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一、功能涂料的分類
1 熱功能涂料
熱功能涂料包括耐高溫涂料、隔熱保溫涂料和示溫涂料。
1.1 耐高溫涂料
耐高溫涂料一般指能長期承受200℃以上溫度,漆膜不變色、不脫落,仍能保持適當的物理力學性能,使被保護對象正常發揮作用的功能性涂料。耐高溫涂料主要由耐高溫基料、顏填料組成,其耐高溫性能與基料、顏填料,以及顏填料與基料的匹配有關。一般按基料的不同,將耐高溫涂料分為有機耐高溫涂料和無機耐高溫涂料。有機耐高溫涂料主要是有機硅類耐高溫涂料,這是因為硅氧鍵鍵能高達443kJ/mol,并且有機硅高聚物中Si原子上連接的烴基受熱氧化后,生成高度交聯的Si—O—Si鍵,形成Si—O鏈保護層,減輕了高溫環境對高聚物內部的影響。純有機硅樹脂的高溫防腐能力及耐溶劑性能較差,機械強度和附著力也不理想,常用環氧樹脂、聚酯樹脂對其改性,改性后其耐高溫性下降較小。Chen Hu等人以聚硅氧烷和鋁粉分別作為基料和顏料制備了一種耐熱涂料。這種涂料在600℃以下具有很低的紅外輻射系數,到650℃時,涂層表面才有少量的黑點,說明該涂層能承受650℃高溫。有機耐高溫涂料的耐高溫上限不及無機耐高溫涂料;無機耐高溫涂料耐溫可達400~1000℃甚至更高,但其漆膜脆,硬度高,彎曲時易開裂。常用的幾類耐高溫涂料有癸酸乙酯耐高溫涂料、磷酸鹽耐高溫涂料、硅溶膠耐高溫涂料以及硅酸鹽耐高溫涂料。
耐高溫涂料廣泛用于石油、化工、冶金、交通、宇航、機電、兵器等領域。
1.2 隔熱保溫涂料
隔熱涂料是指能有效地阻止熱傳導,降低涂層表面和內部環境溫度的一類涂料,分為阻隔型隔熱涂料、反射型隔熱涂料、輻射型隔熱涂料、真空絕熱保溫涂料和納米孔超級絕熱保溫涂料5類。
楊少武等人研究了納米二氧化鈦粉體、反射太陽光紅外線因子CICP-L等材料對建筑反射隔熱功能涂料反射太陽光的影響,提出了一條反射太陽光(特別是紅外線)效果顯著的涂料生產合成工藝路線,解決了普通建筑反射隔熱涂料效果低下、色彩不能多樣化的問題。
這類涂料廣泛應用于建筑外墻、船舶甲板、汽車外殼和軍事航天領域。
1.3 示溫涂料
示溫涂料是以顏色變化來指示物體溫度及溫度分布的涂料。示溫涂料分為可逆型、不可逆型和熔融型3類。其原理都是利用受熱前后,涂料中變色顏料發生物理或化學變化而呈現不同顏色,來達到指示溫度等目的。
可逆示溫涂料可用于高溫報警、大面積表面溫度測量;不可逆示溫涂料可用于防偽、建筑裝飾及非金屬材料的溫度測量。
2 防污功能涂料
防污涂料也稱耐沾污涂料,是不易被灰塵等污染物沾污,表面易于清洗的一類新型功能涂料。防污涂料一般由防污基料、漆基、毒劑、顏料、助劑和溶劑組成。按應用類型分類,最常見的防污涂料是建筑防污涂料和船舶防污涂料。
建筑涂料的防污性能是一個很重要的指標,常用的水性建筑涂料能滿足人們的一般要求,但耐沾污性能不強,使用過程中沾到涂膜上的污跡難以清除。要解決涂膜耐沾污性不良的問題,需從提高涂膜致密性和憎水性兩方面入手:一是采用有機硅—丙烯酸樹脂乳液或含氟樹脂乳液;二是加入低表面能的材料(耐沾污劑)。硅丙乳液與醋丙、苯丙、純丙乳液相比,其耐沾污性、耐候性更優異,是近年來發展最快的建筑外墻涂料。將納米技術應用到低表面能涂料中也是一個較好的研究熱點。陳美玲等人將納米SiO2引入氟硅丙烯酸樹脂低表面能防污涂料中,認為納米SiO2可以在涂膜表面形成微納米結構,類似荷葉效應,對涂膜耐沾污性能有增強作用。據報道,北京首創納米科技有限公司利用納米膠體材料、納米雜化乳液以及納米復合微觀組裝技術,研制成具有超疏水性的耐沾污納米復合改性涂料,并得到了實際應用。另外來自仿生學的荷葉效應涂料也引起了一定的關注。
船舶防污涂料的作用是抑制海生物附著。目前較實用的是使用防污劑制備的基料不溶型或基料可溶型防污涂料,這要求防污劑有一個穩定有效的滲出率,在漆膜表面形成有毒溶液薄膜,從而阻止海生物的附著。新型船舶防污涂料有:(1)不含錫類自拋光防污涂料;(2)低表面能防污涂料,這類涂料的表面能在25mN/m時,海生物最難黏附上去;(3)仿生防污涂料;(4)生物化學防污涂料;(5)導電防污涂料;(6)以可溶性硅酸鹽為防污劑的防污涂料。
3 防水功能涂料
防水涂料是在常溫下呈無固定形狀的黏稠狀液態材料,經涂布后,通過溶劑的揮發、水分的蒸發或反應固化后在基層表面可形成堅韌防水膜的材料總稱。防水涂料屬于建筑涂料的一類,具有高強度、高韌性、高密度、高彈性、高效防水性的特點,主要應用于外墻、地下建筑、廚房、衛生間、糧倉等多水潮濕場所,起到防雨、防水和防潮的作用。
根據防水原理,防水涂料可分為兩大類:(1)防水材料滲入混凝土,堵塞毛細孔或形成憎水層,阻礙水的侵入而起到防水作用;(2)高分子物質在基材表面形成一層整體有彈性的防水膜,能適應基層變化,保持涂膜完整,將水與基材隔離,達到防水目的。按成膜物質分類,防水涂料一般可分為:改性瀝青類、乙酸乙烯類、丙烯酸酯類、聚氨酯類、有機硅類、有機氟類和無機(有機、無機復合)類。
目前,市場上的防水涂料有兩大類:一類是聚氨酯類防水涂料,另一類是聚合物水泥基防水涂料。由于聚氨酯、固化劑、填料的不同而形成不同品種的聚氨酯防水涂料,故聚氨酯防水涂料又分為單組分聚氨酯防水涂料、雙組分聚醚型聚氨酯防水涂料、瀝青聚氨酯防水涂料、彩色聚氨酯防水涂料4類。隨著環保要求的提高,環保型單組分聚氨酯防水涂料、水固化型聚氨酯防水涂料、水性聚氨酯防水涂料,有機硅、丙烯酸、環氧等改性聚氨酯防水涂料日益引起人們的重視。M.M.Al-Zahrani等人比較了一種聚氨酯基防水涂料、高黏度環氧基防水涂料、兩種水泥基防水涂料的防水性能,發現聚氨酯基防水涂料顯示出最佳的防水性能。聚合物水泥基防水涂料是一種由液料(聚合物乳液和添加劑)和粉料(水泥、無機填料以及助劑)組成的雙組分水性防水涂料,也是國家大力提倡的環保型產品。
4 防火功能涂料
防火涂料或阻燃涂料是指涂覆于可燃性基材表面,能夠改變材料表面燃燒特性,阻滯火災迅速蔓延,或在火災時能形成隔熱層使底材與熱源隔離,或提高結構的耐火極限的一類功能涂料。隨著建筑物高層化、集群化和可燃有機合成材料的廣泛應用,火災的隱患變得突出,防火涂料作為防火的有效措施之一,得到廣泛應用。防火涂料的阻燃機理為:(1)涂料本身不易燃,使被保護的基材不直接與空氣接觸而延遲基材著火;(2)防火涂料受熱分解出不燃性氣體(這種分解反應如是吸熱反應還會降低體系溫度),沖淡被保護基材受熱分解出的易燃氣體和空氣中的氧氣,抑制燃燒;(3)防火涂料預熱能生成減緩及終止燃燒連鎖反應的自由基;(4)防火涂料遇熱膨脹,形成隔熱隔氧的膨脹炭層,阻止燃燒的進行。涂料用聚合物基料多為易燃物,將P、Si、B或N等元素改性到碳鏈聚合物材料中,可以得到具有較好阻燃性能的材料,而用阻燃劑經過一定的工藝來改善聚合物的燃燒性是一種低成本且有效的方法,得到了廣泛應用。Serge Bourbigot和Sophie Duquesne對阻燃聚合物,特別是阻燃劑、納米填料和表面處理改善聚合物的燃燒性做了詳細總結。
按照組成和防火原理,防火涂料可分為非膨脹型防火涂料和膨脹型防火涂料兩大類。膨脹型防火涂料是國內外應用最廣的一類防火涂料;非膨脹型防火涂料用的防火助劑是一種組合體系,包括成炭劑、成炭催化劑、發泡劑3部分。傳統的多聚磷酸銨/季戊四醇/三聚氰胺阻燃劑體系,在火災時形成疏松的阻隔層,易被火滲透。關于新型阻燃劑體系的研究很多,如用低成本的碳酸鈣、云母,將納米材料,如碳納米管、納米二氧化硅引入防火涂料中,發生火災時形成一層致密的阻隔層,達到更好的防火效果。非膨脹型防火涂料受熱時涂層體積基本不變,一般認為這種防火涂料的阻燃效果有限,主要用于木制品、塑料等表面防止小火引燃和火勢蔓延。
5 防腐功能涂料
防腐涂料是一種能夠避免酸、堿及各種物質對材料腐蝕的涂料,是涂料中的一個重要品種。防腐涂料是保護材料最有效、最經濟、應用最普遍的方法。重防腐涂料是指相對常規防腐涂料而言,能在相對苛刻腐蝕環境中應用,并能達到比常規防腐涂料更長保護期限的一類防腐涂料。
防腐涂料由基料、顏填料、溶劑和助劑組成,其防腐性和耐久性與基料種類、基材的預處理、固化、涂層厚度、涂層和基材間的黏結力,以及一些外部環境因素相關。理解涂層體系中各組分的相互作用,導致防腐涂料腐蝕失效的物理、化學原因,是研發新的防腐涂料的基礎。防腐涂層通常由多涂層體系組成,根據體系的需要,每一層涂層可以是金屬基的、有機的或無機的組分組成,比如典型的海洋防腐涂層由底漆、一道或多道中間漆以及面漆組成。底漆起到保護基材不被腐蝕和提供良好的基材附著力的作用;中間漆提供一定的涂層厚度,并保護基材不被一些外部破壞性物質破壞;面漆則既要滿足顏色、光澤要求,又要能抵抗紫外線輻射。
防腐涂料一般分為聚氨酯防腐涂料、環氧防腐涂料、富鋅防腐涂料、鱗片防腐涂料、高固體分防腐涂料、水性防腐涂料、聚苯胺防腐涂料7類。最常用的防腐涂料是環氧類防腐涂料和聚氨酯類防腐涂料。環氧樹脂類涂料的耐候性不好,常作為底漆或中間涂層;面漆則用聚氨酯類涂料,以保持良好的光澤和耐候性。與環氧樹脂類涂料相比,聚氨酯類防腐涂料具有優異的耐候性,涂膜保光性好,另外,聚氨酯分子間有氫鍵作用,使得聚氨酯涂層具有一定的自修復性。聚氨酯涂料的缺點是機械性能差,易變性,且不耐高溫。
防腐涂料主要應用于金屬防腐、工業和民用建筑構件防腐以及船舶防腐等領域。
6 耐磨涂料
耐磨涂料作為一種功能涂料,涂覆于基材表面后,使材料在摩擦運動的工況下和應力應變的服役環境中,減少摩擦磨損、降低能耗。廣義上說,由熱噴涂、氣相沉積、化學鍍、電鍍和化學黏結法制備的具有耐磨性能的材料均屬于耐磨涂料。下面所說到的耐磨涂料是指化學黏結法制備的耐磨涂料,具有工藝簡單的特點。
耐磨涂料主要由基料、潤滑劑、增強劑3部分組成;鲜悄湍ネ苛系闹匾M成部分,其作用是將涂料中的各種組分牢固地黏結在一起,并與基體產生良好的黏結力,使之在基體表面形成牢固的涂層。耐磨涂料一般采用環氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯等作為基料;潤滑劑是提高耐磨涂料潤滑減磨性能的主要組分,使涂料具有較小的摩擦系數和自潤滑性。常用的耐磨涂料的固體潤滑材料有MoS2、石墨、PTFE(聚四氟乙烯);增強劑一般采用氧化銅粉、石英粉、陶瓷粉等,可在一定程度上提高涂料的機械強度和表面硬度,改善涂料的耐磨性能。耐磨涂料的性能顯然取決于基料、耐磨填料、填料與基料的用量比、填料的配用及填料與基料的結合性能。耐磨涂料的品種很多,應依據具體環境選用耐磨涂料。Hao-Jie Song等人研究了用納米氧化鋅和聚氨酯制備的耐磨涂料的耐磨性能,用紅外光譜分析摩擦過程中粒子的結構變化,用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡分析摩擦機理,通過摩擦系數分析粒子對涂料摩擦學性能的影響,是研究耐磨涂料的典型方法。
7 導電涂料
導電涂料是涂覆于非導電底材上,使其具有傳導電流能力的一類涂料,能起到電磁屏蔽和抗靜電的作用。按組成及導電機理可分為結構型(本征型)導電涂料和復合型(添加型)導電涂料兩類。結構型導電涂料是以導電高聚物(具有共軛π鍵長鏈結構的高分子)為基本成膜物質,以高聚物自身的導電功能使涂層導電。導電高聚物是指自身結構或經過“摻雜”少量“雜質”之后具有一定導電功能的高聚物。復合型導電涂料是通過一定的工序,將導電的無機粒子或有機抗靜電劑加入到非導電樹脂中,制得的抗靜電或導電涂料。目前實際應用較多的是復合型導電涂料。
對于摻入導電粒子的復合型導電涂料,以銀、銅、鎳為填料的金屬系導電涂料,具有導電性高、屏蔽效能好的優點,但也存在填充量大、沉積嚴重、抗氧化性差等缺點。而炭系導電涂料具有導電性好、性能穩定、原料來源廣泛、價格低廉的優點,研究人員對炭系導電涂料進行了大量的研究。M.N.Masri等人用炭黑作導電材料,以環氧樹脂為基料制備了一種導電涂料。炭黑的質量分數≥20%時才具有導電性能,其導電性與炭黑在涂層中的分布狀況有關。孫靜等人自制了一種碳納米管,探討了碳納米管填料在環氧涂料中的導電特性,對比了不同導電功能涂料的防腐性能,認為碳納米管導電涂料在重防腐工業領域有廣闊的應用前景。對于這類填充型導電涂料,其填料含量往往也較大。Guoliang Pan等人研究了石墨/環氧體系導電耐磨涂料,石墨的含量在40%以上時,才能達到體系的滲濾閾值,從而具有導電性能。
8 其它功能涂料
8.1 磁性涂料
磁性涂料是制作各種磁帶、磁盤、磁鼓、磁泡等磁性記錄材料的涂覆材料,由作為顏填料的磁性粉末(磁性介質)、成膜基料、助劑和溶劑組成。其核心組分是磁粉,是決定磁性記錄材料質量的主要因素,針狀γ-Fe2O3和含鈷γ-Fe2O3是大量使用的磁粉。成膜基料是磁性涂料的重要組成部分,決定著磁性涂層對底材的附著力和耐磨性,約占涂料總量的30%。溶劑應能保證磁性涂料具有一定的流動性,良好的分散性和穩定性。助劑主要有分散劑、偶聯劑、增強劑、潤濕劑和防靜電劑等。
8.2 隱身涂料
隱身涂料是為了降低目標被探測、發現和摧毀的概率而發展起來的,采用隱身涂料是最方便的隱身技術之一。按其功能可分為可見光隱身涂料、紅外隱身涂料、激光隱身涂料、雷達隱身涂料等。隨著光電探測技術的迅速發展,武器將同時面對紅外、雷達、可見光等探測與制導的威脅,單一的激光、紅外等隱身材料難以滿足要求,因此開發紅外、雷達與激光復合隱身技術,使隱身涂料向新型化、多頻譜、寬頻帶方向發展。
8.3 發光涂料
發光涂料是指用發光材料制成的能發出熒光和磷光的涂料,由發光顏料和清漆制備而成。發光涂料主要是指蓄光型發光涂料,所用的發光材料主要是第3代自發光材料,即稀土高效蓄光型自發光材料,它作為添加劑加入而制得發光涂料。黃韋星等人采用燃燒法制備了常余輝稀土發光材料,以有機硅-硅溶膠改性丙烯酸樹脂為基料,制得一種新型常余輝發光涂料,其余輝時間達12h以上。
8.4 抗菌涂料
抗菌涂料是指能阻止細菌生長或殺死細菌的一類功能涂料,一般分為添加型抗菌涂料和結構型抗菌涂料。添加型抗菌涂料是通過添加具有抗菌功能的抗菌劑,制得的具有抗菌功能的涂料。目前抗菌劑主要有天然抗菌劑、有機抗菌劑和無機抗菌劑3大類。結構型抗菌涂料是通過一定的化學鍵將抗菌基團連接在高分子樹脂基料上,以此高分子樹脂基料制得的抗菌涂料。
抗菌涂料的作用機理主要有:破壞細胞結構、阻止有絲分裂、影響新陳代謝、形成金屬螯合物。
9 特種涂料
如今,世界各國均十分重視功能性特種涂料的研發與應用。從特種涂料市場的水平看,北京志盛威華特種涂料擁有獨家研發技術,產品處于國內領先水平和較高的市場占有率。功能性特種涂料的未來市場將向中高端市場集中(其中高端市場還應該包括新興特種領域的涂料市場),是否能夠滿足中高端市場的需求可以檢驗一個涂料企業的真實實力。另外,中高端領域特種涂料產品的技術附加值高,向來為眾多涂料企業所覬覦。放眼中國大部分特種涂料企業普遍在低端市場叱咤風云的狀況,假若不改變技術上的劣勢將難以在未來的特種涂料市場競爭中立足。
9.1 熱功能涂料
熱功能涂料:包括耐高溫涂料,防火涂料,隔熱涂料等。此類涂料以志盛威華的ZS-1耐高溫隔熱保溫涂料為代表,該涂料兼具耐高溫、隔熱保溫、防火等多種功能,采用志盛威華特制的硅酸鹽高溫溶液為成膜物,并加入硅酸鋁纖維、熱反射物質和精選陶瓷空心微珠精細加工而成,耐溫可高達1800℃,導熱系數只有0.03W/m·K,可長期耐明火,能有效抑制并屏蔽輻射熱和傳導熱,對高溫物體和低溫物體的隔熱保溫抑制效率均可達到90%以上。此外還有ZS-11膨脹型耐高溫隔熱保溫涂料、ZS-322透明耐高溫隔熱涂料等。
9.2 建筑節能涂料
功能性建筑節能涂料:包括防曬涂料、保溫涂料、玻璃隔熱涂料等。
防曬涂料以ZS-221防曬隔熱涂料為代表,集反射、輻射、紅外線屏蔽與空心微珠隔熱于一體的新型隔熱降溫涂料,涂料能對400nm~2500nm波段范圍的太陽紅外線、可見光和紫外線進行高熱反射,熱反射率在90%以上。
保溫節能涂料以ZS-211反射隔熱保溫涂料為代表,該涂料為環保型水性無機涂料,涂層能在物體表面形成由封閉微珠連接在一起的三維網絡空心結構,是一種具有高效節能、薄層、隔熱保溫、裝飾防水防霉、防火防腐、絕緣于一體的新型太空節能反射隔熱保溫涂料。
玻璃隔熱涂料以志盛威華的ZS-311透明隔熱涂料為代表,該涂料采用目前半導體材料中解決隔熱問題綜合性能最佳的材料氧化銦錫,對太陽光譜具有理想的選擇性,涂層透光性好,只需涂刷幾個微米的厚度,就可使室內外溫差達到6℃左右,紅外屏蔽率達到70%,可見光透過率達到80%,紫外線阻隔率達到99%,還具有優異的耐老化、耐沾污自潔、防靜電、防眩光、防輻射等功能。
9.3 化學功能涂料
化學功能涂料:包括耐特殊介質腐蝕涂料、耐高溫腐蝕涂料、超高溫物體防氧化涂料等。 耐特殊介質腐蝕涂料以志盛威華的ZS-711無機防腐涂料、ZS-1033耐氫氟酸防腐涂料和ZS-1041煙氣防腐涂料為代表,ZS-711能耐住400℃以下的強酸強堿腐蝕以及海水腐蝕,ZS-1033能在稀氫氟酸甚至氣態氫氟酸的摩擦環境下長期工作,ZS-1041是專為煙囪煙道等溫度變化大、酸堿交替腐蝕并具有強烈熱沖擊的煙氣腐蝕環境開發的,膨脹系數好,使用可以長達10年以上。
耐高溫腐蝕涂料以志盛威華的ZS-811高溫防腐涂料和ZS-822復合陶瓷耐高溫防腐涂料為代表,ZS-811耐溫高達1800℃,適用于爐體等高溫有明火部位的防氧化及氯、硫等特殊離子的腐蝕,ZS-822耐溫1200℃,可以形成堅硬致密的陶瓷釉面,能耐住高壓下強酸、強堿蒸汽及有機溶劑的腐蝕。
超高溫防氧化涂料以志盛威華的ZS-1021高溫封閉涂料、ZS-1051透明防氧化涂料、ZS-1023超高溫金屬防氧化涂料為代表。ZS-1021適用于1700℃以下的高溫金屬、石墨等材質上,涂層致密無縫隙;ZS-1051可長期耐溫1700℃,涂料為水性無機環保涂料,涂層完全透明,在不影響基材顏色的前提下,可保證基體在高溫下不生銹、阻燃防火;ZS-1023耐溫高達3000℃,是志盛威華2012年研發的新產品,可以涂刷在飛機、火箭和各種高速飛行器的燃料金屬噴嘴、尖端、鼻帽、葉片上、導彈外殼以及航空和火箭發動機、超高溫設備的高溫金屬表面上防氧化腐蝕。
9.4 電磁功能涂料
電磁功能涂料:主要為高溫絕緣涂料,志盛牌耐高溫絕緣涂料ZS-1091分為600℃溶劑型和1700℃水性兩種,體積電阻率均大于1016Ωm,介電強度(擊穿強度)大于104KV/m。
9.5 機械功能涂料
機械功能涂料:主要為耐磨涂料,志盛威華耐磨涂料有ZS-911防水耐磨涂料和ZS-922透明耐磨涂料兩種,其中ZS-911的耐磨性能是16Mn鋼的10倍、65Mn鋼的9倍、耐火澆注料的50倍,且隨著使用溫度的提高耐磨防水涂料的耐磨性能變化很小;ZS-922透明耐磨涂料采用三軸建體結構,硬度高達8H,涂層完全透明,附著力和耐候性好,可提高基體的耐磨性80%以上,還可防水、防塵。
9.6 界面功能涂料
界面功能涂料:包括自潔涂料,防結冰涂料,防雪涂料,高溫防粘附涂料等。
自潔涂料以志盛威華的ZS-511納米自潔涂料為代表,采用納米結構材料和PIN技術制成,納米材料極低的表面張力使其具有強勁的疏水、抗油污能力,使灰塵與物體表面接觸面積減少90%,具有無比優越的自動清潔特性。
防雪防結冰涂料以ZS-611防冰雪涂料為代表,是志盛威華公司自主知識產權的高科技特種功能涂料,主要由交替排列的多嵌段無機-有機互穿網絡聚合物(IPN)基料和經過表面改性處理的高活性納米防冰雪添加劑組成。
高溫防粘附涂料以志盛威華的ZS-522耐高溫不粘附涂料為代表,耐高溫達2000℃,具有表面能極低、摩擦系數小、易滑動、排斥力強等防粘自潔性特點,可以涂刷在各種高溫冶煉設備表面上防止各種高溫溶液粘附。
9.7 光學功能涂料
光學功能涂料:包括光反射涂料,紅外輻射散熱涂料,耐高溫遠紅外輻射涂料等。 光反射涂料以志盛威華的ZS-221和ZS-311為代表,上面已介紹過,此處不再贅述。 紅外輻射散熱涂料以志盛威華的ZS-411為代表,耐溫幅度-50~600℃,涂料直接涂刷在要散熱降溫的物體表面,能夠以8~13.5μm紅外波長向大氣空間自動輻射走物體上的熱量,降低物體表面和內部溫度,散熱降溫明顯。散熱不受周圍介質影響,可以在真空環境中使用,涂層在起到散熱降溫的同時,也有很好的自潔性、絕緣性、防腐性、防水性、抗酸堿的等特點。
耐高溫遠紅外輻射涂料以志盛威華的ZS-1061為代表,涂料耐溫1700℃,適用于800℃以上的窯爐中,涂料含有的高輻射材料在高溫下輻射出穿透力極強的遠紅外波,使被加熱物體分子吸收波產生能級躍遷,吸收能量均勻受熱,減少加熱時間,充分節約能源,可提高熱效率10%以上。
二、研究前沿
目前功能涂料的研究機構很多,比較有名的是中國科學院過程工程研究所,聯合北京賽特瑞科技發展有限公司建有專門的功能涂料試驗場,涉及到目前市場上比較少的高溫防露點腐蝕涂層、高溫防氧化涂層,硅藻土涂料、瓷磚翻新涂料等。
2013年7月25日報道:
內墻節能保暖涂料是當今世界建筑節能領域里的一項新課題。海南紅杉科創公司研發的內墻節能保暖涂料,日前通過住建部相關科技成果評估,填補了國內此項技術的空白。這種節能保暖涂料,刷在墻面上不僅起到裝飾作用,而且能提高室內溫度,節省電煤燃氣等能源開支。這是我國首個研發成功的內墻節能保暖涂料,它基于內墻反射保溫的原理,由包含納米復合材料的新型原材料制成。涂料涂在內墻表面后,涂層對室內中遠紅外波具有較高的反射能力。同時,涂層中的空心微珠具有一定的熱阻隔作用,可以減少熱量損失,從而提高室內溫度,大幅降低冬季采暖能耗,非常綠色環保。該公司經過2年多的反復研究試驗,最終研發成功這一具有國內首創意義的新產品,并申請了15項發明專利。
山東奔騰漆業有限公司研發了一種會呼吸的涂料。這種涂料擁有海綿般的膠體負離子,可吸附有毒有害氣體,在經過及時過濾后轉換為有效的氧氣,就像森林氧吧一樣。該公司產品一經推出,就受到消費者的歡迎,被一些大型房地產項目采用,還出口到蒙古國。
山東聯迪漆業有限公司今年推出了自潔涂料,同時正在研發防結冰涂料、防雪涂料和高溫防粘附涂料。各種功能性涂料打破了涂料的裝飾性常規,在不同環境要求下,各種涂料大顯神威。像自潔涂料采用納米結構材料和PIN技術制成,納米材料極低的表面張力使其具有強勁的疏水、抗油污能力,使灰塵與物體表面接觸面積減少90%,具有優越的自動清潔特性。汽車玻璃在冬季低溫雨雪天氣容易結冰,成為交通事故的罪魁禍首。在汽車玻璃上面涂刷上一層防雪防結冰涂料,就可以讓駕駛員保持良好視野,利于在低溫天氣安全駕駛。而高溫防粘附涂料耐高溫可達2000℃,具有摩擦系數小、易滑動、排斥力強等防粘自潔性特點,可以涂刷在各種高溫冶煉設備表面上,防止各種高溫溶液粘附。
2013年7月3日報道:
竹炭基乳膠涂料:福建師范大學化學與材料學院日前開發出一種竹炭基乳膠涂料。該涂料可用于塑料薄膜、紙張等涂布的生產以及用于無紡布、薄膜等絲網印刷。用其生產的涂布產品具有吸附有害氣體、調節濕度、抗輻射等多種功能,主要用于織物襯里、箱包內襯、床上用品夾層等。
丙烯酸聚氨酯航空標志漆:一種適用于高空標志、石化企業塔體管線的防腐涂裝的SB86丙烯酸聚氨酯航空標志漆在陜西合陽源源化工有限公司研制成功。
新型防腐隔熱涂料:由海軍裝備部監制研發的某新型防腐隔熱涂料日前順利通過測試。這項成果填補了我軍在這一研發領域的空白,有效解決了導彈發射箱的防腐隔熱難題。
新型納米級涂料:美國西北太平洋國家實驗室以及奧勒岡州立大學的研究人員稱,一種新研發的納米級涂料能大幅提升半導體等器件的散熱效率。
公路反光膠:位于河北涿州開發區的中膠國際膠帶有限公司自行研發生產高性能公路反光膠帶,日前首次在該市道路設施建設中亮相。該產品改善了多年來公路標線涂料的持久性能和反光性能一般、使用壽命不長和施工時間較長等問題。這個具有國際先進水平的產品,填補了國內該技術的空白。
功能性涂料發展前景廣闊,防蚊蠅涂料、防靜電涂料、負離子涂料、防污涂料、節能保暖涂料等,都是企業從實際出發,聯合大中院校共同攻關的產品,F在普通涂料市場競爭激烈,利潤被擠壓得接近于零,可以說難有什么起色。為此,涂料企業應向功能性涂料領域進軍,在短時間內研發出各具特色的功能性涂料,避免在普通涂料方面的惡性競爭。
三、發展前景與展望
1 向水性化發展
目前世界涂料品種結構向著減少VOC等方向發展,中國傳統的溶劑型涂料比重逐漸下降,水性涂料的發展速度也很快,但聚乙烯醇類低檔品種仍占較大比重。提高水性涂料的質量、開發新的品種是鞏固和發展水性涂料的重要環節。重點研究和開發應以醋酸乙烯-丙烯酸共聚乳液、苯乙烯-丙烯酸共聚乳液以及純丙烯酸系列為基料的乳膠涂料為主,并爭取在耐久性、漆膜平滑性、豐滿度、施工性、裝飾性等方面有所突破;對于已較成熟的環氧乳液、水性聚氨酯的水性基料應繼續研究具有高性能的水性涂料,滿足部分的特殊要求。
2 向功能化發展
目前除了應在防火、防毒、防蟲、殺蟲、隔熱保溫等現有質量水平較低的功能涂料上加大力度、進行科研攻關外,還應加緊研究和解決建筑裝飾中的難、新問題,復合化技術將是提高和滿足各類功能的有效途徑。
第一,功能的復合化。如彈性功能與呼吸功能復合:將優良的彈性乳液與被親水官能團表面修飾微殼超微粒子復合化,使彈性能力與透濕性并存。彈性功能與低污染功能的復合:將常溫反應型乳液與涂膜親水性技術復合,通過使用交聯分子量大的反應乳膠,提高伸長率和膜密度,使彈性功能與低污染性相結合。
第二,加強對耐酸雨涂料的基礎研究,解決建筑物受酸雨腐蝕問題,爭取能在基料復合技術及相關助劑的匹配上取得突破,解決中國日趨嚴重的酸雨對建筑物的腐蝕這一大難題。
第三,基料的改性功能復合化,對于已有的基料進行某種特殊性能的改性,并且與特殊功能相復合。如有機硅改性丙烯酸的耐候性與潮氣固化聚氨酯透濕性相結合,以此來達到雙重特殊功能的作用。
3 向高性能、高檔次發展
作為涂料的一種理想性能,不僅要保護和美化基材,還要給予基材本身無法具有的特殊功能,使用一些新的基料就可以使涂料獲得非常驚人的高性能化、高增值化、高級化的效果。如高耐候性的氟樹脂涂料,用于建筑方面取得良好的效果,因為氟樹脂涂料與其它合成樹脂相比具有優異的耐候性、耐久性、耐化學品性;但氟樹脂較為昂貴,用于建筑外墻飾面要受到極大的限制。日本旭硝子公司的氟樹脂,各項性能都非常好,但是原材料成本就約80元/公斤。重視研究氟樹脂在水性化方面的發展,尤其是以氟乙烯為主體的氟樹脂改性的共聚物乳液,使其成為性能好、檔次高、價格又能為人們接受的高品質基料,為發展高性能、高檔次的涂料奠定基礎。在水性聚氨酯涂料的研究方面,應集中力量開發產品。聚氨酯是性能優良的高檔材料之一,使其水性化,不僅符合減少污染、節約能源的要求,而且還保持了聚氨酯本身的特性。
另外,有機硅改性丙烯酸樹脂涂料由于具有優良的耐候性、耐污染性、耐化學品性,是中國建筑涂料發展的重要方向。粉末涂料由于無毒、安全性能好,也將是高檔建筑涂料的主要房展方向。
一、功能涂料的分類
1 熱功能涂料
熱功能涂料包括耐高溫涂料、隔熱保溫涂料和示溫涂料。
1.1 耐高溫涂料
耐高溫涂料一般指能長期承受200℃以上溫度,漆膜不變色、不脫落,仍能保持適當的物理力學性能,使被保護對象正常發揮作用的功能性涂料。耐高溫涂料主要由耐高溫基料、顏填料組成,其耐高溫性能與基料、顏填料,以及顏填料與基料的匹配有關。一般按基料的不同,將耐高溫涂料分為有機耐高溫涂料和無機耐高溫涂料。有機耐高溫涂料主要是有機硅類耐高溫涂料,這是因為硅氧鍵鍵能高達443kJ/mol,并且有機硅高聚物中Si原子上連接的烴基受熱氧化后,生成高度交聯的Si—O—Si鍵,形成Si—O鏈保護層,減輕了高溫環境對高聚物內部的影響。純有機硅樹脂的高溫防腐能力及耐溶劑性能較差,機械強度和附著力也不理想,常用環氧樹脂、聚酯樹脂對其改性,改性后其耐高溫性下降較小。Chen Hu等人以聚硅氧烷和鋁粉分別作為基料和顏料制備了一種耐熱涂料。這種涂料在600℃以下具有很低的紅外輻射系數,到650℃時,涂層表面才有少量的黑點,說明該涂層能承受650℃高溫。有機耐高溫涂料的耐高溫上限不及無機耐高溫涂料;無機耐高溫涂料耐溫可達400~1000℃甚至更高,但其漆膜脆,硬度高,彎曲時易開裂。常用的幾類耐高溫涂料有癸酸乙酯耐高溫涂料、磷酸鹽耐高溫涂料、硅溶膠耐高溫涂料以及硅酸鹽耐高溫涂料。
耐高溫涂料廣泛用于石油、化工、冶金、交通、宇航、機電、兵器等領域。
1.2 隔熱保溫涂料
隔熱涂料是指能有效地阻止熱傳導,降低涂層表面和內部環境溫度的一類涂料,分為阻隔型隔熱涂料、反射型隔熱涂料、輻射型隔熱涂料、真空絕熱保溫涂料和納米孔超級絕熱保溫涂料5類。
楊少武等人研究了納米二氧化鈦粉體、反射太陽光紅外線因子CICP-L等材料對建筑反射隔熱功能涂料反射太陽光的影響,提出了一條反射太陽光(特別是紅外線)效果顯著的涂料生產合成工藝路線,解決了普通建筑反射隔熱涂料效果低下、色彩不能多樣化的問題。
這類涂料廣泛應用于建筑外墻、船舶甲板、汽車外殼和軍事航天領域。
1.3 示溫涂料
示溫涂料是以顏色變化來指示物體溫度及溫度分布的涂料。示溫涂料分為可逆型、不可逆型和熔融型3類。其原理都是利用受熱前后,涂料中變色顏料發生物理或化學變化而呈現不同顏色,來達到指示溫度等目的。
可逆示溫涂料可用于高溫報警、大面積表面溫度測量;不可逆示溫涂料可用于防偽、建筑裝飾及非金屬材料的溫度測量。
2 防污功能涂料
防污涂料也稱耐沾污涂料,是不易被灰塵等污染物沾污,表面易于清洗的一類新型功能涂料。防污涂料一般由防污基料、漆基、毒劑、顏料、助劑和溶劑組成。按應用類型分類,最常見的防污涂料是建筑防污涂料和船舶防污涂料。
建筑涂料的防污性能是一個很重要的指標,常用的水性建筑涂料能滿足人們的一般要求,但耐沾污性能不強,使用過程中沾到涂膜上的污跡難以清除。要解決涂膜耐沾污性不良的問題,需從提高涂膜致密性和憎水性兩方面入手:一是采用有機硅—丙烯酸樹脂乳液或含氟樹脂乳液;二是加入低表面能的材料(耐沾污劑)。硅丙乳液與醋丙、苯丙、純丙乳液相比,其耐沾污性、耐候性更優異,是近年來發展最快的建筑外墻涂料。將納米技術應用到低表面能涂料中也是一個較好的研究熱點。陳美玲等人將納米SiO2引入氟硅丙烯酸樹脂低表面能防污涂料中,認為納米SiO2可以在涂膜表面形成微納米結構,類似荷葉效應,對涂膜耐沾污性能有增強作用。據報道,北京首創納米科技有限公司利用納米膠體材料、納米雜化乳液以及納米復合微觀組裝技術,研制成具有超疏水性的耐沾污納米復合改性涂料,并得到了實際應用。另外來自仿生學的荷葉效應涂料也引起了一定的關注。
船舶防污涂料的作用是抑制海生物附著。目前較實用的是使用防污劑制備的基料不溶型或基料可溶型防污涂料,這要求防污劑有一個穩定有效的滲出率,在漆膜表面形成有毒溶液薄膜,從而阻止海生物的附著。新型船舶防污涂料有:(1)不含錫類自拋光防污涂料;(2)低表面能防污涂料,這類涂料的表面能在25mN/m時,海生物最難黏附上去;(3)仿生防污涂料;(4)生物化學防污涂料;(5)導電防污涂料;(6)以可溶性硅酸鹽為防污劑的防污涂料。
3 防水功能涂料
防水涂料是在常溫下呈無固定形狀的黏稠狀液態材料,經涂布后,通過溶劑的揮發、水分的蒸發或反應固化后在基層表面可形成堅韌防水膜的材料總稱。防水涂料屬于建筑涂料的一類,具有高強度、高韌性、高密度、高彈性、高效防水性的特點,主要應用于外墻、地下建筑、廚房、衛生間、糧倉等多水潮濕場所,起到防雨、防水和防潮的作用。
根據防水原理,防水涂料可分為兩大類:(1)防水材料滲入混凝土,堵塞毛細孔或形成憎水層,阻礙水的侵入而起到防水作用;(2)高分子物質在基材表面形成一層整體有彈性的防水膜,能適應基層變化,保持涂膜完整,將水與基材隔離,達到防水目的。按成膜物質分類,防水涂料一般可分為:改性瀝青類、乙酸乙烯類、丙烯酸酯類、聚氨酯類、有機硅類、有機氟類和無機(有機、無機復合)類。
目前,市場上的防水涂料有兩大類:一類是聚氨酯類防水涂料,另一類是聚合物水泥基防水涂料。由于聚氨酯、固化劑、填料的不同而形成不同品種的聚氨酯防水涂料,故聚氨酯防水涂料又分為單組分聚氨酯防水涂料、雙組分聚醚型聚氨酯防水涂料、瀝青聚氨酯防水涂料、彩色聚氨酯防水涂料4類。隨著環保要求的提高,環保型單組分聚氨酯防水涂料、水固化型聚氨酯防水涂料、水性聚氨酯防水涂料,有機硅、丙烯酸、環氧等改性聚氨酯防水涂料日益引起人們的重視。M.M.Al-Zahrani等人比較了一種聚氨酯基防水涂料、高黏度環氧基防水涂料、兩種水泥基防水涂料的防水性能,發現聚氨酯基防水涂料顯示出最佳的防水性能。聚合物水泥基防水涂料是一種由液料(聚合物乳液和添加劑)和粉料(水泥、無機填料以及助劑)組成的雙組分水性防水涂料,也是國家大力提倡的環保型產品。
4 防火功能涂料
防火涂料或阻燃涂料是指涂覆于可燃性基材表面,能夠改變材料表面燃燒特性,阻滯火災迅速蔓延,或在火災時能形成隔熱層使底材與熱源隔離,或提高結構的耐火極限的一類功能涂料。隨著建筑物高層化、集群化和可燃有機合成材料的廣泛應用,火災的隱患變得突出,防火涂料作為防火的有效措施之一,得到廣泛應用。防火涂料的阻燃機理為:(1)涂料本身不易燃,使被保護的基材不直接與空氣接觸而延遲基材著火;(2)防火涂料受熱分解出不燃性氣體(這種分解反應如是吸熱反應還會降低體系溫度),沖淡被保護基材受熱分解出的易燃氣體和空氣中的氧氣,抑制燃燒;(3)防火涂料預熱能生成減緩及終止燃燒連鎖反應的自由基;(4)防火涂料遇熱膨脹,形成隔熱隔氧的膨脹炭層,阻止燃燒的進行。涂料用聚合物基料多為易燃物,將P、Si、B或N等元素改性到碳鏈聚合物材料中,可以得到具有較好阻燃性能的材料,而用阻燃劑經過一定的工藝來改善聚合物的燃燒性是一種低成本且有效的方法,得到了廣泛應用。Serge Bourbigot和Sophie Duquesne對阻燃聚合物,特別是阻燃劑、納米填料和表面處理改善聚合物的燃燒性做了詳細總結。
按照組成和防火原理,防火涂料可分為非膨脹型防火涂料和膨脹型防火涂料兩大類。膨脹型防火涂料是國內外應用最廣的一類防火涂料;非膨脹型防火涂料用的防火助劑是一種組合體系,包括成炭劑、成炭催化劑、發泡劑3部分。傳統的多聚磷酸銨/季戊四醇/三聚氰胺阻燃劑體系,在火災時形成疏松的阻隔層,易被火滲透。關于新型阻燃劑體系的研究很多,如用低成本的碳酸鈣、云母,將納米材料,如碳納米管、納米二氧化硅引入防火涂料中,發生火災時形成一層致密的阻隔層,達到更好的防火效果。非膨脹型防火涂料受熱時涂層體積基本不變,一般認為這種防火涂料的阻燃效果有限,主要用于木制品、塑料等表面防止小火引燃和火勢蔓延。
5 防腐功能涂料
防腐涂料是一種能夠避免酸、堿及各種物質對材料腐蝕的涂料,是涂料中的一個重要品種。防腐涂料是保護材料最有效、最經濟、應用最普遍的方法。重防腐涂料是指相對常規防腐涂料而言,能在相對苛刻腐蝕環境中應用,并能達到比常規防腐涂料更長保護期限的一類防腐涂料。
防腐涂料由基料、顏填料、溶劑和助劑組成,其防腐性和耐久性與基料種類、基材的預處理、固化、涂層厚度、涂層和基材間的黏結力,以及一些外部環境因素相關。理解涂層體系中各組分的相互作用,導致防腐涂料腐蝕失效的物理、化學原因,是研發新的防腐涂料的基礎。防腐涂層通常由多涂層體系組成,根據體系的需要,每一層涂層可以是金屬基的、有機的或無機的組分組成,比如典型的海洋防腐涂層由底漆、一道或多道中間漆以及面漆組成。底漆起到保護基材不被腐蝕和提供良好的基材附著力的作用;中間漆提供一定的涂層厚度,并保護基材不被一些外部破壞性物質破壞;面漆則既要滿足顏色、光澤要求,又要能抵抗紫外線輻射。
防腐涂料一般分為聚氨酯防腐涂料、環氧防腐涂料、富鋅防腐涂料、鱗片防腐涂料、高固體分防腐涂料、水性防腐涂料、聚苯胺防腐涂料7類。最常用的防腐涂料是環氧類防腐涂料和聚氨酯類防腐涂料。環氧樹脂類涂料的耐候性不好,常作為底漆或中間涂層;面漆則用聚氨酯類涂料,以保持良好的光澤和耐候性。與環氧樹脂類涂料相比,聚氨酯類防腐涂料具有優異的耐候性,涂膜保光性好,另外,聚氨酯分子間有氫鍵作用,使得聚氨酯涂層具有一定的自修復性。聚氨酯涂料的缺點是機械性能差,易變性,且不耐高溫。
防腐涂料主要應用于金屬防腐、工業和民用建筑構件防腐以及船舶防腐等領域。
6 耐磨涂料
耐磨涂料作為一種功能涂料,涂覆于基材表面后,使材料在摩擦運動的工況下和應力應變的服役環境中,減少摩擦磨損、降低能耗。廣義上說,由熱噴涂、氣相沉積、化學鍍、電鍍和化學黏結法制備的具有耐磨性能的材料均屬于耐磨涂料。下面所說到的耐磨涂料是指化學黏結法制備的耐磨涂料,具有工藝簡單的特點。
耐磨涂料主要由基料、潤滑劑、增強劑3部分組成;鲜悄湍ネ苛系闹匾M成部分,其作用是將涂料中的各種組分牢固地黏結在一起,并與基體產生良好的黏結力,使之在基體表面形成牢固的涂層。耐磨涂料一般采用環氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯等作為基料;潤滑劑是提高耐磨涂料潤滑減磨性能的主要組分,使涂料具有較小的摩擦系數和自潤滑性。常用的耐磨涂料的固體潤滑材料有MoS2、石墨、PTFE(聚四氟乙烯);增強劑一般采用氧化銅粉、石英粉、陶瓷粉等,可在一定程度上提高涂料的機械強度和表面硬度,改善涂料的耐磨性能。耐磨涂料的性能顯然取決于基料、耐磨填料、填料與基料的用量比、填料的配用及填料與基料的結合性能。耐磨涂料的品種很多,應依據具體環境選用耐磨涂料。Hao-Jie Song等人研究了用納米氧化鋅和聚氨酯制備的耐磨涂料的耐磨性能,用紅外光譜分析摩擦過程中粒子的結構變化,用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡分析摩擦機理,通過摩擦系數分析粒子對涂料摩擦學性能的影響,是研究耐磨涂料的典型方法。
7 導電涂料
導電涂料是涂覆于非導電底材上,使其具有傳導電流能力的一類涂料,能起到電磁屏蔽和抗靜電的作用。按組成及導電機理可分為結構型(本征型)導電涂料和復合型(添加型)導電涂料兩類。結構型導電涂料是以導電高聚物(具有共軛π鍵長鏈結構的高分子)為基本成膜物質,以高聚物自身的導電功能使涂層導電。導電高聚物是指自身結構或經過“摻雜”少量“雜質”之后具有一定導電功能的高聚物。復合型導電涂料是通過一定的工序,將導電的無機粒子或有機抗靜電劑加入到非導電樹脂中,制得的抗靜電或導電涂料。目前實際應用較多的是復合型導電涂料。
對于摻入導電粒子的復合型導電涂料,以銀、銅、鎳為填料的金屬系導電涂料,具有導電性高、屏蔽效能好的優點,但也存在填充量大、沉積嚴重、抗氧化性差等缺點。而炭系導電涂料具有導電性好、性能穩定、原料來源廣泛、價格低廉的優點,研究人員對炭系導電涂料進行了大量的研究。M.N.Masri等人用炭黑作導電材料,以環氧樹脂為基料制備了一種導電涂料。炭黑的質量分數≥20%時才具有導電性能,其導電性與炭黑在涂層中的分布狀況有關。孫靜等人自制了一種碳納米管,探討了碳納米管填料在環氧涂料中的導電特性,對比了不同導電功能涂料的防腐性能,認為碳納米管導電涂料在重防腐工業領域有廣闊的應用前景。對于這類填充型導電涂料,其填料含量往往也較大。Guoliang Pan等人研究了石墨/環氧體系導電耐磨涂料,石墨的含量在40%以上時,才能達到體系的滲濾閾值,從而具有導電性能。
8 其它功能涂料
8.1 磁性涂料
磁性涂料是制作各種磁帶、磁盤、磁鼓、磁泡等磁性記錄材料的涂覆材料,由作為顏填料的磁性粉末(磁性介質)、成膜基料、助劑和溶劑組成。其核心組分是磁粉,是決定磁性記錄材料質量的主要因素,針狀γ-Fe2O3和含鈷γ-Fe2O3是大量使用的磁粉。成膜基料是磁性涂料的重要組成部分,決定著磁性涂層對底材的附著力和耐磨性,約占涂料總量的30%。溶劑應能保證磁性涂料具有一定的流動性,良好的分散性和穩定性。助劑主要有分散劑、偶聯劑、增強劑、潤濕劑和防靜電劑等。
8.2 隱身涂料
隱身涂料是為了降低目標被探測、發現和摧毀的概率而發展起來的,采用隱身涂料是最方便的隱身技術之一。按其功能可分為可見光隱身涂料、紅外隱身涂料、激光隱身涂料、雷達隱身涂料等。隨著光電探測技術的迅速發展,武器將同時面對紅外、雷達、可見光等探測與制導的威脅,單一的激光、紅外等隱身材料難以滿足要求,因此開發紅外、雷達與激光復合隱身技術,使隱身涂料向新型化、多頻譜、寬頻帶方向發展。
8.3 發光涂料
發光涂料是指用發光材料制成的能發出熒光和磷光的涂料,由發光顏料和清漆制備而成。發光涂料主要是指蓄光型發光涂料,所用的發光材料主要是第3代自發光材料,即稀土高效蓄光型自發光材料,它作為添加劑加入而制得發光涂料。黃韋星等人采用燃燒法制備了常余輝稀土發光材料,以有機硅-硅溶膠改性丙烯酸樹脂為基料,制得一種新型常余輝發光涂料,其余輝時間達12h以上。
8.4 抗菌涂料
抗菌涂料是指能阻止細菌生長或殺死細菌的一類功能涂料,一般分為添加型抗菌涂料和結構型抗菌涂料。添加型抗菌涂料是通過添加具有抗菌功能的抗菌劑,制得的具有抗菌功能的涂料。目前抗菌劑主要有天然抗菌劑、有機抗菌劑和無機抗菌劑3大類。結構型抗菌涂料是通過一定的化學鍵將抗菌基團連接在高分子樹脂基料上,以此高分子樹脂基料制得的抗菌涂料。
抗菌涂料的作用機理主要有:破壞細胞結構、阻止有絲分裂、影響新陳代謝、形成金屬螯合物。
9 特種涂料
如今,世界各國均十分重視功能性特種涂料的研發與應用。從特種涂料市場的水平看,北京志盛威華特種涂料擁有獨家研發技術,產品處于國內領先水平和較高的市場占有率。功能性特種涂料的未來市場將向中高端市場集中(其中高端市場還應該包括新興特種領域的涂料市場),是否能夠滿足中高端市場的需求可以檢驗一個涂料企業的真實實力。另外,中高端領域特種涂料產品的技術附加值高,向來為眾多涂料企業所覬覦。放眼中國大部分特種涂料企業普遍在低端市場叱咤風云的狀況,假若不改變技術上的劣勢將難以在未來的特種涂料市場競爭中立足。
9.1 熱功能涂料
熱功能涂料:包括耐高溫涂料,防火涂料,隔熱涂料等。此類涂料以志盛威華的ZS-1耐高溫隔熱保溫涂料為代表,該涂料兼具耐高溫、隔熱保溫、防火等多種功能,采用志盛威華特制的硅酸鹽高溫溶液為成膜物,并加入硅酸鋁纖維、熱反射物質和精選陶瓷空心微珠精細加工而成,耐溫可高達1800℃,導熱系數只有0.03W/m·K,可長期耐明火,能有效抑制并屏蔽輻射熱和傳導熱,對高溫物體和低溫物體的隔熱保溫抑制效率均可達到90%以上。此外還有ZS-11膨脹型耐高溫隔熱保溫涂料、ZS-322透明耐高溫隔熱涂料等。
9.2 建筑節能涂料
功能性建筑節能涂料:包括防曬涂料、保溫涂料、玻璃隔熱涂料等。
防曬涂料以ZS-221防曬隔熱涂料為代表,集反射、輻射、紅外線屏蔽與空心微珠隔熱于一體的新型隔熱降溫涂料,涂料能對400nm~2500nm波段范圍的太陽紅外線、可見光和紫外線進行高熱反射,熱反射率在90%以上。
保溫節能涂料以ZS-211反射隔熱保溫涂料為代表,該涂料為環保型水性無機涂料,涂層能在物體表面形成由封閉微珠連接在一起的三維網絡空心結構,是一種具有高效節能、薄層、隔熱保溫、裝飾防水防霉、防火防腐、絕緣于一體的新型太空節能反射隔熱保溫涂料。
玻璃隔熱涂料以志盛威華的ZS-311透明隔熱涂料為代表,該涂料采用目前半導體材料中解決隔熱問題綜合性能最佳的材料氧化銦錫,對太陽光譜具有理想的選擇性,涂層透光性好,只需涂刷幾個微米的厚度,就可使室內外溫差達到6℃左右,紅外屏蔽率達到70%,可見光透過率達到80%,紫外線阻隔率達到99%,還具有優異的耐老化、耐沾污自潔、防靜電、防眩光、防輻射等功能。
9.3 化學功能涂料
化學功能涂料:包括耐特殊介質腐蝕涂料、耐高溫腐蝕涂料、超高溫物體防氧化涂料等。 耐特殊介質腐蝕涂料以志盛威華的ZS-711無機防腐涂料、ZS-1033耐氫氟酸防腐涂料和ZS-1041煙氣防腐涂料為代表,ZS-711能耐住400℃以下的強酸強堿腐蝕以及海水腐蝕,ZS-1033能在稀氫氟酸甚至氣態氫氟酸的摩擦環境下長期工作,ZS-1041是專為煙囪煙道等溫度變化大、酸堿交替腐蝕并具有強烈熱沖擊的煙氣腐蝕環境開發的,膨脹系數好,使用可以長達10年以上。
耐高溫腐蝕涂料以志盛威華的ZS-811高溫防腐涂料和ZS-822復合陶瓷耐高溫防腐涂料為代表,ZS-811耐溫高達1800℃,適用于爐體等高溫有明火部位的防氧化及氯、硫等特殊離子的腐蝕,ZS-822耐溫1200℃,可以形成堅硬致密的陶瓷釉面,能耐住高壓下強酸、強堿蒸汽及有機溶劑的腐蝕。
超高溫防氧化涂料以志盛威華的ZS-1021高溫封閉涂料、ZS-1051透明防氧化涂料、ZS-1023超高溫金屬防氧化涂料為代表。ZS-1021適用于1700℃以下的高溫金屬、石墨等材質上,涂層致密無縫隙;ZS-1051可長期耐溫1700℃,涂料為水性無機環保涂料,涂層完全透明,在不影響基材顏色的前提下,可保證基體在高溫下不生銹、阻燃防火;ZS-1023耐溫高達3000℃,是志盛威華2012年研發的新產品,可以涂刷在飛機、火箭和各種高速飛行器的燃料金屬噴嘴、尖端、鼻帽、葉片上、導彈外殼以及航空和火箭發動機、超高溫設備的高溫金屬表面上防氧化腐蝕。
9.4 電磁功能涂料
電磁功能涂料:主要為高溫絕緣涂料,志盛牌耐高溫絕緣涂料ZS-1091分為600℃溶劑型和1700℃水性兩種,體積電阻率均大于1016Ωm,介電強度(擊穿強度)大于104KV/m。
9.5 機械功能涂料
機械功能涂料:主要為耐磨涂料,志盛威華耐磨涂料有ZS-911防水耐磨涂料和ZS-922透明耐磨涂料兩種,其中ZS-911的耐磨性能是16Mn鋼的10倍、65Mn鋼的9倍、耐火澆注料的50倍,且隨著使用溫度的提高耐磨防水涂料的耐磨性能變化很小;ZS-922透明耐磨涂料采用三軸建體結構,硬度高達8H,涂層完全透明,附著力和耐候性好,可提高基體的耐磨性80%以上,還可防水、防塵。
9.6 界面功能涂料
界面功能涂料:包括自潔涂料,防結冰涂料,防雪涂料,高溫防粘附涂料等。
自潔涂料以志盛威華的ZS-511納米自潔涂料為代表,采用納米結構材料和PIN技術制成,納米材料極低的表面張力使其具有強勁的疏水、抗油污能力,使灰塵與物體表面接觸面積減少90%,具有無比優越的自動清潔特性。
防雪防結冰涂料以ZS-611防冰雪涂料為代表,是志盛威華公司自主知識產權的高科技特種功能涂料,主要由交替排列的多嵌段無機-有機互穿網絡聚合物(IPN)基料和經過表面改性處理的高活性納米防冰雪添加劑組成。
高溫防粘附涂料以志盛威華的ZS-522耐高溫不粘附涂料為代表,耐高溫達2000℃,具有表面能極低、摩擦系數小、易滑動、排斥力強等防粘自潔性特點,可以涂刷在各種高溫冶煉設備表面上防止各種高溫溶液粘附。
9.7 光學功能涂料
光學功能涂料:包括光反射涂料,紅外輻射散熱涂料,耐高溫遠紅外輻射涂料等。 光反射涂料以志盛威華的ZS-221和ZS-311為代表,上面已介紹過,此處不再贅述。 紅外輻射散熱涂料以志盛威華的ZS-411為代表,耐溫幅度-50~600℃,涂料直接涂刷在要散熱降溫的物體表面,能夠以8~13.5μm紅外波長向大氣空間自動輻射走物體上的熱量,降低物體表面和內部溫度,散熱降溫明顯。散熱不受周圍介質影響,可以在真空環境中使用,涂層在起到散熱降溫的同時,也有很好的自潔性、絕緣性、防腐性、防水性、抗酸堿的等特點。
耐高溫遠紅外輻射涂料以志盛威華的ZS-1061為代表,涂料耐溫1700℃,適用于800℃以上的窯爐中,涂料含有的高輻射材料在高溫下輻射出穿透力極強的遠紅外波,使被加熱物體分子吸收波產生能級躍遷,吸收能量均勻受熱,減少加熱時間,充分節約能源,可提高熱效率10%以上。
二、研究前沿
目前功能涂料的研究機構很多,比較有名的是中國科學院過程工程研究所,聯合北京賽特瑞科技發展有限公司建有專門的功能涂料試驗場,涉及到目前市場上比較少的高溫防露點腐蝕涂層、高溫防氧化涂層,硅藻土涂料、瓷磚翻新涂料等。
2013年7月25日報道:
內墻節能保暖涂料是當今世界建筑節能領域里的一項新課題。海南紅杉科創公司研發的內墻節能保暖涂料,日前通過住建部相關科技成果評估,填補了國內此項技術的空白。這種節能保暖涂料,刷在墻面上不僅起到裝飾作用,而且能提高室內溫度,節省電煤燃氣等能源開支。這是我國首個研發成功的內墻節能保暖涂料,它基于內墻反射保溫的原理,由包含納米復合材料的新型原材料制成。涂料涂在內墻表面后,涂層對室內中遠紅外波具有較高的反射能力。同時,涂層中的空心微珠具有一定的熱阻隔作用,可以減少熱量損失,從而提高室內溫度,大幅降低冬季采暖能耗,非常綠色環保。該公司經過2年多的反復研究試驗,最終研發成功這一具有國內首創意義的新產品,并申請了15項發明專利。
山東奔騰漆業有限公司研發了一種會呼吸的涂料。這種涂料擁有海綿般的膠體負離子,可吸附有毒有害氣體,在經過及時過濾后轉換為有效的氧氣,就像森林氧吧一樣。該公司產品一經推出,就受到消費者的歡迎,被一些大型房地產項目采用,還出口到蒙古國。
山東聯迪漆業有限公司今年推出了自潔涂料,同時正在研發防結冰涂料、防雪涂料和高溫防粘附涂料。各種功能性涂料打破了涂料的裝飾性常規,在不同環境要求下,各種涂料大顯神威。像自潔涂料采用納米結構材料和PIN技術制成,納米材料極低的表面張力使其具有強勁的疏水、抗油污能力,使灰塵與物體表面接觸面積減少90%,具有優越的自動清潔特性。汽車玻璃在冬季低溫雨雪天氣容易結冰,成為交通事故的罪魁禍首。在汽車玻璃上面涂刷上一層防雪防結冰涂料,就可以讓駕駛員保持良好視野,利于在低溫天氣安全駕駛。而高溫防粘附涂料耐高溫可達2000℃,具有摩擦系數小、易滑動、排斥力強等防粘自潔性特點,可以涂刷在各種高溫冶煉設備表面上,防止各種高溫溶液粘附。
2013年7月3日報道:
竹炭基乳膠涂料:福建師范大學化學與材料學院日前開發出一種竹炭基乳膠涂料。該涂料可用于塑料薄膜、紙張等涂布的生產以及用于無紡布、薄膜等絲網印刷。用其生產的涂布產品具有吸附有害氣體、調節濕度、抗輻射等多種功能,主要用于織物襯里、箱包內襯、床上用品夾層等。
丙烯酸聚氨酯航空標志漆:一種適用于高空標志、石化企業塔體管線的防腐涂裝的SB86丙烯酸聚氨酯航空標志漆在陜西合陽源源化工有限公司研制成功。
新型防腐隔熱涂料:由海軍裝備部監制研發的某新型防腐隔熱涂料日前順利通過測試。這項成果填補了我軍在這一研發領域的空白,有效解決了導彈發射箱的防腐隔熱難題。
新型納米級涂料:美國西北太平洋國家實驗室以及奧勒岡州立大學的研究人員稱,一種新研發的納米級涂料能大幅提升半導體等器件的散熱效率。
公路反光膠:位于河北涿州開發區的中膠國際膠帶有限公司自行研發生產高性能公路反光膠帶,日前首次在該市道路設施建設中亮相。該產品改善了多年來公路標線涂料的持久性能和反光性能一般、使用壽命不長和施工時間較長等問題。這個具有國際先進水平的產品,填補了國內該技術的空白。
功能性涂料發展前景廣闊,防蚊蠅涂料、防靜電涂料、負離子涂料、防污涂料、節能保暖涂料等,都是企業從實際出發,聯合大中院校共同攻關的產品,F在普通涂料市場競爭激烈,利潤被擠壓得接近于零,可以說難有什么起色。為此,涂料企業應向功能性涂料領域進軍,在短時間內研發出各具特色的功能性涂料,避免在普通涂料方面的惡性競爭。
三、發展前景與展望
1 向水性化發展
目前世界涂料品種結構向著減少VOC等方向發展,中國傳統的溶劑型涂料比重逐漸下降,水性涂料的發展速度也很快,但聚乙烯醇類低檔品種仍占較大比重。提高水性涂料的質量、開發新的品種是鞏固和發展水性涂料的重要環節。重點研究和開發應以醋酸乙烯-丙烯酸共聚乳液、苯乙烯-丙烯酸共聚乳液以及純丙烯酸系列為基料的乳膠涂料為主,并爭取在耐久性、漆膜平滑性、豐滿度、施工性、裝飾性等方面有所突破;對于已較成熟的環氧乳液、水性聚氨酯的水性基料應繼續研究具有高性能的水性涂料,滿足部分的特殊要求。
2 向功能化發展
目前除了應在防火、防毒、防蟲、殺蟲、隔熱保溫等現有質量水平較低的功能涂料上加大力度、進行科研攻關外,還應加緊研究和解決建筑裝飾中的難、新問題,復合化技術將是提高和滿足各類功能的有效途徑。
第一,功能的復合化。如彈性功能與呼吸功能復合:將優良的彈性乳液與被親水官能團表面修飾微殼超微粒子復合化,使彈性能力與透濕性并存。彈性功能與低污染功能的復合:將常溫反應型乳液與涂膜親水性技術復合,通過使用交聯分子量大的反應乳膠,提高伸長率和膜密度,使彈性功能與低污染性相結合。
第二,加強對耐酸雨涂料的基礎研究,解決建筑物受酸雨腐蝕問題,爭取能在基料復合技術及相關助劑的匹配上取得突破,解決中國日趨嚴重的酸雨對建筑物的腐蝕這一大難題。
第三,基料的改性功能復合化,對于已有的基料進行某種特殊性能的改性,并且與特殊功能相復合。如有機硅改性丙烯酸的耐候性與潮氣固化聚氨酯透濕性相結合,以此來達到雙重特殊功能的作用。
3 向高性能、高檔次發展
作為涂料的一種理想性能,不僅要保護和美化基材,還要給予基材本身無法具有的特殊功能,使用一些新的基料就可以使涂料獲得非常驚人的高性能化、高增值化、高級化的效果。如高耐候性的氟樹脂涂料,用于建筑方面取得良好的效果,因為氟樹脂涂料與其它合成樹脂相比具有優異的耐候性、耐久性、耐化學品性;但氟樹脂較為昂貴,用于建筑外墻飾面要受到極大的限制。日本旭硝子公司的氟樹脂,各項性能都非常好,但是原材料成本就約80元/公斤。重視研究氟樹脂在水性化方面的發展,尤其是以氟乙烯為主體的氟樹脂改性的共聚物乳液,使其成為性能好、檔次高、價格又能為人們接受的高品質基料,為發展高性能、高檔次的涂料奠定基礎。在水性聚氨酯涂料的研究方面,應集中力量開發產品。聚氨酯是性能優良的高檔材料之一,使其水性化,不僅符合減少污染、節約能源的要求,而且還保持了聚氨酯本身的特性。
另外,有機硅改性丙烯酸樹脂涂料由于具有優良的耐候性、耐污染性、耐化學品性,是中國建筑涂料發展的重要方向。粉末涂料由于無毒、安全性能好,也將是高檔建筑涂料的主要房展方向。