功能涂料综述

功能涂料综述

一、功能涂料的分类

1 热功能涂料

热功能涂料包括耐高温涂料、隔热保温涂料和示温涂料。

1.1 耐高温涂料

耐高温涂料一般指能长期承受200℃以上温度，漆膜不变色、不脱落，仍能保持适当的物理力学性能，使被保护对象正常发挥作用的功能性涂料。耐高温涂料主要由耐高温基料、颜填料组成，其耐高温性能与基料、颜填料，以及颜填料与基料的匹配有关。一般按基料的不同，将耐高温涂料分为有机耐高温涂料和无机耐高温涂料。有机耐高温涂料主要是有机硅类耐高温涂料，这是因为硅氧键键能高达443kJ/mol，并且有机硅高聚物中Si原子上连接的烃基受热氧化后，生成高度交联的Si—O—Si键，形成Si—O链保护层，减轻了高温环境对高聚物内部的影响。纯有机硅树脂的高温防腐能力及耐溶剂性能较差，机械强度和附着力也不理想，常用环氧树脂、聚酯树脂对其改性，改性后其耐高温性下降较小。Chen Hu等人以聚硅氧烷和铝粉分别作为基料和颜料制备了一种耐热涂料。这种涂料在600℃以下具有很低的红外辐射系数，到650℃时，涂层表面才有少量的黑点，说明该涂层能承受650℃高温。有机耐高温涂料的耐高温上限不及无机耐高温涂料；无机耐高温涂料耐温可达400~1000℃甚至更高，但其漆膜脆，硬度高，弯曲时易开裂。常用的几类耐高温涂料有癸酸乙酯耐高温涂料、磷酸盐耐高温涂料、硅溶胶耐高温涂料以及硅酸盐耐高温涂料。

耐高温涂料广泛用于石油、化工、冶金、交通、宇航、机电、兵器等领域。

1.2 隔热保温涂料

隔热涂料是指能有效地阻止热传导，降低涂层表面和内部环境温度的一类涂料，分为阻隔型隔热涂料、反射型隔热涂料、辐射型隔热涂料、真空绝热保温涂料和纳米孔超级绝热保温涂料5类。

杨少武等人研究了纳米二氧化钛粉体、反射太阳光红外线因子CICP-L等材料对建筑反射隔热功能涂料反射太阳光的影响，提出了一条反射太阳光（特别是红外线）效果显著的涂料生产合成工艺路线，解决了普通建筑反射隔热涂料效果低下、色彩不能多样化的问题。

这类涂料广泛应用于建筑外墙、船舶甲板、汽车外壳和军事航天领域。

1.3 示温涂料

示温涂料是以颜色变化来指示物体温度及温度分布的涂料。示温涂料分为可逆型、不可逆型和熔融型3类。其原理都是利用受热前后，涂料中变色颜料发生物理或化学变化而呈现不同颜色，来达到指示温度等目的。

可逆示温涂料可用于高温报警、大面积表面温度测量；不可逆示温涂料可用于防伪、建筑装饰及非金属材料的温度测量。

2 防污功能涂料

防污涂料也称耐沾污涂料，是不易被灰尘等污染物沾污，表面易于清洗的一类新型功能

涂料。防污涂料一般由防污基料、漆基、毒剂、颜料、助剂和溶剂组成。按应用类型分类，最常见的防污涂料是建筑防污涂料和船舶防污涂料。

建筑涂料的防污性能是一个很重要的指标，常用的水性建筑涂料能满足人们的一般要求，但耐沾污性能不强，使用过程中沾到涂膜上的污迹难以清除。要解决涂膜耐沾污性不良的问题，需从提高涂膜致密性和憎水性两方面入手：一是采用有机硅—丙烯酸树脂乳液或含氟树脂乳液；二是加入低表面能的材料（耐沾污剂）。硅丙乳液与醋丙、苯丙、纯丙乳液相比，其耐沾污性、耐候性更优异，是近年来发展最快的建筑外墙涂料。将纳米技术应用到低表面能涂料中也是一个较好的研究热点。陈美玲等人将纳米SiO2引入氟硅丙烯酸树脂低表面能防污涂料中，认为纳米SiO2可以在涂膜表面形成微纳米结构，类似荷叶效应，对涂膜耐沾污性能有增强作用。据报道，北京首创纳米科技有限公司利用纳米胶体材料、纳米杂化乳液以及纳米复合微观组装技术，研制成具有超疏水性的耐沾污纳米复合改性涂料，并得到了实际应用。另外来自仿生学的荷叶效应涂料也引起了一定的关注。

船舶防污涂料的作用是抑制海生物附着。目前较实用的是使用防污剂制备的基料不溶型或基料可溶型防污涂料，这要求防污剂有一个稳定有效的渗出率，在漆膜表面形成有毒溶液薄膜，从而阻止海生物的附着。新型船舶防污涂料有：（1）不含锡类自抛光防污涂料；（2）低表面能防污涂料，这类涂料的表面能在25mN/m时，海生物最难黏附上去；（3）仿生防污涂料；（4）生物化学防污涂料；（5）导电防污涂料；（6）以可溶性硅酸盐为防污剂的防污涂料。

3 防水功能涂料

防水涂料是在常温下呈无固定形状的黏稠状液态材料，经涂布后，通过溶剂的挥发、水分的蒸发或反应固化后在基层表面可形成坚韧防水膜的材料总称。防水涂料属于建筑涂料的一类，具有高强度、高韧性、高密度、高弹性、高效防水性的特点，主要应用于外墙、地下建筑、厨房、卫生间、粮仓等多水潮湿场所，起到防雨、防水和防潮的作用。

根据防水原理，防水涂料可分为两大类：（1）防水材料渗入混凝土，堵塞毛细孔或形成憎水层，阻碍水的侵入而起到防水作用；（2）高分子物质在基材表面形成一层整体有弹性的防水膜，能适应基层变化，保持涂膜完整，将水与基材隔离，达到防水目的。按成膜物质分类，防水涂料一般可分为：改性沥青类、乙酸乙烯类、丙烯酸酯类、聚氨酯类、有机硅类、有机氟类和无机（有机、无机复合）类。

目前，市场上的防水涂料有两大类：一类是聚氨酯类防水涂料，另一类是聚合物水泥基防水涂料。由于聚氨酯、固化剂、填料的不同而形成不同品种的聚氨酯防水涂料，故聚氨酯防水涂料又分为单组分聚氨酯防水涂料、双组分聚醚型聚氨酯防水涂料、沥青聚氨酯防水涂料、彩色聚氨酯防水涂料4类。随着环保要求的提高，环保型单组分聚氨酯防水涂料、水固化型聚氨酯防水涂料、水性聚氨酯防水涂料，有机硅、丙烯酸、环氧等改性聚氨酯防水涂料日益引起人们的重视。M.M.Al-Zahrani等人比较了一种聚氨酯基防水涂料、高黏度环氧基防水涂料、两种水泥基防水涂料的防水性能，发现聚氨酯基防水涂料显示出最佳的防水性能。聚合物水泥基防水涂料是一种由液料（聚合物乳液和添加剂）和粉料（水泥、无机填料以及

助剂）组成的双组分水性防水涂料，也是国家大力提倡的环保型产品。

4 防火功能涂料

防火涂料或阻燃涂料是指涂覆于可燃性基材表面，能够改变材料表面燃烧特性，阻滞火灾迅速蔓延，或在火灾时能形成隔热层使底材与热源隔离，或提高结构的耐火极限的一类功能涂料。随着建筑物高层化、集群化和可燃有机合成材料的广泛应用，火灾的隐患变得突出，防火涂料作为防火的有效措施之一，得到广泛应用。防火涂料的阻燃机理为：（1）涂料本身不易燃，使被保护的基材不直接与空气接触而延迟基材着火；（2）防火涂料受热分解出不燃性气体（这种分解反应如是吸热反应还会降低体系温度），冲淡被保护基材受热分解出的易燃气体和空气中的氧气，抑制燃烧；（3）防火涂料预热能生成减缓及终止燃烧连锁反应的自由基；（4）防火涂料遇热膨胀，形成隔热隔氧的膨胀炭层，阻止燃烧的进行。涂料用聚合物基料多为易燃物，将P、Si、B或N等元素改性到碳链聚合物材料中，可以得到具有较好阻燃性能的材料，而用阻燃剂经过一定的工艺来改善聚合物的燃烧性是一种低成本且有效的方法，得到了广泛应用。Serge Bourbigot和Sophie Duquesne对阻燃聚合物，特别是阻燃剂、纳米填料和表面处理改善聚合物的燃烧性做了详细总结。

按照组成和防火原理，防火涂料可分为非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料两大类。膨胀型防火涂料是国内外应用最广的一类防火涂料；非膨胀型防火涂料用的防火助剂是一种组合体系，包括成炭剂、成炭催化剂、发泡剂3部分。传统的多聚磷酸铵/季戊四醇/三聚氰胺阻燃剂体系，在火灾时形成疏松的阻隔层，易被火渗透。关于新型阻燃剂体系的研究很多，如用低成本的碳酸钙、云母，将纳米材料，如碳纳米管、纳米二氧化硅引入防火涂料中，发生火灾时形成一层致密的阻隔层，达到更好的防火效果。非膨胀型防火涂料受热时涂层体积基本不变，一般认为这种防火涂料的阻燃效果有限，主要用于木制品、塑料等表面防止小火引燃和火势蔓延。

5 防腐功能涂料

防腐涂料是一种能够避免酸、碱及各种物质对材料腐蚀的涂料，是涂料中的一个重要品种。防腐涂料是保护材料最有效、最经济、应用最普遍的方法。重防腐涂料是指相对常规防腐涂料而言，能在相对苛刻腐蚀环境中应用，并能达到比常规防腐涂料更长保护期限的一类防腐涂料。

防腐涂料由基料、颜填料、溶剂和助剂组成，其防腐性和耐久性与基料种类、基材的预处理、固化、涂层厚度、涂层和基材间的黏结力，以及一些外部环境因素相关。理解涂层体系中各组分的相互作用，导致防腐涂料腐蚀失效的物理、化学原因，是研发新的防腐涂料的基础。防腐涂层通常由多涂层体系组成，根据体系的需要，每一层涂层可以是金属基的、有机的或无机的组分组成，比如典型的海洋防腐涂层由底漆、一道或多道中间漆以及面漆组成。底漆起到保护基材不被腐蚀和提供良好的基材附着力的作用；中间漆提供一定的涂层厚度，并保护基材不被一些外部破坏性物质破坏；面漆则既要满足颜色、光泽要求，又要能抵抗紫外线辐射。

防腐涂料一般分为聚氨酯防腐涂料、环氧防腐涂料、富锌防腐涂料、鳞片防腐涂料、高