自清洁涂料的研究思路与现状_周海鸥

HINA COATINGS 2006.05中国涂料C耐沾污性一直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情况，具有自清洁功能的涂料受到了越来越多的关注。但长期以来，自洁外墙的概念经常是消极地与粉化外墙联系在一起。但粉化自洁系统的缺点非常明显，首先它会降低涂膜厚度，使涂膜失去光彩，而且粉化不均匀还会造成涂膜发花的现象，对深色涂料尤其明显。因此，人们不断尝试开发制备自清洁涂料的新方法，本文从涂膜耐沾污的基本原理出发，介绍了提高涂膜耐沾污性的几种方法以及国内外自清洁涂料的研究现状。１　提高涂膜耐沾污性的基本原理一般来说，涂膜的沾附污染可以分为附着性污染和吸入性污染两种。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。涂膜的沾污通常是两种情况都包括。因此提高涂膜的耐沾污性主要是通过改善涂膜的表面性质使之对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这两个基本途径。针对这两个途径，可以通过基料分子结构的设计、配方的调整、助剂的选择等具体的方法来提高涂膜耐沾污性。但是由于影响涂膜的耐沾污性的因素比较复杂，人们提出了不同的耐沾污机理并开发出相应的产品。２　改善涂膜表面性质提高涂膜的耐沾污性，首先应该改善涂膜的表面特性使之不易沾附尘埃等污染物。影响涂膜对污染摘要：介绍了提高涂膜耐沾污性的主要原理，提出从改善涂膜表面性质和提高涂膜致密性两方面来提高涂膜的耐沾污性的一些思路，并介绍了目前国内外制备耐沾污涂料的主要方法和相关的产品。关键词：建筑涂料；自清洁；耐沾污；玻璃化转变温度；水敏感性；致密性中图分类号：ＴＱ６３０ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－２５５６（２００６）０５－００３４－０３自清洁涂料的 研究思路与现状周海鸥，孙　梅（安徽省建筑工业学院材料系，合肥２３００２２）物吸附的因素有很多，主要包括涂膜的玻璃化转变温度，表面硬度、水敏感性、表面形态、表面电阻等。２．１　提高玻璃化转变温度对于乳胶型涂料而言，由于基料大多为热塑性聚合物，其玻璃化转变温度对涂膜的耐沾污性影响很大，而玻璃化转变温度，表面硬度以及黏度是紧密相连的，玻璃化转变温度越高，涂膜表面硬度越大，黏度降低，耐沾污性也会相应的提高，这一点已被很多试验确认。因此可以在合成基料聚合物的过程中，综合价格等其他因素，适当调整配方，得到玻璃化转变温度适宜的基料聚合物。具体的方法可以采用软单体和硬单体嵌段或接枝共聚，通过适当调整软、硬段的比例以达到控制玻璃化温度的目的。黄可知等［１］

采用三甲基氯硅烷改性后的ＭＡＴＳ和丙烯酸酯类化合物为共聚单体，合成出了有机硅质量分数达３５％的硅丙乳液，通过引入有机硅氧烷链提高了涂膜的表面硬度和防粘污能力，以此乳液为基料配制的乳胶涂料具有优良的耐候性、耐水性、耐擦洗性和耐沾污性等性能。２．２　采用梯度技术自分层理论的创立和应用始于２０世纪７０年代，Ｆｕｎｋｅ提出涂料中不相容高聚物的机械共聚物自动分层以提高涂料性能观点。利用该原理，将不同性能的多种成膜物组成的涂料体系一次涂覆在基层上，在介质的挥发和固化过程中，能自发的产生组分的分离和迁移而形成涂膜组分逐渐变化的梯度涂层。张人韬［２］以氟硅树脂和无氟树脂共混改性，制备出自分层梯度涂料。该涂料的自分层是由含氟和无氟的不相容树脂在两个界面间呈梯度分布形成的，制得的涂料基层有着良好的粘附力，而表面却具有很低

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的表面能，使得一般的污染物难以粘附上去。２．３　改变涂膜的水敏感性涂膜的水敏感性也是影响其耐沾污性的一个重要因素，但在涂膜的水敏感性与耐沾污性之间的关系上却存在着不同的看法，人们提出了不同的水敏感性影响耐沾污性的机理，研制出性能各异的耐沾污涂料。一种观点认为疏水的表面比亲水的耐污染性更好。该观点认为，导致外用涂料污染的主要原因是雨水夹带着空气中的尘埃落到涂膜表面并且细小的污染物粒子随雨水通过涂膜上的孔隙进入到涂膜内部而污染涂膜，同时涂膜被水浸泡软化也使其更容易吸附空气中的污染物［３］；对于内墙涂料，则是由于涂膜上吸附的污染物被空气中的水蒸气在毛细管力的作用下带入涂膜内部［４］。根据水对造成涂膜污染所起的作用，因而认为提高涂膜的疏水性有助于提高涂膜的耐沾污性。根据这种思想，已有一些产品被开发出来。在自然界中，很多植物都具有优化自洁功能，德国波恩大学植物学教授Ｗ．Ｂａｒｔｂｌｏｔｔ［５］研究了具有拒水保洁性能的荷花叶子结构，发现在其表面存在直径约０．１～０．３μｍ的蜡晶，这种表面的特殊结构，使得其几乎不能被水润湿，污染物不能粘附在整个叶子表面，而只能松散地积在表面凹陷处，随雨水而冲掉，达到自洁的作用。Ｗ．Ｂａｒｔｂｌｏｔｔ从仿生学的角度出发，成功地把荷叶效应移植到外墙涂料系统，开发了微结构有机硅乳胶漆。这种乳胶漆采用具有持久憎水性的乳化剂有机硅乳液等一些专门物质，从而使其涂膜具有荷叶的表面结构，达到拒水保洁功能。目前类似的产品也有很多被开发出来，主要都是基于使表面疏水这一原理，但如果污染物也是疏水的，特别是对于有机污染物而言，该类涂料的耐沾污性却不太理想。因此另一种观点认为，涂膜的疏水性会导致耐沾污能力的下降。根据这种观点，人们开发出亲水性的自清洁涂料，主要以二氧化钛光催化自清洁涂层为主。该涂料利用二氧化钛的光催化性和超亲水性，将二氧化钛溶胶引入涂料中，涂层中的表面二氧化钛在表面和空气中的水分存在的条件下催化表面的有机物产生很多氢氧基团，使表面具有超亲水性，一旦表面被油污污染，由于表面的超亲水性，使得油污不容易附着，可在外部风力，雨水冲洗以及自重的作用下脱落下来而达到自清洁的作用。同时，涂层表面丰富且均匀分布的ＴｉＯ２还可以催化分解油污和尘埃使之更容易被雨水冲走。罗仲宽［６］等用ＴｉＯ２溶胶与硅丙乳液复合，可以制成亲水性自洁涂层，在该复合液中当ＴｉＯ２溶胶的质量分数为１０％～２０％时，其涂层具有很好的超亲水特性：该涂层经ＵＶ光照射３０～６０　ｒａｉｎ，或阳光照射２～５　ｈ后，亲水角可降低至４°左右，表面呈现自洁特性。实际上，由于污染物性质的不同，涂膜的水敏感性对耐沾污性的影响也不是绝对的，不能简单的以一种机理概括。在实践使用中应该根据具体的情况，特别是涂膜的使用环境中主要污染物的种类来决定采用何种方式提高涂膜的耐沾污性。

３　提高涂膜的致密性涂膜的致密性不好是造成吸入性污染的重要原因，由于涂膜中存在大量的微细孔隙，在脏物粘附于涂膜表面时，就会在毛细管效应的作用下，以空气中的水蒸气为介质被吸附进涂膜中［７］。特别是对外墙涂料而言，雨水会直接夹带着空气中的尘埃落到漆膜表面并侵入到涂层内部，随着水的蒸发，污染物就被永久的留在漆膜内。因此，降低涂膜的孔隙率，提高涂膜的致密性对于改善涂膜的耐沾污性是非常重要的。涂膜的致密性与涂料的颜料体积浓度（ＰＶＣ）有很大关系，当涂膜的ＰＶＣ值高于临界ＰＶＣ值时，这时涂膜中基料含量较低，涂膜为多孔结构，耐沾污性会大大降低［８］，这与通常认为的粗糙多孔的表面比光滑无孔的表面难以清洁是相一致的。但即使在临界ＰＶＣ以下，涂膜也会存在空气孔洞，甚至乳胶清漆也存在气孔，研究发现过滤之后的雨水，还对漆膜造成污染，这说明即使尘垢粒子的大小是胶体级这样小的粒子仍可被水带入涂膜表面的孔隙中。因此，还可采用低黏度的超细二氧化硅水浆对涂层表面进行处理。涂膜表面用这种水浆处理后，理论上超细的二氧化硅颗粒可以填充涂膜敞开的孔隙，因而减少了积尘沾污。这种处理方法对砂粒型乳胶漆极为有效，因为这种漆之ＰＶＣ刚好是在ＣＰＶＣ以上，涂膜显示出典型的多孔隙表面［９］。

４ 结 语除了以上情况，影响涂膜耐沾污性的因素还有很多，而且这些因素之间又相互联系、相互影响，在研究过程中需要综合考虑。随着科学技术的不断发展，一定会有更多性能更加优越的耐沾污涂料被开发出来。参考文献［１］　黄可知，熊焰，龚芸，等．有机硅丙烯酸酯超耐候性外 墙涂料的研制［Ｊ］．华中科技大学学报，２００３（７）：９３－９７［２］　张人韬．水性氟硅涂料及其自分层效果研究［Ｊ］．新型建 筑材料，２００２（６）：１９－２１

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中涂颜色最好与面漆相近。１．１１　发白现象涂膜干后返白失光或产生无光斑点的现象称为发白。主要是由于施工环境湿度太大（相对湿度＞８０％）和溶剂挥发太快而使涂膜表面温度急剧下降，致使水汽凝集在涂膜上，从而使树脂或纤维素酯沉淀出来造成发白现象，一般快干挥发型涂料（热塑性丙烯酸等）中，由于含有大量低沸点溶剂和稀释剂，所以容易产生发白现象。若加入防潮剂和适量高沸点慢挥发强溶剂以调整溶剂配方，或改善施工环境，除去压缩空气中的水分，定期排放空气压缩机和油水分离机的油水等均可防止发白现象。被涂覆物表面温度太低，将塑料工件加热到高于环境温度１０℃也可以减弱发白现象。１．１２　铝粉漆色调不均匀铝粉闪光漆是具有奇特装饰效果的高装饰性涂料，对施工工艺要求非常高，施工不当容易出现色调不均匀、闪光效果差等缺陷。其原因主要为：（１）金属闪光涂料中铝粉含量太低，遮盖力较差，涂料的定膜能力差；涂膜的表干时间太长。可在铝粉涂料中加入铝粉定位剂或醋酸纤维素酯解决铝粉在涂膜中的定位问题。（２）底色漆喷的太薄或者漏喷、现露底色。（３）底色喷的太厚，且涂膜薄厚不均匀。（４）“湿碰湿”工艺的间隔时间太短，应待底漆喷涂后静置些时间再喷涂面漆。（５）喷涂时空气压力太低，涂料雾化不良或空气压力太高，使片状铝粉变形。而且喷涂时操作人员走枪方式不对或喷涂不均匀也会造成此问题。闪光铝粉漆应该采用较低施工固体分和施工黏度喷涂，使用专用喷枪均匀喷薄，以约８μｍ干膜厚度喷涂二道，并经充分闪干后再喷涂清漆。１．１３　附着力问题（剥落现象）这是由于涂膜附着力或层间结合力很差，造成局部甚至是全部涂膜剥落的现象。造成剥落的原因为：（１）喷涂前底材处理不当，表

面残留油污、水或脱膜剂，或有色金属未进行适宜的表面处理。（２）底材表面太光滑。（３）底涂层放置太久，重涂间隔周期太长或涂层烘烤过度，影响自身附着力和层间结合力。（４）旧涂膜表面未打磨直接再涂漆。（５）底、面涂料不配套，造成层间结合力差。（６）底漆涂层含有硅油类助剂、表面张力过于低，影响重涂涂膜的浸湿结合。（７）塑料表面的预涂底漆品种选用不当。１．１４　慢干和返黏现象涂料施工后，涂膜在规定时间内不干或干后回黏的现象称为慢干和返黏。其原因：（１）涂料中溶剂挥发性差。（２）底漆未干透就涂面漆。（３）施工湿度太大，气温太低。（４）涂料中混入其他杂质或催干剂添加量不够和固化剂配比错误也是不干的原因。