納米技術是繼信息技術、基因組工程之后的一顆新的科技明星,成為世界各國研究和開發的重點。我國也將納米技術列入國家“攀登計劃”、“863”計劃等。無限的科學價值和商業機會,表明納米技術必將推動人類社會的飛速發展。
一、什么是納米材料
納米(nm)是一種計量單位,1nm=10-9m,即1納米等于1米的十億分之一,相當于10個氫原子一個挨一個排列起來的長度。
納米材料是指粒徑在1~100納米之間并且具有特殊物理化學性能的材料,廣義的納米材料還包括三維結構中一維的長度在1~100納米之間或者具有納米結構的材料。納米材料具有很多神奇的性能,如界面效應,小尺寸效應,宏觀量子效應,光催效應。
納米材料與超細粉體的概念是不同的,所涉及的是不同的領域。
二、當前我國對納米材料的研究及應用
當前我國對納米材料的研究剛剛起步,已經應用了納米技術的材料項目有:納米抗菌塑料、陶瓷、橡膠等。隨著研究的不斷深入,納米技術必將對信息技術、材料科學、生物工程等產生深遠的影響。
三、納米材料在涂料中的應用
納米材料在涂料中的應用在國內還處于初級階段,人們正試探著使用這種高科技手段或技術,來改造現有產品的現狀。北京納美科技發展有限責任公司作為國內較早從事納米材料研究以及納米改性技術應用的高科技公司,通過對傳統建筑涂料的納米改性,使傳統建筑涂料的各項指標得到了顯著提高。他們針對傳統建筑涂料的缺點———耐污染性差,保色性能差,耐候性差,以及大量的有機揮發物引致的空氣污染,應用納米改性技術以后,使上述的大部分問題得到了解決。
1.應用納米材料提高涂料的耐候性。
紫外線是一種比可見光波長短的電磁波,其波長介于200~400納米之間。紫外線的能量很高,足以破壞高分子之間的化學鍵,是導致涂料老化的直接原因。實驗研究證明,納米Tio2能夠屏蔽日光中的紫外線。將經過處理的納米材料用于涂料中,可有效保護涂料中的乳液分子免受紫外線的侵害,長久保持堅固耐久。同時,納米材料還能提高涂料的漆膜硬度、貯存穩定性和觸變性等,從而對涂料整體耐候性的提高產生積極的意義。
2.應用納米材料提高涂料的保色性
建筑涂料的作用之一是保護建筑物的外部免受環境的破壞,同時也要具有很強的裝飾性,以此體現建筑物的美感,體現城市建筑的藝術性。因此,絢麗的色彩,多樣的風格,從一個側面反映了城市建筑的水平。這些色彩的展現,離不開的涂料的色彩核心———色漿。
色漿分為有機和無機兩大類。無機顏料色漿的色彩由無機礦石中提取,選用自然界中已經存在的礦石本色,具有優良的耐候性,但是色彩品種少,顏色也不豐富,不能滿足人們對色彩的追求;同時由于無機顏料色漿中可能含有重金屬離子,會導致環境的污染。有機顏料色漿具有豐富的色彩,廣泛的用途,是外墻建筑色彩的首選產品。利用納米材料對紫外線的屏蔽作用,在有機顏料色漿中加入光穩定劑,可有效保護色漿分子,同時不改變色漿顏色,使鮮活的色彩展現。讓涂料不再只是白色一統天下,徹底改變人們對涂料的印象,充分發揮涂料的創意感。
3.應用納米材料提高涂料的耐沾污性和防水性
在自然狀態下,雨水中常帶有大量的塵土、酸性氧化物等有害物質,侵害建筑物表面,引起老化、退色。雖然一般的建筑涂料都是防水的,但是加入了納米材料改性的涂料表現出強烈的“疏水性”,水在涂料表面形成小的水珠,并迅速流下。這樣,水中的雜質不會沾到涂料的表面,減輕了污水對涂料的污染,從而提高了涂料的耐沾污性。
4.應用納米材料提高涂料的耐擦洗性。
耐擦洗性是涂料重要的檢測項目之一,也是廣大消費者比較關心的一個問題。應用了納米材料改性的涂料,由于提高了涂膜的硬度、拉伸強度以及耐水性和耐沾污性,因此,具有很高的耐刷洗次數,可用水擦洗沾污的涂膜表面。
5.應用納米材料使涂料具有抗菌的新功能。
納米材料具有很高的光催化性能。使用經過特殊表面處理的納米材料與純丙樹脂配置成的涂料,能夠殺滅大腸桿菌、金黃色葡萄球菌以及白色念珠菌,24小時殺抑率為99.9%,從而凈化室內空氣,抗菌時間可保持5年之久。經過驗證,這種抗菌涂料屬于實際無毒級,因此,可以說這種新型納米抗菌涂料是安全可靠的。在人們普遍加強對居住環境關注的今天,這種涂料的問世無疑是非常及時的。
四、納米改性材料在工程中的應用
在北京的2008年綠色申奧行動中,專家們對材料的環保性、節能性要求非常高,對建筑材料的挑選也很嚴格。北京首都體育館內墻及地面翻新是一個重要的工程。施工人員選用了北京納美科技發展有限責任公司生產的納美牌“美潔”納米改性涂料以及特制的納米地面涂料。涂刷面積為2000平方米,用量達16噸。在嚴格的驗收工作中,北京市副市長、北京市奧申委副主席劉敬民對工程質量表示非常滿意,同行的工作人員也認可納米改性涂料的優異性能。
這種納米改性涂料還在北京市建東園、建欣園小區以及北京國防科技大學安居工程中得到了應用,效果很好。
五、納米改性涂料的發展與展望
納米材料是高科技的成果,納米改性是提高傳統涂料性能的途徑之一,其應用前景非常廣闊。但納米材料不是解決涂料問題的萬能鑰匙,必須在科學研究的基礎上充分發揮納米材料的性能,合理地應用,加快納米材料應用的產業化步伐,讓納米技術實實在在服務于人民大眾。