纳米钛白粉在涂料中的应用

    正是由于纳米TiO₂具有多种奇异性能，因此也就具有普通颜料TiO₂所不具备的多种独特的用途。    由于纳米TiO₂的颗粒尺寸小，具有紫外线吸收能力强、光学性能稳定、分散性好、比表面积大、表面结合能高等特点，将其应用于涂料，可使涂料性能稳定，涂层的光学性能、磁性能、电能、力学性能得到提高或显示新的功能。可使附着力牢固、柔韧性提高、抗冲击能力增强、抗老化能力大幅度提高。当添加量为1%~3%时，附着力由5级变为1级；柔韧性由5mm提高到lmm;抗冲击性能由20kg·cm提高到60kg·cm;抗老化时间由500h提高到2000h。特别是随角异色效应尤为显著。其在涂料上的应用主要有下列几方面。    1.作为效应颜料用于随角异色效应汽车面漆中，这是目前纳米TiO₂最重要的用途。若与云母珠光颜料(或铝粉颜料)以1:1或2:1拼用时，会产生双色效应，即随角异色效应。这种金属闪光涂层，从不同方向观察，能看到不同的闪色和变角异色的蓝光；若与银白色珠光钛白颜料(或铝粉颜料)拼用，正视时涂膜呈金色金属外观，掠视或平视时则呈蓝色闪光，而金色光和蓝色光之间的连续变化会贯穿涂膜表面的所有弧面和棱角，因此能增加金属面漆颜色的丰满度和色彩美感(见下图)。这种效应颜料的富于变幻的色彩和独特的光学性能很快便得到了汽车涂料商的欢迎，使之成为最高档次的颜料，而且用于豪华轿车的面漆。将纳米TiO₂添加在轿车用金属闪光漆中，不仅能使涂层产生很好的色彩效应，而且可以明显地提高轿车漆的附着力、抗冲击性和耐候性。1985年BASF公司首次将纳米TiO₂用于金属色轿车面漆，并于1985年申请专利，1989年由福特汽车公司在其金属闪光轿车面漆中首先使用取得成功。到现在世界上至少有11种含有纳米TiO₂的金属闪光面漆被应用。目前世界上有一半以上的轿车采用金属闪光面漆。      消费者对汽车颜色的选择往往都倾向于金属灰色、金属银色、红色和白色。纳米TiO₂能使这些颜色增辉，因此受到汽车配色专家的偏爱。    为使含有珠光颜料的汽车面漆能产生诱人的乳光效应，需要采用三涂层系统，因此涂装过程复杂化，修补也比较困难，加入纳米TiO₂，不仅可省去三涂层系统中的干涉层，而且修补也较容易，所产生的乳光效应更好。纳米TiO₂的出现，使之产生新一代汽车涂料。    用纳米TiO₂制备的汽车面漆，既可为着色面漆，也可为底色漆／透明面漆系统中的底色漆(中涂漆)。这种漆的基料可为丙烯酸、醇酸、聚氨酯、聚酯或氨基树脂。可为水性，也可为溶剂型。    所用的纳米TiO₂最佳粒径为20~30nm，透明度最好为8~10级，紫外线吸收度最好为6级左右。配套使用的铝粉颜料或珠光颜料应当是汽车级的。中涂漆中的透明彩色颜料是炭黑、苝红、透铁红、透铁黄、酞菁蓝、酞菁绿、蒽嘧啶黄、喹吖啶酮红、咔唑二噁嗪紫、阴丹士林蓝、黄烷酮黄等。[next]    一种仅含有纳米TiO₂和铝粉颜料的随角异色效应汽车面漆的配方见表1。表1                        随角异色效应汽车面漆配方

原料	商品名	体积分数/%	稀释剂	含量/%	干基/%	生产商
铝粉浆	SS5245-AR	62	芳族溶剂汽油	6.71	4.2	1
超细TiO2	UV-TitanL530	100		1.00	1.0	2
增稠剂	Aerosil R812	100		1.00	1.0	3
乙酸丁酸纤维素	CAB381.01	18	乙酸丁酯	55.43	10.0	4
聚酯树脂	AlftalatAN951	70	Solvesso100	14.37	2.5	5
脲醛树脂	ResaminHF450	100		2.55	2.5	5
三聚氰胺树脂	Maprenal MF590	55	2-丁醇/二甲苯	4.63		5
芳族溶剂汽油	ShellsolA			10.92		6
丁二醇	Butyl Oxitol			0.67		6
豆油卵磷脂	Colorol	75	石油溶剂油	0.12	0.1	7
十氢化萘	Dekalin			1.56		8
硅油	Baysilon	10	二甲苯	1.04	0.1	9
合计				100.0	31.4

    一种仅含有铝粉和纳米TiO₂的水性随角异色汽车面漆系统的底色漆(中涂漆)的制法如下。    先制备纳米TiO₂分散体。为此，取70g纳米TiO₂如UV-Ti-tanL530与45g蒸馏水和2.5gPolysalz S混合。    然后制备底色漆的另一部分。为此取Silberline公司水性铝粉浆Aquavex303AR-107Pn1(69％)50g，与80g丁二醇、l0gDis-pexG40(10％蒸馏水溶液)、140g蒸馏水和280gAlberdingKAPU1012(42％)混合。将250g蒸馏水、38gDMAE(5％蒸馏水溶液)和38gViscalex HV30混合，并加入到上述混合物中。调节混合物的pH值为6.8.再将20g蒸馏水与45gDMAE(5%蒸馏水溶液)混合，并加入到上述混合物中。此时混合物的pH值约为7.6。然后加入40g正丁醇。    将纳米TiO₂分散体与上述混合物混合，并经适当分散，即得所要求的水性汽车面漆，其喷涂黏度约为25~30s。    含有透明颜料的纳米TiO₂的3种灰色和2种金色随角异色汽车面漆，具有优异的乳光效应。含有彩色颜料的汽车效应涂料颜料组成及颜色见表2。表2                    含有彩色颜料的汽车效应涂料组成及颜色

	灰色1	灰色2	灰色3	灰色1	灰色2
超细TiO2	63.44	64.82	54.46	61.33	56.61
炭黑	2.53	—	13.65	—	2.15
铝粉浆	34.03	34.78	29.29	32.89	29.83
苝红	—	0.40	2.60	—	—
透铁红	—	—	—	5.78	12.41
合计	100	100	100	100	100
正视色	浅灰色金属外观	银色金属外观	棕色金属外观	浅金色金属外观	中深金色金属外观
闪视色	浅灰色金外观	银色金属外观	棕色金属外观	浅金色金属外观	中金色金属外观
掠视色	蓝灰色陶瓷外观	浅紫色陶瓷外观	暗蓝灰色金属外观	灰色非金属外观	中金色承包单位外观

     目前我国生产的铝粉颜料和珠光颜料尚未用于汽车面漆中，纳米TiO₂还处于开发阶段。将各种效应颜料加入到树脂中形成汽车、面漆，这本身就是一个很大的课题。再加上改进我国效应颜料的质量，需要做更多的工作，我国随角异色面漆的开发工作，任重而道远。[next]    2.利用纳米TiO₂具有紫外线屏蔽的功能，将其制成防紫外线涂料，应用于需要紫外线屏蔽的场所。如涂覆在制作阳伞的布料上，可以制成防紫外线的阳伞；利用纳米TiO₂在全部紫外区都具有有效的紫外线滤除能力，加上其化学性质稳定(熔点大于1800℃，热分解温度超过2000℃)、无毒(大鼠的LD₅₀>5000mg/kg)而得到广泛应用。在清漆和浅色涂料中可以作为紫外线吸收剂，例如，在清漆中含有0.5%~4.0%的纳米TiO₂，便能防止木材受光照后发黑。同时可以制成耐候性优异的建筑外墙涂料和提高汽车涂料的耐老化性。将纳米TiO₂添加到外墙乳胶漆中，可减免涂膜遭受紫外线的侵蚀，提高涂膜的色彩鲜艳度、抗老化性能和耐擦洗性，从而提高涂料品质。    3.由于纳米TiO₂具有高活性的巨大表面积与成膜物和溶剂形成强大的相互作用，可极大地改进涂料的流变性，将其用于建筑涂料，可以提高涂层的附着力，防止涂料流挂。    4.由于纳米TiO₂与树脂之间形成强大的界面结合力，因而可以提高涂层的强度、硬度、耐磨性和耐刮伤性等。    5.由于纳米TiO₂是具有半导体性质的粒子，将其加入到树脂中，并涂覆到家用电器上形成涂层，有很好的静电屏蔽性能。为了防止电磁波的干扰，电子屏蔽涂料应运而生。    6.由于锐钛型纳米TiO₂具有光催化特性和亲水性，因而在玻璃、镜面、瓷砖、铝合金等建材表面涂以纳米TiO₂涂层，可以使这些材料的表面经光照后，具有防尘、防污垢沉积、易洗、易干等自洁功能，并且具有很强的氧化还原能力，以及净化空气、除臭等功能，可制成抗菌、防霉内墙涂料。纳米TiO₂对不同细菌的杀菌率都在92％以上，并且其杀菌效果不会随时间的延长而逐渐降低，甚至消失。    7.利用纳米TiO₂的光催化特性可以制得光催化净化大气的环保涂料，将这种涂料涂覆在高速公路、桥梁、建筑物、广告牌等的表面上，在太阳光或室内自然光的作用下，可将大气中的NO_x催化转化为硝酸。并且该涂料在催化活性降低后，只要用水冲洗，即可恢复催化活性。它在消除室内外大气和工厂中的NO_x等污染物方面和消除化石燃料(石油和天然气)及柴油引擎的催化转化器中产生的硫化物方面，具有潜在的应用前景。    除此之外，纳米TiO₂还应用于军事隐身涂料、绝缘涂料、透明耐磨涂料、静电屏蔽涂料和包装用阻隔性涂层纳米涂料等。