納米改性涂料的發(fā)展及應(yīng)用

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(太原市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西 太原 030009)

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑業(yè)已經(jīng)成為我國的主要產(chǎn)業(yè)之一。隨著人民生活水平的提高，過去的建筑條件已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需要。在人們的眾多需求中，建筑涂料扮演著舉足輕重的角色。進(jìn)入21世紀(jì)以來，人們要求建筑涂料具有較好的耐久性、低污染性和抗菌防污等性能，這些要求對(duì)我國目前的建筑涂料和施工工藝提出了巨大的挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)和應(yīng)用高水準(zhǔn)的建筑涂料及施工工藝已經(jīng)成為當(dāng)今許多學(xué)科的研究熱點(diǎn)[1]。隨著納米技術(shù)和納米材料的飛速發(fā)展，納米材料已經(jīng)應(yīng)用到建筑業(yè)中的方方面面，如摻入混凝土、水泥、涂料等基礎(chǔ)材料中，改造了傳統(tǒng)建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使建筑材料具有了新的功能和使命[2]。

1 不同功能的納米改性涂料

納米改性涂料不僅具有傳統(tǒng)涂料的各種優(yōu)越性能，而且使傳統(tǒng)涂料具有許多新的功能，例如抗菌、自清潔、抗靜電、隱身、凈化大氣、高透明度等。若按功能對(duì)納米改性涂料進(jìn)行分類，具體可分為以下幾類。

1.1 納米抗菌涂料

納米抗菌材料已被廣泛應(yīng)用于纖維、塑料、陶瓷和電器中，用于殺滅大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等各種細(xì)菌和病毒。內(nèi)墻涂料和用于各種儀器、家具表面的涂料，由于人手經(jīng)常接觸，會(huì)有大量的細(xì)菌和病毒駐留在其表面，很容易造成交叉感染，因此，很有必要發(fā)展納米改性抗菌涂料。目前，具有較好的抗菌性能的納米材料主要是指納米TiO2、納米ZnO以及納米載銀材料。

1.2 納米改性防水涂料

特殊納米界面涂料具有優(yōu)異的防腐蝕和自清潔功能，是一種非常重要的涂料品種，特別是在金屬防腐方面具有重要的意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上每年因腐蝕而報(bào)廢的鋼鐵制品的質(zhì)量，大約相當(dāng)于鋼鐵產(chǎn)量的1/3，其中占年產(chǎn)量約10%的鋼鐵變?yōu)殍F銹，這對(duì)資源和能源都是一種巨大的損失。因此，如何運(yùn)用科學(xué)技術(shù)，經(jīng)濟(jì)而安全地防止、控制或減輕鋼鐵材料的腐蝕，對(duì)于我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展具有重大意義。

1.3 耐老化納米涂料

提高外墻涂料的耐候性是外墻涂料的發(fā)展方向之一。納米級(jí)顏涂料在耐候性能方面有了大幅度提高，納米級(jí)顏填料粒子能夠吸收紫外線，因此這種材料可起到紫外線吸收劑的作用，可以有效地增強(qiáng)涂料的耐老化性能。納米ZnO、SiO2、TiO2、Fe2O3、CaCO3等微粒都具有大顆粒所不具備的特殊光學(xué)性能，普遍存在“藍(lán)移”現(xiàn)象，添加到涂料中能對(duì)涂料形成屏蔽作用，從而達(dá)到抗紫外線老化的目的。

將納米TiO2按照一定的比例添加到涂料中，可制得一種特殊的防紫外線產(chǎn)品——納米涂層，并且納米材料可增強(qiáng)涂料與基體的附著力，使其具有防變色的功效，并且可以使涂料本身成為一種裝飾材料。

在涂料中添加一定量的納米SiO2也可以起到很好的作用。納米SiO2是一種無定形的白色粉末狀物質(zhì)，具有良好的吸收紫外線和反射紅外線等光學(xué)性能的納米材料，它對(duì)于波長400 mm以下的紫外線和波長80 mm以上的紅外線的吸收率和反射率高達(dá)70%。納米SiO2分子結(jié)構(gòu)中具有大量的不飽和鍵，這些不飽和鍵的存在表現(xiàn)出極強(qiáng)的活性，可吸收一些有顏色的粒子，這在一定程度上降低了涂料在紫外線照射下產(chǎn)生的色素衰減。

2 納米材料對(duì)涂料性能的影響

2.1 納米SiO2對(duì)涂料性能的影響

在建筑內(nèi)外墻涂料中加入適量的納米SiO2后，常規(guī)的涂料的抗紫外線耐老化性能較之前提高2.5倍以上；耐擦洗性較之前可提高10倍以上。納米SiO2在內(nèi)外墻涂料中的添加量一般為0.1%～1%，最多≯5%。納米SiO2具有極強(qiáng)的紫外線屏蔽性，對(duì)長波黑斑效應(yīng)紫外線屏蔽率達(dá)到88%，而對(duì)中波紅斑效應(yīng)紫外線屏蔽率為85%，對(duì)滅菌紫外線短波屏蔽率仍為70%～80%(由于這種短波的穿透力較低)，所以納米SiO2在涂料中可起到屏蔽各種紫外線的作用，從而達(dá)到涂料抗紫外線老化和抗熱老化的目的。

2.2 納米TiO2對(duì)涂料性能的影響

與常規(guī)材料相比，納米TiO2具有幾個(gè)獨(dú)特的性能：①比表面積大；②磁性強(qiáng)；③光吸收性好，且吸收紫外線的能力強(qiáng)；④表面活性大；⑤熱導(dǎo)性好；⑥分散性好，所制懸浮液穩(wěn)定等。由于納米TiO2具有許多優(yōu)異的性能，因此在涂料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[3]。

建筑涂料尤其是外墻涂料的應(yīng)用環(huán)境比較惡劣，紫外線、熱能、微生物、水、空氣中的污染物等均能引起涂料中聚合物的老化，而其中又以紫外線老化的破壞性最大。因此，提高涂料耐候性的關(guān)鍵是如何降低紫外線對(duì)涂料的降解[4]。

2.3 納米ZnO對(duì)涂料性能的影響

納米ZnO也是涂料中添加的一種優(yōu)良的抗老化劑，在涂料中添加一定量的納米ZnO可以明顯地提高涂料的抗老化性能。納米ZnO吸收紫外線的能力較其他納米材料更強(qiáng)，無論是對(duì)長波黑斑效應(yīng)紫外線，還是對(duì)中波紅斑效應(yīng)紫外線，都具有較好的屏蔽功效，因此很適合作為涂料中的抗老化劑。日本的專利報(bào)道稱，近藤剛等研究員使用一定量的ZnO作為玻璃添加劑，研制成功了一種玻璃用紫外線屏蔽涂層。

美國Foster Products公司使用納米ZnO制作出一種抗老化涂料，其抗老化性能是常規(guī)涂料的15倍。美國的另一家公司利用Foster Products公司的納米ZnO，與一定的溶劑、樹脂、催化劑等成功地配制出一種抗紫外線的預(yù)混合物，這種預(yù)混合物可作為涂料和塑料配方中一個(gè)至關(guān)重要的部分。

2.4 納米黏土對(duì)涂料性能的影響

黏土是一種“一維”的納米材料，因此其比表面積相對(duì)于其他的納米材料更高，最高可達(dá)700～800 m2/g。黏土作為一種添加劑在復(fù)合材料中的應(yīng)用也極其廣泛，根據(jù)其在復(fù)合材料中添加量的不同，可制得以下幾種產(chǎn)品：常規(guī)復(fù)合材料、插層復(fù)合材料和剝離復(fù)合材料。在涂料中添加適量的黏土，可以大幅度地提高涂料的力學(xué)性能和熱工性能。將黏土進(jìn)行改性然后添加到涂料中，不僅可以提高涂料的柔韌性和抗沖擊性，并且可以在一定程度上改善涂層的光學(xué)性能，從而得到一種新型的建筑涂料。

3 結(jié)語

涂料是工業(yè)產(chǎn)品的配套產(chǎn)品，其應(yīng)用范圍極為廣泛。可以說，任何一種工業(yè)產(chǎn)品都離不開涂料。21世紀(jì)是信息工業(yè)的時(shí)代，涂料又有了新的應(yīng)用領(lǐng)域。例如電激發(fā)光元件，它是將熒光體材料夾在兩個(gè)電極之間，當(dāng)加上交/直流偏壓電場時(shí)，其熒光體電子受沖擊而以能量轉(zhuǎn)移的方式發(fā)送。它分為無機(jī)電發(fā)光元件和有機(jī)電發(fā)光元件。這種元件具有冷光、不發(fā)熱且無紫外線傷害、耗電少、防水且抗?jié)穸取⒎勒?、抗沖擊、光色種類多、發(fā)光均勻及其強(qiáng)度可調(diào)節(jié)和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，可用于計(jì)算機(jī)、家用電器、設(shè)備、儀表等液晶背光以及汽車、交通、建筑、廣告等標(biāo)志顯示和多彩、全彩顯示器等方面，這種電激發(fā)光元件的絕緣層就需要使用涂料且今后用量巨大，所以是涂料的一個(gè)很好的開發(fā)和發(fā)展領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胥利先，孫繼紅，馬重芳，等.納米改性涂料的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2005，24(4)：341-349.

[2] 殷允杰，王潮霞.微射流法制備雙陽離子化改性涂料及其應(yīng)用[J].涂料工業(yè)，2009，39(4)：28-31.

[3] 高基偉，王家邦，楊輝.改性納米TiO2在丙烯酸內(nèi)墻乳膠涂料中的應(yīng)用研究[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2002，30(S0)：138-140.

[4] 耿啟金.納米TiO2改性多功能建筑涂料的制備與性能研究[J].新型建筑材料，2005(12)：30-33.