新型建筑涂料

新型建筑涂料

摘要

鉴于我国城乡建筑事业日趋发展,特別是沿海14个城市开放后,现有的一些建筑涂料已远不能满足当前工程质量的要求,急需研制新型建筑涂料,才能为我国建筑业作好配套服务工作。文中提出了建筑涂料的产量和消费预测数据,指出了建筑涂料的发展趋向:组成和结构的变化,第三功能、立体化饰面和色泽交叉的发展,以及检测和施工的革新等。对不同的建筑材料,如纳米涂料、无机硅酸钾涂料、绿色涂料等所适用的新型建筑涂料,作了较详细的介绍。

关键词

建筑涂料，起源，发展，应用，纳米材料，纳米材料发展及应用

一、起源

起源于18世纪的英国工业革命促进了社会生产力的发展，包括促进了新型建筑材料的发明和涌现。随着科技水平和装备技术的不断创新、完善，各种新型建材也不断被发明、创造、生产，同时新的技术和工艺为新产品的生产提供了质量保证。而建筑涂料是伴随着石油工业和化学工业的崛起而快速发展起来的。

美国是世界上涂料产量最大的国家，建筑涂料占涂料总用量的50％。日本、俄罗斯、德国也是涂料生产大国。近年来，无机高分子涂料受到各国重视，日本将其列为低公害产品加以发展，欧美国家也大力推广。新型高档涂料不断出现，如氟树脂涂料、自干型氟树脂涂料等。国外还相继出现了防火涂料、防潮涂料、杀虫涂料、高亮度光涂料、防海水侵蚀等功能性涂料。此外，粉末涂料发展很快，因为它对环境造成的污染极小、涂膜性能优异，今后其应用市场将近一步扩大。

我国无机防火涂料的研制和应用始于50年代后期，当时主要用于无机硅酸盐和水玻璃为粘接剂生产防火涂料。伴随着近年来防火涂料的快速发展，无机防火涂料也得到进一步发展，某些原有的无机防火涂料品种通过进一步的深入研究，其性能得以改善与提高。

建筑防火范围广、用量大，为无机防火涂料提供了很大的应用市场，由此可以进一步推动防火涂料的发展及高性能防火助剂的开发，使防火涂料走向良性循环的发展轨道。

许多建筑涂料在生产和使用过程中释放出有毒的甲醛、挥发性有机物等，造成空气污染，影响人体健康，这些涂料应当停止生产或减少生产，开发出更多的新型健康涂料取而代之，更好地为人类服务。

二、发展

2.1新型建筑涂料的发展方向

2.1.1向多功能化发展

我们熟知的建筑涂料有防火、防水、防腐等建筑涂料，同样还有防霉、碳化、隔热等建筑涂料，这些都是建筑涂料发展的一个方向，建筑涂料的其他功能还应进行深入的研究，以满足社会的需求。

2.1.2提高涂料配制技术

目前，常见的提高建筑涂料的配置技术方法主要是通过选用优质的颜料、助剂、色浆、纳米材料和其他粉料等原材料，以此满足涂料的各种功能的需求。

今后建筑材料的发展趋向，应朝着省资源、节能源、低污染高质量和简化称装的方向迈进。展望建筑涂料技术开发的未来，无疑是减少有机溶剂的使用量，增加耐久性和抗污染性、提高装饰效果减少有机溶剂的使用量的途径是：多发展低污染或无污染、节省资源能源的涂料如水性涂料、水乳型、胶体分敬型游料．无溶剂或非水分散体涂料，高固体份涂料，射线同化涂料等要增加建筑涂料的耐久性和抗污染性，其途径有：发展有机和无机复合型装饰涂料．发展瓷砖状、釉面状涂料，发展耐水性优良且抗污染性好的涂层罩面橡等提高建筑涂料的装饰效果之途径有；应由平面感觉和色调单一的现状向立体感强、多色互套和特种纤维等方向发展；应由薄型、单层向厚质、多层具良好质感的粗线条与花纹图案以及多种多样的凹凸形状相结台的方向发展随着新建筑物的大批涌现，对涂料的装饰和保护作用有新的更高的要求，为此发展新型建筑涂料，满足城乡人民和国家建设的需要，是豫料行业、建筑行业和设计部门的重要任务

三、纳米材料

纳米技术是继信息技术、基因组工程之后的一颗新的科技明星，成为世界各国研究开发的重点。我国也将纳米技术列入国家“攀登计划”、“863”计划等。无限的科学价值和商业机会，表明纳米技术必将推动人类社会的飞速发展。

3.1什么是纳米材料

纳米(nm)是一种计量单位lnm=10一m，即1纳米等于1米的十亿分之一，相当于10个氢原子一个挨一个排列起来的长度。纳米材料是指粒径在1～100纳米之间并且具有特殊物理化学性能的材料，广义的纳米材料还包括三维结构中一维的长度在1～100纳米之间或者具有纳米结构的材料。纳米材料具有很多神奇的性能，如界面效应、小尺寸效应、宏观量子效应、光催效应。纳米材料与超细粉体的概念是不同的，所涉及的是不同的领域。

3.2当前我国对纳米材料的研究及应用

当前我国对纳米材料的研究刚刚起步，已经应用了纳米技术的材料项目有：纳米抗菌塑料、陶瓷、橡胶等。随着研究的不断深入，纳米技术必将对信息技术、材料科学、生物工程等产生深远的影响。

3.3纳米材料在涂料中的应用

涂料是建筑物的内衣(内墙涂料)和外衣(外墙涂料)，国内传统的涂料普遍存在悬浮稳定性差、不耐老化、耐洗刷性差、光洁度不高等缺陷。虽然纳米材料在建材(特别是建筑涂料)方面的应用刚开始，却已经显示出了它的独特魅力[4]。所谓纳米复合涂料，就是将纳米粉体用于涂料中所得到的一类具有耐老化、抗辐射、剥离强度高或具有某些特殊功能的涂料。、同一种纳米粒子在不同粒径下会有不同的作用，不同种类的纳米粒子也可以在涂料中起相同作用。按纳米复合涂料的用途可归纳为以下几种。

3.3.1光学应用纳米复合涂料

纳米粒子的粒径远小于可见光的波长400～750nm，具有透过作用，从而保证了纳米复合涂料具有较高的透明性。纳米粒子对紫外线具有较强的吸收作用。在外墙建筑涂料中添加纳米TiO、SiO等纳米粒子以提高耐候性，在汽车面漆中添加TiO以提高汽车涂料的耐老化

性等。纳米SiO。是无定型白色粉末(指其团聚体)，表面存在不饱和的残键及不同键合状态的羟基，其分子状态呈三维链状结构j。一般来讲，纳米粒子表面相互聚集的氢键之间的作用力不强，易以剪切力加以分开。然而，这些氢键会在外部剪切力消除后迅速复原，使其结构迅速重组。这种依赖时间与外力作用而回复原状的剪切力弱化反应，称为“触变性”[6]。触变性是纳米二氧化硅改善传统涂料各项性能的主要因素[7]。徐国财等人通过纳米微粒填充法，将纳米二氧化硅掺杂到紫外光固化涂料中。实验表明，纳米二氧化硅减弱了紫外光固化涂料吸收UV辐照的强度，从而降低了光固化涂料的固化速度，但可明显提高紫外光固化涂料的硬度和附着力。

特别是金红石型超细TiO：在汽车面漆中还可起到效应颜料作用，与其它片状效应颜料如铝粉颜料或珠光颜料并用时，会产生伴有乳光的随角异色性，可用于豪华轿车面漆，这是目前纳米TiO：的最大用途，也是国外纳米材料在涂料中应用最为成功的例子之一l_9]。纳米氧化锌由于尺寸小、比表面积大，表面的键态与颗粒内部的不同，表面原子配位不全等，导致表面的活性位置增多，形成了凸凹不平的原子台阶，加大了反应接触面，因此，纳米氧化锌也是一种很好的光催化剂。在紫外光照射下，它能分解有机物质，抗菌和除臭。具有这一性质的光催化剂可用于环保涂料中。纳米ZnO加入涂料可显著提高涂料的耐人工老化能力。

3.3.2吸波纳米复合涂料

由于纳米超细粉末尺寸非常小，与电磁波波长相当，具有吸收电磁波的性能，它们对不同波长的雷达波和红外线具有很强的吸收作用。因此，被纳米颗

粒改性后的涂料可成为军事上用的隐身涂料。美国曾报道过一种“超”黑体纳米吸收材料，即超细石墨粉纳米吸波涂料，对雷达波的吸收率可达999／i『】。可用作雷达波吸收剂的纳米粉体有：纳米金属(Fe、A1、Co、Ni、Ti、Cr、Nd等)与合金的复合粉体、纳米氧化物(Fe3O4、Fe2O3、ZnO、NiO2、TiO2、MoO2等)的粉体、纳米石墨、纳米碳化硅及混合物粉体等。国外用纳米级羰基铁粉、镍粉、铁氧体粉末已成功配制了军事隐身涂料，涂到飞机、军舰、导弹、潜艇等武器装备上，使其具有隐身性能。纳米涂层材料由于具有吸收频带宽、重量轻、厚度薄等优点，可望在未来军事隐身化方面大展身手。。

3.3.3纳米自洁抗菌涂料

光的照射可以引起TiO：表面在纳米区域形成亲水性及亲油性两相共存的二元协同纳米界面结构。这样在宏观的TiO：表面将表现出奇妙的超双亲性。利用这种原理制作的新材料，可修饰玻璃表面及建筑材料表面，使之具有自清洁及防雾等效果。如将国内已经工业化生产的纳米抗菌粉用于涂料中，可制得纳米杀菌涂料，涂覆于建材产品，如卫生洁具、室内空间、用具、医院手术间和病房的墙面、地面等，起到杀菌、保洁作用口。纳米TiO：颗粒在波长小于400nm的光照下，能吸收高于其禁带宽度的短波光辐射，产生电子跃迁，使价带电子被激发到导带，并形成电子一空穴对，将能量传递到周围介质，诱导光化学反应，从而具有光催化性能。其反应机理如

下引：

TiO：+hv一(TiO：)h+(TiO：)e

O2+e—O

HzO+h一0H+H

O：+H一·OOH

式中生成的自由基·OOH和·OH具有很强的氧化和分解能力，可破坏有机物中的C—C键、C —H键、C—N键、C—N键等，因而具有高效分解有机物的能力，可分解涂料表面的污物，与细菌中的有机物反应，生成二氧化碳和水，从而达到杀灭细菌的作用比常用的氯气、次氯酸等有更大的效力。由于纳米级的TiO：在有光照(包括灯光和日光)的作用下，具有杀菌、