水性奈米抗尘防污涂料,居家环境最佳帮手

随着各国逐步禁用溶剂型油性涂料,水性涂料近年一跃成为环保健康的解决方案。然水性涂料拨水性差,工研院克服水性涂料先天限制,研发出耐候、防污、拨水功能的水性涂料,获得 2018 全球百大科技研发奖入围的肯定。

生活中,常以涂料美化居家空间或建筑外貌,既维持美观,也有保护及延长建物使用寿命的作用,但常见的油性涂料(如油漆)多带有刺激性的气味与成分,影响身体健康。近年来,愈来愈多消费者选择购买无毒环保的水性涂料。只是对比油性涂料,水性涂料的防污、拨水功能就相形失色许多,要想兼顾环保与拨水、防污等功效,水性涂料必须从原料端彻底改造。

创新奈米材料 让水分子先亲后疏

工研院材料与化学研究所应用化学组研究员汤伟钲表示,2011 年美国水性涂料大厂 Behr 公司主动向工研院提出合作,当时工研院已掌握了一般水性涂料的製作技术,但要加入拨水、防污功能,却是一点头绪都没有,只能从既有的涂料技术以及 Behr 公司提供的相关配方与材料开始着手。

「要让水性涂料具有拨水效果,就是首要难关,」汤伟钲说,这代表着加入水性涂料中的关键材料,必须兼具亲水与疏水两种截然不同的特性,不仅要有「亲水性」能在生产製作涂料时充分溶于水中、不会沉澱,才能作为涂料;粉刷完毕、涂料乾燥后,材料也需要具备「疏水性」,无法再吸收任何水分,方能实现拨水的功效。为了克服这项问题,除了从 Behr 公司提供的材料中,找出能够帮助材料分散的奈米颗粒,研究团队也想出与之配套的创新技术:先加入最少量的亲水物质,让具备疏水特性的奈米颗粒能在水中均匀分布;随着涂料逐渐乾燥,奈米颗粒会因表面张力作用逐渐浮至涂料表面,并将原来的亲水物质挤压至下方,形成上层疏水、下层亲水的「自分层」结构,同时在表面形成高密度的奈米涂膜,成功达到拨水目标,还能够防污、减少髒污附着。水性奈米抗尘防污涂料,居家环境最佳帮手 工研院材料与化学研究所应用化学组研究员汤伟钲(右 2)表示,与 Behr 公司合作的首要难关便是要让水性涂料具有拨水效果。

目前强调能够拨水的水性材料,大多是亲水与疏水物质各半,也不具有可分层的特性,即便粉刷乾燥后,涂料表面仍同时具有亲水和疏水的性质,进而降低拨水效果;且亲水物质容易与水分结合流失,也会影响涂料的耐用性。工研院研发的「水性奈米抗尘防污涂料」,不仅能有效拨水、防污,由于加入了无机材料,多了抗日照高温的功效,除适用于室内,户外也难不倒它。

能够拨水、防污都只能算是基本功能,汤伟钲表示,可拨水的设定主要是为了避免液态物体的污染,但是在我们生活周遭,充斥着更多无孔不入的气态污染物,例如 PM2.5;一般水性涂料在粉刷后会留下细微的毛细孔,容易附着这类粉尘微粒,也很难清除。研究过程中,团队当初并未规划「抗尘」特性,经改良再由Behr公司测试后,发现水性抗尘防污涂料比其他水性涂料拥有更好的防尘性,成为一大技术特色,也是始料未及的意外收穫。

原料端与应用同时降低环境负担

以雪山隧道为例,虽然隧道内的墙面原本都涂有白色油性漆,但受到车辆排放的废气污粒附着,墙面变成暗灰色,还得委请外包商定期利用机器清洗。在比较试验中,涂有水性抗尘防污涂料的表面,仅需实验用擦拭纸擦拭,一擦即净;若採清洗方式,速度能增加 2 到 3 倍,大幅减少清洁支出。

Behr 公司也在美国进行许多实地测试,比较水性防尘抗汙涂料及各种涂料的差异,结果都显示水性防尘抗汙涂料的防尘抗汙效果最佳,耐磨次数更高达 400 次以上,更入围 2018 全球百大技研发奖,获得国际肯定。

水性奈米抗尘防污涂料不只能广泛用于木材、陶瓷、玻璃、水泥、石材等建材上,还能有效减少因维护所需要的各种资源消耗与碳排放、延长建筑或设施的使用寿命,甚至从原料端避免使用容易产生挥发性物质的化学溶剂,进一步落实「5+2产业创新计画」中循环经济的绿色理念,给民众更安心的居家环境。