納米材料的發(fā)展與應(yīng)用

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摘要： 納米涂料對(duì)甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能，使室內(nèi)空氣更加清新。對(duì)各種霉菌的殺抑率達(dá)99％以上，有長(zhǎng)期的防霉防藻效果。納米改性內(nèi)墻涂料，實(shí)際上是高級(jí)的衛(wèi)生型涂料，適合于家庭、醫(yī)院、賓館和學(xué)校的涂裝。納米改性外墻涂料，利用納米材料二元協(xié)同的荷葉雙疏機(jī)理，較低的表面張力，具有高強(qiáng)的附著力，由于目前應(yīng)用納米材料對(duì)涂料進(jìn)行改性尚處在初級(jí)階段，技術(shù)、工藝還不太成熟，需要探索和改進(jìn)。但涂料的各種性能得到某些改進(jìn)的試驗(yàn)結(jié)果足以證明，納米改性涂料的市場(chǎng)前景是非常好的。

　　關(guān)鍵詞： 納米 材料 應(yīng)用

　　納米發(fā)展小史

　　1959年，著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德。費(fèi)曼預(yù)言，人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器，最后實(shí)現(xiàn)根據(jù)人類意愿逐個(gè)排列原子、制造產(chǎn)品，這是關(guān)于納米科技最早的夢(mèng)想。

　　1991年，美國(guó)科學(xué)家成功地合成了碳納米管，并發(fā)現(xiàn)其質(zhì)量?jī)H為同體積鋼的1/6，強(qiáng)度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級(jí)纖維.這一納米材料的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志人類對(duì)材料性能的發(fā)掘達(dá)到了新的高度。1999年，納米產(chǎn)品的年?duì)I業(yè)額達(dá)到500億美元。

　　什么是納米材料

　　納米（nm）是長(zhǎng)度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），對(duì)宏觀物質(zhì)來說，納米是一個(gè)很小的單位，不如，人的頭發(fā)絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細(xì)胞的直徑一般為3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級(jí)；對(duì)于微觀物質(zhì)如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當(dāng)于1個(gè)氫原子的直徑，1納米是10埃。

　　一般認(rèn)為納米材料應(yīng)該包括兩個(gè)基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時(shí)具有區(qū)別常規(guī)尺寸材料的一些特殊物理化學(xué)特性。

　　1、納米技術(shù)在防腐中的應(yīng)用

　　由加拿大萬(wàn)達(dá)科技（無(wú)錫）有限公司與全國(guó)涂料工業(yè)信息中心聯(lián)合舉辦的無(wú)毒高效防銹顏料及其在防腐蝕涂料中的應(yīng)用研討會(huì)近日在無(wú)錫召開。

　　中國(guó)工程院院士、裝甲兵工程學(xué)院徐濱士教授，上海交通大學(xué)李國(guó)萊教授，中化建常州涂料化工研究院錢伯榮總工等業(yè)內(nèi)知名人士分別在會(huì)上作了報(bào)告，與會(huì)者共同探討了納米技術(shù)在防銹顏料中及涂料中的應(yīng)用、無(wú)毒高效防銹顏料在防腐蝕涂料中的應(yīng)用以及新型防銹涂料和防銹試驗(yàn)方法發(fā)展等課題。

　　徐院士就當(dāng)前納米技術(shù)的發(fā)展情況作了簡(jiǎn)單介紹，他指出：納米技術(shù)的研究對(duì)人類的發(fā)展、世界的進(jìn)步起著至關(guān)重要的作用，誰(shuí)掌握了納米技術(shù)，誰(shuí)就站在了世界的前列。我國(guó)納米技術(shù)的研究因起步較早，現(xiàn)基本能與世界保持同步，在某些領(lǐng)域甚至超過世界同行業(yè)。

　　作為國(guó)內(nèi)表面處理這一課題的領(lǐng)頭人，徐院士重點(diǎn)談了納米技術(shù)對(duì)防銹顏料及涂料發(fā)展的促進(jìn)作用。他說，此前我國(guó)防銹顏料的開發(fā)整體水平落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統(tǒng)防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴(yán)重，對(duì)人體的傷害很大，目前已被許多國(guó)家相繼淘汰和禁止使用；磷酸鋅防銹顏料雖然無(wú)毒，但由于改性技術(shù)原因，性能并不理想，加上價(jià)格太貴，難以推廣；而三聚磷酸鋁也因價(jià)格原因未能大量應(yīng)用。國(guó)外公司如美國(guó)的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德國(guó)的Hrubach、法國(guó)的SNCZ、英國(guó)的BritishPetroleum、日本的帝國(guó)化工公司均推出了一系列無(wú)毒防銹顏料，有的性能不錯(cuò)，甚至已可與鉻酸鹽相比，但均因價(jià)格太高，國(guó)內(nèi)尚未引進(jìn)。我國(guó)防銹涂料業(yè)亟待一種無(wú)毒無(wú)害、性能優(yōu)異而又價(jià)格低廉的防銹顏料來提升防銹涂料產(chǎn)品的整體水平，增強(qiáng)行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

　　中化建常州涂料化工研究院高級(jí)工程師沈海鷹代表常州涂料院，在題為《無(wú)毒高效防銹顏料在防腐蝕涂料中的應(yīng)用》報(bào)告中，詳細(xì)介紹了復(fù)合鐵鈦醇酸防銹漆及復(fù)合鐵鈦環(huán)氧防銹漆的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)或使用注意事項(xiàng)、防銹漆技術(shù)指標(biāo)及其與鐵紅、紅丹同類防銹漆主要性能的比較。

　　在紅丹價(jià)格一路攀升的今天，這一信息無(wú)疑給各涂料生產(chǎn)廠商提供了巨大的參考價(jià)值，會(huì)場(chǎng)氣氛十分熱烈，與會(huì)者紛紛提出各種問題。萬(wàn)達(dá)科技（無(wú)錫）有限公司總工程師李家權(quán)先生就復(fù)合鐵鈦防銹顏料的防銹機(jī)理、生產(chǎn)工藝、載體粉的選擇、產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)及納米材料的預(yù)處理方法等一一做了詳細(xì)介紹。

　　目前產(chǎn)品已通過國(guó)家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心、鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心車輛檢驗(yàn)站、機(jī)械科學(xué)院武漢材料保護(hù)研究所等國(guó)內(nèi)多家權(quán)威機(jī)構(gòu)的分析和檢測(cè)，同時(shí)還經(jīng)過加拿大國(guó)家涂料信息中心等國(guó)外權(quán)威機(jī)構(gòu)的技術(shù)分析，結(jié)果表明其具有目前國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品無(wú)可比擬的防銹性能和環(huán)保優(yōu)勢(shì)，是防銹涂料領(lǐng)域劃時(shí)代產(chǎn)品，為此獲得了中國(guó)專利技術(shù)博覽會(huì)金獎(jiǎng).復(fù)合鐵鈦粉及其防銹漆通過國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)的鑒定后已在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，并已由解放軍總裝備部作為重點(diǎn)項(xiàng)目在全軍部分裝備上全面推廣使用。

　　本次會(huì)議的成功召開，標(biāo)志著我國(guó)防銹涂料產(chǎn)業(yè)新一輪的變革即將開始，它掀開了我國(guó)防銹涂料朝高品質(zhì)、高技術(shù)含量、高效益及全環(huán)保型發(fā)展的嶄新一頁(yè)。其帶來的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益不可估量。這是新型防銹顏料向傳統(tǒng)防銹顏料宣戰(zhàn)的開始，也吹響了我國(guó)防銹涂料業(yè)向高端防銹涂料市場(chǎng)發(fā)起沖擊的號(hào)角。

　　2、納米材料在涂料中應(yīng)用展前景預(yù)測(cè)

　　據(jù)估算，全球納米技術(shù)的年產(chǎn)值已達(dá)到500億美元。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家政府和大的企業(yè)紛紛啟動(dòng)了發(fā)展納米技術(shù)和納米計(jì)劃的研究計(jì)劃。美國(guó)將納米技術(shù)視為下一次工業(yè)革命的核心，2001年年初把納米技術(shù)列為國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)，在納米科技基礎(chǔ)研究方面的投資，從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元，準(zhǔn)備像微電子技術(shù)那樣在這一領(lǐng)域獨(dú)占領(lǐng)先地位。日本也設(shè)立了納米材料中心，把納米技術(shù)列入新五年科技基本計(jì)劃的研究開發(fā)重點(diǎn)，將以納米技術(shù)為代表的新材料技術(shù)與生命科學(xué)、信息通信、環(huán)境保護(hù)等并列為四大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。德國(guó)也把納米材料列入21世紀(jì)科研的戰(zhàn)略領(lǐng)域，全國(guó)有19家機(jī)構(gòu)專門建立了納米技術(shù)研究網(wǎng)。在人類進(jìn)入21世紀(jì)之際，納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)社會(huì)的發(fā)展和生存環(huán)境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻(xiàn)。從某種意義上說，21世紀(jì)將是一個(gè)納米世紀(jì)。

　　由于表面納米技術(shù)運(yùn)用面廣、產(chǎn)業(yè)化周期短、附加值高，所形成的高新技術(shù)和高技術(shù)產(chǎn)品、以及對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品的改造升級(jí)，產(chǎn)業(yè)化市場(chǎng)前景極好。

　　在納米功能和結(jié)構(gòu)材料方面，將充分利用納米材料的異常光學(xué)特性、電學(xué)特性、磁學(xué)特性、力學(xué)特性、敏感特性、催化與化學(xué)特性等開發(fā)高技術(shù)新產(chǎn)品，以及對(duì)傳統(tǒng)材料改性；將重點(diǎn)突破各類納米功能和結(jié)構(gòu)材料的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和表征技術(shù)。多功能的納米復(fù)合材料、高性能的納米硬質(zhì)合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業(yè)的跨越式發(fā)展提供了廣泛的機(jī)遇。預(yù)期十五期間，各類納米材料的產(chǎn)業(yè)化可能形成一批大型企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)，將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要影響；納米技術(shù)的應(yīng)用逐漸滲透到涉及國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域，將產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

　　納米技術(shù)在涂料行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展，促使涂料更新?lián)Q代，為涂料成為真正的綠色環(huán)保產(chǎn)品開創(chuàng)了突破性的新紀(jì)元。

　　我國(guó)每年房屋竣工面積約為18億平方米，年增長(zhǎng)速度大約為3％。18億平方米的建筑若全部采用建筑涂料裝飾則總共需建筑涂料近300萬(wàn)噸，約200～300億元的市場(chǎng)。目前，我國(guó)建筑涂料年產(chǎn)量?jī)H60多萬(wàn)噸，世界現(xiàn)在涂料年總產(chǎn)量為2500萬(wàn)噸，每人每年消耗4千克，為發(fā)達(dá)國(guó)家的1／10，中國(guó)人年均涂料消費(fèi)只有1.5千克。因而，建筑涂料具有十分廣闊的發(fā)展前景。

　　納米涂料已被認(rèn)定為北京奧運(yùn)村建筑工程的專用產(chǎn)品，展示出該涂料在建筑領(lǐng)域里的應(yīng)用價(jià)值。它利用獨(dú)特的光催化技術(shù)對(duì)空氣中有毒氣體有強(qiáng)烈的分解，消除作用。對(duì)甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能，使室內(nèi)空氣更加清新。經(jīng)測(cè)試，對(duì)各種霉菌的殺抑率達(dá)99％以上，有長(zhǎng)期的防霉防藻效果。納米改性內(nèi)墻涂料，實(shí)際上是高級(jí)的衛(wèi)生型涂料，適合于家庭、醫(yī)院、賓館和學(xué)校的涂裝。納米改性外墻涂料，利用納米材料二元協(xié)同的荷葉雙疏機(jī)理，較低的表面張力，具有高強(qiáng)的附著力，漆膜硬度高且有韌性，優(yōu)良的自潔功能，強(qiáng)勁的抗粉塵和抗臟物的粘附能力，疏水性極佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外線能力極強(qiáng)。使用壽命達(dá)15年以上。顆粒徑細(xì)小，能深入墻體，與墻面的硅酸鹽類物質(zhì)配位反應(yīng)，使其牢牢結(jié)合成一體，附著力強(qiáng)，不起皮，不剝落，抗老化。其納米抗凍性功能涂料，除具備納米型涂料各種優(yōu)良性之外，可在－10℃到－25℃之內(nèi)正常施工。突破了建筑涂料要求墻體濕度在10％以下的規(guī)定，使建筑行業(yè)施工縮短了工期，提高了功效，又創(chuàng)造出高質(zhì)量，一舉三得，所以備受建筑施工單位的歡迎。

　　由于目前應(yīng)用納米材料對(duì)涂料進(jìn)行改性尚處在初級(jí)階段，技術(shù)、工藝還不太成熟，需要探索和改進(jìn)。但涂料的各種性能得到某些改進(jìn)的試驗(yàn)結(jié)果足以證明，納米改性涂料的市場(chǎng)前景是非常好的。