关于自清洁型涂料的探讨

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有个疑问  跟大家探讨下。关于自清洁涂料，从技术路线上看主要分两类，超疏水性的自清洁涂料和超亲水性的涂料。 疏水性主要以降低图层表面张力为主，氟碳涂料因其本身氟碳树脂的原因肯定是有这样的部分功能的。但也有使用助剂类的清洁耐污性涂料，如氟、硅助剂等。请大家参与讨论下，关于助剂和树脂型的疏水材料 如何根据使用环境进行配方设计使用呢？再直白一点就是，哪些应用环境目前用助剂可以解决问题，哪些环境必须用疏水性树脂解决问题？

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                                  长兴化学工业股份有限公司经理 叶茂荣先生

我们对光触媒有近7~8年的深入研究，充分认识为到：要达到好的自清洁效果，作为光触媒的Si,Ti溶胶，溶胶的一次粒子粒径应为10~20 nm，溶胶粒子呈有效分散状态。由于被树脂包覆，光触媒在使用初期没有效果，一段时间后包覆物被分解了自洁效果才会显现。树脂的作用及被分解程度与它的性质有关，如果是纯有机树脂包覆，光检300~400 h QU UVB-313 照射下基本上全部分解，不只是表面粉化，整个涂层全部粉化。用硅树脂是比较好的选择，一般氟硅树脂指的是侧链上的氟，侧链氟主链还是C－C键，它的耐紫外线能力还不够，目前来说，还是硅树脂效果最好。但硅树脂对一些基材的附着性还不能通过。
研究表明，光触媒应用的基本要求是：光触媒结晶度要高，水汽和氧气要充足。充分接触才能有效地分解有机物。光触媒的作用结果是超亲水和分解有机物，这2作用同时在发生、在进行，不宜以添加的方式使用。在沙漠地区光触媒是否有效果值得研究。
光触媒在使用过程中利用紫外线做能量转换，涂料中的光触媒会因颜料吸收紫外线而使它对紫外线的利用率降低，树脂对光线的遮蔽阻挡紫外线的利用率会更低。这实际上是光触媒利用阳光中的紫外线问题，所以建议使用光触媒时尽量把它做成透明状态，如透明涂料。在光触媒下层的底涂耐水性要好，光触媒涂覆后初使的表面状态与普通涂层都一样，接触角都在70~80°左右，除非树脂为特别设计而成，为此专门设计的树脂接触角也不可能达到30°以下。超亲水意味着水只要接触到涂层，就会立刻摊开，水会吸附进入涂层中，如果底涂耐水性不好，整个涂层就会剥落。光触媒对底涂的降解实验证实，不同的树脂组合搭配，光触媒对树脂的降解程度存在明显差异。
实际应用时，光触媒的平均粒径一般至少在60~70nm以下，D90＜80nm，这种条件下光触媒的效率才能充分发挥。光触媒的比表面积太大，树脂、包括分散剂都很难将其100%包覆，经常会出现光触媒粒子团聚的问题，固含量也不可能做高。我们在这方面研究已经比较成功了，现在固含量最高达也只能达到25%左右，树脂包覆的光触媒粒径在40~50nm的理想范围之内，这种结果应该是接近极限了。
进行纳米光催化涂料涂装时，底涂和包覆光触媒树脂如果能合理搭配，其功效的持久性会更长。我们用光触媒做的墙体涂层耐沾污检验累积时间已经超过了5 a，目前检验都保持得很好，更能保持多久，还需要继续跟踪检验。
光触媒的功效是能级跳跃在起作用，达到超亲水后，光触媒100%开始发挥作用，之后即使再罩光，它的接触角会慢慢上升，但只要接触阳光照射，接触角会迅速降下至超亲水状态。我们做过实验，将接触角降到10°以下的涂膜再刷4遍罩光清漆，放入暗室里一段时间，然后测试接触角上升到了30~40°，但置于在阳光下不到1min就恢复超亲水。实践证明，光触媒在使用过程中，其功效发挥存在一段蛰伏期，蛰伏期一过就永久有效，时间能达维持多久，取决于起到固着作用的载体（包覆光触媒的树脂）。弹性涂料最容易脏，光触媒在弹性涂料上的应用最具价值，弹性涂料的强度、表面硬度很难做得高，通常希望能达到综合性能上的平衡，但要这样的结果往往难以实现，实践证明，光触媒在弹性涂料中的应用是解决这一问题最有效的方式。另外，光触媒应用于粗糙面包括仿石材涂料、真石漆等对涂层耐沾污性的提高也是极其有效。

耐沾污和自清洁是2个不同的概念。耐沾污是指容易脏，但又很容易洗的情况，也称之为抗污或易洁；利用表面能达到不容易脏、雨水易冲洗干净的情况称之为自洁。在水接触角很低情况下，水接触到涂层就会摊开，取代污染源并处于界面之间，经雨水冲刷直接把污染物带走，这是一般理论上所阐述的观点。基于不同的“自清洁”原理，现在经常会提到2种理论，一种是低接触角高表面能，一种是高接触角低表面能，这2 种情况不太一样。
国内期刊发表的论文往往是2种情况的极端案例，“超疏水自清洁涂层”（超疏水指水接触角＞150°，滚动角＜10°，水滴在材料表面保持圆滴状，易滚落，具有基本不“沾水”的特点）和“超亲水自清洁涂层”（超亲水指水接触角＜10°，水滴在表面上会完全铺展）2类自清洁涂层材料。通常来说，要做到高接触角不容易，因为没有很好的方法能使表层分子结构达到非常好的有序排列。制备透明漆如果接触角能做到110~120°就已经是很高端了，但110~120°接触角时，污染物还是很难被除去。