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Dec 05, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 44 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

疎水性表面を備えた建築材料は、表面からの水分の吸収や拡散を防ぐことで耐用年数を長くすることができます。 建築用コンクリートでは、この疎水性により鉄筋の腐食を防ぐことができます。 ジオポリマーは、ポルトランドセメントに代わる新しいセメントフリー結合材であり、広範囲に研究されてきました。 ただし、通常のコンクリートと同様に、ジオポリマーは水分の吸収を受けやすいです。 この論文では、水分の摂取を防ぐ方法として、フライアッシュ ジオポリマー上に超疎水性で自己洗浄性の表面を作製する方法を紹介します。 分散したポリテトラフルオロエチレン (PTFE) またはステアリン酸カルシウム (CS) 微粒子を含むポリジメチルシロキサン (PDMS) 溶液の複合コーティングを浸漬コーティングによって塗布し、疎水性表面を形成しました。 さらに、フライアッシュを PTFE および CS 微粒子に組み込むことで、表面粗さを高め、材料コストを削減しました。 実験結果は、CS 微粒子を含むコーティングは接触角 140°の疎水性表面を生成し、一方 PTFE 微粒子を含むコーティングは接触角 159°の超疎水性表面を生成することを示しました。 フライアッシュを混入すると表面粗さが増大し、接触角が大きくなり、滑り角が小さくなりました。 PTFE/フライアッシュでコーティングされた表面では、153°の接触角と8.7°の滑り角が観察されました。 洗浄プロセスは、表面を転がる水滴によって塵を除去するテストで実証されました。 テストされたコーティングは自浄性と防水性を示したので、建築構造における材料の持続可能性を向上させることができました。

建材の表面の親水性または濡れ性は、耐用年数に影響を与える最も影響力のあるパラメータの 1 つです。 湿気がコンクリート マトリックスに吸収されると、亀裂、藻類や菌類の増殖 1、鉄筋の腐食 2 が発生する可能性があります。 さらに、ほこりが建材に付着する可能性があるため、清掃が必要となり、追加のメンテナンス費用が発生します。 したがって、建築材料用の超疎水性で自己洗浄性の表面の開発は、マトリックスを水の浸入から保護し、水を滑らせて簡単に塵を除去できるようにする上で重要です3。 超疎水性表面は接着力と表面エネルギーが低いため、粉塵粒子の蓄積が減少し、降雨時の表面洗浄が容易になります4。 超疎水性はコンクリートに抗菌性と防食性を与え、耐用年数を延ばします。

超疎水性表面は、150°を超える静水接触角を持つ表面として定義されます5。 セルフクリーニング特性には、高い接触角とともに 10° 未満の滑り角も必要です6。 低い滑り角は、蓮の葉の超疎水性および自浄作用にちなんで「蓮効果」と呼ばれます 7,8。

建設業界や繊維業界では、疎水性コーティングを生成するための撥水剤としてシリコンベースの化合物がよく使用されます9、10、11。 スプレー、浸漬コーティング、および塗装は、建築材料に超疎水性の表面を生成するための簡単でコスト効率の高い技術です3、12、13、14。 ポリジメチルシロキサン (PDMS) は、表面エネルギーが低いため、疎水性を実現するためのベース コーティングとして広く使用されている重要なシリコン ベースの化合物です。 しかし、PDMS のみを使用すると、繊維表面への接着力が低下し、表面粗さと自浄性が得られません。 したがって、得られる材料は、悪環境にさらされた場合の耐久性に限界があります。 一般に、固体表面の濡れ性は、表面の化学組成と幾何学的特徴によって制御されます。