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2023-10-28

納米技術(shù)在防腐蝕涂料中的應(yīng)用

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摘要：隨著納米科技的快速發(fā)展，納米材料的優(yōu)異性能逐漸被應(yīng)用于涂料工業(yè)中，本文主要介紹了國內(nèi)外納米涂料的主要應(yīng)用狀況，以及納米改性涂料研究過程中的重難點問題及目前的解決方法，分享一些納米材料在防腐蝕涂料方面的研究實例。

目前我國的納米涂料發(fā)展較發(fā)達國家還相對落后，亟需科研工作者深入探索。

涂料涂裝防腐蝕技術(shù)長久以來作為簡單方便的防腐蝕方法，在國民經(jīng)濟中扮演著十分重要的作用。

隨著納米技術(shù)開始向各個領(lǐng)域滲透，納米材料在涂料研究中的應(yīng)用越來越多地受到重視。

利用納米粒子的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等，改善涂料的各方面性能，增強其硬度和抗氧化性，使其具有光催化、抗菌、吸收電磁波、隨角異色以及對水、油的親疏等性能。

國內(nèi)外的許多企業(yè)和研究機構(gòu)在納米改性涂料方面作了大量的工作，并取得了可喜的成果。

本文針對納米改性涂料研究過程中的重難點問題及目前的解決方法進行論述，并重點介紹納米材料在防腐蝕涂料方面的研究實例，以期為納米技術(shù)和涂料結(jié)合的相關(guān)研究提供些許參考。

01

國外納米涂料的研究、應(yīng)用狀況

納米材料的應(yīng)用主要包括2 個方面：一是將納米材料添加到某種傳統(tǒng)材料中去，進一步提高傳統(tǒng)材料的性能；

二是將納米材料通過成型工藝制成納米固體材料。目前，第一種技術(shù)更為常見和成熟。

Nanophase Technologies 公司將自己的納米材料產(chǎn)品NanoTek 氧化鋁與透明清漆混合，制得的透明涂料比傳統(tǒng)的涂料耐磨性提高24 倍。

SDC Coatings公司直接將納米SiO2 及納米金屬氧化物溶膠用于耐磨透明涂料SILVUE 系列產(chǎn)品，可以防紫外光、防霧化，已成功用于汽車、飛機、建筑物等的玻璃窗及其他透明度和耐磨性要求高、環(huán)境苛刻的場所。

國外將無機納米材料用于涂料中的另一個成功例子是豪華轎車面漆。將納米TiO2 與鋁粉顏料或云母珠光顏料混合，添加到涂料中，其涂層具有隨角異色性，增加了金屬顏色的豐滿度和視角閃色性。

另外，納米粒子對紫外線具有較強的吸收作用，如在外墻筑涂料中添加TiO2、SiO2 等納米粒子可以提高涂料耐候性。

納米ZnO 是一種很好的光催化劑，在紫外光照射下，能夠分解有機物質(zhì)，起到抗菌和除臭的作用。

國外還利用納米超細(xì)粉末尺寸極小、對不同波長的雷達波和紅外線具有超強吸收作用的特點，采用納米級羰基鐵粉、鎳粉、鐵氧體粉末成功配制了軍事隱身涂料。

涂裝到飛機、軍艦、導(dǎo)彈、潛艇等武器裝備上，使其具有隱身性能，有望在未來軍事隱身化方面大展身手。

一些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物粒子，在室溫下有比常規(guī)的氧化物高的導(dǎo)電特性，日本松下公司已研制成功具有良好靜電屏蔽作用的納米復(fù)合涂料，所用的納米粒子有FeO、TiO2、ZnO 等。

02

國內(nèi)納米涂料的研究、應(yīng)用狀況

國內(nèi)納米涂料的研究發(fā)展大多剛剛起步，主要集中在改善建筑外墻涂料的耐候性和內(nèi)墻涂料的抗菌性方面，而在工業(yè)用涂料、航空航天用涂料以及功能性涂料的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面則落后于發(fā)達國家。

我國第一代納米鈦涂料在哈爾濱研制成功，該涂料用于海洋用鋼的防腐涂裝，可保證十年的優(yōu)異防腐效果。

近幾年，一些科研工作者開始更深一步量化的研究納米顆粒在改善涂料性能的具體作用，包括優(yōu)化原理、納米顆粒粒徑、添加比例等。

中科院金屬研究所的張秀芝等針對海洋環(huán)境中的腐蝕、污損，進行了對納米改性環(huán)氧煤焦瀝青涂層的研究。

利用研磨的物理方法與加入表面改性劑的化學(xué)方法相結(jié)合在環(huán)氧煤焦瀝青中添加0 ％、5 ％、10 ％、20 ％納米鈦粉，研究納米鈦粉的環(huán)氧煤焦瀝青涂層防腐蝕性能。結(jié)果表明含有10 ％(重量)納米鈦粉的涂層具有最好的防護性能。

華南理工大學(xué)的曾振歐等在304 不銹鋼和低碳鋼表面上制備納米TiO2 涂層的基礎(chǔ)上, 通過添加SnO2 制備納米TiO2-SnO2 復(fù)合涂層和疊層涂層，發(fā)現(xiàn)納米TiO2-SnO2/TiO2 涂層對低碳鋼的光陰極保護作用和防腐蝕作用比納米TiO2 涂層更好。

中國科學(xué)院海洋研究所的田惠文等用電化學(xué)阻抗譜法(EIS)研究納米Si02 改性環(huán)氧涂層在3.5 ％NaCl(質(zhì)量分?jǐn)?shù))水溶液中的腐蝕規(guī)律，發(fā)現(xiàn)添加納米Si02 可明顯改善涂層的防腐性能，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 ％時防腐性能最好。

北京化工大學(xué)的解雙英等將納米TiO2 以機械攪拌的方式加到環(huán)氧富鋅涂料中，制備納米TiO2 改性環(huán)氧富鋅涂料，發(fā)現(xiàn)耐候鋼表面涂覆納米TiO2 改性環(huán)氧富鋅涂料后，其自腐蝕電流減小，表面腐蝕程度減輕。

浙江大學(xué)提出了一種納米涂料的表面原位納米改性制備方法，并制備出高性能納米涂料。

廈門大學(xué)與廈門大平工貿(mào)有限公司研發(fā)的隧道防火涂料，制備關(guān)鍵技術(shù)及功能性表面處理的納米涂料項目，申請了2 項國家發(fā)明專利。

我國的一些涂料企業(yè)也在納米涂料的研制方面做出了貢獻，長春新世紀(jì)納米技術(shù)研究所、世紀(jì)納米技術(shù)有限公司、北京納美科技發(fā)展有限公司、北新集團建材股份有限公司、北京市建筑材料科學(xué)研究院等，都已有相對成熟、性能優(yōu)越的納米涂料產(chǎn)品，這對中國納米涂料的技術(shù)進步及應(yīng)用領(lǐng)域拓展起到了良好的推動作用。