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纳米材料在功能涂料中的应用


来源:中国粉体网   初末

[导读]  涂料色泽明亮、施工方便、价格低廉、具有保护、色彩标志、美观、装饰等作用,在日常生活中具有广泛的应用,但随着宇宙与海洋的开发、航空航天、新能源与可再生能源、新材料为主的高新产业的发展,传统涂料难以满足人们的需求,因此开发功能性的涂料受到广泛关注。

中国粉体网讯  涂料色泽明亮、施工方便、价格低廉、具有保护、色彩标志、美观、装饰等作用,在日常生活中具有广泛的应用,但随着宇宙与海洋的开发、航空航天、新能源与可再生能源、新材料为主的高新产业的发展,传统涂料难以满足人们的需求,因此开发功能性的涂料受到广泛关注。



纳米材料以其特有的小尺寸效应、量子效应和表面界面效应,显著提高了涂料涂层的物理机械性能和抗老化等性能,甚至赋予涂层特殊的功能,如吸波、抗菌、导电、耐刮擦、自清洁等,纳米材料在涂料中的应用推动了涂料向功能化发展。


涂料用纳米材料的主要特征


(1)光学特性


纳米材料具有大颗粒所不具有的光学性能,某些粒径<100nm的纳米材料对放射性α、γ射线具有吸收和散射作用,可以提高涂层防辐射的能力,在内墙涂料中可起到防氡气的作用。当纳米粒子用于涂料达到纳米级的分散时,由于其特有的光学特性也可作为优良的罩光漆,能大大增加其保光、保色及抗老化性能。


(2)表面活性


纳米材料的粒径极小,使得表面原子数迅速增加,表面积急剧变大,决定其具有很高的表面活性。表面反应活性中心的增多可以提高其化学催化和光催化反应的能力,在紫外光和氧的作用下给予涂层自清洁的能力。


(3)填充特性


纳米材料表面原子数所占的比例大,表面原子周围缺少相邻的原子,具有不饱和性质,在与其它组分作用时,在两个混合相之间会产生很大的作用力,将很大程度地对材料进行增强增韧。纳米材料的加入将改善涂层中颜料和填料的体积填充致密度,减少毛细管作用,提高涂层对腐蚀介质的屏蔽作用。


(4)流变特性


为了提高涂料的性能,消除涂膜弊病,一般要加入流变助剂。在涂料体系中,流变助剂具有独特的稳定结构,能保护已分散的颜料颗粒,形成有触变性的厚浆涂料,有助于流挂控制,保持优良的流平性,防止颜料沉降。涂料中由于纳米粒子的加入,纳米粒子与其中的某些链段产生了某种相互作用,阻碍了这种链段的运动,提高了涂膜的玻璃化转变温度,故纳米材料是一种优良的流变助剂。


纳米材料在涂料中的应用


(1)纳米材料复合隔热涂料


在建筑物、透明顶棚和汽车窗口等领域大量使用玻璃,而太阳光的热辐射会导致空调能耗增加,因此通过在玻璃上涂敷透明隔热涂料以降低能耗就显得尤为重要。


美国公司Nanophase Technology先将多种半导体纳米材料(ITO、ATO、ZnO、Al2O3、TiO2)稳定分散在水或有机溶剂中制成稳定的浆料,然后再将其运用于树脂,得到功能性纳米涂料,其涂膜具有隔热、耐磨、紫外屏蔽和隔绝红外线等功能,已广泛应用于多个领域。


(2)纳米材料复合抗菌材料


人们的居住环境中存在的各种细菌对人们的健康造成了严重威胁。抗菌涂料可以杀死附着在表面的细菌,达到自清洁的目的,降低环境中细菌对人体造成的伤害。而纳米材料具有表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应等特殊性质,将其应用于涂料,可显著改善涂料的抗菌性能。


由于纳米TiO2具有光催化性能,因此可将纳米TiO2运用于树脂中制备抗菌涂料,目前纳米TiO2抗菌涂料是纳米抗菌涂料最为常见的一种,其研究和应用较为成熟。


(3)纳米材料复合抗老化涂料


户外涂料常因紫外线照射导致成膜物质发生降解,使涂料变色、粉化,影响了涂料的使用寿命,因此涂料的抗老化性能非常重要。涂料的抗老化性能由涂料的成膜物质决定,成膜物质的分子键能越强,涂抹的抗老化性能越好。TiO2、ZnO等纳米粒子具有光稳定性好、抗紫外强等特殊性质,将其应用于涂料,可显著提高涂料的抗老化性能。


(4)纳米材料复合防腐涂料


防腐涂料以其经济实用、适用范围广和施工方便等优点在钢材防腐中具有绝对优势。目前,通过将耐候性纳米材料加入到成膜物质来提高涂料的防腐性能是种较普遍的方法,这类纳米材料主要有:TiO2、ZnO、SiO2、Al2O3、石墨烯和纳米聚苯胺等。


(5)纳米材料复合超疏水涂料


普通涂层很容易受到灰尘、油污等污染物的污染,抗沾污性很差,因此具有自清洁作用的超疏水涂料便具有重要意义。人们受“荷叶效应”的启发已经制备了许多种超疏水涂料。纳米粒子由于其具有的特殊性质使得其在涂料中得到广泛运用。使用疏水改性剂对纳米材料进行改性,同时对涂层进行粗糙化处理可以制备具有超疏水功能的涂料。


参考资料:
杨统林、赵中华等.纳米材料的改性及其在涂料中的应用进展
马拯.纳米材料在涂料中的应用进展
晁宇、安云岐等.纳米材料在粉末涂料中的应用研究
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