关于纳米粉体在涂料中的应用调研报告

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1、关于粉体在涂料中的应用调查报告 狭义上，纳米材料是指粒径在0.1-100nm范围内的或具有特殊物理化学性能的材料。广义上，纳米材料是指在三维空间中至少有一维长度在0.1-100nm范围内的或具有纳米结构的材料。纳米材料：纳米材料：纳米材料特殊性能体积效应量子尺寸效应宏观量子隧道效应表面效应特殊光、电、磁性能纳米材料：纳米材料：将其用于涂料中后，除了可以改性传统涂料外，更为重要的是可以制备各种功能涂料，如具有抗辐射、耐老化、抗菌杀菌、隐身等特殊功能的涂料。现阶段纳米材料在涂料中的应用主要为两种情况（1）纳米材料经特殊处理后分散制成的纳米复合涂料。得到的一类具有抗辐射、耐老化、具有某些特殊功能的涂

2、料称为纳米复合涂料。（2）完全由纳米粒子和有机膜材料形成的纳米涂层材料，通常所说的纳米涂料均为有机纳米复合涂料。目前，用于涂料的纳米粒子主要是某些金属氧化物、纳米金属粉末、无机盐类和层状硅酸盐。用于涂料的主要纳米粒子纳米粒子：纳米TiO2：纳米TiO2：纳米TiO2在涂料中的应用：由于纳米二氧化钛晶体的粒径大约是普通钛白粉的1/10，远远低于可见光的波长，本身具有透明性，又对可见光具有一定程度的遮盖，透射光在铝粉表面反射与在纳米二氧化钛表面反射产生了不同的视觉效果。到1991年，全世界已有11种含超细二氧化钛的金属闪光漆。目前全世界一半以上的的汽车都已使用含有超细二氧化钛的金属闪光漆。1.随角

3、异色效应：随角异色效应示意图处理分散纳米二氧化钛各色各样的油漆加工处理这仅仅只是其中一个方面，还有很多和油漆相关的。用于各种各样的汽车纳米TiO2在涂料中的应用：2.抗老化性能：提高材料抗老化性能的传统方法是添加有机紫外线吸收剂，纳米TiO2粒子是一种稳定的、无毒的紫外光吸收剂。因为用作涂料基料的高分子树脂受到太阳中紫外线的长期照射会导致分子链的降解，影响涂膜的物理性能，因此若能屏蔽太阳光中的紫外线，就可大幅提高漆膜的耐老化性能。研究发现利用金红石型纳米TiO2优异的紫外线屏蔽性能改性传统耐候型聚酯TGIC粉末涂料可以大幅度地提高其耐老化性能。纳米TiO2在涂料中的应用：3.抗菌杀毒：纳米Ti

4、O2有抗菌杀毒作用，用于涂料是涂料发展中的一个重大成就。纳米二氧化钛具有高的光催化性，在紫外光的照射下能分解出自由移动的带负电的e-电子和带正电的空穴h+形成电子空穴对，该电子空穴对能与空气中的氧H2O发生作用，通过一系列化学反应形成原子氧（O）氢氧自由基（OH），这种原子氧和氢氧自由基具有很高的化学活性，能与细菌中的有机物反应生成二氧化碳和水，从而达到杀灭细菌的作用。陶瓷的杯子和碟子已有不少企业开发出纳米TiO2光催化涂料并实现了商业化生产。利用这一性质可以降低汽车尾气的污染等等。纳米SiO2：由于纳米具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和卓越的光、力、电、热、磁、放

5、射、吸收等特殊性能以及其在高温下仍具有的高强度、高韧性、稳定性好等奇异的特性,使纳米可广泛应用各个领域。除了在在涂料中添加二氧化硅纳米可大幅度提高涂料的综合性能此外二氧化硅纳米还广泛应用于生物医学工程、光学、木材、电子封装材料、树脂基复合材料、有机玻璃、催化剂和催化剂载体、农业及食品行业、人造牙齿、化妆品及抗菌材料等领域的研究。纳米二氧化硅纳米二氧化硅在涂料中的应用可分为以下两类一是：纳米复合涂料。二是：纳米改性涂料。关于纳米在涂料中的应用,国内外学者作了许多相关研究。比如在墙体涂料、金属涂料、塑料涂料、光固化涂料、彩色喷墨打印纸涂料等领域有广泛的应用,显著提高了涂料的附着力、硬度、耐热性、防

6、腐性能、耐磨性、抗老化性、紫外光吸收性能、耐水、耐碱、耐洗刷性等纳米SiO2在建筑涂料中的应用纳米SiO2在金属防护涂料中的应用纳米SiO2在塑料涂料中的应用纳米SiO2紫外固化涂料中的应用纳米SiO2彩色喷墨打印纸涂料中的应用纳米SiO2木器涂料中的应用纳米SiO2在涂料中的应用：纳米二氧化硅在建筑涂料中的应用：将纳米二氧化硅添加到建筑涂料中可提高了涂料的附着力、耐擦洗性,耐候性、强度硬度、韧性弹性、耐老化、抗菌、抗紫外线等特性,显著改善了涂料的自清洁、防水防渗、防磨损、腐蚀、保色性等性能,因而在改性外墙涂料方面具有较好的效果。然而由于其粒子具有极大的比表面积和较高的表面能极易发生团聚形成二

7、次粒子从而失去超细颗粒所具有的功能因此要进行改性才能使其均匀分散在涂料体系中发挥其应有的作用。作为建筑的外墙用漆：因为其优异的性能，在建筑涂料行业应用广泛。纳米二氧化硅在金属防护涂料中的应用：研究表明纳米氧化硅可以提高防火涂料膨胀后的强度。延长钢结构耐火极限，而且可以有效的阻挡侵蚀介质的渗透和腐蚀，具有很好的防护能力。纳米氧化硅一有机硅复合涂层比有机硅清漆涂层和微米二氧化硅一有机硅复合涂层具有更好的防护性能。金属防护方面用途广泛。纳米二氧化硅在塑料涂料中的应用：通过对二氧化硅的改性我们获得了一系列性质优良的塑料。如：1.高性能的水性纳米复合塑料涂料,该涂料涂膜硬度达到3H以上,在100沸水中不

8、回粘,耐水性好、丰满度高。2.经改性处理的纳米二氧化硅有利于提高复合材料的热稳定性能,延缓聚乙烯的热氧化降解,且显著提高了无卤阻燃聚乙烯的阻燃性能,在填料用量相同时,可获得力学性能和阻燃性能较佳的材料。3.通过优选交联共聚单体和氨基硅烷偶联剂等功能单体,与丙烯酸类单体、苯乙烯共聚,采用核壳乳液聚合工艺制备了软壳硬核的核壳乳液,然后与纳米二氧化硅、功能多胺聚合物、颜填料和助剂等复配,制得了性能优异的环保型路标涂料,具有干燥速度快、强耐磨、耐水性和耐老化的特性。等等。纳米二氧化硅在紫外固化涂料中的应用：紫外固化材料：紫外线光固化涂料及UV涂料，是指在紫外线（Ultra-Violet）的辐照下，液态

9、涂料中的光引发剂（Initiator）受激发变为自由基或阳离子，从而引发涂料中具有反应活性的物质（Oligomer或Monomer）间发生化学反应，最终导致体型结构的形成，从而使涂料固化。纳米二氧化硅具有极强的紫外吸收、红外反射特性。分光光度仪测试表明,它对波长400nm以内的紫外光吸收率高达70%以上,对波长400nm以内的红外光反射率也达到70%以上。它添加到涂料中能对涂料形成屏蔽作用,达到抗紫外老化和抗老化的作用,同时增加了涂料的隔热性。纳米二氧化硅在彩色喷墨打印纸涂料中的应用：近年来喷墨打印以其低廉的价格和高的打印质量越来越受到亲睐。而彩色打印的质量好坏取决于打印纸吸墨涂层的性能。面对

10、人们越来越高的打印要求。更高的饱和度、清晰度和色彩鲜艳程度。这就要求我们的吸墨涂层具有以下特性：均匀的快速吸收墨水，不发生渗色、蹭脏，不透印；莫电源度高、边缘锋利，网点浓度高，图像分辨度高；色彩牢度好，a.（X50)a.(X500)b.(X50)b.(X500)图示为两种市场上不同的彩色喷墨打印纸a、b(a未经底涂，b经过底涂）在放大不同倍数时的照片。可以发现a打印纸表面存在大量的微孔和裂纹，而经过底涂的b可以明显的改善页面的性能。这决定了吸墨涂层的性能，纳米二氧化硅能够对纸页提供较高的平滑度、吸收吸能、色密度和图像质量。纳米二氧化硅在木器涂料涂料中的应用：当一束平行光线射到光洁的物体表面上，

11、会产生镜面反射，其反射角等于入射角。当入射光到达微小凹凸不平的表面上，则发生漫散射，从而产生了消光的外观。漆膜消光后会给人以优雅和舒适的感觉，质感强，而且漆膜表面消光之后可隐蔽轻微的漆膜缺陷，使外观均匀一致，深受人们的青睐。消光剂的作用就在于使涂料的干膜表面产生肉眼看不出的微粗糙度，粗糙的干膜表面使散射光比反射光多，这样反映在人们眼睛里的就是消光表面。而二氧化硅就是常用的消光剂。纳米二氧化硅在木器涂料涂料中的应用：而且二氧化硅粉体的加入可以提高涂料膜的硬度，改善涂料膜的耐水性、耐老化性，同时还可以改善涂膜的抗粘连性。在封闭底漆中，很容易进入木材或纤维板细小的孔穴中，对其进行填充干燥后就形成不溶

12、于水的涂层，有很好的封闭效果。纳米二氧化硅在涂料中的应用还有许多的问题需要解决，才能真正使其得到广泛的应用比如说纳米颗粒的表面积和表面张力都很大容易互相吸引发生团聚。就是去了应有的作用。寻找合适地分散剂，并采用合适的稳定剂良好的分散，是广泛应用必须解决的关键技术。纳米ZnO：氧化锌的用途很广，除在橡胶工业、石油化工、涂料工业有广泛应用外，还可应用于电子激光材料、荧光粉添加剂、磁性材料、压电材料、陶瓷等。纳米氧化锌其研究兴起于20世纪90年代。与一般尺寸的氧化锌相比，纳米尺寸的氧化锌具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，因而它具有许多独特的或更优越的性能，如无毒性、非

13、迁移性、荧光性、压电性、吸收散射紫外能力等。这些特性的存在进一步推广了氧化锌的应用，例如用作气体传感器、变阻器、紫外屏蔽材料、高效光催化剂等。纳米氧化锌能大大提高涂料产品的遮盖力和着色力，还可提高涂料的其它各项指标，并可应用于制备功能性纳米涂料。在此主要介绍了纳米氧化锌的一些特殊性能的机理，以及纳米氧化锌作为颜填料在涂料中的应用纳米氧化锌纳米ZnO在涂料中的应用：顾名思义对紫外线的屏蔽，这一点提高材料的抗老化性能。对紫外线的屏蔽性能当其粒径为波长的1/2时比氧化钛强。虽然纳米氧化锌发现兴起比较晚(20世纪90年代)，却是目前主要的无机抗紫外剂材料，它可用于制备抗紫外线、耐光老化性能好的涂料及其

14、它的高分子材料。这一性质在乳胶漆应用十分广泛。1.紫外屏蔽性：乳胶漆 在乳胶漆中使用纳米氧化锌可以增大乳胶漆对紫外线辐射的抵抗力，减弱乳胶漆对潮湿环境条件的敏感性，提高耐老化性。同时，氧化锌能够散射光线，使乳胶漆的遮盖力得到一定程度的改善。在聚丙烯酸涂料中加入纳米氧化锌浓缩浆，使其在涂膜的厚度为75 um时，可屏蔽99的紫外线。纳米ZnO在涂料中的应用：2.抗菌除臭性：氧化锌是传统无机抗菌材料，在与细菌接触时，锌离子缓慢释放出来。由于锌离子具有氧化还原性，它能与细胞膜及膜蛋白结合，破坏其结构，达到抗菌的目的。在杀灭细菌之后，锌离子可以从细胞内游离出来，重复上述过程。利用纳米氧化锌复合的内墙涂料

15、可有效抑制和杀灭环境中的有害致病菌，降低环境微生物对人体的危害，达到清洁环境的目的 经混合、干燥、粉碎等再制成涂层涂于电话机、微机等表面有很好的抗菌性能。添加纳米ZnO紫外线屏蔽涂层的玻璃可抗紫外线、耐磨、抗菌和除臭，可用作汽车用玻璃和建筑用玻璃 舰船长期航行、停泊在海洋环境中，用纳米氧化锌作为原材料，制备舰船专用的涂料，不仅可起到屏蔽紫外线的作用，还可以杀灭各种微生物，从而提高航行速度并延长检修期限。纳米ZnO在涂料中的应用：3.阻燃性：氧化锌可作为一种阻燃增效剂，应用于电缆涂层中。在电缆涂层中使用纳米氧锌，除有阻燃作用之外，还可以增大涂层对紫外线辐射的抵抗力，减弱涂层对潮湿环境条件的敏感性

16、，提高耐老化性。因此，可用于制备较好的室外电缆涂层。在PVC材料中，体系中存在有ZnO时，ZnO即与游离HCl分子反应生成Zn。Zn 是一种强路易斯酸，具有FriekedCrafts烷基化活性催化剂的作用。因而，ZnCl2的存在使多烯结构分子链进一步复杂化，它与另一个PVC分子发生烷基化反应，同时分解而形成HCl，紧接着又生成ZnCl2，最终导致整个反应具有自动催化性。最终PVC分子高度交联形成坚硬碳膜，从而达到提高阻燃性能的目的纳米ZnO在涂料中的应用：4.颜料：纳米氧化锌无毒、无味，不分解、不变质、热稳定性好，本身为白色，其作为白色颜料添加在涂料中可以根据不同对象加以着色，价格便宜。ZnO

17、的粉体对太阳光具有很高的反射系数，它一般可作为空间飞行器外表面热控涂层的色素。在高空环境中真空度大，没有空气导热，控制空间飞行器的温度最有效的方法就是依靠其表面热控涂层对太阳光的吸收和对热发射的比率来被动调节。空间飞行器的热控涂层一般是由白色的色素与适当的有机或无机粘结剂混合组成。ZnO涂层是目前研究过的众多涂层中最为稳定的涂料型涂层。纳米ZnO的其他性能：1.变色效应（即随角异色效应）2.杀菌、自清洁性：纳米氧化锌掺杂 铝、银、铅、氧化铝、氧化镁、氧化镍等，掺杂的量从百万分之几到百分之几不等，使其具有协同杀菌性、抗菌性和除臭性及其它性能，并可结合应用于熟料中或施加到物体表面经历苛刻的工艺条件

18、和使用环境。3.增稠作用：纳米氧化锌与其它纳米材料配合用于建筑内外墙乳液涂料及其它涂料中，可使涂层具有屏蔽紫外线、吸收红外线及抗菌防霉的作用，同时还具有增稠作用，以利于颜料分散的稳定性，不会出现浮色现象，广泛用作水性涂料涂敷于道路和建筑物上。纳米氧化铁：纳米氧化铁作为颜料无毒无味，具有很好的耐温、耐侯、耐酸、耐碱以及高彩度、高着色力、高透明度和强烈吸收紫外光的优良性能，可广泛用于高档汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是较好的环保涂料。下面主要介绍纳米氧化铁在环氧粉末涂料中的应用 是一种不含有机溶剂的干态固体粉末,由分子量较高的环氧树脂、颜料、填料、固化剂及其它添加剂等组成的混合物,它与一

19、般的溶剂型涂料和水性涂料不同,在涂饰施工时不需要用溶剂或水作分散介质,而是以空气作为分散介质,均匀地涂饰于工件表面环氧粉末涂料及涂饰技术是继水溶性电泳涂料后的又一次在涂料涂饰上的新发展,是一项符合经济、生态、能源、效果原则的新材料、新工艺、新技术。环氧粉末涂料：环氧粉末涂料不用溶剂,没有因油漆、有机溶剂的挥发而造成的环境污染原料的利用率高,可达以上,在各类涂料中占首位与金属附着力好,涂层坚固,有较好机械强度,耐化学腐蚀性好涂层的绝缘性能较好安全、无溶剂挥发,因而不存在因溶剂而引发起 的火灾危险方便涂层施工,省时、省工,有利于流水线生产环氧粉末涂料与溶剂型涂料相比具有以下特点：任何事物都有两面性

20、，它也不除外，它的缺点就是耐候性差。纳米CaCO3在涂料中的应用：碳酸钙是一种无毒、无刺激、无气味的白色软质填料，在涂料工业中，其易于与各类聚合物相容，热稳定性好，是最常用的原料之一，在成膜物中起着骨架作用。近年来随着纳米技术的兴起，将纳米碳酸钙应用于涂料中以期改善涂料性能是涂料界关注的热门话题之一。然而纳米碳酸钙直接应用于涂料中，存在以下缺陷：颗粒表面能高，处于热力学不稳定状态，极易团聚；碳酸钙表面亲水疏油，极性很高，在有机介质中难以分散，与基料的结合力差，易形成界面缺陷，导致涂膜性能下降。纳米CaCO3颗粒的表面改性：纳米碳酸钙颗粒应用于涂料中，要涉及到纳米材料与基料的相容性，涂料的成膜基

21、料与塑料、橡胶等高聚物在官能团的种类与数量、相对分子质量等方面明显不同，进而导致聚合物的表面极性及与颜填料的相互作用方式皆有区别。要使纳米碳酸钙成功应用于涂料中，必须对纳米碳酸钙表面进行特殊的改性。迄今为止，对纳米碳酸钙的表面处理大多采用传统的无机颜填料的处理方法，采用的处理剂多为硬脂酸及其盐类，各类表面活剂与偶联剂等。纳米CaCO3复合涂料：众所知周，碳酸钙本身作为体质填料，广泛应用于各类涂料中。它可以改变涂料的流变性、涂层的韧性、耐水性、耐候性，降低涂层的加工成本。与传统的重钙或轻钙相比，虽然纳米碳酸钙的成本大幅度上升，但较其他普通颜填料相比仍处于较低的价位，尤其是碳酸钙纳米化后，其在涂层

22、补强性、透明性、触变性、流平性等方面所带来的变化，更是涂料生产企业所关注的热点。其他新型纳米涂料：纳米隐身涂料（雷达波吸收涂料）系指能有效地吸收入射雷达波并使其散射衰减的一类功能涂料。当将纳米级的羧基铁粉、镍粉、铁氧体粉末改性的有机涂料涂到飞机、导弹、军舰等武器装备上，可使这些装备具有隐身性能，使它们在很宽的频率范围内可以逃避雷达的侦察，同时也有红外隐身作用。美国研制的超细石墨纳米吸波涂料，对雷达波的吸收率大于99%，其他金属超细粉末如Al，Co，Ti，Cr，Nd，Mo等，也具有很好的潜力。美国的B2隐形轰炸机纳米技术在涂料领域的应用与展望：纳米技术是在前沿科学的基础上发展起来的高新技术，纳米改性是改善传统涂料的性能的重要途径之一，具有非常广阔的应用前景。今后纳米涂料的发展主要将体现在以下几个方面:（1）新的纳米原材料的开发和商品化。即根据不同材料的物理化学性能，开发研制出新纳米改性材料，使之具有更多更新的功能。（2）研究纳米材料在涂料中的分散和稳定性。即探索纳米材料颗粒与涂料间的相互作用和混合机理，并根据纳米粉体在涂料中分散成纳米级和保持分散稳定性的原理，开发新的表面改性剂和稳定剂，以提高纳米材料在涂料中的改性效果。（3）将传统纳米材料的测试方法进一步完善和标准化。降低成本，改变我国高档、高性能涂料大量依赖进口的状况，是将来的研究重点。Thank you