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納米技術(shù)在新型建筑涂料中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2024-12-23 10:10:30 瀏覽 96336次

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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(duì)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(dòng)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(gè)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(chǎng)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(chǎng)潛力,其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也是非常巨大的。近幾年,國(guó)際上對(duì)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(guó)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(shì)。

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(duì)涂層的影響因顆粒大小而異,而不同類型的顆粒對(duì)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(duì)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(wú)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(lái)。

但是,當(dāng)外界的剪切力消失之后,這種氫鍵又會(huì)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(gè)隨著時(shí)間和外部力量的影響而恢復(fù)到原來(lái)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(gè)重要原因就是其觸變特性.

徐國(guó)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(duì)紫外線的吸收率下降,使涂層的硬化速率下降,但對(duì)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(shí),將會(huì)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(guó)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(duì)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(guó)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(jí)的Fe基鐵粉、Ni粉和鐵氧體粉被國(guó)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(shì),有望成為未來(lái)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(huì)呈現(xiàn)出獨(dú)特的超雙親性質(zhì)。

根據(jù)此理論,可以對(duì)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(guó)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(duì),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(duì)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(jí),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(huì)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(duì)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(shí),對(duì)金葡菌的殺死率為38.86。對(duì)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(guó)中科院固態(tài)物理所的朝陽(yáng),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(shí)不會(huì)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(wú)毒無(wú)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(guó)、日本等公司后,躋身于全球前三名的新型氟碳漆,經(jīng)過國(guó)家油漆品質(zhì)測(cè)試,經(jīng)過24小時(shí)的人工環(huán)境老化,在我國(guó)屬于國(guó)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(guó)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(tái)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(shí)公司研制開發(fā)出的新型水系無(wú)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(huì)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(shí),通過添加納米粒子,可以有效地減少涂料在烘干時(shí)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(duì)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(shí),必須要有適當(dāng)?shù)挠昧俊?/p>

添加量不夠,無(wú)法達(dá)到理想效果;添加量太大,不僅會(huì)提高生產(chǎn)費(fèi)用,而且還會(huì)降低漆膜的品質(zhì)。因而,制備方法的選擇對(duì)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(gè)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(duì)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(huì)對(duì)提升建筑涂層等級(jí),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(guó)際上普遍認(rèn)為,納米科技是關(guān)系到未來(lái)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)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(duì)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(guó)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(wú)機(jī)納米級(jí)樹脂研制成功.化工科技市場(chǎng)

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