憎水保洁的微结构外墙乳胶漆———仿生学在建筑涂料中的应用

data-full-width-responsive="true"> 1 引言由于受到环境各种各样因素的影响,外墙面往往被污染。因此,人们一直在探求能保持外墙干燥清洁的涂料。长期以来,自洁外墙的概念总是消极地与粉化外墙涂料的概念联系在一起。尤其在深色涂料方面,粉化自洁系统的缺点日见明显。它使涂膜失去光彩,并造成发花现象。德国波恩大学植物学教授W Bart blot t 研究了具有拒水保洁性能的荷花叶子结构,开发了具有显微结构和憎水表面的有机硅外墙乳胶漆。2 微结构有机硅乳胶漆在荷叶的结构研究和硅树脂外墙涂料的实际使用基础上,开发了微结构有机硅乳胶漆。2 1 荷叶等植物表面状况分析优化的自洁功能已在自然界存在,这是因植物表面具有很好的憎水性,并实际上是不能湿润的,这是植物长期演变的结果。由于许多植物叶子表面的特殊结构和憎水机构,所以它们能随雨水而自洁。污染物不能沾附在整个表面,而只能松散地积在表面凸起处,这些污染物随雨水而冲掉,因此叶子是非常干净的。由于表面几乎不能湿润,所以含尘雨水成珠状滚落,整个表面长期处于干燥状态。由此,微生物赖以生存的基础水就不存在。长期处于干燥叶子表面的尘粒和孢子,由于它们与水的亲和力大于与叶子表面的粘结力,所以随雨水而冲掉。成珠的水滴作为灰尘收集器,接收亲水的灰尘,而憎水的灰尘也积聚在表面。另外,植物随时受到霉菌孢子、藻类和细菌的危害,因此阻止微生物附着在植物表面,每场雨都把孢子冲掉,即使短期不下雨,也因缺水而不能生殖,对于防止植物受感染是十分重要的。经研究,荷叶之所以具有以上性能是因为其表面存在直径约0 1～0 3m 的蜡晶。2 2 硅树脂外墙涂料的实际应用近几年来,通过有机硅建筑物保护剂的憎水性,降低了涂膜的吸水性,从而明显地改善了外墙涂料的耐沾污性。这方面有许多实际应用的例子,因此,硅树脂外墙涂料系列一直畅销。优化配方的硅树脂外墙涂料达到很好的初始憎水性,随着在环境中的使用,憎水性继续提高,随后达到很好的耐沾污性。经过3 年研究工作,W Bart b1ot t 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。3 微结构有机硅乳胶漆的性能3 1 拒水和透气性要使外墙保持干燥,外墙涂料必须具有很好的拒水和透气性,这也是Kuenzel 外墙保护理论所要求的。3 1 1 接触角图1 是市售涂料和微结构有机硅乳胶漆接触角的比较。初始接触角是指在23 ℃,RH 50 %条件下,养护28 d 后测得的接触角。最终接触角是指按DIN 53166 标准自然暴晒1 年后测得的接触角。暴晒后接触角提高是因为涂膜中亲水物质乳化剂被水冲洗掉的结果。约1 年自然暴晒后,常用外墙涂料才能达到最终接触角。而微结构有机硅乳胶漆,其初始接触角与最终接触角几乎没有差别,约1 h 强淋雨后,就能达到最终接触角,并多年一直保持该高水平的接触角。水在固体表面的接触角很大程度上取决于固体表面的结构。当接触角小于90时,表面粗糙化将使接触角变小。当接触角大于90 ,表面粗糙化将使接触角变大。微结构有机硅乳胶漆正是根据这一原理大大地提高了接触角。145 的接触角表明微结构有机硅乳胶漆具有非常好的拒水性。3 1 2 湿润和干燥接触角是湿润性的一种度量。在这里,我们把干燥和被水弄湿后涂膜之间的电导率差定义为湿润度,图2 是各种涂膜表面湿润和干燥的比较。微结构有机硅乳胶漆具有强烈的憎水性,水明显成珠滚落,涂膜根本不吸水。传统的涂膜是湿润涂膜,水被涂膜表面吸收。对涂料排出潮气,表面干燥实验所比较的几种涂膜没有太大区别。硅树脂涂料干燥最快,乳胶硅酸盐复合涂料最慢。3 1 3 　建筑物理性能大约30 年前,Kuenzel 博士提出了外墙保护理论。这一理论根本上确定了涂料的发展。新的欧洲DIN EN 1062 标准就是根据这一概念制定的测试方法标准。按DIN EN1062 标准对微结构有机硅乳胶漆和其它外墙涂料的建筑进行测定,其透气性:B 为0 01 m ,C 为0 02～0 10 m ,D 为0 02～0 10 m ,E 为0 10～1 00 m。拒水性:B 为0 03 [ kg/(m2h) ] ,C 为0 03～ 0 10 [ kg/ (m2h) ] ,D 为0 10 ～0 30 [ kg/ (m2h) ] ,E 为0 03～0 80 [ kg/ (m2h) ] 。从以上数据可看出,微结构有机硅乳胶漆具有十分优异的透气和拒水性。3 2 耐沾污性与其他外墙涂料比较,微结构有机硅乳胶漆具有很好的耐沾污性。这一点可以通过按DIN 53166 标准自然暴晒得到证明。90 放置试板,自然暴晒1 年后,各种涂料耐沾污性降低范围以亮度值Y 的降低来表示。B △Y = 0 0 %～1 2 % ,C △Y = 0 5 %～4 0 % ,D △Y = 0 1 %～2 5 % ,E △Y = 5 0 %～10 0 %。除了微结构有机硅乳胶漆外,乳胶硅酸盐复合涂料也具有很好的耐沾污性。经观察,后者的耐沾污性主要是由于较大的表面粉化所致。而前者,在不湿润的微结构表面,不仅水对表面的附着力减小,而且灰对表面的附着力也减小。当雨点滚过沾灰的表面时,亲水的灰尘就被吸入水滴中,并且不再从中出来。灰尘憎水部分同样被水带走,但积聚在水滴表面。微结构有机硅乳胶漆的这种去灰作用使其具有很好的耐沾污性。3 3 耐久性按DIN 53166 标准,以90 角放置试板,自然暴晒1 年,并按Helmen 法测定粉化。各种外墙涂料的粉化度范围,B 为8 %～11 % ,C 为8 %～18 % ,D 为23 %～63 % , E 为10 %～16 %。可以看出,其中微结构有机硅乳胶漆粉化度最低,也说明具有最好的耐久性。下载：http://refso/hdgf