建筑物外墙粘污机理与保洁实验研究
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摘要
随着近年来中国经济的快速发展，大规模基础设施的不断建设，特别是建筑物，这些建筑物外墙的装修必然会利用到各种各样的材料，包括瓷片、玻璃、铝板、石材、不锈钢、涂料等。随着时间的推移，暴露在空气中的建筑物外墙材料会受到紫外线的照射、风雨的侵蚀、粉尘的粘附等而变得面目全非，一方面使建筑物寿命缩短；另一方面破坏建筑物的景观。因此，建筑物外墙的清洗和保洁工作已经成为众多学者研究的内容。作者在对建筑物外墙表面清洗技术领域的文献做了大量的检索后发现，关于建筑物外墙表面的清洗技术比较成熟，但是对于这些污染物怎样粘附于建筑物外墙表面及其影响因素，建筑物外墙清洗效果的检测研究甚少。另外，在建筑物外墙污染问题上，目前还停留在先污染后治理的观念上，很少涉及到对建筑物外墙进行防污处理方面的研究。
本文主要研究建筑物外墙材料表面粉尘粘附的情况，根据表面物理化学、界面化学和清洗技术等理论，使用光学显微镜系统对玻璃表面粉尘进行分析和研究，主要研究内容和结论如下：
(1)在参阅大量文献资料基础上，总结出建筑物外墙材料表面粘附污染物的机理主要有机械性粘附、物理性粘附和化学性粘附。其中机械性粘附主要是由建筑物材料表面粗糙度引起的摩擦力所起作用；物理性粘附的作用力包括由偶极力、诱导力和色散力而构成的范德华力、静电吸引力、氢键力和毛细管力；化学性粘附的作用力有离子键和共价键，一般两个作用力同时存在。
(2)建筑物外墙材料表面粘附污染物的影响因素包括人的因素，机(建筑物表面材料和污染物本身)的因素和环境的因素。人的因素主要包括污染物的制造和管理上的缺陷；建筑物外墙表面材料的因素包括材料表面的粗糙度、材料表面化学组成和亲水疏水性能等；污染物(本文主要研究对象是粉尘)的因素主要包括粉尘的形状、大小、湿润性、粘附性和电荷性等。
(3)探讨了几种建筑物材料表面防污剂的防污机理，包括石蜡类防污剂、乳胶类防污剂、有机硅类防污剂、含氟类防污剂和自清洁防污免清洗材料5种防污技术各自的防污机理。这些防污剂首先都是以防水或者憎水为前提，然后考虑透气性为目的防污机理。含氟类防污剂和自清洁防污免清洗材料是发展的方向。
(4)测试了几种化学试剂溶液处理后玻璃表面粉尘粒子去除容易程度的相对大小。不管是利用气流作用力还是利用水流的作用力来去除玻璃表面粉尘颗粒，用稀氨水处理过的玻璃片表面粉尘颗粒的去除率都是最高的。没有用化学试剂处理的玻璃片表面所粘附的粉尘颗粒数目相对较少，可这些粉尘颗粒很难去除，说明玻璃表面用化学试剂处理后有利于玻璃表面粉尘的粘附，但不影响玻璃的透光性，因为其表面粉尘颗粒表面积所占百分比例很小。因此，在不影响玻璃性质的条件下，用碱性处理玻璃表面较好。
(5)测试了氟碳表面活性剂溶液处理前后瓷砖表面的耐污性。无论是对于铁锈还是黑墨水污染物，涂有氟碳表面活性剂瓷砖表面的耐污染等级比未涂氟碳表面活性剂瓷砖表面的耐污染等级都要高。
(6)表面活性剂在不同的固体表面吸附的模式是不一样的。本文将表面活性剂在不同类型固体表面吸附的过程模型化，该模型能很好的解释表面活性剂在固体表面上吸附的过程和形态。
The large-scale infrastructures, especially the buildings, have being constructedconstantly with the fast development of Chinese economy in recent years. The decorationof the outside wall of these buildings will inevitablely utilize various materials, includingporcelain slice, glass, aluminum board, stone material, stainless steel, coating and so on.As time goes on, the materials of the outside wall on the buildings exposed in theatmosphere will suffer various devastation, including shined by the ultraviolet ray, beatenby weathers, adhered by dust and so on. On one hand, it will shorten the life of thebuildings. On the other hand it will destroy the scenery of the buildings. Therefore, thework has already become highlight that a lot of scholars have being studied on thewashing and keeping clean of the outside wall of these buildings. The author finds thewashing technology about the surface of outside wall of buildings is mature after doing alarge amount of search in the literature on the washing technical field of the surface ofoutside wall of buildings. However, there are few researches on the pollutant how toadhere to the surface of the outsider wall of the buildings and its influencing factors andthe detection of the result of washing. In addition, people always adopt the method oftreament after poulltion rather than the method of prevention before poulltion of theoutside wall of the buildings nowadays. This paper studies the dust adhesion to the surfaceof the outside wall of the buildings, according to surface physicochemistry, interfacechemistry and clean technology theory and so on. The author uses optics microscopesystem to make analysis and research of dust on the surface of glass and ceramic tile, andthe main conclusions of the study are as follows:
(1) On the basis of information from literature, the author sums up that adhesionmechanism of pollutant on the surface of the outside wall of the buildings are mainlymechanical, physical and chemical adhesion. Mechanical adhesion is mainly caused by thefriction arised from the surface roughness of surface materials of the outside wall of thebuildings. The force of physical adhesion comprises Van der Waals forces made up ofdipole force, induction force and dispersion interaction energy, electrostatic attractionforce, hydrogen-bond force and capillary force. The force of chemical adhesion comprisesionic bond and covalent bond, and generally they are coexistent.
(2) The adhesion influencing factors of pollutant of surface materials of the outsidewalls consist of the man-made factor, machine factor (the surface materials of buildingsoutside wall and pollutant) and environmental factor. The human factor mainly containsthe production of air pollutants and the mistake of management. The factor of surfacematerials of outside wall of buildings contains the surface roughness, surface hydrophilicand hydrophobic capability and the chemical composition. The factor of pollutant (the research object of the dissertation is dust) contains the dust shape, size, wet ability,adhesion charge and so on.
(3) The dissertation discusses decontamination mechanism of anti-fouling agent tothe surface materials of of outside wall of buildings, including paraffinaceous antifoulingchemical, latex antifouling chemical, organic silicon antifouling chemical andfluorine-containted antifouling chemical and self-cleaning anti-fouling materials. Theprecondition of these antifouling chemical is waterproof or water-repellent, and thesecondary precondition is ventilation and penetrative. The fluorine-containted anti-foulingchemical and the self-cleaning anti-fouling materials is the tendency of development.
(4) The dissertation tests the relative easiness grade of removal of dust particles onthe glass infused by several chemical reagents surface. Whether the use of airflow force orthe use of water force to remove dust particles from the glass surface, the removalefficiency of dust particles of the glass infused by dilute ammonia surface all are thehighest. The amount of dust particles on the glass without infusing any chemical reagentssurface is the fewest, but it is the most difficult to remove from the surface. It indicatesthat it is beneficial to adhere to the glass surface for dust particles when the glass surfaceis infused by chemical reagents. No chemical reagents adhesion to the glass surface of arelatively small number of particles of dust that after the glass surface contaminants wouldbe beneficial to the glass surface dust adhesion can be difficult to remove these dustparticles, but not the translucent glass (very small percentage of dust particles). Therefore,without pre-judice to the nature of the glass, using alkaline better handle glass surface.
(5) The dissertation tests anti-fouling capability of the surface of the ceramic tilesspreaded fluorocarbon surfactant. The anti-fouling grade of the surface of the ceramic tilesspreaded fluorocarbon surfactant is higher than the anti-fouling grade of the surface of theceramic tiles without spreading fluorocarbon surfactant, whether the pollutant is rust orblack ink.
(6) The pattern that the surfactant adsorbs on different solid surface is different. Thisdissertation puts forword models of surfactant adsorb on different solid surface, which cansuitably explain the adsorption processes and conformation.
本文主要研究建筑物外墙材料表面粉尘粘附的情况，根据表面物理化学、界面化学和清洗技术等理论，使用光学显微镜系统对玻璃表面粉尘进行分析和研究，主要研究内容和结论如下：
(1)在参阅大量文献资料基础上，总结出建筑物外墙材料表面粘附污染物的机理主要有机械性粘附、物理性粘附和化学性粘附。其中机械性粘附主要是由建筑物材料表面粗糙度引起的摩擦力所起作用；物理性粘附的作用力包括由偶极力、诱导力和色散力而构成的范德华力、静电吸引力、氢键力和毛细管力；化学性粘附的作用力有离子键和共价键，一般两个作用力同时存在。
(2)建筑物外墙材料表面粘附污染物的影响因素包括人的因素，机(建筑物表面材料和污染物本身)的因素和环境的因素。人的因素主要包括污染物的制造和管理上的缺陷；建筑物外墙表面材料的因素包括材料表面的粗糙度、材料表面化学组成和亲水疏水性能等；污染物(本文主要研究对象是粉尘)的因素主要包括粉尘的形状、大小、湿润性、粘附性和电荷性等。
(3)探讨了几种建筑物材料表面防污剂的防污机理，包括石蜡类防污剂、乳胶类防污剂、有机硅类防污剂、含氟类防污剂和自清洁防污免清洗材料5种防污技术各自的防污机理。这些防污剂首先都是以防水或者憎水为前提，然后考虑透气性为目的防污机理。含氟类防污剂和自清洁防污免清洗材料是发展的方向。
(4)测试了几种化学试剂溶液处理后玻璃表面粉尘粒子去除容易程度的相对大小。不管是利用气流作用力还是利用水流的作用力来去除玻璃表面粉尘颗粒，用稀氨水处理过的玻璃片表面粉尘颗粒的去除率都是最高的。没有用化学试剂处理的玻璃片表面所粘附的粉尘颗粒数目相对较少，可这些粉尘颗粒很难去除，说明玻璃表面用化学试剂处理后有利于玻璃表面粉尘的粘附，但不影响玻璃的透光性，因为其表面粉尘颗粒表面积所占百分比例很小。因此，在不影响玻璃性质的条件下，用碱性处理玻璃表面较好。
(5)测试了氟碳表面活性剂溶液处理前后瓷砖表面的耐污性。无论是对于铁锈还是黑墨水污染物，涂有氟碳表面活性剂瓷砖表面的耐污染等级比未涂氟碳表面活性剂瓷砖表面的耐污染等级都要高。
(6)表面活性剂在不同的固体表面吸附的模式是不一样的。本文将表面活性剂在不同类型固体表面吸附的过程模型化，该模型能很好的解释表面活性剂在固体表面上吸附的过程和形态。
The large-scale infrastructures, especially the buildings, have being constructedconstantly with the fast development of Chinese economy in recent years. The decorationof the outside wall of these buildings will inevitablely utilize various materials, includingporcelain slice, glass, aluminum board, stone material, stainless steel, coating and so on.As time goes on, the materials of the outside wall on the buildings exposed in theatmosphere will suffer various devastation, including shined by the ultraviolet ray, beatenby weathers, adhered by dust and so on. On one hand, it will shorten the life of thebuildings. On the other hand it will destroy the scenery of the buildings. Therefore, thework has already become highlight that a lot of scholars have being studied on thewashing and keeping clean of the outside wall of these buildings. The author finds thewashing technology about the surface of outside wall of buildings is mature after doing alarge amount of search in the literature on the washing technical field of the surface ofoutside wall of buildings. However, there are few researches on the pollutant how toadhere to the surface of the outsider wall of the buildings and its influencing factors andthe detection of the result of washing. In addition, people always adopt the method oftreament after poulltion rather than the method of prevention before poulltion of theoutside wall of the buildings nowadays. This paper studies the dust adhesion to the surfaceof the outside wall of the buildings, according to surface physicochemistry, interfacechemistry and clean technology theory and so on. The author uses optics microscopesystem to make analysis and research of dust on the surface of glass and ceramic tile, andthe main conclusions of the study are as follows:
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(2) The adhesion influencing factors of pollutant of surface materials of the outsidewalls consist of the man-made factor, machine factor (the surface materials of buildingsoutside wall and pollutant) and environmental factor. The human factor mainly containsthe production of air pollutants and the mistake of management. The factor of surfacematerials of outside wall of buildings contains the surface roughness, surface hydrophilicand hydrophobic capability and the chemical composition. The factor of pollutant (the research object of the dissertation is dust) contains the dust shape, size, wet ability,adhesion charge and so on.
(3) The dissertation discusses decontamination mechanism of anti-fouling agent tothe surface materials of of outside wall of buildings, including paraffinaceous antifoulingchemical, latex antifouling chemical, organic silicon antifouling chemical andfluorine-containted antifouling chemical and self-cleaning anti-fouling materials. Theprecondition of these antifouling chemical is waterproof or water-repellent, and thesecondary precondition is ventilation and penetrative. The fluorine-containted anti-foulingchemical and the self-cleaning anti-fouling materials is the tendency of development.
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(5) The dissertation tests anti-fouling capability of the surface of the ceramic tilesspreaded fluorocarbon surfactant. The anti-fouling grade of the surface of the ceramic tilesspreaded fluorocarbon surfactant is higher than the anti-fouling grade of the surface of theceramic tiles without spreading fluorocarbon surfactant, whether the pollutant is rust orblack ink.
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引文
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