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光觸媒塗層的現狀與挑戰

近期我們的博客主題圍繞著親水性展開，並在上一期總結了親水性玻璃塗層與防污的相關內容。

親水防污的概念

親水防污的基本原理是利用羥基（-OH）所帶來的親水性，當羥基與水分子（H2O）形成氫鍵後，可以將污垢從親水性塗層表面浮起，隨著雨水或其他水分流動將污垢帶走。如果親水性能夠持續維持，理論上有機物污垢可以輕易地被雨水或自來水沖洗乾淨。

然而，在實際環境中，例如汽車行駛在道路上，親水性表面容易受到空氣中的污染物、粉塵以及水中的無機離子影響，在短短一天內便會轉變為疏水性（即拒水性）。因此，為了維持親水性表面，定期清潔以保持玻璃表面的新鮮狀態是不可或缺的。

光觸媒塗層的目的

為了解決這一問題，光觸媒塗層應運而生，其目的是長期維持親水防污性。光觸媒的原理源於東京大學的藤嶋昭與本多健一的研究成果——「本多-藤嶋效應」，他們發現，當二氧化鈦（TiO2）與鉑（Pt）在水中受到光照射時，水會分解，二氧化鈦釋放氧氣，鉑釋放氫氣。

儘管光觸媒的概念早已廣為人知，但作為塗層技術，它尚未得到廣泛應用。為何如此？我們來探討光觸媒的優點與挑戰。

光觸媒的有機物分解能力

光觸媒表面分解有機物的機制存在多種解釋，根據光觸媒工業會的說法，二氧化鈦（TiO2）作為觸媒，受到光（主要是紫外線）照射後，電子會釋放至外界，同時二氧化鈦表面會形成帶正電的空穴。當空氣中的濕氣或雨水附著於此時，H2O與空穴反應產生羥基自由基（-OH），空氣中的氧氣（O2）與電子（e-）反應產生超氧化物陰離子自由基（O2-）。這兩種活性氧由於電氣與化學不穩定性，會在穩定化過程中通過氧化還原反應分解有機物，使其無害化或具有輔助清潔效果。

光觸媒引發的超親水性

超親水性是指水在固體表面上的接觸角度為0°至10°的狀態，這表明固體表面與水之間具有高度的親和性。根據光觸媒工業會的說法，當二氧化鈦（TiO2）受到紫外線等光照射後，表面會形成親水性羥基（-OH），從而表現出親水性或超親水性。

超親水性防污：自我清潔機制

覆蓋著光觸媒的固體表面，由於具有親水性羥基（-OH），當雨水或自來水降落時，表面污垢會在光觸媒表面形成的水膜中浮起，隨著水流一同被沖走，這就是所謂的自我清潔機制。

光觸媒塗層的挑戰

儘管光觸媒塗層在紫外線照射下能夠持續分解表面附著的有機污垢，並維持親水性或超親水性，但在汽車車身塗裝或窗玻璃上的應用仍存在一些問題。

1. 車身塗裝光觸媒塗層的問題

有機物粘合劑與塗裝表面的影響
當二氧化鈦（TiO2）光觸媒受到紫外線照射時，會分解有機物，包括用於固定塗層的有機物粘合劑，導致光觸媒塗層脫落。同時，光觸媒也會分解車身塗裝本身，導致塗裝劣化。

無機物粘合劑的挑戰
無機物粘合劑雖然可以避免有機物的分解問題，但仍然存在定著不牢、易剝落等問題。

2. 窗玻璃光觸媒塗層的問題

窗玻璃在外界環境中會受到各種有機物附著，這些有機物若未徹底清除，光觸媒會分解下層有機物，導致塗層脫落。此外，即使使用無機粘合劑，仍然存在類似的剝落問題。

其他解決方案

目前，耐久性和親水防污性兼具的光觸媒塗層在實際應用中仍未達到理想效果。現有的研究大多停留在理論層面，尚未能有效應用於汽車或建築塗裝等實際場景。

結論：光觸媒塗層雖然在理論上能實現自我清潔，但在實際應用中，仍面臨諸多挑戰，尚無法完全達到「下雨即可自動清潔」的效果。

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疏水性について  疏疏水
前些日子，我與同行討論了關於疏水性的表面改質劑。

討論的主題是「疏水」及「疏水性」。

其中提到，至今仍有一些業者將「疏水性」解釋為類似於「親水性」般，不會排斥水的狀態，並以此進行宣傳。

結論來說，疏水性物質的表面會呈現出排斥水的「撥水性」。  
疏水性是「親水性」（不排斥水）的相反狀態。

正如大家所知，日文中的「疏」字代表「疏遠、不親密」的意思。  
因此，「疏水」意指「疏遠水，與水不親近」。  
「疏水」即表示排斥水、不與水相容的意思。

「疏水性」指的是對水的親和性低，即難以溶於水或難以與水混合的物質特性。因此，疏水性物質的表面會表現出撥水的現象。

英語也是如此。  
疏水性在英語中稱為hydrophobic。  
而hydrophobic（疏水性）的反義詞是hydrophilic（親水性）。

hydrophobic：  
不容易與水親近，即疏水性，作為現象表現為排斥水的water repellent：撥水性。

hydrophilic：  
容易與水親近，即親水性，不會排斥水。

參考：兩親性：amphiphilic  
有些物質既具備親水性又具備疏水性。  
這種物質被稱為「兩親性物質」。當水附著於兩親性物質表面時，通常會出現弱撥水（低撥水）的現象。

有些人狹義地將這種「弱撥水性」稱為「疏水性」。  
這仍然是一種排斥水的性質，並且作為狀態表現為撥水。疏水性並非親水性。

補充說明：作為農業用水路的疏水

自古以來，農業用水路有時被稱為「疏水（そすい）・疏水（そすい）」。  
或許有人因此聯想到這種用水路的流動，產生了某種混淆。

可能有人像對待「親水公園」那樣，把這種用水路聯想到與水親近的形象。  
在這種情況下，無需多言，「疏水」與「親水」是完全不同的概念。

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JIS K5600-5-4 刮痕硬度（鉛筆法）測試方法概述

测试条件

JIS K5600-5-4 刮痕硬度测试采用铅笔法进行，测试环境要求为：

• 温度：23°C ± 2°C
• 相对湿度：50% ± 5%

铅笔的准备

1. 将铅笔削成钝状，使笔芯露出木头部分5-6毫米。
2. 确保铅笔尖端表面光滑，无划痕或凹槽。
3. 将铅笔以90度角握持，并在纸张上摩擦笔尖，直至其变平。每次测试前均需重复此步骤。

测试步骤

1. 将测试样品放置在坚硬且平坦的表面上。
2. 将铅笔装入测试装置，直至铅笔与样品接触，确保装置与样品表面平行。
3. 确保铅笔尖端接触到测试样品，然后以每秒0.5至1毫米的速度推动装置，使其在表面上移动至少7毫米。
4. 根据以下标准仔细检查测试样品表面。如果未见划痕，换用更硬的铅笔并重复步骤3到6。

划痕硬度标准

1. 塑性变形：测试样品表面出现凹陷或损坏。
2. 结合性断裂：样品表面涂层出现断裂。
3. 综合结果：以上两种情况的结合。

涂层硬度的衡量标准：不会在样品表面留下划痕的最硬铅笔即为该涂层的硬度等级。

测试重复性：若第一次测试结果与第二次差异超过一个铅笔硬度等级，应舍弃结果并重新开始测试。

測試樣品與结果

测试样品准备

• 基材：涂有基础材料的涂层板，尺寸为200 x 100毫米。
• 玻璃板：涂有混合玻璃涂层的玻璃板，尺寸为200 x 100毫米。

测试结果

涂层板测试结果

在基础材料上的混合玻璃涂层硬度为H。

玻璃板测试结果

在玻璃板上的混合玻璃涂层硬度为5H。

以上测试由日本涂料检验测试协会执行，结果报告于2011年5月9日。

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鍍膜技術原本廣泛應用於工業與汽車領域，但隨著技術的進步，鍍膜在居家生活中的應用也變得愈加普遍。無論是居家鍍膜、外牆防水，還是大型藝術裝置的保護，鍍膜技術都為我們的日常生活帶來了顯著的便利與效益。本文將探討這些應用場景及其對生活品質的提升。

 一、居家鍍膜的應用

隨著人們對居家環境要求的提高，鍍膜技術在居家保護中的應用越來越廣泛。無論是廚房、浴室、窗戶還是家具，鍍膜技術都能提供一層有效的防護層，防止污垢、水漬和油漬的附著。

1. 廚房與浴室的鍍膜應用：這些區域經常接觸水、油和污垢，容易滋生細菌與黴菌。透過鍍膜處理，廚房台面、浴室瓷磚、鏡子等表面能夠形成抗污層，減少清潔的頻率與難度，並且延長材料的使用壽命。

2. 家具與家電的鍍膜應用：木質家具容易因潮濕或日常使用而損傷，而家電表面則可能因油污或手指印而失去光澤。使用鍍膜可以增加表面的耐磨性與抗污性，保持家具與家電的美觀。

3. 窗戶與玻璃的鍍膜應用：窗戶與玻璃表面經常會附著灰塵、水漬，影響視線與美觀。鍍膜可以防止水漬與灰塵的積聚，讓清潔變得輕鬆。此外，還能增強玻璃的防碎性，提高安全性。

二、外牆防水的鍍膜應用

外牆是建築物的第一道防線，直接面臨風雨與氣候變化的考驗。傳統的防水塗料雖然能提供一定的保護，但隨著時間的推移容易老化失效。鍍膜技術為外牆防水提供了更長效、更堅固的解決方案。

1. 提高外牆的防水性能：鍍膜材料能夠滲透至牆體表面形成一層防水層，有效阻擋水分的滲透，防止牆體因濕氣而發生剝落、發霉或裂縫。

2. 增強耐候性與抗紫外線：外牆長期暴露於陽光、雨水和污染物中，會逐漸失去原有的色澤和強度。鍍膜層具有優異的耐候性與抗紫外線性能，能夠延長牆體的使用壽命，保持建築物的美觀。

3. 減少維護成本：外牆鍍膜的防護層不僅能保護牆體免於天氣損害，還能減少污漬附著，降低定期清洗與維護的頻率，從而節省長期成本。

 三、大型藝術裝置的鍍膜應用

大型藝術裝置通常置於戶外或公共空間，直接受到自然環境與人為因素的影響。這些藝術品不僅僅是藝術家的心血結晶，也是城市的文化象徵，因此需要長期保護。鍍膜技術在這方面發揮了關鍵作用。

1. 保護藝術裝置的材質：無論是金屬、玻璃還是石材，鍍膜都能提供一層防護層，防止材質因氧化、腐蝕或污染而損壞。這不僅有助於保持作品的原始色澤與質感，也能延長其壽命。

2. 提升耐候性：大型藝術裝置經常暴露在各種天氣條件下，如強烈的紫外線、雨水和風沙。鍍膜層具有優異的抗紫外線與耐候性能，能夠有效抵抗自然因素的侵蝕，確保藝術品的持久美觀。

3. 減少清潔與維護需求：公共藝術裝置容易受到人為破壞或塗鴉，這些行為不僅破壞了藝術品的完整性，也增加了維護成本。鍍膜層能夠形成一層抗污層，讓清潔與維護變得更為輕鬆。

結語:

鍍膜技術的應用範圍已經超越了工業與汽車領域，進一步滲透到我們的日常生活中。從居家鍍膜、外牆防水到大型藝術裝置的保護，鍍膜技術不僅提升了生活品質，還為我們提供了更方便、更高效的維護解決方案。透過適當的鍍膜處理，無論是居家環境、建築物外觀還是藝術作品，都能在時間的考驗中保持其原有的美麗與功能性。

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鍍膜固化要多久時間?