纳米复合涂料的制备

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工艺?设备

柯昌美，汪厚植!（武汉科技大学纳米材料与技术中心，"#$$%&）

!!摘!要：系统地介绍了纳米粒子的表面改性、纳米粒子的物理、化学分散技术以及纳米复合涂料的制备方法。

关键词：纳米复合涂料；表面改性；分散；制备

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!"引"言

进入,&世纪以来，纳米材料的开发与应用已成为研究热点，其中在涂料中的应用就是众多研究方向之一。纳米材料在涂料中的应用可分为,种情况：一是完全由纳米粒子组成的纳米涂料；二是纳米粒子在传统的有机涂料中分散后形成的纳米复合涂料。第一种纳米涂料由于技术及成本问题，短期内较难在工业化方面有所突破；第二种纳米复合涂料（下面简称纳米涂料）主要通过添加纳米粒子对传统涂料进行改性，工艺相对简单，工业可行性好。

将纳米粒子用于涂料中可获得一些特殊功能：一方面可提高涂料的力学性能，如附着力、耐冲击性、柔韧性等，另一方面可提高涂料的耐老化性、耐腐蚀性、抗辐射性。此外，纳米涂料还可能呈现出某些特殊功能，如自清洁、抗静电、隐身吸波、阻燃等性能。目前，用于涂料的纳米粒子主要是某些金属氧化物（如’/0,、

12,0#、340等）、纳米金属粉末（如纳米+5、67、’/、68、9:、;7等）、无机盐类（如6<60#）

和层状硅酸盐（如一维的纳米级粘土［&］

）。

#"纳米涂料制备的技术难点

［$%&］纳米粒子具有很高的比表面积，表面自由能高，

处于热力学的不稳定状态，纳米粒子间极易凝聚成团，纳米粒子的这种特性决定了纳米涂料不可能象颜填料与基料通过简单的混配就能制得；另外，纳米粒子往往是亲水疏油的，呈强极性，在有机介质中难以均匀分散，与基料没有结合力，易造成界面缺陷，从而导致材料性能的下降。因此，要制备由纳米粒子改性的涂料，需要对纳米粒子进行表面改性，消除其表面高势能，调节其表面亲水性，改善其与有机介质之间的润湿性和结合力。

$"纳米粒子的表面改性

一般说来，对纳米粒子的改性大致可分为以下)

种类型［-=>］

。

$’#"表面覆盖改性

［(%#!］利用表面活性剂与纳米粒子表面化学吸附或化学反应，从而使表面活性剂覆盖于纳米粒子表面，起到降低表面能，减少粒子间的相互团聚的作用。常用的表面活性剂有：硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸酯、铝钛复合物、稀土等偶联剂和硬脂酸等。此外，巯基丙酸等含巯基的二齿配位体也是纳米粒子很好的螯合

剂［&&］。

$’$"机械化学改性

采用粉碎、磨擦等方法，利用机械应力对粒子进行表面激活，以改变其表面晶体结构和物理化学结构。这种方法可以使分子晶格发生位移、内能增大，在外力的作用下，活性的粉末表面与其他物质发生反

应、附着，从而达到对其表面改性的目的

［&,=&)］

。$’)"包膜改性

在粒子表面均匀地包覆一层其他物质的包膜，使粒子的表面性质发生变化。然后用聚乙二醇、聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮等具有表面活性的高聚物来稳

定纳米粒子，具有较好的效果

［>］

。$’&"表面接枝改性

通过化学反应将高分子连接到无机纳米粒子的表面，以达到包覆纳米粒子的目的。此方法有以下#种类型。

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第##卷第#期涂料工业

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