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纳米技术在建筑涂料中的应用及发展前景

时间:2023-11-29 10:46:58   作者:www.58hx.com   来源:网络   阅读:  
内容摘要: data-full-width-responsive="true"> 建筑涂料是与国民经济产业部门配套的工程材料。随着人民生活水平的逐步提高,人们对建筑涂料提出了更高的性能要求,因此其在我国涂料生产中的地位也越来越重要。目
data-full-width-responsive="true"> 建筑涂料是与国民经济产业部门配套的工程材料。随着人民生活水平的逐步提高,人们对建筑涂料提出了更高的性能要求,因此其在我国涂料生产中的地位也越来越重要。目前建筑涂料正朝着能适应环境要求的水性、高固体、无溶剂、粉末的方向发展[1],这些都对现代建筑涂料及其制备工艺提出了挑战,开发和应用高质量的建筑涂料成为当前涂料业的重要课题。纳米技术是近年来科学上的一项重大发展,已成为当今许多学科的研究热点。利用纳米技术可以使材料具有优异或奇特的性能,尤其在结构、光电、力学、催化及物理化学性质等方面具有诱人特征,所以纳米技术被广泛地应用于工业和民用领域[2]。纳米技术在建筑涂料中的应用是近几年国际上研究的热点之一。20 世纪90 年代,国内外学者针对纳米技术在建筑涂料中的应用进行了大量研究,并已有产品陆续上市。纳米技术可以大幅度提高建筑涂料的抗菌防污性能、耐老化性能、亲水性能、防火性能及其性能[3],具有广阔的应用和发展前景,但同时应用纳米技术改性的建筑涂料的安全性必须引起足够的重视,加强研究力度,确保对人们健康和环境不存在负面影响。1 改性建筑涂料用纳米材料涂料基料的粒径对涂膜性能有影响,如粒径在100 nm 以下的乳液是较好的成膜物,能够为建筑涂料提供优良的颜料分散性和附着力。目前改性建筑涂料用的纳米材料主要有以下几种。1 1 纳米CaCO3CaCO3是重要的无机粉体产品,广泛用于塑料、橡胶、造纸、油墨等行业。微细化及表面处理技术的进步,使得CaCO3产品向专用化、精细化、功能化方向发展,新材料纳米CaCO3应运而生,进而拓展了CaCO3产品的应用领域[4]。纳米Ca-CO3指化学合成CaCO3的粒径在1 ~ 100 nm 范围内的产品,是一种新型超细固体材料,其晶体结构和表面电子结构发生变化,产生量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,在磁性、催化性、光热阻等方面与常规材料相比显示出优越性能。1 2 纳米SiO2纳米SiO2为无定形白色粉末,是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料,呈絮状和网状的准颗粒结构,为球状。单个的纳米SiO2粒子因表面作用能强,彼此接触团聚,形成二次结构。纳米SiO2具有化学纯度高,分散性好,比表面积大等优越的性质,使其成为当今世界大规模工业化生产中产量最高的一种纳米粉体材料[5]。1 3 纳米TiO2TiO2有板钛型、锐钛型和金红石型3 种晶型,其中锐钛型和金红石型TiO2应用较广泛,这2 种TiO2均属于四方晶系[6]。纳米TiO2的粒径为普通TiO2的1 /10,与常规材料相比,纳米TiO2具有独特的性能: 比表面积大、磁性强、光吸收性好、吸收紫外线的能力强、表面活性大、热导性好、分散性好且所制悬浮液稳定。金红石型纳米TiO2具有透明性和紫外吸收能力; 锐钛型纳米TiO2被光源激发形成的孔穴电子亲和力大,氧化能力强,可以进行各种光催化反应。1 4 纳米ZnO纳米ZnO 俗称锌白,难溶于水,可溶于酸和强碱,是一种常用的化学添加剂,广泛应用于塑料、硅酸盐制品、涂料、阻燃剂等产品的制作中[7]。随着对纳米ZnO 性能认识的深化,发现纳米ZnO 的能带隙和激子束缚能较大,透明度高,有优异的常温发光性能,纳米ZnO 对紫外线的防护功能比传统的纳米TiO2强,对紫外线A 和紫外线B 均具有良好的防护效果。2 纳米材料在建筑涂料中的应用纳米材料种类繁多,性能各异,即使同一纳米材料在不同粒径下也可能会有不同的功能,而不同种类的纳米材料也可以在涂料中起到同一作用。因此,将不同种类或不同粒径的纳米材料应用于建筑涂料中会表现出不同的特性。2 1 改进建筑涂料抗菌防污性能乳胶漆是建筑涂料的主流品种,应用广泛。乳胶漆的主要成分里包含了大量的有机物和高分子材料,这些都是微生物的养料,且乳胶漆成膜后也易受周围环境里微生物的侵蚀,从而产生各种问题[8 - 9]。为了解决这些问题,在乳胶漆中除添加防腐剂保护外,还可加入纳米TiO2。纳米TiO2具备常规材料所不具有的光、热敏感等性能,利用其光活性,并与无机抗菌防腐剂配合,可有效吸附和分解空气中的有害气体,在建筑涂料中起到很好的杀菌和抑菌效果。同时还可以保证玻璃清洁、防止墙面油腻,减少医院墙壁的细菌数,甚至用于污水处理。2 2 改进建筑涂料耐老化性能建筑涂料受到紫外线的照射后涂膜基体中高分子链容易产生断裂、粉化等现象。纳米级TiO2、SiO2和ZnO 等具有优异的耐老化性能,可以明显地提高涂料的耐老化性能[10]。纳米SiO2具有紫外线吸收、红外线反射的光学特性,对波长为400 nm以内的紫外线吸收率可达70% 以上,对波长为80 nm以外的红外线反射可达70%以上。其分子结构中存在着大量的不饱和残键及不同状态的羟基,可与树脂的某些基团发生键合作用,大大改善材料的热稳定性和化学稳定性。又由于其表面配位不足,表现出极强的活性,可以对颜料等色素粒子起吸附作用,大大降低由于光源的照射而造成色素的衰减,达到抗紫外和抗热老化的目的,同时增加建筑涂料的隔热性。

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