| 氟碳鋁板、玻璃幕墻等幕墻材料，因其裝飾性強、工廠化生產、現場安裝方便、容易更換回收等優點，在建筑外墻裝飾方面獲得越來越廣泛的應用。 |
一、前言
氟碳鋁板、玻璃幕墻等幕墻材料，因其裝飾性強、工廠化生產、現場安裝方便、容易更換回收等優點，在建筑外墻裝飾方面獲得越來越廣泛的應用。但隨著城市環境污染的加劇，裝飾幕墻材料的污染也隨之加劇。為了保證幕墻材料的裝飾性，用于清洗建筑幕墻需要的成本也不斷的增加，如需要消耗大量的水和人力成本。同時， 樓宇清洗保潔行業是一個新興的多學科的技術領域，它包含著化學、物理、機械、生物學等學科知識的應用（如干冰清洗、激光清洗、真空清洗、無水清洗等）。隨著科學的發展，近年來新型建筑材料不斷問世，并廣泛運用在樓宇的外墻裝飾上，從而增加了清洗難度，對傳統的清洗保潔、養護方法提出了新的挑戰。納米氧化鈦涂層不僅具有自潔性，而且能有效地阻擋了紫外線直接作用于暴露在陽光下的幕墻、廣告牌等有色涂料，減緩其退色而長期不易老化，讓建筑物保持清新靚麗。納米氧化鈦涂層還具有分解空氣中的有害氣體，起到凈化環境空氣之目的。據國外專家統計，1000平米的納米涂層相當于70棵楊樹的空氣凈化效果。更主要的是納米氧化鈦自潔涂料具有長效性，一次涂裝可使用8～10年。
二、自清潔涂料原理
1972年，日本人Fujishima和Honda發現TiO2半導體的非均相光催化作用，1997年，R. Wang發表了TiO2薄膜具有光誘導親水特性的論文，這兩個發現構成了TiO2超親水自清潔涂料的技術基礎，利用TiO2的光催化和光誘導超親水性實現對表面膜的自清潔作用。
納米TiO2是一種N半導體材料，在充滿電子的價帶和由空穴組成的導帶之間存在一個禁帶，當照射在納米TiO2薄膜表面的紫外光的能量大于禁帶寬度，納米TiO2價帶中的電子被激發，躍遷到導帶，同時在價帶形成空穴。導帶中的電子與空氣中的O2反應生成超氧負離子（O2-）；價帶中的空穴與表面吸附的H2O形成羥基自由基（•OH）。羥基自由基具有強氧化性，能將吸附在納米TiO2涂膜表面的各種有機物降解為H2O和CO2。
納米TiO2薄膜的光致親水性是紫外光激發產生的電子—空穴對與表面TiO2晶體作用，在晶體表面形成均勻分布的親水微區和疏水微區，每個微區的寬度只有十幾個納米，一個水滴要遠比親水微區大，因此可以在TiO2薄膜表面不斷鋪展。紫外光在TiO2薄膜表面形成的親水微區是不穩定的，停止光照后，O2在TiO2表面的富集，使薄膜表面親水性逐漸衰減，水與表面的接觸角逐漸增大。再次有紫外光照射表面，又會有新的親水微區再次形成。作為一種理想的超親水自清潔涂層，就要盡量縮短光照射親水響應時間，延緩暗處親水性衰減的速度。
通常情況下幕墻涂料表面的污染主要是吸附了空氣中懸浮的灰塵和有機物造成的，這種吸附在初期主要是由于靜電力造成的靜電吸附和范德華力造成的物理吸附。自清潔涂層受到紫外光照射后，納米TiO2涂膜表現出超親水性能，在涂膜表面形成化學吸附水和物理吸附水，吸附水的存在有利于消除涂層表面的靜電，消除靜電力。自清潔涂層表面形成的羥基是親水的，當雨水滴落在涂層表面時，表面羥基與水之間形成氫鍵，氫鍵的作用力要遠大于范德華力，因此水取代灰塵吸附于涂層表面，表面上原來吸附的灰塵被剩余的水帶走，而表面很難被水帶走的有機吸附物，在納米TiO2的光催化作用下被分解，形成水、二氧化碳和可以被水帶走的小分子物質，從而達到幕墻表面自清潔的目的。
三、自清潔涂料在幕墻上的應用
自清潔涂層本身是透明的，可和氟碳、玻璃、陶瓷涂料等配套使用，采用在線生產方式，自清潔涂料噴涂于外表面，升溫固化后就會在幕墻表面形成穩定涂層，正常情況下形成的涂層是無色透明的隱形涂層，不會對下層裝飾涂料的顏色產生影響。用于和大理石、乳膠漆配套時也可現場噴涂，常溫自干。
例如KNT公司開發的“光麗潔”自清潔涂料是一種納米TiO2溶膠產品，自清潔涂料在使用時通過噴涂工藝涂覆在幕墻表面。在干燥過程中，溶膠中的水蒸發，溶膠粒子沉積到幕墻表面形成納米TiO2薄膜涂層。在陽光照射下，這一涂層表現出超親水的性能，借助雨水的沖刷可以清除表面吸附的污染物，同時這層納米TiO2涂層作為光觸媒，催化分解在幕墻表面吸附的各種有機污染物。
為了提高自清潔涂料的使用性能，KNT公司專門設計了針對“光麗潔”的過渡涂層（如圖1所示），過渡涂層可采用與自清潔涂層相同的噴涂施工工藝。使用過渡涂層能夠提高自清潔涂層的附著力，延長使用壽命，更重要的是能夠使自清潔涂層充分表現出超親水性，通常認為水接觸角<5°為超親水表面，過渡涂層表面的自清潔涂層接觸角大約為1°左右，屬于超親水范圍。另外過渡涂層也具有保護作用，防止自清潔涂層對底涂曾的可能傷害。
四、自清潔涂層的特點
1.光催化性能
在受到紫外光輻照后，納米TiO2涂層受激發形成的超氧負離子和具有強氧化性的羥基自由基，能分解表面吸附的各類有機污染物，氧化去除氮氧化物、硫化物，殺滅與表面接觸的霉菌、細菌等微生物。如果在室內應用，可顯著降低甲苯、甲醛等有害氣體濃度，凈化室內空氣。
2.親水性
納米TiO2涂層表面受紫外光激發形成羥基，羥基與水形成氫鍵而表現出超親水性。超親水的TiO2薄膜能夠使水滴在表面迅速潤濕鋪展。這種特性使水能優先占據表面，而隔斷了污染物與表面的聯系，并被多余的水帶走。同時形成的親水膜很薄，使表面能夠很快被風干，防止濕表面被空氣中的灰塵二次污染。
3.自清潔性能
自清潔性能是TiO2涂層在戶外應用時，光催化性和超親水性的集中體現，與無自清潔涂層保護的表面相比，納米TiO2涂層表面具有明顯的抗污染性，無需人工清洗就能夠保持表面的清潔。圖3和圖4是上半部涂有納米氧化鈦涂膜，在氟碳和陶瓷涂料上對照實驗照片，兩個實驗均表明納米氧化鈦具有優異的自清潔性。
五、自清潔性能的影響因素
1.光照強度與光照時間
納米自清潔涂層是受紫外光激發產生超親水性能，停止光照后親水性衰減，一段時間后親水性消失。光照強度和光照時間直接影響涂層的親水性，進而影響自清潔性能。
2.涂膜結構
涂膜結構包括兩方面，一是涂膜的組成，二是涂膜的厚度。例如“光麗潔”是由過渡層和面層（自清潔層）組成，過渡層能明顯提高面層的附著力。面層涂膜的厚度對自清潔性能和附著力有較大的影響：涂層薄，涂膜親水性變差暗處親水性衰減快；涂層厚，涂膜親水性變好和暗處親水保持能力均提高；涂層過厚，附著力變差。
3. 其它因素
影響涂膜自清潔性能還有其他許多因素，如納米氧化鈦的晶型、晶粒尺寸等內在因素，還有自清潔涂膜使用時的環境因素，如PH、有機污染物的種類與污染程度等。
六、結束語
納米TiO2化學性質穩定、無生物毒性，是一種能夠安全使用的環保建材。納米TiO2自清潔涂料能夠利用陽光、雨水等自然力保持裝飾幕墻的表面清潔，其推廣和應用符合當前節能、環保的發展趨勢。
氟碳鋁板、玻璃幕墻等幕墻材料，因其裝飾性強、工廠化生產、現場安裝方便、容易更換回收等優點，在建筑外墻裝飾方面獲得越來越廣泛的應用。但隨著城市環境污染的加劇，裝飾幕墻材料的污染也隨之加劇。為了保證幕墻材料的裝飾性，用于清洗建筑幕墻需要的成本也不斷的增加，如需要消耗大量的水和人力成本。同時， 樓宇清洗保潔行業是一個新興的多學科的技術領域，它包含著化學、物理、機械、生物學等學科知識的應用（如干冰清洗、激光清洗、真空清洗、無水清洗等）。隨著科學的發展，近年來新型建筑材料不斷問世，并廣泛運用在樓宇的外墻裝飾上，從而增加了清洗難度，對傳統的清洗保潔、養護方法提出了新的挑戰。納米氧化鈦涂層不僅具有自潔性，而且能有效地阻擋了紫外線直接作用于暴露在陽光下的幕墻、廣告牌等有色涂料，減緩其退色而長期不易老化，讓建筑物保持清新靚麗。納米氧化鈦涂層還具有分解空氣中的有害氣體，起到凈化環境空氣之目的。據國外專家統計，1000平米的納米涂層相當于70棵楊樹的空氣凈化效果。更主要的是納米氧化鈦自潔涂料具有長效性，一次涂裝可使用8～10年。
二、自清潔涂料原理
1972年，日本人Fujishima和Honda發現TiO2半導體的非均相光催化作用，1997年，R. Wang發表了TiO2薄膜具有光誘導親水特性的論文，這兩個發現構成了TiO2超親水自清潔涂料的技術基礎，利用TiO2的光催化和光誘導超親水性實現對表面膜的自清潔作用。
納米TiO2是一種N半導體材料，在充滿電子的價帶和由空穴組成的導帶之間存在一個禁帶，當照射在納米TiO2薄膜表面的紫外光的能量大于禁帶寬度，納米TiO2價帶中的電子被激發，躍遷到導帶，同時在價帶形成空穴。導帶中的電子與空氣中的O2反應生成超氧負離子（O2-）；價帶中的空穴與表面吸附的H2O形成羥基自由基（•OH）。羥基自由基具有強氧化性，能將吸附在納米TiO2涂膜表面的各種有機物降解為H2O和CO2。
納米TiO2薄膜的光致親水性是紫外光激發產生的電子—空穴對與表面TiO2晶體作用，在晶體表面形成均勻分布的親水微區和疏水微區，每個微區的寬度只有十幾個納米，一個水滴要遠比親水微區大，因此可以在TiO2薄膜表面不斷鋪展。紫外光在TiO2薄膜表面形成的親水微區是不穩定的，停止光照后，O2在TiO2表面的富集，使薄膜表面親水性逐漸衰減，水與表面的接觸角逐漸增大。再次有紫外光照射表面，又會有新的親水微區再次形成。作為一種理想的超親水自清潔涂層，就要盡量縮短光照射親水響應時間，延緩暗處親水性衰減的速度。
通常情況下幕墻涂料表面的污染主要是吸附了空氣中懸浮的灰塵和有機物造成的，這種吸附在初期主要是由于靜電力造成的靜電吸附和范德華力造成的物理吸附。自清潔涂層受到紫外光照射后，納米TiO2涂膜表現出超親水性能，在涂膜表面形成化學吸附水和物理吸附水，吸附水的存在有利于消除涂層表面的靜電，消除靜電力。自清潔涂層表面形成的羥基是親水的，當雨水滴落在涂層表面時，表面羥基與水之間形成氫鍵，氫鍵的作用力要遠大于范德華力，因此水取代灰塵吸附于涂層表面，表面上原來吸附的灰塵被剩余的水帶走，而表面很難被水帶走的有機吸附物，在納米TiO2的光催化作用下被分解，形成水、二氧化碳和可以被水帶走的小分子物質，從而達到幕墻表面自清潔的目的。
三、自清潔涂料在幕墻上的應用
自清潔涂層本身是透明的，可和氟碳、玻璃、陶瓷涂料等配套使用，采用在線生產方式，自清潔涂料噴涂于外表面，升溫固化后就會在幕墻表面形成穩定涂層，正常情況下形成的涂層是無色透明的隱形涂層，不會對下層裝飾涂料的顏色產生影響。用于和大理石、乳膠漆配套時也可現場噴涂，常溫自干。
例如KNT公司開發的“光麗潔”自清潔涂料是一種納米TiO2溶膠產品，自清潔涂料在使用時通過噴涂工藝涂覆在幕墻表面。在干燥過程中，溶膠中的水蒸發，溶膠粒子沉積到幕墻表面形成納米TiO2薄膜涂層。在陽光照射下，這一涂層表現出超親水的性能，借助雨水的沖刷可以清除表面吸附的污染物，同時這層納米TiO2涂層作為光觸媒，催化分解在幕墻表面吸附的各種有機污染物。
為了提高自清潔涂料的使用性能，KNT公司專門設計了針對“光麗潔”的過渡涂層（如圖1所示），過渡涂層可采用與自清潔涂層相同的噴涂施工工藝。使用過渡涂層能夠提高自清潔涂層的附著力，延長使用壽命，更重要的是能夠使自清潔涂層充分表現出超親水性，通常認為水接觸角<5°為超親水表面，過渡涂層表面的自清潔涂層接觸角大約為1°左右，屬于超親水范圍。另外過渡涂層也具有保護作用，防止自清潔涂層對底涂曾的可能傷害。
四、自清潔涂層的特點
1.光催化性能
在受到紫外光輻照后，納米TiO2涂層受激發形成的超氧負離子和具有強氧化性的羥基自由基，能分解表面吸附的各類有機污染物，氧化去除氮氧化物、硫化物，殺滅與表面接觸的霉菌、細菌等微生物。如果在室內應用，可顯著降低甲苯、甲醛等有害氣體濃度，凈化室內空氣。
2.親水性
納米TiO2涂層表面受紫外光激發形成羥基，羥基與水形成氫鍵而表現出超親水性。超親水的TiO2薄膜能夠使水滴在表面迅速潤濕鋪展。這種特性使水能優先占據表面，而隔斷了污染物與表面的聯系，并被多余的水帶走。同時形成的親水膜很薄，使表面能夠很快被風干，防止濕表面被空氣中的灰塵二次污染。
3.自清潔性能
自清潔性能是TiO2涂層在戶外應用時，光催化性和超親水性的集中體現，與無自清潔涂層保護的表面相比，納米TiO2涂層表面具有明顯的抗污染性，無需人工清洗就能夠保持表面的清潔。圖3和圖4是上半部涂有納米氧化鈦涂膜，在氟碳和陶瓷涂料上對照實驗照片，兩個實驗均表明納米氧化鈦具有優異的自清潔性。
五、自清潔性能的影響因素
1.光照強度與光照時間
納米自清潔涂層是受紫外光激發產生超親水性能，停止光照后親水性衰減，一段時間后親水性消失。光照強度和光照時間直接影響涂層的親水性，進而影響自清潔性能。
2.涂膜結構
涂膜結構包括兩方面，一是涂膜的組成，二是涂膜的厚度。例如“光麗潔”是由過渡層和面層（自清潔層）組成，過渡層能明顯提高面層的附著力。面層涂膜的厚度對自清潔性能和附著力有較大的影響：涂層薄，涂膜親水性變差暗處親水性衰減快；涂層厚，涂膜親水性變好和暗處親水保持能力均提高；涂層過厚，附著力變差。
3. 其它因素
影響涂膜自清潔性能還有其他許多因素，如納米氧化鈦的晶型、晶粒尺寸等內在因素，還有自清潔涂膜使用時的環境因素，如PH、有機污染物的種類與污染程度等。
六、結束語
納米TiO2化學性質穩定、無生物毒性，是一種能夠安全使用的環保建材。納米TiO2自清潔涂料能夠利用陽光、雨水等自然力保持裝飾幕墻的表面清潔，其推廣和應用符合當前節能、環保的發展趨勢。
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