國外水性納米復(fù)合涂料技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀

       作者：陳松巍   導(dǎo)師：武利民 游波   學(xué)位授予單位：復(fù)旦大學(xué)   
    在美國，F(xiàn)osterProducts公司使用納米級ZnO(10～80nm)，以羥乙基纖維素(HEC)為增稠劑，并加入其他助劑與水充分分散后，再與丙烯酸乳液攪拌混合，制成了抗紫外線老化的水性涂料。另外美國Elementis公司利用該公司所生產(chǎn)的粒徑為80nm左右的納米ZnO(商品名TZO)，與一定的溶劑、樹脂、助劑及有機(jī)抗紫外線劑進(jìn)行復(fù)配，制成抗紫外線的預(yù)混合物，可作為涂料和塑料配方的一部分。結(jié)果表明，當(dāng)粒徑足夠小時，ZnO可在分散體中呈透明狀態(tài)，而且通過無機(jī)和有機(jī)抗紫外線的協(xié)同作用，效果比使用單一的無機(jī)ZnO抗紫外線劑好得多。

    目前在納米復(fù)合涂料的研究中美國的NanophaseTechnologies公司處于領(lǐng)先地位，其前身是美國的一個國家實驗室，生產(chǎn)用于涂料的無機(jī)納米材料(如氧化銦錫、氧化鉛銻等)，用其制得的涂料具有透明性及隔絕紅外和紫外光的作用，因此可以制成隔熱透明涂料。另外，這些納米粒子還可用來生產(chǎn)高耐磨涂料，用于眼鏡鏡片、地板等方面。該公司將自己的納米產(chǎn)品氧化鋁與透明清漆混合，發(fā)現(xiàn)用其制得的涂料能大大提高涂層的硬度、耐劃傷性及耐磨性，比傳統(tǒng)涂料的耐磨性提高2～4倍。除此之外，在軍事上也有應(yīng)用，海軍艦艇上的金屬部件涂裝這種涂料后，耐磨及耐蝕性可以成倍的增加，極大地提高了這些需長期經(jīng)受磨損和腐蝕考驗的金屬部件的壽命。

    在國外將無機(jī)納米材料用于涂料中的一個成功例子是豪華轎車面漆，如納米TiO2作為后起之秀的隨角變色效應(yīng)顏料，添加在轎車用的金屬閃光面漆中，能使傳統(tǒng)上流行的各色汽車面漆大增光輝，深受汽車配色專家的偏愛。BASF公司的汽車配色專家SolPanush首次將納米TiO2用于金屬色轎車面漆，并于1985年申請了專利，1989年由福特公司在金屬閃光轎車面漆中首先使用。到1991年，世界上已有11種含有納米TiO2的轎車余屬閃光面漆問世。目前，BASF公司、Silberline公司己能生產(chǎn)多種含納米級二氧化鈦的金屬閃光面漆。世界上已有福

    特、克萊斯勒、豐田、馬自達(dá)等著名的汽車制造公司使用含納米TiO2的轎車金屬閃光面漆。據(jù)統(tǒng)計，世界上有近一半以上的轎車正在使用類似的金屬閃光面漆涂料。

    納米復(fù)合涂料中己取得突破性進(jìn)展的還有靜電屏蔽涂料和電絕緣涂料。美、日等國研究人員采用納米級二氧化鐵、二氧化錫、三氧化鉻等與樹脂復(fù)合制成了靜電屏蔽涂層；用納米級鈦酸鋇與樹脂復(fù)合制成了高介電絕緣涂層；用納米級Fe3O4與樹脂復(fù)合來作為磁性涂料。目前這方面的制備工藝已有所突破，并逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。日本松下公司己經(jīng)研制出具有良好靜電屏蔽性能的納米涂料，這種涂料不但具有很好的靜電屏蔽特性，而且也克服了炭黑靜電屏蔽涂料顏色單一的缺點。

    日本近些年來開展了以納米級二氧化鈦作光催化劑的研究，掀起了一場“光凈化革命”。日本已有不少企業(yè)開發(fā)出納米TiO2光催化涂料，并實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)，如石原產(chǎn)業(yè)(株)生產(chǎn)的粉劑ST系列、水分散涂料STS系列、涂料STK系列等。

日本在其他納米涂料的研究開發(fā)上也取得了突破性進(jìn)展。住友大膠水泥公司利用其已有的納米粉體生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)勢，相繼開發(fā)出兩種性能優(yōu)良的涂料產(chǎn)品:一種是能生產(chǎn)高度鮮明金屬色彩的涂料KC-200；另一種是能形成高導(dǎo)電性能的涂料S-1000。目前，這兩種新涂料己經(jīng)有樣品可以供應(yīng)。另據(jù)日本專利介紹，近藤剛等人利用納米ZnO作為添加劑研制成功了紫外線屏蔽玻璃用涂層。

    在德國，SilitWerkeG.m.b.H等人發(fā)明了一種用于炊具上的納米復(fù)合涂料，將其涂在炊具上，炊具將不再容易粘上東西，便于洗滌。該涂料是經(jīng)過了溶膠-凝膠過程和隨后的熔結(jié)過程而制成的；NanoChemSystem公司開發(fā)了可用于混凝土、石材、陶瓷、木材、玻璃等表面的納米涂料，它能降低被涂飾表面的表面張力(疏水、疏油)，從而達(dá)到抗污、防霧、易清洗的目的。該公司還推出了自清潔型外墻涂料——硅納米結(jié)構(gòu)改性的丙烯酸涂料；INM公司在涂料中添加納米陶瓷粉，開發(fā)出用于光學(xué)鏡片的透明涂料，具有一定的彈性，同時又提供了許多方面可與玻璃相媲美的性能。另據(jù)德國專利介紹，將納米SiO2粒子加入涂料后，可使涂料的耐磨性提高一倍，制得高耐磨透明涂料。

    英國牛津大學(xué)的S.Jiansirisomboon等人基于A12O3/SiC對納米復(fù)合陶瓷涂料體系進(jìn)行了初步的調(diào)查研究。研究表明，具有納米尺寸的SiC顆粒在復(fù)合涂料中仍為納米尺寸，在等離子噴涂過程中α-A12O3轉(zhuǎn)變成亞穩(wěn)態(tài)的γ-A12O3和δ-A12O3相。在此基礎(chǔ)上利用溶膠-凝膠過程、凍干過程制得的原料粉及低壓等離子噴涂技術(shù)成功制成了A12O3/SiC納米復(fù)合陶瓷涂料。經(jīng)過一定的處理，這種涂料能較好地粘到已經(jīng)涂上一層含有CoNiCrAlY和A12O3涂料的不銹鋼上。

    納米ZnO等金屬氧化物由于質(zhì)量輕、厚度薄、顏色淺、吸波能力強(qiáng)等優(yōu)點，而成為吸波涂料研究的熱點之一。法國研制出一種寬頻微波吸收涂層，這種吸收涂層由粘結(jié)劑和納米級微粉填充材料組成。這種由多層薄膜疊合而成的結(jié)構(gòu)具有很好的磁導(dǎo)率，在50MHz～50GHz內(nèi)具有良好的吸波性能。

    目前許多國家正在積極聯(lián)合研究開發(fā)納米涂料，如葡萄牙和法國的科研人員聯(lián)合，利用活性磁電管噴涂技術(shù)成功制備了(Ti，Si，Al)N納米涂層。而且發(fā)現(xiàn)在X射線衍射試驗中，由RF和DC活性磁電管聯(lián)合得到的涂層，其硬度隨著少量Si的加入而增強(qiáng)，并且Si的原子百分?jǐn)?shù)在2%到6.5%時達(dá)到最大值。進(jìn)一步研究了與Si含量相關(guān)的硬度、殘余壓應(yīng)力和楊氏模量之間的關(guān)系。而對于由DC活性磁電管得到的涂料樣品，沉積速度和硬度之間不存在直接的關(guān)系。