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納米技術(shù)在新型建筑涂料中的應(yīng)用
文/墨茶
編輯/墨茶
概述納米技術(shù)是納米20世紀(jì)80年代后期才剛剛出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，它的技術(shù)建筑主要目標(biāo)是在0.1一100nm的尺度上，對由物質(zhì)構(gòu)成的新型天津雙日龍涂料銷售有限公司體系中的電子、原子和分子的涂料運(yùn)動規(guī)律與交互進(jìn)行研究。
其研究的應(yīng)用目標(biāo)是按照人的意愿，直接操縱電子、納米原子或分子，技術(shù)建筑開發(fā)出人們所希望的新型、具有特定功能性質(zhì)的涂料材料和物品。
納米技術(shù)是應(yīng)用一門具有高度交叉的綜合性學(xué)科，其具體內(nèi)容有：納米體系物理學(xué)、納米納米化學(xué)、技術(shù)建筑納米材料學(xué)、新型納米生物學(xué)、涂料納米電子學(xué)、應(yīng)用納米加工學(xué)、納米力學(xué)、納米機(jī)械學(xué)。
目前，在建材，光學(xué)，醫(yī)學(xué)，半導(dǎo)體，信息通信，軍事等方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
當(dāng)前，只有利用納米技術(shù)才能達(dá)到這個目標(biāo)。由于具有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和磁性等特性，使新型建材的天津雙日龍涂料銷售有限公司開發(fā)面臨著一場空前的變革。
根據(jù)納米材料的任意角度不同顏色特性研制出的新涂料，根據(jù)其自清潔特性研制出的抗菌防霉涂料，根據(jù)其自清潔特性研制出的PPR給水管，根據(jù)其傳導(dǎo)特性研制出的導(dǎo)電涂料。
因此，在建筑工程領(lǐng)域，納米材料有著非常廣泛的市場潛力，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益也是非常巨大的。近幾年，國際上對材料領(lǐng)域的研究和開發(fā)工作進(jìn)行了初步探討，并有了一定的進(jìn)展。
應(yīng)用涂層是建筑的“貼身衣物”和“外層衣物”，我國現(xiàn)有涂層普遍具有懸浮穩(wěn)定性差、耐老化、耐洗刷性能差、表面光潔度低等缺點(diǎn)。盡管納米材料在建筑領(lǐng)域（尤其是建筑涂層）的研究才剛剛起步，但已展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢。
納米復(fù)合涂層指的是將納米粉末應(yīng)用于涂層中而獲得的一種具有耐老化、抗輻射、高剝離強(qiáng)度或具有特定性能的涂層，同一顆粒對涂層的影響因顆粒大小而異，而不同類型的顆粒對涂層的影響是一樣的。
（1）光學(xué)應(yīng)用納米復(fù)合涂料
由于其尺寸比4750nm的可見光區(qū)要小得多，且對可見光區(qū)的光學(xué)性質(zhì)起著滲透效應(yīng)，因此得到了很高的透光率，該微球?qū)ψ贤夤庥泻芎玫奈侥芰Α?/p>
將納米顆粒（如二氧化鈦、一氧化硅等）加入到建筑外墻涂料中，以改善其抗老化性能；將二氧化鈦加入到汽車涂裝中，以改善其抗老化性能。
納米氧化硅，它是一種無定向的白色粉末（指其集聚體），它的表面有不飽和的殘鍵及具有不同鍵合狀態(tài)的羥基，其分子狀態(tài)為立體鏈狀結(jié)構(gòu)。通常情況下，納米顆粒上的氫鍵并不是很強(qiáng)大，很容易被剪裁開來。
但是，當(dāng)外界的剪切力消失之后，這種氫鍵又會快速恢復(fù)，從而導(dǎo)致材料的結(jié)構(gòu)快速的重構(gòu)。這個隨著時間和外部力量的影響而恢復(fù)到原來狀態(tài)的剪切減弱，被稱作“觸變性”。
用納米二氧化硅制備的普通涂層，其性能提高的一個重要原因就是其觸變特性.
徐國財(cái)和他的團(tuán)隊(duì)采用了一種以納米顆粒為填料的方法，在UV涂層中加入了納米二氧化硅。試驗(yàn)結(jié)果顯示：添加納米二氧化硅后，UV光固化涂層對紫外線的吸收率下降，使涂層的硬化速率下降，但對涂層的粘結(jié)性和硬度有顯著的改善。
尤其是金紅石，還可以作為一種效果顏料，當(dāng)它與其他片狀效果顏料，例如：鋁粉、珠光等時，將會形成一種伴隨著乳光的顏色，可以被用在高檔車身表面，這是當(dāng)前納米氧化鈦，最大的使用范圍，也是在國外將納米物質(zhì)在油漆中使用得最好的實(shí)例。
由于具有較小的尺寸和較高的比表面積，使得氧化鋅在其表界面上呈現(xiàn)出與粒子間的結(jié)合狀態(tài)，使得氧化鋅在其表界面上具有較高的催化性能。
本品經(jīng)紫外線輻射后，具有降解有機(jī)物、抑菌、除味等作用。該材料在環(huán)境友好型涂層中有著廣闊的應(yīng)用前景。在涂層中添加了納米氧化鋅后，涂層的抗人為老化性能得到了明顯改善。
（2）吸波納米復(fù)合涂料
因其粒徑極小，可與電磁波段媲美，故可作為一種新型的吸波材料，對雷達(dá)波及紅外光均有較高的吸波能力。結(jié)果表明，經(jīng)該粒子修飾的涂層可以作為軍用隱形涂層。
美國已成功研制出一種新型的“超”黑體型納米吸收劑，它的雷達(dá)波吸收率可達(dá)到99%以上，是一種新型的高效率的吸收劑。
可以作為雷達(dá)波吸收器使用的納米粉末包括納米金屬和合金的復(fù)合粉末，納米氧化物粉末，納米石墨，納米碳化硅及其混合粉末等。
納米級的Fe基鐵粉、Ni粉和鐵氧體粉被國外應(yīng)用于軍用隱形涂層，在飛機(jī)、艦艇、導(dǎo)彈和潛艇等武器上獲得了很好的隱身效果。納米涂料因其吸收帶寬、質(zhì)量輕、厚度薄等優(yōu)勢，有望成為未來軍用隱身技術(shù)的重要發(fā)展方向。
（3)納米自潔抗菌涂料
光照誘導(dǎo)氧化鈦：基體在納米區(qū)內(nèi)產(chǎn)生具有親水和親油兩種性質(zhì)的二元協(xié)同納米界面。這種材料在納米二氧化鈦上會呈現(xiàn)出獨(dú)特的超雙親性質(zhì)。
根據(jù)此理論，可以對玻璃和建材進(jìn)行改性，從而達(dá)到自潔凈、抗霧化的目的。
如果在涂層中使用了在我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化的納米抗菌粉末，就可以制備出納米殺菌涂層，它可以被應(yīng)用在諸如衛(wèi)生潔具、室內(nèi)空間、用具、醫(yī)院手術(shù)間和病房的墻面、地面等建筑材料上，它可以起到殺菌、保潔的作用。
在400nm以下的可見光照射下，二氧化鈦粒子能夠在較低的可見光照射下，發(fā)生電子躍遷，將價(jià)帶電子激發(fā)至導(dǎo)帶，并生成電子-空穴對，將能量轉(zhuǎn)移至環(huán)境中，引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)，獲得光催化活性。
所以它們可以有效地將有機(jī)物的降解掉，還可以將油漆表面的污物給降解掉，還可以與細(xì)菌中的有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳和水，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對細(xì)菌的殺死，這可比通常使用的氯氣、次氯酸等有更大的效能。
因?yàn)槎趸佋谟泄獾臈l件下，具有殺菌、分解有機(jī)臭氣以及自清潔等功能，所以，若將二氧化鈦制備成納米顆粒，并加入到涂料中，既可以避免二氧化鈦資源的浪費(fèi)，又可以賦予建筑涂料某種功能，有利于提升其等級，提升其自身的附加值。
納米氧化鋅是一種新型的殺菌材料，在光照條件下，特別是UV輻射下，氧化鋅在水中會發(fā)生裂解反應(yīng)，產(chǎn)生帶有負(fù)電荷的電子，而保留帶有正電荷的空穴。
這些孔洞可以將氧氣轉(zhuǎn)化成活性氧，并且具有很高的化學(xué)反應(yīng)，可以與各種有機(jī)物質(zhì)（包括微生物內(nèi)部的有機(jī)物質(zhì)）進(jìn)行氧化，因此可以將大部分的細(xì)菌和病毒都?xì)⑺馈?/p>
通過對納米氧化鋅的定量分析，發(fā)現(xiàn)在5分鐘內(nèi)納米氧化鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1時，對金葡菌的殺死率為38.86。對大腸埃希菌的殺菌效果達(dá)到99.93。因此，將納米氧化鋅加入到美容產(chǎn)品中，還可以起到遮光、防曬、抑菌、除臭的作用。
（4）納米防水防火涂料
安徽省五洋納米涂層制品廠，和中國中科院固態(tài)物理所的朝陽，共同研發(fā)了一種新型的耐腐蝕涂層。
這種涂層可以有效地解決表面腐蝕、老化、滲漏等問題，其特征在于：涂層中的納米粒子尺寸較小，能夠深入到微觀裂縫和多孔結(jié)構(gòu)中，與水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成新型的有機(jī)硅化合物，不但可以使其抗彎強(qiáng)度增加3倍，而且還可以發(fā)揮防水功能。
由于其極強(qiáng)的粘合性，所以在室溫下使用時不會出現(xiàn)任何縫隙，且防水性能特別好；具有很高的延展性，很好的附著力，很好的耐用性；該產(chǎn)品使用方便，顏色可調(diào)節(jié)，無毒無污染。
上海濕克威建材公司于2003年，在此基礎(chǔ)上，研制出了“漆霸”水基納米碳氟涂層，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
該新一代的氟碳漆，是繼美國、日本等公司后，躋身于全球前三名的新型氟碳漆，經(jīng)過國家油漆品質(zhì)測試，經(jīng)過24小時的人工環(huán)境老化，在我國屬于國際先進(jìn)的水性油漆，可以為難以施工的高塔、橋梁、高聳的高層建筑物，提供20年以上的壽命，是一種新型的綠色環(huán)保油漆。
北京中國科學(xué)院研究中心已成功研制出一種新型的納米復(fù)合阻燃涂層，該涂層采用納米碳化硅、納米硅酸鹽等與納米顆粒（如磷酸鹽、氧化物和納米硅酸鋁）共混，并與納米顆粒進(jìn)行摻雜，形成一種新型的納米復(fù)合阻燃涂層。
2002年，臺灣公司開發(fā)出一種具有耐磨性及耐燃性之水基高分子樹脂，以彌補(bǔ)普通水基樹脂之缺點(diǎn)。
真時公司研制開發(fā)出的新型水系無機(jī)納米樹脂，其耐熱溫度超過800攝氏度，并具有自生材料的穩(wěn)定性、耐磨性和耐燃性。
此產(chǎn)物具有良好的成膜性能和廣泛的適用性，與多種材料（特別是水泥）具有良好的粘結(jié)性，涂層后不會形成高濃度的密封層，具有良好的透氣性。
（5）納米導(dǎo)電涂料
日本松下公司利用氧化亞鐵作為納米顆粒，開發(fā)出了一種新型的防靜電性能優(yōu)良的新型涂層，氧化鈦、氧化鋅等。
該材料不僅兼具半導(dǎo)體性質(zhì)，還具備較高的室溫導(dǎo)電性和多種色彩，使其不僅具備良好的靜電學(xué)性能，還避免了涂層色彩單一的缺點(diǎn)。
（6）納米高力學(xué)性能涂料
作為涂層的主要成分，顏料粒子在涂層中的尺寸越大，其表面的比表面積越大，與涂層之間的粘附力越強(qiáng)，從而使涂層的硬度、抗沖擊及耐磨性能得到顯著提升。
同時，通過添加納米粒子，可以有效地減少涂料在烘干時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，提高涂料的結(jié)合力。
前期工作發(fā)現(xiàn)，將其添加到UV涂層中，可以顯著地改善涂層的表面硬度及粘結(jié)力，對家具漆及汽車漆的耐磨及抗擦傷性能也有較大改善。
3應(yīng)用領(lǐng)域存在的問題與前景展望
如何有效地抑制其在涂層中的再次聚集和發(fā)揮其獨(dú)特的作用，是目前該領(lǐng)域急需突破的技術(shù)瓶頸，在涂層中加入納米物質(zhì)時，必須要有適當(dāng)?shù)挠昧俊?/p>
添加量不夠，無法達(dá)到理想效果；添加量太大，不僅會提高生產(chǎn)費(fèi)用，而且還會降低漆膜的品質(zhì)。因而，制備方法的選擇對其實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。
納米粒子具有較高的表面活性，其在涂層中的分布是其在涂層中應(yīng)用的一個重要技術(shù)難點(diǎn)。
研究了不同的表面處理方法，不同的添加方式，不同的分散設(shè)備，不同的分散設(shè)備，對其在涂層中的分散效果有較大的不同?，F(xiàn)在的分散方法有三種：化學(xué)分散，物理分散，超聲分散。
而實(shí)現(xiàn)納米材料的優(yōu)良分散性與功能性，是將其用于建筑涂層中必不可少的一項(xiàng)特殊技術(shù)，也一定會對提升建筑涂層等級，促進(jìn)建筑涂層新的歷史性變革起到極大的促進(jìn)作用。
目前，國際上普遍認(rèn)為，納米科技是關(guān)系到未來經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的重要前沿科技。
由于其在建材領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其研發(fā)工作才剛開始，因此，它不但能促進(jìn)新型建材的發(fā)展，而且對人類居住環(huán)境和居住品質(zhì)的提升也將產(chǎn)生巨大的影響。
參考文獻(xiàn)
納米材料．北京：化工出版社．
納米材料和技術(shù)與發(fā)展新型建材．中國建材裝備
納米材料和技術(shù)在玻璃行業(yè)的應(yīng)用.玻璃
納米科學(xué)技術(shù)與化學(xué)建材．化學(xué)建材
納米材料在涂料中的應(yīng)用．涂料工業(yè)
納米復(fù)合耐高溫防火涂料．電鍍與涂飾
水性無機(jī)納米級樹脂研制成功．化工科技市場
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