纳米涂料
纳米复合涂料的探讨 (附莎哈利本专访)2
3 纳米复合涂料的独特性能 [3 ~ 6]
纳米复合材料种类繁多,性能各异,即使同一种纳米粒子在不同粒径下也可能会有不同的功能,不同种类的纳米粒子也可以在涂料中起到同一作用。因此,用在涂料中也可能表现出不同的特性,需要行大量的研究开发工作,才有可能得到性能理想的纳米复合涂料,纳米复合涂料可以改善以下几个方面的性能。
3.1 涂料的耐候性
某些纳米粒子对紫外线具有较强的吸收作用,现市场上销售的纳米 Ti0 2 、 Si0 2 、 ZnO 等粒填充于涂料中,可显著提高涂料的紫外线吸收性,从而提高户外用涂料的耐候性。比如用来提高外墙建筑涂料的耐候性,汽车面漆的耐老化性、桥梁涂料、塑料涂料、木器涂料等的耐老化性,使涂层的寿命提高 50 %或一倍以上。
3.2 涂料的电磁性
随着当前高科技产品的崛起,尤其是电子工业的迅猛发展,电磁波的广泛应用,尤其是微波在通讯、航空、航天、家用电器、现代军事方面的普及应用,电磁波的辐射污染成为人类的第四大公害。因此,对电磁波的屏蔽及防护,成了当前急待解决的重大课题。利用纳米粒子的静电屏蔽性,可制得静电屏蔽涂料,与传统炭黑填充的防静电涂料相比,其具有更优异的防静电性能,而且由于不同纳米粒子吸收不同的可见光波段,因此可通过选用不同的纳米粒子来调节防静电涂料的颜色。
某些纳米材料,如纳米金属 (Fe 、 CO 、 Ni 等 ) 与合金的复合粉体、纳米氧化物 (Fe 3 0 4 、 Fe 2 0 3 、 ZnO 、 Ni0 2 、 Ti0 2 、 MoO 2 等 ) 的粉体、纳米石墨、纳米碳化硅及混合物粉体等,可用于制备出吸收不同频段电磁波的纳米复合涂料,作为军事隐身涂料,可涂覆到飞机、军舰、导弹、潜艇等武器装备上,使该装备具有隐身性能。由于纳米涂层材料具有吸收频带宽、质量轻、厚度薄等优点,因而可望在未来军事隐身化方面大展身手。
3.3 涂料的力学性能
某些纳米复合材料用于涂料中,可以大幅度提高有机涂层的力学性能,如涂层的附着力、耐冲击性、耐磨性、耐划伤性、硬度、强度、柔韧性等,可用于汽车面漆、汽车玻璃、眼镜镜片、建筑物玻璃、地板、船舰、易磨损易腐蚀金属部件等的保护,大大延长产品的使用寿命。
3.4 涂料的抗菌性和大气净化性
将纳米抗菌粉用于涂料中,可制得纳米杀菌涂料,涂覆在建材产品,如卫生洁具、室内空间、用具医院手术间和病房的墙面、地面等,起到杀菌、保洁效果。利用 Ti0 2 、 ZnO 、 ZnS 、 CdS 、 WO 3 等纳米粒子的光催化特性,可制得光催化净化大气环保涂料,比如,采用聚硅氧烷、锐钛级纳米 TiO 2 、填料和溶剂复合可制得大气环保涂料,能将大气中 NO X 转化成硝酸,可涂覆在高速公路、桥梁、建筑物、广告牌的表面,或在需要的地方专门设置净化面板等。
3.5 其它功能
采用纳米技术可制成纳米界面涂料,其涂膜界面为超双亲性二元协同界面 ( 既疏水又避油 ) ,将这种涂料涂在建筑材料 ( 如玻璃、陶瓷等 ) 上,任何油质、水、灰尘等都不能存留于表面,可保持用玻璃和陶瓷等挂面的建筑物长期一尘不染,使浴室内的大镜子以及人戴的眼镜在任何情况下也不会产生雾气。
利用纳米粒子对红外线的吸收和反射性能,将它们与有机涂料复合后制得的隔热涂料,可广泛用于玻璃幕墙、汽车玻璃、海上钻井平台、油罐、石油管道、汽车、火车、飞机、船壳、甲板、坦克、军舰、宇宙飞船表面等场合的隔热。
将纳米铝酸盐用于涂料中,可以贮存自然光或灯光的光能,当外来光停止后再缓慢地以光的形式释放出来,可发出多种颜色的光,而且发光的持续时间是传统发光材料的几十倍,且理化性能稳定,可在暗处用于低度照明和指示。这种发光涂料可以用于建筑、艺术装潢、公共场所的安全通道、危险场所的警示等。
4 纳米复合涂料的制备
制备纳米复合涂料的前提之一是需要对纳米粒子进行改性,消除其表面的高势能,调节其表面亲水性,改善其与有机介质之间的润湿性和结合力。
4.1 纳米粒子的表面改性方法 [5 ~ 9]
一般来说,对纳米粒子的改性可以分为以下 6 种类型。
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