功能性涂料的现状及其发展

功能性涂料的现状及其发展

朱春娟应用化学 2008111066

（西北大学化学与材料科学学院，陕西西安710069）

摘要：功能性涂料是指除了装饰和防护外，还具有某些特定功能的涂料。本文综述了功能性涂料的种类及其应用，并对其前景作出了进一步展望。

关键词：功能性涂料；应用；研究进展

1 概述

功能性涂料是各种特殊性涂料的总称。即除了具有装饰和保护两种基本功能外，其涂膜还能通过光、电、热、机械、化学或生物化学作用，以及其他方式进行能量的相互作用、相互转换而产生某种特殊功能。功能性涂料是伴随着现代涂料的发展而得以应用并逐步发展的，其独特的性能使许多产品和设备的功能得以充分的发挥，已经成为现代涂料的重要组成部分，受到人们的关注[1]。

功能性涂料以其独特的性能被广泛应用，随着社会需要和科技的发展，将会有更多特定功能涂料的问世。

2 功能性涂料简介

2.1 示温涂料

当涂层被加热到一定温度而发生颜色或其他现象变化来指示物体表面温度及温度

分布的涂料称作示温涂料，通常也称为变色涂料或热敏涂料。根据示温涂料变色后出现颜色的稳定性，可以分成可逆型示温涂料和不可逆型示温涂料；又可根据涂层随温度变化所出现的颜色的多少分为单变色示温涂料和多变色示温涂料。当受热到一定温度涂层颜色发生变化，显出一种新的颜色，而再冷却到常温时，重新又恢复到原来的颜色，这种涂料称为可逆型示温涂料；如果冷却到常温时，涂层颜色不能恢复到原来的颜色，则称为不可逆型示温涂料。随温度上升，涂层在某一温度范围只出现一种新的颜色，此类涂料称为单变色示温涂料；如果随温度上升涂层在不同的温度阶段能出现2种以上的新的颜色，则称为多变色示温涂料。

可逆示温涂料的应用很广泛[2]，除在工业生产中起示温报警作用之外，还为美化生活提供条件，如涂在纸张、木材、塑料、金属、陶瓷、玻璃、布等底材上，获得装饰性、趣味性高的底材和制品，可以制作变色衣料、变色茶杯、防伪标签等。又可用在汽车轮胎、橡胶制品等缺陷的无损检测方面。可逆示温涂料现朝着温度范围宽(从零下几十度到200℃左右)、多变色、灵敏和重复性好、寿命长的方向发展。需要解决的

问题是：①微胶囊化技术的进一步研究；②液晶聚合物技术的研究；③新的热变色物质的开发。

单变色不可逆示温涂料发展至今，已有温度跨度为30～1350℃，约100多种产品，但各国的产品品种和温度范围不同。目前的品种仍不能完全满足测温的需求，例如国产高温段(300℃以上)的品种存在温度间隔大、品种少、误差大等缺点；有些产品因原材料原因濒I临绝种，有些品种亟须改进。因此，单变色不可逆示温涂料仍需要改进和完善。不过，单变色不可逆示温涂料具有测温精度较高，在飞机、火炮等部件的测温，电气设备、机器设备、化工设备的安全警报指示和科研上仍将继续发挥作用。

多变色不可逆示温涂料具有大面积场测温功能，记忆最高温度不破坏物体表面形状，不影响气流状态，使用方便，测量结果直观等特点。因此广泛应用于发动机燃烧室、涡轮外环导向叶片、加力扩散器等部件的测温。多变色不可逆示温涂料主要用于发动机主燃烧室、火焰筒、涡轮外环导向叶片、加力扩散器以及其他动态或大面积场的测温。多变色不可逆示温涂料的正确使用：①多变色不可逆示温涂料的示温精度要差于一般的温度计，它只能给出一个温度区间，要想进一步准确测量某一点温度，需采取其他方法或几种示温涂料交替使用；②每种示温涂料的使用环境条件各不相同，使用之前应确定该品种是否适用于使用环境。多变色不可逆示温涂料是目前应用最广和最多的示温涂料，经过几十年的发展，现已有几十个品种问世，其温度范围为300—1600℃之间，极大地满足了高温测量的需要。现在需要解决的问题有：①开发温度跨度大、间隔小、色差明显、精度高的新型品种；②探索其发色机理，以指导新品种的开发研制。

2.2 防火涂料[3]

防火涂料的机理是使可燃物表面隔绝空气，或者涂层高温燃烧形成膨胀隔热层，增加涂层的厚度，延缓物质的燃烧。同时涂层在高温状态下会产生一系列的化学反应，稀释了空气中氧气的浓度，达到抑制物质燃烧的目的。

防火涂料涂覆在基材表面，除具有阻燃作用以外，还具有防锈、防水、防腐、耐磨、耐热以及涂层坚韧性、着色性、黏附性、易干性和一定的光泽等性能。

随着有机合成材料的大量应用，其难燃为体也日益突出。含卤素等难燃化的有机聚合物往往导致材料的物性变劣，使用寿命缩短、价格提高。采取在其表面涂覆防火涂料的办法来进行防火保护，不但能保持原来有机合成材料的优良性能，而且经济适用。防火涂料在有机合成材料上的应用也有广阔的前景。此外，普通刚才被加热至540℃

左右即丧失了结构强度。混凝土结构在高温火焰作用下也容易开裂崩解。因此，对钢铁结构和混凝土结构进行防火保护，使它们在火灾发生时能延长发生变形破坏的时间，为灭火赢得时间，减少火灾损失，受到人们很大的重视。防火涂料在钢铁结构和水泥结构上的应用正在扩大。

综上所述，随着工业向大型化和建筑向集群化、高层化发展，随着科学技术的发展，人们对防火涂料的要求越来越高，应用越来越广泛。这种情况又大大促进了防火涂料的发展，它将成为国家建设和人民生活中不可缺少的材料之一。而且随着国家经济和人民生活水平的进一步提高，防火涂料会具有更加广阔的应用和发展。

2.3 导电涂料[4]

目前导电涂料有掺和型、防静电型、本征型 3 类。添加型导电涂料是在绝缘基料中掺入导电填料，使基料具有导电性能，这种导电性能并非基料所固有的特性，其导电过程通过导电填料提供自由电子载流子来实现。非添加型导电涂料是以导电高聚物为基本成膜物质，以高聚物自身的导电功能使涂层导电。导电高聚物是指自身结构或经过“掺杂”少量“杂质”之后具有一定导电功能的高聚物。掺杂的目的是在聚合物结构中引入比较易于流动的载流子，只有共扼高聚物才能制成这类导电涂料的基本成膜物质。其导电机理是在高聚物中存在共扼结构时，电子体系增大，则电子的离域性增强，可移动范围增大，当共扼结构达到足够大时，化合物即可提供自由电子，从而能够导电，通过掺杂在聚合物结构中引入比较易于流动的载流子，载流子沿共扼聚合物链段的流动，以及电荷在各链间的跃迁起到了导电作用。

用作导电涂料的导电物质主要是金属粉末和石墨、炭黑等。采用不同的导电材料和载体可以制成不同电阻值的导电涂料。导电涂料的应用较广，在电子工业领域、宇宙航行工业都有广泛应用，在日用电子工业中也有应用，在需要导静电的场合也多采用导静电涂料。

2.4 纳米隐身涂料

纳米隐身涂料[5]是采用特定组成的纳米材料与有机涂料复合，使涂覆目标能够对可见光、雷达、红外等现代探测仪器有隐身作用的一类涂料，其基本原理是：降低目标自身发出或反射外来的信号强度，或者减小目标与环境的信号反差，或者使目标与环境反差规律混乱，造成目标几何形状识别上的困难。研究认为，纳米复合涂料能够隐身主要有两方面原因：一是由于纳米粒子尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米材料对这些范围波的透过率比常规材料要强得多大大减少了波的反射率，使得红外