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                納米改性涂料的發展及應用

                — 發布 —

                2015/4/15 10:17:10

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                財富中國

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                太原市建設工程質量監督站

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                【摘要】引言 隨著我國經濟的快速發展,建筑業已經成為我國的主要產業之一。隨著人民生活水平的提高,過去的建筑條件已經遠遠不能滿足人們的需要。在人們的眾多需求中,建筑涂料扮演著舉足輕重的角色。進入21世紀以來,人們要求

                引言

                隨著我國經濟的快速發展,建筑業已經成為我國的主要產業之一。隨著人民生活水平的提高,過去的建筑條件已經遠遠不能滿足人們的需要。在人們的眾多需求中,建筑涂料扮演著舉足輕重的角色。進入21 世紀以來,人們要求建筑涂料具有較好的耐久性、低污染性和抗菌防污等性能,這些要求對我國目前的建筑涂料和施工工藝提出了巨大的挑戰。因此,開發和應用高水準的建筑涂料及施工工藝已經成為當今許多學科的研究熱點。隨著納米技術和納米材料的飛速發展,納米材料已經應用到建筑業中的方方面面,如摻入混凝土、水泥、涂料等基礎材料中,改造了傳統建筑產業的發展,使建筑材料具有了新的功能和使命。

                1 不同功能的納米改性涂料

                納米改性涂料不僅具有傳統涂料的各種優越性能,而且使傳統涂料具有許多新的功能,例如抗菌、自清潔、抗靜電、隱身、凈化大氣、高透明度等。若按功能對納米改性涂料進行分類,具體可分為以下幾類。

                1. 1 納米抗菌涂料

                納米抗菌材料已被廣泛應用于纖維、塑料、陶瓷和電器中,用于殺滅大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等各種細菌和病毒。內墻涂料和用于各種儀器、家具表面的涂料,由于人手經常接觸,會有大量的細菌和病毒駐留在其表面,很容易造成交叉感染,因此,很有必要發展納米改性抗菌涂料。目前,具有較好的抗菌性能的納米材料主要是指納米TiO2、納米ZnO 以及納米載銀材料。

                1. 2 納米改性防水涂料

                特殊納米界面涂料具有優異的防腐蝕和自清潔功能,是一種非常重要的涂料品種,特別是在金屬防腐方面具有重要的意義。據統計,世界上每年因腐蝕而報廢的鋼鐵制品的質量,大約相當于鋼鐵產量的1 /3,其中占年產量約10%的鋼鐵變為鐵銹,這對資源和能源都是一種巨大的損失。因此,如何運用科學技術,經濟而安全地防止、控制或減輕鋼鐵材料的腐蝕,對于我國的經濟建設和發展具有重大意義。

                1. 3 耐老化納米涂料

                提高外墻涂料的耐候性是外墻涂料的發展方向之一。納米級顏涂料在耐候性能方面有了大幅度提高,納米級顏填料粒子能夠吸收紫外線,因此這種材料可起到紫外線吸收劑的作用,可以有效地增強涂料的耐老化性能。納米ZnO、SiO2、TiO2、Fe2O3、CaCO3等微粒都具有大顆粒所不具備的特殊光學性能,普遍存在“藍移”現象,添加到涂料中能對涂料形成屏蔽作用,從而達到抗紫外線老化的目的。將納米TiO2按照一定的比例添加到涂料中,可制得一種特殊的防紫外線產品———納米涂層,并且納米材料可增強涂料與基體的附著力,使其具有防變色的功效,并且可以使涂料本身成為一種裝飾材料。在涂料中添加一定量的納米SiO2也可以起到很好的作用。納米SiO2是一種無定形的白色粉末狀物質,具有良好的吸收紫外線和反射紅外線等光學性能的納米材料,它對于波長400 mm 以下的紫外線和波長80 mm 以上的紅外線的吸收率和反射率高達70%。納米SiO2分子結構中具有大量的不飽和鍵,這些不飽和鍵的存在表現出極強的活性,可吸收一些有顏色的粒子,這在一定程度上降低了涂料在紫外線照射下產生的色素衰減。

                2 納米材料對涂料性能的影響

                2. 1 納米SiO2對涂料性能的影響

                在建筑內外墻涂料中加入適量的納米SiO2后,常規的涂料的抗紫外線耐老化性能較之前提高2. 5 倍以上; 耐擦洗性較之前可提高10 倍以上。納米SiO2在內外墻涂料中的添加量一般為0. 1% ~1%,最多≯5%。納米SiO2具有極強的紫外線屏蔽性,對長波黑斑效應紫外線屏蔽率達到88%,而對中波紅斑效應紫外線屏蔽率為85%,對滅菌紫外線短波屏蔽率仍為70% ~ 80%( 由于這種短波的穿透力較低) ,所以納米SiO2在涂料中可起到屏蔽各種紫外線的作用,從而達到涂料抗紫外線老化和抗熱老化的目的。

                2. 2 納米TiO2對涂料性能的影響

                與常規材料相比,納米TiO2具有幾個獨特的性能: ①比表面積大; ②磁性強; ③光吸收性好,且吸收紫外線的能力強; ④表面活性大; ⑤熱導性好; ⑥分散性好,所制懸浮液穩定等。由于納米TiO2具有許多優異的性能,因此在涂料領域具有廣闊的應用前景。建筑涂料尤其是外墻涂料的應用環境比較惡劣,紫外線、熱能、微生物、水、空氣中的污染物等均能引起涂料中聚合物的老化,而其中又以紫外線老化的破壞性最大。因此,提高涂料耐候性的關鍵是如何降低紫外線對涂料的降解。

                2. 3 納米ZnO 對涂料性能的影響

                納米ZnO 也是涂料中添加的一種優良的抗老化劑,在涂料中添加一定量的納米ZnO 可以明顯地提高涂料的抗老化性能。納米ZnO 吸收紫外線的能力較其他納米材料更強,無論是對長波黑斑效應紫外線,還是對中波紅斑效應紫外線,都具有較好的屏蔽功效,因此很適合作為涂料中的抗老化劑。日本的專利報道稱,近藤剛等研究員使用一定量的ZnO 作為玻璃添加劑,研制成功了一種玻璃用紫外線屏蔽涂層。美國Foster Products 公司使用納米ZnO 制作出一種抗老化涂料,其抗老化性能是常規涂料的15 倍。美國的另一家公司利用Foster Products 公司的納米ZnO,與一定的溶劑、樹脂、催化劑等成功地配制出一種抗紫外線的預混合物,這種預混合物可作為涂料和塑料配方中一個至關重要的部分。

                2. 4 納米黏土對涂料性能的影響

                黏土是一種“一維”的納米材料,因此其比表面積相對于其他的納米材料更高,最高可達700 ~800 m2 /g。黏土作為一種添加劑在復合材料中的應用也極其廣泛,根據其在復合材料中添加量的不同,可制得以下幾種產品: 常規復合材料、插層復合材料和剝離復合材料。在涂料中添加適量的黏土,可以大幅度地提高涂料的力學性能和熱工性能。將黏土進行改性然后添加到涂料中,不僅可以提高涂料的柔韌性和抗沖擊性,并且可以在一定程度上改善涂層的光學性能,從而得到一種新型的建筑涂料。

                3 結語

                涂料是工業產品的配套產品,其應用范圍極為廣泛?梢哉f,任何一種工業產品都離不開涂料。21 世紀是信息工業的時代,涂料又有了新的應用領域。例如電激發光元件,它是將熒光體材料夾在兩個電極之間,當加上交/直流偏壓電場時,其熒光體電子受沖擊而以能量轉移的方式發送。它分為無機電發光元件和有機電發光元件。這種元件具有冷光、不發熱且無紫外線傷害、耗電少、防水且抗濕度、防振、抗沖擊、光色種類多、發光均勻及其強度可調節和使用壽命長等優點,可用于計算機、家用電器、設備、儀表等液晶背光以及汽車、交通、建筑、廣告等標志顯示和多彩、全彩顯示器等方面,這種電激發光元件的絕緣層就需要使用涂料且今后用量巨大,所以是涂料的一個很好的開發和發展領域。

                - THE END -
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