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纳米技术在涂料中的应用

桑迪莫里森(SandyMorrison)

概述

纳米技术的发展虽然是瞬息间的事情，但是却已经在涂料工业中发挥了重要的作用，它以其优异的性能
开辟了许多新的应用领域，如大大改善了汽车面漆的抗划伤性能，提高了产品的抗菌性能，可做成自洁性涂
料、能提高产品的耐侵蚀性能等等。我们对涂料化学的研究工作处于才刚刚开始的阶段。

在接下来的数年内我们能取得什么样的成就呢？如图所示，从事纳米技术研究的涂料制造部门提出了当
前主流的一些观点，接下来我们将分析这些观点；但是需要肯定的一点是，还有45%"其它"的应用领域，
对我们的工业部门来说，这意味着纳米技术将会有更多的、令人感兴趣的功能，对于这部分内容我们将在本
月的评论中进行讨论。

图1:纳米技术在涂料领域中应用一览
来源:IRL

纳米尺度的问题

对于所有的纳米技术进行研究，我们都需要考虑物质在纳米水平上的相互作用，有时甚至需要考虑粒子
的量子效应。但是在纳米尺度和微观态结构之间并没有明显的界限，因此比较通用的解释是纳米技术针对的
对象是尺寸范围在1到100纳米（0.001到0.1微米）之间、或者更小的粒子或结构（一根人的头发平均直
径在100微米范围内）。

我们可以把钠迷技术细分成纳米装置和纳米材料两大领域。据报道美国军方正在关注含有嵌入纳米机器
的涂料的开发，这种机器可以检测出微小的缺陷并进行修补；或者这种机器能产生"变色龙"式的拟态涂料，
从而保证在战场上坦克能够改变它们的伪装图案。纳米装置是边缘性的、纯理论式的技术，而纳米材料现在
却正在改变着我们的工业体系。

相关的纳米技术被合理有效的应用到多类型的有机/无机混合涂料领域。对这些技术感兴趣的读者可以
回顾最新的关于有机/无机的混合涂料的技术概述以及相关的评论。在本次讨论中那些被讨论过的主题只做
概略性的介绍。树枝状聚合物（dendrimers），可以作为纳米技术发展的一个特殊的领域，将在以后的分
子结构部分进行综述性的讨论。纳米技术的发展还深深地影响了被称之为"智能"涂料的开发应用，这将在以
后的栏目中作更深入的讨论。

微型化的发展
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用最简单的话来说，纳米粒子只是一个非常精细的分散形式，这在涂料技术中已被大家所熟知。生产这
些精细粒子的常规研磨法的能力需要使用更小的研磨微珠。在研磨设计中，生产者掌握了相当多的技巧，他
们可以长时间的研磨而不会产生过热，这就保证了分离后的研磨产物不含有那些微小的微珠，而且非常干净。
如果粒子的大小被充分减小的话，只要粒子被烘干或者固化后能够保持分散状态，那么下面观察到的综合性
能就完全是以下粒子的相互作用产生的：小粒子尺寸、每克单位粒子数以及大大改善了的比表面积。粒子和
粘结剂之间的反应键合点的数量大大增多，一般可提高材料的韧性。所有原来固有的色彩会被改变，光学
透明度提高，这主要是因为粒子上发生最大反射的波长是与粒子的直径成比例的。取向的碟状材料会产生
非常高的阻隔效应。容易产生毒性危害问题，这一点接下来将会讨论。很小的金属粒子，它可以小到足够
满足量子物理学定律的要求，而开始明显地影响粒子行为。
在催化剂中，通常一个简单类型的纳米粒子结构就能引起相当大的兴趣的，这主要是因为它们能够提供
一个非常高的反应活性比表面积。在纳米材料尺寸研究的另一个领域内，我们可以精确的定制大分子或者
如树枝状聚合物、碳的富勒稀等"纳米化合物"，它们的用途取决于它们本身的特殊分子结构以及活性。

其中还有一个特别受到涂料领域关注的技术领域：具有特定结构的纳米粒子；纳米复合材料的粒子的定
位控制能力，能形成比一般随机排列的涂层结构更加紧密的结构。

如下图所示，对众多不同类型的纳米技术进行一般性的归类。由于材料尺度以及无机物含量等可以在一
个更宽的范围内变化，因此这个图不是太完整，不需要做深入的研究。

图2:纳米技术分类

改良的颗粒造就性能优异的薄膜

纳米技术的一些应用完全属于现有技术的一种延伸，如喷墨用墨水的生产是常见的例子。一般颜料的耐
久性能比染料好，但是为了保证生产出墨水能够顺利通过喷墨头的微细孔洞，颜料需要有高稳定性、非常精
细的颜料颗粒尺寸特征。

有很多研究报道指出，含有1-2%含量的硅或氧化铝等硬质纳米粒子的添加剂，能显著提高抗划伤性能、
抗水性等性能。这项技术已经用于实际生产中，如用于汽车的透明涂料等。

研究人员还报道了一则比较受关注的信息，在涂料辐射固化时，使用纳米硅材料可以加快固化，这可能
是由于在纳米硅粒子的表面发生了链转移反应的原因。树脂结构本身就含有一个关键的组分，其它材料可以
起协同作用。例如聚