自洁涂料的发展

1、2016年前言自清洁 概念自20世纪90年代提出以来, 对其的研究和商品化进程发展迅速，由于具有环保和节省清洗费用等优点, 自清洁涂料越来越受到市场的青睐。根据自清洁的原理不同,自清洁涂料可以分为超疏水和超亲水2类, 它们都是通过水的作用达到本身自清洁效果的。所不同的是, 超疏水涂料是通过水滴的滚动带走污物, 而超亲水涂料是通过在其表面形成水膜并带走或隔绝污染物而实现自清洁的作用。尤其是后者在光辐射下还具有光催化特性,可以降解有机物, 进一步起到杀菌消毒和净化环境的作用。1 超疏水自清洁涂料 疏水型自清洁涂料通常具有很低的表面能，水和污染物很难在其表面附着，这样涂膜表面就具有了自清洁的效果，这

2、也是制备耐沾污涂料最常采用的方法，目前此方面的研究很多，典型的制备途径有两种，一种是利用仿生技制备具有“荷叶效应”的涂料以达到疏水自清洁效果，另一种是在涂膜的表面引入低表面能的组分，大幅降低涂膜的表面能从而达到疏水自清洁的效果。1.1 “荷叶效应”自清洁涂料 德国波恩大学植物学教授Barthlott W 研究发现荷叶表面存在纳米蜡晶，这种特殊结构使荷叶表面几乎可以不被水润湿，同时荷叶表面微米乳突形成微观粗糙的表面，由于污染物的粒径一般都大于蜡晶，所以污染物只会疏松地附着在乳突的凸出部位，雨水冲刷时很容易将污染物带走，从而达到自清洁的效果。所以“荷叶效应”涂料的表面应同时具有合适的粗糙度及较低表

3、面能的疏水性。目前，许多公司都研究开发出具有“荷叶效应”的产品，包括“荷叶效应”乳胶漆及“荷叶效应”助剂1.2 低表面能自清洁涂料 通过化学改性或物理混拼引入低表面能物质可以大幅降低漆膜的表面能，从而达到疏水自清洁的效果。目前最常见且易被广泛使用的低表面能物质主要为有机硅、有机氟类化合物。有机硅、有机氟改性过的涂料在成膜时，其中的硅氧烷基团和氟代烷基团会迁移堆积在涂膜的表面，大幅降低了涂膜的表面能，起到疏水自清洁效果。2 亲水型自清洁 涂膜的亲水性一般可以通过下面两种途径实现，一是在制备涂料时添加亲水助剂或填料；二是在合成树脂时引入特定亲水基团进行亲水改性。基材的超亲水性处理可分为有机系处理、

4、无机系处理和有机、无机复合系处理。有机亲水性涂料 有机亲水性涂料是通过有机亲水性树脂中的-OH、- NH2、- SO3H、-COOH、- C- O-C- 等亲水性基团来发挥作用, 当水珠与此类亲水性薄膜接触时, 水珠迅速铺展形成水膜流掉, 带走污染物, 从而实现自清洁的效果。无机亲水性涂料 无机亲水性涂料是在基材表面沉积或涂覆纳米S iO2 或纳米T iO2 膜, 此类超亲水自清洁涂膜常通过2种典型 的特性发挥自清洁性能: 一是纳米S iO2 或纳米T iO2 的光催化特性, 可以光降解有机污染物; 二是纳米SiO2 或纳米T iO2 的光致超亲水特性, 在基材上形成水膜, 隔绝污染物的附着。

5、而其中以纳米T iO2 的应用最为 广泛。3 微粉化 微粉化技术是在涂料组份中加入适量的易粉化颜填料或树脂，涂膜表面在紫外光照射下会逐渐产生轻微的粉化，在得到雨水冲刷时附着在涂膜表面的污染物会随着粉化缺陷突出 这种效果是通过牺牲涂膜的厚度来实现的，这一方面会缩短涂膜的使用寿命，另一方面粉化层会对其他涂层造成二次污染，且不同部位的粉化速度各不相同，自清洁效果也不相同层一起被冲走，使涂膜产生自清洁效果。4 光催化自清洁 纳米TiO2 具有较高的光催化性，可以高效分解有机物，杀菌能力强40。光催化纳米TiO2 在光照下能充分显示出半导体材料的性质，表面产生电子和空穴，可激活空气中的氧和水与有机物污染

6、物之间发生化学反应，分解有机污染物；将TiO2 涂膜长时间暴露在太阳光下，其对水的接触角可降至0，显示出超亲水性。光催化涂层的分解有机污染物能力以及表面超亲水性可使附着在涂层表面的污染物能够很容易地被分解，随着雨水被冲洗掉，两方面的协同作用，可使涂层具有很好的自清洁效果。光催化自清洁示意图 TiO2 光致超亲水性自清洁涂料的应用领域有机硅罩面漆 基于涂层的自清洁涂料的优缺点，我公司应用硅树脂乳液作为罩面清漆的主要成膜物质，硅树脂是高分子、三维交联的化合物，其结构类似于石英。硅树脂均由三官能硅单元组成，使硅树脂在化学性能上成为介于纯粹无机物和纯粹有机物之间的中间体系具有优异耐久性，且表面能很低,

7、 具有良好的憎水性。使罩光清漆表现出超耐候和超疏水自清洁特性。耐沾污测试白色质感漆+罩面污染后白色真石漆+罩面污染后清水清洗后竞品1竞品2空白公司DZM公司GZB公司GZB蜡+乳液水性聚氨酯（双组份）竞品3白色质感漆基层竞品1竞品2公司DZM空白公司GZB水性聚氨酯（双组份）公司GZB蜡+乳液竞品3白色真石漆基层结语 我国空气质量普遍较差，尤其是粉尘及悬浮颗粒含量污染严重，对外墙涂料尤其是乳胶涂料的抗污染能力提出了很高的挑战。限于不同的地域环境、气候条件和污染源的复杂多变性，上述技术都有一定的适应性和局限性。涂料的耐沾污性很大程度上取决于基础成膜物质的抗污能力，如何通过化学分子结构设计以及先进的聚合技术来提高成膜有机物的耐沾污性是提