随着各国逐步禁用溶剂型油性涂料，水性涂料近年一跃成为环保健康的解决方案。然水性涂料拨水性差，工研院克服水性涂料先天限制，研发出耐候、防污、拨水功能的水性涂料，获得 2018 全球百大科技研发奖入围的肯定。
生活中，常以涂料美化居家空间或建筑外貌，既维持美观，也有保护及延长建物使用寿命的作用，但常见的油性涂料（如油漆）多带有刺激性的气味与成分，影响身体健康。近年来，愈来愈多消费者选择购买无毒环保的水性涂料。只是对比油性涂料，水性涂料的防污、拨水功能就相形失色许多，要想兼顾环保与拨水、防污等功效，水性涂料必须从原料端彻底改造。
创新奈米材料 让水分子先亲后疏
工研院材料与化学研究所应用化学组研究员汤伟钲表示，2011 年美国水性涂料大厂 Behr 公司主动向工研院提出合作，当时工研院已掌握了一般水性涂料的制作技术，但要加入拨水、防污功能，却是一点头绪都没有，只能从既有的涂料技术以及 Behr 公司提供的相关配方与材料开始着手。
“要让水性涂料具有拨水效果，就是首要难关，”汤伟钲说，这代表着加入水性涂料中的关键材料，必须兼具亲水与疏水两种截然不同的特性，不仅要有“亲水性”能在生产制作涂料时充分溶于水中、不会沉淀，才能作为涂料；粉刷完毕、涂料干燥后，材料也需要具备“疏水性”，无法再吸收任何水分，方能实现拨水的功效。为了克服这项问题，除了从 Behr 公司提供的材料中，找出能够帮助材料分散的奈米颗粒，研究团队也想出与之配套的创新技术：先加入最少量的亲水物质，让具备疏水特性的奈米颗粒能在水中均匀分布；随着涂料逐渐干燥，奈米颗粒会因表面张力作用逐渐浮至涂料表面，并将原来的亲水物质挤压至下方，形成上层疏水、下层亲水的“自分层”结构，同时在表面形成高密度的奈米涂膜，成功达到拨水目标，还能够防污、减少脏污附着。
▲ 工研院材料与化学研究所应用化学组研究员汤伟钲（右 2）表示，与 Behr 公司合作的首要难关便是要让水性涂料具有拨水效果。
目前强调能够拨水的水性材料，大多是亲水与疏水物质各半，也不具有可分层的特性，即便粉刷干燥后，涂料表面仍同时具有亲水和疏水的性质，进而降低拨水效果；且亲水物质容易与水分结合流失，也会影响涂料的耐用性。工研院研发的“水性奈米抗尘防污涂料”，不仅能有效拨水、防污，由于加入了无机材料，多了抗日照高温的功效，除适用于室内，户外也难不倒它。
能够拨水、防污都只能算是基本功能，汤伟钲表示，可拨水的设定主要是为了避免液态物体的污染，但是在我们生活周遭，充斥着更多无孔不入的气态污染物，例如 PM2.5；一般水性涂料在粉刷后会留下细微的毛细孔，容易附着这类粉尘微粒，也很难清除。研究过程中，团队当初并未规划“抗尘”特性，经改良再由Behr公司测试后，发现水性抗尘防污涂料比其他水性涂料拥有更好的防尘性，成为一大技术特色，也是始料未及的意外收获。
原料端与应用同时降低环境负担
以雪山隧道为例，虽然隧道内的墙面原本都涂有白色油性漆，但受到车辆排放的废气污粒附着，墙面变成暗灰色，还得委请外包商定期利用机器清洗。在比较试验中，涂有水性抗尘防污涂料的表面，仅需实验用擦拭纸擦拭，一擦即净；若采清洗方式，速度能增加 2 到 3 倍，大幅减少清洁支出。
Behr 公司也在美国进行许多实地测试，比较水性防尘抗污涂料及各种涂料的差异，结果都显示水性防尘抗污涂料的防尘抗污效果最佳，耐磨次数更高达 400 次以上，更入围 2018 全球百大技研发奖，获得国际肯定。
水性奈米抗尘防污涂料不只能广泛用于木材、陶瓷、玻璃、水泥、石材等建材上，还能有效减少因维护所需要的各种资源消耗与碳排放、延长建筑或设施的使用寿命，甚至从原料端避免使用容易产生挥发性物质的化学溶剂，进一步落实“5+2产业创新计划”中循环经济的绿色理念，给民众更安心的居家环境。
（图片来源：工研院）
