纳米技术在涂料中的应用VIP

纳米技术在涂料中的应用,11050501付晓曦孟凡亚张帅兵,纳米科技是在20世纪80年代末90年代初逐步发展起来的前沿、交叉性新兴科学，其迅猛发展将成为21世纪科学技术发展的主流。它不仅是信息技术、生物技术等新兴领域发展的推动力，而且因其具有独特的物理、化学、生物特性，为涂料的发展提供了新的机遇。,一、纳米技术概述,纳米涂料一般由纳米材料与有机涂料复合而成，更严格地讲应称作纳米复合涂料。纳米复合涂料必须满足两个条件：一是至少有一种材料的尺度在1100nm之间，二是纳米相使涂料性能得到显著提高或增加了新功能，二者缺一不可。广义上讲，纳米涂层材料包括两种：金属纳米涂层材料和无机纳米涂层材料。金属纳米涂层材料主要是指材料中含有纳米晶相，无机纳米涂层材料则是由纳米粒子之间的熔融、烧结复合而得。,二、关于纳米涂料,纳米防水涂料,纳米防水涂料(双组份)是丙烯酸类高分子聚合物改性的纳米级防水涂料。粉料与添加剂混合后发生反应，在基面形成一层坚韧的防水膜，能抵御建筑物各种原因产生的微裂缝，适应建筑结构轻微的震动以及不大于2mm的位移。该防水层干固后不会产生收缩，能阻止底材硅酸盐的渗透，抑制霉菌的生长和防止盐份对饰面或混凝土造成污染和侵蚀。,纳米金涂料,来自加州大学的科学家经过研究发现，黄金纳米粒子在遇见压力的时候发生色彩变化。据了解，科学家将这种粒子内嵌到聚合物薄膜中，此时薄膜呈现的颜色是明亮的蓝色，但当向其施加压力之后，它则会变成红色。不过，如果施加的压力不是很大，其呈现的则会是紫色。换言之，薄膜的颜色变化可以反应出其承受的压力大小。,纳米涂料的制备方法可分为四种：(1)溶胶凝胶法，由纳米粒子在单体或树脂溶液中的原位生成；(2)原位聚合法，指纳米粒子直接分散在单体中，聚合后生成纳米涂料；(3)共混法，指纳米粒子和树脂溶液或乳液的共混复合；(4)插层法，通过单体或聚合物溶液进入无机纳米层间，制得纳米涂料，但这种方法只适合蒙脱土一类的层状无机材料。,三、纳米涂料的制备,纳米技术在涂料领域应用的方向有两个：一是改善传统涂料性能同，利用涂料的流变性与填料的粒径存在的一定关系，引用纳米技术可制得施工性能优良的纳米涂料，纳米粒子由于比表面积大，与有机树脂基质之间存在良好的界面结合力，从而可提高原有涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等力学性能，而且由于其对可见光可透，还可保证涂层的透明性，利用这一特性可制备高耐刮伤性汽车涂料、家具漆等纳米涂料；二是制备出新的功能性纳米涂料，如军事隐身涂料、静电屏蔽涂料、纳米抗菌涂料、纳米界面涂料等,四、纳米涂料的应用,5.1纳米CaCO3填料对涂料的改性纳米CaCO3用作纸张涂料中颜料粒子时，能改善涂层的色相，有利于涂布纸光泽和白度的改善。由于纳米碳酸钙不仅粒度小，形状有多种可供选择，并且粒径分布窄，能够保证白料颜色的纯正。使用纳米级粒子，由于粒径小，对纸的光学性质如不透明度、光泽及印刷光泽度的提高非常有利。,五、纳米填料对涂料的改性,5.2纳米TiO2填料对涂料的改性纳米TiO2的颜色不仅随粒径而变，还具有随角度变色效应。在建筑外墙涂料中，添加适量纳米TiO2，可将乳胶漆的耐候性提高到一个新的等级。将纳米TiO2添加在汽车用的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果。纳米Ti具有吸收紫外线的效应，可明显提高轿车漆的耐热性。邱星林等制成光催化净化大气环保涂料，利用纳米TiO2光催化氧化技术制成的环境净化涂料对空气中NOx净化效果良好，在太阳光下，降解率高达97。同时还可降解大气中的其他污染物，如卤代烃、硫化物、醛类、多环芳烃等。,61功能型纳米涂料纳米材料与技术可赋予涂料许多不同的新功能。北京中国科学院开发出了一种纳米复合耐高温防火涂料，这种涂料为多相复合体系，由纳米碳化硅、纳米硅酸盐粘土等以及磷酸盐、氧化物及纳米硅酸铝等纳米粒子中添加纳米的有机高分子材料(包括粘合剂)的插层复合法制备而成。安徽省五洋纳米涂料制造有限公司与中国科学院固体物理研究所合作研制开发出了纳米防水装饰涂料，不仅提高了23倍的弯曲强度，还具有防水、高粘结强度等性能。张哗等以不饱和双键的油酸为表面活性剂、甲基丙烯酸甲脂为活性溶剂制备了稳定的纳米TiOz溶胶，再将溶胶以自由基引发聚合制成了纳米Ti02粒子聚甲基丙烯酸甲脂涂料。益小苏等用拟层间插入法制备了高聚物无机物纳米复合材料。,六、我国纳米涂料的研究进展,6.2生态型纳米涂料我国在生态型涂料领域的研究主要集中于利用纳米材料与技术生产抗菌、自调湿、自清洁、空气净化等环保功能的涂料。利用纳米材料的光催化性将纳米材料掺入到涂料中可制得具有抗菌、环保、自清洁功能的纳米复涂料。尤其是纳米Ti02具有较高的光催化性，可高效分解有机物，比次氯酸具有更大杀菌效力，可制成杀菌防污、净化空气的涂料。复旦大学涂料工程研究中心利用纳米粒子(si02、TiOz、znO)对紫外线的超强吸收性及纳米粒子的高表面活性对细菌的杀伤力(纳米抗菌粉)，在实验室规模上成功制备出超耐候外墙涂料及纳米内墙抗菌涂料。,华中科技大学的研究人员将水溶性碳纳米管衍生物、纳米级Ti02和纳米级ZnO引入传统水性(或油性)有机涂料中，制备特种防护涂料。湖南大学研制生态功能型纳米涂料，通过对高性能建筑涂料和纳米组分(一种以二氧化钛、氧化锌、二氧化硅等无机纳米颗粒为主要成分的分散体系)的优化设计和采用纳米颗粒进行表面改性或制成溶胶等工艺技术，解决了纳米组分与建筑涂料的相容性、分散性和稳定性问题，制备出高性能、生态环保、抗菌自洁的新型建筑涂料。,1、制备无聚集的稳定分散的纳米材料仍是难题。尽管有许多纳米粒子表面修饰的工作发表，但获得适用性强、高效低毒、价格便宜、方法简便的表面处理剂以及表面修饰方法，仍是主攻课题。2、纳米材料引入涂料基体比较困难。涂料是多元体系，由于相容性问题，纳米材料引入涂料体系比较困难。解决相容性问题后，纳米材料与涂料组分之间能协同作用，使纳米材料能最大限度发挥改性作用，也是不可忽视的课题。,纳米技术在涂料应用中需要解决的问题,3、纳米材料品种少，价格高。纳米材料现处于商品化初期，品种少，产业规模小，供选择的品种少，价格偏高，影响纳米材料在涂料中应用的发展。4、纳米粒子对环境和人体健康影响的问题。人们首先关注纳米科技将成为21世纪的关键科技，将成为支柱产业，可能会创造无穷无尽的商业利益。随着纳米材料的研究深入，纳米材料对环境与人体健康是否有负面影响也引起有关方面的关注。,综上所述，纳米材料在涂料中的应用具有广阔的前景，目前的研究尚处于初步阶段，大部分研究特别在我国还停留在实验室阶段，真正产业化的不多，还有很多技术的关键问题需要解决。纳米材料可能首先在一些高性能特种涂料应用上取得突破。国内外的发展趋势