Composite nanomaterials and polymers to preparation of hydrophobic surface for building materials by spray coating method

Abstract

This work has been determined the cause of stains that occur on the Phra Maha Dhatu Nabhamethanidol and Phra Maha Dhatu Nabhapolbhumisiri, Doi lnthanon, Chiang Mai, Thailand. Moreover, the coating surface materials were synthesized to protect the stains and algae on pagoda surface. Five colors of mosaic on pagoda surface were gold, dark gray, light gray, brown and purple. In addition, the mosaics surface showed a hydrophilicity with water contact angle less than 90 degrees. Moreover, the main elements of stains on pagoda surface was calcium. The rain water sample indicated amount of calcium ion about 10.125 ppm with 7 of pH which was a natural rain character. Thus, the main problem of stains under high moisture condition at Doi lnthanon were degenerating of cement grout between mosaics as a limestone and algae growth on pagoda surface.

The optimal composition of hydrophobic surface coating materials contained polyurethane (PU) and hydrophobic fumed silica (HFS). The best method to coating as a two-step spraying method. First, PU was sprayed on the mosaics substrate as base coating. After that, the HFS solution (the optimal concentrations about 10-12 phr) was immediately sprayed on PU layer as top coating. It was found that the large contact angle of PU/HFS surface was observed more than 90º being a hydrophobicity. The surface morphology indicated the roughness of surface after coating.

Moreover, the coating stability on mosaics surfaces were analyzed the adhesive and the abrasion test under accelerated weathering conditions; following the Thai Industrial Standard (TIS) of Thailand. It suggested the coating was more stability and could prevent the algae. As a results of this research, the PU/HFS coating materials showed the potential to apply for surface coating on other surface materials to prepare the hydrophobic surface for stains and algae protection.

งานวิจัยนี้ได้สำรวจและวิเคราะห์สาเหตุของการเกิดคราบไม่พึงประสงค์ที่เกิดขึ้นบนพระมหาธาตุเจดีย์นภเมทนีดลและพระมหาธาตุเจดีย์นภพลภูมิสิริ ณ ดอยอินทนนท์ จังหวัดเชียงใหม่ นอกจากนี้วัสดุเคลือบผิวถูกสังเคราะห์เพื่อป้องกันคราบไม่พึงประสงค์และตะไคร่บนผิวของพระมหาเจดีย์ด้วย แผ่นโมเสกที่มีสี 5 ชนิดบนพื้นผิวของพระมหาเจดีย์ คือ ทอง เทาเข้ม เทาอ่อน น้ำตาลและม่วง นอกจากนี้พื้นผิวของโมเสกแสดงความชอบน้ำโดยมีค่ามุมสัมผัสของน้ำน้อยกว่า 90 องศา นอกจากนั้นธาตุที่เป็นองค์ประกอบหลักของคราบไม่พึงประสงค์บนผิวของพระมหาเจดีย์ คือ แคลเซียม และน้ำฝนตัวอย่างชี้ให้เห็นถึงปริมาณของแคลเซียมไอออนประมาณ 10.125 ppm โดยมีค่าความเป็นกรดเบสเท่ากับ 7 ซึ่งเป็นลักษณะของน้ำฝนธรรมชาติ ดังนั้นปัญหาหลักของคราบไม่พึงประสงค์ภายใต้สภาวะความชื้นสูงบนดอยอินทนนท์ คือ การผุกร่อนของปูนยาแนวระหว่างแผ่นโมเสกเป็นคราบหินปูนและการเจริญเติบโตของตะไคร่บนพื้นผิวพระมหาเจดีย์

องค์ประกอบที่เหมาะสมของวัสดุเคลือบพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำประกอบด้วยพอลิยูรีเทนและซิลิกาฟูมไม่ชอบน้ำเตรียมผ่านวิธีการเคลือบที่ดีที่สุดคือ วิธีการพ่นเคลือบ 2 ขั้นตอน ในขั้นแรกด้วยพอลิยูรีเทนบนพื้นผิวของแผ่นโมเสกเป็นขั้นเคลือบพื้นล่าง หลังจากนั้นสารละลายซิลิกาฟูมไม่ชอบน้ำ (ความเข้มข้นที่เหมาะสมคือ 10-12 phr) จะถูกพ่นทับไปทันทีบนชั้นของพอลิยูรีเทนเป็นการเคลือบชั้นบน พื้นผิวที่ถูกเคลือบด้วยพอลิยูรีเทน/ซิลิกาฟูมไม่ชอบน้ำที่เตรียมใหม่นี้ได้ถูกพบว่าค่ามุมสัมผัสของน้ำมีค่ามากกว่า 90 องศาซึ่งแสดงคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ ซึ่งสัณฐานวิทยาของพื้นผิวได้ชี้ให้เห็นถึงความขรุขระของพื้นผิวหลังจากการเคลือบ

นอกจากนี้ความคงทนของการเคลือบบนพื้นผิวโมเสกได้ถูกทดสอบการยึดติดและทดสอบการขัดถูภายใต้สภาพอากาศแบบเร่งสภาวะเป็นไปตามมาตรฐานอุตสาหกรรม (มอก.) ของประเทศไทย ซึ่งชี้ให้เห็นว่าการเคลือบนี้มีความคงทนและสามารถป้องกันการเกิดตะไคร่น้ำได้ จากผลการวิจัยนี้พบว่าวัสดุเคลือบผิวพอลิยูรีเทน/ซิลิกาฟูมไม่ชอบน้ำแสดงถึงศักยภาพในการประยุกต์สำหรับเคลือบผิวบนพื้นวัสดุอื่นได้เพื่อเตรียมพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำสำหรับการป้องกันคราบไม่พึงประสงค์และตะไคร่น้ำ