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2偶联剂改性无机纳米粒子在水性涂料中的应用

水性涂料具有环保的优点，是涂料发展的重要方向之一。将改性无机纳米粒子应用于水性涂料中，可以有效克服团聚现象，制备出综合性能优良的高性能涂料或者具有特殊功能的自洁防污涂料、光催化涂料、紫外线防护涂料等。

2.1高性能涂料

随着我国建筑业的快速发展和人们对环境保护及身心健康重视程度的提高，水性建筑涂料的需求量日益增多。利用纳米粒子的比表面积大等特点可以显著提高涂层的韧性、硬度、耐水性、耐候性等使用性能。孙丽丽，等[22]采用硅烷偶联剂YGO-1204，配合分散剂六偏磷酸钠对TiO2纳米粒子改性，将其应用到水性苯丙乳液建筑涂料中。与普通水性涂料相比，不仅黏度减小，易于施工，而且涂层的综合使用性能得到明显提高，其中附着力1级，耐水性120h，耐碱性96h，耐洗擦性超过5000次。王训遒，等[23]则采用1.5%的水溶性醇胺型钛酸酯偶联剂对CaCO3纳米粒子表面进行改性，制得了稳定性良好的CaCO3纳米粒子改性建筑用苯丙乳液，其涂层的耐水性、耐洗刷性、耐沾污性等性能得到显著提高。

2.2自洁防污涂料

紫外光照射可以引起纳米粒子在纳米区域形成亲水性及亲油性两相共存的二元协同纳米界面结构，类似二维的毛细管现象，在宏观的纳米粒子表面表现出奇妙的超双亲性[24]。利用此性质，可以制备具有自洁防污功能的水性涂料，应用于建筑物及汽车的玻璃窗、树脂镜片及精密仪器的玻璃罩，即使空气中的水分、蒸汽凝结，或者淋上雨水，也会迅速扩散成均匀的水膜，不会形成影响视线的水滴。姚丽，等[25]采用正硅酸乙酯制备了SiO2纳米粒子，并与KH-570进行改性，采用原位乳液聚合方法制备了纳米SiO2/含氟丙烯酸酯核壳型共聚物复合乳液涂料，其表面能低至9.8mN/m。该涂料不仅具有优良的耐洗刷性和耐候性，而且具有抗菌和自洁等特殊功能。

2.3光催化涂料

将纳米粒子用于光催化涂料中，其表面自由基不仅能与甲醛、苯、氮氧化物等有害气体反应，将其转化为无毒无害物质，起到改善空气质量的作用，而且还能够破坏细菌细胞质中的原生质活性酶，使细菌死亡，同时还能分解细菌死亡后释放的内毒素[26]。目前用于光催化涂料的纳米材料有纳米TiO2、ZnO及纳米载银抗菌材料等。杨阳，等[27]采用纳米TiO2粒子、无机盐及酸等配制了水性涂料，在紫外光的照射下，可以有效分解空气中的甲醛。德国STO股份公司采用纳米TiO2研制出了净化室内空气的涂料品种Sto-cblorclimason，在普通光源作用下可以将有机物转化为H2O和CO2，有效清除臭味、甲醛和氨。卢秀萍，等[28]采用丙烯酸丁酯、苯乙烯等单体，对钛酸酯偶联剂改性的纳米ZnO粒子进行原位聚合，制备出核壳型纳米ZnO复合乳液。当纳米ZnO粒子用量为0.2%时，对大肠杆菌和金色葡萄球菌的杀灭率分别达到99.9%和99.0%，而且具有良好的紫外线屏蔽功能。

2.4紫外线防护涂料

由于纳米粒子具有小尺寸效应、量子效应和诱导效应使光吸收带蓝移，从而会产生宽频带的强紫外线吸收力，将其应用于涂料中，可以有效提高涂层的力学性能和耐紫外线老化性能。目前应用较多的是TiO2和ZnO纳米粒子。徐立新，等[29]采用KH-570对TiO2纳米粒子进行表面预处理，并通过分散聚合工艺制备了聚苯乙烯接枝包覆TiO2纳米粒子。紫外光人工老化试验表明，改性后的TiO2纳米粒子对聚合物基体具有更好的抗紫外老化性能。于武钢，等[30]通过添加改性纳米TiO2制得纳米复合涂层对紫外线的阻抗值比普通彩涂板高出1～2个数量级。

3结语

偶联剂法在SiO2、TiO2、ZnO、CaCO3等无机纳米粒子的改性方面已经取得了较大的进展，在一定程度上解决了纳米粒子在应用过程中的瓶颈———团聚现象，为水性涂料的发展注入了新的活力，由其配制的综合性能优良和具有特殊功能的高档水性涂料可满足现代工业发展的需要，对涂料行业的发展具有重要的推动作用。但不可回避的是，偶联剂改性纳米粒子也存在一些问题，如反应时间较长、工艺过程不易控制、对设备要求高、难以实现规模化生产等，从而限制了其在水性涂料中的应用。为了较好地解决这些问题，今后研究工作的重点，除了要进一步深入研究偶联剂改性纳米粒子的作用机理外，还应该加大力度开发并采用新型偶联剂或复合偶联剂对纳米粒子进行改性，并优化生产工艺，扩大其在水性涂料中的应用范围。