سطوح آبدوست و آبگریز و کاربرد آنها در صنعت کاشی

یکی از عوامل تعیین کننده در میزان تر شوندگی یک سطح، زاویه تماسی مایع با آن است. زاویه تماس برای یک مایع (قطره) در فصل مشترک فاز جامد و مایع، در محل تماس قطره مایع با سطح جامد تشکیل می‌شود. هر چه زاویه تماس به صفر نزدیک‌تر باشد تر شوندگی بیشتر می­شود و با افزایش زاویه تماس میزان تر شوندگی سطح کاهش می‌یابد.

 

زمانی که یک سطح دارای بافت زبری در مقیاس نانومتری باشد، فصل مشترک بین هوا و آب در یک قطره که بر روی سطح قرار گرفته است، افزایش یافته و نیروی موئینگی بین قطره و سطح شدیدا کم می‌شود. بنابراین، قطره آب شکل کروی به خود می‌گیرد و امکان ایستایی ذرات آب روی سطح را از بین می‌برد. به طور کلی برای دستیابی به خاصیت آب‌گریزی در یک سطح، می‌توان از رنگها و پوشش های آب‌گریز استفاده کرد. در استفاده از رنگ ها و پوشش ها، شرایط یکسانی برای دستیابی به آب‌گریزی سطح وجود دارد.

برخلاف سطوح آبگریز که فقط از سازوکار جریان قطرات آب برای اثر خود تمیزشوندگی استفاده می­کنند، در سطوح آبدوست، ساختار شیمیایی آلودگی­های ارگانیک و سایر ناخالصی ها که روی پوشش قرار دارد به وسیله جذب نور شکسته شده و به همراه آب از روی سطح جدا می­شوند. یکی از مواردی که کاربرد زیادی به عنوان سطوح خودتمیزشونده آب دوست دارد، دی اکسید تیتانیوم است. با کاهش ابعاد ذرات و افزایش نسبت سطح به حجم، درصد فعالیت فوتوکاتالیستی ذرات افزایش پیدا می­کند. به همین دلیل، معمولا از نانو ذرات اکسید تیتانیوم به عنوان سطوح ابر آبدوست استفاده می­شود.

در شکل زیر تفاوت بین زاویه تماس آب با سطح پوشیده شده با لایه نازکی از دی اکسید تیتانیوم-سیلیکون قبل و بعد از تابش نور نشان داده شده است. قبل از تابش نور UV، زاویه تماس قطرات آب با سطح بیش از ۹۰ درجه است. با تابش نور، تجزیه و زدایش آلودگی از روی سطح به دلیل خاصیت فوتوکاتالیستی اتفاق می ­افتد. این زاویه به تدریج کم می­شود (صفر درجه) و آب به همراه آلودگی­های روی سطح به پایین ریخته میشود.

در شکل زیر مقایسه بین دو کاشی معمولی و فوق آبدوست بررسی شده است. با اعمال تست عوامل جوی روی دو کاشی، کاشی با روکش آبدوست بیش از ۳۰۰۰ ساعت بدون هیچ تغییری سالم باقی ماند و توانایی خود تمیز شوندگی خود را حفظ کرد، به عبارت دیگر خاصیت خود تمیز شوندگی این کاشی در شرایط محیطی معمول بیش از ۱۰ سال دوام دارد. همچنین تعدادی از ترکیبات موجود در درزگیر سیلیکون که به منظور آب­ بندی پنل­های آلومینیوم و پنجره ­ها استفاده می­شود، با آب باران شسته شده و موجب کثیف شدن دیوارها می­شوند اما ایجاد پوشش­های فوق آب دوست مانع از کثیف شدن دیوارها به وسیله ترکیبات موجود در درزگیر سیلیکون می شوند.در شکل زیر فرآیند خود تمیزشوندگی سطح بر پایه نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم نشان داده شده است. تصاویر مربوط به مقایسه سطح دو کاشی استفاده شده در نمای ساختمان بعد از ۳۳ ماه است، که در یکی از پوشش­ خود تمیز شونده دی اکسید تیتانیوم استفاده شده و دیگری بدون پوشش می باشد. کاملا مشخص است که سطح پوشش داده شده شده کاملا تمیز مانده و ذرات گرد و غبار و آلودگی تغییری در ظاهر آن ایجاد نکرده ­اند.