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AG电子游戏手机版:疏水性自清潔塗料的原理

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AG电子游戏手机版:疏水性自清潔塗料的原理

發布日期:2017-04-21 18:01 來源:http://www.salt-lefilm.com 點擊:

AG电子游戏手机版:疏水性自清潔塗料的原理

隨著環境汙染的不斷加劇,越來越嚴重的霧霾、油性煙霧、尾氣廢氣等給建築外牆帶來嚴重的侵蝕,影響其美觀性、功能性及耐久性。耐沾汙能力差是傳統外牆塗料普遍存在的缺點,在一定程度上製約了其應用。因此,針對目前外牆塗料耐汙能力不足的問題,具有自清潔功能的塗料成為研究開發的熱點。

清潔被汙染的建築外牆等不僅需要較高的投入,而且表麵活性劑的使用會對環境造成嚴重汙染,因此具有自清潔效果的功能塗料應運而生。自清潔塗料能夠借助雨水等自然條件衝刷保持戶外物件表麵幹淨,不僅能夠降低維護費用,減少勞動力的需求,同時可以將對環境的汙染降到最低,可廣泛應用於高層建築、幕牆、橋梁及汽車、風力發電等多個領域。

 1 疏水性自清潔塗料的基礎

自然界中普遍存在通過形成疏水表麵來達到自清潔功能的現象,例如以荷葉為代表的多種植物的葉子和花、昆蟲的腿和翅膀等均表現出低粘附、自清潔能力,這種現象被稱為“荷葉效應”。“荷葉效應”的仿生學原理是自清潔技術開發的基礎。20世紀70年代,德國波恩大學植物家W.Barthlott和Neinhuis等係統地研究了荷葉表麵的自清潔效應,通過電子顯微鏡觀察發現荷葉表麵生長著無數微米乳突,並且其表麵覆蓋著納米蠟質晶體。2002年,中科院化學所江雷等研究發現荷葉表麵微米乳突上還存在納米結構,乳突的平均直徑為5~9μm,每個乳突表麵還分布著直徑約為124nm的絨毛,研究還發現這些乳突之間也存在納米結構(圖1)。大量研究證實,微米、納米級的微觀粗糙結構及具有低表麵能的蠟質晶體的共同作用,使荷葉表麵具有高水接觸角、低滾動角,從而表現出超疏水自清潔效果。

 疏水性塗料的自清潔行為來源於其高的水接觸角和低的滾動角。當水珠滴在疏水表麵上,液滴不能自動擴展,保持其球形狀態,減少與塗層的接觸麵積。當該表麵具有一個較小的傾斜角時,液滴在塗層表麵滾動,汙染物粘附在水珠表麵被帶走,從而起到自清潔的作用。

2 疏水自清潔表麵的製備方法

合適的表麵粗糙度和低表麵能物質表麵的潤濕性能與表麵的微觀結構有著密切關係。疏水表麵的製備通常采用矽烷或氟碳鏈降低表麵能,但研究表明在光滑的物體表麵上通過化學方法調節表麵能並不能完全實現超疏水自清潔的目的。因此,通過構建合適的微觀粗糙結構與引入低表麵能物質共同作用,才能更好地實現疏水自清潔。目前,製備仿荷葉效應的疏水性自清潔表麵的方法較多(表1),通常采用多種方法聯用能夠達到更理想的效果。

 3 疏水性自清潔塗料

 合適的表麵粗糙度和低表麵能物質是實現疏水自清潔的關鍵。根據“荷葉效應”自清潔的原理,實現疏水自清潔的途徑主要有兩種:一是在粗糙表麵上修飾低表麵能物質,通常用於製備疏水表麵的低表麵能材料主要有聚矽氧烷、氟碳化合物及其他有機物(如聚乙烯、聚苯乙烯等);二是在疏水材料表麵構建類似荷葉表麵的粗糙結構,製備方法有無機納米粒子(如TiO2、SiO2、ZnO等)修飾、激光/等離子體/化學刻蝕、模板法、靜電紡絲法、溶膠-凝膠、自組裝、電化學沉積及化學氣相沉積等多種。


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