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panther18

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[交流] 纳米涂料的研究进展

涂层材料作为一种特殊材料，总是附着在其他材
料上一起使用，它可以分为金属涂层、无机涂层、有机
涂层.三种，相应的纳米涂层材料也包括三种：金属纳米
涂层、无机纳米涂层和有机纳米涂层材料。在三种涂层
材料中，以有机纳米涂层使用范围最广。有机纳米涂
料是由纳米粒子相与有机涂料复合制得，因此可称之
为纳米复合涂料，经常所说的纳米涂料均为有机纳米
复合涂料。
必须满足二个条件才能称为纳米涂料：一是至少有
一相尺寸在1—100nm；二是由于纳米相的存在而使涂料
的性能有明显提高或增添新的功能。二者缺一不可。
科学地讲, 纳米涂料应称为纳米复合涂料，因为涂
料本身就是复合材料的一种. 之所以叫纳米涂料,正如
纳米塑料、纳米陶瓷等一样, 只是一个习惯叫法而已.
严格地说, 也应称为纳米复合塑料、纳米复合陶瓷。

纳米材料在涂料中的应用研究进展
纳米材料种类繁多，性能各异，即使同一种纳米粒
子在不同粒径下也可能会有不同的功能，不同种类的
纳米粒子也可以在涂料中起到同一作用。因此，用在
涂料中也可能表现出不同的特性，需要进行大量的研
究开发工作，才有可能得到性能理想的纳米涂料。
纳米材料在涂料中的应用可分为两种情况：一是
纳米粒子在传统有机涂料中分散后形成的纳米复合涂
料；二是完全由纳米粒子组成的纳米涂层材料。第一
种纳米复合涂料主要通过添加纳米粒子对传统涂料进
行改性，其工艺相对简单，生产效率高。后一种纳米涂
层材料一般直接与涂料的制备联系在一起，并不单独
作为涂料研究，而且由于技术及成本问题，短期内难以
工业化生产。
纳米材料在涂料中的应用可以起到两种用途:一
是提升传统涂料的性能; 二是制备新的功能性纳米
涂料。

! 传统涂料性能的改善
!施工性能的改善。从涂料的流变性与填料的粒
径存在一定的关系这一原理出发，可制得施工性能改
善的纳米涂料，比如纳米./0! 在建筑涂料中应用后，
可以防止涂料的流挂和解决涂料的贮存稳定性问题。
"耐候性和耐老化性能的改善。某些纳米粒子对
紫外线具有较强的吸收作用，现市场上销售的纳米
./0!、1/0!、230 等颗粒填充于涂料中，可显著提高涂料
的抗紫外线吸收性，从而增强户外用涂料的耐候性。
例如，用来提高外墙建筑涂料的耐候性、汽车面漆的耐
老化性；桥梁、塑料、木器等用的纳米涂料可使涂料的
寿命提高%"4或5 倍以上。
#力学性能的改善。纳米粒子由于比表面积大，
与有机树脂基质之间存在良好的界面结合力，从而可
提高原有涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等力学
性能，而且由于纳米粒子对可见光可透，还可保证涂层
的透明性。利用这一特性可制备高耐刮伤性汽车涂
料、家具漆等纳米涂料。

!    功能性纳米涂料
纳米粒子与有机涂料复合的最大用途是制备功能
性涂料，它种类繁多，应用前景广阔。
!军事隐身涂料。利用纳米粒子对电磁波的吸收
性，如将纳米金属Fe ，Mn ，Zn 及合金的复合粉体、纳米
氧化物SiO2，ZnO，TiO2 等’ 与有机涂料复合可
制得军事隐身涂料，用于飞机、导弹、潜艇、舰艇等武器
装备上后，可极大地提高它们的战斗生存能力。与其
他隐身材料相比，纳米涂层材料具有吸收频带宽、质量
轻、厚度薄等优点，故可望在未来军事隐身化方面大显
身手。
" 静电屏蔽涂料。利用纳米粒子的静电屏蔽性，
可制得静电屏蔽涂料，用于家电的静电防护。与传统
炭黑填充的防静电涂料相比，具有更优异的防静电性
能，而且由于不同的纳米粒子吸收不同的可见光波段，
因此可通过选用不同的纳米粒子来调节防静电涂料的
颜色。
隔热涂料。利用纳米粒子对红外线的吸收和反
射性能，将某些纳米粒子与有机涂料复合制得的隔热
涂料，可广泛用于屋顶、玻璃幕墙、汽车玻璃、海上钻井
平台、油罐、石油管道、汽车、火车、飞机、船壳、甲板、坦
克、军舰、宇宙飞船等表面的隔热。
$纳米抗菌涂料。利用纳米粒子的表面活性对细
菌的杀伤力，由纳米抗菌粉与有机涂料复合制得的纳
米抗菌涂料，可涂覆在建材产品表面，如卫生洁具、用
具以及房屋、医院手术间和病房的墙面、地面等上，起
到防霉、杀菌等作用。
大气净化涂料。利用 SiO2，ZnO，TiO2等纳
米粒子的光催化特性，可制得光催化、大气净化环保涂
料。例如，采用聚硅氧烷、锐钛级纳米TiO2、填料和溶剂
复合，可制得大气环保涂料，能将大气中NOx 转化成
硝酸，可涂覆在高速公路的护栏、桥梁、建筑物、广告牌
的表面。

!纳米界面涂料。由纳米界面涂料形成的涂层表
面对水或油具有双亲或双疏特性。应用于眼镜、浴室
内的大镜子、汽车挡风玻璃等，可防止水雾或水滴的
产生，应用在吸油烟机等设备上，可防止油滴的黏结与
停留。
纳米自修补涂料。这种涂料尤其适用于制备高
档的汽车漆，由于汽车在使用过程中，其表面涂层难免
受异物刮伤或人为破坏而损伤，采用常规方法对这些
细小伤痕进行修补容易造成花斑，若大面积修补，则费
时耗力，很不经济。利用纳米技术使汽车涂料具有自
修补能力，则可大大提高现有汽车涂料的档次。
纳米涂料制备的技术进展

无机纳米粒子研究，纳米涂料的制备方法有4 种：
1.共混法。它包括纳米粒子与树脂溶液的共混复合或
与树脂乳液的共混复合；2.溶胶凝胶法。包括纳米粒
子在单体或在树脂溶液中的原位生成；3.原位聚合
法。指纳米粒子直接分散在单体中，聚合后生成纳米
涂料；4.插层法。通过单体或聚合物溶液进入无机纳
米层间，制得纳米涂料，这种方法只适用于像蒙脱土那
样的层状无机材料。由于纳米粒子尺寸小、表面自由
能高，粒子间极易凝聚成团，因此不管用哪一种方法，
纳米粒子的分散与稳定是成功制得纳米涂料的关键。
纳米粒子的分散技术纳米粒子的分散可采用电
化学方法、机械方法或表面改性方法来进行。由于无
机纳米粒子表面存在等电点PH，通过调节PH 使之与此
等电点PH 相差较大时，可改善纳米粒子的分散性，但
这种方法仅适用于纳米粒子在水中的分散。机械方法
包括高速剪切分散机的剪切分散，辊压机、砂磨机、球
磨机的研磨分散以及采用超声波进行分散等，这种方法
与通常制备涂料时颜填料的分散相似。但在分散纳米粒
子方面效果不是很明显，只能起辅助作用。纳米粒子的
表面改性是改善粒子分散性最普遍采用的方法。常用作
表面改性剂的化合物有：有机酸、偶联剂、表面活性剂、
超分散剂、聚合物等。由于涂料体系成分复杂，它由不
同的树脂、溶剂、颜填料及助剂组成，因此选择表面改
性剂时应注意3个方面的问题：1.表面改性剂必须与纳米
粒子表面具有较好的键合能力；2.表面改性剂必须与溶剂具
有较好的润湿行为；3.表面改性剂必须与树脂具有较
好的相容性。只有综合考虑这3个因素，才能得到纳米
涂料体系的最佳表面改性剂。
纳米涂料的国内外研究概况
国内研究概况
我国政府高度重视纳米涂料产品的开发应用，上
海、浙江、广东等地亦相继建立纳米涂料生产基地。据
悉，像“立邦”、美国“卡芙”、新加坡“纳尔特”以及国内
涂料界的知名品牌涂料，虽然没有宣称自己是纳米涂
料，但其工艺技术大多采用了纳米技术及其材料。
国内纳米材料在涂料中的应用研究与国外相比有
一定差距，目前主要进行一些基础研究，真正产业化的
不多。基础研究主要是围绕纳米级) 应用在涂料体
系中的一系列性能变化，尤其是涂膜的吸光性、耐老化
性、防腐防污性等，纳米级)*+! 光催化、大气净化环保
涂料的研制工作，表明了该涂料对空气4+5 的降解率
高，可用于室内外空气的净化。
哈尔滨鑫科纳米科技发展有限公司将纳米钛与树
脂化合后生成的多种全新涂料，具有多种同类产品无
法比拟的优越性。首先是耐腐蚀，用其涂覆的物品既
能耐沸水，又能在海水中浸泡6 年不坏，是目前海洋
船体防腐蚀涂料中最具发展前景的。其次，涂层的硬
度和耐磨性显著提高，它还有神奇的自修复能力，可作
为金属、非金属材料通用的修补剂。
南京化工大学与河海纳米科技公司合作开发了,
种纳米内墙涂料。分别具有7 $持久释放负离子，改善
室内空气质量的功能；%可吸收空气中异味&如室内装
修后的甲醛、氨、烟味-8 &净化空气，具有抗菌、防霉、
辐射远红外及保健功能。
北京化工大学也报道了一种建筑外墙涂料，该涂
料用纳米级)*+! 改性，有良好的抗老化性，黏结强度
高，同时，具有降解空气中4+5、9+5 的作用。
纳美公司是注册于中关村高科技园区的新技术企
业。该公司生产的纳米系列涂料已大量应用于北京建
欣苑、建东苑等住宅区的外墙粉刷，效果良好。在首体
改造工程中，使用纳米涂料6 :"" ;，涂刷# 万国内研究的另一个重点在于纳米级=(=+,、纳米
级9*+!、纳米级滑石粉、纳米级硅酸铝、纳米级铁系颜
料等一系列传统的无机颜填料的纳米级粒子对涂膜的
光泽、耐擦洗性、耐候性、阻透性、增效性、增稠性、遮盖
率以及机械性能的影响。
总的来说，国内纳米涂料的研究发展大多刚刚起
步，主要集中在改善建筑外墙涂料的耐候性和内墙涂
料的抗菌性方面，而在工业用涂料、航空航天用涂料以
及功能性涂料的研究开发和产业化方面则落后于发达国家.

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