納米材料在功能塗料中的應用

新威新材 發佈 2020-05-12T14:03:19+00:00

塗料色澤明亮、施工方便、價格低廉、具有保護、色彩標誌、美觀、裝飾等作用,在日常生活中具有廣泛的應用,但隨著宇宙與海洋的開發、航空航天、新能源與可再生能源、新材料為主的高新產業的發展,傳統塗料難以滿足人們的需求,因此開發功能性的塗料受到廣泛關注。

塗料色澤明亮、施工方便、價格低廉、具有保護、色彩標誌、美觀、裝飾等作用,在日常生活中具有廣泛的應用,但隨著宇宙與海洋的開發、航空航天、新能源與可再生能源、新材料為主的高新產業的發展,傳統塗料難以滿足人們的需求,因此開發功能性的塗料受到廣泛關注。

納米材料以其特有的小尺寸效應、量子效應和表面介面效應,顯著提高了塗料塗層的物理機械性能和抗老化等性能,甚至賦予塗層特殊的功能,如吸波、抗菌、導電、耐刮擦、自清潔等,納米材料在塗料中的應用推動了塗料向功能化發展。

塗料用納米材料的主要特徵

(1)光學特性

納米材料具有大顆粒所不具有的光學性能,某些粒徑<100nm的納米材料對放射性α、γ射線具有吸收和散射作用,可以提高塗層防輻射的能力,在內牆塗料中可起到防氡氣的作用。當納米粒子用於塗料達到納米級的分散時,由於其特有的光學特性也可作為優良的罩光漆,能大大增加其保光、保色及抗老化性能。

(2)表面活性

納米材料的粒徑極小,使得表面原子數迅速增加,表面積急劇變大,決定其具有很高的表面活性。表面反應活性中心的增多可以提高其化學催化和光催化反應的能力,在紫外光和氧的作用下給予塗層自清潔的能力。

(3)填充特性

納米材料表面原子數所占的比例大,表面原子周圍缺少相鄰的原子,具有不飽和性質,在與其它組分作用時,在兩個混合相之間會產生很大的作用力,將很大程度地對材料進行增強增韌。納米材料的加入將改善塗層中顏料和填料的體積填充緻密度,減少毛細管作用,提高塗層對腐蝕介質的屏蔽作用。

(4)流變特性

為了提高塗料的性能,消除塗膜弊病,一般要加入流變助劑。在塗料體系中,流變助劑具有獨特的穩定結構,能保護已分散的顏料顆粒,形成有觸變性的厚漿塗料,有助於流掛控制,保持優良的流平性,防止顏料沉降。塗料中由於納米粒子的加入,納米粒子與其中的某些鏈段產生了某種相互作用,阻礙了這種鏈段的運動,提高了塗膜的玻璃化轉變溫度,故納米材料是一種優良的流變助劑。

納米材料在塗料中的應用

(1)納米材料複合隔熱塗料

在建築物、透明頂棚和汽車窗口等領域大量使用玻璃,而太陽光的熱輻射會導致空調能耗增加,因此通過在玻璃上塗敷透明隔熱塗料以降低能耗就顯得尤為重要。美國公司Nanophase Technology先將多種半導體納米材料(ITO、ATO、ZnO、Al2O3、TiO2)穩定分散在水或有機溶劑中製成穩定的漿料,然後再將其運用於樹脂,得到功能性納米塗料,其塗膜具有隔熱、耐磨、紫外屏蔽和隔絕紅外線等功能,已廣泛應用於多個領域。

(2)納米材料複合抗菌材料

人們的居住環境中存在的各種細菌對人們的健康造成了嚴重威脅。抗菌塗料可以殺死附著在表面的細菌,達到自清潔的目的,降低環境中細菌對人體造成的傷害。而納米材料具有表面效應、小尺寸效應和量子尺寸效應等特殊性質,將其應用於塗料,可顯著改善塗料的抗菌性能。由於納米TiO2具有光催化性能,因此可將納米TiO2運用於樹脂中製備抗菌塗料,目前納米TiO2抗菌塗料是納米抗菌塗料最為常見的一種,其研究和應用較為成熟。

(3)納米材料複合抗老化塗料

戶外塗料常因紫外線照射導致成膜物質發生降解,使塗料變色、粉化,影響了塗料的使用壽命,因此塗料的抗老化性能非常重要。塗料的抗老化性能由塗料的成膜物質決定,成膜物質的分子鍵能越強,塗抹的抗老化性能越好。TiO2、ZnO等納米粒子具有光穩定性好、抗紫外強等特殊性質,將其應用於塗料,可顯著提高塗料的抗老化性能。

(4)納米材料複合防腐塗料

防腐塗料以其經濟實用、適用範圍廣和施工方便等優點在鋼材防腐中具有絕對優勢。目前,通過將耐候性納米材料加入到成膜物質來提高塗料的防腐性能是種較普遍的方法,這類納米材料主要有:TiO2、ZnO、SiO2、Al2O3、石墨烯和納米聚苯胺等。

(5)納米材料複合超疏水塗料

普通塗層很容易受到灰塵、油污等污染物的污染,抗沾污性很差,因此具有自清潔作用的超疏水塗料便具有重要意義。人們受「荷葉效應」的啟發已經製備了許多種超疏水塗料。納米粒子由於其具有的特殊性質使得其在塗料中得到廣泛運用。使用疏水改性劑對納米材料進行改性,同時對塗層進行粗糙化處理可以製備具有超疏水功能的塗料。

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