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| 涂料用無(wú)機納米粉體國內外研究現狀及建議 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-07-09 10:41:35 瀏覽次數： |
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納米材料的晶粒尺寸、晶界尺寸、缺陷尺寸均在100nm以下，隨著(zhù)晶格數量大幅度增加，材料的強度、韌性和超塑性都大為提高，對材料的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響。
納米材料有四個(gè)基本的效應，即小尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸效應、宏觀(guān)量子隧道效應， 因而出現常規材料所沒(méi)有的一些特別性能，如高強度和高韌性、高熱膨脹系數、高比熱和低熔點(diǎn)、奇特的磁性和極強的吸波性等，從而使納米材料己獲得和正在獲得廣泛的以無(wú)機納米材料與有機高分子樹(shù)脂復合，通過(guò)精細控制無(wú)機納米粒子均勻分散在高聚物基體中以制備性能更加優(yōu)異的新型涂料是近幾年的事，國內外有關(guān)這方面的報道正在不斷增加。
1 國外研究概況
我國最新研制的J20隱形戰機表面采用了納米吸波涂層
美國最先進(jìn)的五代戰機F22也采用了納米吸波涂層
國外將無(wú)機納米材料用于涂料中的一個(gè)最成功例子莫過(guò)于軍事隱身涂料，用納米級的碳基鐵粉、鎳粉、鐵氧體粉末改性的有機涂料涂到飛機、導彈、軍艦等武器上，使該裝備具有隱身性能，因為納米超細粉末具有很大的比表面積，能吸收電磁波，同時(shí)納米粒子尺寸遠小于紅外及雷達波波長(cháng)，對波的透過(guò)率很大，因此不僅能吸收雷達波，也能吸收可見(jiàn)光和紅外線(xiàn)，由它制成的涂層在很寬的頻帶范圍內可以逃避雷達的偵察，同時(shí)也有紅外隱身作用?，F在，隱身涂料作為隱身技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，己不僅僅用于飛航導彈等飛行器上，最新的發(fā)展是幾個(gè)主要工業(yè)化國家和軍事強國已開(kāi)始將隱身涂料技術(shù)應用于海軍艦艇、隱身裝甲車(chē)、隱身水雷、隱身火炮、隱身坦克、隱身車(chē)輛、隱身雷達、隱身通訊系統、隱身工程、隱身工事、隱身機器人、隱身作戰服和紅外隱身照明彈等技術(shù)裝備上。
國外將無(wú)機納米材料用于涂料中的另一個(gè)成功例子是豪華轎車(chē)面漆，用納米級二氧化鈦與鋁粉顏料或云母珠光顏料混合用于涂料中，其涂層具有隨角異色性，從不同角度觀(guān)察其反射光可看到不同的顏色。產(chǎn)生這種現象的原因，據稱(chēng)是納米TiO2本身既具有透明性，又具有對可見(jiàn)光一定程度的遮蓋所造成的，透射光在鋁粉表面反射與納米TiO2本身表面反射產(chǎn)生了不同的視角效果。這一隨角異色性使之在高檔轎車(chē)涂料中很快得到推廣應用并有可能應用于其它特種涂料中，目前BASF公司、Silberline公司己能生產(chǎn)多種含納米TiO2的金屬閃光面漆。
作為重要的光學(xué)顏料，納米TiO2的紫外光屏蔽特征一直受到廣泛關(guān)注。因為用作涂料基料的高分子樹(shù)脂受到太陽(yáng)中紫外線(xiàn)的長(cháng)期照射會(huì )導致分子鏈的降解，影響涂膜的物性，傳統的紫外光吸收劑主要為有機物，但是有機紫外光吸收劑的壽命短，有毒，而納米TiO2粒子是一種穩定的無(wú)毒的紫外光吸收劑。P.Stamatakis通過(guò)計算機模擬，認為屏蔽35Onm紫外線(xiàn)的最適宜粒徑為0.08µm，而對30Onm紫外線(xiàn)的最適宜粒徑為0.03-0.06µm，納米TiO2的這一重要特征使其在食品包裝涂料、高檔木器涂料以及其它高檔涂料方面正得到越來(lái)越廣泛的應用。
2 國內研究概況
國內有關(guān)納米材料研究已有一些報道，如，復旦材料系華中一教授研究發(fā)現納米TiO2有一種以納米晶粒、納米尺寸的骨架結構和納米空洞均勻分布而成的結構。張池明在討論納米TiO2的光催化活性時(shí)，認為納米TiO2的激發(fā)態(tài)電子到達表面的時(shí)間比普通TiO2要短得多，并且生成的電子、空穴在到達表面之前一般不會(huì )重新結合。
于網(wǎng)林和孫康等人分別采用溶膠-凝膠法制備了納米級TiO2。林元華等人采用化學(xué)沉淀法制備了粒徑約20-6Onm的金紅石型鈦白粉體，據稱(chēng)該法設備簡(jiǎn)單，操作易控制，并解決了Ti(OH)4過(guò)濾、洗滌困難等問(wèn)題。
丁兆星等在研究納米級TiO2的結晶動(dòng)力學(xué)過(guò)程中，發(fā)現納米尺寸效應使得TiO2中銳鈦-金紅石的結構相變溫度降低很多，納米粉末的結構相變在一較寬的溫度范圍內完成。
總之，國內從事有關(guān)無(wú)機納米粒子的制備和性能研究的單位不少，估計有一二十家，但有關(guān)無(wú)機納米材料與高分子樹(shù)脂復合制備高性能無(wú)機-有機樹(shù)脂復合材料的研究報道不多，而有關(guān)納米材料在涂料中的應用的研究則更少。
歸納起來(lái)，有張曄等人以不飽和雙鍵的油酸為表面活性劑，甲基丙烯酸甲酯為活性溶劑制備了穩定的納米TiO2溶膠，再將溶膠以自由基引發(fā)聚合制成了納米TiO2粒子/聚甲基丙烯酸甲酯均勻分散體系。
賈志謙等分別以脂肪酸鹽和樹(shù)脂酸鹽改性納米CaCO3，再分別以改性納米CaCO3和未改性納米CaCO3，填充聚酯聚氨酯清漆，發(fā)現改性納米CaCO3稀懸浮液基本表現為牛頓流體性質(zhì)，固相體積分率大于4%時(shí)，粘度曲線(xiàn)偏離愛(ài)因斯坦粘度方程。固相體積分率20%時(shí)，表現粘度曲線(xiàn)存在低剪切稀化冪律特征區和高剪切牛頓區兩個(gè)區域，并具有明顯觸變性。改性納米CaCO3填充聚酯聚氨酯清漆，在柔韌性、硬度、流平性及光澤等方面均優(yōu)于未改性納米CaCO3填充清漆。
益小蘇等人擬層間插入法制備高聚物/無(wú)機物納米復合材料。將納米金屬(Fe、Co、Ni)或其合金的復合粉體，采用多相復合方式，或將納米氧化物(Fe3O4、Fe2O3、ZnO、NiO2、TiO2、MoO2等)的粉體，納米石墨，納米碳化硅及混合物粉體用于隱身涂料的雷達波吸收劑，國內巳開(kāi)始引起重視。
3、對開(kāi)展有關(guān)納米材料在涂料中應用研究的一些建議
納米材料作為一種剛剛興起的新型功能材料，其研究與開(kāi)發(fā)還很不成熟，由于其特殊的尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸效應、宏觀(guān)量子隧道效應等，使得其光學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、模量、強度、阻透性等方面的性能與普通無(wú)機填料有很大的不同，如何充分利用納米材料的這些己知和仍然未知的特殊性能，以拓展其應用范圍是目前擺在國內外廣大科技工作者面前急需解決的問(wèn)題，據稱(chēng)美國政府已撥專(zhuān)款以開(kāi)發(fā)納米材料的應用領(lǐng)域，相信國內有關(guān)專(zhuān)家學(xué)者己有不少好的建議和想法。
關(guān)于納米材料在涂料中的應用，筆者認為，可從下面幾方面開(kāi)展工作:
（1）以納米級TiO2為重點(diǎn)，研究其應用在涂料體系中的一系列性能變化，尤其是涂膜的吸光性、吸波性、靜電屏蔽性、耐老化性、防腐防污性等，以開(kāi)發(fā)高性能飛航導彈及船艦軍用隱身涂料;
(2)研究納米級CaCO3、納米級SiO2、納米級滑石粉、納米級硅酸鋁、納米級鐵系顏料等一系列傳統無(wú)機顏填料的納米級粒子對涂膜的光澤、耐擦洗性、耐磨性、耐候性、阻透性、增效性、增稠性、遮蓋率、耐溫性、機械性能等的影響，以期開(kāi)發(fā)新型高性能涂料;
(3)無(wú)機納米粒子與無(wú)機非納米粒子混合，以期降低成本，改善涂料某些方面的性能;
(4)從基礎的角度，探索納米粒子與樹(shù)脂的界面相互作用機理和相混合機理，以期為更有效開(kāi)發(fā)利用納米材料提供理論依據;
(5)納米涂料(層)可能是未來(lái)高性能涂料的一個(gè)重要發(fā)展方向，應引起重視。
總之，充分開(kāi)發(fā)新型材料的性能和應用領(lǐng)域，作到早開(kāi)發(fā)早受益，為我所用，服務(wù)于國家，服務(wù)于人民，服務(wù)于國防建設，是每一位材料科學(xué)工作者應盡的責任和義務(wù)。
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