論文：奈米塗料發展與應用分析
論文：奈米塗料發展與應用分析
[摘要]科技的發展，使我們對物質的結構研究的越來越透徹。奈米技術便由此產生了，主要對奈米材料和奈米塗料的應用加以闡述。
[關鍵詞]奈米材料應用
一、奈米的發展歷史
奈米（nm）是長度單位，1奈米是10-9米（十億分之一米），對宏觀物質來說，奈米是一個很小的單位，不如，人的頭髮絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細胞的直徑一般為3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百奈米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級；對於微觀物質如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當於1個氫原子的直徑，1奈米是10埃。一般認為奈米材料應該包括兩個基本條件：一是材料的特徵尺寸在1-100nm之間，二是材料此時具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。
1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德。費曼預言，人類可以用小的機器製作更小的機器，最後實現根據人類意願逐個排列原子、製造產品，這是關於奈米科技最早的夢想。1991年，美國科學家成功地合成了碳奈米管，並發現其質量僅為同體積鋼的1/6，強度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級纖維.這一奈米材料的發現標誌人類對材料效能的發掘達到了新的高度。1999年，奈米產品的年營業額達到500億美元。
二、奈米技術在防腐中的應用
奈米塗料必須滿足兩個條件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因為奈米相的存在而使塗料的效能有明顯提高或具有新功能。奈米塗料效能改善主要包括：第一、施工效能的改善。利用奈米粒子粒徑對流變性的影響，如奈米SiO2用於建築塗料，可防止塗料的.流掛；第二、耐候性的改善。利用奈米粒子對紫外線的吸收性，如利用奈米TiO2、SiO2可製得耐候性建築外牆塗料、汽車面漆等；第三、力學效能的改善。利用奈米粒子與樹脂之間強大的介面結合力，可提高塗層的強度、硬度、耐磨性、耐刮傷性等。奈米功能性塗料主要有抗菌塗料、介面塗料、隱身塗料、靜電遮蔽塗料、隔熱塗料、大氣淨化塗料、電絕緣塗料、磁性塗料等。
奈米技術的應用為塗料工業的發展開闢了一條新途徑，目前用於塗料的奈米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由於奈米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之間極易團聚，奈米粒子的這種特性決定了奈米塗料不可能象顏料、添料與基料透過簡單的混配得到。同時奈米粒子種類很多，效能各異，不是每一種奈米粒子和每一粒徑範圍的奈米粒子製得的塗料都能達到所期望的效能和功能，需要經過大量的實驗研究工作，才有可能得到真正的奈米塗料。
奈米塗料雖然無毒，但由於改性技術原因，效能並不理想，加上價格太貴，難以推廣；而三聚磷酸鋁也因價格原因未能大量應用。國外公司如美國的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德國的Hrubach、法國的SNCZ、英國的BritishPetroleum、日本的帝國化工公司均推出了一系列無毒奈米防鏽顏料，效能不錯，甚至已可與鉻酸鹽相以前我國防鏽顏料的開發整體水平落後於西方發達國家，仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統防鏽顏料為主。紅丹因其汙染嚴重，對人體的傷害很大，目前已被許多國家相繼淘汰和禁止使用；磷酸鋅防鏽顏料雖比。我國防鏽塗料業也蓬勃發展，也可以生產奈米漆。
我國自主生產的產品目前已透過國家塗料質量監督檢測中心、鐵道部產品質量監督檢驗中心車輛檢驗站等國內多家權威機構的分析和檢測，同時還經過加拿大國家塗料資訊中心等國外權威機構的技術分析，結果表明其具有目前國內外同類產品無可比擬的防鏽效能和環保優勢，是防鏽塗料領域劃時代產品，複合鐵鈦粉及其防鏽漆透過國家權威機構的鑑定後已在多個工業領域得到應用。
三、奈米材料在塗料中應用展前景
預測據估算，全球奈米技術的年產值已達到500億美元。目前，發達國家政府和大的企業紛紛啟動了發展奈米技術和奈米計劃的研究計劃。美國將奈米技術視為下一次工業革命的核心，2001年年初把奈米技術列為國家戰略目標，在奈米科技基礎研究方面的投資，從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元，準備像微電子技術那樣在這一領域獨佔領先地位。日本也設立了奈米材料中心，把奈米技術列入新五年科技基本計劃的研究開發重點，將以奈米技術為代表的新材料技術與生命科學、資訊通訊、環境保護等並列為四大重點發展領域。德國也把奈米材料列入21世紀科研的戰略領域，全國有19家機構專門建立了奈米技術研究網。在人類進入21世紀之際，奈米科學技術的發展，對社會的發展和生存環境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻。從某種意義上說，21世紀將是一個奈米世紀。
由於表面奈米技術運用面廣、產業化週期短、附加值高，所形成的高新技術和高技術產品、以及對傳統產業和產品的改造升級，產業化市場前景極好。
在奈米功能和結構材料方面，將充分利用奈米材料的異常光學特性、電學特性、磁學特性、力學特性、敏感特性、催化與化學特性等開發高技術新產品，以及對傳統材料改性；將重點突破各類奈米功能和結構材料的產業化關鍵技術、檢測技術和表徵技術。多功能的奈米複合材料、高效能的奈米硬質合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業的跨越式發展提供了廣泛的機遇。各類奈米材料的產業化可能形成一批大型企業或企業集團，將對國民經濟產生重要影響；奈米技術的應用逐漸滲透到涉及國計民生的各個領域，將產生新的經濟增長點。
奈米技術在塗料行業的應用和發展，促使塗料更新換代，為塗料成為真正的綠色環保產品開創了突破性的新紀元。
奈米塗料已被認定為北京奧運村建築工程的專用產品，展示出該塗料在建築領域裡的應用價值。它利用獨特的光催化技術對空氣中有毒氣體有強烈的分解，消除作用。對甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能，使室內空氣更加清新。經測試，對各種黴菌的殺抑率達99％以上，有長期的防黴防藻效果。奈米改性內牆塗料，實際上是高階的衛生型塗料，適合於家庭、醫院、賓館和學校的塗裝。奈米改性外牆塗料，利用奈米材料二元協同的荷葉雙疏機理，較低的表面張力，具有高強的附著力，漆膜硬度高且有韌性，優良的自潔功能，強勁的抗粉塵和抗髒物的粘附能力，疏水性極佳，容易清洗汙物的效能。耐洗性大於15000次，具有良好的保光保色效能，抗紫外線能力極強。使用壽命達15年以上。顆粒徑細小，能深入牆體，與牆面的矽酸鹽類物質配位反應，使其牢牢結合成一體，附著力強，不起皮，不剝落，抗老化。其奈米抗凍性功能塗料，除具備奈米型塗料各種優良性之外，可在10℃到25℃之內正常施工。突破了建築塗料要求牆體溼度在10％以下的規定，使建築行業施工縮短了工期，提高了功效，又創造出高質量。
四、結語
由於目前應用奈米材料對塗料進行改性尚處在初級階段，技術、工藝還不太成熟，需要探索和改進。但塗料的各種效能得到某些改進的試驗結果足以證明，奈米改性塗料的市場前景是非常好的。
參考文獻：
[1]橋本和仁等［J］.現代化工.1996(8):25～28.
[2]曾漢民［J］.現代塗料與塗裝.2001(4，5，6):40～42，39～42，42～44.
[3]張志檁［J］.現代化工.2001(12):1～5.