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| 納米SiO2在涂料中的應用研究進(jìn)展 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-09-12 11:08:40 瀏覽次數： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/遠志）納米SiO2 俗稱(chēng)“超微細白炭黑”，是一種無(wú)定形的白色粉末，歸屬于納米材料。納米SiO2 呈現特別的物理化學(xué)性質(zhì)，具有小尺寸、表面界面、量子尺寸效應，以及光、熱、吸收等性能，在高溫下具有高強度、高韌性、穩定性好等特性，使得其被廣泛地應用于各個(gè)領(lǐng)域。在涂料中添加少許的納米SiO2，可大幅度提高涂料的耐高溫性、耐磨性等特性。
1 納米SiO2 的特性及形態(tài)
納米SiO2 是一種無(wú)毒、無(wú)色、無(wú)污染的無(wú)機非金屬材料，單個(gè)納米SiO2 粒子因其表面作用力強而發(fā)生團聚，形成一種二次結構。在配制涂料時(shí)，首先必須對其進(jìn)行表面改性，使其處于一次分散的狀態(tài)，從而改善基體分散性。與普通SiO2 相比，納米SiO2 微粒表面非配位原子居多，顯著(zhù)提高了粒子與聚合物發(fā)生物理、化學(xué)結合的可能性，也增強了基體界面結合的可能，起到了提高強度和熱穩定性的作用。納米SiO2 粒子為蓬松粉體狀態(tài)，純度可達99.9% 以上。
2 納米SiO2 在涂料中的應用
在涂料中，利用納米SiO2 粒子的表面體積效應、量子尺寸效應和宏觀(guān)量子隧道效應等，可增加涂膜硬度，改善涂膜的耐磨性、抗沖擊性及柔韌性等性能。因此，納米SiO2 在涂料中的應用越來(lái)越廣泛。
2.1 納米SiO2 在建筑涂料中的應用
在建筑涂料中，加入少許納米SiO2 可以明顯提高涂料的耐磨性、防腐性、抗老化性等性能，并改善涂料的自清潔能力等，從而在墻面漆中得到了廣泛應用。
金祝年應用納米SiO2 改進(jìn)外墻涂料的性能，發(fā)現納米SiO2 能降低涂料的色差值，提高耐老化性。
鄧前軍等人對納米SiO2 改性外墻涂料進(jìn)行研究，將預處理后不同配比組合的納米SiO2 分別添加到純丙乳液外墻涂料中發(fā)現，當摻入4% 的納米SiO2 時(shí)，可以顯著(zhù)改善涂料的穩定性、附著(zhù)力、光澤、耐沾污性等特性。
2.2 納米SiO2 在金屬防護涂料中的應用
在全球，每年因金屬腐蝕給社會(huì )帶來(lái)巨額經(jīng)濟損失，特別是在高溫、高濕、高腐蝕的條件下，例如爐管、壓縮機、發(fā)動(dòng)機等金屬制品的內外殼腐蝕嚴重，極大制約著(zhù)關(guān)鍵技術(shù)的推廣。目前，人們成功地將納米技術(shù)使用在金屬防護涂料中，并且取得了一系列較為理想的研究成果，但尚未達到成熟階段，有待進(jìn)一步拓展。
咸才軍等人將納米技術(shù)應用在鋼結構水性超薄膨脹型防火涂料中，在其中添加納米SiO2 和TiO2 后可以提高防火涂料膨脹后炭質(zhì)層的強度，耐火極限也進(jìn)一步延長(cháng)，當添加1.5%（質(zhì)量分數）的納米SiO2 時(shí)，耐火極限可達110 min。
馬驕利用電化學(xué)阻抗譜（EIS）技術(shù)對納米SiO2 含量為5% 的有機硅復合涂層的防護性進(jìn)行研究發(fā)現，添加納米SiO2，可以有效抵擋侵蝕介質(zhì)的腐蝕，大大提高了其防護性能。
2.3 納米SiO2 在塑料涂料中的應用
近些年來(lái)，我國塑料涂料從一般的裝飾功能拓展到特殊功能，從溶劑型涂料發(fā)展到水性涂料。截止目前，用于涂裝ABS、HIPS、PS 和PP 等底材的塑料涂料已經(jīng)問(wèn)世，應用領(lǐng)域也在不斷拓寬。
張克杰等人采用苯丙乳液與納米SiO2 復合，制得高性能的水性納米塑料涂料。涂料性能檢測結果表明：涂膜硬度達3H 以上，在沸水環(huán)境中不發(fā)生回黏，呈現良好的耐水性。
S.Sepeur 等人采用溶膠- 凝膠方法研制出一種光化學(xué)反應固化的透明硬質(zhì)涂層，極大地增強了有機高聚物的耐磨性。如噴在塑料基材上，只需幾微米的透明涂料，就能獲得優(yōu)良的光學(xué)性、附著(zhù)力、耐磨性等。
2.4 納米SiO2 在紫外光固化涂料中的應用
納米SiO2 具有強烈的紫外吸收和紅外反射等特性。在波長(cháng) 400 nm 以?xún)鹊淖贤夤庹丈湎?，其吸收率可以達到70% 以上；在波長(cháng) 400 nm 以?xún)鹊募t外光照射下，其反射率高達70% 以上。將納米SiO2 添加到涂料中，可以起到抗紫外光和熱老化作用，增強涂料的隔熱性。
Sangermano 等人利用共混法制得紫外光固化納米SiO2/ 環(huán)氧樹(shù)脂體系，通過(guò)紅外光譜跟蹤發(fā)現：隨著(zhù)納米SiO2 用量的逐漸增加，涂料的玻璃化轉變溫度、表面硬度等不斷提高。從TEM 圖中可見(jiàn)：納米SiO2 沒(méi)有發(fā)生團聚，而是以5~50 nm 粒徑均勻分布在環(huán)氧樹(shù)脂中，其很低的吸水性使其在耐水涂料中具有很高的實(shí)用價(jià)值。
3 納米SiO2/ 有機硅雜化涂料的性能
納米SiO2/ 有機硅雜化涂料應用十分廣泛，尤其在功能性涂料方面具有十分廣闊的應用前景。
3.1 納米SiO2改善涂料的耐磨性
納米SiO2 的表面羥值較高，且反應活性強，加之納米SiO2 比表面積配位不足，較易發(fā)生鍵合作用，獲得理想的界面結合力，進(jìn)而提高涂膜的強度、透明性與耐磨性等特性。
孫道興等人利用核殼乳液聚合方法將交聯(lián)共聚體、氨基硅烷偶聯(lián)劑等與丙烯酸類(lèi)單體、苯乙烯進(jìn)行共聚制得軟殼硬核的乳液，然后引入納米SiO2、功能性多胺聚合物等復配，制得環(huán)保型路標涂料，呈現出優(yōu)異的耐磨性等。
3.2 納米SiO2在耐磨涂料中的應用與發(fā)展趨勢
目前研制的納米涂料主要是利用雜化方法，將無(wú)機納米微粒摻入到聚合物基體中，制得有機- 無(wú)機納米雜化涂料。在有機玻璃透明件用耐磨涂料的研究中，有機- 無(wú)機雜化涂料得到了飛速地發(fā)展，其中很多研究成果已實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn)，然而其表面硬度與耐磨性能在實(shí)際工作中仍存在著(zhù)一定的缺陷。
SDC Coatings 公司的耐磨透明涂料SILVUE 系列產(chǎn)品不僅可以防霧與紫外線(xiàn)，還適用于高層建筑等玻璃。納米二氧化硅在耐磨涂料中的發(fā)展趨勢大概歸納為以下兩點(diǎn)：（1） 利用溶膠- 凝膠法制備光固化有機- 無(wú)機雜化玻璃用透明耐磨涂層將是未來(lái)涂料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向。（2） 由于有機玻璃所用耐磨涂層的綜合性能與光學(xué)質(zhì)量要求很?chē)栏?，市?chǎng)需求很小，目前尚無(wú)專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家生產(chǎn)有機玻璃耐磨涂層，迫切需要政府的有力支持來(lái)推動(dòng)其發(fā)展。
3.3 納米二氧化硅改善涂料的防腐蝕性
目前，市售防腐涂料產(chǎn)品有2 個(gè)缺點(diǎn)：第一，耐高溫性不太好，最高只有幾百攝氏度；第二，防腐性能較窄，能抗氯離子酸腐蝕，卻未必能抗氧化性酸腐蝕；能耐三大酸性物質(zhì)強烈腐蝕，卻可能承受不住氫氟酸的腐蝕；能抵抗酸腐蝕，不見(jiàn)得能耐堿腐蝕。將納米技術(shù)運用于防腐涂料中，可提高其耐腐蝕性能，以及涂層的綜合性能等。在防腐涂料中添加納米二氧化硅，可以改善涂層防腐性與耐磨性，表面層納米SiO2 以其三維鏈狀網(wǎng)絡(luò )結構，使得納米微粒呈現出很高的表面活性，因而增加了涂層的致密度與結合力。白紅英等人研究了改性對環(huán)氧有機硅涂料特性的影響，將該涂料配以亞微米級的陶瓷粉，可以形成具有優(yōu)良防腐蝕性、熱穩定性和物理機械性的致密涂層。
4 結語(yǔ)
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與經(jīng)濟的跨越發(fā)展，研制高性能涂料已刻不容緩地成為社會(huì )經(jīng)濟快速發(fā)展的要求。利用不同的物理、化學(xué)技術(shù)對涂料進(jìn)行改性達到改善其綜合性能的效果，是涂料研究人員共同努力的目標。特別是納米材料在涂料中的推廣已成為國內外科技人員研究的熱點(diǎn)，截止目前，納米SiO2 在涂料中的應用還處在探索研究的階段，并且有很多關(guān)鍵問(wèn)題亟待解決：
（1） 通過(guò)在樹(shù)脂中原位生成納米粒子的方法解決納米顆粒較易相互吸附，從而發(fā)生團聚現象。
（2） 在有機硅樹(shù)脂中應用納米技術(shù)，以提高有機硅樹(shù)脂的耐高溫性、耐磨性、硬度等性能。
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