2023-10-28

納米技術在防腐蝕涂料中的應用

作者：    點擊：1269

摘要：隨著納米科技的快速發展，納米材料的優異性能逐漸被應用于涂料工業中，本文主要介紹了國內外納米涂料的主要應用狀況，以及納米改性涂料研究過程中的重難點問題及目前的解決方法，分享一些納米材料在防腐蝕涂料方面的研究實例。

目前我國的納米涂料發展較發達國家還相對落后，亟需科研工作者深入探索。

涂料涂裝防腐蝕技術長久以來作為簡單方便的防腐蝕方法，在國民經濟中扮演著十分重要的作用。

隨著納米技術開始向各個領域滲透，納米材料在涂料研究中的應用越來越多地受到重視。

利用納米粒子的表面效應、體積效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等，改善涂料的各方面性能，增強其硬度和抗氧化性，使其具有光催化、抗菌、吸收電磁波、隨角異色以及對水、油的親疏等性能。

國內外的許多企業和研究機構在納米改性涂料方面作了大量的工作，并取得了可喜的成果。

本文針對納米改性涂料研究過程中的重難點問題及目前的解決方法進行論述，并重點介紹納米材料在防腐蝕涂料方面的研究實例，以期為納米技術和涂料結合的相關研究提供些許參考。

01

國外納米涂料的研究、應用狀況

納米材料的應用主要包括2 個方面：一是將納米材料添加到某種傳統材料中去，進一步提高傳統材料的性能；

二是將納米材料通過成型工藝制成納米固體材料。目前，第一種技術更為常見和成熟。

Nanophase Technologies 公司將自己的納米材料產品NanoTek 氧化鋁與透明清漆混合，制得的透明涂料比傳統的涂料耐磨性提高24 倍。

SDC Coatings公司直接將納米SiO2 及納米金屬氧化物溶膠用于耐磨透明涂料SILVUE 系列產品，可以防紫外光、防霧化，已成功用于汽車、飛機、建筑物等的玻璃窗及其他透明度和耐磨性要求高、環境苛刻的場所。

國外將無機納米材料用于涂料中的另一個成功例子是豪華轎車面漆。將納米TiO2 與鋁粉顏料或云母珠光顏料混合，添加到涂料中，其涂層具有隨角異色性，增加了金屬顏色的豐滿度和視角閃色性。

另外，納米粒子對紫外線具有較強的吸收作用，如在外墻筑涂料中添加TiO2、SiO2 等納米粒子可以提高涂料耐候性。

納米ZnO 是一種很好的光催化劑，在紫外光照射下，能夠分解有機物質，起到抗菌和除臭的作用。

國外還利用納米超細粉末尺寸極小、對不同波長的雷達波和紅外線具有超強吸收作用的特點，采用納米級羰基鐵粉、鎳粉、鐵氧體粉末成功配制了軍事隱身涂料。

涂裝到飛機、軍艦、導彈、潛艇等武器裝備上，使其具有隱身性能，有望在未來軍事隱身化方面大展身手。

一些具有半導體特性的納米氧化物粒子，在室溫下有比常規的氧化物高的導電特性，日本松下公司已研制成功具有良好靜電屏蔽作用的納米復合涂料，所用的納米粒子有FeO、TiO2、ZnO 等。

02

國內納米涂料的研究、應用狀況

國內納米涂料的研究發展大多剛剛起步，主要集中在改善建筑外墻涂料的耐候性和內墻涂料的抗菌性方面，而在工業用涂料、航空航天用涂料以及功能性涂料的研究開發和產業化方面則落后于發達國家。

我國第一代納米鈦涂料在哈爾濱研制成功，該涂料用于海洋用鋼的防腐涂裝，可保證十年的優異防腐效果。

近幾年，一些科研工作者開始更深一步量化的研究納米顆粒在改善涂料性能的具體作用，包括優化原理、納米顆粒粒徑、添加比例等。

中科院金屬研究所的張秀芝等針對海洋環境中的腐蝕、污損，進行了對納米改性環氧煤焦瀝青涂層的研究。

利用研磨的物理方法與加入表面改性劑的化學方法相結合在環氧煤焦瀝青中添加0 ％、5 ％、10 ％、20 ％納米鈦粉，研究納米鈦粉的環氧煤焦瀝青涂層防腐蝕性能。結果表明含有10 ％(重量)納米鈦粉的涂層具有最好的防護性能。

華南理工大學的曾振歐等在304 不銹鋼和低碳鋼表面上制備納米TiO2 涂層的基礎上, 通過添加SnO2 制備納米TiO2-SnO2 復合涂層和疊層涂層，發現納米TiO2-SnO2/TiO2 涂層對低碳鋼的光陰極保護作用和防腐蝕作用比納米TiO2 涂層更好。

中國科學院海洋研究所的田惠文等用電化學阻抗譜法(EIS)研究納米Si02 改性環氧涂層在3.5 ％NaCl(質量分數)水溶液中的腐蝕規律，發現添加納米Si02 可明顯改善涂層的防腐性能，添加質量分數為2 ％時防腐性能最好。

北京化工大學的解雙英等將納米TiO2 以機械攪拌的方式加到環氧富鋅涂料中，制備納米TiO2 改性環氧富鋅涂料，發現耐候鋼表面涂覆納米TiO2 改性環氧富鋅涂料后，其自腐蝕電流減小，表面腐蝕程度減輕。

浙江大學提出了一種納米涂料的表面原位納米改性制備方法，并制備出高性能納米涂料。

廈門大學與廈門大平工貿有限公司研發的隧道防火涂料，制備關鍵技術及功能性表面處理的納米涂料項目，申請了2 項國家發明專利。

我國的一些涂料企業也在納米涂料的研制方面做出了貢獻，長春新世紀納米技術研究所、世紀納米技術有限公司、北京納美科技發展有限公司、北新集團建材股份有限公司、北京市建筑材料科學研究院等，都已有相對成熟、性能優越的納米涂料產品，這對中國納米涂料的技術進步及應用領域拓展起到了良好的推動作用。

03

主要技術難點

目前，納米防腐涂料的技術難點，主要集中在三個方面，即納米材料的表面處理或表面改性、納米材料在基料中的分散技術以及測試技術，主要是分散度和細度的測試。

納米微粒的比表面積和表面張力很大，表面活性高，極易發生聚團現象，要使納米粒子很好的分散，就必須通過各種方式增強納米粒子間的排斥能。

目前的分散方法可簡單的分為電化學方法、化學方法及物理方法。作為化學方法的一種，納米粒子的表面改性得到了廣泛應用，可分為表面覆蓋改性、機械化學改性、包膜改性、表面接枝改性、高能量表面改性與利用沉淀反應改性六種。

納米粒子的均勻分散可通過改變制備工藝、加入分散劑等方法來解決。選擇高速研磨和超聲分散的復式分散工藝，合理地確定納米微粒在涂料中添加方式和比例也是極其重要的環節。

根據文獻介紹，使用高速研磨機分散納米微粒效果較好，超聲分散技術對納米微粒在涂料中的分散也十分有效。

04

結束語

總體來說，我國的納米涂料發展還相對落后，研究手段和相關理論還較缺乏，如何更好的使納米材料在介質中進行分散和表面改性、探求影響納米涂料的固化溫度及其應用領域還存在許多問題。

但是，納米涂料的前景還是十分明朗的，也必將在更多的領域應用，這就要我們克服研制中存在的諸多問題，加深納米技術和涂料結合的相關研究，使其邁上一個新臺階。

返回列表