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  1.概述
   纳米技术是20世纪80年末刚刚诞生并正在迅速掘起的一项新技术。它的出现标志着人类改造自然的能力已延伸到原子、分子水平,标志着人类科学技术进入了一个新的时代——纳米科技时代。许多专家学者预测,纳米科技必将成为21世纪的主导技术之一。纳米材料是利用原子物理、凝聚态物理,胶体化学、固体化学、量子化学、表面和界面等多学科的理论和技术制备的直接由原子、分子排布的新材料。从某种意义上讲,纳米材料的研究及进展势必把物理、化学等领域推广向一个新层次,因为许多过程的现象很难用传统理论来解释。
   纳米材料具有特殊的小尺寸效应、表面界面效应、量子效应、介电效应等,可以引用到涂料中赋予涂料不同于常规的一些力学、热学、光学及电磁学性能,制备新的功能涂料如杀菌、防霉、隔热、耐磨、静电屏蔽、绝缘、耐污染、抗老化等,而且可以提升传统涂料的性能使涂料升级换代。由于建筑涂料是涂料行业用量最大的品种之一,也是提升传统涂料的重点领域。
   2.国内外基本应用现状
   纳米技术是80年代末兴起的。在国外,如美国及其它发达国家的政府和企业都投入了大量的资金和人力进行支持,以便在纳米技术领域占有一席之地,使纳米技术处于纳米工业的领先地位。纳米材料在涂料中的应用研究近几年内已有较大发展,目前已有一些产品初步应用于市场,如隔热、耐磨、静电屏蔽、防伪、隐身涂料等;也有纳米材料应用于建筑涂料的产品,如用纳米材料改性的纳米有机无机复合乳液制备外墙涂料、纳米二氧化硅系列胶体用于外墙涂料等,可以提高涂层户外的耐候性、耐污染性、耐水性、耐擦洗性及涂料悬浮稳定性,但是相关的报导较少。
   国内纳米材料及纳米技术的研究在90年代初开始,和国外起步相当。即使原来制备的是纳米材料,也没有归结为纳米技术,如常州涂料院70年代初研制开发的透明氧化铁,就是一种纳米材料。90年代以后,研究院所和大专院校对纳米技术和纳米材料的研究相当活跃,并取得了许多研究成果,陆续在北京、上海、天津、浙江、江苏、广东、山东、安徽、湖北、河北等省市建成了近百个纳米技术及纳米材料研究基地,已有10多条线正式生产。其主要品种是纳米金属和纳米金属氧化物等,主要用于高分子材料加工行业。纳米材料用于涂料特别是建筑涂料的研究应也相当活跃,如在内墙涂料中制备出了无毒的长效防霉杀菌涂料、透气防水高强度耐擦洗涂料,光催化自清洁涂料等等。在外墙涂料中制备出了抗老化涂料、抗污染涂料、自清洁涂料、防水防霉防藻涂料、多种功能复合涂料等等。由于纳米材料的应用,提高了传统建筑涂料的性能,应该说取得了可喜的进步。但是我们应该清醒的认识到,纳米材料在涂料中的主要应用方式是把纳米材料(粉体)加入到涂料中进行物理分散,只是部分提升了涂料的物性,大部分还没有达到质的变化,这只能归结为纳米材料(粉体)在涂料中的应用过于简单,纳米应用技术还没有上升到原子或分子水平的排布。更有企业将纳米材料加入到涂料中,就称为纳米涂料,并进行商业炒作,影响了纳米材料在建筑涂料中的应用研究。所以,建筑涂料行业的同仁应该多做一些踏踏实实的研究开发和应用工作。
   3.技术进展
   众所周知,建筑涂料主要由树脂(成膜物)、颜填料、助剂和稀释剂(水性涂料稀释剂为水)而构成。纳米材料及纳米应用技术要针对提升哪些性能来设计和应用。因此应向制备纳米材料的单位和科技人员进行了解,纳米材料及其特性才能达到预期的效果。
   3.1建筑涂料中主要应用的纳米材料
   为了提升传统建筑涂料的各种性能,可用的纳米材料有很多品种。
   但最主要的是纳米金属(如Ag等)、纳米金属氧化物(如TiO2、SiO2、CaCO3、ZnO等)。纳米材料的粒径在1~100nm之间。和广义上讲也还应包括三维结构中有一维长度在1~100nm之间具有特殊物理化学性能的材料。应该注意的是,同一种纳米材料由于粒径大小不同,材料性能也会有很大差异。上面提到的纳米金属银(Ag)在建筑涂料中具有长效杀菌防霉防藻作用;纳米二氧化钛(TiO2锐钛型)具有光催化紫外吸收、稳定杀菌作用;纳米二氧化硅(SiO2)具有疏水性、抗污增强作用;纳米碳酸钙(CaCO3)具有增强作用;纳米氧化锌(ZnO)具有杀菌、耐磨、紫外吸收作用,其特性原理很多文章都进行了介绍,此处不在赘述。
   3.2纳米材料在建筑涂料应用过程及技术纳米材料是粒径为1~100nm的超微粒子,它是介于微观体系和宏观体系之间的一种新的界观物理态,具有特殊的小尺寸效应、表面界面效应、量子效应和介电效应等。而在建筑涂料应用技术还是小尺寸效应对涂料和涂膜性能进行改进和提高,其应用技术主要分为二类,一是按建筑涂料用助剂的方式直接进行应用;二是对成膜物质进行改性,配制所需建筑涂料。
   3.2.1纳米材料作为助剂应用
   目前的大部分纳米材料改性建筑涂料都采用以助剂的方式加入涂料中,加入方式又分为直接加入,和制成分散浆加入,直接加入方式是在涂料配料阶段以粉料直接加入,经过高速分散或研磨,符合要求后再加入涂料其它组份,配制成建筑涂料。分散浆料加入是把纳米粉体材料经过润湿分散或(强力分散包括超声波等手段)制成分散稳定的液体浆料,直接在成品涂料中加入。根据涂料性能的不同要求,来确定纳米材料的品种、加量、分散方式、分散时间,力求发挥出纳米材料的特性。需要注意的是,纳米材料加入清漆时,要注意树脂成分的抗老化性(如耐候性好的树脂),制备色漆时,由于有大量颜、填料存在,对树脂要求就不太严格。
   3.2.2纳米材料对成膜物质进行改性
   纳米材料对成膜物质的改性,能够较好地展现纳米材料的独特性能,但工艺复杂、难度大、不易控制,这也是纳米材料对涂膜性能改进的研究热点。
   3.2.2.1超声波改性
   用超声波空化作用可产生局部高温、高压、强烈冲击波、极高的温度梯度和速度梯度在无机纳米粒子表面或单体分子产生活性点,引发单体在无机粒子表面进行固液非均相聚合,形成聚合物包覆无机纳米粒子的复合物。
   3.2.2.2微乳液聚合
   采用表面活性剂或引发剂对无机粒子进行表面修饰,以其作为种子进行微乳液聚合,使单体在无机纳米粒子表面聚合形成聚合物。
   3.2.2.3分子组装体系的自组装
   以相反电核的无机粒子与聚电介质作为结构单位,通过静电作用,使有机聚合物粒子相互吸引而复合,制成纳米无机——有机复合物。
   4.纳米材料改性建筑涂料的评价体系
   纳米材料和纳米技术在我国近几年有了长足的发展,但纳米材料改性涂料及建筑涂料的评价体系仍然是一个空白。首先,纳米材料就缺乏标准的评价体系,纳米材料究竟是以纳米粒子状态存在,还是以团聚物存在,用户很难评价。若以团聚物存在,使用什么方法和手段可以达到纳米粒子状态,生产企业也没有具体的指导和说明。这样纳米材料的应用就大打折扣。同时,纳米改性建筑涂料,纳米粒子在涂料中又是以何种状态存在,也缺乏标准和检测手段,造成了把纳米材料加入到涂料中,就称为纳米涂料,引起整个市场体系的混乱。因此,可以说并不是纳米改性的涂料都是好涂料,好涂料也未必都是纳米改性涂料,要看纳米材料发挥的功能如何。目前的评价体系只是从涂料和涂膜性能来评价,还应建立深层次的评价体系,才能更有利于纳米材料改性建筑涂料的健康发展。
   5.结束语
   纳米材料改性建筑涂料在我国刚刚起步,已引起市场的很大反响,同时也取得了一定成果。这对纳米材料改性建筑涂料的发展是有利的。但是,建筑涂料界同仁不能浮躁、更不能炒作,这样会影响行业信誉,也不利于行业的发展;同样,也不能怀疑和否定这项新生事物,求全责备,最终也不利于行业发展。愿行业同仁仍共同努力,一步一个脚印,踏踏实实的进行研究工作,在世界纳米改性建筑涂料领域中,占有一席之地。
来源:化工建材网 | 阅读:1130次
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