許雄山

(上海鐵路局多元投資中心市場部，上海 200071)

無論是高鐵還是普通列車，車體保潔不僅是運輸設(shè)備保養(yǎng)的一部分，更是向旅客提供服務(wù)的一個重要組成部分，為旅客提供干凈、整潔的乘車環(huán)境。而高鐵的出現(xiàn)是中國經(jīng)濟發(fā)展、百姓物質(zhì)生活水平提高在出行方面的一個具體現(xiàn)。因此，向乘坐高鐵的旅客提供一個更高水平的保潔服務(wù)是鐵路客運歷史發(fā)展的必然。

然而，目前高鐵保潔仍沿用普通綠皮車所使用的人工和機械擦洗這一陳舊方法，技術(shù)含量低，所以高鐵保潔水平的提高主要是依靠人力投入的增加來實現(xiàn)。如上海局鐵路車輛工貿(mào)公司用于從事高鐵、動車保潔的外來雇工就達到2 000多人。因此，如何提高高鐵保潔的技術(shù)水平，做到不僅能夠節(jié)省人力、節(jié)電和節(jié)水，還能大大提高保潔水平，使之與現(xiàn)代化的運輸設(shè)備相適應(yīng)，與中國百姓物質(zhì)生活水平提高相和諧，這將是一個極具現(xiàn)實意義的研究課題。

1 日本高鐵列車的保潔服務(wù)現(xiàn)狀

日本是世界上運行高速鐵路最早的國家，自1964年3月第一條高鐵運行至今已有近50年的歷史。然而，據(jù)我們了解，至少目前其高鐵列車內(nèi)外壁的保潔還只考慮清洗方面，使用人工和機械擦洗的原始方法，而沒有從保潔方面去思考，應(yīng)用一些保潔技術(shù)，經(jīng)向南車四方股份有關(guān)技術(shù)人員查詢，其表面涂料為丙烯酸聚氨酯，不屬于自潔型或抗污染型涂料。有報道稱，2007年日本東海道新干線N700的新型高速列車將光催化技術(shù)應(yīng)用于車內(nèi)空氣凈化，2010年對光催化技術(shù)應(yīng)用于高鐵車窗的保潔進行了論證［1］。

總之，即便是高鐵運營時間最長的日本，其高鐵保潔總體上還停留在低級的清洗層面上，然而卻已經(jīng)有了向保潔層面上發(fā)展的趨勢。

2 我國高鐵列車的保潔服務(wù)現(xiàn)狀

經(jīng)核實查證，目前上海局在線運行的高鐵表面漆不屬于低表面能自潔型涂料。實際上，目前我國高鐵的保潔就是日本高鐵保潔的翻版，同樣是只注重清洗技術(shù)而忽視保潔技術(shù)，存在相同的問題，具體可表述為:(1)高鐵保潔服務(wù)仍然以清洗技術(shù)為主，沒有考慮保潔技術(shù)的應(yīng)用，沿用傳統(tǒng)的人工和機械擦洗方法，技術(shù)含量低，耗費大量工時，且對表面油漆損傷大，降低使用壽命;(2)因高速行駛，車體外表面會吸附大量灰塵，車體側(cè)面靠近地面部分有大量鐵銹色灰塵附著，車頭時常有小鳥或昆蟲撞擊的血跡和殘體，嚴(yán)重影響高鐵美觀，這些污染物的清洗耗費大量工時。

以8節(jié)1組的高鐵為例，平均1組高鐵日間外部保潔為4次，每次日間外部保潔費用為120元，庫內(nèi)保潔1次304元，每日8節(jié)1組高鐵外部保潔費用為784元，全年286 160元。上海局擁有動車和高鐵177組，如全部按8節(jié)編組計算，全年僅外部保潔費用就高達5 000多萬元。相比之下，普通綠皮車幾乎不進行日間外部保潔。如考慮到16節(jié)編組車，庫內(nèi)內(nèi)外部保潔，以及水電和洗滌劑等費用，上海局全年用于高鐵、動車的保潔費用估計在2億元以上(注:2億元/年為華鐵旅服與鐵路車輛工貿(mào)兩家公司高鐵、動車保潔部分的營業(yè)額之和，沒包括主業(yè)支出的水、電和材料費用)

綜上所述，目前我國高鐵列車保潔服務(wù)也是以清洗技術(shù)為主，技術(shù)含量低，成本高，這與我國強勁的高鐵發(fā)展趨勢不相適應(yīng)。

3 可用于我國高鐵保潔服務(wù)的新技術(shù)

在這里，首先要區(qū)分兩個概念:保潔技術(shù)和清洗技術(shù)。

保潔技術(shù)是指用經(jīng)過處理后使污染微粒不沾附，或很少沾附，或即便是沾附也容易從固體表面清洗下來的技術(shù)。清洗技術(shù)就是指將沾附于固體表面微粒清洗下來的技術(shù)。這兩方面的研究涉及分子粘附力學(xué)、分子動力學(xué)、熱力學(xué)和表面物理化學(xué)等多個學(xué)科［2，3］。

據(jù)文獻檢索，我們發(fā)現(xiàn)技術(shù)研究的發(fā)展呈現(xiàn)出由上世紀(jì)90年代注重清洗技術(shù)到目前注重保潔技術(shù)的趨勢［2］。經(jīng)過篩選對比，我們認(rèn)為，如下兩類保潔技術(shù)適合在高鐵保潔服務(wù)運用。其中應(yīng)該著重強調(diào)的是，低表面能自清潔涂料是一個突破口，它的引進和應(yīng)用將很有可能使我國的高鐵保潔服務(wù)達到一個新水平。

3.1 低表面能自清潔涂料

一般認(rèn)為，涂料的表面能低于25 mJ/m2，或涂料與液體的接觸角大于98°時，涂料才具有優(yōu)良的防污性能和脫附清洗效果［6］。

3.1.1 自清潔機理

低表面能涂料的自清潔效果來源于4個方面:低表面能、低彈性模量、涂層厚度和光滑度。其中主要因素是低表面能，它的大小直接影響與其接觸微粒的沾附情況，如為液體則影響液滴在表面的潤濕程度，表面能越低，污物微粒黏附力越弱，或含污物的液體越不潤濕而易脫離。

因此，對于昆蟲和小鳥撞擊殘體等以水為分散介質(zhì)的污染物，一方面不容易附著于固體表面，另一方面，即便是附著上去也是少量的，而且容易被水洗脫下來。對于塵土等干性微粒，可能會因靜電力、范德華力或毛細(xì)力等作用力附著上去，但這些作用力不屬于化學(xué)鍵力，強度弱，而且大多屬于水可浸潤、分散的物質(zhì)，所以這些干性微粒很容易被水洗脫。

低表面能涂料在軍艦底部防海洋生物附著和兵器防結(jié)冰方面有比較成功的應(yīng)用［7，8］，而且現(xiàn)在已經(jīng)開始由軍用逐漸轉(zhuǎn)向橋梁、建筑等民用。例如，2001年日本建成的世界上第一座浮體式可動橋——夢舞大橋，其拱形部分就采用了自清潔氟碳涂料，橋梁外觀至今光亮如新［14］。

依據(jù)組成，它可分為有機氟系列、有機硅氟樹脂系列、有機硅改性樹脂和氟碳系列等種類［9，10］。

3.1.2 效果顯現(xiàn)和適用性

低表面能涂料表面膜低自由能的狀況是恒定的，不受光照等外界因素的影響，因而其抗污自潔能力是即時表現(xiàn)、時刻具備的，而且不受被水分散污物量的限制，適用于短時間內(nèi)大量污物出現(xiàn)的場合。

因此，低表面能涂料適用于高鐵列車全部內(nèi)外壁的保潔。但考慮到在車頭部存在大量昆蟲、小鳥等小動物瞬間撞擊后殘體、血跡的附著，以及在車體外側(cè)下部存在大量干性鐵銹色塵埃微粒短時間內(nèi)黏附，低表面能涂料在這些區(qū)域使用尤為適合。用在車廂內(nèi)部，可以防止人為涂鴉和粘貼，并易于清洗。

另外，由于低表面能涂料的這種保潔效果，完全可以用于防止普通列車車廂兩端外壁下部大量人體排泄物的黏附。這是一個至今未能很好解決的問題，列車進站時車體骯臟，且在入庫清洗時因污物干結(jié)(在北方冬季還會結(jié)凍)而難以清洗。這不僅與干凈整潔的車站環(huán)境不協(xié)調(diào)，與中國百姓日益提高的物質(zhì)生活水平也不和諧。

3.1.3 安全性等可能出現(xiàn)的問題及應(yīng)對

該種涂料對人安全，也不會對被保護面造成損傷，即不存在安全問題。

3.2 光催化涂料

光催化涂料以納米二氧化鈦(TiO2)最為典型。

3.2.1 自清潔機理

納米二氧化鈦(TiO2)光催化涂料的自清潔性來源于兩個方面:

(1)紫外線(一般波長小于387 nm的紫外線)激發(fā)的強氧化還原反應(yīng)。這一特點使得光催化涂料具有優(yōu)良的殺菌、消毒、除臭、自潔和空氣凈化效能［4，5］。

(2)超親水性的形成。同樣是在紫外光激發(fā)下膜表面會形成了高度親水的微區(qū)，表現(xiàn)出超親水性。這一性質(zhì)可以使水分子能夠潛入固體表面與黏附在其上的污染微粒之間形成水膜，削弱污染微粒的黏附力而容易被清洗脫離［4，5］。

3.2.2 效果顯現(xiàn)和適用性

正是由于上述機理，光催化涂料自潔效果的顯現(xiàn)具有如下特點:

第一，盡管納光催化涂料具有優(yōu)良的自清潔性，但這種性能只有在紫外光激發(fā)之后才會顯現(xiàn)，隨著紫外光消失或減弱其效果也會相應(yīng)消失或減弱。如果固體表面短時間內(nèi)被大量污染物全覆蓋，且覆蓋期間超過激發(fā)狀態(tài)的維持時間，則該涂料失去自清潔作用，必須借組外力清洗。第二，光催化涂料的氧化還原作用是在納米尺度上發(fā)生的，對有機污染物的分解作用緩慢，其效果顯現(xiàn)是長期的，即黏附的有機污染微粒不會瞬間消失，而是在一段時間內(nèi)緩慢消失。第三，光催化涂料的超親水性可以使吸附的無機灰塵微粒因自然雨水或人工噴淋而被瞬間洗脫，但條件是必須先被紫外線激發(fā)形成二元微相分離結(jié)構(gòu)，表面膜的這種激發(fā)狀態(tài)在無光照條件下可以維持幾小時或幾天［4，5］。

因此，光催化涂料適用于微量污染物逐漸黏附的情況，適合用于高鐵車體外側(cè)包括車窗和頂部等區(qū)域。在日本，光催化涂料已被應(yīng)用于車站站屋的白色穹頂，在新干線車窗上的使用也在探討之中［1］。

基于納米二氧化鈦(TiO2)光催化原理的空氣凈化技術(shù)是目前空氣消毒技術(shù)中效果最理想的種類，已被用于醫(yī)療外科手術(shù)室內(nèi)的空氣消毒［1］，可以將空氣中的全部有機污染物、漂浮病毒和病菌全部氧化分解，從而去除異味，阻斷以空氣為媒介的疾病傳播。這方面的技術(shù)已經(jīng)成熟，有許多成型的產(chǎn)品投入市場，完全可用于高鐵的空氣凈化。據(jù)報道，該技術(shù)已經(jīng)在日本東海道新干線N700的新型高速列車應(yīng)用［1］。

另外，由于光催化涂料的這種自清潔效果，它還被用于防止高壓電力系統(tǒng)污閃的發(fā)生，可以提高輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性［11］。

3.2.3 安全性等可能出現(xiàn)的問題及應(yīng)對

由于光催化涂料能氧化分解所有有機物，那么必然存在對人造成損傷的可能，即光催化涂料的使用存在安全問題。對此，我們認(rèn)為，在正式使用前應(yīng)該按照已有的中華人民共和國衛(wèi)生部2002年頒發(fā)的《消毒技術(shù)規(guī)范》中有關(guān)消毒劑的分類［12］，以正常使用的極端脫出量為污染劑量進行嚴(yán)格的毒理學(xué)測試，以篩選合適的產(chǎn)品和恰當(dāng)?shù)氖褂梅椒ā?/p>

另外，TiO2納米微粒會出現(xiàn)二次凝聚現(xiàn)象，這會導(dǎo)致涂料失效，所以其制劑的分散技術(shù)要求很高，這是市場上一些產(chǎn)品質(zhì)量時常表現(xiàn)不佳的主要原因。再有，如果被覆蓋物是有機物，處理不當(dāng)光催化涂料會給覆蓋表面造成損傷。對此，我們認(rèn)為，在選擇產(chǎn)品時，應(yīng)盡量選擇有雄厚科研實力或國家級研究單位技術(shù)轉(zhuǎn)讓的公司的產(chǎn)品，同時還要進行為期1年的嚴(yán)格篩選實驗。

［1］ 中田 一彌 .日本における光觸媒の応用［DB/OL］.Science Poral China網(wǎng)站 http://www.spc.jst.go.jp，2010－04－07.

［2］ 牛心悅，吳超.固體表面保潔技術(shù)研究進展［J］.清洗世界，2011，27(1):16－26.

［3］ 李明.固體微顆粒粘附與清除的機理及表面保潔技術(shù)的研究［D］.長沙:中南大學(xué)，2009.

［4］ 張曉勇，許德平，王永剛.TiO2光催化材料的超親水性原理及應(yīng)用［J］.山西化工，2004，24(3):9－12.

［5］ 劉太奇，操彬彬，王晨.納米 TiO2自清潔材料的研究進展.《新技術(shù)新工藝》·熱加工工藝與材料研究，2010 (10):73－76.

［6］ Lindner，Elek.A low surface free energy approach in the control of marine biofouling［J］.Biofouling，1992，6(2): 193－205.

［7］ 桂泰江，王科.低表面能海洋防腐涂料的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝，2010，13(11):32－35.

［8］ 鄭群鎖.低表面能防污涂料的進展［J］.材料開發(fā)與應(yīng)用，2001，16(1):33－35.

［9］ 康永，柴秀娟.低表面能防污涂料［J］.涂料與電鍍，2010 (12):13－15，23.

［10］ 屈小偉，龔海龍.氟碳涂料的發(fā)展與應(yīng)用探討［J］.科學(xué)資訊，2010(21):104.

［11］ 付賢智，李旦振.中國の光觸媒技術(shù)応用の現(xiàn)狀及び展望［DB/OL］ .Science Poral China 網(wǎng) 站 http:// www.spc.jst.go.jp，2010－0 4－26.

［12］ 中華人民共和國衛(wèi)生部.消毒技術(shù)規(guī)范［Z］.2002.

［13］ 桂泰江，王科.低表面能海洋防腐涂料的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝，2010，13(11):32－35.