纳米氧化锌的性能及其在涂料中的应用

/纳米氧化锌的性能及其在涂料中的应用1紫外屏蔽性能在涂料应用中,纳米氧化锌的紫外屏蔽性能是其中最大的开发点之一。以平常用的抗紫外剂多为有机化合物,如二甲苯酮类、水杨酸类等。其缺点是屏蔽紫外线的波段较短,有效作用时间不长,易对人体产生化学性过敏,存在有不同程度的毒性。金属氧化物粉末对光线的掩蔽本领,在其粒径为光波长的1/2时最大。在整个紫外光区（200～400nm）,氧化锌对光的汲取本领比氧化钛强。纳米氧化锌的有效作用时间长,对紫外屏蔽的波段长,对长波紫外线（UVA,波长320～400nm）和中波紫外线（UVB,波长280～320nm）均有屏蔽作用,能透过可见光,有很高的化学稳定性和热稳定性。AAmmala等将纳米氧化锌分别添加到聚乙烯、聚丙烯中,结果表明,与有机胺光干扰剂比较,纳米氧化锌在防光降解方面具有明显的优越性。因此,虽然纳米氧化锌发觉兴起比较晚（20世纪90时代）,却是目前重要的无机抗紫外剂材料,它可用于制备抗紫外线、耐光老化性能好的涂料及其它的高分子材料。在乳胶漆中使用纳米氧化锌可以增大乳胶漆对紫外线辐射的防范力,减弱乳胶漆对潮湿环境条件的敏感性,提高耐老化性。同时,氧化锌能够散射光线,使乳胶漆的遮盖力得到肯定程度的改善。刘福春等在聚丙烯酸涂料中加入纳米氧化锌浓缩浆,使其在涂膜的厚度为75m时,可屏蔽99%的紫外线。2补强性纳米氧化锌最初是作为补强剂应用于橡胶中,在涂料中的应用较少。一般的无机填料填充于聚合物中时具有如下缺点:使用量大,不能兼顾刚性、耐热性、尺寸稳定性和韧性同时提高。而在聚合物中添加少量的纳米粒子,就可以使基体树脂的力学性能（拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、断裂伸长率等）得到显著的提高,并克服了以上提及的一般无机材料的缺点。（纳米无机粒子）添加在聚合物中对聚合物力学性能的改善增韧机理都是一样的,一般可以认为:（1）刚性无机纳米粒子的存在产生应力集中效应,易引发四周树脂产生微开裂,汲取肯定变形功。（2）刚性纳米粒子存在时,基体树脂裂纹扩展受阻钝化,最后停止裂纹,不致进展为破坏性开裂。（3）随着填料的微细化,粒子的比表面积增大,与基体接触面增大,材料受冲击时会产生更多微开裂,汲取更多冲击能；填料用量再过大时,粒子接近微裂纹,易进展成为宏观开裂,使体系性能变差。3抗菌、除臭性氧化锌是传统无机抗菌材料,在与细菌接触时,锌离子缓慢释放出来。由于锌离子具有氧化还原性,它能与细胞膜及膜蛋白结合,并与其结构中有机物的巯基、羧基、羟基反应,破坏其结构,进入细胞后破坏电子传递系统的酶,并与—SH基反应,达到抗菌的目的。在杀灭细菌之后,锌离子可以从细胞内游离出来,重复上述过程。氧化锌纳米粉末由于粒径小,表面原子数量大大超过传统粒子,表面原子由于缺少邻近的配位原子而具有很高的能量,所以可加强氧化锌的亲和力,提高抗菌效率。此外,纳米ZnO为n型半导体化合物,其电子结构由价电子带和空轨道构成,在阳光,尤其在紫外线照射下,能够在水和空气中汲取能量高于其禁带宽度的短波辐射,产生电子跃迁,自行分解出自由移动的带负电的电子（e—）,同时留下带正电的空穴（h+）:ZnOZnO（e—,h+）这种空穴可以激活空气中的氧,使其变为活性氧,具有极强的化学活性,能与大多数有机物发生氧化反应（包括细菌类的有机物）,从而把大多数的病菌和病毒杀死。按光催化理论,此处的氧化锌起到一个光催化剂的作用,可以永久使用,因此纳米氧化锌具有特别优越的抗菌性能。祖庸等对纳米ZnO的定量杀菌试验表明:在5min内纳米ZnO的浓度为1%时，金黄色葡萄球菌的杀菌率为98.68%，大肠杆菌的杀菌率为99.93%。利用纳米氧化锌复合的内墙涂料可有效抑制和杀灭环境中的有害致病菌，降低环境微生物对人体的危害，达到清洁环境的目的。李彦峰等通过试验结果表明：一般内墙涂料体系的抗菌效果很不明显，而在涂料体系中添加纳米氧化锌后，可以使涂料的抑菌率随纳米氧化锌的含量增大而增大。当氧化锌的含量为5%时，涂料的抑菌率可达90.0%。此外,加入纳米材料（氧化锌和银）的醇酸树脂涂料的抗菌性能均比未加的好。纳米氧化锌粒子还具有除臭的性能,氧化锌粉体可以吸附多种含硫臭体,反应如下:ZnO+H2SZnS+H2OZnO+C2H5SHZnS+C2H4+H2O此外,氧化锌粉体能够分解臭体,氧化