納米鈦白粉在涂料中的應(yīng)用

納米TiO2的顆粒尺寸小，具有紫外線吸收能力強(qiáng)、光學(xué)性能穩(wěn)定、分散性好、比表面積大、表面結(jié)合能高等特點(diǎn)，將其應(yīng)用于涂料，可使涂料性能穩(wěn)定，涂層的光學(xué)性能、磁性能、電能、力學(xué)性能得到提高或顯示新的功能�？墒垢街�力牢固、柔韌性提高、抗沖擊能力增強(qiáng)、抗老化能力大幅度提高。當(dāng)添加量為1%~3%時(shí)，附著力由5級(jí)變?yōu)?級(jí)；柔韌性由5mm提高到lmm;抗沖擊性能由20kg·cm提高到60kg·cm;抗老化時(shí)間由500h提高到2000h。特別是隨角異色效應(yīng)尤為顯著。其在涂料上的應(yīng)用主要有下列幾方面。

1.作為效應(yīng)顏料用于隨角異色效應(yīng)汽車面漆中，這是目前納米TiO2最重要的用途。若與云母珠光顏料(或鋁粉顏料)以1:1或2:1拼用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生雙色效應(yīng)，即隨角異色效應(yīng)。這種金屬閃光涂層，從不同方向觀察，能看到不同的閃色和變角異色的藍(lán)光；若與銀白色珠光鈦白顏料(或鋁粉顏料)拼用，正視時(shí)涂膜呈金色金屬外觀，平視時(shí)則呈藍(lán)色閃光，而金色光和藍(lán)色光之間的連續(xù)變化會(huì)貫穿涂膜表面的所有弧面和棱角，因此能增加金屬面漆顏色的豐滿度和色彩美感(見(jiàn)下圖)。這種效應(yīng)顏料的富于變幻的色彩和獨(dú)特的光學(xué)性能很快便得到了汽車涂料商的歡迎，使之成為最高檔次的顏料，而且用于豪華轎車的面漆。將納米TiO2添加在轎車用金屬閃光漆中，不僅能使涂層產(chǎn)生很好的色彩效應(yīng)，而且可以明顯地提高轎車漆的附著力、抗沖擊性和耐候性。1985年BASF公司首次將納米TiO2用于金屬色轎車面漆，并于1985年申請(qǐng)專利，1989年由福特汽車公司在其金屬閃光轎車面漆中首先使用取得成功。到現(xiàn)在世界上至少有11種含有納米TiO2的金屬閃光面漆被應(yīng)用。目前世界上有一半以上的轎車采用金屬閃光面漆。

消費(fèi)者對(duì)汽車顏色的選擇往往都傾向于金屬灰色、金屬銀色、紅色和白色。納米TiO2能使這些顏色增輝，因此受到汽車配色專家的偏愛(ài)。

為使含有珠光顏料的汽車面漆能產(chǎn)生誘人的乳光效應(yīng)，需要采用三涂層系統(tǒng)，因此涂裝過(guò)程復(fù)雜化，修補(bǔ)也比較困難，加入納米TiO2，不僅可省去三涂層系統(tǒng)中的干涉層，而且修補(bǔ)也較容易，所產(chǎn)生的乳光效應(yīng)更好。納米TiO2的出現(xiàn)，使之產(chǎn)生新一代汽車涂料。

用納米TiO2制備的汽車面漆，既可為著色面漆，也可為底色漆／透明面漆系統(tǒng)中的底色漆(中涂漆)。這種漆的基料可為丙烯酸、醇酸、聚氨酯、聚酯或氨基樹(shù)脂。可為水性，也可為溶劑型。

所用的納米TiO2最佳粒徑為20~30nm，透明度最好為8~10級(jí)，紫外線吸收度最好為6級(jí)左右。配套使用的鋁粉顏料或珠光顏料應(yīng)當(dāng)是汽車級(jí)的。中涂漆中的透明彩色顏料是炭黑、苝紅、透鐵紅、透鐵黃、酞菁藍(lán)、酞菁綠、蒽嘧啶黃、喹吖啶酮紅、咔唑二噁嗪紫、陰丹士林藍(lán)、黃烷酮黃等。

一種僅含有納米TiO2和鋁粉顏料的隨角異色效應(yīng)汽車面漆的配方見(jiàn)表1。

表1                        隨角異色效應(yīng)汽車面漆配方

 一種僅含有鋁粉和納米TiO2的水性隨角異色汽車面漆系統(tǒng)的底色漆(中涂漆)的制法如下。

 先制備納米TiO2分散體。為此，取70g納米TiO2如UV-Ti-tanL530與45g蒸餾水和2.5gPolysalz S混合。

 然后制備底色漆的另一部分。為此取Silberline公司水性鋁粉漿Aquavex303AR-107Pn1(69％)50g，與80g丁二醇、l0gDis-pexG40(10％蒸餾水溶液)、140g蒸餾水和280gAlberdingKAPU1012(42％)混合。將250g蒸餾水、38gDMAE(5％蒸餾水溶液)和38gViscalex HV30混合，并加入到上述混合物中。調(diào)節(jié)混合物的pH值為6.8.再將20g蒸餾水與45gDMAE(5%蒸餾水溶液)混合，并加入到上述混合物中。此時(shí)混合物的pH值約為7.6。然后加入40g正丁醇。

將納米TiO2分散體與上述混合物混合，并經(jīng)適當(dāng)分散，即得所要求的水性汽車面漆，其噴涂黏度約為25~30s。

含有透明顏料的納米TiO2的3種灰色和2種金色隨角異色汽車面漆，具有優(yōu)異的乳光效應(yīng)。含有彩色顏料的汽車效應(yīng)涂料顏料組成及顏色見(jiàn)表2。

表2                    含有彩色顏料的汽車效應(yīng)涂料組成及顏色

目前我國(guó)生產(chǎn)的鋁粉顏料和珠光顏料尚未用于汽車面漆中，納米TiO2還處于開(kāi)發(fā)階段。將各種效應(yīng)顏料加入到樹(shù)脂中形成汽車、面漆，這本身就是一個(gè)很大的課題。再加上改進(jìn)我國(guó)效應(yīng)顏料的質(zhì)量，需要做更多的工作，我國(guó)隨角異色面漆的開(kāi)發(fā)工作，任重而道遠(yuǎn)。

2.利用納米TiO2具有紫外線屏蔽的功能，將其制成防紫外線涂料，應(yīng)用于需要紫外線屏蔽的場(chǎng)所。如涂覆在制作陽(yáng)傘的布料上，可以制成防紫外線的陽(yáng)傘；利用納米TiO2在全部紫外區(qū)都具有有效的紫外線濾除能力，加上其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定(熔點(diǎn)大于1800℃，熱分解溫度超過(guò)2000℃)、無(wú)毒(大鼠的LD50>5000mg/kg)而得到廣泛應(yīng)用。在清漆和淺色涂料中可以作為紫外線吸收劑，例如，在清漆中含有0.5%~4.0%的納米TiO2，便能防止木材受光照后發(fā)黑。同時(shí)可以制成耐候性優(yōu)異的建筑外墻涂料和提高汽車涂料的耐老化性。將納米TiO2添加到外墻乳膠漆中，可減免涂膜遭受紫外線的侵蝕，提高涂膜的色彩鮮艷度、抗老化性能和耐擦洗性，從而提高涂料品質(zhì)。

3.由于納米TiO2具有高活性的巨大表面積與成膜物和溶劑形成強(qiáng)大的相互作用，可極大地改進(jìn)涂料的流變性，將其用于建筑涂料，可以提高涂層的附著力，防止涂料流掛。

4.由于納米TiO2與樹(shù)脂之間形成強(qiáng)大的界面結(jié)合力，因而可以提高涂層的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐刮傷性等。

5.由于納米TiO2是具有半導(dǎo)體性質(zhì)的粒子，將其加入到樹(shù)脂中，并涂覆到家用電器上形成涂層，有很好的靜電屏蔽性能。為了防止電磁波的干擾，電子屏蔽涂料應(yīng)運(yùn)而生。

6.由于銳鈦型納米TiO2具有光催化特性和親水性，因而在玻璃、鏡面、瓷磚、鋁合金等建材表面涂以納米TiO2涂層，可以使這些材料的表面經(jīng)光照后，具有防塵、防污垢沉積、易洗、易干等自潔功能，并且具有很強(qiáng)的氧化還原能力，以及凈化空氣、除臭等功能，可制成抗菌、防霉內(nèi)墻涂料。納米TiO2對(duì)不同細(xì)菌的殺菌率都在92％以上，并且其殺菌效果不會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低，甚至消失。

7.利用納米TiO2的光催化特性可以制得光催化凈化大氣的環(huán)保涂料，將這種涂料涂覆在高速公路、橋梁、建筑物、廣告牌等的表面上，在太陽(yáng)光或室內(nèi)自然光的作用下，可將大氣中的NOx催化轉(zhuǎn)化為硝酸。并且該涂料在催化活性降低后，只要用水沖洗，即可恢復(fù)催化活性。它在消除室內(nèi)外大氣和工廠中的NOx等污染物方面和消除化石燃料(石油和天然氣)及柴油引擎的催化轉(zhuǎn)化器中產(chǎn)生的硫化物方面，具有潛在的應(yīng)用前景。

除此之外，納米TiO2還應(yīng)用于軍事隱身涂料、絕緣涂料、透明耐磨涂料、靜電屏蔽涂料和包裝用阻隔性涂層納米涂料等。