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納米科技在內外墻涂料中的應用


來源: 時間:2015-12-04 16:47:13 作者:佚名

內外墻涂料已成為內外墻裝飾的主流,隨著人們生活水平的提高,對內外墻涂料提出了更高的要求,開發一種集裝飾性與功能性于一體的內外墻涂料日益成為必要。科學技術的迅猛發展,納米材料和納米技術異軍突起,成為當今新材料研究領域中最富活力、對未來經濟和社會發展有著重要影響的研究對象,同時伴隨著研究的深入,納米科技已經滲透到很多領域。納米科技的應用為改造傳統產業注入高科技含量提供了新的機遇。納米科技應用到涂料中是兩者完美的結合。納米科技為人們開發新型涂料開辟了一條新的途徑。
  納米科技是研究由尺寸在0.1~100nm之間的物質組成的體系的運動規律和相互作用以及可能的實際應用中技術問題的科學技術。納米科技主要包括:納米體系物理學、納米材料學、納米化學、納米加工學、納米生物學、納米力學等。納米科技在內外墻涂料中的應用主要包括納米加工學以及納米材料兩個方面。納米加工學體現在把乳液直接加工成納米乳液,以及用不同手段產生納米材料或對一般材料進行改性使其具有納米材料的性能。納米材料在涂料中的應用可分為兩種情況:一是納米粒子在傳統有機涂料中分散后形成納米復合涂料;二是完全由納米粒子組成的納米涂層材料。第一種納米復合涂料主要通過添加納米粒子對傳統涂料進行改性,工藝相對簡單,工業可行性好。第二種方法由于技術和成本問題,短期內很難在工業化中有所突破。
  1納米材料的特性在內外墻涂料中的應用
  納米材料分為兩個層次,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、小尺寸效應、光學效應、量子尺寸效應、宏觀量子尺寸效應等特殊性質,下面介紹如何利用納米材料的這些特性來為內外墻涂料所用。
  (1)納米材料的光學特性及應用
  由于納米粒子粒徑小、表面分散率高,對不同波長的光線會產生不同的吸收、反射、散射等作用。納米粒子粒徑遠遠小于可見光的波長(400~750nm),具有透過作用,從而保證納米復合涂層具有較高的透明性。不同粒徑的納米材料對光的散射和反射效應不同,可產生隨入射光角度不同的變色效應。粒度小于300nm的納米材料具有可見光反射和散射能力,它們在可見光區是透明的,但對紫外光具有很強的吸收和散射能力,當然吸收能力還與材料的結構有關,與納米材料的表面催化特性相結合,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,在內墻涂料中可起到防氡氣的作用。
  (2)納米材料的表面活性及應用
  納米材料極大的表面積和近似于大分子水平的粒徑決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大的相互作用力。納米SiO2以及硅酸鹽為主的納米改性膨潤土可極大地改進涂料的流變性,提高其開罐性能防沉降和良好的觸變性和施工性能防流掛。隨著粒度進入納米尺度,材料表面活性中心的增多提高其化學催化和光催化的反應能力,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的官能團可發生次化學鍵結合,極大增加涂層的剛性和強度,從而改進涂層的耐劃傷性。高表面能的納米材料表面經過改性可以獲得同時憎水和憎油的特性。這樣的材料用于內外墻涂料可以顯著提高涂層的抗污性。
  (3)納米材料的小體積效應及應用
  納米級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,協同得到增強的成膜物質與納米填料的結合力從而大大提高填充比,改進涂層的機械強度,減少毛細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作用,底漆微細顆粒滲透到基層中使之連成一個整體,其機械強度的提高是不言而喻的。納米級的顏填料與底漆的強作用力及填充效果有助于改進底漆-涂層的界面結合。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度、硬度等。
  2目前應用在內外墻涂料中的納米材料以及納米技術
  (1)納米二氧化硅在內外墻涂料中的應用
  納米二氧化硅的團聚體是無定性的白色粉末,表面分子狀態呈三維網狀結構。這種結構賦予涂料優良的觸變性和分散的穩定性。納米二氧化硅具有極強的紫外線吸收、紅外線反射特性,能提高涂料的抗老化性能。如果對二氧化硅表面進行處理,可使二氧化硅納米粒子表面具有親水基團和親油基團,這種特性改善了二氧化硅納米粒子原來的潤濕特性。
  在建筑內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,干燥時間大幅度降低,其懸浮穩定差、觸變性差、光潔度不高等問題也得到很好地解決。添加納米二氧化硅的內外墻涂料的開罐效果明顯地改善,涂料不分層,防流掛、施工性良好,尤其抗污性大大提高,具有優良的自清潔和附著力。另外,由于納米二氧化硅對400nm以內的紫外光吸收率大于70%以上,相對減弱了紫外光吸收UV照射的強度,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5%。
  (2)納米二氧化鈦在內外墻涂料中的應用
  納米二氧化鈦的光學效應隨粒徑而變,尤其是金石紅型納米二氧化鈦具有隨著角度變色的效應,同時二氧化鈦還具有吸收紫外線的效應。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新的等級。同時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。
  (3)納米碳酸鈣在內外墻涂料中的應用
  碳酸鈣作為一種填料廣泛地應用在內外墻涂料中,納米碳酸鈣作為一種優質的填充劑和白色顏料,具有資源豐富、色澤好、品位高的特點,可以應用于內外墻涂料中,賦予涂料良好的觸變性和流平性,同時可提高涂料的機械強度。
應當注意的是納米碳酸鈣雖然價格不是很高,但還是遠高于碳酸鈣的價格,如果大量使用納米碳酸鈣不僅不經濟,而且還有可能給涂料帶來負面影響,例如:納米粒子的用量過度或分散不佳則導致涂層機械強度的惡化。
  (4)納米氧化鋅在內外墻涂料中的應用
  納米氧化鋅具有一般氧化鋅無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定性。
  (5)納米水性乳液在內外墻涂料中的應用
  目前已經有單位研制出新型納米水性聚氨酯乳液并實現工業化。納米水性乳液區別于傳統的聚氨酯乳液在于:納米水性乳液不是簡單的添加型,而是需要通過一定的化學反應。這樣生產出的涂料穩定性好,抗老化、耐化學品、耐磨、抗靜電性能良好。
  3納米材料在內外墻涂料中應用的主要技術關鍵
  (1)分散:由于納米材料有著其本身特有的屬性,尤其是其表面積較大,顆粒較細,導致表面活性相當高,極其容易結團,不易在乳液中分散。如何將納米材料分散在涂料的基料中是其關鍵。納米材料的表面處理、添加方式、分散設備的選擇等,直接影響到納米材料在涂料中的分散狀態。我們還可以通過選擇合適的分散劑,來實現納米材料在涂料中的分散,現在一種超分散劑的出現,可以將其用于納米材料在涂料中的分散。另外可以對常規的材料進行表面處理使常規物質具有納米材料的性質,這不僅使常規物質作為納米材料使用,同時可以解決納米材料本身所固有的缺點。
  (2)穩定:納米材料加到基料中配制成涂料后,納米材料是否保持分散狀態的穩定也是影響涂料性能的一個主要原因。不僅要防止納米材料進一步團聚、絮凝,還要保持納米材料賦予涂料的特殊功能。穩定性和分散性是相輔相成的,其分散性好,也必然具有好的穩定性。
  (3)配比:納米材料添加量一定要適當。對于不同的涂料添加量肯定不盡相同。對于同一種涂料,不同粒徑的同種納米材料加量也不會相同,這需要大量的實驗作基礎來得出合適的添加量。如果納米材料加量過少,將達不到預期目的。如果加量過量,不僅不經濟,還會產生副作用,使涂料產品質量下降。總之,基料不同、用途不同、使用環境不同等,納米材料的加量也不盡相同。
  (4)經濟:由于納米材料作為一種新型材料,其生產的過程及方法都有別于一般的物質,其價格高于一般物質也是必然的,所以怎么衡量加入納米材料和未加入以前的涂料之間的性價比及生產出性價比高的納米涂料也是一個至關重要的因素。
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