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纳米材料和纳米技术在涂料中的应用包装机

时间:2022年09月09日

纳米材料和纳米技术在涂料中的应用

1 引言纳米材料是晶体尺寸为纳米级(0.1~100nm)的超细粉体材料。而纳米技术则包括纳米材料的制造技术、纳米材料在各个领域的应用技术。由于纳米粒子特有的量子效应、表面效应和界面效应,因而纳米材料具有微波吸收性能、高表面活性、强氧化性、超顺磁性,吸收光谱表现为明显的向紫外线或红外方向扩展性能等okmart.com。另外,在纳米级的复合磁性氧化物和超导氧化物的异质结构中,磁性和超导电性可以共存。纳米涂料是涂料至少有一相粒子尺寸在0.1~100nm之间,并且涂料性能因有纳米相的存在而明显提高或具有新功能的涂料。科学地讲,纳米涂料应称为纳米复合涂料。纳米涂料与普通涂料相比,其性能应有以下几个方面的改善:(1)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,对大颗粒与成膜物之间具有空隙填密性,可减少毛细作用,从而提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。(2)光学性能的改善。部分纳米粒子分散到涂料中,当达到纳米级分散时,可强烈屏蔽和吸收紫外线,因此大大增强其保光性、保色性及抗老化性能,其中纳米ZnO、TiO2和SiO2是优良的抗老化剂。(3)施工性能的改善。纳米粒子具有比表面积大、表面活性高的特性,与涂料中的高分子链段产生相互作用,可改进涂料的流变性,从而可防沉淀、防流挂,并提高涂料的热稳定性。(4)环保性能方面的改善。由于纳米粒子的特性,加大了反应接触面,提高了催化效率,由此增加了光催化降解能力,从而可制成大气净化涂料和纳米抗菌涂料等。正是由于纳米材料的特殊性质,因此经纳米改性过的涂料应用前景广阔,一批耐热、耐老化、机械强度高、抗菌效应好、附着力强等特种涂料将相继问世。另外,纳米技术的发展,对高性能防火涂料、汽车表面涂料及木材改性研究均提供了有力支持。四川大学纳米稀土材料研究所一直致力于纳米材料和纳米技术开发和应用研究,经过近十多年来,已经利用纳米技术在改造和提升涂料产业方面取得了丰硕的成果,本文对我校应用纳米材料和纳米技术在涂料中的一些最新进展进行介绍。2 纳米材料和纳米技术在涂料中的应用2.1 纳米材料改性建筑涂料传统建筑涂料单一的装饰功能已不能满足现代社会的需要,必须向高性能、多功能方向发展。纳米材料具有优异的紫外光吸收性能,紫外线屏蔽能力相当强,其当量衰减率>90%。我们将其应用于建筑涂料中以减少紫外线对涂膜的伤害,提高涂料的耐候性和抗老化性能;利用纳米粒子的小尺寸效应以改变聚合物基体的应用集中等现象,将纳米粒子加入到涂料中后,可有效提高涂膜的强度和韧性,从而提高涂膜的耐洗刷性能;利用纳米材料的光催化活性作为抗菌剂加入到内墙建筑涂料中,开发出具有抗菌功能的内墙建筑涂料;还可利用纳米材料的光催化特性,分解室内的甲醛等有害气体,达到净化空气的目的。2.1.1 纳米材料改性外墙涂料我们以普通中档外墙涂料作为基础,通过纳米复合功能添加剂改性后,其性能提高如下表所示:从表1中可以看出,通过纳米复合功能添加剂改性后,涂料的耐洗刷性、抗老化性能、耐水性能等得到大幅度提高。同时其它基本性能均达到国家标准《合成树脂乳液外墙涂料》GB/T9755-2001的优等品的技术要求。即通过纳米复合功能添加剂改性后,中档的外墙涂料提高成为高档的外墙涂料。2.1.2 纳米材料改性内墙涂料我们以普通中档内墙涂料作为基础,加入纳米复合功能添加剂改性后,其性能提高如下表所示: 从表中可以看出,通过纳米复合功能添加剂改性后,涂料的耐洗刷性大大提高,同时具有良好的杀菌和空气净化率功能。同时其它基本性能均达到国家标准《合成树脂乳液内墙涂料》GB/T9756-2001的优等品的技术要求。即通过纳米复合功能添加剂改性后,中档的内墙涂料提高成为高档的内墙涂料,同时涂料具备高效的杀菌和空气净化率功能。以上研究成果已在涂料生产企业进行生产应用验证。并申报了一项发明专利(专利名称:无机纳米复合材料改性的抗老化建筑涂料及其制备方法,申请号:02133550.8)。同时于2002年11月通过四川省科技厅组织的专家鉴定。鉴定结论为:项目技术成果具有创新性,处于国内先进水平。我们所研制的纳米材料改性建筑涂料是环保型无污染建筑装饰材料,具有抗老化、抑菌、清洁空气、自洁等功能,综合性能、环保、成本等方面具有很强的竞争力。表3是我们所研制的纳米改性涂料的性价比与未经改性的涂料的性价比比较。2.2 纳米TiO2改性粉末涂料户外使用的粉末涂料由于受到内外因素的综合影响,使粉末涂料涂膜逐步失去原有的优良性能,以致最后丧失使用价值。太阳光中的紫外线是引起有机涂膜老化的主要因素之一,因为紫外线常引起涂层中主要成膜物质的分子链断裂,形成非常活泼的游离基,这些游离基进一步引起整个主要成膜物质的分子链的分解,最后导致涂层老化变质。因此,若能屏蔽太阳光中的紫外线,则可大幅度提高涂膜的耐老化性能。我们利用金红石型纳米TiO2优异的紫外线屏蔽性能将其用于耐候型聚酯-TGIC粉末涂料的抗老化改性,可以达到屏蔽紫外线、大幅提高粉末涂料涂膜耐老化性能的目的。 图1和图2分别是经过金红石型纳米TiO2改性的聚酯-TGIC型粉末涂料与未改性配方的涂膜色差值、光泽度及光泽度保持率与老化时间的关系。其中配方1为未改性配方,配方2和3分别为添加2%和5%纳米TiO2改性配方。由图1和2可以看出经过纳米TiO2改性的粉末涂料与未改性配方相比,人工紫外线辐照加速老化后的色差值有较大幅度的降低(配方2仅为1.52),且随着老化时间的延长,改性与未改性配方色差值相差越大;改性后的粉末涂料经过192小时加速老化后,配方2光泽度保持率在50%以上,比原配方提高四倍;继续提高纳米TiO2的含量,涂膜的耐老化性能并没有随之提高,分析可能是由于纳米TiO2含量过高,导致纳米粒子团聚,不能发挥出其优异的紫外屏蔽性能,故在纳米材料的应用过程中一定要解决好纳米粒子的分散问题。3 结语据预计,到本世纪末,纳米材料的应用在机械方面约占40.3%,热能方面占34.6%,电磁占12.9%,生物医学占8.9%,光学占2.4%,其它占0.9%左右。纳米材料在未来许多新领域的应用将有较大的发展。尽管目前纳米材料的研究十分热门,也制备出许多不同功能的纳米复合材料,但由于对其微观认识的不足,使纳米技术的发展存在着较大的局限性。目前应首先解决以下一些问题:a.纳米无机粒子的团聚及保存问题;b.纳米无机粒子在聚合物基体中的分散和增强、增韧机理问题;c.如何准确表征纳米材料的各种精确结构;d.能否利用某种依据来预测纳米材料中的微区尺寸减小到多大时,材料才能表现出特殊的性能即微区尺寸与材料性能的定量关系问题。相信随着人们对纳米材料研究的深入,这些问题都能得到很好的回答,纳米技术也就会给我们一个材料设计、合成的更广阔的空间。

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