编号：TLHY00024

篇名：纳米材料在涂料中的研究(一)

原文： 纳米材料在结构和性能等方面均显现出诱人的特征，因此引起材料科学家的浓厚兴趣，使之成为材料科学领域研究的热点。 纳米材料已在高分子材料领域（如高分子复合材料、涂料、胶粘剂、密封脂等）、催化领域、生物细胞分离技术、医学领域和电子信息领域等方面得到应用。在涂料领域，纳米级TiO2、ZnO、CaCO3及SiO2粒子常被用作涂料的助剂，用以改善涂料的流变性，提高涂层的附着力、涂膜硬度、光洁度和抗老化性能。在乳胶漆的聚合物微乳液胶粘分散体中，其分散相珠粒直径为10-100nm当分散相珠粒小于10nm时称为胶团溶液，它们兼具了乳液与溶液的优良性能。除纳米微粒（三维纳米材料）外，二维的丝状纳米材料和一维的纳米层状材料也可用于涂料（如厚1nm,长1000nm的片状蒙脱土）。另外，纳米薄膜涂支也将是研究的一个重要分支，使涂料基料达到纳米厚度的分布，所获得的单分子或几个分子厚的涂膜具有厚层涂膜所不具备的奇异性能。 纳米材料提高涂料的性能 涂料中加入纳米材料，如纳米级TiO2、ZnO、CaCO3、SiO2及炭黑等作为颜填料或助剂，可以显著提高涂膜的机械强度、附着力、防腐性能、耐光性和耐候性或其他特殊性能。 纳米材料具备大颗粒所不具备的光学性能。当纳米级微粒掺合进母体材料时，如能达到纳米级的分散，则表现为这种母体材料是透明的，可以散射紫外光（波长<340nm），但不反射可见光（波长340-760nm），而其吸收带则偏移至远紫外区域（波长200nm左右）。由于到达地球的紫外线波长落在纳米材料可以散射的区域，因此纳米材料对紫外线的屏蔽以散射为主。当纳米粒子用于涂料达到纳米级的分散时，可作为优良的罩光漆，由于是透明的并且可以屏蔽紫外光，因此可以大大增加其保光、保色及抗衰老化性能。如将二氧化钛添加在轿车用金属闪光漆中，不但能使涂层产生很好的色彩效果，而且可明显提高轿车漆的耐候性。 由于纳米粒子尺寸小，比表面积大，表面原子配位不全，导致表面活性点增多，加大了反应接触面，催化效率高。纳米粒子作为光催化剂时因其粒径小，粒子吸收光能后，由原有的束缚态电子一空穴对所激发出的极子到达表面的数量就多，所以光催化效率就高。近年来研究较多的是纳米二氧化钛的光催化性能，它是目前光催化降解领域最受重视的一种光催化剂，广泛应用于废水处理、有害气体净化、日用品、建材等领域，并可以此为添加剂制成保护涂料及杀菌涂料。如可将烃类、卤代物、羧酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等较快地氧化降解为二氧化碳和氢气等无害气体；并可将大气污染气体如氮氧化物和硫氧化物氧化，形成蒸气压低的硝酸和硫酸，这些硝酸和硫酸可在降雨过程中除去。 由于纳米材表面原子数所占的比例大，表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和性质，在与其他组份作用时在两个混合相之间产生很大的作用力，将很大程度的对材料增强增韧。所以，以纳米材料作为添加剂制备涂料时，就涂膜本体而言，就象复合材料一样，被显著的增强增韧；而就基材-涂层、涂层-涂层的界面而言，则表现为附着力得到显著提高；其次，纳米材料的加入将改善涂层中颜料和填料的体积填充致密度，减少毛细管作用，提高涂层对腐蚀介质的屏蔽作用；同时，涂料的流变特性及热稳定性也得以改善。这是由于纳米粒子的加入，纳米粒子与涂料中的某些链段产生了某种相互作用，阻碍了这种链段的运动，提高了涂膜的玻璃化转变温度。