2023-10-28

纳米技术在防腐蚀涂料中的应用

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摘要：随着纳米科技的快速发展，纳米材料的优异性能逐渐被应用于涂料工业中，本文主要介绍了国内外纳米涂料的主要应用状况，以及纳米改性涂料研究过程中的重难点问题及目前的解决方法，分享一些纳米材料在防腐蚀涂料方面的研究实例。

目前我国的纳米涂料发展较发达国家还相对落后，亟需科研工作者深入探索。

涂料涂装防腐蚀技术长久以来作为简单方便的防腐蚀方法，在国民经济中扮演着十分重要的作用。

随着纳米技术开始向各个领域渗透，纳米材料在涂料研究中的应用越来越多地受到重视。

利用纳米粒子的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，改善涂料的各方面性能，增强其硬度和抗氧化性，使其具有光催化、抗菌、吸收电磁波、随角异色以及对水、油的亲疏等性能。

国内外的许多企业和研究机构在纳米改性涂料方面作了大量的工作，并取得了可喜的成果。

本文针对纳米改性涂料研究过程中的重难点问题及目前的解决方法进行论述，并重点介绍纳米材料在防腐蚀涂料方面的研究实例，以期为纳米技术和涂料结合的相关研究提供些许参考。

01

国外纳米涂料的研究、应用状况

纳米材料的应用主要包括2 个方面：一是将纳米材料添加到某种传统材料中去，进一步提高传统材料的性能；

二是将纳米材料通过成型工艺制成纳米固体材料。目前，第一种技术更为常见和成熟。

Nanophase Technologies 公司将自己的纳米材料产品NanoTek 氧化铝与透明清漆混合，制得的透明涂料比传统的涂料耐磨性提高24 倍。

SDC Coatings公司直接将纳米SiO2 及纳米金属氧化物溶胶用于耐磨透明涂料SILVUE 系列产品，可以防紫外光、防雾化，已成功用于汽车、飞机、建筑物等的玻璃窗及其他透明度和耐磨性要求高、环境苛刻的场所。

国外将无机纳米材料用于涂料中的另一个成功例子是豪华轿车面漆。将纳米TiO2 与铝粉颜料或云母珠光颜料混合，添加到涂料中，其涂层具有随角异色性，增加了金属颜色的丰满度和视角闪色性。

另外，纳米粒子对紫外线具有较强的吸收作用，如在外墙筑涂料中添加TiO2、SiO2 等纳米粒子可以提高涂料耐候性。

纳米ZnO 是一种很好的光催化剂，在紫外光照射下，能够分解有机物质，起到抗菌和除臭的作用。

国外还利用纳米超细粉末尺寸极小、对不同波长的雷达波和红外线具有超强吸收作用的特点，采用纳米级羰基铁粉、镍粉、铁氧体粉末成功配制了军事隐身涂料。

涂装到飞机、军舰、导弹、潜艇等武器装备上，使其具有隐身性能，有望在未来军事隐身化方面大展身手。

一些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下有比常规的氧化物高的导电特性，日本松下公司已研制成功具有良好静电屏蔽作用的纳米复合涂料，所用的纳米粒子有FeO、TiO2、ZnO 等。

02

国内纳米涂料的研究、应用状况

国内纳米涂料的研究发展大多刚刚起步，主要集中在改善建筑外墙涂料的耐候性和内墙涂料的抗菌性方面，而在工业用涂料、航空航天用涂料以及功能性涂料的研究开发和产业化方面则落后于发达国家。

我国第一代纳米钛涂料在哈尔滨研制成功，该涂料用于海洋用钢的防腐涂装，可保证十年的优异防腐效果。

近几年，一些科研工作者开始更深一步量化的研究纳米颗粒在改善涂料性能的具体作用，包括优化原理、纳米颗粒粒径、添加比例等。

中科院金属研究所的张秀芝等针对海洋环境中的腐蚀、污损，进行了对纳米改性环氧煤焦沥青涂层的研究。

利用研磨的物理方法与加入表面改性剂的化学方法相结合在环氧煤焦沥青中添加0 ％、5 ％、10 ％、20 ％纳米钛粉，研究纳米钛粉的环氧煤焦沥青涂层防腐蚀性能。结果表明含有10 ％(重量)纳米钛粉的涂层具有最好的防护性能。

华南理工大学的曾振欧等在304 不锈钢和低碳钢表面上制备纳米TiO2 涂层的基础上, 通过添加SnO2 制备纳米TiO2-SnO2 复合涂层和叠层涂层，发现纳米TiO2-SnO2/TiO2 涂层对低碳钢的光阴极保护作用和防腐蚀作用比纳米TiO2 涂层更好。

中国科学院海洋研究所的田惠文等用电化学阻抗谱法(EIS)研究纳米Si02 改性环氧涂层在3.5 ％NaCl(质量分数)水溶液中的腐蚀规律，发现添加纳米Si02 可明显改善涂层的防腐性能，添加质量分数为2 ％时防腐性能最好。

北京化工大学的解双英等将纳米TiO2 以机械搅拌的方式加到环氧富锌涂料中，制备纳米TiO2 改性环氧富锌涂料，发现耐候钢表面涂覆纳米TiO2 改性环氧富锌涂料后，其自腐蚀电流减小，表面腐蚀程度减轻。

浙江大学提出了一种纳米涂料的表面原位纳米改性制备方法，并制备出高性能纳米涂料。

厦门大学与厦门大平工贸有限公司研发的隧道防火涂料，制备关键技术及功能性表面处理的纳米涂料项目，申请了2 项国家发明专利。

我国的一些涂料企业也在纳米涂料的研制方面做出了贡献，长春新世纪纳米技术研究所、世纪纳米技术有限公司、北京纳美科技发展有限公司、北新集团建材股份有限公司、北京市建筑材料科学研究院等，都已有相对成熟、性能优越的纳米涂料产品，这对中国纳米涂料的技术进步及应用领域拓展起到了良好的推动作用。

03

主要技术难点

目前，纳米防腐涂料的技术难点，主要集中在三个方面，即纳米材料的表面处理或表面改性、纳米材料在基料中的分散技术以及测试技术，主要是分散度和细度的测试。

纳米微粒的比表面积和表面张力很大，表面活性高，极易发生聚团现象，要使纳米粒子很好的分散，就必须通过各种方式增强纳米粒子间的排斥能。

目前的分散方法可简单的分为电化学方法、化学方法及物理方法。作为化学方法的一种，纳米粒子的表面改性得到了广泛应用，可分为表面覆盖改性、机械化学改性、包膜改性、表面接枝改性、高能量表面改性与利用沉淀反应改性六种。

纳米粒子的均匀分散可通过改变制备工艺、加入分散剂等方法来解决。选择高速研磨和超声分散的复式分散工艺，合理地确定纳米微粒在涂料中添加方式和比例也是极其重要的环节。

根据文献介绍，使用高速研磨机分散纳米微粒效果较好，超声分散技术对纳米微粒在涂料中的分散也十分有效。

04

结束语

总体来说，我国的纳米涂料发展还相对落后，研究手段和相关理论还较缺乏，如何更好的使纳米材料在介质中进行分散和表面改性、探求影响纳米涂料的固化温度及其应用领域还存在许多问题。

但是，纳米涂料的前景还是十分明朗的，也必将在更多的领域应用，这就要我们克服研制中存在的诸多问题，加深纳米技术和涂料结合的相关研究，使其迈上一个新台阶。

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