有机_无机纳米复合涂料的研究进展_卞清

由于无机材料 与 有 机 材 料 在 纳 米 尺 度 上 结 合 ，使 得 两 者 之间存在着较强的作用 力 或 者 互 穿 网 络 结 构，所 以 有 机－无 机 纳米复合涂料 同 时 兼 具 两 者 的 优 异 特 性，如 耐 腐 蚀、耐 氧 化、 高强 度、高 韧 性、附 着 力 好、稳 定 性 好、绝 缘 性、高 的 透 过 率 等［２－３］，克 服 了 单 一 的 有 机 或 无 机 材 料 性 能 上 的 局 限 性 ，在 建 筑、耐高温、催化、腐 蚀 防 护、抗 菌、隐 身 材 料 等 领 域 具 有 广 阔 的应用前景。因此，研 制 具 有 各 种 优 异 性 能 的 有 机 －无 机 纳 米 复合涂料逐渐成为涂料研究的一个热点领域。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｏｒｇａｎｉｃ－ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇ，ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ
有机－无机纳 米 复 合 涂 料 是 一 种 利 用 纳 米 粒 子 独 特 的 物 理化学性能，将纳米技术应用于 涂 料 领 域，赋 予 其 特 殊 的 物 理 化学性能的一 种 新 型 化 工 材 料。 近 年 来，因 纳 米 材 料 具 有 一 系列特殊的物理化学性质，使得 其 在 微 电 子、建 筑 及 化 工 等 领 域逐渐得到广泛应用［１］；加之，当 今 世 界 涂 料 行 业 正 在 向 高 性 能、功 能 化、环 保 型、方 便 使 用 等 方 向 发 展，这 更 促 进 了 有 机－ 无机纳米复合涂料的大规模应用。
化工称纳 米 粒 子 填 充 法，是 将 各 种 形 貌 的 纳 米 粒 子
与有机聚合物充 分 混 合 均 匀，使 无 机 纳 米 粒 子 分 散 于 有 机 聚 合物中，制备出有机－无 机 纳 米 复 合 涂 料。 但 其 缺 点 是 由 于 纳 米粒子具有高的表面能，易发生 团 聚，难 于 均 匀 分 散 在 有 机 聚 合物中，必须对无机纳米粒子进 行 表 面 改 性 或 加 入 增 溶 剂 ，使 其混合均匀。共混 法 可 以 分 为 溶 液 共 混 法、熔 融 共 混 法 及 机 械共混等。
关键词 有机 －无机纳米复合涂料，分类，制备方法，研究现状
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ－ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇ
Ｂｉａｎ Ｑｉｎｇ１ Ｘｉａ Ｈｏｎｇｙａｎ１ Ｈｕ Ｘｉａｏｊｕｎ１ Ｃｈｅｎ Ｙａｎａｎ１ Ｗｕ Ｈａｏ１ Ｑｉｎ Ｗｅｎ２ Ｗａｎｇ Ｙｉｎｇ２ Ｃｈｅｎ Ｍｉｎｇ２
何秋星等［７］采用共混法将二氧 化 锡 纳 米 粉 末 与 水 性 聚 氨 酯混合均匀制得 光 学 复 合 材 料，并 研 究 了 其 热 学 性 能 及 力 学 性能等。谢众等［８］以 甲 基 磺 酸 为 溶 剂，利 用 溶 液 共 混 法 通 过 控制超声功率和超声 时 间 制 备 了 ＴｉＯ２／聚 亚 苯 基 苯 并 二 噁 唑 （ＴｉＯ２／ＰＢＯ）纳米复合材料，该材料 具 有 优 异 的 耐 老 化 性 和 紫 外 线 屏 蔽 性 能 。 姜 继 森［９］利 用 溶 液 共 混 法 制 备 Ｆｅ３Ｏ４／乳 酸－ 乙醇 酸 复 合 材 料，研 究 了 Ｆｅ３Ｏ４ 含 量 对 复 合 材 料 的 各 项 性 能 的影响。 １．２．３ 插 层 法
原 位 聚 合 法 就 ［１０］ 是 将 无 机 纳 米 粒 子 均 匀 地 分 散 到 有 机 单 体中，在引发 剂、光 照 等 条 件 下 参 与 聚 合 形 成 有 机 －无 机 纳 米 复合材料的一种方法，具有复合 材 料 中 纳 米 粒 子 分 散 均 匀 ，此 过程只经过一次聚合成型，不需 要 对 其 进 行 热 加 工，避 免 了 有 机分子的分解，同时，制备的纳米 复 合 材 料 兼 具 有 两 者 的 优 异 的性能。
２ 有机－无机纳米复合涂料的研究及应用现状
伴随着现代化 工 产 业 的 迅 猛 发 展，传 统 涂 料 由 于 存 在 着 耐老化性差、污染环境及功能单 一 等 问 题，已 不 能 满 足 人 们 对 高性能材料的要求。将纳米粒子及纳米技术与有机涂料相结
用熔融插层法 制 的 纳 米 蒙 脱 土 环 氧 富 锌 复 合 涂 料 ，具 有 较强 的 力 学 性 能 及 耐 腐 蚀 性 能 。刘 凌 玉 等 通 ［１１］ 过 熔 融 插 层 法 制备了有机蒙脱 土 改 性 无 溶 剂 环 氧 复 合 涂 料，改 性 蒙 脱 土 的 加入提高了复合涂料的耐化学腐蚀性。 １．２．４ 原 位 聚 合 法
（１．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００４４； ２．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉｎｈｕｉｌｉ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３６）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｏｒｇａｎｉｃ－ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｋｉｎｄ ｏｆ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏａｔｉｎｇ．Ｔｈｅｐｅｒ－
基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （２１２７７０９３） 作 者 简 介 ：卞 清 （１９８６－ ），女 ，在 读 硕 士 研 究 生 ，主 要 研 究 方 向 为 纳 米 复 合 涂 料 研 究 。 联 系 人：胡晓钧，教授，硕士生导师，主要从事环境功能材料研究。
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插层 法 是 ［１０］ 以 层 状 无 机 物 作 为 骨 架 ，如 硅 酸 盐 类 、磷 酸 盐 类、石墨、金属氧化物、二硫化物 和 氧 氯 化 物 等，将 有 机 聚 合 物 分子或单体插 入 骨 架 中，在 一 定 条 件 下 （如 加 热 或 光 照 等）发 生一系列的反应制得有 机－无 机 纳 米 复 合 涂 料，可 以 分 为 溶 液 插层法和熔 融 插 层 法。 通 常 利 用 该 方 法 制 备 有 机 －无 机 纳 米 复合材料之前，须对无机层状物 进 行 有 机 化 处 理，提 高 其 与 有 机分子的相容性，从 而 有 利 于 无 机 物 骨 架 的 分 层 及 增 大 层 间 距 ，以 获 得 综 合 性 能 优 异 的 有 机 －无 机 纳 米 复 合 材 料 。
摘 要 有机－无机纳米复合涂料是一种 具 有 广 阔 应 用 前 景 的 新 型 高 性 能 涂 料。 综 合 阐 述 了 有 机－无 机 纳 米 复 合 涂 料 的 性 能 特 征 、分 类 、制 备 方 法 及 在 抗 菌 、耐 磨 、耐 腐 蚀 等 领 域 的 研 究 进 展 和 应 用 现 状 ，并 对 其 发 展 趋 势 进 行 了 展 望 。
ｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ，ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｉｎ ａｎｔｉｂａｃｔｅ－ ｒｉａｌ，ｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｗｅｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｗａｓ ｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ．
李为力等［５］利用溶 胶－凝 胶 法 制 备 了 氨 基 改 性 的 硅 溶 胶 ， 并将其与环氧树脂复合制得硅溶胶改性环氧树脂复合涂料。 研究表明该涂层具有较强的附 着 力、耐 冲 击 性、耐 高 温 及 防 腐 等优良性能。Ｔｓｕｔｏｍｕ Ｍｉｚｕｔａｎｉ等［６］利 用 该 方 法 制 备 了 纳 米 ＳｉＯ２／聚丙烯酸的复 合 涂 料，该 涂 料 具 有 较 强 的 表 面 硬 度 、附 着 力 、漆 膜 的 光 泽 效 果 较 好 等 优 点 。
和无机纳米粒子改性有机聚合物涂料。通过调节有机和无机 组 分 之 间 的 比 例 ，可 实 现 对 复 合 涂 料 性 能 的 调 控 。
１．２ 有机－无机复合涂料的制备方法
１．２．１ 溶 胶 －凝 胶 法 溶胶－凝胶法是制 备 有 机－无 机 纳 米 复 合 涂 料 最 常 用 也 是
最完善的方 法。 溶 胶－凝 胶 法 利 用 化 学 活 性 高 的 化 合 物 作 前 驱体，在溶液中均匀混合进行水 解 和 缩 合 反 应 先 形 成 溶 胶 ，然 后通过溶剂挥发或加热使溶胶形成三维空间网络结构转变成 凝胶，凝胶经 过 干 燥、热 处 理 等 制 备 出 性 能 优 异 的 有 机 －无 机 纳米复合涂料，具 有 透 明 性 好、稳 定 性 好 等 优 点，可 用 作 耐 磨 涂 料 、耐 腐 蚀 涂 料 、阻 燃 涂 料 及 光 学 涂 料 等 。
１ 有机－无机纳米复合涂料的分类及制备方法
１．１ 有 机 －无 机 纳 米 复 合 涂 料 的 分 类
有机－无机纳米复合涂 料 是 一 种 分 散 相 对 均 匀，有 机 分 子 与无机分子间的 界 面 作 用 力 较 强，其 中 至 少 有 一 相 的 尺 寸 在 纳米数量级以 内，有 机 相 与 无 机 相 间 达 到 “分 子 水 平”的 复 合 的新型涂 料［４］。 有 机－无 机 纳 米 复 合 涂 料 根 据 其 涂 膜 的 功 能 可分为防腐蚀 涂 料、绝 缘 涂 料、耐 高 温 涂 料、抗 菌 涂 料 及 隐 身 涂料等；根据有机 材 料 与 无 机 材 料 间 的 相 互 作 用 力 或 组 成 复 合涂料的成分不 同，也 可 分 为 有 机 聚 合 物 改 性 无 机 纳 米 涂 料
第 ４１ 卷 第 １２ 期 ２０１３ 年 １２ 月
化 工 新 型 材 料 ＮＥＷ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ
Ｖｏｌ．４１ Ｎｏ．１２ ·９·
有机－无机纳米复合涂料的研究进展
卞 清１ 夏鸿雁１ 胡晓钧１＊ 陈亚男１ 吴 昊１ 秦 文２ 王 英２ 陈 明２