的至少一种。
[0021]进一步优选地，所述聚合活性硅烷偶联剂选自γ
‑
甲基丙烯酸氧化丙基甲基二甲氧基硅烷和γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。
[0022]优选地，所述引发剂选自2,2'
‑
偶氮双(2
‑
甲基丙腈)和2,2'
‑
双偶氮
‑
(2,4
‑
二甲基戊腈)中的至少一种。
[0023]优选地，所述链转移剂选自正十二烷基硫醇、仲十二烷基硫醇、叔十二烷基硫醇、环己基硫醇、3
‑
巯基丙酸异辛酯、3
‑
巯基丙酸正丁酯、正辛硫醇、巯基乙醇和巯基乙酸中的至少一种。
[0024]进一步优选地，所述链转移剂选自正十二烷基硫醇、3
‑
巯基丙酸异辛酯和3
‑
巯基丙酸正丁酯中的至少一种。
[0025]优选地，所述三氟代非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯(FNIPUA)具有如下的结构：
[0026][0027]其中R选自
‑
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超滑树脂，以所述超滑树脂的总质量为100％，包括如下质量百分比的组分：第一单体23％～28％，第二单体1％～4％，第三单体10％～16％，聚合活性硅烷偶联剂3％～6％，三氟代非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯6％～10％，引发剂1％～2％，链转移剂0.1％～0.5％，和余量的第一溶剂；其中，所述第一单体选自甲基丙烯酸和甲基丙烯酸酯中的一种或任意比例多种；所述第二单体选自含氟丙烯酸酯单体；所述第三单体选自含羟基的活性交联单体。2.根据权利要求1所述的超滑树脂，其特征在于，所述甲基丙烯酸酯选自甲基丙烯酸甲酯、甲酯丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸异冰片酯和甲基丙烯酸十八烷基酯中的一种；优选地，所述含氟丙烯酸酯单体选自丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸四氟丙酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸四氟丙酯、丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸六氟异丙酯和甲基丙烯酸六氟异丙酯中的至少一种，更优选自丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸六氟异丙酯和甲基丙烯酸六氟异丙酯中的至少一种；优选地，所述含羟基的活性交联单体选自甲基丙烯酸
‑2‑
羟乙酯、丙烯酸
‑2‑
羟乙酯、甲基丙烯酸
‑4‑
羟丁酯、丙烯酸
‑4‑
羟丁酯和羟乙基己内酯丙烯酸酯中的至少两种，更优选自甲基丙烯酸
‑2‑
羟乙酯和丙烯酸
‑2‑
羟乙酯中的至少一种；优选地，所述聚合活性硅烷偶联剂选自γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、γ
‑
甲基丙烯酸氧化丙基甲基二甲氧基硅烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、γ
‑
乙酰氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基三异丙氧基硅烷中的至少一种，更优选自γ
‑
甲基丙烯酸氧化丙基甲基二甲氧基硅烷和γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷中的至少一种；优选地，所述引发剂选自2,2'
‑
偶氮双(2
‑
甲基丙腈)和2,2'
‑
双偶氮
‑
(2,4
‑
二甲基戊腈)中的至少一种；优选地，所述链转移剂选自正十二烷基硫醇、仲十二烷基硫醇、叔十二烷基硫醇、环己基硫醇、3
‑
巯基丙酸异辛酯、3
‑
巯基丙酸正丁酯、正辛硫醇、巯基乙醇和巯基乙酸中的至少一种，更优选自正十二烷基硫醇、3
‑
巯基丙酸异辛酯和3
‑
巯基丙酸正丁酯中的至少一种；优选地，所述三氟代非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯具有如下的结构：其中R选自
‑
H或
‑
CH3；优选地，所述第一溶剂选自苯类溶剂、酯类溶剂和酮类溶剂中的至少一种，更优选自二甲苯、醋酸丁酯和甲基异丁基甲酮中的至少一种。
3.权利要求1或2所述的超滑树脂的制备方法，包括如下步骤：I.按照质量配比准备各组分；II.将所述第一溶剂和引发剂各分为三份，以各自总质量为基准，各自独立地第1份占8％～12％，第2份占78％～82％，第3份占10％；III.将第1份第一溶剂和第1份引发剂混合，加热至75℃～85℃，滴加所述第2份第一溶剂、第2份引发剂、第一单体、第二单体、第三单体、聚合活性硅烷偶联剂和三氟代非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯的混合物，滴毕，保温反应2h～4h；然后加入第3份第一溶剂和第3份引发剂的混合物，保温反应1h～3h；最后加入链转移剂，降温至20℃～30℃，即得；优选地，所述超滑树脂的制备方法，包括如下步骤：I.按照质量配比准备各组分；II.将所述第一溶剂和引发剂各分为三份，以各自总质量为基准，各自独立地第1份占8％～12％，第2份占78％～82％，第3份占10％；III.将第1份第一溶剂和第1份引发剂混合，加热至75℃～85℃，滴加所述第2份第一溶剂、第2份引发剂、第一单体、第二单体、第三单体、聚合活性硅烷偶联剂和三氟代非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯的混合物，滴毕，保温反应2.5h～3.5h；然后加入第3份第一溶剂和第3份引发剂的混合物，保温反应1.5h～2.5h；最后加入链转移剂，降温至20℃～30℃，即得；优选地，滴加所述溶剂、引发剂、第一单体、第二单体、第三单体、聚合活性硅烷偶联剂和三氟代非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯的混合物，用时1.5h～2.5h。4.权利要求1或2所述的超滑树脂或者按照权利要求3所述方法制备的超滑树脂在制备自清洁膜材料中的应用。5.一种自清洁膜材料组合物，包括权利要求1或2所述的超滑树脂或者按照权利要求3所述方法制备的超滑树脂；所述自清洁膜材料组合物由A组分和B组分构成，A组分和B组分的质量比为1.5～2.5:1；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，庄英斌，丁宇，赵静存，冀磊，毛陈琛，余龙飞，杨榆，贾康乐，祁钰，郭超，叶德军，和阔，韦绍丽，
申请(专利权)人：铁科金化检测中心有限公司中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所铁科金化科技有限公司中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：