0 前言
智能涂料，即涂料涂层能够感知到外部环境的变化，能够以可控的方式反映出来，后产生出我们所需要的性能，从而提供温馨的服务。对于家居环境，大家很关心周遭的温度、湿度、光照及清洁卫生，希望这些能自然而然地被调控，达到使人体舒适、身心健康、环境优雅的程度。如何建立一个具备这些功能的模块化的涂料配套系统，让涂层长久地有效地良好地维护，并且模块之间是可拆卸的、可选择的，这是现在与未来的尖端需求。
随着相关工业原材料和装备水平的提高，产学研应该联合起来努力汲取新兴成果，大胆采用新材料新技术。只有充分了解基础产业及相关产业的信息，充分了解市场运作情况，站在这两个基点上，智能涂料才会大踏步跟上大浪潮。
1 涂料体系及机理
设计组建了调温调湿涂料主层-蓄光涂料中间层-自清洁涂料表层这样一个体系结构。主层为厚浆型，固含量达到65%，施工采用刮涂，确保终厚度1mm。在有些墙面稍不平整处，可权当腻子。施工过薄的话，会难以充分发挥相变储热材料和调湿材料的特性。定型相变储热材料选用了两种石蜡的共融物，载体为膨润土凝胶。当室内温度≥相变温度，相变材料由固态转化为液态，吸收了热量并贮存起来。吸收的热量越多，墙面温度降下来越多。当室内温度＜相变温度，反过来，热量释放得越多，墙面温度上升越多。相对而言，固液转化的相变储能材料比其他相间转化的材料成熟好用。固液转化中的无机物易发生相分离和过冷，从稳定和来源的角度分析，采用石蜡系的相变材料占优势。
当室内湿度过低，木制品会变形开裂，火灾危险系数提升，人的皮肤干燥，呼吸道干涩。当室内湿度过高，各种昆虫微生物繁殖加快，对人体以及物品也存在风湿、霉变诸多不利。建筑涂料常用的调湿材料有石灰、竹炭、硅藻土等。石灰型的强度不够，耐洗刷性差；竹炭、硅藻土这些多孔类从效率和易于搭配方面更胜一筹。多孔吸附类材料内部孔隙多，比表面积大，可以通过毛细管作用吐纳水汽及其他可吸物。
中间层蓄光-发光涂料白天贮存光能，晚上没有光照时发光可当应急照明，但这并非必选项。深夜卧室保持静默有利于人体内分泌和睡眠状态，无需用涂料调光。客厅可以涂装60～100 μm厚度的蓄光涂料，用户尽可以选心仪的液体壁纸图案按壁纸涂料施工方法涂刷墙壁。主要材料经过考虑选择碱土铝酸盐，因为这种物质无毒无害，发光效率高。这里应该指出的是，有些蓄光涂料使用了荧光粉和放射性物质，利用放射性物质激发荧光粉发光，这是与绿色健康背道而驰的，应该坚决摒弃。
中间层蓄光-发光涂料白天贮存光能，晚上没有光照时发光可当应急照明，但这并非必选项。深夜卧室保持静默有利于人体内分泌和睡眠状态，无需用涂料调光。客厅可以涂装60～100 μm厚度的蓄光涂料，用户尽可以选心仪的液体壁纸图案按壁纸涂料施工方法涂刷墙壁。主要材料经过考虑选择碱土铝酸盐，因为这种物质无毒无害，发光效率高。这里应该指出的是，有些蓄光涂料使用了荧光粉和放射性物质，利用放射性物质激发荧光粉发光，这是与绿色健康背道而驰的，应该坚决摒弃。
表层为自洁水溶胶。施工时只需薄薄辊或喷涂一层即可。其中的光触媒物质在阳光或照明光中的紫外线照射下氧化还原，产生出自由基，分解污染物。自由基还能破环微生物细胞膜，杀灭细菌、病毒。
表面亲水，水在上面很容易润湿，附着物因而可以被水轻易冲刷掉，达到了抗污、洁净的双重功效。
这3层涂层有机地结合在一起，与环境产生互动，光透过来在每一层得到利用，一部分被中间层截留，绝大多数在主层以热量形式贮存，水汽分子透过来也被吸纳。微生物、有毒有害分子被表层阻断。情况变化，贮存过程可以反转。
表面亲水，水在上面很容易润湿，附着物因而可以被水轻易冲刷掉，达到了抗污、洁净的双重功效。
这3层涂层有机地结合在一起，与环境产生互动，光透过来在每一层得到利用，一部分被中间层截留，绝大多数在主层以热量形式贮存，水汽分子透过来也被吸纳。微生物、有毒有害分子被表层阻断。情况变化，贮存过程可以反转。
2 试验部分
2.1 主要原材料
去离子水，自制；钛白粉，裕兴；纯丙乳液、分散剂、增稠剂A、增稠剂B，陶氏；润湿剂，空气化工；分散剂，拜耳；消泡剂、纤维素，亚什兰；成膜助剂，伊士曼；防腐剂A、防腐剂B，朗盛；石蜡A、石蜡B，北京；膨润土，进口；硅藻土，长春；碱土铝酸盐，上海；水性氟碳乳液，本厂；自洁水溶胶，市售；竹炭，浙江。
2.2 试验仪器及设备
QX6线棒涂布器，天津永利达；JSF-550型搅拌砂磨分散多用机、JTX-Ⅱ建筑涂料耐洗刷仪，上海普申；JA-B电子精密天平、C84-Ⅲ型反射率测定仪、FA25分散乳化机、STM-Ⅴ斯托默黏度计，上海现代；XS精密天平，常州托利多；78-1磁力加热搅拌器，上海双捷；Fluke572红外温度计，雷泰；JR900温湿度计，美德时。
2.3 涂料的制备与测试
2.3.1 主层涂料的制备
2.3.1.1 参考配方(见表1)
2.3.2.2 制备过程及测试
注：吸放湿量按JISA6909以6 h计，计算样板上的质量差。耐碱性为样板于饱和Ca(OH)2溶液中浸24 h，观察变化情况。
注：(1)以去离子水补足配方100%；(2)定型相变材料胶液为混熔石蜡和膨润土水凝胶，m(混熔石蜡)∶m(膨润土水凝胶)＝1∶2；膨润土水凝胶为膨润土和水，m(膨润土)∶m(水)＝1∶5。
2.3.1.2 制备过程及测试
(1)将石蜡A、石蜡B混合熔融，搅拌至均匀，放置冷却，得到混熔石蜡。送检DSC仪器检测，并考虑误差，相变温度应该在20 ℃左右，可以满足室内需求。
(2)将去离子水与进口膨润土搅匀至凝胶状，放置备用。
(3)将膨润土水凝胶与混熔石蜡慢慢搅拌，再用高剪切乳化，得到稳定均一的相变材料胶液。
(4)将部分去离子水加入，缓慢加入纤维素，搅拌至自然发胀。
(5)在纤维素溶液中加入剩余的去离子水，加入防腐剂A、2/3的消泡剂和其他类型助剂。搅拌下投入钛白粉，分散均匀后投部分填料、部分调湿材料。
(6)放低转速，加入纯丙乳液，再加入剩余填料、调湿材料以及相变材料胶液。
(7)加入防腐剂B、1/3的消泡剂，用增稠剂调节黏度控制在125～135 KU。再行检测对比率，若≥0.90即可。
(8)其他性能指标按GB/T 9756检测，主要考察耐洗刷、耐碱性情况。环保指标按GB 18582检测。调温调湿效果用模拟对比试验法，即不同参数的样品分别制作样板或涂刷房间，观察指标等变化情况。
2.3.2 中间层涂料的制备
2.3.2.1 参考配方(见表2)
(1)加入去离子水、分散剂、防腐剂A、碱土铝酸盐，搅匀下加入水性氟碳乳液，加入防腐剂B，用增稠剂B调节黏度至85～90 KU。过程中不可碰触铁器，以免发黑。
(2)常规性能按企业标准测试，主要检测耐碱性。环保指标按GB 18582检测。蓄光发光效果可以通过涂刷样板，光源下过0.5 h后拿到暗处看亮度及持续时间考察。
2.3.3 表层涂料的测试
直接采用某品牌的自洁水溶胶。用模拟对比试验法，与空白样分别制作样板或涂刷房间，看变化情况，不作常规检测。
直接采用某品牌的自洁水溶胶。用模拟对比试验法，与空白样分别制作样板或涂刷房间，看变化情况，不作常规检测。
3 结果与讨论
3.1 主层涂料
(1)按主层涂料参考配方，不加入定型相变材料胶液，乳液添加15%，改变调湿材料品种及用量来观察调湿能力强弱和其他性能，结果见表3。
注：吸放湿量按JISA6909以6 h计，计算样板上的质量差。耐碱性为样板于饱和Ca(OH)2溶液中浸24 h，观察变化情况。
从表3看出，太少的添加量对调湿影响不大，起码添加10%以上才有作用，太少则多孔结构不能充分展开。因为精确到个位数，竹炭5%放湿量约为零。对比可以认为硅藻土在不同比例上吸放湿都优于竹炭，说明承载吸附的多孔结构比竹炭更多。随加入比例增大，两种调湿材料的调湿能力提高，硅藻土调湿能力高于竹炭20%以上，但耐洗刷性能下降。耐碱性方面每个配方都能通过。
(2)按主层涂料参考配方，不添加定型相变材料胶液，硅藻土添加20%，改变乳液用量考察成膜物质对调湿能力的影响和其他性能，结果见表4。
表4 主层不同乳液用量对调湿能力及涂层性能影响
表4 主层不同乳液用量对调湿能力及涂层性能影响
由表4可见，乳液用量加大，调湿能力反而下降。因为过多的乳液会封住多孔结构，影响呼吸水汽，形成死的孔穴。但减少乳液，耐洗刷性能急剧下降。好的涂料，要确保乳液用量，以保证综合的性能，因此添加乳液20%各性能达到平衡。
(3)按主层涂料参考配方，硅藻土添加20%，乳液添加20%，改变相变材料胶液用量，来考察温度变化。
取3个样分别刮涂于相同的水泥石棉板，厚度1 mm，面积1 m2。干燥1 d后分别在早上7:00和下午3:00测试水泥石棉板表面温度，结果见表5。
由表5可知，相变材料胶液用量加大，温度变化情况明显趋小，证明了定型相变材料调温、控温效果优良。加入18%相变材料与空白样在早上相差3.6 ℃，在下午温度高时相差8.5 ℃，即使去掉操作误差，相变隔热作用也相当大。
(4)按上文(3)中所述，只是刮涂厚度0.5 mm，面积1 m2。干燥1 d后分别在早上7:00和下午3:00测试水泥石棉板表面温度，结果见表6。
施工涂层变薄，可以认为事实上减少了相变材料的量，使得调温作用趋弱。一定的厚度既有利于调温，也可有部分保温效果。
(5)按上文(3)中所述比例测试涂层其他性能，结果见表7。
考虑到贮存情况，相变材料配方中过多会引起贮存不稳定，因此以12%相变材料胶液用量为宜。总地来看，硅藻土为20%、乳液为20%、相变材料胶液为12%是合适的，施工要考虑厚度要求。
3.2 中间层涂料
对于发光来说，成膜物要选透光性好的，应是水性树脂。从生产施工便利上考虑，选用了本厂的水性氟碳乳液，此为改性的氟碳乳液，透光性好于普通丙烯酸乳液。考虑到价格因素选用几个比例粉料测试，结果见表8。
送检发光亮度数据说明用量增加，发光亮度增加明显。这里的持续时间指关闭所有光源起直至人眼看不见发光为止所经历的时间，过程中亮度在衰减。常人睡眠时间在8～12 h，一般应急灯要求大于50 cd ·m-2，我们发现30%的粉料添加量基本能满足需要。
3.3 表层涂料
3.3 表层涂料
表层涂料选取了某品牌的自洁水溶胶涂于外墙涂料样板，与空白外墙涂料样板同时放于屋外观测，结果见表9。
说明自洁水溶胶抗污有效，这是光触媒的作用，确实分解了部分污染。亲水面有利于带水轻微抹拭。但施工要当心，尽量薄涂，避免冷天。在室内用影响应比外面小，差距缩小。
3 结语
本文探讨了主层涂料调温调湿-中间层调光-表层自清洁的室内墙面智能涂料体系的应用，从制备、测试、配方、施工等方面进行了阐述。重点介绍了调温调湿调光材料的选择、用量及施工和自洁水溶胶的施工影响。主层涂料配方中硅藻土20%、纯丙乳液20%、相变材料胶液12%，性价比达到均衡，比较理想，同时作业时要保持一定膜厚。中间层配方碱土铝酸盐添加30%比较理想。表层自洁水溶胶一定要薄涂，天冷不要施工。本试验所构建的这样一个体系不是的，仅仅是抛砖引玉，当然还有其他大众所关心的、要求的，不妨让业界同仁们在各自的实践工作中逐步以组合模块化的形式予以解决。
