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| 納米粉體材料及其在涂料領(lǐng)域的應用概述 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-08-20 09:53:43 瀏覽次數： |
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(中國粉體技術(shù)網(wǎng)/遠志）納米材料狹義上是指粒徑在0.1-100nm范圍內的或具有特殊物理化學(xué)性能的材料。廣義上，納米材料是指在三維空間中至少有一維長(cháng)度在0.1-100nm范圍內的或具有納米結構的材料。按化學(xué)組成可分為:納米金屬、納米晶體、納米陶瓷、納米玻璃、納米高分子和納米復合材料等。由于納米材料具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應、宏觀(guān)量子隧道效應和一些奇異的光、電、磁等性能，將其用于涂料中后，除了可以改性傳統涂料外，更為重要的是可以制備各種功能涂料，如具有抗輻射、耐老化、抗菌殺菌、隱身等特殊功能的涂料。
1、 納米材料在涂料領(lǐng)域中的應用
現階段納米材料在涂料中的應用主要為兩種情況：
（1）納米材料經(jīng)特殊處理后，添加到傳統涂料中分散后制成的納米復合涂料（Nanocomposite coating），使涂料的各項指標均得到了顯著(zhù)的提高。將納米離子用于涂料中 所得到的一類(lèi)具有抗輻射、耐老化、具有某些特殊功能的涂料稱(chēng)為納米復合涂料。
（2）完全由納米粒子和有機膜材料形成的納米涂層材料，通常所說(shuō)的納米涂料均為有機納米復合涂料。目前，用于涂料的納米粒子主要是某些金屬氧化物（如TiO2、Fe2O2、ZnO等）、納米金屬粉末（如納米Al、Co、Ti、Cr、Nd等）、無(wú)機鹽類(lèi)（CaCO3）和層狀硅酸鹽（如一堆的納米級粘土）。
2、納米TiO2在涂料中的應用
納米SiO2具有三維網(wǎng)狀結構，擁有龐大的比表面積，表現出極大的活性，能在涂料干燥時(shí)形成網(wǎng)狀結構，同時(shí)增加了涂料的強度和光潔度，而且還提高了顏料的懸浮性，能保持涂料的顏色長(cháng)期不變。在建筑內外墻涂料中，若添加納米SiO2，可明顯改善涂料的開(kāi)罐效果，涂料不分層，具有觸變性、防流掛、施工性能良好等優(yōu)點(diǎn)，尤其是抗沾污性能大大提高，具有優(yōu)良的自清潔能力和附著(zhù)力。納米SiO2還可與有機顏料配用，可獲得光致變色涂料。
欲使納米SiO2材料在涂料中真正地得到廣泛應用，須解決納米SiO2在涂料中的分散穩定性問(wèn)題。通常的做法是加入表面活性劑包裹微?；蚍葱跄齽┬纬呻p電層的措施。同時(shí)在分散時(shí)可配合使用超聲波分散。
3、納米氧化鋅在涂料中的應用
納米ZnO等由于質(zhì)量輕、厚度薄、顏色淺、吸波能力強等優(yōu)點(diǎn)而成為吸波涂料研究的熱點(diǎn)之一。在陽(yáng)光的照射下納米ZnO在水和空氣中具有極強的化學(xué)活性，能與多種有機物發(fā)生氧化反應（包括細菌中的有機物），從而把大多數細菌和病毒殺死。 ZnO也具有良好的紫外線(xiàn)屏蔽作用，粒徑60nm的ZnO對波長(cháng)300-400nm的紫外線(xiàn)有良好的吸收和散射作用，因此可以作為涂料的抗老化添加劑。日本已經(jīng)開(kāi)發(fā)出用樹(shù)脂包覆的片狀ZnO紫外線(xiàn)屏蔽劑[7]。在涂料中添加納米ZnO可改善它的抗氧化性能，使其具有抗菌性能。
4、納米氧化鐵在涂料中的應用
納米氧化鐵作為顏料無(wú)毒無(wú)味，具有很好的耐溫、耐侯、耐酸、耐堿以及高彩度、高著(zhù)色力、高透明度和強烈吸收紫外光的優(yōu)良性能，可廣泛用于高檔汽車(chē)涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是較好的環(huán)保涂料。紫外線(xiàn)分解木材中的木質(zhì)素而破壞細胞結構導致木材老化，納米氧化鐵顏料分散于涂層中，由于顆粒直徑小不會(huì )散射光線(xiàn)、涂層成透明狀態(tài)且吸收紫外線(xiàn)輻射，起到保護木材的作用。
左美祥等研究發(fā)現:在樹(shù)脂中摻入納米級的TiO2（白色）、Cr2O3（綠色）、Fe2O3（褐色）、ZnO等具有半導體性質(zhì)的粉體，會(huì )產(chǎn)生良好的靜電屏蔽性能。日本松下電器公司研究所據此成功開(kāi)發(fā)了適用于電器外殼的樹(shù)脂基納米氧化物復合的靜電屏蔽涂料。與傳統的樹(shù)脂基碳黑復合的涂料相比，樹(shù)脂基納米氧化物復合涂料具有更為優(yōu)異的靜電屏蔽性能，而且后者在顏色選擇方面也更為靈活。用納米級Fe3O4與樹(shù)脂復合制成了磁性涂料，目前這方面的制備工藝已有所突破而進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。
5、納米CaCO3在涂料中的應用
納米CaCO3作為顏料填充劑，具有細膩、均勻、白度高、光學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)，隨著(zhù)納米碳酸鈣的粒子微細化，填料粒表面的原子數目占整個(gè)總原子數目的比例增大，使粒子表面的電子結構和晶體結構都發(fā)生變化，到了納米級水平。填料粒子將成為有限個(gè)原子的集合體，表現出常規粒子所沒(méi)有的表面效應和小尺寸效應，使納米材料具有一系列優(yōu)良的理化性能。它添加到涂料膠乳中，加強了透明性、觸變性和流平性。觸變性是納米CaCO3改善膠乳涂料各項性能的主要因素。同時(shí)能對涂料形成屏蔽作用，達到抗紫外老化和防熱老化的目的和增加涂料的隔熱性。
杜振霞等研究表明:在納米CaCO3改性的涂料中，如果CaCO3固相體積分數達到20%時(shí)，涂料的粘度曲線(xiàn)存在低剪切稀化冪律特征區和高剪切牛頓兩個(gè)區域，而且有明顯的觸變性。當乳膠漆聚合物乳液的粒徑為10-100nm，表面張力非常低，有極好的流平性、流變性、潤濕性與滲透性，表現超常規的特性。
6、其它新型納米涂料
納米隱身涂料（雷達波吸收涂料）系指能有效地吸收入射雷達波并使其散射衰減的一類(lèi)功能涂料。當將納米級的羧基鐵粉、鎳粉、鐵氧體粉末改性的有機涂料涂到飛機、導彈、軍艦等武器裝備上，可使這些裝備具有隱身性能，使它們在很寬的頻率范圍內可以逃避雷達的偵察，同時(shí)也有紅外隱身作用。美國研制的超細石墨納米吸波涂料，對雷達波的吸收率大于99%，其他金屬超細粉末如Al，Co，Ti，Cr，Nd，Mo等，也具有很好的潛力。法國研制出一種寬頻微波吸收涂層，這種吸收涂層由粘結劑和納米材料、填充材料組成，具有很好的磁導率，在50MHz-50GHz范圍內具有良好的吸波性能。我國也有相關(guān)的研究，如不同粒徑的Fe3O4在1-1000 MHz頻率范圍對電磁波具有吸收性能，隨著(zhù)頻率的增加，納米Fe3O4吸收能效增加，且納米粒徑越小，吸收效能越高。
7、納米涂料研究中存在的技術(shù)問(wèn)題
首先是納米材料在涂料中的穩定分散問(wèn)題。
由于納米粒子比表面積和表面張力都很大，容易吸附而發(fā)生團聚，在溶液中將其有效地分散成納米級粒子是非常困難的。尋找合適的分散劑來(lái)分散納米材料，并采用合適的穩定劑將良好分散的納米材料粒徑穩定在納米級，是納米技術(shù)在涂料改性中獲得廣泛應用必須解決的最關(guān)鍵問(wèn)題。
其次， 納米材料加入量的適度問(wèn)題。
一般而言，納米材料的用量與涂料性能變化之間的關(guān)系曲線(xiàn)近似于拋物線(xiàn)，開(kāi)始時(shí)隨著(zhù)納米材料添加量的增加，涂料性能大幅度提高，到一定值后，涂料性能增幅趨緩，最后達到峰值：之后，隨著(zhù)納米材料添加量的進(jìn)一步增加，涂料的性能反而呈迅速下降的趨勢，同時(shí)也增加了成本。因此，做好對比試驗，選好納米材料添加量也十分關(guān)鍵。最后，必須開(kāi)展納米涂料施工工藝的研究。納米涂料就本身而言只是一個(gè)半成品，只有施工完畢后才真正成為最終產(chǎn)品，而現實(shí)情況是人們大都將注意力集中在納米涂料產(chǎn)品本身，而忽略了施工工藝的研究，致使納米涂料無(wú)法達到其應有的效果。
8、納米技術(shù)在涂料領(lǐng)域的應用展望
今后納米涂料的發(fā)展主要將體現在以下幾個(gè)方面:
（1）新的納米原材料的開(kāi)發(fā)和商品化。即根據不同材料的物理化學(xué)性能，開(kāi)發(fā)研制出新納米改性材料，使之具有更多更新的功能。
（2）研究納米材料在涂料中的分散和穩定性。即探索納米材料顆粒與涂料間的相互作用和混合機理，并根據納米粉體在涂料中分散成納米級和保持分散穩定性的原理，開(kāi)發(fā)新的表面改性劑和穩定劑，以提高納米材料在涂料中的改性效果。
（3）加強納米材料表征方法和測試技術(shù)的研究。即為了能更好地利用納米材料的特殊性能，必須研究新的測試手段對納米材料進(jìn)行研究，并將傳統納米材料的測試方法進(jìn)一步完善和標準化。降低成本，并逐漸實(shí)現納米技術(shù)的工業(yè)化、商品化，從而改變我國高檔、高性能涂料大量依賴(lài)進(jìn)口的狀況，是將來(lái)的研究重點(diǎn)。
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