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水性纳米复合涂料的制备及其耐刮伤性研究

水性纳米复合涂料的制备及其耐刮伤性研究 2011年12月12日 来源： 在美国，FosterProducts公司使用纳米级ZnO(10～80nm)，以羟乙基纤维素(HEC)为增稠剂，并加入其他助剂与水充分分散后，再与丙烯酸乳液搅拌混合，制成了抗紫外线老化的水性涂料。另外美国Elementis公司利用该公司所生产的粒径为80nm左右的纳米ZnO(商品名TZO)，与一定的溶剂、树脂、助剂及有机抗紫外线剂进行复配，制成抗紫外线的预混合物，可作为涂料和塑料配方的一部分。结果表明，当粒径足够小时，ZnO可在分散体中呈透明状态，而且通过无机和有机抗紫外线的协同作用，效果比使用单一的无机ZnO抗紫外线剂好得多。 目前在纳米复合涂料的研究中美国的Nanophase Technologies公司处于领先地位，其前身是美国的一个国家实验室，生产用于涂料的无机纳米材料(如氧化铟锡、氧化铅锑等)，用其制得的涂料具有透明性及隔绝红外和紫外光的作用，因此可以制成隔热透明涂料。另外，这些纳米粒子还可用来生产高耐磨涂料，用于眼镜镜片、地板等方面。该公司将自己的纳米产品氧化铝与透明清漆混合，发现用其制得的涂料能大大提高涂层的硬度、耐划伤性及耐磨性，比传统涂料的耐磨性提高2～4倍。除此之外，在军事上也有应用，海军舰艇上的金属部件涂装这种涂料后，耐磨及耐蚀性可以成倍的增加，极大地提高了这些需长期经受磨损和腐蚀考验的金属部件的寿命。 在国外将无机纳米材料用于涂料中的一个成功例子是豪华轿车面漆，如纳米TiO2作为后起之秀的随角变色效应颜料，添加在轿车用的金属闪光面漆中，能使传统上流行的各色汽车面漆大增光辉，深受汽车配色专家的偏爱。BASF公司的汽车配色专家SolPanush首次将纳米TiO2用于金属色轿车面漆，并于1985年申请了专利，1989年由福特公司在金属闪光轿车面漆中首先使用。到1991年，世界上已有11种含有纳米TiO2的轿车余属闪光面漆问世。目前，BASF公司、Silberline公司己能生产多种含纳米级二氧化钛的金属闪光面漆。世界上已有福特、克莱斯勒、丰田、马自达等著名的汽车制造公司使用含纳米TiO2的轿车金属闪光面漆。据统计，世界上有近一半以上的轿车正在使用类似的金属闪光面漆涂料。纳米复合涂料中己取得突破性进展的还有静电屏蔽涂料和电绝缘涂料。美、日等国研究人员采用纳米级二氧化铁、二氧化锡、三氧化铬等与树脂复合制成了静电屏蔽涂层；用纳米级钛酸钡与树脂复合制成了高介电绝缘涂层；用纳米级Fe3O4与树脂复合来作为磁性涂料。目前这方面的制备工艺已有所突破，并逐步进入产业化阶段。日本松下公司己经研制出具有良好静电屏蔽性能的纳米涂料，这种涂料不但具有很好的静电屏蔽特性，而且也克服了炭黑静电屏蔽涂料颜色单一的缺点。日本近些年来开展了以纳米级二氧化钛作光催化剂的研究，掀起了一场“光净化革命”。日本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，如石原产业(株)生产的粉剂ST系列、水分散涂料STS系列、涂料STK系列等。日本在其他纳米涂料的研究开发上也取得了突破性进展。住友大胶水泥公司利用其已有的纳米粉体生产技术优势，相继开发出两种性能优良的涂料产品:一种是能生产高度鲜明金属色彩的涂料KC-200；另一种是能形成高导电性能的涂料S-1000。目前，这两种新涂料己经有样品可以供应。另据日本专利介绍，近藤刚等人利用纳米ZnO作为添加剂研制成功了紫外线屏蔽玻璃用涂层。在德国，SilitWerkeG.m.b.H等人发明了一种用于炊具上的纳米复合涂料，将其涂在炊具上，炊具将不再容易粘上东西，便于洗涤。该涂料是经过了溶胶-凝胶过程和随后的熔结过程而制成的；NanoChemSystem公司开发了可用于混凝土、石材、陶瓷、木材、玻璃等表面的纳米涂料，它能降低被涂饰表面的表面张力(疏水、疏油)，从而达到抗污、防雾、易清洗的目的。该公司还推出了自清洁型外墙涂料——硅纳米结构改性的丙烯酸涂料；INM公司在涂料中添加纳米陶瓷粉，开发出用于光学镜片的透明涂料，具有一定的弹性，同时又提供了许多方面可与玻璃相媲美的性能。另据德国专利介绍，将纳米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。英国牛津大学的S.Jiansirisomboon等人基于A12O3/SiC对纳米复合陶瓷涂料体系进行了初步的调查研究。研究表明，具有纳米尺寸的SiC颗粒在复合涂料中仍为纳米尺寸，在等离子喷涂过程中α-A12O3转变成亚稳态的γ-A12O3和δ-A12O3相。在此基础上利用溶胶-凝胶过程、冻干过程制得的原料粉及低压等离子喷涂技术成功制成了A12O3/SiC纳米复合陶瓷涂料。经过一定的处理，这种涂料能较好地粘到已经涂上一层含有CoNiCrAlY和A12O3涂料的不锈钢上。纳米ZnO等金属氧化物由于质量轻、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点，而成为吸波涂料研究的热点之一。法国研制出一种宽频微波吸收涂层，这种吸收涂层由粘结剂和纳米级微粉填充材料组成。这种由多层薄膜叠合而成的结构具有很好的磁导率，在50MHz～50GHz内具有良好的吸波性能。目前许多国家正在积极联合研究开发纳米涂料，如葡萄牙和法国的科研人员联合，利用活性磁电管喷涂技术成功制备了(Ti，Si，Al)N纳米涂层。而且发现在X射线衍射试验中，由RF和DC活性磁电管联合得到的涂层，其硬度随着少量Si的加入而增强，并且Si的原子百分数在2%到6.5%时达到最大值。进一步研究了与Si含量相关的硬度、残余压应力和杨氏模量之间的关系。而对于由DC活性磁电管得到的涂料样品，沉积速度和硬度之间不存在直接的关系。(end)

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