氣相納米材料在涂料中應用優(yōu)勢

涂料是一種廣泛應用于建筑、汽車、船舶、航空航天、家具等眾多領(lǐng)域的材料，其性能的優(yōu)劣直接影響到被涂覆物體的外觀、使用壽命和功能特性。近年來，氣相法納米材料的出現(xiàn)為涂料行業(yè)注入了新的發(fā)展活力，在賦予其優(yōu)異性能的同時，顯著改善了涂料生產(chǎn)、運輸、存儲和施工過程中性能，包括涂料的物理性能、力學性能、耐候性能、耐腐蝕性能、光學性能和環(huán)保性能等，氣相法納米材料憑借其精準的粒徑控制、高表面活性、高化學穩(wěn)定性、高純度、耐高溫和良好的分散性等特點逐步成為涂料領(lǐng)域創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)、應用場景擴展的重要原材料和功能助劑。

氣相法納米材料是一種直接使用氣體，或通過各種方式將物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，使之在氣態(tài)狀態(tài)下發(fā)生物理變化或者化學反應，最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米粒子。基本上是由氫氧火焰高溫水解反應得到，該方法生成的粒子具有純度高、顆粒分散性好、粒徑分布窄、粒徑小等特點。目前市場上主流的氣相法納米材料包括氣相二氧化硅、氣相法納米氧化鋁、氣相法納米二氧化鈦等。

氣相二氧化硅（Fumed Silica），又稱氣相法白炭黑，是由鹵硅烷（例如甲基三氯化硅、四氯化硅）在氫、氧火焰中高溫水解，生成二氧化硅粒子，然后驟冷，顆粒經(jīng)過聚集、分離、脫酸等后處理工藝而獲得產(chǎn)品，純度高達99.8%以上。根據(jù)表面化學基團不同，可分為非處理型（親水型）和處理型（疏水型）。同時，氣相法納米氧化鋁、氣相法納米二氧化鈦也是用類似的方法生產(chǎn)。

那么，在涂料領(lǐng)域應用中，氣相法納米材料有哪些行業(yè)應用優(yōu)勢呢？

一、優(yōu)異的液態(tài)體系的流變及觸變性調(diào)控

氣相法納米材料優(yōu)異的流變控制效果，能夠有效增加涂料的粘度，改善其觸變性，這種效果有助于涂料攪拌、涂刷，保證涂層的均勻性和美觀度，提高施工質(zhì)量。

在氣相二氧化硅充分分散情況下，在液態(tài)體系中加入剪切作用力，二氧化硅附聚體被打散成聚集體，形成良好的分散體。聚集體之間通過氫鍵以及范德華力的作用，形成一個由二氧化硅粒子組成的剛性三維網(wǎng)絡，體系粘度增加，表現(xiàn)出增稠性能。在剪切力的作用下，氫鍵和范德華力遭到破壞，體系粘度降低，表現(xiàn)出剪切變稀的特點。剪切力消除的情況下，網(wǎng)絡得以恢復，體系粘度增加。這就是氣相二氧化硅增稠觸變原理。

在應用中，經(jīng)匯富納米技術(shù)人員多年研究發(fā)現(xiàn)，在高極性、中等極性和非極性體系中，氣相二氧化硅對液態(tài)體系的流變控制效果有明顯差異。其中親水型氣相二氧化硅在非極性體系中增稠觸變效果表現(xiàn)優(yōu)異；但當親水型氣相二氧化硅由于體系存在極性較強的基團，使其分散時，極性基團對氣相二氧化硅表面的硅羥基基團有親和力，造成氣相二氧化硅大量聚集在極性基團周圍，難以在整個液體體系中形成完整的三維網(wǎng)絡，出現(xiàn)氣相二氧化硅微粒的溶劑化作用, 就會使得觸變網(wǎng)絡的穩(wěn)定性降低。

二、優(yōu)異的液態(tài)體系抗流掛功能

當涂料在直立面和斜面施工過程中，由于重力的作用，涂層會上薄下厚的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)流掛現(xiàn)象。涂料滴落不僅會造成施工過程中不必要的浪費，更容易造成施工人員多次、重復性涂刷，既增加了人力成本，由浪費了時間成本。

得益于氣相二氧化硅粒子在液體體系中形成三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，良好的觸變性可使涂料在刷子或噴槍停止作用后迅速恢復粘度，避免出現(xiàn)流掛、滴落現(xiàn)象，有效限制基體的流動，防止流掛現(xiàn)象的發(fā)生。

三、優(yōu)異的液態(tài)體系防沉降功能

涂料配方各異，成分大相徑庭，不同的顏料和填料會因它們的粒徑大小和密度不同，往往在重力影響下容易發(fā)生沉降現(xiàn)象。

氣相二氧化硅表面存在大量硅羥基，這些硅羥基之間可形成氫鍵作用，使氣硅粒子相互連接形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。同時，硅羥基還能與涂料基體中的極性液體或高分子材料等形成氫鍵，從而在體系中構(gòu)建起氣相二氧化硅和基體之間的 “互穿網(wǎng)絡”。這種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)能夠 “托” 住涂料中的顏填料，阻止其下沉，從而有效起到防沉降的效果。

四、優(yōu)異的液態(tài)體系耐腐蝕性能

石油化工儲罐、集裝箱運輸、鋼結(jié)構(gòu)平臺、海洋平臺、船舶、海港等設施設備由于所處環(huán)境復雜，極易受到化學腐蝕和電化學腐蝕，因此在這些領(lǐng)域中，重點關(guān)注的是涂料的防腐性能。

氣相二氧化硅可以使涂層更加致密，強度更高，避免出現(xiàn)薄涂層被攻破的情況，尤其疏水型氣相二氧化硅的加入，還可提高涂層的防水性和耐鹽霧性，保持涂料在惡劣的海洋環(huán)境或高鹽度環(huán)境中的穩(wěn)定性。

五、優(yōu)異的提升漆膜及涂層力學性能

氣相二氧化硅是一種非常優(yōu)異的補強材料，可提高涂層的附著力和本體強度。氣相二氧化硅的加入，提高涂層致密性和硬度，提升其抗刮擦性，可以提高涂膜的耐磨性能、耐污性能，另外氣相二氧化硅還具有極強的紫外線吸收、紅外光反射特性，添加在涂料中能提高涂料的抗老化性能及熱穩(wěn)定性。

六、優(yōu)異的粉末涂料抗結(jié)塊和助流動作用

氣相納米材料（氣相二氧化硅、氣相法納米氧化鋁）具有超微細納米粒徑，當在三維高速混合機中與粉末涂料充分分散后，氣相二氧化硅能夠均勻的包裹住固體顆粒表面，阻隔空氣中水分與粉末涂料顆粒的直接接觸，同時在表面形成“滾珠效應”，涂料顆粒就像安裝了車轱轆一樣，自由流動性大大提高。其次，氣相納米材料一般具有超高的比表面積，具有較強的吸附能力，可以將顆粒或粉末間隙中的油脂和水分吸收，減少了粉體吸濕的可能，從而減緩其吸潮結(jié)塊的速度。

此外，氣相法納米氧化鋁本身帶有正電荷，可改善粉末的摩擦帶電性，提高粉末上粉率, 降低粉末回收率, 提升了粉末的利用率。