納米科技在內(nèi)外墻涂料中的應(yīng)用

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摘要：主要針對(duì)納米科技的一個(gè)分支納米材料的主要特性以及這些特性賦予內(nèi)外墻涂料的某些特殊性能做了闡述，同時(shí)分析了納米材料給涂料帶來(lái)的負(fù)面影響。在此基礎(chǔ)上提出了納米材料在內(nèi)外墻涂料中應(yīng)用的主要技術(shù)關(guān)鍵。

　　關(guān)鍵詞：納米材料；納米科技；內(nèi)外墻涂料

　　內(nèi)外墻涂料已成為內(nèi)外墻裝飾的主流，隨著人們生活水平的提高，對(duì)內(nèi)外墻涂料提出了更高的要求，開(kāi)發(fā)一種集裝飾性與功能性于一體的內(nèi)外墻涂料日益成為必要。科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，納米材料和納米技術(shù)異軍突起，成為當(dāng)今新材料研究領(lǐng)域中最富活力、對(duì)未來(lái)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著重要影響的研究對(duì)象，同時(shí)伴隨著研究的深入，納米科技已經(jīng)滲透到很多領(lǐng)域。納米科技的應(yīng)用為改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)注入高科技含量提供了新的機(jī)遇。納米科技應(yīng)用到涂料中是兩者完美的結(jié)合。納米科技為人們開(kāi)發(fā)新型涂料開(kāi)辟了一條新的途徑。

　　納米科技是研究由尺寸在0.1～100nm之間的物質(zhì)組成的體系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相互作用以及可能的實(shí)際應(yīng)用中技術(shù)問(wèn)題的科學(xué)技術(shù)。納米科技主要包括：納米體系物理學(xué)、納米材料學(xué)、納米化學(xué)、納米加工學(xué)、納米生物學(xué)、納米力學(xué)等。納米科技在內(nèi)外墻涂料中的應(yīng)用主要包括納米加工學(xué)以及納米材料兩個(gè)方面。納米加工學(xué)體現(xiàn)在把乳液直接加工成納米乳液，以及用不同手段產(chǎn)生納米材料或?qū)σ话悴牧线M(jìn)行改性使其具有納米材料的性能。納米材料在涂料中的應(yīng)用可分為兩種情況：一是納米粒子在傳統(tǒng)有機(jī)涂料中分散后形成納米復(fù)合涂料；二是完全由納米粒子組成的納米涂層材料。第一種納米復(fù)合涂料主要通過(guò)添加納米粒子對(duì)傳統(tǒng)涂料進(jìn)行改性，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，工業(yè)可行性好。第二種方法由于技術(shù)和成本問(wèn)題，短期內(nèi)很難在工業(yè)化中有所突破。

　　1納米材料的特性在內(nèi)外墻涂料中的應(yīng)用

　　納米材料分為兩個(gè)層次，即納米超微粒子與納米固體材料。納米超微粒子是指粒子尺寸為1～100nm的超微粒子。納米固體是指納米超微粒子制成的固體材料。納米材料具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、光學(xué)效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子尺寸效應(yīng)等特殊性質(zhì)，下面介紹如何利用納米材料的這些特性來(lái)為內(nèi)外墻涂料所用。

　　（1）納米材料的光學(xué)特性及應(yīng)用

　　由于納米粒子粒徑小、表面分散率高，對(duì)不同波長(zhǎng)的光線會(huì)產(chǎn)生不同的吸收、反射、散射等作用。納米粒子粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)（400～750nm），具有透過(guò)作用，從而保證納米復(fù)合涂層具有較高的透明性。不同粒徑的納米材料對(duì)光的散射和反射效應(yīng)不同，可產(chǎn)生隨入射光角度不同的變色效應(yīng)。粒度小于300nm的納米材料具有可見(jiàn)光反射和散射能力，它們?cè)诳梢?jiàn)光區(qū)是透明的，但對(duì)紫外光具有很強(qiáng)的吸收和散射能力，當(dāng)然吸收能力還與材料的結(jié)構(gòu)有關(guān)，與納米材料的表面催化特性相結(jié)合，賦予納米SiO2、TiO2、ZnO等填充的涂料以消毒殺菌和自清潔作用。用于外墻涂料可提高耐候性和抗污染能力。某些粒徑小于100nm的納米材料對(duì)放射性α、γ射線具有吸收和散射作用，可提高涂層防輻射的能力，在內(nèi)墻涂料中可起到防氡氣的作用。

　?。?）納米材料的表面活性及應(yīng)用

　　納米材料極大的表面積和近似于大分子水平的粒徑?jīng)Q定其具有很高的表面活性。

　　納米材料高活性的巨大表面積與成膜物和溶劑形成強(qiáng)大的相互作用力。納米SiO2以及硅酸鹽為主的納米改性膨潤(rùn)土可極大地改進(jìn)涂料的流變性，提高其開(kāi)罐性能防沉降和良好的觸變性和施工性能防流掛。隨著粒度進(jìn)入納米尺度，材料表面活性中心的增多提高其化學(xué)催化和光催化的反應(yīng)能力，在紫外線和氧的作用下給予涂層的自清潔能力。表面活性中心與成膜物質(zhì)的官能團(tuán)可發(fā)生次化學(xué)鍵結(jié)合，極大增加涂層的剛性和強(qiáng)度，從而改進(jìn)涂層的耐劃傷性。高表面能的納米材料表面經(jīng)過(guò)改性可以獲得同時(shí)憎水和憎油的特性。這樣的材料用于內(nèi)外墻涂料可以顯著提高涂層的抗污性。

　?。?）納米材料的小體積效應(yīng)及應(yīng)用

　　納米級(jí)的顏料和填料可以極大地減少涂料中顏料與成膜物之間的自由體積，協(xié)同得到增強(qiáng)的成膜物質(zhì)與納米填料的結(jié)合力從而大大提高填充比，改進(jìn)涂層的機(jī)械強(qiáng)度，減少毛細(xì)管而提高涂層的屏蔽作用。將納米材料用在底漆中，可以加固底漆與基層的粘結(jié)作用，底漆微細(xì)顆粒滲透到基層中使之連成一個(gè)整體，其機(jī)械強(qiáng)度的提高是不言而喻的。納米級(jí)的顏填料與底漆的強(qiáng)作用力及填充效果有助于改進(jìn)底漆-涂層的界面結(jié)合。同樣，納米材料在面漆中起到表面填充和修飾作用，提高面漆的光澤，減少阻力。納米二氧化硅添加到外墻涂料中可提高涂料的耐擦洗性。納米碳酸鈣可提高聚氨酯的強(qiáng)度、硬度等。

　　2目前應(yīng)用在內(nèi)外墻涂料中的納米材料以及納米技術(shù)

　?。?）納米二氧化硅在內(nèi)外墻涂料中的應(yīng)用

　　納米二氧化硅的團(tuán)聚體是無(wú)定性的白色粉末，表面分子狀態(tài)呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)賦予涂料優(yōu)良的觸變性和分散的穩(wěn)定性。納米二氧化硅具有極強(qiáng)的紫外線吸收、紅外線反射特性，能提高涂料的抗老化性能。如果對(duì)二氧化硅表面進(jìn)行處理，可使二氧化硅納米粒子表面具有親水基團(tuán)和親油基團(tuán)，這種特性改善了二氧化硅納米粒子原來(lái)的潤(rùn)濕特性。

　　在建筑內(nèi)外墻涂料中添加少量的納米二氧化硅后涂料的抗紫外老化性能由原來(lái)的250h提高到600h以上。耐擦洗性由1000次提高到10000次以上，干燥時(shí)間大幅度降低，其懸浮穩(wěn)定差、觸變性差、光潔度不高等問(wèn)題也得到很好地解決。添加納米二氧化硅的內(nèi)外墻涂料的開(kāi)罐效果明顯地改善，涂料不分層，防流掛、施工性良好，尤其抗污性大大提高，具有優(yōu)良的自清潔和附著力。另外，由于納米二氧化硅對(duì)400nm以?xún)?nèi)的紫外光吸收率大于70%以上，相對(duì)減弱了紫外光吸收UV照射的強(qiáng)度，可明顯提高涂料的抗老化性能。

　　納米二氧化硅的添加量：納米二氧化硅的添加量一般為0.1%～1%，最多不超過(guò)5%.

　?。?）納米二氧化鈦在內(nèi)外墻涂料中的應(yīng)用

　　納米二氧化鈦的光學(xué)效應(yīng)隨粒徑而變，尤其是金石紅型納米二氧化鈦具有隨著角度變色的效應(yīng)，同時(shí)二氧化鈦還具有吸收紫外線的效應(yīng)。建筑外墻涂料中添加適量納米二氧化鈦，也可以將乳膠漆的耐候性提高到一個(gè)新的等級(jí)。同時(shí)還使乳膠漆的耐老化性能有很大的提高。

　　納米二氧化鈦的添加量：納米二氧化鈦的粒度一般為10～50nm，其添加量控制在1%以下。

　?。?）納米碳酸鈣在內(nèi)外墻涂料中的應(yīng)用

　　碳酸鈣作為一種填料廣泛地應(yīng)用在內(nèi)外墻涂料中，納米碳酸鈣作為一種優(yōu)質(zhì)的填充劑和白色顏料，具有資源豐富、色澤好、品位高的特點(diǎn)，可以應(yīng)用于內(nèi)外墻涂料中，賦予涂料良好的觸變性和流平性，同時(shí)可提高涂料的機(jī)械強(qiáng)度。

　　應(yīng)當(dāng)注意的是納米碳酸鈣雖然價(jià)格不是很高，但還是遠(yuǎn)高于碳酸鈣的價(jià)格，如果大量使用納米碳酸鈣不僅不經(jīng)濟(jì)，而且還有可能給涂料帶來(lái)負(fù)面影響，例如：納米粒子的用量過(guò)度或分散不佳則導(dǎo)致涂層機(jī)械強(qiáng)度的惡化。

　?。?）納米氧化鋅在內(nèi)外墻涂料中的應(yīng)用

　　納米氧化鋅具有一般氧化鋅無(wú)法比擬的新性能和新用途，能使涂層具有屏蔽紫外線、吸收紅外線以及殺菌防毒作用。它與其它納米材料配合用在內(nèi)外墻涂料中。另外，納米氧化鋅還具有增稠的作用，有助于顏料分散的穩(wěn)定性。