荷叶效应乳胶漆

15
5
93
特氟隆
18
18
0
111
硅树脂涂料 A 17.4
17.2
0.2
115
荷叶效应乳胶漆 8
8
0
142
荷叶
7.5
7.5
0
145
只有当涂膜材料的表面张力色散分量明显少于水的表面张力色散分量，另外，其表面张力的极性分量为零时， 移动的水珠才能收集灰尘。在已检测的硅树脂涂膜中，其表面张力中相对高的色散分量和存在极性分量都会降 低其憎水性，从而影响其自洁性。
参考文献 1. A.Born und J. Ermuth ,Farbe & Lack，1999（3）：96-104 2. A.Born, J. Ermuth und C.Neinbuis,Phänomen Farbe,2000(2)：34-36 3. A.Born und J. Ermuth ,Farbe & Lack，2001(7)：87-93 4. 林宣益 新型建筑材料，2000（5）：7-9
荷叶效应乳胶漆涂膜
普通乳胶漆涂膜
ห้องสมุดไป่ตู้
图 2 雨水成珠滚落，灰尘随之带走
三．移动水的自洁作用
德国玻恩大学开发出一个快速测定移动水清洁作用的试验方法，称为集灰试验。即在涂膜试板上，撒一些炭
黑或粉煤灰，接着滴几滴水，使试板稍微倾斜晃动，从而水就在试板上来回移动。对于普通的涂膜，包括硅树
脂涂膜，随着水的移动，在涂膜上留下含灰的水迹。对于荷叶效应乳胶漆涂膜，水成为一个大珠点，炭黑或粉
荷叶
荷叶效应乳胶漆
图 1 荷叶和荷叶效应乳胶漆结构
二.荷叶效应机理 市场上的荷叶效应涂料或乳液，绝大多数是通过降低表面张力来实现的。这种通过降低表面张力，其提高与
水的接触角有限，约能提高至 1200 左右，如市场上的硅树脂涂料与水的初始接触角约为 930-1150；它们与灰尘 的接触面积基本没变，因此，荷叶效应的结果是有限的，很难达到既保持涂膜干燥，又具有自洁功能。
特氟隆，这种经典的不粘涂料，当其结构为显微平表面时，一点也没有自洁功能，而只是容易擦干净而已。
四．荷叶效应乳胶漆的耐沾污性
图 3 耐沾污性（明度降低）
测试涂料耐沾污性较可靠的方法是将试板 900 放置的自然曝晒法。图 3 是按 DIN 53166 标准自然曝晒二年后，
各种涂料明度值 L 的降低。在这里，耐沾污性以明度值 L 的降低来表示。可见，荷叶效应乳胶漆具有很好的耐
煤灰集聚在大水珠的外围，而涂膜仍保持干净清洁。
表 1 是水、炭黑、荷叶和一些涂膜的表面张力以及部分材料与水的接触角。 表 1 材料的表面张力及其与水的接触角[3]
119>
表面张力 色散分量 极性分量 与水的接
材料
/mN/m /mN/m /mN/m
触角
水
73
19
54
/
炭黑
30
30
0
硅树脂涂料 C 20
实际工程的效果也证明了这一点。如厦门的一个荷叶效应乳胶漆涂刷的工程，三年多了，还仍然如新。 此外，荷叶效应乳胶漆具有很好的拒水透气性和耐久性等[4]。但在某些地区，还要注意所谓的雨筋问题。 总之，这是人们首次把自然界的荷叶效应应用于涂料产品。荷叶效应乳胶漆把硅树脂涂料的优点和上万年来 自然界演变结果结合起来，进一步发展了现有的外墙涂料，尤其是硅树脂涂料，从而使外墙保持干燥、清洁、 耐久成为可能。
与水的接触角至少要达到 1300，这时表面具有显著的憎水性，成珠滚落的雨水才具有自洁功能[2]。材料的性 能是由其组成和结构决定的。把降低表面张力和形成显微结构结合起来，才能取得很好的荷叶效应结果。根据 表面物理化学中表面平整度对接触角的影响规律可知，当接触角小于 900 时，表面粗糙度大些能使接触角进一 步减小；而当接触角大于 900 时，粗糙表面能使接触角进一步提高。荷叶效应乳胶漆涂膜与水的接触角大于 900， 所以粗糙的显微结构可提高接触角，约能提高至 1400。另一方面，一个显微粗糙表面，还可以使灰尘与涂膜的 接触面积降至原来的百分之一以下，从而使灰尘与水的粘附力大于灰尘与涂膜的附着力。因此，下雨时，雨水 在墙面上成珠滚落，同时把灰尘带走，使墙面保持干燥和清洁，如图 2 所示。这就是乳胶漆的荷叶效应机理。
荷叶效应乳胶漆
提要：本文论述了荷叶效应乳胶漆的开发、机理和耐沾污性等。 关键词：荷叶效应乳胶漆；机理；耐沾污性
房屋所有者和房屋建造者都希望外墙面保持干燥清洁。但由于我国环境条件还不尽人意，外墙面往往会受到 污染，有的甚至受到严重污染。因此，人们一直在探求能保持外墙面干燥清洁的建筑涂料。
荷叶效应乳胶漆就是能保持外墙面干燥清洁的一种建筑涂料，它是仿生学在建筑涂料中应用的一个例子。 一.荷叶效应乳胶漆的开发 很久很久以来，优化的自洁功能已在自然界存在，荷花叶子就是其中的代表。荷叶表面具有很好的憎水性， 并实际上是不能湿润的，它还出污泥而一尘不染。这是为了适应环境而长期演变的结果。 德国玻恩大学植物学教授 W. Bartblott 研究了荷花叶子的结构和荷叶效应机理。经研究发现，荷花叶子之所以 具有以上性能，是因为叶子表面既憎水，又有一个显微结构。 德国 Sto 上市公司下属 ISPO 公司，根据荷叶效应机理和硅树脂外墙涂料的实际应用结果，经过三年研究工作， 成功地把荷叶效应移植到外墙乳胶漆中，开发了微结构有机硅乳胶漆，即荷叶效应乳胶漆[1]。 这种荷叶效应乳胶漆采用具有持久憎水性的少乳化剂有机硅乳液等一些专门物质，并形成一个纳米级显微结 构，从而使其涂膜具有类似荷花叶子的表面结构，达到拒水保洁功能。 荷叶和荷叶效应乳胶漆的结构比较如图 1 所示。可以看出，二者的结构非常相似。
沾污性。
图中数字所表示的涂料
1 憎水的乳胶硅酸盐复合涂料 A 6 高 PVC 乳胶漆 A
2 荷叶效应乳胶漆
7 低 PVC 乳胶漆 B
3 憎水的乳胶硅酸盐复合涂料 B 8 高 PVC 乳胶漆 B
4 硅树脂涂料 B 5 硅树脂涂料 A
9 低 PVC 乳胶漆 A
由图 3 还可以看出，除了荷叶效应乳胶漆外，乳胶硅酸盐复合涂料具有很好的耐沾污性。经观察，其耐沾污 性好是通过较大的表面粉化而达到的。而荷叶效应乳胶漆是由于自洁功能使其具有很好的耐沾污性。