防污自洁无机纳米涂膜在幕墙工程中的应用

摘要：随着社会日新月异的迅猛发展，人们对于建筑外装饰的审美要求也日益提高，越来越多的幕墙建筑在国内外大中城市拔地而起，一个又一个的城市地标争奇斗艳。然而，这些建筑幕墙在使用过程中的防污、除污问题也摆在了人们面前。如何摆脱在除污过程中耗费大量人力、物力、财力的困扰，减少有机溶剂对环境的污染，已成为该行业争相研究的课题。因此，开发推广具有防污、除污功能的自清洁无机纳米涂膜材料，并运用到幕墙产品中具有重要意义。

关键词：建筑幕墙无机纳米自清洁涂膜

中图分类号：TU227文献标识码： A 文章编号：

一、国内外发展研究现状

目前，防污市场主要以氧化钛(TiO2)的光触媒超亲水防污涂膜为中心，由日本扩展至世界市场。但由于光触媒持有分解有机物机能，对于涂料面、PC、PMMA、FRP、树脂等被涂物，必须使用基础处理剂，需要强力密着以上基材表面的基础剂和抑制树脂基材导电性的光触媒表膜涂剂。而且，光触媒涂膜在无光条件下无法发挥效果。因此，在无光条件下也可发挥防污效果的涂膜受市场需求。

光触媒涂膜存在以下问题：①基础处理时间长；②密着性差；③对于树脂和有机涂物需要无机基础剂；④不易养护；⑤操作性复杂，无法一次简单涂膜；⑥成本较高，每平方需60美元左右，无法普及。

SKETCH公司研发的防污自洁无机纳米涂膜，以只需建筑物改修工程时使用的搭脚架可简单喷涂的想法，以速干而且无需养护为最大目的，在成本和机能方向与其它光触媒划开了差别：①污物不易附着(防静电效果)；②利用雨水即可简单除污(超亲水无机氧化硅膜效果)；③不生霉；④无需防护费用；⑤无需基础剂。

二、防污自洁无机纳米涂膜的作用机理

防污自洁无机纳米涂膜材料采用特殊粘剂技术将各种金属氧化物的超微粒子以Flactale(分行)理论强力紧贴在玻璃基材表面，附加各种机能，由于使用细小粒径的硅粒，使不露在表面无法发挥效果的光触媒氧化钛(TiO2)，防静电机能的氧化锡(SnO2)以及抗菌剂氧化银轻易的露出表面，有效的将各种机能附着在涂膜上。

1、超亲水性

从外观上看，经过纳米涂膜处理的玻璃和普通玻璃没有差别，十分平滑，实际上都有肉眼看不见的微细的凹凸。普通玻璃表面凹凸在20~50nm左右(图1)，因此，玻璃与水的接触角度约为55度左右，很容易形成水珠，并且水珠不易滑落，在其干燥过程中极易吸附空气中的灰尘颗粒，干燥后形成水痕，时间长了形成污垢。而经过纳米涂膜处理的玻璃能通过粘结技术将各种硅粒直径抑制到2~15nm之间，使其强力密着于基材表面，形成微细的凹凸，从而使水的接触角度降至5度以下(最低接触角度3度)，形成薄薄的水膜。

图1 基材―普通玻璃

具备此性能的涂膜基材最大限度的避免了灰尘的覆盖，下雨时，玻璃幕墙表面的污迹还会自动脱落，而且还有效实现了玻璃表面的防雾、防结露。

2、防静电作用

空气中的尘埃，花粉，油污，排气中的NOx、SOx、特别是PM(黑烟)由于带电附着于幕墙表面形成雨痕等顽固附着物，不易除去。使用具有防静电功能的氧化锡(SnO2)发挥防静电功效，实现表面抵抗值107~109Ω，使污渍不易附着，从根源达到防污目的。

3、分解功效

材料中的氧化钛(TiO2)在整个化学反应中起到催化剂的作用，促使表面得到亲水效果，并使物理性炸开的负氧离子和羟基跟表面污染物进行氧化还原反应，使表面一直保持干净状态。氧化钛的桥氧键能吸收一定波长的光，吸收能量后发生断裂形成氧的空缺和低价金属离子，后者离解空缺周围的化学吸附水而形成亲水区域。当大量的水附着于表面时，就会出现亲水效果，不会凝聚成水滴，附着水经过一定时间光照后，膜表面会完全铺展开来，并完全浸润玻璃。通过阳光照射，阳光中的紫外线激活清洁层中的氧化钛，产生催化反应，分解玻璃表面的有机物，分解成水和二氧化碳，并通过水的重力将污染物带走，从而达到自洁效果。

三、产品优势特点

优越的密着性――适用于玻璃、铝板、GRC、石材等所有幕墙面材及其他任何有机或无机基材；

常温下速干――无需任何烘干设备，速干后即刻使用；

产品为无机材料――有效抵抗外界物质侵蚀，膜体自耐候性长达10年以上。

环保――无需人工擦拭，通过雨水即可实现自洁；

有效防雾、防结露、防静电；

高透明度――应用在玻璃幕墙上，不影响室内采光；

低成本――涂膜仅0.1微米厚即可发挥功效，1L理论可涂100；

施工简单――只需对基材简单擦拭后均匀施涂即可；

价格优势――由于采用OEM方式生产，价格比相似产品低很多。

四、防污自洁无机纳米涂膜的应用

中国国家大剧院以幕墙玻璃为穹顶结构的造型带给人们美观的视觉享受。然而在被这美丽的椭圆型透明蛋壳所震撼的同时，如何对大剧院所使用的面积达6000平方米的玻璃外墙进行清洗也得至关重要。 采用传统的人工清洗方式，需要在楼层顶端安装擦窗机，破坏了整体的外观美感。使用机器人进行清洗也需要找到安装的“落脚点”，而穹顶设计使这些都无法实现。负责项目科技攻关的北京市科委经过反复对比论证，最终决定采用纳米自清洁涂层玻璃。

在见证了国家大剧院工程实施效果后，纳米自清洁涂层玻璃又经北京市科委推荐，被应用到了北京2008奥运工程――五棵松体育馆上。作为北京2008年奥运会篮球比赛场地的五棵松体育馆，完全由玻璃幕墙组合成外表面，面积达到6万平方米，是目前国内唯一全部采用玻璃幕墙的体育场馆。

五、结束语

随着幕墙行业的蓬勃发展，防污自洁无机纳米涂膜技术会越来越多的被应用到幕墙产品中。在不断提高人们居住环境舒适度的同时，充分利用其低能耗、绿色保护特性，在建筑幕墙领域既具有实际的经济意义，又具有重要的社会意义和环保价值。

参考文献：

1.《高技术生态建筑》 李华东主编 天津大学出版社

3.《生态建筑》 周浩明 张晓东主编 东南大学出版