纳米涂料

纳米涂料-目录壹概念贰分类叁制备方法肆相关运用伍未来展望一、概念1.定义一般来说，纳米涂料必须满足两个条件：①首先，涂料中至少有一相的粒径尺寸在1—100nm的粒径范围；②其次，纳米相的存在使涂料的性能要有明显的提高或具有新的功能。2.解析纳米产品附有高科技的含义后，其必须与相应的纳米技术相配套，将纳米级的材料简单地加入后，性能没有明显提高的产品算不上是纳米产品，有人说，将纳米涂料称为纳米复合涂料更为合适，涂料本身就是复合材料的一种，因此，并不是添加了纳米材料的涂料就能称之为纳米涂料的。在国外，许多涂料产品均使用了纳米技术，但出于技术保密，并没有直接称作。3.特点由于纳米涂料采用纳米级单体浆料及纳米乳液、纳米色浆、纳米杀菌剂、纳米我多功能助剂等系列纳米涂料生产，与现有乳胶漆所用原料相比有无可比拟的超细性和独特性，其产品综合性能和质量大大优于其同类产品，且成本低于传统产品，并具有以下特点：1、利用纳米涂料的双疏机理，使涂层的水分有效的排出，并阻止外部水份的侵入，使涂膜具有呼吸的性能。2、利用纳米涂料的特殊功能和其微分子结构，与墙体的无机硅质和钙质发生配位反应，使墙体和涂膜形成牢固的爪状渗适，使涂膜不会脱落，不起皮，有高强的硬度和耐洗刷性。3、利用纳米涂料的超双界面的物性原理，有效地排出粉尘及油污的侵入，使墙体有良好的自洁功能。4、利用纳米涂料的光催化技术，对空气中的有害气体有高效的分解和消除作用，并能降低分解紫外线的辐射，使涂层的抗老化能力增强，具有净化空气的性能。5、利用纳米涂料的激活技术，使涂料形成抗菌涂层可对大肠杆菌、金黄色葡萄菌等细胞膜的破坏作用，从而有效地杀灭或抑制细菌的繁殖。6、独特的环保性：常温常压生产，无毒、无味、无污染、属水溶性环保型。7、极强的粘结性：对砂浆、混凝土、石材、石棉板、木材、金属等建筑材料有很强附着力。8、优良的高耐候性：南、北方，高、低温均适用。在潮湿的基面上亦可施工，抗冻型可在0οC到-25οC低温中施工、存放不变质。9、由于纳米级粉体材料极细（已接近分子结构），很难分散（始终浮于水面上），所以，本院科研人员吸取国外经验，将其聚合制成纳米浆料单体，使涂料在生产中分散轻松自如，可吸收和折射UVC紫外线，使用寿命10-15年以上。10、喷、刷、滚、涂等常规方法施工，每公斤可施工12-14平方米，两遍可施工6-8平方米。11、可根据接产方当地的消费要求和生活水平，生产自洁型、耐污型、杀菌型、抗冻型、通用型内外墙纳米漆，产品按光洁度，有平光、哑光、高光型和数百种色彩。生产时采用常温常压，无废水、废气、废渣污染。4.性能纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、光学效应、量子尺寸效应、宏观量子尺寸效应等特殊性质，可以使涂料获得新的功能。例如：粒度进入纳米尺度，材料表面活性中心的增多可提高其化学催化和光催化的反应能力，在紫外线和氧气的作用下给予涂层自清洁能力；表面活性中心与成膜物质的官能团可发生次化学键结合，大大增加涂层的刚性和强度，从而改进涂层的耐划伤性；高表面能的纳米材料表面经过改性可以获得同时憎水和憎油的特性，用于内外墙涂料可以显著提高涂层的抗污性并可提高耐候性；某些粒径小于100nm的纳米材料，对、Y射线具有吸收和散射作用，可提高涂层防辐射的能力，在内外墙涂料中可起到防氡气的作用；将纳米材料用在底漆中，可以增加底漆与基材的附着力，提高机械强度，且纳米级的颜料与底漆的强作用力及填充效果，有助于改进底漆一涂层的界面结合；纳米材料在面漆中可起到表面填充和光洁作用，提高面漆的光泽，减少阻力；纳米二氧化硅添加到外墙涂料中可提高涂料的耐擦洗性；纳米二氧化钛添加到建筑外墙涂料中，可将乳胶漆的耐候性提高到一个新的等级，同时还使乳胶漆的耐老化性能有很大的提高；纳米氧化锌添加到外墙涂料中，能使涂层具有屏蔽紫外线、吸收红外线以及杀菌防毒作用。耐老化型纳米涂料光催化型纳米涂料隐身型纳米涂料随角易效应型纳米涂料防静电纳米涂料特殊功能型纳米涂料二、分类耐老化型纳米涂料1纳米TiO2、SiO2、ZnO2、Fe2O3等优良的抗老化剂，可以提高涂膜的耐候性。纳米粒子的耐老化型是利用了其对光的散射和吸收的特殊功能。力度＜300nm的纳米材料具有可见光反射和散射能力，在可见光区是透明的，但对紫外线光具有很强的吸收和散射能力，与纳米材料的表面催化氧化特性相结合，赋予TiO2，SiO2及ZnO等纳米填充的涂料一系列特性。纳米TiO2波长为0.3μm的紫外线—最佳粒径为0.5μm波长为0.04μm的紫外线—最佳粒径为0.12μm可将纳米TiO2加入涂料中作为紫外线吸收剂，以防止分子链因紫外线长期照射而导致链的降解。纳米SiO2不定型白色粉末，也具有紫外光吸收、红外线反射的特性分子结构呈三维硅石结构，可与树脂某些基团发生键合作用，从而大大改善材料的热稳定性和化学稳定性表面配位不足，表现出极强的活性，可紧紧包裹颜料色素粒子表面，形成屏蔽作用，大大降低由于UV的照射而造成的色素的衰减纳米ZnO良好的紫外线衰减剂具有较好的对可见光的透过性具有协同作用，有利于颜料的分散和稳定2部分有机/无机物在光催化剂作用下发生氧化还原反应，生成水、二氧化碳、盐或酸，可减少对环境的污染。正是出于这一目的，制成光催化涂料。应用较多的光催化剂主要是TiO2和ZnO。光催化型纳米涂料TiO2TiO2是一种良好的光催化剂为了提高纳米TiO2光催化能力，可对颗粒进行表面化学改性活性补充：TiO2改性方法•经载银用Fe3+包覆纳米TiO2，可使其光化学活性提高•在催化剂中加入K2S2O8、NalO4、KBrO3等强氧化剂，作为良好的电子受体而俘获光催化剂表面的电子，使电子—空穴对的复合率尽可能地减少，提高催化效率纳米ZnO良好的光催化剂，催化能力是普通粒子的催化能力的100~1000倍几乎不引起散射具有大的比表面积和宽的能带因此催化活性较高，用于涂料中，制备抗菌涂层纳米超细粉体表面积巨大，有极好的吸收特性，能吸收电磁波纳米粒子粒径小于红外线和雷达波长，对波的透过性很大，使红外线和雷达探测到的信号大为减弱，很难被发现无机纳米材料制备军事隐身涂料，可应用于军事上的隐身技术。3隐身型纳米涂料纳米Fe3O4和纳米ZnO在这方面具有很好的功效。10nm和100nm两种粒径的Fe3O4在1~1000MHz频率范围内随着频率增加，纳米Fe3O4吸收效能增加，且纳米粒径越小，吸收效能越高。不同粒径的纳米填料对光的反射和散射效应不同，可产生随入射光角度不同而变色的效应。最常用的的配方是纳米TiO2与铝粉颜料或云母珠颜料混合与涂料之中，其涂层具有随角异色性，加入不同颜色的珠光颜料，可以形成不同的正视色和侧视色。4随角易效应型纳米涂料5防静电纳米涂料在一些设备的使用和运输过程中为防止静电荷的积累，添加了抗静电剂的涂料。常使用的抗静电剂有石墨粉、炭黑、金属粉末等。对于石墨粉，因其颜色的有限性，不适合装饰要求高的设备。纳米ZnO是一种半导体，呈白色或透明，因此在白色系或浅色系防静电涂料将占有一席之地。AB三、制备方法溶胶凝胶法：由纳米粒子在单位或树脂溶液中的原位生成。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。共混法：指纳米粒子和树脂溶液或乳液的共混复合。插层法:通过单体或聚合物溶液进入无机纳米层间，制得纳米涂层，但这种方法只适合蒙脱土一类的层状的无机材料。CD四、相关运用纳米科技是在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，而且因具有独特的物理学化学特性，为涂料的发展提供了新的机遇。应用实例1.国外研究开发现状国外在纳米涂料的研究开发和产业方面起步较早，尤其是美国与日本在这方面走在了世界前列。美国研究开发成功并已进行产业化的有豪华轿车面漆、军事隐身涂料、绝缘涂料等，另外还开展了光致变色涂料、透明耐磨涂料、包装用阻隔性涂层等纳米涂料的研究，目前已有3个公司供应商业纳米复合涂料产品。日本则在静电屏蔽涂料、光催化自清洁涂料的研究开发方面，取得了成功并实现了产业化。2.国内研究开发现状国内纳米涂料的发展起步于上世纪九十年代末期，主要集中在改善建筑物外墙涂料的耐候性和建筑内墙涂料的抗菌性方面，且基本上已研制成功，目前正准备走向产业化，而在工业用涂料、航空航天涂料以及功能性涂料的研究开发和产业化方面则落后于发达国家。五、未来展望1.纳米涂料研究中存在的技术问题首先是纳米材料在涂料中的稳定分散问题。由于纳米粒子比表面积和表面张力都很大，容易吸附而发生团聚，在溶液中将其有效地分散成纳米级粒子是非常困难的。寻找合适的分散剂来分散纳米材料，并采用合适的稳定剂将良好分散的纳米材料粒径稳定在纳米级，是纳米技术在涂料改性中获得广泛应用必须解决的关键问题。其次，纳米材料加入量的适度问题。一般而言，纳米材料的用量与涂料性能变化之间的关系曲线近似于抛物线，开始时随着纳米材料添加量的增加，涂料性能大幅度提高，到达一定值后，涂料性能增幅趋缓，最后达到峰值；之后，随着纳米涂料添加量的进一步增加，涂料的性能反而呈迅速下降的趋势，同时也增加了成本。因此，做好对比试验，选好纳米材料添加量也十分关键。最后，必须开展纳米涂料工艺的研究。纳米涂料就本身而言只是一个半成品，只有施工完毕后才真正成为最终产品，而现实情况是人们大都将精力集中在纳米涂料产品本身，而忽略了施工工艺的研究，致使纳米涂料无法达到其应有的效果。2.纳米涂料的发展前景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，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。总的来说，目前纳米涂料尚处于初步阶段，商品化的纳米涂料生产也刚刚起步，而目前有些商业媒体的宣传对纳米科技有一定的炒作嫌疑，科技工作者对此应该保持严谨求实的态度，踏踏实实地做好基础工作。我们有理由相信，我们最终会克服纳米涂料的研制过程中存在的许多问题，随着纳米技术和涂料研究的深入，涂料工业将迈上一个新台阶，纳米涂料的前景也将是无限光明、辉煌的。谢谢观赏