关于在高铁等客运列车保洁服务中应用新技术的探讨

许雄山

(上海铁路局多元投资中心市场部，上海 200071)

无论是高铁还是普通列车，车体保洁不仅是运输设备保养的一部分，更是向旅客提供服务的一个重要组成部分，为旅客提供干净、整洁的乘车环境。而高铁的出现是中国经济发展、百姓物质生活水平提高在出行方面的一个具体现。因此，向乘坐高铁的旅客提供一个更高水平的保洁服务是铁路客运历史发展的必然。

然而，目前高铁保洁仍沿用普通绿皮车所使用的人工和机械擦洗这一陈旧方法，技术含量低，所以高铁保洁水平的提高主要是依靠人力投入的增加来实现。如上海局铁路车辆工贸公司用于从事高铁、动车保洁的外来雇工就达到2 000多人。因此，如何提高高铁保洁的技术水平，做到不仅能够节省人力、节电和节水，还能大大提高保洁水平，使之与现代化的运输设备相适应，与中国百姓物质生活水平提高相和谐，这将是一个极具现实意义的研究课题。

1 日本高铁列车的保洁服务现状

日本是世界上运行高速铁路最早的国家，自1964年3月第一条高铁运行至今已有近50年的历史。然而，据我们了解，至少目前其高铁列车内外壁的保洁还只考虑清洗方面，使用人工和机械擦洗的原始方法，而没有从保洁方面去思考，应用一些保洁技术，经向南车四方股份有关技术人员查询，其表面涂料为丙烯酸聚氨酯，不属于自洁型或抗污染型涂料。有报道称，2007年日本东海道新干线N700的新型高速列车将光催化技术应用于车内空气净化，2010年对光催化技术应用于高铁车窗的保洁进行了论证［1］。

总之，即便是高铁运营时间最长的日本，其高铁保洁总体上还停留在低级的清洗层面上，然而却已经有了向保洁层面上发展的趋势。

2 我国高铁列车的保洁服务现状

经核实查证，目前上海局在线运行的高铁表面漆不属于低表面能自洁型涂料。实际上，目前我国高铁的保洁就是日本高铁保洁的翻版，同样是只注重清洗技术而忽视保洁技术，存在相同的问题，具体可表述为:(1)高铁保洁服务仍然以清洗技术为主，没有考虑保洁技术的应用，沿用传统的人工和机械擦洗方法，技术含量低，耗费大量工时，且对表面油漆损伤大，降低使用寿命;(2)因高速行驶，车体外表面会吸附大量灰尘，车体侧面靠近地面部分有大量铁锈色灰尘附着，车头时常有小鸟或昆虫撞击的血迹和残体，严重影响高铁美观，这些污染物的清洗耗费大量工时。

以8节1组的高铁为例，平均1组高铁日间外部保洁为4次，每次日间外部保洁费用为120元，库内保洁1次304元，每日8节1组高铁外部保洁费用为784元，全年286 160元。上海局拥有动车和高铁177组，如全部按8节编组计算，全年仅外部保洁费用就高达5 000多万元。相比之下，普通绿皮车几乎不进行日间外部保洁。如考虑到16节编组车，库内内外部保洁，以及水电和洗涤剂等费用，上海局全年用于高铁、动车的保洁费用估计在2亿元以上(注:2亿元/年为华铁旅服与铁路车辆工贸两家公司高铁、动车保洁部分的营业额之和，没包括主业支出的水、电和材料费用)

综上所述，目前我国高铁列车保洁服务也是以清洗技术为主，技术含量低，成本高，这与我国强劲的高铁发展趋势不相适应。

3 可用于我国高铁保洁服务的新技术

在这里，首先要区分两个概念:保洁技术和清洗技术。

保洁技术是指用经过处理后使污染微粒不沾附，或很少沾附，或即便是沾附也容易从固体表面清洗下来的技术。清洗技术就是指将沾附于固体表面微粒清洗下来的技术。这两方面的研究涉及分子粘附力学、分子动力学、热力学和表面物理化学等多个学科［2，3］。

据文献检索，我们发现技术研究的发展呈现出由上世纪90年代注重清洗技术到目前注重保洁技术的趋势［2］。经过筛选对比，我们认为，如下两类保洁技术适合在高铁保洁服务运用。其中应该着重强调的是，低表面能自清洁涂料是一个突破口，它的引进和应用将很有可能使我国的高铁保洁服务达到一个新水平。

3.1 低表面能自清洁涂料

一般认为，涂料的表面能低于25 mJ/m2，或涂料与液体的接触角大于98°时，涂料才具有优良的防污性能和脱附清洗效果［6］。

3.1.1 自清洁机理

低表面能涂料的自清洁效果来源于4个方面:低表面能、低弹性模量、涂层厚度和光滑度。其中主要因素是低表面能，它的大小直接影响与其接触微粒的沾附情况，如为液体则影响液滴在表面的润湿程度，表面能越低，污物微粒黏附力越弱，或含污物的液体越不润湿而易脱离。

因此，对于昆虫和小鸟撞击残体等以水为分散介质的污染物，一方面不容易附着于固体表面，另一方面，即便是附着上去也是少量的，而且容易被水洗脱下来。对于尘土等干性微粒，可能会因静电力、范德华力或毛细力等作用力附着上去，但这些作用力不属于化学键力，强度弱，而且大多属于水可浸润、分散的物质，所以这些干性微粒很容易被水洗脱。

低表面能涂料在军舰底部防海洋生物附着和兵器防结冰方面有比较成功的应用［7，8］，而且现在已经开始由军用逐渐转向桥梁、建筑等民用。例如，2001年日本建成的世界上第一座浮体式可动桥——梦舞大桥，其拱形部分就采用了自清洁氟碳涂料，桥梁外观至今光亮如新［14］。

依据组成，它可分为有机氟系列、有机硅氟树脂系列、有机硅改性树脂和氟碳系列等种类［9，10］。

3.1.2 效果显现和适用性

低表面能涂料表面膜低自由能的状况是恒定的，不受光照等外界因素的影响，因而其抗污自洁能力是即时表现、时刻具备的，而且不受被水分散污物量的限制，适用于短时间内大量污物出现的场合。

因此，低表面能涂料适用于高铁列车全部内外壁的保洁。但考虑到在车头部存在大量昆虫、小鸟等小动物瞬间撞击后残体、血迹的附着，以及在车体外侧下部存在大量干性铁锈色尘埃微粒短时间内黏附，低表面能涂料在这些区域使用尤为适合。用在车厢内部，可以防止人为涂鸦和粘贴，并易于清洗。

另外，由于低表面能涂料的这种保洁效果，完全可以用于防止普通列车车厢两端外壁下部大量人体排泄物的黏附。这是一个至今未能很好解决的问题，列车进站时车体肮脏，且在入库清洗时因污物干结(在北方冬季还会结冻)而难以清洗。这不仅与干净整洁的车站环境不协调，与中国百姓日益提高的物质生活水平也不和谐。

3.1.3 安全性等可能出现的问题及应对

该种涂料对人安全，也不会对被保护面造成损伤，即不存在安全问题。

3.2 光催化涂料

光催化涂料以纳米二氧化钛(TiO2)最为典型。

3.2.1 自清洁机理

纳米二氧化钛(TiO2)光催化涂料的自清洁性来源于两个方面:

(1)紫外线(一般波长小于387 nm的紫外线)激发的强氧化还原反应。这一特点使得光催化涂料具有优良的杀菌、消毒、除臭、自洁和空气净化效能［4，5］。

(2)超亲水性的形成。同样是在紫外光激发下膜表面会形成了高度亲水的微区，表现出超亲水性。这一性质可以使水分子能够潜入固体表面与黏附在其上的污染微粒之间形成水膜，削弱污染微粒的黏附力而容易被清洗脱离［4，5］。

3.2.2 效果显现和适用性

正是由于上述机理，光催化涂料自洁效果的显现具有如下特点:

第一，尽管纳光催化涂料具有优良的自清洁性，但这种性能只有在紫外光激发之后才会显现，随着紫外光消失或减弱其效果也会相应消失或减弱。如果固体表面短时间内被大量污染物全覆盖，且覆盖期间超过激发状态的维持时间，则该涂料失去自清洁作用，必须借组外力清洗。第二，光催化涂料的氧化还原作用是在纳米尺度上发生的，对有机污染物的分解作用缓慢，其效果显现是长期的，即黏附的有机污染微粒不会瞬间消失，而是在一段时间内缓慢消失。第三，光催化涂料的超亲水性可以使吸附的无机灰尘微粒因自然雨水或人工喷淋而被瞬间洗脱，但条件是必须先被紫外线激发形成二元微相分离结构，表面膜的这种激发状态在无光照条件下可以维持几小时或几天［4，5］。

因此，光催化涂料适用于微量污染物逐渐黏附的情况，适合用于高铁车体外侧包括车窗和顶部等区域。在日本，光催化涂料已被应用于车站站屋的白色穹顶，在新干线车窗上的使用也在探讨之中［1］。

基于纳米二氧化钛(TiO2)光催化原理的空气净化技术是目前空气消毒技术中效果最理想的种类，已被用于医疗外科手术室内的空气消毒［1］，可以将空气中的全部有机污染物、漂浮病毒和病菌全部氧化分解，从而去除异味，阻断以空气为媒介的疾病传播。这方面的技术已经成熟，有许多成型的产品投入市场，完全可用于高铁的空气净化。据报道，该技术已经在日本东海道新干线N700的新型高速列车应用［1］。

另外，由于光催化涂料的这种自清洁效果，它还被用于防止高压电力系统污闪的发生，可以提高输电系统的安全稳定性［11］。

3.2.3 安全性等可能出现的问题及应对

由于光催化涂料能氧化分解所有有机物，那么必然存在对人造成损伤的可能，即光催化涂料的使用存在安全问题。对此，我们认为，在正式使用前应该按照已有的中华人民共和国卫生部2002年颁发的《消毒技术规范》中有关消毒剂的分类［12］，以正常使用的极端脱出量为污染剂量进行严格的毒理学测试，以筛选合适的产品和恰当的使用方法。

另外，TiO2纳米微粒会出现二次凝聚现象，这会导致涂料失效，所以其制剂的分散技术要求很高，这是市场上一些产品质量时常表现不佳的主要原因。再有，如果被覆盖物是有机物，处理不当光催化涂料会给覆盖表面造成损伤。对此，我们认为，在选择产品时，应尽量选择有雄厚科研实力或国家级研究单位技术转让的公司的产品，同时还要进行为期1年的严格筛选实验。

［1］ 中田 一弥 .日本における光触媒の応用［DB/OL］.Science Poral China网站 http://www.spc.jst.go.jp，2010－04－07.

［2］ 牛心悦，吴超.固体表面保洁技术研究进展［J］.清洗世界，2011，27(1):16－26.

［3］ 李明.固体微颗粒粘附与清除的机理及表面保洁技术的研究［D］.长沙:中南大学，2009.

［4］ 张晓勇，许德平，王永刚.TiO2光催化材料的超亲水性原理及应用［J］.山西化工，2004，24(3):9－12.

［5］ 刘太奇，操彬彬，王晨.纳米 TiO2自清洁材料的研究进展.《新技术新工艺》·热加工工艺与材料研究，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现状和发展趋势［J］.现代涂料与涂装，2010，13(11):32－35.

［8］ 郑群锁.低表面能防污涂料的进展［J］.材料开发与应用，2001，16(1):33－35.

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

［10］ 屈小伟，龚海龙.氟碳涂料的发展与应用探讨［J］.科学资讯，2010(21):104.

［11］ 付賢智，李旦振.中国の光触媒技術応用の現状及び展望［DB/OL］ .Science Poral China 网 站 http:// www.spc.jst.go.jp，2010－0 4－26.

［12］ 中华人民共和国卫生部.消毒技术规范［Z］.2002.

［13］ 桂泰江，王科.低表面能海洋防腐涂料的现状和发展趋势［J］.现代涂料与涂装，2010，13(11):32－35.