Nano的词汇是21世纪的开端。目前没有其他技术更引人遐想。从自清洁表面,最后自我繁殖的纳米机器人,之间的边缘技术,科学和科幻小说几乎是不存在的。纳米技术发展在不同的学科如物理、化学、生物学和工程学,创造新的解决方案,因为这种跨学科的方法。领域的最先进的市场之一,纳米技术是利用纳米技术领域的修改表面属性。从新的光刻、自组装、纳米技术在现有涂料的使用,这一技术可以应用的范围是巨大的。特别是在涂料、纳米级粒子的评估潜在的使用是学术界和产业界的极大兴趣。

纳米技术的定义

每个人都熟悉“原子”一词意味着最小的不可分割的一部分,希腊哲学家Democrit可以考虑。他来到原子必须存在的哲学结论将问题分成更小的和更小的部分,最终将导致所有物质的最小的部分是由时间组成的。如果一个人拿起这些想法今天令人惊奇的是,从宏观物质原子大小的改变总是伴随着改变属性。例如,金属的颜色变化时大大减少单个金属单元的大小。如果金颗粒的大小减少到大约5海里,金属的颜色变成了一个密集的红色,例如,已经被用于前次教堂的彩色玻璃窗。所以只有通过改变大小颜色的物理性质的变化。引起这种变化所需的尺寸在色彩领域的一些- 9米,或者换句话说,在几纳米的范围。这种物理性质的改变是由于物质的电子性质的变化。电子被局限在一个小空间,导致这些变化的发生。纳米技术处理这些电子效应。 Matter reduced in at least one dimension to a size less than 100 nm can be considered nanomaterial. At the same time, the surface area of nanomaterial is enhanced by orders of magnitude so that surface effects become a critical aspect in nanotechnology. Stabilization of individual units as well as the surface activity become important when using nanomaterials. Assuming a dense packing of atoms, almost 60% of all atoms are located on the surface of 2-nm particles. Even for 10-nm particles it is still around 20%, as can be seen in Figure 1.

只有个别单位的说法nanomatter像纳米材料的最佳方式。即使轻微的聚合所有nanoeffects可能造成的损失。出于这个原因,pre-dispersed纳米大师批次是利用纳米材料在涂料的理想方式。通过使用只有少量的活性成分,实现主批活性成分含量很高,nanoadditives智能方法引入新的或增强涂层的性质。

纳米技术在涂料

纳米技术在不同领域有巨大潜力的我们的日常生活中。最成熟的地区之一,纳米技术应用领域的今天是塑料和涂料。应用涂料的主要原因为目的衬底可以装饰和保护作用。表面涂层保护必要性包括需要保护所有类型的环境影响,如紫外线、湿度和氧气,机械攻击,等等。对于那些要求,技术解决方案已经发展了很长时间主要基于有机和高分子化学。今天越来越多的纳米技术正在专注于涂料制造商为了达到可比,甚至改善涂料的新影响。例如,通过使用某些纳米氧化物分散到涂料配方,这些涂料的力学性能可以明显改善。尤其是纳米氧化铝和二氧化硅是感兴趣的,因为高光泽,高透明涂层可以通过使用纳米填料代替微米大小的材料。图2显示了纳米氧化铝的TEM图像由气相合成。材料是分散在不同介质的浓度超过50%。 Due to the nature of the particles, the viscosity of those dispersions is very low since there is no tendency for bridging flocculation, as for example in materials made by flame pyrolysis. When incorporating a small amount of nanoalumina in a UV-curable coating system, the resistance against mechanical scratching can be increased significantly. In Figure 3, the increase in haze due to scratches formed on the coated surface is measured as an indicator for scratch resistance.

可以看到,1% nanoalumina减少霾增加70%。同时,使用10%硅效果没有那么明显。这种差异的原因是不同的力学性能的纳米氧化铝和二氧化硅。氧化铝的扬斯模量大约是410 GPa而对于硅只有55 GPa,假设没有模量变化而变化的大小约40海里。材料越简单的结果更多的防刮纳米复合材料。除了材料本身,这是颗粒之间的界面和矩阵决定机械性能的改善。举个例子,有一个协同效应的nanoalumina和某些有机硅添加剂应用在一起。在图4中,结合nanoalumina用紫外光固化有机硅氧烷(BYK-UV 3500)在八个不同的光固化树脂系统。

没有有机硅氧烷耐擦伤性的影响在所有系统无法实现。有时,抓挠后外观更糟(例如,系统3改变从2到3)。通过添加少量的BYK-UV 3500,只有0.1%的功效nanoalumina可以显著增强,导致一种改进的外观在七,八抓后涂层系统。

目前,关注纳米材料在涂料的使用是在其他几个地区除了抗划伤,包括紫外线稳定,抗菌活性,红外光谱吸光度、或导电/防静电性能。无机紫外线吸收越来越多的用于涂料。在这里,三个不同的材料是按照集约发展:纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化铈。

材料不同价格、性能和吸收特征。二氧化铈最昂贵的材料。此外,二氧化铈氧化催化剂——房地产领域的当前使用的机械化学整平(CMP)的半导体晶片。这个催化活性,加上原材料的高成本,是两个主要的缺点当考虑使用二氧化铈的涂料。二氧化钛比二氧化铈便宜但作为纯粹的金红石是光敏的紫外线辐射。自由基的形成导致分解的有机材料。出于这个原因,必须涂二氧化钛掺杂以淬火激进的形成。观察纳米二氧化钛的吸光度特性,吸光度边缘大约是320 - 350 nm, a地区。

氧化锌相比,最后的三个无机紫外线吸收剂,二氧化钛吸收系数更高但对紫外线a附近地区更透明。氧化锌非常有效地阻断辐射低于400纳米时更便宜比另外两种氧化物。在图5中,氧化锌的稳定作用比苯并三唑在styrene-unsaturated聚酯涂料由自由基聚合治愈。由于高数量的聚苯乙烯,泛黄的发生甚至在温和与紫外线a光照射。

150小时后,参考了近2单位的DE值主要转变引起的b值,等于一个泛黄的过程。苯并三唑(BT),在1%的水平,可以减少这种转变为1,而0.25%的氧化锌和0.5% BT显示相同的功效。500小时后BT的氧化锌是远超两倍。这些结果仍初步但已经表明无机纳米紫外线吸收剂的优点。由于对纳米粒子的,光泽涂料的颜色并不是当添加不到2%的影响,例如,氧化锌。即使最初同样良好的无机和有机紫外线吸收剂的性能,特别是长寿命,无机超有机吸收器,因为它不分解由紫外线引起的光化学反应。

总结

在短期和中期的将来,纳米技术将越来越影响我们的生活。仅仅通过改变目前现有材料的大小,新的、改进或增强属性,可以利用发生。纳米技术的一个领域是移动非常快的产品是纳米复合材料领域,主要在涂料。提高防护涂料在涂料或创建新属性的本质通过添加少量的nanoadditives将纳米技术在这一领域的未来。行业率先当前研发领域,包括纳米技术的环境和健康方面。可持续和安全使用纳米技术将有助于在一个更负责任的方式使用现有资源。

本文提出了在纳米和混合涂料油漆研究协会主办的会议上,2005年1月,英国曼彻斯特。会议论文集可通过联系珍妮特Saraty、会议管理员,j.saraty@pra.org.uk。