新型无机材料概论

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1、纳米材料在海洋无毒防污涂料中的应用化学工程与技术导师：董国君学生：常沙纳米材料在海洋无毒防污涂料中的应用作者：常沙化学工程与技术摘要：本文介绍了近年来改性海洋无毒防污涂料使用中的几种纳米材料，并对纳米海洋无毒防污涂料的发展进行了展望。关键词：纳米材料；无毒；防污涂料引言海洋中微生物、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[1]。纳米粒子用于防污涂料中所得到的防污涂料具有抗辐射、耐老化和剥离强度高等优点[2]。而使用某些特

2、殊工艺制备出纳米尺寸结构功能涂料，则可以满足建筑领域的耐老化和抗辐射等要求。结合纳米材料的特殊功能，在涂料工业需要环保的前提下，随着新材料的飞速发展，长效无毒含有某些纳米尺寸组分的防污涂料及纳米量级的防污涂料将会成为海洋防污涂料的主要研制方向。现阶段，关于各种高效纳米防污功能助剂的研究十分活跃。有人采用纳米级防污剂，如纳米级氧化锌、纳米级氧化亚铜等是一个有效的途径[3-4]。或者采用微胶囊逐渐溶解，缓慢而有效地释放出防污剂以达到稳定长效的防污功能[5]。2005年欧盟在第六框架计划中设立了一个为期5年的科研项目，通过控制纳米量级结构表面涂层的表面能、电荷、传导率、孔隙率、粗糙度、润湿

3、性、摩擦性能、物理和化学反应特性以及微生物附着行为，开发出纳米量级结构表面的海洋无毒防污涂料[6]。纳米量级防污涂料及含有某些纳米尺寸组分的防污涂料的水性化将是无毒防污最终实现的目标。水性化即以水做溶剂，可以替代涂料中的挥发性有机溶剂，制备出的这种水性防污涂料是实现不污染海洋又不污染大气的真正无毒防污纳米涂料。1含有纳米材料组分的防污涂料的研究现状改性防污涂料用的纳米材料较多，现按照应用于海洋防污涂料中的纳米材料所起的作用分如下几种：1.1含耐沾污性纳米组分的海洋防污涂料2002年，BokobzaL等[7]用硅烷偶联剂改性SiO2，与丙烯酸单体混合后用紫外光固化成膜。2003年，Yu

4、Y[8]等利用纳米SiO2溶胶粒子、甲基酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂、丙烯酸单体制备了透明的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/SiO2复合涂层。2008年，南昌大学的陈勇，李鸣等人[9]制得了添加改性纳米SiO2的4-氟苯基异氰酸酯改性环氧有机硅（ES）树脂复合涂层，大连交通大学的陈美玲、曲园园等人[10]以有机硅改性丙烯酸树脂作为主要成膜物质，在颜填料不变的基础上添加纳米二氧化硅，制备的低表面能无毒海洋防污涂料涂膜表面具有纳米-微米的阶层结构。2009年，由高宏、李旭洋、陈美玲等人[11]制备出具有微米-纳米阶层结构的无毒疏水海洋防污涂料。2010年，他们[12]又用有机氟单体对丙烯酸

5、树脂进行改性，同时添加纳米二氧化硅制备出低表面能防污涂料。1.2含紫外线屏蔽、光催化杀菌纳米组分的海洋防污涂料纳米TiO2一方面对于涂料的成膜性能有所改善[13]，另一方面能在光照作用下催化生成具有强氧化能力的物质，这对于有机污染物中难分解种类起到分解作用，最终的氧化分解产物为二氧化碳、水等[14]。据报道，在空气净化、污水处理和保洁除菌等领域，纳米TiO2光催化技术都应用较为广泛，且防污效果都比较好[15]。日本一家牙科医院在医院手术室的手术台和墙壁上涂刷纳米TiO2抗菌防污涂料，当有光照射时，就可以在短时间内将手术台和墙壁上的细菌杀灭。陆长梅等人[16]的研究发现纳米TiO2可以

6、有效抑制微囊藻的生长。Kallio等人[17]经过反复研究也发现纳米TiO2具有较好的防污功效。2007年，黄晓冬、张占平、齐育红等人[18]研究发现聚四氟乙烯（PTFE）和锐钛型纳米TiO2均对海洋细菌的附着有抑制作用。2008年，大连交通大学的李善文，陈美玲等人[19]将纳米TiO2加入已经合成的呋喃改性硅丙树脂中，制备出防污性能更好的无毒防污涂料。2008年12月6日，大连海事大学张占平教授[20]主持研究的“纳米荧光海洋无毒防污涂料的研制”通过了交通运输部科技教育司主持召开的研究项目验收鉴定。刘红以氟烯烃-烷基乙烯基酯（FEVE）氟碳树脂为成膜物、纳米TiO2粉末为功能添加剂

7、，试制了系列Nano–TiO2/FEVE氟碳涂层。1.3含有阻止生物附着纳米组分的海洋防污涂料我国青岛海洋化工研究所在本世纪初期研究出了碱式硅酸盐纳米防污涂料。英国的JackieButterfield曾介绍将多种碳纳米管与纳米有机硅弹性体复合改性制成低表面能海洋防污涂料。杨惠芳、申星梅等人制备出了添加纳米硫氰酸亚铜的海洋防腐涂料。DavieM等报道了具有导电性的聚吡咯低表面能防污涂料。美国纽约长岛的Viachem公司经过10年的研发工作，成功研制出一种共生