新型功能性涂料的研究进展

邹琳琳, 周立霞, 商丽艳, 李 萍, 杨双春

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

涂料是覆涂于物体表面具有保护装饰性能的一类液体或固体材料的总称。按功能可分为装饰涂料、防腐涂料、导电涂料、防锈涂料、耐高温涂料、示温涂料、隔热涂料、防火涂料、防水涂料等。随着涂料应用对象和环境的多样化，一些只具有常见功能的涂料已经不能满足工业发展与生活的需要，在涂料原有性能不改变的基础上，赋予涂料更佳丰富和有针对性的功能已经成为工业建筑领域亟待解决的问题。一些具有特殊功能的涂料在这种情况逐渐进入人们的视野，并在一些学者的不断研究和创新之下具备了在特殊领域中发挥重要作用的潜力。

1 耐指纹涂料

近年来随着消费者对金属制品外观美感要求的逐渐提升，耐指纹性成为很多制造商追逐的焦点，耐指纹涂料在这种情况下应运而生。这种特殊功能的涂料一般覆涂在卷钢类金属钢板（如镀锌板）上，并广泛应用于家电，电子，建筑行业。

传统型的耐指纹处理方法是向有机涂层板中添加铬酸盐，使镀锌钢板表面形成可以隔绝外界的水分和空气的致密氧化膜，在形成氧化膜的基础上覆涂一层有机树脂膜，使电镀锌板具有良好的耐指纹性及耐腐蚀性[1]。然而，随着环境友好化学与绿色化工发展理念的提出，六价铬化合物的剧毒性和强致癌性不符合这一发展要求，在生产要求不断提高的今天，我国耐指纹涂料技术仍比较落后，所生产出的耐指纹材料难以满足家电制造等企业对于材料的耐指纹性、耐蚀性及环保方面的要求，目前国内的耐指纹涂料大多依赖与进口，为改变这一现状，我国学者对耐指纹涂料做出了积极尝试。

孙稽[2]研制开发了一种不含六价铬的环保型耐指纹涂料，这种新型涂料以水性丙烯酸，复合水性有机硅，水性聚氨酯为主要组分，并与非重金属无机盐复合。通过实验对比研究，当水性丙烯酸:复合水性有机硅:水性聚氨酯=3:6:1，膜重=1.2 g/m2，烘干温度=120 ℃时，该新型耐指纹涂料处理镀锌板的综合性能最佳。将该环保型耐指纹涂料的性能与日本SONY公司研制的耐指纹涂料相比较，结果证明，环保型耐指纹涂料的耐蚀性、耐指纹性、导电性、耐黑边性等性能都与SONY公司的耐指纹涂料相当，且耐汗性与耐碱性得到明显提高，表现出很高的应用价值。

邹忠利[3]研制了一种钒酸盐复合耐指纹涂料，采用钒酸盐复合有机树脂构成耐指纹涂层体系，通过试验分析，最终确定复合涂料的成膜剂、氧化剂、阻隔剂、界面改性剂、酸度调节剂分别为水性丙烯酸、钒酸盐和L-抗坏血酸，纳米SiO2、硅烷偶联剂KH56和磷酸。通过对复合有机树脂涂层的性能考察，实验结果表明，自制的钒酸盐复合有机树脂涂料漆膜外观良好，且的耐蚀性优于同类商品，是值得推广得新型无铬耐指纹涂料。

目前，虽然我国已经有学者尝试自行研制环保型的耐指纹涂料，但是，仍主要停留在实验探究阶段，无法改变我国耐指纹涂料大部分依赖进口的现状，如何将耐指纹涂料从实验阶段过渡到工业生产阶段是当前亟待解决的问题。

2 红外辐射节能涂料

红外辐射涂料是一种耐高温、强辐射率、耐蚀性和高耐磨性的特殊性节能涂料，这种涂料常应用在窑炉内壁上，通过涂料红外辐射能力，改善炉内温度的均衡性，使燃料燃烧更充分。红外辐射涂料能增加基体表面黑度，增强基体表面吸收热源热量后的辐射传热，并能将热源发出的间断式波谱转变成连续波谱，从而促进被加热物体吸收热量，达到增加热效率，减少能耗、节约能源的效果[4]。

甄强等[5]自制了一种新型红外辐射节能涂料，其中主体成分为 SiO2、Fe2O3、Cr2O3、MnO2构成的SiO2-Fe2O3-Cr2O3-MnO2体系。理化性质分析与微观结构表征实验结果证明，该涂料的全波段红外辐射率很高，主要成膜物质的粒径大约为2 μm时，涂料拥有的最高全波段红外辐射率为0.93。当涂料的最高使用温度＞1 400 ℃时，抗热震性能最好。笔者也对涂料的实际应用效果进行了检测，结果表明，当该涂料应用于燃气梭式干燥窑时，能耗降低大约15%，并在覆涂一年后仍具有优良的耐候性和较高的辐射率。

赵立英[6]等以硅酸盐和红外陶瓷粉料（过渡金属氧化物形成的尖晶石结构）为主要成分自行研制了一种红外辐射节能涂料。表征分析与红外测试结果表明，该涂料涂膜的红外辐射性能优异，全波段辐射率＞ 0.90。实验将这种红外辐射节能涂料应用在一种耐火材料表面，当实验条件在 600 ℃左右时，耐火材料的蓄热量升高 5%，改变实验温度为1 200℃时，蓄热量升高 21%。将该节能涂料应用在不锈钢容器上，实验测得覆涂该节能涂料后此容器的能量耗损大约可降低28%，且换热效果明显增强。

另外，也有学者对覆涂节能涂料后的加热炉的热效率进行对比研究，如王佑锋[7]在热炉吸热管表面喷涂FHc-ABIII新型红外节能涂料，实验结果表明，加热炉热效率提高 4%，节能效果良好。慕希豹[8]在加热炉上应用LH-W-3耐高温红外辐射涂料后,热效率提高超过1.0%。

3 防雾涂料

防雾涂料是一种可以阻止雾气产生的特殊功能性涂料。在建筑装饰和器具防护等方面应用广泛。防雾涂料的防雾原理常分为（超）亲水和（超）疏水两种。前者利用亲水材料的高表面能氢键或离子键，使水滴薄膜化，达到防雾效果。后者利用疏水材料里含有的大量低表面能原子基团（如，硅、氟等），降低材料的表面能，疏水材料对水的接触角较大，使水滴滑落，从而达到防雾效果[9]。

李焕[10]等研制了一种具有高效防雾功能的涂料。这种涂料以亲水性单体D和丙烯酸酯类单体为主要成分，合成的丙烯酸酯防雾树脂再与氨基树脂进行固化而成。在进行防雾树脂成分分析实验时发现, 当单体 D的用量达到 9%时，羟基含量在2%~2.5%时，树脂的综合性能、黏度、防雾性均达到国外先进水平，且具有很好的耐水性和耐老化性，可以替代进口产品使用。引发剂BPO的加入在一定程度上也对该防雾涂料性能的优化起促进作用，BPO的用量在0.6%左右时，优化作用最为明显。

为了解决透明光学材料的雾化与结露问题，方峰[11]研制开发了一种以光敏性亲水丙烯酸树脂为主体，以亲水性单体、含氟低聚物等为辅助成分的紫外光固化防雾涂料。在探究涂料成分配比的过程中发现，丙烯酸在亲水单体中亲水性、防雾性最好，但是，当亲水单体的含量超过60%时，涂料耐水性能变差。涂料中少量掺杂活性含氟低聚物(<0.05%)也具有防雾、改善油与涂膜的接触角的性能。但当含氟低聚物的掺杂比例＞2%后，涂料丧失了防雾的功能。

刘宣国[12]等也制备了一种新型亲水聚丙烯酸醋树脂防雾涂料。性能测试结果表明, 该涂料的防雾性能、透明性能、抗擦伤性能良好。

4 可剥离涂料

可剥离涂料是一种方便涂覆、容易成片剥离的临时性建筑防护涂料。近年来，可剥离涂料广泛用于装修施工过程中对完工建筑项目的临时保护，以及对较精密的金属工件、器件等的保护。这就要求涂料的涂膜应具有一定耐腐蚀性和可剥离性。可剥离涂料的作用机理是在基材表面形成连续封闭的膜，以防止物理损伤和化学腐蚀，涂膜中的黏性物质、化学键合力、表面吸附力均可作用在污染物上，使污染物被粘附，最终被涂膜带走[13]。

张兴虎[14]等自制了一种聚氨酯可剥离涂料。该涂料的成膜物质为PU D8625、Bayhydrol PR240 （聚氨酯分散体的混合溶液），填料为R960。实验结果表明，当光稳定剂的加入量为0.5%时，涂料涂膜具有较好的耐老化性，此时的抗变色性能和防污性能也较好。R960填料的加入，明显增强了涂膜的拉伸强度但却在一定程度上降低了断裂伸长率。为了得到最佳的可剥离性，实验确定填料的加入量应为8%，此时涂膜的平均拉伸强度为7.61 MPa，平均断裂伸长率达到 123.53%，具有良好的可剥离性及去污效果。

刘宏宇[15]等以聚氨酯乳液为基体，以纳米碳酸钙为填料，制备出一种新型水性可剥离防护涂料。性能测试表明，为得到较好的可剥离性能，纳米碳酸钙的加入量应为 2%，涂膜厚度应为 0.13~0.14 mm，此时测定涂层平均拉伸强度=9.51 MPa，平均断裂伸长率=274.54%，将涂料覆涂放置7 d后，实验结果基本不发生变化，因此，该可剥离涂料可用作设备的封存防护。

武德涛[16]研制开发了一种以水性氟碳和水性丙烯酸乳液为主要成膜物质的可剥离涂料，性能测试结果表明，该涂料的韧性和强度均较好，涂膜的断裂伸长率＞100%，伸长强度＞6 MPa，由于涂层成膜物质中氟碳树脂的耐老化性能，在人工加速老化下，成膜物质也不会受到破坏，从而保持了可剥离涂料的剥离性能。

周诗彪等[17]研制开发了一种热熔型可剥离涂料，该涂料的主要成膜物质为三嵌段共聚物(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)及一些辅助性能的基料。实验对可剥离涂料的影响因素进行了探究，其中包括超细SiO2、活性 CaCO3以及流平剂三者的用量，探讨了超细二氧化硅、活性碳酸钙、流平剂用量对可剥离涂料性能的影响。实验结果表明:最佳的超细二氧化硅掺杂比例为 13.0%、活性碳酸钙掺杂比例为10.0%、流平剂的掺杂比例为1.0%,在这种掺杂条件下对涂膜的性能进行测试，实验结果证明，此时涂膜的耐腐蚀性和耐候性均较好，涂膜的抗张强度=7.5 MPa,断裂伸长率=410%,剥离强度=13 kN·m-1,涂膜邵氏硬度=21。

5 降解甲醛功能涂料

在涂料降解甲醛过程中起主要作用的是一些具有光催化性能，可降解复杂有机物的物质。目前研究最广泛的是TiO2。半导体TiO2是一种光催化性能优异的材料，可将许多很难降解的有机污染物降解为无机小分子的CO2、H2O 等[18]，并且不造成二次污染，因而在科技工业发展中有非常广泛的应用前景。

耿启金[19]对纳米生态建筑涂料光催化降解甲醛进行了研究，结果表明, 锐钛型纳米TiO2光催化降解甲醛的活性较高, 实验 1 h后甲醛的降解量为70%左右。该纳米生态建筑涂料对甲醛的光催化降解反应符合一级动力学速率规律,半衰期为 21 min,同时甲醛降解率受到光催化材料用量、催化剂晶型和甲醛的吸附量等因素影响。

韩飞[20]对二氧化钛光催化涂料降解甲醛进行了研究。并对金红石型二氧化钛、锐钛矿型二氧化钛和 F掺杂锐钛矿型二氧化钛进行了系统的对比分析。实验结果表明，锐钛矿型二氧化钛相较于金红石型二氧化钛光催化性能更好。对F原子掺杂锐钛矿型 TiO2后的电子结构研究表明，TiO2的带隙较宽而使得对太阳光的利用率较低，另外激发后的电子与空穴的耦合速度很快，使得 TiO2的催化效率较低，F掺杂锐钛矿型二氧化钛可以使 TiO2在太阳光下进行吸附降解甲醛反应，极大的提高光催化效率。

王海涛[21]研制开发了一种降解室内甲醛气体的Ce-TiO2光催化涂料。并采用 3 次指数平滑法对涂料降解甲醛的效果进行研究模型预测。实验结果证明: Ce-TiO2光催化涂料对甲醛气体的降解效果达到82.9%; 模型预测的平均绝对误差为 0.000 75 mg/m3，平均相对误差为0.006 80。

6 结 语

随着科技的发展，人们对涂料的要求也越来越高，在一些特殊环境下常需要具有新型功能的特殊涂料，本文所谈到的耐指纹涂料、红外辐射节能涂料、防雾涂料、可剥离涂料、降解甲醛涂料就是新近涌现出的新型功能涂料的代表。目前，我国对于这一类涂料的研发技术还较为落后，大部分的功能性涂料产品仍主要依赖于进口，因此，加大新型涂料的研发和生产力度，满足功能性涂料逐渐增大的市场需求，是目前亟待解决的问题。

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