新型涂料的研究进展新型涂料的研究进展李佳璐

新型涂料的研究进展,新型涂料的研究进展

张文毓(洛阳船舶材料研究所，河南洛阳471039)摘要：叙述了船舶用防污涂料、吸波涂料、纳米隐身涂料、汽车涂料、防滑涂料等新型涂料的种类、研究现状和发展趋势。关键词：防污涂料；吸波涂料；纳米隐身涂料；汽车涂料；防滑涂料1引言海洋中微生物、植物和动物附着在舰船上并对之产生不利影响的现象称为污损。污损不仅增加船舶的自质量、减少船舶的载质量，同时将大大增加船体的阻力，造成船舶航速降低和燃油消耗量增大防止海洋生物污损的最有效方法就是采用防污涂料。通过分析可以预料，在不久的将来一系列环保型涂料和先进的电化学方法将在舰船和海洋结构上得到应用和推广。吸波涂料因具有施工简便、对目标的外形适应性强和对武器系统的机动火力性能影响小等特点，倍受各国的重视。纳米材料是物理学上的理想“黑体”，纳米隐身涂料是纳米技术与隐身涂料的结合，是一种优良的电磁波吸收材料，不仅能吸收雷达波，而且能很好地吸收可见光和红外线。随着纳米科技的不断发展，纳米隐身涂料将具有广阔的应用价值和前景。在众多涂料品种中，汽车涂料以对涂层性能的超高要求和涂装工艺的独特之处，成为工业涂料中技术含量最高和附加值最高的代表品种之一，它体现出一个国家涂料工业的技术发展水平。本文主要叙述船舶涂料、吸波涂料、纳米隐身涂料、汽车涂料等新型涂料的现状和应用情况。2船舶涂料在使用各类船舶去探索未知世界和开发利用海洋的历史进程中，一直面临着严重腐蚀环境和防除海洋附着生物的问题。在众多防污、防锈方法中，采用船舶防污涂料和防锈涂料是船舶防污防锈方法中最方便和最经济的手段。2．1舰船用防污涂料目前防污涂料发展的主要类型：①不含有机锡的自抛光防污涂料；②无锡的磨蚀型防污涂料；③无毒防污涂料(低表面能涂料、生物防污涂料)；④导电防污涂料。其中以不含有机锡的低毒或无毒防污涂料为主要研究和开发目标，以无锡自抛光或磨蚀性防污涂料产品的开发最快。无锡自抛光防污涂料具有长效防污和降阻节能的特点，同时符合环境保护要求，无论在经济上还是在军事上均具有十分重要的现实意义。低表面能防污涂料俗称“不粘”涂料。它利用涂料表面具有低表面能的物理性能使海生物难于附着或者即使附着其黏结力也很小，在船舶低速航行时，受到海水剪切力作用很容易被清除。现有的低表面能防污涂料主要以有机硅、有机氟树脂为基体树脂，利用有机硅、有机氟的低表面能特性而制成的。此类防污涂料已开始实际应用，防污期效最长可达5a。生物防污涂料用天然防污剂是利用生物技术从多种海洋动植物和陆地植物中提取的天然防止海生物污损的物质，主要有大叶藻类防污剂、苦动栋树防污剂、酰化丹叶大黄素贻贝防污剂、辣根防污剂、海绵脂肪酸防污剂、含有分解蛋白酶的防污剂等。仿生防污涂料利用的是仿生学原理。主要有2个方向：①提取海洋中的天然活性物质作为防污剂；②模拟大型海洋动物的表皮结构来实现防污。生物技术是一个高产出产业，利用生物技术生产制作上述各类防污剂，对人体、环境和海生物无害，开发这一领域将会产生巨大的社会效益和经济效益。导电防污涂料是在船体外壳表面涂上数层导电涂料，当微小直流电通人涂覆有导电涂料的表面时，会使海水电解产生次氯酸钠，达到防止海生物附着于船壳表面的目的。低VOC防污涂料的实现途径通常有3种：①水性防污涂料；②粉末防污涂料；③高固含量防污涂料。目前，国内外对低VOC防污涂料的研究和开发见诸报道的也只是在水性防污涂料方面取得的成果。海洋防污涂料是海洋涂料中最重要的品种之一，直接对船主的利益和海洋环境产生影响，所以研究人员和涂料供应商努力开发更为环保、性能更好、更具有竞争力的海洋防污涂料。防污技术还包括电化学防污方法、控制腐蚀微生物的新方法——电化学杀菌和外加电位防污法。2．2船体防锈涂料目前船底防锈涂料的品种大体可分成3大类：①传统的沥青系和油性系；②以环氧、乙烯、环氧沥青、乙烯沥青和氯化橡胶树脂为主体的高性能船底防锈涂料；③新型高性能船底防锈涂料，主要包括改性环氧、玻璃鳞片涂料、氟树脂涂料等。2．3舰船用特种功能涂料舰船特种涂层材料是舰船装备不可缺少的组成部分。它涉及的领域包括：耐高温、隔热、防火、吸声阻尼、吸波、光学伪装等，主要有舰用雷达吸波隐身涂料、吸收声纳波涂料、红外隐身涂料、抗热辐射涂料、飞行甲板防滑涂料、耐高温涂料等，尽管用量不大，但是舰船不可缺少和替代的配套材料，而且随着武器装备现代化进程的加快，特种涂层材料在舰船各部位所起的作用越来越大。3吸波涂料吸波涂料是能够吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的损耗转变成热能的一类材料。吸波涂料主要由吸收剂和黏结剂组成。其中含有特定电磁参数的吸收剂是吸波涂料的关键所在，决定了吸波涂料的吸波性能；黏结剂是涂料的成膜物质，是使涂层牢固黏附于被涂物表面并形成连续膜的主要物质。吸波涂料一般根据吸收剂不同可分为以下几类：铁氧体吸波涂料、羰基铁吸波涂料、金属超细粉末或金属氧化物磁性超细粉末吸波涂料、陶瓷吸波涂料、纳米吸波涂料、放射性同位素吸波涂料、导电高分子吸波涂料、视黄基席夫碱盐类吸波涂料、手征性吸波涂料、掺杂高损物吸波涂料、稀土元素吸波涂料。研究高性能、宽频带吸波涂料以展宽有效频带、实现多频谱隐身效果为吸波涂料未来发展的主要方向。同时，研究各种新的吸收剂，探讨新的吸波机理，以满足吸波涂层所追求的“薄、轻、宽、强”的目标。吸波涂料是军事上的主要隐形材料之一，在民用产品上的应用也相当广泛，如人体安全防护、微波暗室消除设备和通讯及导航系统的电磁干扰、安全信息保密、改善整机性能、提高信噪比、电磁兼容，以及波导或同轴吸收元件、广播电视发射台的电磁辐射防护、工业科学和医疗设备电磁辐射防护、日常生活用品微波炉、手机的电磁辐射防护等许多方面。4纳米隐身涂料隐身涂料是固定覆盖在武器系统结构上的隐身材料，按其功能可分为雷达隐身涂料、红外隐身涂料、可见光隐身涂料、激光隐身涂料、声纳隐身涂料和多功能隐身涂料等。纳米涂料一般都是由纳米材料与有机涂料复合而成的，更科学地讲应称作纳米复合涂料。经过几十年的发展，隐身涂料作为隐身技术的关键技术之一，已不仅仅用于飞航导弹等飞行器上，最新的发展是几个主要工业化国家和军事强国已开始将隐身涂料技术应用于海军舰艇、隐身装甲车、隐身水雷、隐身火炮、隐身坦克、隐身车辆、隐身雷达、隐身通讯系统、隐身工程、隐身工事、隐身机器人、隐身作战服和红外隐身照明弹等技术装备上。纳米材料在舰船涂料中应用的领域有：①吸收雷达波涂层。②舰船红外隐身涂层：纳米氧化铝、氧化铁、氧化硅和氧化钛的复合粉体与高分子纤维结合对中红外光波段有很强的吸收性能，这种复合体对该波段的红外探测器有很好的屏蔽作用，既具有优良的吸收雷达波的特性，又有良好的吸收和耗散红外线的性能，具有明显的隐身功能。③潜艇伪装涂料：潜艇伪装涂料的技术关键是涂料的湿反射率和耐老化性。应用纳米级的深色颜料，是降低伪装涂料的湿反射率和提高耐老化性的有效途径之一。④超耐候的船壳漆：纳米二氧化钛具有吸收紫外线的性能，可提高涂料的耐老化性。它们都可以作为今后主要发展的添加剂之一一。⑤船舶舱室内抗霉涂料：纳米二氧化钛、纳米氧化锌等纳米材料可作为对人体无毒、抗菌范围广、热稳定性优良的抗菌剂。可以利用纳米材料的抗菌作用，制备舱室内的新型高效防菌防霉材料和涂料。⑥新型高效船底防污涂料：采用纳米级防污剂，如纳米氧化亚铜、纳米氧化锌等，或者采用微胶囊技术可能是一个有效的途径。⑦船舶阻燃材料和涂料：某些纳米微粒具有阻燃功能，如纳米氧化锌可以作为阻燃剂添加到船舶舱室内装饰材料中或配制成阻燃涂料，提高船舶非金属装饰材料和阻燃涂料的防火性。5汽车涂料汽车涂料包括汽车在制造与维修中使用的涂料，主要品种有汽车底漆、汽车面漆、罩光清漆、汽车中间涂料和汽车修补漆等。汽车涂料已经成为一种专用涂料。在汽车工业发达国家，汽车涂料的产量占涂料总产量的20％左右。5．1底漆世界各国汽车底漆绝大部分使用阴极电泳漆，阴极电泳漆今<

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