白色颜料硫化锌在内外墙中的应用

中国新型涂料网讯：

硫化锌白色颜料在涂料中不仅可以取代部分二氧化钛，并且与二氧化钛一起使用时具有长效的抗菌灭藻功能，广泛应用与内外墙涂料中。

随着现代工业的飞速发展，大气污染日益引起人们的重视。大气污染中的主要污染物质包括二氧化硫、工业灰／粉尘等。工业灰／粉尘大多通过物理或者化学作用吸附在建筑物的表面，一方面造成对建筑物甚至城市面貌以及形象的影响，更加重要的是这些工业灰／粉尘与建筑物基材中的化学成分，在水分和紫外线的作用下会产生大量的有毒物质，而且在建筑物的表面会生长出大量的藻类微生物，这些微生物通过物理和化学作用分解或者降解建筑物 内的各种成分，在对建筑物安全性能产生隐患的同时，对人类的健康造成巨大的影响。

1 建筑物上的藻类生长

    从化学组成来看，工业灰／粉尘有 3 种：纯的无机粒子( 比如说硅酸盐)、大部分为无机粒子的灰尘及大部分是有机材料 ( 比如包覆有像汽油或者溶剂这样的无机物作为核的粒子)的粒子。真正的灰尘不仅含有硅酸盐，而且粒子的表面通常会有一些有机物存在，比如各种机动车的油烟，这些有机物质就像胶水一样使得这些粒子粘附在建筑物的表面。

    在经过长时间的阳光照射以及间断的雨水作用下，会发现有大量藻类或微生物在建筑物表面生长。这些藻类和菌类不断侵蚀建筑物材料的内部，对建筑物结构的力学性能产生很大影响。在没有藻 类防护的物体表面可以观测到藻类生长繁殖的 2 个阶段。第一阶段：表面上藻类的侵蚀发生在基材涂覆涂料之后，在涂层中容易游离的有机成分，比如成 膜剂等，在光照和水分的作用下可以作为藻类生长的营养成分。并且藻类的生长速度会随着这些营养 剂被消耗而降低。这种进程很快会发展到第二个侵蚀阶段：涂料受到耐候性的影响造成表面涂层中的 大量成分被降解或者剥离，导致建筑物表面很粗糙，这就使得灰尘、有机剩余物等被吸附在物体的表面 上，这给藻类的繁殖提供了较长时间且较为持久的营养成分。

2 去除烟尘 类微生物的方法

    2 ． 1 去除烟尘的方法

    对于去除建筑物表面上所吸附的工业性烟尘／粉尘，目前可以采取以下几种措施。

    (1) 亲水性的表面

采用这种方法将使得建筑物表面与有机胶粘剂之间的作用减小，通过雨水的外力可以将其冲走。

(2) 采用高玻璃化温度的粘合剂

    在这种情况下作为粘合剂的有机物不会溶解在基料里面，二者之间的引力较小，雨水有可能将灰尘冲走。

    (3) 憎水性的表面

    开始时它们具有较好的洁净度 ( 雨水可以冲走较大的粒子 ) ，但是一段时间之后表面会变脏，因为极细的油烟在表面上会越聚越多。

    可以看出，采用这 3 种方法都不能彻底去除工 业性烟尘／粉尘，这将导致建筑物表面无可避免地出现藻类。

    2 ． 2 抑制藻类生长的方法

    抑制藻类以及微生物菌类生长有 3 种方法：①在涂料中添加有机杀菌剂，但其最大的缺点是不能保持长效的抗菌灭藻作用，这是由于涂层经过长时 间曝露于外界中，使得大量的有机杀菌剂在复杂的 气候影响下分解、降解或者与基料树脂发生反应，从 而使得涂层不具备长效的抗菌灭藻功能，而且有机杀菌剂对人体有一定的损害，主要用于温度较低的 场合；②利用纳米二氧化钛的光催化效应来杀灭菌类和藻类，但是由于纳米二氧化钛在产生光催化效应的同时，会有大量能量以及具有高活性的自由基产生，这样就对涂料的树脂体系产生严重的影响，从 而使得纳米二氧化钛的使用受到很大的限制；③在涂层中添加氧化锌或者磷酸锌等较为活泼的锌盐， 与方法 1 相比，该法涂层的抗菌灭藻功能时间要长， 但是由于氧化锌或者磷酸锌等锌盐具有较活泼的化学特性，这样在雨水等自然力的作用下，使得涂层中 起着抗菌灭藻作用的锌离子的浓度越来越低，使之也不具备长效抗菌灭藻功能。

    硫化锌是所有锌盐化合物小最为稳定的一种， 并且硫化锌也是一种白色颜料 利用硫化锌的长效抗菌灭藻效应来抑制藻类生长，能够很好地解决建筑物表面吸附工业性烟尘／粉尘和表面生长藻类以及微生物的问题，起到长效抗菌灭藻作用。

3 具有长效抗菌灭藻效应的白色颜料硫化锌

硫化锌是最稳定的锌化合物 之一。作为一种无机盐，其在水和有机溶剂中的溶解度非常小。硫化锌白色颜料的纯度非常高，它是仅次于二氧化钛颜料之后应用最为广泛的白色颜料。尽管比二氧化钛的光活性要差，但是其在市场上仍占有较大的份额，这主要是因为它具有特殊的性能。将硫化锌用于外墙涂料中，可以显著地发现其表面藻类的生长较小。硫化锌的化学稳定性能优于 氧化锌，远胜于有机杀菌剂。但如果单独使用，硫化 锌在水、氧化剂和 UV 光的共同作用下被氧化成硫酸锌 ( 图 1) ，这个过程的发生不可避免地造成硫化 锌作为白色颜料性能的降低。要使得硫化锌作为更加长效的杀菌灭藻剂，必须要与二氧化钛一起使用，让二氧化钛充当部分 uV 吸收剂，使得硫化锌能够 在长时间内提供稳定的游离锌离子浓度。硫化锌和 二氧化钛混合使用时，可以观测到它们之间有协同效应。

          图 1 硫化锌在光照条件下生成可溶性的锌盐

二氧化钛能够吸收 UV 光进而保护下层的硫化锌粒子免受 UV 光的辐射。在没有足够的能使硫化锌氧化的条件下，硫化锌是完全稳定的。分析证明， 在经过长时间的气候侵蚀后，硫化锌会显著减少而 转变为可溶性的锌，但是相比整个涂料体系来说，锌的含量不变，保持一个常数水平。

    此外，硫化锌可以提供一部分白色颜料的性能，这样就可以减少二氧化钛的用量。

    与单独使用一种白色颜料的涂料体系相比，用 二氧化钛和硫化锌的混合物作为白色颜料的涂料体系表现出更长的使用寿命和更为持久的颜色性能。

    德国莎哈利本化学有限公司 ( 原萨其宾化学有 限公司 ) 是世界上唯一能够工业化生产具有长效抗菌灭藻功能的硫化锌白色颜料的公司，硫化锌在与 二氧化钛一起使用时，不仅能够减少二氧化钛的用量，而且在抗菌灭藻方面，优于使用氧化锌作为杀菌 剂的涂层，达到了真正的长效抗菌灭藻效果。该产品的牌号为： Sachtolith HD ，表 1 所示的是这种产品的技术数据。

    表 1 Sachtolith HD 的技术数据

    从表 1 可以看出：硫化锌 (Sachtolith HD) 具有较软的结构以及较小的莫氏硬度，比其他大部分颜料 具有更小的磨损性。其优异的性能包括：高的光亮 度和较低的变色性能，在 UV 光的波长附近吸收较小，良好的耐晒性，对基料的吸收较小，优异的流变性和润湿能力，非常好的分散性。硫化锌主要是由球形粒子组成，并且粒子尺寸分布的宽度与二氧化钛颗粒基本相同，其平均粒径大约在 0.35 μ m 左右，其电镜形貌照片见图 2 。

      图 2 Sarhtolith HD 微粒的电镜形貌照片

    图 3 所示的是加入了硫化锌后外墙涂料的抗菌灭藻效果。样板放置于户外长达 6 年的时间。其中上层所示的是参照样本，下层是样板经过了 6 年的户外试验，左边的没加硫化锌，右边的加入了硫化锌。从图 3 中可以看出：加入硫化锌的试样的抗菌灭藻效果非常好。

      图 3 硫化锌的抗菌灭藻功能

    随着工业的发展以及环保要求的提高，对建筑 物的装饰性能提出了更高的要求。具有长效自洁净功能的内外墙涂料的研制被提上了日程。硫化锌作为白色颜料应用于涂料中可以取代部分二氧化钛，同时有着长效的抗菌灭藻功能，相对于有机杀菌剂的短效和氧化锌活性高的缺点，可以预见硫化锌在今后的内外墙涂料中有着更广泛的应用。