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  • 如何应用好荷叶效应乳胶漆,提高耐沾污!

    日期:2019-08-26

    什么是荷叶的自洁效应

      荷叶表面上有类似纤维的纳米结构,通常表面变得粗糙,会使水与叶面的接触角变大。由于莲叶的表面为蜡质的疏水性结构,接触角原本大于90度,再加上粗糙面使水在叶面上的接触角变为大于140度,当灰尘附着于莲叶表面上时,因为荷叶表面的纤毛结构,使灰尘和荷叶的接触面积减少,因此减少了灰尘和莲叶间的吸附力量。当水滴由叶面上滚过时,由于灰尘和水滴间的接触面积大,灰尘粒子和水滴间有较强的吸附力,所以很容易就被水滴带走。由于荷叶表面同时拥有这种纳米尺寸的物理结构与疏水性的化学组成,因此才具有了荷叶效应自洁的功能。

    荷叶效应的机理

      1.荷叶表面的微观结构

    在荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。在超高分辨率显微镜下可以清晰看到,荷叶表面上有许多微小的乳突,乳突的平均大小约10微米,平均间距约12微米。而每个乳突有许多直径为200纳米左右的突起组成的。在荷叶叶面上布满着一个挨一个隆起的“小山包”,它上面长满绒毛,在“山包”顶又长出一个馒头状的“碉堡”凸顶。

      2.现象解释

    在“山包”间的凹陷部份充满着空气,这样就在紧贴叶面上形成一层极薄,只有纳米级厚的空气层。这就使得在尺寸上远大于这种结构的灰尘、雨水等降落在叶面上后,隔着一层极薄的空气,只能同叶面上“山包”的凸顶形成几个点接触。另外,莲花表面上有类似纤维的纳米结构,通常表面变得粗糙,会使水与叶面的接触角变大。

    荷叶效应的现实应用

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    荷叶效应乳胶漆中提高涂膜耐沾污原理

      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其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。而影响涂膜对污染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。所以,可以从以下几个方面来提高耐沾污性。也可以通过两种方法可实现乳胶漆荷叶效应,一种就是加入超强疏水剂,如氟硅类表面活性剂,使涂膜表面具有超低表面能,灰尘不易粘附;另一种就是模拟荷叶表面的凹凸微观结构设计涂膜表面,降低污染物与涂膜的接触面积。

      其一: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。

      其二、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。材料的表面自由能越低, 其疏水性就越强。通过化学方法在漆膜表面引入低表面能的物质, 可以显著降低漆膜的表面能, 从而达到自清洁的效果。广泛应用的低表面能物质有有机硅、有机氟和有机氟硅烷。有机硅氧烷中 Si-O键键长较长, 键角大, 易于内旋转, 分子成螺旋状, 甲基向外排列并绕Si-O键旋转,分子体积大,内聚能密度低,分子间作用力小, 表面能很低,具有良好的憎水性。相对于有机硅氧烷, 有机氟树脂中 C-F键键能更大,分子间作用力更小,相应的材料表面能更低, 是目前报道的表面能最低的物质。另外, 固体表面的浸润性不但受表面化学成分影响,而且还受表面粗糙程度的控制。因此,一味追求低表面能并不能达到理想的超疏水自清洁效果, 而应通过构建粗糙微观表面与接枝低表面能物质协同作用, 方能实现,例如,用等离子在基材上刻蚀具有荷叶表面双尺度微观结构表面。

      其三、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。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。




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