一種利用水凝膠仿生涂層實(shí)現(xiàn)自清潔油污功能的防火煙道

王若愚

我國(guó)城市住宅的設(shè)計(jì)中普遍采用煙道集中排煙方式.不完全燃燒物及油煙容易積聚附著于煙道表面.由于煙囪效應(yīng)的作用，一旦吸入明火，將會(huì)迅速蔓延到整個(gè)煙道，引燃靠近煙道的可燃、易燃物品，從而促使火勢(shì)蔓延擴(kuò)大.本研究目的是尋找一種材料或制備工藝，使煙道實(shí)現(xiàn)不沾油污或具有長(zhǎng)期自我清潔除污功能，且滿足低能耗、持久性及制備工藝簡(jiǎn)單低廉等要求，以實(shí)現(xiàn)便于推廣和大規(guī)模生產(chǎn)運(yùn)用目的.

一、研究現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，目前我國(guó)煙道材料基本以混凝土夾芯、玻鎂板、菱鎂板等材料為主，滿足1h耐火極限要求.目前國(guó)內(nèi)煙道的構(gòu)造形式主要有單煙道式、主次式、變壓式、止逆閥式和同心圓式等幾種.各種構(gòu)造的設(shè)計(jì)目的都是基于增加煙氣流速、防倒煙等方向，沒(méi)有從減少內(nèi)壁油污附著方向考慮.居民用煙道屬于上下層多戶共用，在沒(méi)有相關(guān)法律法規(guī)強(qiáng)制性規(guī)定下，很難實(shí)現(xiàn)有組織的定期清理.

煙道內(nèi)壁的粗糙表面是形成油污沉積的主要原因，民用煙道在建筑使用年限內(nèi)基本不會(huì)更換.方法的選擇要從長(zhǎng)期發(fā)揮效能方向考慮.從實(shí)用推廣角度考慮，低成本、制造工藝簡(jiǎn)單是方法選擇的重要因素.自然界中很多水生動(dòng)物的表皮具有不粘附污漬物、非常光滑等特點(diǎn).通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)其表面不但存在微米級(jí)溝槽結(jié)構(gòu)，而且同時(shí)自身能夠分泌出黏液，這樣具有分泌功能的特殊結(jié)構(gòu)能阻止污漬的粘附.

油具有疏水性，幾乎不附著于任何水基表面.如在煙道內(nèi)壁長(zhǎng)期生成一層水膜，油污在水膜表面很難滲入粘附，在重力作用下逐漸脫落，達(dá)到自清潔目的.在生活中已得到大量運(yùn)用、價(jià)格低廉的高分子吸水材料吸附水分后形成水凝膠，在凝膠表面可形成水膜式結(jié)構(gòu).

本研究模擬在煙道內(nèi)壁增加聚丙烯酸鈉涂層，吸收工作狀態(tài)下煙道中的水蒸氣生成水凝膠層，模擬水生動(dòng)物表皮黏液層的功能，實(shí)現(xiàn)持久性自清潔油污功能，達(dá)到消除火災(zāi)隱患的目的.

二、研究方法和結(jié)果

1.涂層制備

將聚丙烯酸鈉和環(huán)氧樹(shù)脂漆按不同組分?jǐn)嚢杈鶆蚝笸吭诓ｆV板表面，靜置24小時(shí)后，涂層表面已干燥，形成一層亮膜涂層.

2.水凝膠生成實(shí)驗(yàn)

水蒸氣連續(xù)噴向涂層面，模擬煙道工作狀態(tài).15分鐘后，各組分涂層均形成水凝膠表面，持續(xù)40分鐘后，各組分水凝膠涂層沒(méi)有開(kāi)裂現(xiàn)象.

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧樹(shù)脂漆+聚丙烯酸鈉涂層在蒸汽作用下可以形成水凝膠水膜，在長(zhǎng)時(shí)間高溫蒸汽持續(xù)壓力下沒(méi)有脫落現(xiàn)象.

3.油污脫離實(shí)驗(yàn)

刮取油污涂滿玻鎂板涂層表面;在實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)充滿蒸汽，模擬煙道工作狀態(tài);26分鐘后板面水凝膠都形成，油污有匯聚流動(dòng)現(xiàn)象;30分鐘后油污明顯向下流動(dòng)，水凝膠面顏色變淺;35分鐘后油污聚攏成條狀，水凝膠表面顏色大部分變淺，露出水膜層.

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用高分子吸水材料可以在物體表面制備水凝膠涂層;水凝膠涂層在吸水后形成的仿水生動(dòng)物表皮黏液可以達(dá)到避油效果，實(shí)現(xiàn)油污自清潔;因高分子吸水材料的水凝膠形成具有可逆性，在滿足涂層力學(xué)要求后，可以實(shí)現(xiàn)自清潔涂層的持久性功效;水凝膠涂層施工工藝簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)工廠化大批量生產(chǎn).

5.經(jīng)濟(jì)性分析

目前市場(chǎng)上煙道預(yù)制件價(jià)格為60元/米，工業(yè)品聚丙烯酸鈉約5000元/噸，環(huán)氧樹(shù)脂漆約10000元/噸.在普通規(guī)格煙道內(nèi)壁噴涂1毫米左右涂層，增加成本約10元/米，在整體建筑造價(jià)上完全可以忽略不計(jì).

三、研究結(jié)論

（1）水凝膠涂層在吸收水蒸氣溶脹后表面均能形成水膜層，形成的水凝膠涂層祛油污效果明顯.（2）高分子吸水材料涂層形成的水凝膠具有可逆性，可以長(zhǎng)期發(fā)揮祛油污功效.（3）現(xiàn)有的各種材質(zhì)煙道內(nèi)壁噴涂水凝膠涂層后，利用煙道內(nèi)水蒸氣形成水凝膠水膜，可以實(shí)現(xiàn)自清潔油污功能，具備防火功效.（4）煙道內(nèi)壁噴涂水凝膠涂層增加成本較低，完全具有推廣價(jià)值.（5） 水凝膠含量過(guò)高，溶脹后會(huì)造成基體開(kāi)裂，初步實(shí)驗(yàn)以2∶8組分以內(nèi)比例制作聚丙烯酸鈉和環(huán)氧樹(shù)脂漆的涂層表面物理特性最理想.但對(duì)在工廠化生產(chǎn)中的添加劑組成仍需作進(jìn)一步研究.