�自清洁涂料的发展孙旭东,张子勇�(暨南大学理工学院材料科学与工程系,广州510632)��摘�要:�自清洁概念自20世纪90年代提出以来,对其的研究和商品化进程发展迅速。本文对自清洁涂料的分类、机制、制备方法以及发展现状进行了介绍。关键词:自清洁涂料;超疏水涂膜;超亲水涂膜;荷叶效应中图分类号:TQ630�7��文献标识码:A��文章编号:0253-4312(2010)12-0065-07DevelopmentofSelf-CleaningCoatingsSunXudong,ZhangZiyong(DepartmentofMaterialsScienceandEngineering,Science&IndustryCollege,JinanUniversity,Guangzhou510632,China)��Abstract:Theconceptof�self-cleaningwasproposedinthe90�soflastcenturyself-cleaningcoat�ingshavereceivedagreatdealofattentionlately,bothinresearchandincommercialapplication.Thisre�viewhasdiscussedtheclassification,mechanisms,preparationmethodsanddevelopmentinvolvedinself-cleaningcoatings.��KeyWords:self-cleaningcoatings;superhydrophobicfilm;superhydrophilicfilm;lotus-effect作者简介:孙旭东(1985!),男,主要从事功能性涂料及农药制剂的研发。0�引�言�自清洁概念自20世纪90年代提出以来[1],对其的研究和商品化进程发展迅速。当前,自清洁涂料并不局限于建筑涂料行业,还出现在与人们生活息息相关的电器和电子设备、汽车和温室等诸多应用领域。由于具有环保和节省清洗费用等优点,自清洁涂料越来越受到市场的青睐,并将在未来扮演重要的角色。根据自清洁的原理不同,自清洁涂料可以分为超疏水和超亲水2类,它们都是通过水的作用达到本身自清洁效果的。所不同的是,超疏水涂料是通过水滴的滚动带走污物,而超亲水涂料是通过在其表面形成水膜并带走或隔绝污染物而实现自清洁的作用。尤其是后者在光辐射下还具有光催化特性,可以降解有机物,进一步起到杀菌消毒和净化环境的作用。1�超疏水自清洁涂料研究发现,物体的表面如果具有超疏水性,水珠就不能在其表面浸润,将会带走污物而具有自清洁的效果。可以通过2种途径制备超疏水表面,一是利用�荷叶效应,在物体表面构建粗糙的微观结构;一是在物体表面进行化学修饰,引入低表面能的物质组分,如氟硅烷。这2种方法既可以单独应用,也可以结合并用。1�1�基于�荷叶效应的自清洁涂料德国植物学家Barthlott等[2-4]对荷叶等2万种植物叶面进行了观察、研究,发现荷叶的表面是由无数微米尺寸的乳突和其表面分布的纳米蜡质晶体构成的,首次提出了�荷叶效应概念,并模仿�荷叶效应申请了涂料专利[5]。精细的研究发现[6-7],荷叶表面的乳突粒径5~9�m,蜡质晶体大于100nm。当水珠与蜡质晶体接触时,明显地减小了水珠与荷叶表面的接触面积,扩大了水珠与空气的界面。这种情况下,液滴不会自动扩展,而是保持其球形状态。一般的污染物尺寸比蜡质晶体大,只会落在乳突的顶部,且大多数的污染物比蜡晶体更易润湿,当水珠在荷叶上面滚动时,污染物会粘附在水珠表面而被带走,从而达到自清洁效果。在荷叶效应的指导下,超疏水自清洁涂料的理论和应用研究取得了进展。Marmur[8]探索了荷叶效应构造超疏水表面的机制,对荷叶效应的模型体系进行理论研究,提出了评价超疏水的2个标准:即大的水接触角和小的水滚动角。Yu等[9]研究了荷叶表面的双尺度结构及乳突长径比的重要作用,揭示了荷叶表面的双尺度结构对维持荷叶表面结构和超疏水稳定方面的必要性。Feng等[10]将醋酸锌在乙醇溶液中水解制备出ZnO溶胶,在玻璃上经多次涂膜、热煅烧制备出厚度为50~100nm的ZnO晶粒涂膜;后将其浸入在硝酸锌和六亚甲基四胺的水溶液中,再经水洗、干燥以及暗室中静置制备出ZnO纳米管涂膜,其静止水接触角(CA)高达(161�2∀1�3)#,表现出超疏水性能。Huang等[11]使用六亚甲基四胺、乙二醇以及65第40卷第12期涂料工业Vo.l40�No.122010年12月PAINT&COATINGSINDUSTRYDec.2010�Cu2+和Fe2+的强双齿螯合剂作为反应试剂,采用溶胶-凝胶法,在铜合金的表面构建了类似荷叶结构的Cu-Fe纳米棒涂膜,用十二氟辛基三乙氧基硅烷对Cu-Fe纳米棒薄膜再进行修饰,制备出超疏水的Cu-Fe纳米棒涂膜,该薄膜对水接触角达到(156�5∀2�1)#。Vogelaar等[12]采用相...
