Page 233 - 《精细化工》2023年第11期

第 11 期 王 鑫，等: 氟硅耐候自清洁涂层的制备及在高铁动车组上的应用 ·2545·

reaction system, the same below) respectively, the prepared coating P3 exhibited the maximum
transmittance of 98.6% and water contact angle of 105.3° as well as excellent weather resistance. After
5000 h of accelerated aging, the coating showed little change in the gloss retention and hydrophobicity.
Furthermore, the coating P3 displayed excellent performance in antifouling, self-cleaning and
mechanical stability, with the water contact angle still greater than 95° after 100 times of friction under
900 g pressure. In addition, the train carriages coated with the P3 exhibited significant efficiency in
self-cleaning of the actual pollutants.
Key words: self-cleaning coating; weather resistance; antifouling effect; low surface energy; high-speed
railway; acrylic series chemicals

自清洁涂层是指涂层表面能够通过雨水冲刷、 高光学特性的自清洁涂层材料显得尤为重要。
[1]
风能等自然环境作用来实现自清洁的效果 。近些 本文利用甲基丙烯酸甲酯（MMA）、甲基丙烯
年，自清洁涂层因具有降低后期的维护及人力成本、 酸羟乙酯（HEMA）、甲基丙烯酸硬脂酸酯（SMA）、
减少清洁过程及环境污染等优势，在新能源、高端 3-(丙烯酰氧基)丙基三异丙氧基硅烷（AC-76）和
装备、海洋工程及轨道交通等领域具有广阔的应用 2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯（FOEMA）通过自
前景 [2-5] 。尤其在轨道交通领域，中国高铁动车组清 由基聚合反应一步合成含有不同单体比例的聚合
1
洁普遍采用清洗剂清洗方式，技术含量较低，成本 物；通过 HNMR 和 FTIR 对聚合物结构进行表征，
较高。此外，人工清洁对车体面漆损伤较大，降低 测定不同单体比例对固化后涂层疏水性、透光率、
车漆使用寿命，车辆在高速运行过程中黏附的污渍 耐候性、抗污性及机械稳定性的影响，并在高铁动
难以清洁，严重影响轨道交通车辆的美观。所以， 车组上涂装应用，考察车身涂层的抗污性能。旨在
如何实现高铁动车组车身污渍简单便捷的去除是当 提供一种合成简单、耐候性高且稳定的自清洁涂层
前轨道交通领域的迫切需求。 的制备方法，同时为自清洁材料在轨道交通领域的
自清洁涂层主要是通过超疏水的荷叶模型 [6-7] 应用提供新思路。
[8]
或超滑猪笼草 模型来构建。荷叶模型主要是基于
表面的微纳结构和低表面能树脂材料构建 [6-7,9] ，而 1 实验部分
[8]
猪笼草模型主要是基于超滑的树脂材料构建 。前
1.1 试剂与仪器
者超疏水涂层表面与水滴接触角超过 150°，且具有
MMA（质量分数为 98%）、HEMA（质量分数
极低的滚动角（<5°），在外界扰动下，水滴会轻易
为 99%）、SMA（质量分数为 98%），安徽泽升科技
从其表面滚落，从而带走表面的污染物，实现自清
洁目的 [10-12] 。在构建超疏水表面的微纳结构时往往 有限公司；FOEMA（质量分数为 98%），上海迈瑞
尔生化科技有限公司；AC-76（质量分数为 98%），
需要添加疏水的有机或无机纳米颗粒以增加表面的
粗糙度 [13-14] ，但微纳结构的存在降低了涂层的光学 方舟（佛冈）化学材料有限公司；偶氮二异丁腈
性能，限制了其在高透光率应用场景的使用 [15] ；另 （AIBN，质量分数为 99%），北京百灵威科技有限
外，超疏水涂层的构建需要繁琐的合成步骤，成本 公司；六亚甲基二异氰酸酯（HDI，质量分数为
高，微纳结构机械稳定性较差，会进一步限制其在 99%）、乙酸丁酯（质量分数为 99%）、正己烷（质
实际生活中的应用。 量分数为 99%），上海阿拉丁生化科技股份有限公
为了解决这些问题，利用猪笼草模型构建具有 司；铋催化剂 NIAN MC-710，北京佰源化工有限公
自清洁特性的低表面能超滑表面吸引了人们的广泛 司；去离子水，自制。
关注 [16-19] 。由于构成超滑表面的低表面能材料或聚 AVANCE NEO 400 MHz 核磁共振波谱仪，德国
合物〔如聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚六氟环氧丙 Bruker 公司；Nicolet iS10 型傅里叶变换红外光谱仪，
烷、聚六氟环氧异丙烷〕在室温下表现为液体 [17,20] ， 美国 Thermo Fisher Scientific 公司；Zeiss Sigma 300
且具有动态脱湿特性，液体（极性和非极性）很容 型扫描电子显微镜，德国蔡司公司；DSA100 型接
易从这些表面滑落。除此之外，在多孔基材表面注入 触角测量仪，德国 Krüss 公司；UV-2450 型紫外-可
具有低表面能的液体（润滑油、硅油等）也可实现涂 见分光光度计，日本岛津公司；GPC-1515 型凝胶渗
层表面超滑的特性 [1,21-24] 。然而，这些涂层较脆弱，在 透色谱仪，美国 Waters 公司；UV 紫外线老化试验
外力下易被破坏，且光学清晰度较低，注入的液体易 箱，上海恒克仪器科技有限公司；XHRE-201D 型旋
在表面迁移。所以，如何构建高耐候性、高稳定性及 转蒸发仪，上海宵汉实业发展有限公司。