纳米涂料
纳米涂料没有确切的定义,国外也没有该类涂料。在我国,它的出现是由于社会上的一股炒作风而兴起的。纳米(nm)实际上是一个长度概念,是长度度量单位10-9m,即十亿分之一米。一般认为,粒子在1-100nm范围的材料即可认为是纳米材料。粒子处于这种纳米尺度时即表现出自己特殊的结构和性能,从而出现小尺寸效应、量子尺寸效应及宏观隧道效应等,从而导致纳米粒子的磁、热、光、电、催化等奇异的特性,使其具有广阔的应用前景。纳米材料在涂料中的应用是一个崭新的课题,特别是纳米粒子在涂料中如何分散,分散后如何保持稳定状态,何种纳米粒子对涂料的内在性能有贡献等技术问题,需要做深入细致的科学工作,通过大量数据来验证。在涂料中加入少许纳米粒子即称为纳米涂料,这是非常不科学的做法,不应提倡。
1、荷叶疏水效应、自洁、抗污染
中科纳米涂料在漆膜形成后表面张力大,具有独特的“荷叶疏水效应”,表面积水凝聚成珠自动滑落,使漆膜的耐水、防水、防霉、抗藻、自洁、耐候等性能得以大幅度提高。
其抗污基理是在涂料的立体方向上建一个结构,从内到外,形成一个抗静电,抗酸雨,抗尘埃,降解氰化物的“膜”。
憎油、疏水:当尘埃粒子等靠近涂层时,由于涂层具有良好的惰性的反应,在微结构上是低能的区域,使一些静电物自然被排斥(如:酸雨、扬尘等)。一些粘着性很强的东西不会被永久地吸附(如花粉等)。
亲油、疏水:对工业的、自然界的或人为的严重污染。中科纳米复合涂料时刻保持着由疏水到亲水的自调节过程。当“浮灰”去除后,剩余的顽固污渍,会受到良好的润湿,被水气分散掉(不形成水滴或不驻留水滴),或被降解掉(如:氰化物等)。
2、抗紫外线、耐老化
纳米粒子的粒径在100nm以下,正处在紫外线波长的范围之内。对紫外线进行了吸收、耗散,降低了它的破坏力,而这种无机氧化物本身的衰变期比较长,在很长时间内都能有效地抵抗涂料的老化倾向,耐候性可达10年。此外,由于该粒子具有三维硅石结构,庞大的比表面积,表面严重的配位不足,表现出极强的活性,以致对色素粒子的吸附力很强,紧紧包裹在色素粒子的表面,形成屏蔽作用,大大降低了因紫外光的照射而造成的色素衰减(尤其是对外墙涂料)和涂料产生的黄变等现象,同时也极大地增加涂层与墙体之间的附着力。
1000小时粉化和变色测试变化微小。
3、强力附着
中科纳米复合涂料粒径的结构,比起粒径大的普通涂料会向基材的毛细管内作润湿,或作更直接深层的渗透。在涂料由液态相转化为固态相后,在基材当中,纳米级粒子,树脂胶间互相联接、凝结、拉动,形成三维网络状微细结构,强有力而牢固,避免起壳剥落。
4、灭菌清新空气
纳米粒子对碳水化合物的光催化作用,包括油污、细菌在内,会进一步氧化变成气体,并且使氧离子的浓度提高许多,产生富氧离子,使空气清新。
另外纳米粒子的分布比较均匀,被削弱了的活性、周围形成一定的浓度差,造成细菌生理脱水。不仅能杀死环境中的细菌,还同时降解由细菌释放出来的有毒复合物。降解空气中的许多有害物质,如甲醛、甲苯等。
重金属,甲醛和有机挥发物(VOC)含量均符合《环境标志产品技术要求--水性涂料》的限量要求,并达到优异的数值。
中国科学院微生物研究所研究表明:其抗菌性能可有效杀死环境中常见可致病菌,抑菌率达99%以上。
5、展色性优异
中科纳米改性涂料包含着大量的纳米氧化物粒子,这些粒子对颜料的亲性都较近,相间包溶、覆盖、使颜料穿上了透明的无机外衣。有一部分纳米氧化物与颜料靠近,对可见进行多次散射、漫射。因此,纳米复合涂料的展色性更加接近大自然的本来色彩,而普通水性涂料的展色过多依赖于树脂的平面光滑性、粒度大小及颜料本身的理化指标等,在保色性方面显然逊色。
目前国内纳米涂料主要集中在建筑外墙涂料的耐候性及内墙涂料的抗菌性、耐沾污等功能。而工业用涂料、特种功能性涂料的研发落后于发达国家。纳米涂料有许多种类,性能也有许多不同之处,专家建议今后涂料的发展应在以下几个方面重点突破:
耐候性:一些纳米粒子对于紫外线有较强的吸收能力,据此,将纳米TiO2、SiO2、ZnO等颗粒填充于涂料中,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。如提高外墙建筑涂料的耐候性和汽车面漆、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%甚至100%以上。
电磁性:目前电磁波的辐射污染已成为人类的第四大公害,如何有效屏蔽电磁波,防止电磁波辐射的污染,已成为当前急无原则解决的重大课题。利用纳米粒子的静电屏蔽性,可制得防静电性能比传统防静电涂料更为优异的静电屏蔽涂料,对解决移动电话、对讲机、飞机客舱屏蔽、电脑、电视、微波炉、通讯电缆各保密室的屏蔽,强化对于强电磁场环境下工作的人员的人体防护,可收到理想的效果。
力学性能:某些纳米材料用于涂料中,可以大幅提高有机涂层的力学性能,如改善涂层的耐磨性、耐划伤性、硬度、强度及韧性等,可以用于汽车面漆、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。
抗菌性和大气净化性:将纳米抗菌粉用于涂料中,可投篮纳米杀菌涂料,涂覆在建材产品,如卫生洁具、用具、医院手术间和病房的墙面、地面等,起到杀菌、保洁作用。利用TiO2、ZnO、CdS、WO2等纳米粒子的光催化特性,可投篮光催化净化大气环保涂料,如采用聚硅氧烷、锐钛级纳米TiO2、填料等复合制得的大气环保涂料,可以将大气中的NOx转化成硝酸。
其它功能性涂料:采用纳米技术可制成纳米界面涂料,其涂膜界面为既疏水又避油的超双亲性二元协同界面,将其涂在建筑材料上,任何油质、水、灰尘等都不会存留于表面的。利用纳米粒子对红外反射性能可投篮隔热涂料,用于玻璃幕墙、海上钻井平台、油罐、石油管道、机车、飞机表面、船壳等的隔热。
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