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国内外纳米涂料研究开发近况

国内外纳米涂料研究开发近况

2005年02月21日

广泛应用于房屋墙壁粉刷、车辆喷涂的面漆涂料，在光催化等高技术的作用下，能分解或氧化各种有机、无机的污染物，起到净化空气，清污除毒以及耐磨抗划伤、屏蔽紫外光……

当今世界性的环境污染问题越来越受到各国政府重视，采用纳米二氧化钛进行光催化，是一项正在蓬勃兴起的新型空气净化技术。它能直接利用包括太阳光在内的各种途径的紫外光，在室温下对各种有机的或无机的污染物进行分解或氧化，达到从空气中清除这些污染物的效果。该项技术具有能耗低、易操作、除净度高等特点，尤其对一些特殊的污染物具有比其他方法更突出的去除效果，而且没有二次污染，这种技术已经成为各国高科技竞争中的一个热点。因此，具有广泛的应用前景。

光催化技术在理论研究方面，日本、美国、德国均投入巨资开展研究与开发工作，并大力推动其产业化。其中，纳米光催化涂料已经用于医院、隧道、隔音墙和住宅等，以及其他应用光催化技术的产品也是我们拉力实验机常常测试的材料数十种。日本有一批公司正在从事这个新兴的技术领域进行角逐。其中最突出的品牌是ARC－FLASH光触媒，并已成为日本光触媒涂料第一品牌。这种光触媒的功能受日本厚生省实验证明，具有杀菌、脱臭、自净、防霉，可有效防止各种疾病的传染，杀菌率高达99．99％，迅速消除空气中令人不适的气味，除臭率高达99．8％。效果获日本国土交通省认可，该类涂料可以用于各种室内污染的治理，效果突出。

一些发达国家将无机纳米材料用于涂料中的另一个成功例子是豪华轿车面漆。用纳米级二氧化钛与铝粉颜料或云母珠光颜料混合用于涂料中，其涂层具有随角异色性，从不同角度观察其反射光可看到不同的颜色。与闪光铝粉或云母珠光颜料并用于涂料体系时，能在涂层的照光区呈现一种金红色亮光，而在侧光区则反射蓝色乳光，因而能增加金属颜色的丰满度和视角闪色性。这使得该涂料在高档轿车涂料中很快得到推广应用，BASF公司、Silberline公司已能生产多种含纳米TiO2的金属闪光面漆。目前，已有福特、克莱斯勒、丰田、马自达等著名的汽车制造公司使用含TiO2的轿车金属闪光面漆。

美国TritonSystem公司生产的NanoTufCoatings透明超耐磨纳米涂料，把有机改性的纳米瓷土加入到聚合物树脂基中，制得的涂料能大大提高涂层的硬度管件加工、耐划伤性及耐磨性，此涂料比传统的涂料耐磨性提高2~4倍。这高速电机种耐磨涂料还具有隔热功能和优异的耐化学性能，可用作头盔的护目镜、飞机座舱盖和玻璃，轿车玻璃和建筑物玻璃等的保护涂层。涂膜性能如此大的提高主要归功于纳米氧化铝材料是非常硬的圆球物质，纳米尺寸的颗粒比传统的涂料添加剂使涂覆的表面更加均一。耐磨涂料可以制成水性或溶剂型，含有纳米氧化铝的透明涂料可广泛应用于透明塑料、高抛光的金属表面及木材和别的平板材料的表面，提高耐磨性和使用寿命。

在紫外光屏蔽方面，作为重要的光学颜料，纳米TiO2的紫外光屏蔽特征一直受到广泛关注。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，影响涂膜的物性，传统的紫外光吸收剂主要为有机物，但是有机紫外光吸收剂的寿命短、有毒，而纳米TiO2粒子是一种稳定的无毒的紫外光吸收剂。

将无机纳米材料与树脂复合制备的涂层涂覆在固体表面，得到纳米级‘褥垫’可以缓解原子或分子簇的高速冲击。该技术可以用来制备纳米级表面涂层。美国NSF最近也提出了一个有关项目申请，其要点是研究含无机钻机纳米化合物的涂料性能，通过精细分散控制，研究纳米粒子与树脂基体的界面相互作用，涂膜的阻透性、热稳定性、抗氧性、拉伸性和抗低温性等，为进一步研制用于飞机、太空及相关工业的高性能涂料提供依据，以大大降低维修费用。

在电性能方面，静电屏蔽涂料和电绝缘涂料已取得突破。美、日等国研究人员用纳米级二氧化钛、二氧化锡、三氧化铬等与树脂复合作为静电屏蔽涂层；用纳米级钛酸钡与树脂复合制成高介电绝缘涂层；用纳米级Fe3O4与树脂复合作为磁性涂料。目前这方面的制备工艺已有所突破，进入产业化阶段。

橡胶模我国也有部分科研院所与企业着手此方面的研究。目前，首创纳米公司已开始研究纳米材料复合的涂料，尤其是北京京安固特公司研制成功隔热防火涂料很受市场欢迎。

关于“纳米涂料”向有关专家了解到，纳米材料包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1~100nm之间，二是材料此时具有区别于常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。因此，纳米涂料只有2、集成拉伸、剥离、撕裂等7种独立的测试程序具备了这两个条件后才可称为“纳米涂料”。首创纳米公司联合国家有关部门正在制定“纳米涂料”标准。首创纳米公司利用纳米材料的表面改性、胶囊化和规模化分散技术，把纳米材料金属氧化物制成均匀稳定、纳米尺寸含量大于95%的水性纳米功能胶体，将各种纳米功能助剂提供给涂料生产企业，解决传统涂料企业应用纳米技术问题，实现了未来纳米技术在涂料中的较快发展。目前，这些产品的市场占有率达到80%。另外，首创纳米公司还承担了两项国家863计划：水性超薄防火涂料研制和隔热保温涂料开发，一项国家攻关计划：纳米涂料产业化技术研究，四项北京市科技创新计划：纳米功能胶体、纳米改性建筑涂料、纳米改性色浆和纳米光催化技术研究。首创纳米公司用不同的纳米材料和不同粒径的纳米材料复合，制备成多种纳米功能助剂。系列产品有：纳米抗老化剂、纳米耐沾污剂、纳米疏水剂、纳米增强剂、纳米耐擦洗剂和纳米SiO2胶体等。纳米涂料与普通的涂料不同之处是含有纳米尺寸的功能材料，如果这些纳米材料使用得当，纳米涂料要比普通涂料好很多。