新型功能性涂料的研究進展

鄒琳琳, 周立霞, 商麗艷, 李 萍, 楊雙春

（遼寧石油化工大學， 遼寧 撫順 113001）

涂料是覆涂于物體表面具有保護裝飾性能的一類液體或固體材料的總稱。按功能可分為裝飾涂料、防腐涂料、導電涂料、防銹涂料、耐高溫涂料、示溫涂料、隔熱涂料、防火涂料、防水涂料等。隨著涂料應用對象和環(huán)境的多樣化，一些只具有常見功能的涂料已經不能滿足工業(yè)發(fā)展與生活的需要，在涂料原有性能不改變的基礎上，賦予涂料更佳豐富和有針對性的功能已經成為工業(yè)建筑領域亟待解決的問題。一些具有特殊功能的涂料在這種情況逐漸進入人們的視野，并在一些學者的不斷研究和創(chuàng)新之下具備了在特殊領域中發(fā)揮重要作用的潛力。

1 耐指紋涂料

近年來隨著消費者對金屬制品外觀美感要求的逐漸提升，耐指紋性成為很多制造商追逐的焦點，耐指紋涂料在這種情況下應運而生。這種特殊功能的涂料一般覆涂在卷鋼類金屬鋼板（如鍍鋅板）上，并廣泛應用于家電，電子，建筑行業(yè)。

傳統(tǒng)型的耐指紋處理方法是向有機涂層板中添加鉻酸鹽，使鍍鋅鋼板表面形成可以隔絕外界的水分和空氣的致密氧化膜，在形成氧化膜的基礎上覆涂一層有機樹脂膜，使電鍍鋅板具有良好的耐指紋性及耐腐蝕性[1]。然而，隨著環(huán)境友好化學與綠色化工發(fā)展理念的提出，六價鉻化合物的劇毒性和強致癌性不符合這一發(fā)展要求，在生產要求不斷提高的今天，我國耐指紋涂料技術仍比較落后，所生產出的耐指紋材料難以滿足家電制造等企業(yè)對于材料的耐指紋性、耐蝕性及環(huán)保方面的要求，目前國內的耐指紋涂料大多依賴與進口，為改變這一現(xiàn)狀，我國學者對耐指紋涂料做出了積極嘗試。

孫稽[2]研制開發(fā)了一種不含六價鉻的環(huán)保型耐指紋涂料，這種新型涂料以水性丙烯酸，復合水性有機硅，水性聚氨酯為主要組分，并與非重金屬無機鹽復合。通過實驗對比研究，當水性丙烯酸:復合水性有機硅:水性聚氨酯=3:6:1，膜重=1.2 g/m2，烘干溫度=120 ℃時，該新型耐指紋涂料處理鍍鋅板的綜合性能最佳。將該環(huán)保型耐指紋涂料的性能與日本SONY公司研制的耐指紋涂料相比較，結果證明，環(huán)保型耐指紋涂料的耐蝕性、耐指紋性、導電性、耐黑邊性等性能都與SONY公司的耐指紋涂料相當，且耐汗性與耐堿性得到明顯提高，表現(xiàn)出很高的應用價值。

鄒忠利[3]研制了一種釩酸鹽復合耐指紋涂料，采用釩酸鹽復合有機樹脂構成耐指紋涂層體系，通過試驗分析，最終確定復合涂料的成膜劑、氧化劑、阻隔劑、界面改性劑、酸度調節(jié)劑分別為水性丙烯酸、釩酸鹽和L-抗壞血酸，納米SiO2、硅烷偶聯(lián)劑KH56和磷酸。通過對復合有機樹脂涂層的性能考察，實驗結果表明，自制的釩酸鹽復合有機樹脂涂料漆膜外觀良好，且的耐蝕性優(yōu)于同類商品，是值得推廣得新型無鉻耐指紋涂料。

目前，雖然我國已經有學者嘗試自行研制環(huán)保型的耐指紋涂料，但是，仍主要停留在實驗探究階段，無法改變我國耐指紋涂料大部分依賴進口的現(xiàn)狀，如何將耐指紋涂料從實驗階段過渡到工業(yè)生產階段是當前亟待解決的問題。

2 紅外輻射節(jié)能涂料

紅外輻射涂料是一種耐高溫、強輻射率、耐蝕性和高耐磨性的特殊性節(jié)能涂料，這種涂料常應用在窯爐內壁上，通過涂料紅外輻射能力，改善爐內溫度的均衡性，使燃料燃燒更充分。紅外輻射涂料能增加基體表面黑度，增強基體表面吸收熱源熱量后的輻射傳熱，并能將熱源發(fā)出的間斷式波譜轉變成連續(xù)波譜，從而促進被加熱物體吸收熱量，達到增加熱效率，減少能耗、節(jié)約能源的效果[4]。

甄強等[5]自制了一種新型紅外輻射節(jié)能涂料，其中主體成分為 SiO2、Fe2O3、Cr2O3、MnO2構成的SiO2-Fe2O3-Cr2O3-MnO2體系。理化性質分析與微觀結構表征實驗結果證明，該涂料的全波段紅外輻射率很高，主要成膜物質的粒徑大約為2 μm時，涂料擁有的最高全波段紅外輻射率為0.93。當涂料的最高使用溫度＞1 400 ℃時，抗熱震性能最好。筆者也對涂料的實際應用效果進行了檢測，結果表明，當該涂料應用于燃氣梭式干燥窯時，能耗降低大約15%，并在覆涂一年后仍具有優(yōu)良的耐候性和較高的輻射率。

趙立英[6]等以硅酸鹽和紅外陶瓷粉料（過渡金屬氧化物形成的尖晶石結構）為主要成分自行研制了一種紅外輻射節(jié)能涂料。表征分析與紅外測試結果表明，該涂料涂膜的紅外輻射性能優(yōu)異，全波段輻射率＞ 0.90。實驗將這種紅外輻射節(jié)能涂料應用在一種耐火材料表面，當實驗條件在 600 ℃左右時，耐火材料的蓄熱量升高 5%，改變實驗溫度為1 200℃時，蓄熱量升高 21%。將該節(jié)能涂料應用在不銹鋼容器上，實驗測得覆涂該節(jié)能涂料后此容器的能量耗損大約可降低28%，且換熱效果明顯增強。

另外，也有學者對覆涂節(jié)能涂料后的加熱爐的熱效率進行對比研究，如王佑鋒[7]在熱爐吸熱管表面噴涂FHc-ABIII新型紅外節(jié)能涂料，實驗結果表明，加熱爐熱效率提高 4%，節(jié)能效果良好。慕希豹[8]在加熱爐上應用LH-W-3耐高溫紅外輻射涂料后,熱效率提高超過1.0%。

3 防霧涂料

防霧涂料是一種可以阻止霧氣產生的特殊功能性涂料。在建筑裝飾和器具防護等方面應用廣泛。防霧涂料的防霧原理常分為（超）親水和（超）疏水兩種。前者利用親水材料的高表面能氫鍵或離子鍵，使水滴薄膜化，達到防霧效果。后者利用疏水材料里含有的大量低表面能原子基團（如，硅、氟等），降低材料的表面能，疏水材料對水的接觸角較大，使水滴滑落，從而達到防霧效果[9]。

李煥[10]等研制了一種具有高效防霧功能的涂料。這種涂料以親水性單體D和丙烯酸酯類單體為主要成分，合成的丙烯酸酯防霧樹脂再與氨基樹脂進行固化而成。在進行防霧樹脂成分分析實驗時發(fā)現(xiàn), 當單體 D的用量達到 9%時，羥基含量在2%~2.5%時，樹脂的綜合性能、黏度、防霧性均達到國外先進水平，且具有很好的耐水性和耐老化性，可以替代進口產品使用。引發(fā)劑BPO的加入在一定程度上也對該防霧涂料性能的優(yōu)化起促進作用，BPO的用量在0.6%左右時，優(yōu)化作用最為明顯。

為了解決透明光學材料的霧化與結露問題，方峰[11]研制開發(fā)了一種以光敏性親水丙烯酸樹脂為主體，以親水性單體、含氟低聚物等為輔助成分的紫外光固化防霧涂料。在探究涂料成分配比的過程中發(fā)現(xiàn)，丙烯酸在親水單體中親水性、防霧性最好，但是，當親水單體的含量超過60%時，涂料耐水性能變差。涂料中少量摻雜活性含氟低聚物(<0.05%)也具有防霧、改善油與涂膜的接觸角的性能。但當含氟低聚物的摻雜比例＞2%后，涂料喪失了防霧的功能。

劉宣國[12]等也制備了一種新型親水聚丙烯酸醋樹脂防霧涂料。性能測試結果表明, 該涂料的防霧性能、透明性能、抗擦傷性能良好。

4 可剝離涂料

可剝離涂料是一種方便涂覆、容易成片剝離的臨時性建筑防護涂料。近年來，可剝離涂料廣泛用于裝修施工過程中對完工建筑項目的臨時保護，以及對較精密的金屬工件、器件等的保護。這就要求涂料的涂膜應具有一定耐腐蝕性和可剝離性?？蓜冸x涂料的作用機理是在基材表面形成連續(xù)封閉的膜，以防止物理損傷和化學腐蝕，涂膜中的黏性物質、化學鍵合力、表面吸附力均可作用在污染物上，使污染物被粘附，最終被涂膜帶走[13]。

張興虎[14]等自制了一種聚氨酯可剝離涂料。該涂料的成膜物質為PU D8625、Bayhydrol PR240 （聚氨酯分散體的混合溶液），填料為R960。實驗結果表明，當光穩(wěn)定劑的加入量為0.5%時，涂料涂膜具有較好的耐老化性，此時的抗變色性能和防污性能也較好。R960填料的加入，明顯增強了涂膜的拉伸強度但卻在一定程度上降低了斷裂伸長率。為了得到最佳的可剝離性，實驗確定填料的加入量應為8%，此時涂膜的平均拉伸強度為7.61 MPa，平均斷裂伸長率達到 123.53%，具有良好的可剝離性及去污效果。

劉宏宇[15]等以聚氨酯乳液為基體，以納米碳酸鈣為填料，制備出一種新型水性可剝離防護涂料。性能測試表明，為得到較好的可剝離性能，納米碳酸鈣的加入量應為 2%，涂膜厚度應為 0.13~0.14 mm，此時測定涂層平均拉伸強度=9.51 MPa，平均斷裂伸長率=274.54%，將涂料覆涂放置7 d后，實驗結果基本不發(fā)生變化，因此，該可剝離涂料可用作設備的封存防護。

武德濤[16]研制開發(fā)了一種以水性氟碳和水性丙烯酸乳液為主要成膜物質的可剝離涂料，性能測試結果表明，該涂料的韌性和強度均較好，涂膜的斷裂伸長率＞100%，伸長強度＞6 MPa，由于涂層成膜物質中氟碳樹脂的耐老化性能，在人工加速老化下，成膜物質也不會受到破壞，從而保持了可剝離涂料的剝離性能。

周詩彪等[17]研制開發(fā)了一種熱熔型可剝離涂料，該涂料的主要成膜物質為三嵌段共聚物(苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯)及一些輔助性能的基料。實驗對可剝離涂料的影響因素進行了探究，其中包括超細SiO2、活性 CaCO3以及流平劑三者的用量，探討了超細二氧化硅、活性碳酸鈣、流平劑用量對可剝離涂料性能的影響。實驗結果表明:最佳的超細二氧化硅摻雜比例為 13.0%、活性碳酸鈣摻雜比例為10.0%、流平劑的摻雜比例為1.0%,在這種摻雜條件下對涂膜的性能進行測試，實驗結果證明，此時涂膜的耐腐蝕性和耐候性均較好，涂膜的抗張強度=7.5 MPa,斷裂伸長率=410%,剝離強度=13 kN·m-1,涂膜邵氏硬度=21。

5 降解甲醛功能涂料

在涂料降解甲醛過程中起主要作用的是一些具有光催化性能，可降解復雜有機物的物質。目前研究最廣泛的是TiO2。半導體TiO2是一種光催化性能優(yōu)異的材料，可將許多很難降解的有機污染物降解為無機小分子的CO2、H2O 等[18]，并且不造成二次污染，因而在科技工業(yè)發(fā)展中有非常廣泛的應用前景。

耿啟金[19]對納米生態(tài)建筑涂料光催化降解甲醛進行了研究，結果表明, 銳鈦型納米TiO2光催化降解甲醛的活性較高, 實驗 1 h后甲醛的降解量為70%左右。該納米生態(tài)建筑涂料對甲醛的光催化降解反應符合一級動力學速率規(guī)律,半衰期為 21 min,同時甲醛降解率受到光催化材料用量、催化劑晶型和甲醛的吸附量等因素影響。

韓飛[20]對二氧化鈦光催化涂料降解甲醛進行了研究。并對金紅石型二氧化鈦、銳鈦礦型二氧化鈦和 F摻雜銳鈦礦型二氧化鈦進行了系統(tǒng)的對比分析。實驗結果表明，銳鈦礦型二氧化鈦相較于金紅石型二氧化鈦光催化性能更好。對F原子摻雜銳鈦礦型 TiO2后的電子結構研究表明，TiO2的帶隙較寬而使得對太陽光的利用率較低，另外激發(fā)后的電子與空穴的耦合速度很快，使得 TiO2的催化效率較低，F(xiàn)摻雜銳鈦礦型二氧化鈦可以使 TiO2在太陽光下進行吸附降解甲醛反應，極大的提高光催化效率。

王海濤[21]研制開發(fā)了一種降解室內甲醛氣體的Ce-TiO2光催化涂料。并采用 3 次指數(shù)平滑法對涂料降解甲醛的效果進行研究模型預測。實驗結果證明: Ce-TiO2光催化涂料對甲醛氣體的降解效果達到82.9%; 模型預測的平均絕對誤差為 0.000 75 mg/m3，平均相對誤差為0.006 80。

6 結 語

隨著科技的發(fā)展，人們對涂料的要求也越來越高，在一些特殊環(huán)境下常需要具有新型功能的特殊涂料，本文所談到的耐指紋涂料、紅外輻射節(jié)能涂料、防霧涂料、可剝離涂料、降解甲醛涂料就是新近涌現(xiàn)出的新型功能涂料的代表。目前，我國對于這一類涂料的研發(fā)技術還較為落后，大部分的功能性涂料產品仍主要依賴于進口，因此，加大新型涂料的研發(fā)和生產力度，滿足功能性涂料逐漸增大的市場需求，是目前亟待解決的問題。

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