纳米技术在建筑涂料的应用现状及进展

发布时间：2008-11-10 阅读 次

1．概述
　　纳米技术是20世纪80年末刚刚诞生并正在迅速掘起的一项新技术。它的出现标志
着人类改造自然的能力已延伸到原子、分子水平，标志着人类科学技术进入了一个新
的时代——纳米科技时代。许多专家学者预测，纳米科技必将成为21世纪的主导技术
之一。
纳米材料是利用原子物理、凝聚态物理，胶体化学、固体化学、量子化学、表面和界
面等多学科的理论和技术制备的直接由原子、分子排布的新材料。从某种意义上讲，
纳米材料的研究及进展势必把物理、化学等领域推广向一个新层次，因为许多过程的
现象很难用传统理论来解释。
纳米材料具有特殊的小尺寸效应、表面界面效应、量子效应、介电效应等，可以
引用到涂料中赋予涂料不同于常规的一些力学、热学、光学及电磁学性能，制备新的
功能涂料如杀菌、防霉、隔热、耐磨、静电屏蔽、绝缘、耐污染、抗老化等，而且可
以提升传统涂料的性能使涂料升级换代。由于建筑涂料是涂料行业用量最大的品种之
一，也是提升传统涂料的重点领域。
2．国内外基本应用现状
纳米技术是80年代末兴起的。在国外，如美国及其它发达国家的政府和企业都投
入了大量的资金和人力进行支持，以便在纳米技术领域占有一席之地，使纳米技术处
于纳米工业的领先地位。纳米材料在涂料中的应用研究近几年内已有较大发展，目前
已有一些产品初步应用于市场，如隔热、耐磨、静电屏蔽、防伪、隐身涂料等；也有
纳米材料应用于建筑涂料的产品，如用纳米材料改性的纳米有机无机复合乳液制备外
墙涂料、纳米二氧化硅系列胶体用于外墙涂料等，可以提高涂层户外的耐候性、耐污
染性、耐水性、耐擦洗性及涂料悬浮稳定性，但是相关的报导较少。
国内纳米材料及纳米技术的研究在90年代初开始，和国外起步相当。即使原来制
备的是纳米材料，也没有归结为纳米技术，如常州涂料院70年代初研制开发的透明氧
化铁，就是一种纳米材料。90年代以后，研究院所和大专院校对纳米技术和纳米材料
的研究相当活跃，并取得了许多研究成果，陆续在北京、上海、天津、浙江、江苏、
广东、山东、安徽、湖北、河北等省市建成了近百个纳米技术及纳米材料研究基地，
已有10多条线正式生产。其主要品种是纳米金属和纳米金属氧化物等，主要用于高分
子材料加工行业。纳米材料用于涂料特别是建筑涂料的研究应也相当活跃，如在内墙
涂料中制备出了无毒的长效防霉杀菌涂料、透气防水高强度耐擦洗涂料，光催化自清
洁涂料等等。在外墙涂料中制备出了抗老化涂料、抗污染涂料、自清洁涂料、防水防
霉防藻涂料、多种功能复合涂料等等。由于纳米材料的应用，提高了传统建筑涂料的
性能，应该说取得了可喜的进步。但是我们应该清醒的认识到，纳米材料在涂料中的
主要应用方式是把纳米材料（粉体）加入到涂料中进行物理分散，只是部分提升了涂
料的物性，大部分还没有达到质的变化，这只能归结为纳米材料（粉体）在涂料中的
应用过于简单，纳米应用技术还没有上升到原子或分子水平的排布。更有企业将纳米
材料加入到涂料中，就称为纳米涂料，并进行商业炒作，影响了纳米材料在建筑涂料
中的应用研究。所以，建筑涂料行业的同仁应该多做一些踏踏实实的研究开发和应用
工作。
3．技术进展
众所周知，建筑涂料主要由树脂（成膜物）、颜填料、助剂和稀释剂（水性涂料
稀释剂为水）而构成。纳米材料及纳米应用技术要针对提升哪些性能来设计和应用。
因此应向制备纳米材料的单位和科技人员进行了解，纳米材料及其特性才能达到预期
的效果。
3．1建筑涂料中主要应用的纳米材料
为了提升传统建筑涂料的各种性能，可用的纳米材料有很多品种。

但最主要的是纳米金属（如Ag等）、纳米金属氧化物（如TiO2、SiO2、CaCO3、ZnO
等）。纳米材料的粒径在1~100nm之间。和广义上讲也还应包括三维结构中有一维长
度在1~100nm之间具有特殊物理化学性能的材料。应该注意的是，同一种纳米材料由
于粒径大小不同，材料性能也会有很大差异。上面提到的纳米金属银（Ag）在建筑涂
料中具有长效杀菌防霉防藻作用；纳米二氧化钛（TiO2锐钛型）具有光催化紫外吸
收、稳定杀菌作用；纳米二氧化硅（SiO2）具有疏水性、抗污增强作用；纳米碳酸钙
（CaCO3）具有增强作用；纳米氧化锌（ZnO）具有杀菌、耐磨、紫外吸收作用，其特
性原理很多文章都进行了介绍，此处不在赘述。
3．2纳米材料在建筑涂料应用过程及技术
纳米材料是粒径为1~100nm的超微粒子，它是介于微观体系和宏观体系之间的一
种新的界观物理态，具有特殊的小尺寸效应、表面界面效应、量子效应和介电效应
等。而在建筑涂料应用技术还是小尺寸效应对涂料和涂膜性能进行改进和提高，其应
用技术主要分为二类，一是按建筑涂料用助剂的方式直接进行应用；二是对成膜物质
进行改性，配制所需建筑涂料。
3．2．1纳米材料作为助剂应用
目前的大部分纳米材料改性建筑涂料都采用以助剂的方式加入涂料中，加入方式
又分为直接加入，和制成分散浆加入，直接加入方式是在涂料配料阶段以粉料直接加
入，经过高速分散或研磨，符合要求后再加入涂料其它组份，配制成建筑涂料。分散
浆料加入是把纳米粉体材料经过润湿分散或（强力分散包括超声波等手段）制成分散
稳定的液体浆料，直接在成品涂料中加入。根据涂料性能的不同要求，来确定纳米材
料的品种、加量、分散方式、分散时间，力求发挥出纳米材料的特性。需要注意的
是，纳米材料加入清漆时，要注意树脂成分的抗老化性（如耐候性好的树脂），制备
色漆时，由于有大量颜、填料存在，对树脂要求就不太严格。
3．2．2纳米材料对成膜物质进行改性
　 纳米材料对成膜物质的改性，能够较好地展现纳米材料的独特性能，但工艺复
杂、难度大、不易控制，这也是纳米材料对涂膜性能改进的研究热点。
3．2．2．1超声波改性
用超声波空化作用可产生局部高温、高压、强烈冲击波、极高的温度梯度和速度