功能性涂料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

功能性涂料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用在我們的日常生活中，涂料與我們息息相關(guān)，在物體或是建筑物的表面上，以起到賦予物體鮮艷色彩以起到美化物體和生活環(huán)境的作用。涂料是一種涂覆在物體(被保護(hù)和被裝飾對(duì)象)表面同時(shí)能形成牢固附著的連續(xù)薄膜的配套性工程材料。裝飾作用另外，涂料在金屬、木材以及塑料制品等的表面能起到保護(hù)的作用，可預(yù)防濕氣、酸雨、氧、H2S、COx、NOx、NH3以及酸、堿、鹽、有機(jī)溶劑的侵蝕。保護(hù)作用目前，應(yīng)用涂料作標(biāo)志的色彩在國(guó)際上己逐漸標(biāo)準(zhǔn)化，各種化學(xué)品、危險(xiǎn)品的容器可利用涂料的顏色作為標(biāo)志，各種管道、機(jī)械設(shè)備（如蒸汽管—紅色，上水管—綠色，下水管—黑色）；也可以用各種顏色的涂料作為標(biāo)志，道路劃線、交通運(yùn)輸也需要用不同色彩的涂料來(lái)表示警告、危險(xiǎn)、停止、前進(jìn)等信號(hào)。標(biāo)志作用功能性涂料：除了具有裝飾和保護(hù)兩種功能以外，還能夠通過(guò)光、電、熱、機(jī)械、化學(xué)或生物化學(xué)以及其他方式進(jìn)行能量的相互作用、相互轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生某種所需要的特殊功能的涂料。功能型涂料生物功能涂料機(jī)械功能涂料電磁功能涂料光功能涂料熱功能涂料界面功能涂料化學(xué)和電化學(xué)功能涂料智能功能涂料功能性涂料將常見(jiàn)功能性涂料用途列表如下：應(yīng)急疏導(dǎo)系統(tǒng)（9.11事件18000人得以逃生）在鐘表、儀器儀表上經(jīng)?？梢砸?jiàn)到。近年在裝飾，公路標(biāo)志和各種飾品上也都大量采用。發(fā)光涂料發(fā)光涂料可分為螢光涂料與磷光涂料兩大類。選用發(fā)光材料一般包括硫化物系和鋁酸鹽。已獲得中國(guó)專利（CN1313368A，2001.9.19）的一種蓄光型夜光涂料，是以鋁酸鍶為基質(zhì)的蓄光粉配以適當(dāng)?shù)幕现苽涠?。?dāng)有光照射時(shí)持續(xù)蓄光，當(dāng)光線暗或無(wú)光線時(shí)自行釋放能量，且發(fā)光亮度高，發(fā)光時(shí)間長(zhǎng)。適合用于標(biāo)牌、交通標(biāo)志等。另一專利CN1247881/A（2000.3.22）介紹了一種夜間發(fā)光油漆。該產(chǎn)品由熒光漆或通用漆、多功能助劑和稀土鋁酸鹽混合攪拌而成，其中各成分的百分比重量為：熒光漆或通用漆45～80%、多功能助劑3～8%、稀土鋁酸鹽15～50%。適用于室內(nèi)標(biāo)志牌、廣告牌、安全標(biāo)志牌、路標(biāo)等。它不僅具備發(fā)光涂料的功能有具備熒光漆的功能，對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害。隱身涂料隱身涂料：是固定涂覆在武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的隱身材料，按其功能可分為雷達(dá)隱身涂料、紅外隱身涂料、可見(jiàn)光隱身涂料、激光隱身涂料、聲納隱身涂料和多功能隱身涂料。隱身涂層要求具有：較寬溫度的化學(xué)穩(wěn)定性；較好的頻帶特性；面密度小，重量輕；粘結(jié)強(qiáng)度高，耐一定的溫度和不同環(huán)境變化。自20世紀(jì)90年代初以來(lái)，納米材料和納米技術(shù)的興起和發(fā)展，給隱身涂料帶來(lái)了突破性進(jìn)展，納米隱身涂料已成為當(dāng)前隱身技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。隱形涂料是用于飛機(jī)、軍艦、坦克等裝備外表，做反雷達(dá)探測(cè)及防止電磁波泄漏或干擾的一種材料，如美國(guó)的F-22、俄羅斯的T-50、中國(guó)殲-20?？梢?jiàn)光，紅外偽裝效果對(duì)照?qǐng)D紅外隱身涂料防水涂料根據(jù)成膜物質(zhì)不同，可以將防水涂料分為：瀝青基防水涂料高聚物改性瀝青基類防水涂料合成高分子類防水涂料根據(jù)涂料的液態(tài)類型，可以將防水涂料分為溶劑型、水乳型、反應(yīng)型。滿足各種屋地面防水要求，適合任何形狀復(fù)雜的基礎(chǔ)施工。如特殊形狀的屋面，管道較多的衛(wèi)生間防水性能好涂刷、噴涂都可以，冷施工，減少環(huán)境污染，減少勞動(dòng)強(qiáng)度施工簡(jiǎn)單、快速水性涂料在0℃，溶劑型涂料在-10℃以上可進(jìn)行冷施工。防水涂層在-30℃無(wú)裂痕，在80℃無(wú)流淌溫度適應(yīng)性強(qiáng)可在原防水層基礎(chǔ)上進(jìn)行修補(bǔ)易于修補(bǔ)防水涂料的特性涂膜型防水涂料防水機(jī)理：通過(guò)形成完整的涂膜來(lái)阻擋水的透過(guò)或水分子的滲透來(lái)防水的。許多高分子涂膜的分子與分子之間總有一些間隙的，其寬度約為幾個(gè)納米，按理說(shuō)單個(gè)水分子是完全能夠通過(guò)的，但自然界的水通常處于締合狀態(tài)，幾十個(gè)水分子之間由于氫鍵的作用而形成一個(gè)很大的分子團(tuán)，實(shí)際上是很難通過(guò)高分子間隙的。這就是防水涂料涂膜具有防水作用的主要原因。疏水型防水涂料

防水機(jī)理：由于有些聚合物分子上含有親水基團(tuán)，故聚合物所形成的完整連續(xù)的涂膜并不能保證所有的聚合物涂膜均具有良好的防水性能。如果聚合物本身具有疏水特性，使水分子與涂膜之間根本不相容，則就可以從根本上解決水分子的透過(guò)問(wèn)題，聚硅氧烷防水涂料就是根據(jù)此原理設(shè)計(jì)的防水涂料的防水機(jī)理耐熱涂料耐高溫涂料一般是指能長(zhǎng)期承受200℃以上溫度，并能保持一定物理化學(xué)性能，使被保護(hù)對(duì)象在高溫環(huán)境中能正常發(fā)揮作用的特種功能性涂料。耐熱涂料一般由耐高溫聚合物、顏填料、溶劑和助劑組成，亦稱耐高溫涂料。特別適用于高溫、高頻和要求絕緣、低吸潮性場(chǎng)合目前市場(chǎng)上耐高溫涂料主要為無(wú)機(jī)耐高溫涂料和有機(jī)耐高溫涂料兩大類。無(wú)機(jī)耐高溫涂料主要有陶瓷涂料、硅酸鹽類涂料、磷酸鹽類涂料和富鋅底漆等，有機(jī)耐高溫涂料主要有氟樹(shù)脂涂料、雜環(huán)聚合物涂料和有機(jī)硅耐高溫涂料等。常用的有機(jī)耐高溫涂料是硅樹(shù)脂涂料，其耐熱溫度：醇酸改性硅樹(shù)脂涂料為150～300℃添加無(wú)機(jī)物的硅樹(shù)脂涂料為300～600℃無(wú)機(jī)耐高溫涂料的耐熱溫度是：堿金屬系為700～2000℃酸式鹽系為700～1700℃硅溶膠系為100～1500℃金屬醇鹽系為500℃防火涂料

現(xiàn)代建筑的主要承重構(gòu)件大都依賴于堅(jiān)固又輕便的鋼材，這些鋼材賦予建筑物以寬闊、輕盈而又不失穩(wěn)固的建筑風(fēng)格。鋼結(jié)構(gòu)在火的作用下是不會(huì)燃燒的，但是鋼材在高溫火焰的直接灼燒下，強(qiáng)度會(huì)隨溫度的上升而降低，當(dāng)?shù)竭_(dá)一個(gè)極限臨界點(diǎn)時(shí)，就會(huì)顯著地降低強(qiáng)度而失去承載力。由于高溫的作用，鋼材在15~20min后即急劇軟化，這使整個(gè)建筑物會(huì)失去穩(wěn)定而導(dǎo)致崩潰。實(shí)際上，由于各種因素的作用，有些鋼結(jié)構(gòu)在烈火中一般只需要10min即會(huì)失去支撐能力，隨即變形塌落。

防火涂料是施涂于建筑及構(gòu)筑物的鋼結(jié)構(gòu)表面，能形成耐火隔熱保護(hù)以提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限的涂料。防火涂料的作用原理：燃燒是一種快速的有火焰發(fā)生的劇烈的氧化反應(yīng)，反應(yīng)非常復(fù)雜，燃燒的產(chǎn)生和進(jìn)行必須同時(shí)具備三個(gè)條件，即可燃物質(zhì)、助燃劑(如空氣、氧氣或氧化劑)和火源(如高溫或火焰)。為了阻止燃燒的進(jìn)行，必須切斷燃燒過(guò)程中的三要素中的任何一個(gè)，例如降低溫度、隔絕空氣或可燃物。

防火機(jī)理大致可歸納為以下五點(diǎn)：(1)防火涂料本身具有難燃性或不燃性，使被保護(hù)基材不直接與空氣接觸，延遲物體著火和減少燃燒的速度。(2)防火涂料除本身具有難燃性或不燃性外，它還具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，可以延遲火焰溫度向被保護(hù)基材的傳遞。(3)防火涂料受熱分解出不燃惰性氣體，沖淡被保護(hù)物體受熱分解出的可燃性氣體，使之不易燃燒或燃燒速度減慢。(4)含氮的防火涂料受熱分解出NO、NH3等基團(tuán)，與有機(jī)游離基化合，中斷連鎖反應(yīng)，降低溫度。(5)膨脹型防火涂料受熱膨脹發(fā)泡，形成碳質(zhì)泡沫隔熱層封閉被保護(hù)的物體，延遲熱量與基材的傳遞，阻止物體著火燃燒或因溫度升高而造成的強(qiáng)度下降。導(dǎo)電涂料導(dǎo)電涂料（導(dǎo)電漆）就是能用于噴涂的一種油漆干燥形成漆膜后能起到導(dǎo)電的作用，從而屏蔽電磁波干擾的功能?？煞譃楸菊餍蛯?dǎo)電涂料和摻雜型導(dǎo)電涂料。本征型導(dǎo)電涂料以本征型導(dǎo)電聚合物為成膜物質(zhì)。目前研究較多的是苯丙胺和聚吡咯，但純聚吡咯導(dǎo)電性較差，需摻雜，如圖：苯丙胺導(dǎo)電機(jī)理如圖，在半氧化和半還原態(tài)聚苯胺分子中引入質(zhì)子和陰離子后，部分削弱了共軛Π鍵，使電荷在大Π鍵中的單雙鍵之間振動(dòng)實(shí)現(xiàn)電子導(dǎo)電。摻雜型導(dǎo)電涂料以高分子聚合物為基礎(chǔ)加入導(dǎo)電物質(zhì)，利用導(dǎo)電物質(zhì)的導(dǎo)電作用，使涂層具有導(dǎo)電作用。例如，聚乙炔經(jīng)摻雜后，電導(dǎo)率由10-3S/m變到3×105S/m。摻雜型導(dǎo)電涂料由高分子聚合物、導(dǎo)電填料、溶劑和助劑組成。常用的導(dǎo)電填料有金屬系填料、碳系填料、金屬氧化物系填料、復(fù)合填料、新型納米導(dǎo)電填料等。防污涂料防污涂料是一種防止海生物附著的涂料。防污涂料可以分為：傳統(tǒng)型防污涂料釋放型防污涂料燒蝕型防污涂料自拋光防污涂料自釋放型防污涂料無(wú)毒生物防污涂料低表面能防污涂料用于船舶水下船殼部位，防止海洋生物的附著污損船舶防污涂料開(kāi)發(fā)新型無(wú)毒防污涂料主要方法:(1)改變涂層表面的物理化學(xué)特性,如低表面能防污、高吸水不穩(wěn)定表面防污等；(2)采用生化和仿生技術(shù)；(3)開(kāi)發(fā)新型無(wú)毒防污劑,進(jìn)一步發(fā)展自拋光防污涂料；

(4)電解海水防污涂料,離子交換型防污涂料等。低表面能涂料涂料的表面能只有在低于3×10–4N/cm時(shí)(即表面張力小于22dyn/cm2,接觸角大于98°)才具有防污效果。在諸多的有機(jī)物中,有機(jī)氟高聚物(包括氟塑料、氟表面活性劑和氟涂料等)表面自由能是最低的。普通漆膜與蒸餾水的接觸角75°低表面能涂料與蒸餾水的接觸角140°據(jù)報(bào)道，德國(guó)采用氟硅烷研制出簡(jiǎn)便、無(wú)污染的氟硅烷防污涂料，將之用于鋁箔上,并放置于20℃的水流中，6天仍沒(méi)有污損。有機(jī)硅的臨界表面張力較高,涂層表面有機(jī)硅材料的積聚,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間與水浸潤(rùn)后，具有排斥鹽分而起到半滲透膜的作用，吸水膜內(nèi)的水含鹽量低，周圍鹽分較高，形成與海水鹽度差別較大的液膜，從而改變了附著生物的生態(tài)環(huán)境，減少海洋污損生物的附著。防腐蝕涂料的品種：防腐涂料環(huán)氧漆：雙組分涂料，主要用于液相腐蝕介質(zhì)（水、海水、化學(xué)介質(zhì)）的環(huán)境。聚氨酯漆：雙組分涂料，主要用于液相腐蝕介質(zhì)（水、海水、化學(xué)介質(zhì)）和工業(yè)大氣的環(huán)境。有機(jī)氟涂料：?jiǎn)谓M分（熱融冷卻），主要用于液相腐蝕介質(zhì)（水、海水、化學(xué)介質(zhì)）和工業(yè)大氣的環(huán)境。含氯聚合物：包括氯化橡膠漆、氯磺化聚乙烯漆、氯醚/醋漆、高氯化聚乙烯漆、過(guò)氯乙烯漆玻璃鱗片涂料：聚笨硫醚涂料，酚醛漆，生漆改性漆等也屬于防腐蝕涂料的重要品種。防腐蝕涂料的應(yīng)用領(lǐng)域：工礦企業(yè)

化工，輕工，礦山，冶金和石油化工等工廠的管道、儲(chǔ)槽和設(shè)備等。交通運(yùn)輸橋梁，船舶，集裝箱，火車，汽車和飛機(jī)等。能源工業(yè)油氣管線和罐，輸變電設(shè)備和支架，煤礦礦井等。農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備和工具拖拉機(jī)，收割機(jī)，農(nóng)藥噴其和農(nóng)產(chǎn)品輸送、儲(chǔ)存和加工設(shè)備等。海洋和環(huán)保工程海上設(shè)施，海岸及海灣構(gòu)造物，海上石油鉆井平臺(tái)以及廢水、廢氣、和廢物的大型處理裝置等。XG-1高氯化聚乙烯玻璃鱗片防腐漆由高氯化聚乙烯樹(shù)脂和玻璃鱗片組成，屬于厚漿型超長(zhǎng)效防料使用期高達(dá)10-20年。含有玻璃鱗片的防腐涂料

普通涂料優(yōu)點(diǎn)：扁平狀鱗片在樹(shù)脂中重疊平行排列象塊塊瓦片，又如層層盔甲，形成致密的防滲透層。玻璃鱗片涂料襯里的熱膨脹系數(shù)與橡膠襯里