纳米涂料的发展与应用
[原创 2010-05-11 16:05:51]
纳米涂料的发展与应用
[论文关键词纳米 材料 应用
[论文摘要]科技的发展，使我们对物质的结构研究的越来越透彻。纳米技术便由此产生了，主要对纳米材料和纳米涂料的应用加以阐述。
一、纳米的发展历史
纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米）对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
当固体微颗粒的尺寸减小到一定临界尺寸时，粒子将表现出与原固体xx不同的行为，其尺寸上限与所研究的物理、化学特性、材料种类有关，甚至与温度环境因素有关,。一般而言，在室温下产生理化性质显著变化的颗粒尺寸多数介于lnm-lOOnm范围内，因此，把粒径在1皿~1OOnm范围内，并且能观察到体积效应或表面效应的颗粒称为纳米粒子。纳米粒子是由数目较少的原子或分子组成的原子群或分子群，处在原子蔟和宏观物体交界的过渡区域，是一种典型的介观系统，只有在显微镜下才能观察到其颗粒形态。纳米粒子表面原子是长程与短程皆无序的非晶层，而在粒子心部，存在结晶完好周期性排布的原子，不过其结构与本体样品稍有不同。正是由于纳米粒子的这种特殊结构类型，导致了纳米粒子具有常规微细粉末所不具备的反常特性。这些特殊性质主要取决于纳米粒子的小尺寸效应、表面界面效应以及量子效应，三者相互联系难以截然分开。纳米粒子特殊的磁、光、电性能及其在高温下仍具有高强、高韧、优良稳定性等特性，使其具有广阔的应用前景。本文拟综述纳米材料在涂料中的应用。
1959年，xx物理学家、诺贝尔奖获得者理查德,。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，{zh1}实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。 “如果有朝一日人们能把百科全书储存在一个针尖大小的空间内并能搬动原子，那么这将给科学带来什么？”这正是对纳米科技的预言，也就是人们常说的小尺寸大世界。
1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。
现代涂料发展方向可用一句话概括:开发符合环保要求的高性能涂料。纳米粒子具有常规微细粉末所不具备的特性。将其应用于涂料中，纳米粒子特殊的磁、光、电性能及其在高温下仍具有高强、高韧、耐磨、优良稳定性的性能，可为开发符合环保要求的高性能涂料提供新的机遇，是制造高性能涂料特别是功能涂料的战略途径。
二、材料在涂料中应用现状
纳米材料在涂料高科技领域的应用研究目前主要在以下三个方面：
①环境：光催化有机物降解材料、保洁xx涂层材料、生态建材、处理有害气体减少环境污染的材料。
②功能涂层材料（具有阻燃、防静电、高介电、吸收散射紫外线和不同频率段的红外吸收和反射及隐身涂层）
③高耐水、耐久性（耐气候老化性）、耐沾污性的纳米（改性）外墙饰面涂料，该涂料的优异性能是一般高、中档涂料所不能比拟的。
1，国内研究
专利报导较多，但有代表性的申报专利，较多并已制备出纳米材料的主要有中科院金属研究所、中科院化学研究所、复旦大学国家教育部先进涂料工程研究中心、华东理工大学、纳米材料研究中心、四川大学、北京理工大学纳米材料研究中心、哈尔滨工业大学材料与工程学院、重庆阿波罗机电技术开发公司等单位。
我国目前所制备出的用于涂料的纳米材料主要有纳米TiO2、纳米SiO2、纳米CaCO3等，它们在涂料中用量分别为39%、19.6%、8.8%。ZnO，Al2O3，金属粉等分别为6.5%，其它纳米材料用于涂料中还较少。纳米TiO2用量{zd0}，主要跟它的不同晶型有不同的作用有很大关系。金红石型纳米TiO2是良好的无机紫外线吸收剂，在涂料中能形成屏蔽作用，达到抗紫外线和热老化的目的，同时增加涂料的隔热性，从而提高有机涂层的耐久性。而锐钛型纳米TiO2又是极好的光催化剂，可有效吸附和分解空气中的有害气体，使有机涂层具有xx防腐作用。
纳米材料在涂料中的应用对象可分成三类：水性涂料体系、溶剂型涂料体系和粉末涂料体系。其中水性涂料体系为54%，溶剂型为38%，粉末体系占8%。用于建筑上的主要为水性涂料体系，其中以乳胶漆为主,。
科学的应用纳米材料可使其在涂料中发挥重要作用，少量的纳米材料可明显提高涂料的耐候性（耐老化、抗紫外、保光、保色）、力学性能（附着力、韧性、硬度）、耐磨性（耐洗刷、耐磨耗性）、xx性、光催化活性（可用做光触媒涂层材料）。还可改变涂膜的疏水性、亲水性、自清洁、抗沾污性等。纳米粒子用于提高涂料的耐候性和力学性能所占比例较大，各为21%。
综合专利技术和比较xx的报导看，在我国纳米TiO2、纳米SiO2、纳米CaCO3、纳米ZnO、纳米Al2O3使用比例较大，发展前景较好。
国内纳米材料的应用实践
中科院金属所与中科纳米涂料技术（苏州）有限公司采用两步法制备纳米复合涂料，即先把纳米粉制成纳米浓缩浆，然后再由纳米浓缩浆制备纳米复合涂料。他们主要采用Z10、T30两种型号的纳米ZnO、TiO2制备出了抗紫外、纳米复合丙烯酸酯涂料。
江苏河海纳米科技股份有限公司与有关科研部门合作，将纳米TiO2应用到建筑涂料中，解决了纳米材料在涂料中的分散和稳定性、纳米材料和其他材料如聚合物乳液等相互作用、纳米材料与涂料性能提高和增加涂料新的功能关系等方面的难题。
他们针对纳米材料应用过程中普遍存在自团聚现象，进行了大量试验，研制出了具有相对稳定性的几种材料的水性分散体系，利用球磨机，配制成含20%TiO2的浆料，采用超声波分散30min，得到稳定的水性分散体系，其平均粒径为80nm，分布窄,。
在制备过程中经试验选用了无机xx防霉剂Ag和Cu，从而制备了多功能外墙涂料。
中化建常洲涂料化工研究院与江苏常泰纳米材料有限公司合作，选用低温成膜性好的具有异相构型的丙烯酸乳液为基料，并引入功能性的复合纳米材料（SiO2与ZnO）制备出了涂膜强度好，低温成膜性优，VOC含量极低，且无需添加有机类防腐xx剂而具备防腐xx效果，并能分解空气中有害的有机化合物的纳米改性内墙乳胶涂料。
哈尔滨工业大学市政环境工程学院、绿色化学与技术研究中心，以锐钛型纳米TiO2粉体为载体，Na2SiO3为包覆剂，H2SO4为中和剂，成功地制备出分散性好、耐候性强的纳米TiO2/SiO2复合粉体，提高了纳米TiO2粉体在功能涂料中的实用功效，开辟了纳米材料在涂料中应用的新途径。
上海复旦大学国家教育部先进涂料工程研究中心陈敏、武利民等人，在纳米二氧化硅水分散介质中，借助于显碱性的辅助单体1-乙烯基咪唑（1-VID）与未改性纳米SiO2表面羟基之间强烈的酸―碱作用，通过1-VID与甲基丙烯酸甲酯（MMA）的自由基共聚合制备了草莓型的PMMA/SiO2复合微球。整个制备反应过程中纳米SiO2无需表面处理，体系中无需加入乳化剂或助乳化剂，微球表面吸附纳米SiO2，对颗粒起稳定作用。由于有机颗粒表面被纳米SiO2均匀而致密的覆盖，因此该聚合方法在制备高耐磨、高强度、高硬度的水性涂料方面有着潜在的巨大应用价值。
哈尔滨鑫科纳米科技发展有限公司打破物质由大到小的逐级粉碎的常规,，加工中使研磨球与普通钛粉都处悬浮状态，在高速旋转中相互撞击，终于在瞬间得到纳米级钛粉。专家们还成功地找到了分散剂、保护剂，不但解决了困扰纳米研究的团聚问题，又让纳米钛可在常态下长期保存。将纳米钛与树脂化合后生成的多种全新涂料，具有多种同类产品无法相比的优越性。首先是耐腐蚀，用其涂覆的物品既能耐沸水，又能在海水中浸泡10年不坏，是目前海洋船体防腐蚀涂料中{zj1}发展前景的。其次，涂层的硬度和耐磨性显著提高，它还有神奇的自我修复能力，可作为金属、非金属材料通用的修补剂。
南京化工大学与河海纳米科技公司合作开发了三种纳米内墙涂料。涂料 1)具有持久释放负离子，改善室内空气质量的功能；涂料2)可吸收空气中异味(如室内装修后的甲醛、 氨气、烟味),，净化空气。涂料3)具有xx、防霉、辐射远红外及保健功能。
广漆化工公司川采用聚硅氧烷、锐钛型纳米级TiO2、填料和溶剂，制得光催化净化大气环保涂料，对空气中NoX净化效果良好，降解率很高，在太阳光下，达到97%。反应产物为硝酸，大部分吸附在催化剂表面，水洗后可使涂层的催化活性恢复如初。
2， 国外研究
纳米粒子在涂料中的应用研究，美国走在世界的前列。经过我们的调查，美国已有三个公司供应商业化的纳米涂料产品。
Nanophase Technologies公司在纳米涂料的研究中处于{lx1}地位，产量{zd0}的纳米粒子品种是 nm-ZnO。Nanophase Technoloeies也生产其他用于涂料的无机纳米材料 (如氧化铟锡，氧化锑锡等等)，用其制得的涂料具有透明性，具有隔绝红外和紫外的作用。另外，这些纳米粒子可用来生产高耐磨涂料，用于眼镜镜片，地板等场所。同时，在军事上也有了应用，海军舰艇上的金属部件涂装这种涂料后，耐磨蚀性可以成倍的增加，极大地提高了这些需长期经受磨损和腐蚀考验的金属部件的寿命。
Altair Technologies公司与Nanopowder公司合作，生产具有先进功能的涂料。主要的纳米材料产品是nm-TiO2，产品牌号为TiNano40系列，粒径为30-5Onm。表面处理过的 TiO2，产品在800℃下氧化l00个小时晶型不发生变化，比表面积为60m2/g。 TiNano40系列产品还包括不需分散就能直接在涂料或其他场合运用的浆料。
美国TRITON SYSTEMS公司生产透明超耐磨纳米涂料，商品名为NanoTuf Coatigs。据称，耐磨性是传统耐磨涂料的四倍。这种耐磨涂料还具有隔热功能和优异的耐化学腐蚀性能，可用作头盔的护目镜，飞机座舱盖和玻璃，轿车玻璃和建筑物玻璃等的保护涂层。所采用的填料是经过化学改性纳米蒙脱土粒子。美国海军正在计划采用这种涂料涂装高级保护目镜及舰船的易磨损部件。另据德国专利把纳米SiO2粒子加入涂料后，也可获得高耐磨透明涂料。
超微细TiO2(10-5Onm)，对可见光的透射能力很强，例如对55Onm的可见光，透明度可达90%以上，具有极大的紫外光屏蔽性。当超微细TiO2与铝粉颜料和/或珠光颜料配合用于涂料，能得到产生随角异色效应的涂料，通常称为金属闪光漆。所用的超细TiO2{zj0}粒径为20-3Onm，透明度为8-10级，紫外光吸收度6级左右。目前，世界上己有福特 (Ford)、克菜斯乐(Chrysler)、丰田(Toyota)、马自达 (Mazda)等xx的汽车制造公司使用含超微细TiO2的金属轿车面漆。此外，超微细TiO2作为一种良好的{yj}性紫外线吸收剂，还可用于配制耐久型外用透明涂料，加入量为0.5-4%，用于木器、家具、文物保护等领域。汽车面漆中应用非常广泛的另一种纳米材料是透明氧化铁，粒径 10-90nm，没有遮盖力，呈透明或半透明状，有红、黄、黑、棕四种颜色，以透铁红和透铁黄用量{zd0}。
纳米TiO2已在可见光的照射下对碳氢化合物有催化作用。任何沾污在表面上的物质，包括油污、xx在光的照射下由纳米TiO2的催化，能使这些碳氢化合物氧化变成气体或者很容易被擦掉的物质。日本东京己有人利用这一效应可以在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂覆一层纳米 TiO2薄层，生产出自洁玻璃和自洁瓷砖。纳米TiO2光致催化作用给人们带来了福音，使高层建筑的玻璃、厨房容易粘污的瓷砖、医院的墙壁的保洁xx都可以很容易地进行。
纳米静电屏蔽材料用于家用电器和其它电器的静电屏蔽具有良好的作用。日本松下公司已研制成功具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有 Fe2O3，TiO2，Cr2O3，ZnO等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，同时氧化物纳米微粒的颜色不同，TiO2，SiO2纳米粒子为白色，Cr2O3为绿色，Fe2O3为褐色，这样就可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色。这种纳米静电屏蔽涂料不但有很好的静电屏蔽特性，而且也克服了通常由树脂加碳黑制成的静电屏蔽涂料的颜色单调性。
总之，国内外纳米粒子在涂料中的应用非常活跃，并且有商业化的产品出售，所生产的涂料大都作为特种涂料或附加值高的xx轿车效应涂料，也有些工作着重改善传统涂料的施工性能、耐老化性能等。
二、纳米技术在防腐中的应用
纳米涂料必须满足两个条件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或具有新功能。纳米涂料性能改善主要包括：{dy}、施工性能的改善。利用纳米粒子粒径对流变性的影响，如纳米SiO2用于建筑涂料,，可防止涂料的流挂；第二、耐候性的改善。利用纳米粒子对紫外线的吸收性，如利用纳米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车面漆等；第三、力学性能的改善。利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力，可提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。纳米功能性涂料主要有xx涂料、界面涂料、隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、大气净化涂料、电绝缘涂料、磁性涂料等。
纳米技术的应用为涂料工业的发展开辟了一条新途径，目前用于涂料的纳米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于纳米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之间极易团聚，纳米粒子的这种特性决定了纳米涂料不可能象颜料、添料与基料通过简单的混配得到。同时纳米粒子种类很多，性能各异，不是每一种纳米粒子和每一粒径范围的纳米粒子制得的涂料都能达到所期望的性能和功能，需要经过大量的实验研究工作，才有可能得到真正的纳米涂料。
纳米涂料虽然xx，但由于改性技术原因，性能并不理想，加上价格太贵，难以推广；而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。国外公司如美国的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德国的Hrubach、法国的SNCZ、英国的BritishPetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列xx纳米防锈颜料，性能不错，甚至已可与铬酸盐相以前我国防锈颜料的开发整体水平落后于西方发达国家，仍然以红丹、铬酸盐、铁系颜料、磷酸锌等传统防锈颜料为主。红丹因其污染严重，对人体的伤害很大，目前已被许多国家相继淘汰和禁止使用；磷酸锌防锈颜料虽比。我国防锈涂料业也蓬勃发展，也可以生产纳米漆。
我国自主生产的产品目前已通过国家涂料质量监督检测中心、铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站、机械科学院武汉材料保护研究所等国内多家xx机构的分析和检测，同时还经过加拿大国家涂料信息中心等国外xx机构的技术分析，结果表明其具有目前国内外同类产品无可比拟的防锈性能和环保优势，是防锈涂料领域划时代产品，复合铁钛粉及其防锈漆通过国家xx机构的鉴定后已在多个工业领域得到应用。
三、纳米材料在涂料中应用展前景预测
据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，2001年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占{lx1}地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。
由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。
在纳米功能和结构材料方面，将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品，以及对传统材料改性；将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团，将对国民经济产生重要影响；纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域，将产生新的经济增长点。
纳米技术在涂料行业的应用和发展，促使涂料更新换代，为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。
纳米涂料已被认定为北京奥运村建筑工程的专用产品，展示出该涂料在建筑领域里的应用价值,。它利用独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解，xx作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和xx的功能，使室内空气更加清新。经测试，对各种霉菌的杀抑率达99％以上，有长期的防霉防藻效果。纳米改性内墙涂料，实际上是高级的卫生型涂料，适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装。纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，漆膜硬度高且有韧性，优良的自洁功能，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力，疏水性{jj0}，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外线能力极强。使用寿命达15年以上。颗粒径细小，能深入墙体，与墙面的硅酸盐类物质配位反应，使其牢牢结合成一体，附着力强，不起皮，不剥落，抗老化。其纳米抗冻性功能涂料，除具备纳米型涂料各种优良性之外，可在10℃到25℃之内正常施工。突破了建筑涂料要求墙体湿度在10％以下的规定，使建筑行业施工缩短了工期，提高了功效，又创造出高质量。
四、纳米（改性）涂料的发展趋势
3.1 目前从发展看还是应更好的解决纳米材料在涂料中的应用问题。这需要我们的相关研究部门，制备出更多的、稳定性更好的纳米材料，以便使其应用于涂料中能更充分的发挥其功能。
3.2 利用纳米材料的奇异特性研发出多种类型的功能性涂料，这应该是纳米材料在涂料中应用的一个方向。
3.3 研发出更多的应用于高科技领域与国防军事部门的涂料（如隐身材料）是提高国力的必需。
五、结语
由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。
参考文献：
[1]桥本和仁等［J］. 现代化工. 1996(8):25～28.
[2]曾汉民［J］.现代涂料与涂装. 2001(4，5，6):40～42，39～42，42～44.
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纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米）对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
当固体微颗粒的尺寸减小到一定临界尺寸时，粒子将表现出与原固体xx不同的行为，其尺寸上限与所研究的物理、化学特性、材料种类有关，甚至与温度环境因素有关,。一般而言，在室温下产生理化性质显著变化的颗粒尺寸多数介于lnm-lOOnm范围内，因此，把粒径在1皿~1OOnm范围内，并且能观察到体积效应或表面效应的颗粒称为纳米粒子。纳米粒子是由数目较少的原子或分子组成的原子群或分子群，处在原子蔟和宏观物体交界的过渡区域，是一种典型的介观系统，只有在显微镜下才能观察到其颗粒形态。纳米粒子表面原子是长程与短程皆无序的非晶层，而在粒子心部，存在结晶完好周期性排布的原子，不过其结构与本体样品稍有不同。正是由于纳米粒子的这种特殊结构类型，导致了纳米粒子具有常规微细粉末所不具备的反常特性。这些特殊性质主要取决于纳米粒子的小尺寸效应、表面界面效应以及量子效应，三者相互联系难以截然分开。纳米粒子特殊的磁、光、电性能及其在高温下仍具有高强、高韧、优良稳定性等特性，使其具有广阔的应用前景。本文拟综述纳米材料在涂料中的应用。
1959年，xx物理学家、诺贝尔奖获得者理查德,。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，{zh1}实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。 “如果有朝一日人们能把百科全书储存在一个针尖大小的空间内并能搬动原子，那么这将给科学带来什么？”这正是对纳米科技的预言，也就是人们常说的小尺寸大世界。
1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。
现代涂料发展方向可用一句话概括:开发符合环保要求的高性能涂料。纳米粒子具有常规微细粉末所不具备的特性。将其应用于涂料中，纳米粒子特殊的磁、光、电性能及其在高温下仍具有高强、高韧、耐磨、优良稳定性的性能，可为开发符合环保要求的高性能涂料提供新的机遇，是制造高性能涂料特别是功能涂料的战略途径。
二、材料在涂料中应用现状
纳米材料在涂料高科技领域的应用研究目前主要在以下三个方面：
①环境：光催化有机物降解材料、保洁xx涂层材料、生态建材、处理有害气体减少环境污染的材料。
②功能涂层材料（具有阻燃、防静电、高介电、吸收散射紫外线和不同频率段的红外吸收和反射及隐身涂层）
③高耐水、耐久性（耐气候老化性）、耐沾污性的纳米（改性）外墙饰面涂料，该涂料的优异性能是一般高、中档涂料所不能比拟的。
1，国内研究
专利报导较多，但有代表性的申报专利，较多并已制备出纳米材料的主要有中科院金属研究所、中科院化学研究所、复旦大学国家教育部先进涂料工程研究中心、华东理工大学、纳米材料研究中心、四川大学、北京理工大学纳米材料研究中心、哈尔滨工业大学材料与工程学院、重庆阿波罗机电技术开发公司等单位。
我国目前所制备出的用于涂料的纳米材料主要有纳米TiO2、纳米SiO2、纳米CaCO3等，它们在涂料中用量分别为39%、19.6%、8.8%。ZnO，Al2O3，金属粉等分别为6.5%，其它纳米材料用于涂料中还较少。纳米TiO2用量{zd0}，主要跟它的不同晶型有不同的作用有很大关系。金红石型纳米TiO2是良好的无机紫外线吸收剂，在涂料中能形成屏蔽作用，达到抗紫外线和热老化的目的，同时增加涂料的隔热性，从而提高有机涂层的耐久性。而锐钛型纳米TiO2又是极好的光催化剂，可有效吸附和分解空气中的有害气体，使有机涂层具有xx防腐作用。
纳米材料在涂料中的应用对象可分成三类：水性涂料体系、溶剂型涂料体系和粉末涂料体系。其中水性涂料体系为54%，溶剂型为38%，粉末体系占8%。用于建筑上的主要为水性涂料体系，其中以乳胶漆为主,。
科学的应用纳米材料可使其在涂料中发挥重要作用，少量的纳米材料可明显提高涂料的耐候性（耐老化、抗紫外、保光、保色）、力学性能（附着力、韧性、硬度）、耐磨性（耐洗刷、耐磨耗性）、xx性、光催化活性（可用做光触媒涂层材料）。还可改变涂膜的疏水性、亲水性、自清洁、抗沾污性等。纳米粒子用于提高涂料的耐候性和力学性能所占比例较大，各为21%。
综合专利技术和比较xx的报导看，在我国纳米TiO2、纳米SiO2、纳米CaCO3、纳米ZnO、纳米Al2O3使用比例较大，发展前景较好。
国内纳米材料的应用实践
中科院金属所与中科纳米涂料技术（苏州）有限公司采用两步法制备纳米复合涂料，即先把纳米粉制成纳米浓缩浆，然后再由纳米浓缩浆制备纳米复合涂料。他们主要采用Z10、T30两种型号的纳米ZnO、TiO2制备出了抗紫外、纳米复合丙烯酸酯涂料。
江苏河海纳米科技股份有限公司与有关科研部门合作，将纳米TiO2应用到建筑涂料中，解决了纳米材料在涂料中的分散和稳定性、纳米材料和其他材料如聚合物乳液等相互作用、纳米材料与涂料性能提高和增加涂料新的功能关系等方面的难题。
他们针对纳米材料应用过程中普遍存在自团聚现象，进行了大量试验，研制出了具有相对稳定性的几种材料的水性分散体系，利用球磨机，配制成含20%TiO2的浆料，采用超声波分散30min，得到稳定的水性分散体系，其平均粒径为80nm，分布窄,。
在制备过程中经试验选用了无机xx防霉剂Ag和Cu，从而制备了多功能外墙涂料。
中化建常洲涂料化工研究院与江苏常泰纳米材料有限公司合作，选用低温成膜性好的具有异相构型的丙烯酸乳液为基料，并引入功能性的复合纳米材料（SiO2与ZnO）制备出了涂膜强度好，低温成膜性优，VOC含量极低，且无需添加有机类防腐xx剂而具备防腐xx效果，并能分解空气中有害的有机化合物的纳米改性内墙乳胶涂料。
哈尔滨工业大学市政环境工程学院、绿色化学与技术研究中心，以锐钛型纳米TiO2粉体为载体，Na2SiO3为包覆剂，H2SO4为中和剂，成功地制备出分散性好、耐候性强的纳米TiO2/SiO2复合粉体，提高了纳米TiO2粉体在功能涂料中的实用功效，开辟了纳米材料在涂料中应用的新途径。
上海复旦大学国家教育部先进涂料工程研究中心陈敏、武利民等人，在纳米二氧化硅水分散介质中，借助于显碱性的辅助单体1-乙烯基咪唑（1-VID）与未改性纳米SiO2表面羟基之间强烈的酸―碱作用，通过1-VID与甲基丙烯酸甲酯（MMA）的自由基共聚合制备了草莓型的PMMA/SiO2复合微球。整个制备反应过程中纳米SiO2无需表面处理，体系中无需加入乳化剂或助乳化剂，微球表面吸附纳米SiO2，对颗粒起稳定作用。由于有机颗粒表面被纳米SiO2均匀而致密的覆盖，因此该聚合方法在制备高耐磨、高强度、高硬度的水性涂料方面有着潜在的巨大应用价值。
哈尔滨鑫科纳米科技发展有限公司打破物质由大到小的逐级粉碎的常规,，加工中使研磨球与普通钛粉都处悬浮状态，在高速旋转中相互撞击，终于在瞬间得到纳米级钛粉。专家们还成功地找到了分散剂、保护剂，不但解决了困扰纳米研究的团聚问题，又让纳米钛可在常态下长期保存。将纳米钛与树脂化合后生成的多种全新涂料，具有多种同类产品无法相比的优越性。首先是耐腐蚀，用其涂覆的物品既能耐沸水，又能在海水中浸泡10年不坏，是目前海洋船体防腐蚀涂料中{zj1}发展前景的。其次，涂层的硬度和耐磨性显著提高，它还有神奇的自我修复能力，可作为金属、非金属材料通用的修补剂。
南京化工大学与河海纳米科技公司合作开发了三种纳米内墙涂料。涂料 1)具有持久释放负离子，改善室内空气质量的功能；涂料2)可吸收空气中异味(如室内装修后的甲醛、 氨气、烟味),，净化空气。涂料3)具有xx、防霉、辐射远红外及保健功能。
广漆化工公司川采用聚硅氧烷、锐钛型纳米级TiO2、填料和溶剂，制得光催化净化大气环保涂料，对空气中NoX净化效果良好，降解率很高，在太阳光下，达到97%。反应产物为硝酸，大部分吸附在催化剂表面，水洗后可使涂层的催化活性恢复如初。
2， 国外研究
纳米粒子在涂料中的应用研究，美国走在世界的前列。经过我们的调查，美国已有三个公司供应商业化的纳米涂料产品。
Nanophase Technologies公司在纳米涂料的研究中处于{lx1}地位，产量{zd0}的纳米粒子品种是 nm-ZnO。Nanophase Technoloeies也生产其他用于涂料的无机纳米材料 (如氧化铟锡，氧化锑锡等等)，用其制得的涂料具有透明性，具有隔绝红外和紫外的作用。另外，这些纳米粒子可用来生产高耐磨涂料，用于眼镜镜片，地板等场所。同时，在军事上也有了应用，海军舰艇上的金属部件涂装这种涂料后，耐磨蚀性可以成倍的增加，极大地提高了这些需长期经受磨损和腐蚀考验的金属部件的寿命。
Altair Technologies公司与Nanopowder公司合作，生产具有先进功能的涂料。主要的纳米材料产品是nm-TiO2，产品牌号为TiNano40系列，粒径为30-5Onm。表面处理过的 TiO2，产品在800℃下氧化l00个小时晶型不发生变化，比表面积为60m2/g。 TiNano40系列产品还包括不需分散就能直接在涂料或其他场合运用的浆料。
美国TRITON SYSTEMS公司生产透明超耐磨纳米涂料，商品名为NanoTuf Coatigs。据称，耐磨性是传统耐磨涂料的四倍。这种耐磨涂料还具有隔热功能和优异的耐化学腐蚀性能，可用作头盔的护目镜，飞机座舱盖和玻璃，轿车玻璃和建筑物玻璃等的保护涂层。所采用的填料是经过化学改性纳米蒙脱土粒子。美国海军正在计划采用这种涂料涂装高级保护目镜及舰船的易磨损部件。另据德国专利把纳米SiO2粒子加入涂料后，也可获得高耐磨透明涂料。
超微细TiO2(10-5Onm)，对可见光的透射能力很强，例如对55Onm的可见光，透明度可达90%以上，具有极大的紫外光屏蔽性。当超微细TiO2与铝粉颜料和/或珠光颜料配合用于涂料，能得到产生随角异色效应的涂料，通常称为金属闪光漆。所用的超细TiO2{zj0}粒径为20-3Onm，透明度为8-10级，紫外光吸收度6级左右。目前，世界上己有福特 (Ford)、克菜斯乐(Chrysler)、丰田(Toyota)、马自达 (Mazda)等xx的汽车制造公司使用含超微细TiO2的金属轿车面漆。此外，超微细TiO2作为一种良好的{yj}性紫外线吸收剂，还可用于配制耐久型外用透明涂料，加入量为0.5-4%，用于木器、家具、文物保护等领域。汽车面漆中应用非常广泛的另一种纳米材料是透明氧化铁，粒径 10-90nm，没有遮盖力，呈透明或半透明状，有红、黄、黑、棕四种颜色，以透铁红和透铁黄用量{zd0}。
纳米TiO2已在可见光的照射下对碳氢化合物有催化作用。任何沾污在表面上的物质，包括油污、xx在光的照射下由纳米TiO2的催化，能使这些碳氢化合物氧化变成气体或者很容易被擦掉的物质。日本东京己有人利用这一效应可以在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂覆一层纳米 TiO2薄层，生产出自洁玻璃和自洁瓷砖。纳米TiO2光致催化作用给人们带来了福音，使高层建筑的玻璃、厨房容易粘污的瓷砖、医院的墙壁的保洁xx都可以很容易地进行。
纳米静电屏蔽材料用于家用电器和其它电器的静电屏蔽具有良好的作用。日本松下公司已研制成功具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有 Fe2O3，TiO2，Cr2O3，ZnO等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，同时氧化物纳米微粒的颜色不同，TiO2，SiO2纳米粒子为白色，Cr2O3为绿色，Fe2O3为褐色，这样就可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色。这种纳米静电屏蔽涂料不但有很好的静电屏蔽特性，而且也克服了通常由树脂加碳黑制成的静电屏蔽涂料的颜色单调性。
总之，国内外纳米粒子在涂料中的应用非常活跃，并且有商业化的产品出售，所生产的涂料大都作为特种涂料或附加值高的xx轿车效应涂料，也有些工作着重改善传统涂料的施工性能、耐老化性能等。
二、纳米技术在防腐中的应用
纳米涂料必须满足两个条件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或具有新功能。纳米涂料性能改善主要包括：{dy}、施工性能的改善。利用纳米粒子粒径对流变性的影响，如纳米SiO2用于建筑涂料,，可防止涂料的流挂；第二、耐候性的改善。利用纳米粒子对紫外线的吸收性，如利用纳米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车面漆等；第三、力学性能的改善。利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力，可提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。纳米功能性涂料主要有xx涂料、界面涂料、隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、大气净化涂料、电绝缘涂料、磁性涂料等。
纳米技术的应用为涂料工业的发展开辟了一条新途径，目前用于涂料的纳米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于纳米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之间极易团聚，纳米粒子的这种特性决定了纳米涂料不可能象颜料、添料与基料通过简单的混配得到。同时纳米粒子种类很多，性能各异，不是每一种纳米粒子和每一粒径范围的纳米粒子制得的涂料都能达到所期望的性能和功能，需要经过大量的实验研究工作，才有可能得到真正的纳米涂料。
纳米涂料虽然xx，但由于改性技术原因，性能并不理想，加上价格太贵，难以推广；而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。国外公司如美国的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德国的Hrubach、法国的SNCZ、英国的BritishPetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列xx纳米防锈颜料，性能不错，甚至已可与铬酸盐相以前我国防锈颜料的开发整体水平落后于西方发达国家，仍然以红丹、铬酸盐、铁系颜料、磷酸锌等传统防锈颜料为主。红丹因其污染严重，对人体的伤害很大，目前已被许多国家相继淘汰和禁止使用；磷酸锌防锈颜料虽比。我国防锈涂料业也蓬勃发展，也可以生产纳米漆。
我国自主生产的产品目前已通过国家涂料质量监督检测中心、铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站、机械科学院武汉材料保护研究所等国内多家xx机构的分析和检测，同时还经过加拿大国家涂料信息中心等国外xx机构的技术分析，结果表明其具有目前国内外同类产品无可比拟的防锈性能和环保优势，是防锈涂料领域划时代产品，复合铁钛粉及其防锈漆通过国家xx机构的鉴定后已在多个工业领域得到应用。
三、纳米材料在涂料中应用展前景预测
据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，2001年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占{lx1}地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。
由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。
在纳米功能和结构材料方面，将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品，以及对传统材料改性；将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团，将对国民经济产生重要影响；纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域，将产生新的经济增长点。
纳米技术在涂料行业的应用和发展，促使涂料更新换代，为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。
纳米涂料已被认定为北京奥运村建筑工程的专用产品，展示出该涂料在建筑领域里的应用价值,。它利用独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解，xx作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和xx的功能，使室内空气更加清新。经测试，对各种霉菌的杀抑率达99％以上，有长期的防霉防藻效果。纳米改性内墙涂料，实际上是高级的卫生型涂料，适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装。纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，漆膜硬度高且有韧性，优良的自洁功能，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力，疏水性{jj0}，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外线能力极强。使用寿命达15年以上。颗粒径细小，能深入墙体，与墙面的硅酸盐类物质配位反应，使其牢牢结合成一体，附着力强，不起皮，不剥落，抗老化。其纳米抗冻性功能涂料，除具备纳米型涂料各种优良性之外，可在10℃到25℃之内正常施工。突破了建筑涂料要求墙体湿度在10％以下的规定，使建筑行业施工缩短了工期，提高了功效，又创造出高质量。
四、纳米（改性）涂料的发展趋势
3.1 目前从发展看还是应更好的解决纳米材料在涂料中的应用问题。这需要我们的相关研究部门，制备出更多的、稳定性更好的纳米材料，以便使其应用于涂料中能更充分的发挥其功能。
3.2 利用纳米材料的奇异特性研发出多种类型的功能性涂料，这应该是纳米材料在涂料中应用的一个方向。
3.3 研发出更多的应用于高科技领域与国防军事部门的涂料（如隐身材料）是提高国力的必需。
五、结语
由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。
参考文献：
[1]桥本和仁等［J］. 现代化工. 1996(8):25～28.
[2]曾汉民［J］.现代涂料与涂装. 2001(4，5，6):40～42，39～42，42～44.
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