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STAY ON||耐沾污性建筑外墙涂料的研究

 丘山三也君 2022-02-13

STAY ON

耐沾污性建筑外墙涂料的研究

耐沾污性是考察建筑涂料性能的重要指标之一,针对目前建筑涂料特别是外墙涂料耐沾污性不太理想的现状,高耐沾污性的涂料受到了越来越多的关注。近年来,人们不断尝试开发制备耐沾污涂料的新方法,本文从涂膜沾污的原因出发,介绍了提高涂膜耐沾污性的几种方法以及国内外耐沾污涂料的研究现状。

一. 涂膜污染的原因

外墙涂料在使用的环境中,涂膜时刻遭受外界各种各样的污染。首先,大气中存在各种尘埃,飘浮着带有油性的烟雾;其次,随着我国工业的发展和家庭汽车的普及,排放的废气中含大量的污染物,这些污染物通过多种渠道和形式污染外墙涂层。

涂膜的污染可以分为附着性污染和吸入性污染2 种。前者指的是灰尘等污染物附着在涂膜的表面,而后者是指污染物在附着的基础上进入到涂膜的内部,相对于附着性污染,吸入性污染更难去除,涂膜的沾污通常是2 种情况都包括。因此,提高涂膜的耐沾污性主要是通过改善涂膜的表面性能使污染物难以吸附并容易除去,以及提高涂膜的致密性使污染物不易渗入2 个途径。

二. 提高涂膜耐沾污性的措施

涂膜性能由涂料的组成和结构决定,并受外界条件的影响。因此,提高涂料耐沾污性需根据涂膜被沾污的机理,从涂料的组成和结构两方面进行探讨。

01

提高玻璃化转变温度(Tg

涂料中的成膜基料一般为热塑性聚合物,涂膜表面粘度和硬度取决于聚合物的Tg,故涂料中聚合物Tg的高低是影响涂膜耐沾污性的最重要因素。聚合物的Tg 过低,涂层易高温返粘、易沾尘,造成装饰效果降低;聚合物Tg 过高,在常温下涂料不能有效地成膜,对施工不利,所以,聚合物玻璃化温度的大小对于涂膜耐沾污性和施工性是一对矛盾,配制涂料时,必须选择具有合适玻璃化温度的聚合物乳液。

02

降低涂膜表面张力

涂膜吸水性是造成涂膜被污染的重要原因之一。降低涂膜表面张力,就能降低涂膜的吸水性,降低涂膜对污染物的吸附性,从而提高其耐沾污性。

03

提高涂膜的致密性

从微观上看,涂膜含有大量的微孔,且表面比较粗糙,呈现出凹凸不平。空气中的尘埃在重力的作用下容易沉积其中,对涂层色彩产生不同程度的遮盖,下雨时,尘埃会随同雨水在毛细作用下侵入涂层,水分蒸发后,尘埃微粒继续留存于微孔内,这将会对涂膜的装饰效果产生“致命”的影响。因此,提高涂膜的致密度是改善涂膜耐沾污性的一个重要途径。可采取以下措施:

(1) 设置适当的颜料体积浓度(PVC)

(2) 使用遮盖性聚合物

(3) 易于渗透的硅溶胶成膜的使用

04

使用纳米技术

使用纳米材料可以制成耐沾污性能良好的外墙涂料。例如,某涂料利用纳米材料的疏水性、对紫外线的反射特性和氟碳乳液中氟碳链的耐化学性好,能够抵御光催化的氧化还原作用,使二者优势互补,得到新型水性高性能氟碳涂料。该涂料涂膜的微观结构有排列整齐的微孔,这些微孔在光合作用下会产生高活性羟基及电子空穴团,能够将污染物分解成H2O 和CO2,易被雨水冲刷干净,具有良好的耐沾污性和自洁性。

三. 耐沾污外墙涂料的理论研究及现状

目前,在改善外墙涂料耐沾污性方面,主要有荷叶效应、微粉化技术和光催化效应等。

01

荷叶效应

自然界很多植物叶子表面存在自清洁功能,最典型的就是荷叶。通过2 种方法可实现荷叶效应,一种是加入超强疏水剂,如氟硅类表面活性剂,使涂膜表面具有超低表面能,灰尘不易粘附;另外一种是模拟荷叶表面的凹凸微观结构设计涂膜表面,降低污染物与涂膜的接触面积,使污染物不能粘附在涂膜表面,而只能松散地堆积在涂膜表面,从而易于被雨水冲刷干净。目前,荷叶效应在指导人们进行超疏水自清洁表面设计方面取得了广泛的应用。

02

微粉化技术

微粉化技术的设计思路是:在设计外墙涂料配方时,加入适量的易粉化颜料,并选择适当的颜料体积浓度(PVC),使涂膜干燥后在表面逐渐产生轻微的粉化,经雨水冲洗后,墙面的污物将会和粉化层一起由表面脱落,从而使涂膜具有“自清洁”功能。自清洁的关键在于控制粉化,涂膜每年的粉化层大约为6~8 μm。其优点在于无论污染物是亲油还是亲水物,均会随雨水冲刷干净。

03

光催化效应

光催化效应是制备自清洁涂层最具吸引力的方法之一。光催化效应主要是利用半导体纳米粒子二氧化钛或二氧化钛与氧化硅的复合物光催化反应产生的高活性氧化-还原电子对对微生物细菌及油性污染物的分解作用,使涂层表面在雨水作用下能够自清洁。

STAY ON

涂料是一种复杂的材料体系,涂料的耐沾污性能受各种因素的影响。一方面,涂料的耐沾污性很大程度上取决于成膜物质的性能,如何通过化学分子结构设计以及先进的聚合技术制备具有高耐沾污性能的乳液体系是提升外墙涂料耐沾污性的关键。另一方面,通过合适种类填料的选择和适当的改性处理,结合纳米技术的使用,形成具有特定结构的涂膜在提高涂料的耐沾污性方面具有广阔的前景。

参考文献

[1] 李金辉. 耐沾污性建筑外墙涂料的研究[J].山东省科学院新材料研究所.上海涂料 2009(08):22-25+1 

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