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小科普:功能粉體與特種功能涂料~
2022年04月22日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:166
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隨著國民經濟的發展和科學技術的進步,涂料除了保護和裝飾的傳統功能,還要能夠滿足經濟建設各行各業在特種條件下的特殊功能要求。在功能材料的研究和應用中,功能涂料已經占有十分重要的地位,并將在更多領域發揮更大作用,新興特種領域的功能涂料是現代涂料工業中活躍的領域。功能涂料的種類多樣,可實現許多特殊功能,如發光、屏蔽射線、吸收太陽能、標志顏色、防火、防水、耐磨、防滑、自潤滑、隔聲、減震、磁性、導電、屏蔽電磁波、防靜電、防污、防霉、殺菌、防腐、防海洋生物黏附、示溫和溫度標記等。下文小編帶大家一起看看常見的功能涂料類型~

功能涂料

導電涂料

導電涂料是涂覆于非導電底材上,使其具有傳導電流能力的一類涂料,能起到電磁屏蔽和抗靜電的作用。導電涂料按照是否依靠外加導電性填料來實現導電功能可分為結構型導電涂料和摻合型導電涂料。結構型導電涂料亦稱之為本征型導電涂料,它是利用本身具有導電性能的高分子聚合物作為導電涂料制備過程中的主要基體樹脂,來最終實現涂層的導電效能。摻合型導電涂料是目前應用比較廣泛的導電涂料,它是通過在本身不具備導電性能的成膜樹脂中摻入具有優異導電性的填料粒子,來最終實現涂層的導電性能。

導電涂料

用于電磁屏蔽的用途的導電涂料

摻合型導電涂料用導電填料主要有金屬系(銀粉、銅粉、鎳粉等)和炭系(石墨、炭黑等)。自導電涂料研制開發以來碳系導電涂料就憑借其低廉的價格、良好的導電性能,在抗靜電領域得到了廣泛的應用,之后發展起來的金屬系導電涂料,主要是以導電的銅粉、鎳粉、銀粉等作為摻合型導電涂料的填料,具備更為優異的導電性能。

復合導電填料的應用可以明顯降低導電涂料的生產成本。例如,可以將本身不具有導電性且成本較低的云母玻璃珠或金屬粉等表面包覆銀粉,從而大大降低了導電涂料的制備成本,同時也獲得了較好的導電性能;導電涂料中不同粒徑填料的混合使用,使得較大填料粒子之間的空隙被粒徑較小的粒子所填充,增加了導電填料粒子接觸的數量,形成了更多的三維立體導電網絡結構,同時由于降低了粒子之間絕緣隔離層的厚度,大大減小了電子穿越聚合物隔離層的阻力,提升了涂層的導電性能。

導電涂料

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二、磁性涂料

磁性涂料是制作各種磁帶、磁盤、磁鼓、磁泡等磁性記錄材料的涂覆材料,由作為顏填料的磁性粉末(磁性介質)、成膜基料、助劑和溶劑組成。其核心組分是磁粉,是決定磁性記錄材料質量的主要因素,針狀γ-Fe2O3和含鈷γ-Fe2O3是大量使用的磁粉。成膜基料是磁性涂料的重要組成部分,決定著磁性涂層對底材的附著力和耐磨性,約占涂料總量的30%。溶劑應能保證磁性涂料具有一定的流動性,良好的分散性和穩定性。助劑主要有分散劑、偶聯劑、增強劑、潤濕劑和防靜電劑等。

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大多數吃瓜群眾對磁帶的印象停留在已經消失了許久的“聽音樂的工具”,但實際上,我們以為已經消亡的磁帶在數據存儲領域還有著非常重要的地位。

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富士數據記錄磁帶LTOUltrium812T-30T京東報價:1100

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三、耐磨涂料

磨損是日常生活中必然存在的現象,只要是兩個相互運動的接觸表面,都會有磨損現象的存在。磨損被稱為是材料失效的三大主要形式之一。據統計,每年約有將近50%的能源消耗以及70%的設備損壞歸因于各種形式的磨損。磨損不僅造成能源和材料的浪費,還造成經濟上的巨大損失,嚴重的甚至還危及人身安全,影響國民經濟的發展。磨損一般都發生在材料的表面。如果我們可以在材料表面采取有效的防護措施,那么就可以極大地減少磨損帶來的損失。在材料表面制作一層薄薄的涂膜,可以明顯降低表面的摩擦系數,提高材料的耐磨性能,該涂膜稱為耐磨涂層。耐磨涂料常用的樹脂分為 3 大類,即聚氨酯及其改性物、環氧及其改性物、有機硅及其改性物。

僅由樹脂基體構成的涂料,機械強度很低,耐磨損性能差,尤其是在長時間沖擊力與機械作用之后,涂層很快就會磨損,甚至從基體表面剝落,失去對基材的保護作用。為了提高涂層性能,需要在耐磨樹脂中添加耐磨類的填料。耐磨填料是一種特殊的填料,加入涂料中固化后,能均勻分布并且能微突于涂膜表面。當涂膜承受摩擦時,實質摩擦部分為耐磨填料部分,涂膜被保護,免遭或少遭摩擦,從而延長了涂膜的使用周期,賦予涂膜更好的耐磨性。

涂料用耐磨填料可以分為兩大類:無機物類,如氧化鋁、碳化硅、氮化硼、二硫化鉬、玻璃鱗片、礦石粉、金屬薄片等;與沒有加填料的涂膜相比,加入金屬氧化物填料的涂膜耐磨性有較大的提高。尤其是加入Al2O3SiC、BN、Pb3O4Cr2O3的涂膜磨損失重較小,耐磨性較好。

無機填料對涂膜耐磨性的影響


②有機物類,多為惰性高分子材料,如橡膠粉末、 聚氯乙烯粒子、聚酰胺粒子、聚酰亞胺粒子等。

四、抗菌涂料

抗菌涂料是指通過添加具有抗菌功能并能在涂膜中穩定存在的抗菌劑,經一定工藝加工后制成的具有殺菌和抑菌功能的涂料。當抗菌涂料用于公共場所時,能夠降低公共場所的細菌數量,降低交叉感染和接觸感染的幾率;用于居家環境時,能有效地降低家具等物品上的細菌密度,優化人們的居住環境。目前,抗菌涂料的研究主要集中在抗菌劑和涂料的匹配性問題及環境安全問題方面。

目前,涂料中所使用的抗菌劑主要有天然抗菌劑、無機抗菌劑和有機抗菌劑三大類。

三類抗菌劑的特性比較


天然抗菌劑是人類使用最早的抗菌劑,主要來源于動植物中的一些提取物,如殼聚糖、蜂膠、魚精蛋白和大蒜素等。天然抗菌劑的使用有較高的安全性,對人體無毒,無刺激,但是天然抗菌劑的加工性能很差,高溫下容易分解失去作用,受到來源、成本、提取技術等諸多條件的限制,在涂料應用中有很大限制,不能夠大規模生產。

無機抗菌劑是利用銀、銅、鋅、鈦等金屬及其離子的殺菌或抑菌能力制得的一類抗菌劑。無機抗菌劑主要有銀系抗菌劑和氧化物型抗菌劑兩大類,涂料中應用廣泛的無機抗菌劑主要有:無機銀系抗菌劑、TiO2系列光觸媒抗菌劑、氧化鋅晶須復合抗菌劑及其它無機納米抗菌劑等。無機抗菌劑可分為金屬離子型抗菌劑和光催化型抗菌劑。金屬離子型抗菌劑是將銅、銀、鋅等金屬以及其離子負載于各種礦物載體上制得的;光催化型抗菌劑是利用N型半導體化合物在紫外光照射或氧氣和水的存在下產生強氧化物質使微生物失去活性,從而起到殺菌抑菌的作用。

涂料中常用的有機類抗菌劑有幾十種,主要有季胺鹽類、雙胍類、醇類、酚類、有機胺類、吡啶類、異噻唑啉酮類等。有機抗菌劑是通過化學反應破壞細胞膜,使蛋白質變性、代謝受阻,從而起到殺菌、防腐及防霉等作用。有機抗菌劑殺菌力強、即效好,來源豐富,但存在毒性、安全性較差、會產生微生物耐藥性、耐熱性較差、易遷移等不足。

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五、發光涂料

超長余輝蓄能型發光涂料屬于近代高科技功能材料,這種材料可以在太陽光或燈光等可見光照射下吸收并儲存光能,然后在黑暗處將吸收的能量再以可見光的形式緩慢地釋放出來,發光時間持續10h以上。這種發光涂料由于其擁有超長余輝、高亮度、發光時間長、無放射等優點,應用十分廣泛。不僅用于建筑裝飾裝璜、公共場所安全通道的警示標志,也可用于人造景觀、文化藝術品裝飾及特殊場合的發光標志,還可以作為隱蔽照明和低度應急照明,給人們的夜間生活和工程作業帶來極大的方便,是涂料研究的一個特殊領域。

熒光跑道

熒光跑道

發光涂料是將發光顏料、有機樹脂或乳液、有機溶劑或水、無機顏、填料、助劑等按一定的比例通過特殊的加工工藝制成的。早期的蓄能發光涂料以硫化鋅發光材料為顏料,現在則主要采用無毒無放射性的稀土激活堿土金屬鋁酸鹽發光材料,這種發光材料在涂料中是作為添加劑加入的,一般用量為15%~50%。

稀土激活堿土金屬鋁酸鹽發光材料是指以稀土特別是以Eu為激活元素、以堿土金屬鋁酸鹽為基體的一類發光材料。其中Eu和Dy共激活的鋁酸鍶SrO·nAl2O3∶Eu、Dy是典型代表。由于此類發光材料具有其他發光材料無法比擬的優點,所以近幾年來以此類發光材料研制的長余輝蓄能發光涂料正在水運、交通和消防領域中得到逐步推廣,其特有的夜光性能為減少事故損失作出了卓越的貢獻。

六、隱身涂料

紅外隱身涂層材料主要針對紅外熱像儀的偵察,旨在降低武器在紅外波段的亮度,掩蓋或變形武器在紅外熱像儀中的形狀,降低其被發現和識別的概率。而尋找低發射率材料是實現熱紅外隱身技術的關鍵。紅外隱身涂料由于工藝簡單、施工方便、堅固耐用、成本低廉,是目前熱隱身材料中最重要的品種。迄今己研制、應用的熱隱身材料多屬此類。顏料是影響涂料隱身性能的重要因素之一。一般涂料粘合劑的ε值均較高,多年來主要依靠高反射性的顏料的調節作用來滿足熱隱身涂料低發射率的要求。

目前用于紅外隱身涂料配方中的顏料主要有三種:金屬顏料、著色顏料和半導體顏料。

1、金屬顏料。金屬顏料是迄今為止報導最多的用于熱隱身涂料的顏料。它的顆粒形態、尺寸、含量和種類均顯著影響涂層的光學性能。金屬顆粒的形狀按降低涂層發射率作用大小排列的順序為鱗片狀、小棒狀和球狀。對前兩者,“直徑/厚度”比較大時效果較明顯。這三種形狀的粒子的適宜尺寸范圍為,鱗片狀:直徑1~100μm、厚度約1μm;棒狀:直徑0.1~10μm、長度1~100μm;球狀:直徑1~100μm。金屬顏料的用量一般不超過40wt%,且以20wt%左右居多。可供選用的金屬種類很多,但實際選擇多為性優價廉的鋁。金屬顏料用量的增加雖然能使發射率下降,但是,金屬顏料的高反射性雖有利于降低紅外發射率,卻增加了對雷達波、可見光和激光的反射。這不利于激光、雷達和可見光隱身,并有可能在這些波段具有“顯形”作用。

2、著色顏料。為了滿足可見光偽裝的要求,著色填料也是紅外隱身涂料的重要填料之一。選擇著色填料的原則除滿足可見光的偽裝要求之外,還要求不對涂料的紅外隱身性能有明顯的影響。這就要求著色填料在紅外頻段具有發射率低、反射率高或透明度高的特性。著色填料有:金屬氧化物和氫氧化物、硫化物、硒化物、無機鹽和有機填料等。著色填料粒子大小對隱身性能影響很大,一般認為,其粒子尺寸應小于紅外波長,大于近紅外波長。這樣填料既具有良好的紅外透明性,又具有一定的可見光和近紅外反射。

3、半導體顏料。半導體材料可作為涂料體系中的非著色顏料,通過固相摻雜法可改變材料的載流子濃度,使涂料同時具有多波段隱身效果。SnO2和In2O3是半導體材料中兩個有代表性的品種。它們主要有以下特點:較低的紅外發射率,符合紅外隱身的要求;顏色偏淡,有良好的多頻段隱身兼容基礎;可通過摻雜控制紅外反射譜,改變發射率。

七、隔熱涂料

隔熱涂料是一種新型的功能性涂料。它能夠有效地阻止熱傳導,降低表面涂層和內部環境的溫度,從而達到改善工作環境,降低能耗的目的。當前,世界能源緊缺問題日益嚴峻,各行各業對節能減排的要求越來越高。尤其是對于一些能源消耗大戶--例如石化行業,在石化行業,每年因管道散熱而損失的能量約占總能耗的三分之一,隔熱保溫涂料可有效提高設備及管道的節能效果,大量降低能源損失。此外,建筑隔熱涂料施涂于建筑物表面可有效地降低建筑物表面及內部的溫度,并能緩解建筑物表面溫度變化,對建筑物有良好的保護作用,其對于改善生活環境和節約能源等有重要意義。研究和開發建筑隔熱涂料具有重大的經濟效益、環境效益和社會效益。

目前國內煉化企業通常使用傳統多孔性的巖棉、硅酸鋁卷氈等對設備和管道進行隔熱保溫,一般保溫層的厚度可達100~200mm,施工工序復雜,成本高昂;而且厚實的保溫層還會掩蓋了設備及管道的損壞情況,使得石化企業難以規避常規的生產風險及安全隱患。與傳統的保溫材料相比,隔熱保溫涂料保溫效果優異,若干毫米的厚度就能達到傳統保溫層100~200mm厚度的保溫效果;因此,設備及管道的損壞情況也易于被檢測,系統維護難度及維護成本也大幅下降。此外,涂料施工工藝簡單,能夠對彎頭、三通、閥門等異形件實現全面覆蓋,有效減少了管道的散熱。

在隔熱保溫涂料領域,涂層的隔熱保溫性能主要是通過增大涂層的熱輻射反射程度,增強涂層熱輻射的發射率,減緩涂層的熱傳導等機理實現的。按隔熱機理的不同,可分為反射型隔熱涂料、輻射型隔熱保溫涂料和阻隔型隔熱保溫涂料三類。

1、反射型隔熱涂料是通過在體系中添加對熱輻射(太陽輻射、紅外輻射等)有高反射率的顏填料,避免設備及建筑物對太陽輻射的吸收,達到隔熱效果的涂料。顏填料是保證反射型隔熱涂料對太陽輻射有高反射率的關鍵。一般來說,涂層顏色越淺,其對太陽輻射的反射率越高。因此傳統的反射型隔熱涂料都以白色為主,它們一般使用白度較高的TiO2、ZnO作為顏料。該類涂料對太陽輻射的反射率可高達80%以上,部分涂料甚至可達95%。因此,在夏天,涂裝了反射型隔熱涂料的建筑物的外墻溫度遠小于普通建筑物,僅略高于環境溫度,大幅降低了建筑的冷卻負荷,明顯節省了用電量。在石化行業,反射型隔熱涂料在石油儲罐的隔熱上有廣泛應用,它能有效防止儲罐溫度過高而帶來的安全隱患,提高罐區的可用庫容。

反射型隔熱涂料只是一種反射熱輻射的材料,它不能阻礙其他2種傳熱方式對基材的傳熱。因此無法對高溫傳熱介質(如高溫輸油管道、工業鍋爐)保溫,僅是一種應用于設施及建筑的外墻的隔熱涂料。

2、輻射型隔熱保溫涂料是一種以發射熱輻射的形式主動減少基材熱傳遞的涂料。它是通過在涂料體系中添加能高效發射熱輻射的顏填料,或將這些材料直接燒結成陶瓷涂層而實現的。當涂層吸收熱量之后,它能將熱量以一定波長的紅外輻射發射回環境中,從而達到隔熱降溫的效果。


輻射型填料主要包括SiC、堇青石(主要成分為Mg2Al4Si5O18;可含有Na、K、Ca、Fe、Mn等元素)、過渡金屬氧化物(如MnO2Cr2O3CoO、CuO)等材料,它們吸收熱量后,通過分子振動、轉動的能量,不斷地使晶格、鍵團產生碰撞,將吸收的熱量重新發射回環境中。與反射型隔熱保溫涂料相比,輻射型隔熱保溫涂料具有“主動式降溫”的特點。輻射型隔熱保溫涂料對溫度適應性較強。它不僅能在常溫環境用于建筑、石化儲罐的隔熱保溫;還可以在高溫環境對高溫石化管道、鍋爐等進行隔熱保溫。在涂層熱穩定性允許的前提下,溫度越高,該涂層熱發射率越高,隔熱保溫效果越好。因此目前,輻射型隔熱保溫涂料在高溫環境中有更廣泛的應用。特別是,用于高溫石化管道、鍋爐等隔熱保溫時,由于涂層能將熱量輻射回設施內部,因此它發揮隔熱保溫作用的同時,還對設施有“二次加熱”的效果,進一步提高了能量的利用率。

3、阻隔型隔熱保溫涂料是一種以減少涂層內部熱傳導為主要目的的涂料,它是依據熱量在空氣中的傳導速率遠小于固體材料中的傳導速率的原理,通過將密度小、氣孔率高、導熱系數低的功能填料(如空心玻璃微珠、膨脹珍珠粉、硅氣凝膠等)摻加入涂層體系中,從而降低涂層的導熱系數,達到隔熱保溫的目的的涂料。阻隔型隔熱保溫涂料的隔熱機理適用于任何需隔熱的環境。目前,它在常溫至高溫環境都有相應的應用。在石化行業,根據涂層服役環境溫度的不同,一般可分為“低溫”工況(常溫至200℃)及高溫工況(200~500℃)的隔熱保溫涂料。


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八、自清潔功能涂料

隨著環境污染的不斷加劇,越來越嚴重的霧霾、油性煙霧、尾氣廢氣等給建筑外墻帶來嚴重的侵蝕,影響其美觀性、功能性及耐久性。耐沾污能力差是傳統外墻涂料普遍存在的缺點,在一定程度上制約了其應用。因此,針對目前外墻涂料耐污能力不足的問題.具有自清潔功能的涂料成為研究開發的熱點。

清潔被污染的建筑外墻等不僅需要較高的投入,而且表面活性劑的使用會對環境造成嚴重污染,因此具有自清潔效果的功能涂料應運而生。 自清潔涂料能夠借助雨水等自然條件沖刷保持戶外物件表面干凈,不僅能夠降低維護費用,減少勞動力的需求,同時可以將對環境的污染降到最低,可廣泛應用于高層建筑、幕墻、橋梁及汽車、風力發電等多個領域。

高樓大廈的太難清洗

市面上用于玻璃和陶瓷表面的“易潔涂料”,或者“自潔涂料”大致可以分成三類:

第一類:主要成分是硅酮(或硅有機樹脂)或者其它油性的材料構成,涂在材料表面給人一種油滑的感覺,但是它并沒有和材料表面的二氧化硅分子作用生成堅固的 納米薄膜,而只是填平了我們肉眼看不見的凹凸不平材料表面,使得材料表面光滑均勻,其優點是對水(但是不能對油)也有很強的排斥作用,缺點是附著性不佳,在不長的時間里(6-12個月),其排斥水的特性就會大幅度降低。

第二類:主要成分是二氧化鈦(TiO2)。在玻璃上鍍/涂一層二氧化鈦薄膜后,由于二氧化鈦在(紫外線)光能的作用下能夠產生良好的光催化特性而具有超親水性。利用這種超親水特性(和金海豹涂料所具有的疏水特性相反),它使得很小的水滴會聚成大的水滴,在重力的作用下脫落,從而使得沾染在其上的污漬能夠容易的被水沖走,使玻璃具有易清潔的特性,因此特別適合用于戶外建筑玻璃。其優點是價格便宜,缺點是必須有紫外線照射,而且附著性同樣不佳。

第三類:主要成分是無機納米硅材料,其特點是表面為超親水涂層且防灰塵好,不依賴陽光照射,在完全無光環境下一樣起作用,是二氧化鈦型產品的升級版。

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九、示溫涂料

示溫顏料即變色顏料。使用變色顏料做成色漆﹐涂刷在不易測量溫度變化的地方﹐可以從漆膜顏色的變化觀察到溫度的變化﹐這種顏料稱為熱敏性顏料或示溫顏料。這類顏料分為兩類:一類為可逆性變色顏料﹐當溫度升高時顏色發生變化﹐冷卻后又恢復到原來的顏色。另一類為不可逆變色顏料﹐它們在加熱時發生不可逆的化學變化﹐因此在冷卻后不能恢復到原來的顏色。


常用的不可逆變色顏料有鉛、鎳、鈷、鐵、隔、鍶、鋅、錳、鉬、鋇、鎂等的硫酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、鉻酸鹽、硫化物、氧化物以及偶氮顏料、酞菁顏料、芳基甲烷染料等。常用的可逆變色顏料主要是Ag、Hg、Cu的碘化物、絡合物或復鹽的鈷鹽、鎳鹽與六亞甲基四胺所形成的化合物等。由于煎鍋降溫會回復顏色,因此,如上的鍋應當用的是可逆變色顏料。

十、防火涂料

防火涂料涂覆于物體表面,在遇火時涂膜本身難燃或不燃,對基材有較好的保護作用,為滅火和人員撤離贏得了時間。建筑物的鋼結構是防火涂料使用最多的地方,鋼結構防火涂料在防火涂料中占有重要的地位。對于建筑火災,火場溫度大多在800~1200℃,在火災發生的10min內,火場溫度即達到700℃以上。對于裸露鋼材,只要幾分鐘就可達到鋼材臨界溫度。911事件后,鋼結構的防火問題更加引起各國政府的重視。

阻燃劑是防火涂料不可缺少的助劑。代表性的有鋁系、鎂系、銻系、硼系、鉬系涂料,無機涂料是突出的無煙防火涂料。

1、含有堿金屬硅酸鹽或硼酸鹽阻燃劑的涂料。該類涂料在受熱時形成玻璃狀熔融物,從而在空氣和底材間形成隔離膜,并能耐900℃高溫,缺點是硅酸鹽的脆性和水敏性。目前,無機涂料中都含有膨脹成分如:水合鹽、礦物質、有機制劑等,其中硅酸鹽膨脹型防火涂料是一種很有發展前途的防火涂料。具有受熱時不產生毒性氣體和煙霧、發泡層強度高、能有效抵抗火焰熱流的沖擊、成本低等特點。

2、含有鋁系和鎂系阻燃劑的涂料。無機阻燃劑的氫氧化鋁和氫氧化鎂占整個阻燃市場的50%,而且呈明顯增長之勢。其優點是穩定性高,不易揮發,煙氣毒性低,成本低。缺點是填充量大,與聚合物結合力小,相容性差,對聚合物的加工以及力學性能影響大。為解決這些缺點,主要通過如下方法進行改性:通過控制粒徑和粒徑分布,使固體顆粒超細化,增加表面積;采用偶聯劑(硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、長鏈脂肪酸及鹽、疏水性潤濕處理劑)對表面進行改性處理后可以增強粒子對基材的親和力,確保耐沖擊強度。

3、另外,膨脹型石墨阻燃劑(EG)是近期發展起來的無鹵無機膨脹型阻燃劑,它資源豐富,制造簡單,與其他協效劑共同使用,阻燃效果良好。

 

編輯:粉體圈Alpha

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