中国涂料市场的需求年增长为10%左右，其中大部分增长来自高科技含量的高端涂料。2010-2015年将有10亿m2建筑幕墙;另，日前出炉的《新能源产业振兴规划》预测中国2020年光伏发电装机量为20GW，光伏发电装机量要比2008年（0.14 GW）增长143倍，因此未来光电幕墙及光电屋面玻璃也将有很大增长。而无论是建筑幕墙还是光电幕墙，未来15 a的发展都迫切需要自洁、自动除尘的高端涂料。
1 幕墙屋面表面清洗一直是难题
1 幕墙屋面表面清洗一直是难题
幕墙屋面的面板种类众多，有玻璃、金属板材(铝板、钛板、钢板、铜板等)、天然石材(花岗石、大理石、洞石等)、人造板材(陶土板、千思板、瓷板等)，往往一个工程有多种面板。而且幕墙屋面体形复杂，有矩形、圆形、锥形、倒锥形、双曲形、异形等。若使城市建筑物外立面保持整洁，应当按照下列要求清洁:①玻璃幕墙，至少每年清洗1次;②金属板幕墙，至少每2年清洗1次;③人造板幕墙，至少每2年清洗1次;④石材幕墙，至少每3年清洗1次。但建筑幕墙屋面清洗一直是难题，人工清洗难，安全隐患大，面积大的高层和超高层建筑幕墙屋面的清洗更是难中之难。以世界高楼迪拜哈利法塔玻璃幕墙清洗为例，对于玻璃幕墙的清洗之难可窥一斑。见图1。
另外，中国目前高楼(492米)、世界第三高楼、世界高的平顶式大楼——上海环球金融中心的幕墙人工清洗也是十分困难。见图2。
2 光触媒自洁挑战人工清洁
2.1 清洁涂料种类
建筑幕墙表面人工清洁之难，急需开发自洁、自动除尘涂料来代替人工清洁。目前有3种清洁涂料:
(1)一般清洁涂料:一般多用在小件玻璃器皿物品表面，起到防尘除灰作用。缺点:涂料效果的时效性基本不到1 a。建筑幕墙不使用,大面积使用涂料不现实。
(1)一般清洁涂料:一般多用在小件玻璃器皿物品表面，起到防尘除灰作用。缺点:涂料效果的时效性基本不到1 a。建筑幕墙不使用,大面积使用涂料不现实。
(2)易洁涂料:表面很容易被清洗干净的涂料。建筑幕墙表面容易累积静电。带电后容易吸附附近的灰尘，所以要从源头上抑制面板变脏，主要的是防止面板带静电。衡量是否为自洁涂料主要看其防静电效果好不好，有很好的防静电功能或能抑制自身变脏的涂科即为自洁涂料，反之则不是。
(3)光触媒纳米自洁涂料:是易清洁涂料的升级版，除了很容易能被清洗干净外，有很好的防静电功能，自身有防止变脏的能力。
2.2 光触媒纳米自洁涂料
纳米技术的发现给特种涂料和功能性涂料的发展带来了全新的变革。尤其是纳米光催化技术的发展极大地促进了特种功能涂料革新。纳米光催化技术亦称光触媒技术，发现于20世纪60年代后期，当时还是东京大学研究生的藤岛昭在一次实验中对放入水中的氧化钛单结晶进行了光线照射，结果发现水被分解成了氧和氢。这一效果作为“本多－藤岛效果”而闻名于世。由于这是借助光的力量促进氧化分解反应，因此后来将这一现象中的氧化钛称作“光触媒”。1992年后，纳米技术的发展及其对新型材料重要性认识，使人们开始重新重视这一光催化氧化分解效应。世界各国都投入了大量的人力和物力开展各类纳米自洁涂料的制备与应用研究。由于纳米TiO2光触媒材料具有优异的自洁效应，将改变幕墙屋顶清洗之难，打开了一个全新的技术领域。上海世博会中国航空馆和日本馆柔性外墙PVC和ETFE膜表面有一层二氧化钛光触媒的涂层，不需要清洗，只要下雨，屋顶和外墙遇水，灰尘就会随着清水脱落，完全可以自净。这就是使用了“光催化”自洁涂料的原理。见图3、图4。
幕墙采用了光触媒自洁涂料不仅隔离了污染物与基材的直接接触，不对基材造成损伤。除了人为破坏等外在因素外，能一直保持它的性能。自洁产品是属于半永久性的产品，“光催化”自洁涂料的主要成分是纳米二氧化钛。二氧化钛是一种半导体，分别具有锐钛矿(Anatase)、金红石型 (Rutile)及板钛矿(Brookite)3种结晶结构，其中只有锐钛矿结构具有光触媒特性。建筑幕墙和屋顶表面喷涂这种液体之后，5 d后即会形成一层相当硬度的、无色透明的涂膜，抗划性和耐磨性都很好，可以永久性地附在建筑幕墙和屋顶表面。光触媒自洁幕墙自洁效果在10 a以上。光触媒自洁涂料技术的出现，改变了人工清洗的难题。图5、图6为是否涂覆光触媒自洁涂料的效果对比。
反应中起到的是催化剂的作用，它的化学反应不单单是一次性的化学反应，而是不断地作为催化剂促使表面得到亲水效果，并使物理性炸开的负氧离子和羟基跟表面污染物进行化学氧化还原反
应，使表面一直保持干净的状态。与人工清洗的效果相比，人工清洗反复着从干净到污染的过程，而自洁性产品的效果是一直保持其环保状态。图7是一些光触媒效果展示。
3 “ 光催化”自洁涂料自洁原理
幕墙屋面“光催化”自洁涂料的自洁是由于光触媒亲水和有机污染物分解的两大特性的组合运用。
3.1 “光催化”自洁涂料的有机污染物分解原理(见图8)
3.1 “光催化”自洁涂料的有机污染物分解原理(见图8)
油污分解试验见图9。
3.2 “光催化”自洁涂料的亲水性原理(见图10)
3.3 自洁作用原理
首先，如果向使用氧化钛进行表面加工的材料照射紫外线，就会发生“氧化分解”反应，将附着在表面的有机物分解为水和二氧化碳。而且，当大量的水附着于表面时，就会出现亲水效果:不会凝聚
成水滴，而是薄薄地扩散开。通过这两种现象，表面的污垢会被清洗得一干二净。见图11。
3.4 优良的自洁涂料特点
(1)利用防静电功能使污垢不易接近和黏着在表面。特种纳米粒子含有大量的自由电子，所以电子抵抗值很低，使大气中的灰尘、污气、污垢等不易接近或附着在处理过的表面。
(2)以水和空气为触媒来分解污垢。就算没有光，只要有空气和水就可以分解有机物，另外还有抗菌、消臭、防霉的效果，能长期保持洁净而漂亮的外观。
(3)利用超亲水纳米粒子和fractal理论开发出了超水性和强力密着黏合性（施工完成10 min后，即使洒水，也不会掉落）。且耐久性能超群。市场同类产品的黏着时间一般都需要5～24 h，因此给施工造成不便。
(3)利用超亲水纳米粒子和fractal理论开发出了超水性和强力密着黏合性（施工完成10 min后，即使洒水，也不会掉落）。且耐久性能超群。市场同类产品的黏着时间一般都需要5～24 h，因此给施工造成不便。
(4)添加银离子, 增强抗菌机能并强力附着表面,施工10 min以后,即使洒水也不会脱落,耐久性出色。3.5 光触媒自洁涂料的技术特性(见表1)
4 光触媒自洁涂料的基本要求
4.1 具有优良黏合剂质量
纳米二氧化钛本身没有任何黏合能力，如果没有良好的黏合剂，就无法在物体表面附着。好的光触媒黏合剂是在纳米二氧化钛表面修饰接无机成分的黏合剂，让纳米二氧化钛黏合在基材料表面，这种光触媒外观通常如水，无任何黏性，无任何气味，喷涂物体表面后，表现出非常强的黏合能力。黏合剂是光触媒关键的部分，它决定光触媒效果是否长久有效。如果使用有机黏合剂(如低温固化型的氟树脂、微细硅胶粒子或者与有机硅化合物的混合物)，纳米二氧化钛分解自身的黏合剂后，很快就会从墙面上脱落，从而失效。光触媒产品是纳米级无机黏合剂，它附着在纳米二氧化钛的表面，当光触媒液干燥后会很牢地黏合在物体表面，可以永久地黏合在物体表面。
4.2 纳米二氧化钛颗粒均匀
4.2 纳米二氧化钛颗粒均匀
光触媒液中的二氧化钛要求颗粒均匀。工业用的二氧化钛粉体很便宜，但是颗粒直径不均匀，不适合制造光触媒液。
4.3 分散技术要好
要将二氧化钛均匀地分散在水中，并保持相当长时间不会有沉淀，此很难做到。因为二氧化钛是比重大于水的固体，在量大时会沉淀并凝聚，光触媒液如果有分层现象，则表明分散技术不好，从微观上说，二氧化钛团聚在一起，效果会大打折扣。
4.4 二氧化钛的修饰改性
提高光触媒液对可见光的光催化反应，不能单独使用二氧化钛，而是向光触媒液中引进外来物质进行修饰改性（如金属离子掺杂、半导体耦合法等），增加对可见光的敏感度。
5 光电幕墙和光电屋面玻璃需要自洁和自动除尘涂料
5.1 光电玻璃迫切需要自洁涂料技术
光电幕面屋面的太阳能电池板采光玻璃长期在户外受到日照、雨淋及外界环境的其他污染，如同建筑物的玻璃一样，经过一段时间后玻璃表面必会形成一层污垢。污垢随时问的推移越积越厚(见图12)，进而致使污垢层影响到光线的穿透率。太阳能封装常用3.2 mm超白压延玻璃，透过比为92%左右。经测试，我国平原地区3个月累积的污垢可遮挡太阳光3%～ 5%，时间越长污垢越厚。即使是经过增透处理且光学性很好的玻璃，在初始时效能也许较好，玻璃能在户外长期使用情况下表面很难还能保持干净。很少量（0.005 kg/m2）尘土就可以让太阳能电池板的能量转化率降低40%，每年因玻璃污染而损失的发电量相当可观。
为了提高太阳能电池的转换效率，必须使用大量人力去清洁太阳能电池板玻璃的表面(见图13)。光电玻璃也迫切需要自洁涂料技术。
为了提高太阳能电池的转换效率，必须使用大量人力去清洁太阳能电池板玻璃的表面(见图13)。光电玻璃也迫切需要自洁涂料技术。
5.2 美国开发太阳能电池板自动除尘涂料
2004年2月“机遇”号刚刚开始火星探测任务的时候，它上面长达1.3 m的太阳能电池板每天可以提供900 W·h时的电能，然而不到半年，随着“机遇”号的太阳能面板上慢慢沾上火星灰尘，太阳能面板的功能大大降低，导致这一切的“祸首”就是火星上的灰尘覆盖了太阳能电池板，让太阳能电池板的功能大打折扣。美国科学家利用为火星探测开发的自动除尘新技术，提出了一个解决方案——自洁式太阳能电池板。
这项自动除尘技术主要是依靠给太阳能电池板表面的玻璃涂上一层透明、对电敏感的涂料。传感器会随时监控太阳能电池板表面的灰尘厚度，一旦沉积的灰尘达到临界水平，传感器就会给这种涂料注入电能。输入的电能导致表面材料发送驱尘微波，它会将表面的灰尘卷起送到太阳能电池板边缘。该技术可在2 min内消除沉积在太阳能电池板上90%的灰尘，整个清洁过程仅需要少量电。
6 结 语
国内建筑涂料市场中低档产品过剩，高端产品太少，中国建筑幕墙和光电幕墙、光电玻璃呼唤着国产优质的自洁高档涂料和自动除尘高端涂料。
