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涂料中的新科技——綠色納米技術(shù)

Tag：涂料中   的   新科技   綠色   納米技術(shù)  
在2007年，具有環(huán)保意識(shí)的消費(fèi)者在他們生活中的各個(gè)方面都開(kāi)始使用“綠色”產(chǎn)品。“綠色化”和購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品的技巧隨處可見(jiàn)：網(wǎng)絡(luò)、新聞播報(bào)、電視節(jié)目中進(jìn)行的插播，雜志和報(bào)紙。住宅建筑者和供應(yīng)商們開(kāi)始尋找可以使住宅更具有能量有效性的方法。

在2008年，前景繼續(xù)發(fā)生著變化。現(xiàn)在隨著環(huán)境危機(jī)擺在了公眾意識(shí)的前列，傳統(tǒng)的節(jié)約能源的方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)今的要求。很多公司都在研究新的技術(shù)，從而不僅僅是可以改善環(huán)境的平衡而是要對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換。從更基本的層面來(lái)講，消費(fèi)者和業(yè)主們比以往任何時(shí)候都理解綠色化真正意味著什么并且他們正在尋求可以產(chǎn)生最大影響的解決方案。他們還很清楚地知道哪些綠色產(chǎn)品可以帶來(lái)最大的價(jià)值。因此，他們正在尋找可以達(dá)到多項(xiàng)目標(biāo)同時(shí)具有成本效益的解決方案。例如，可以將綠色納米技術(shù)應(yīng)用在住宅建筑和工業(yè)景觀中，尤其是將其應(yīng)用于涂料中。

綠色納米技術(shù)

綠色納米技術(shù)可以為此提供生動(dòng)的解決方案，從而將結(jié)果進(jìn)行最優(yōu)化并且最大化地滿(mǎn)足具有環(huán)境保護(hù)意識(shí)的業(yè)主的基本要求。甚至是EPA都已經(jīng)開(kāi)始重視納米技術(shù)對(duì)于環(huán)境的價(jià)值。在2007年，EPA向steward新一代的納米技術(shù)公司發(fā)布了一條內(nèi)部建議。這些新一代的納米技術(shù)公司支持綠色建筑和綠色化學(xué)，并且不斷尋求新的更有力的解決環(huán)境危機(jī)的方法。但是什么是綠色納米技術(shù)？為什么納米技術(shù)科學(xué)在這一領(lǐng)域的最新進(jìn)展會(huì)在涂料行業(yè)中如此地引人注目？

和其他每天沉浸在思索納米技術(shù)科學(xué)的人們一樣，我明確地理解了納米技術(shù)的誘惑力：納米技術(shù)是對(duì)材料中尺寸不超過(guò)十億分之一米的單元結(jié)構(gòu)和原子結(jié)構(gòu)所進(jìn)行的操作。在納米技術(shù)這一新興領(lǐng)域中，納米技術(shù)具有競(jìng)爭(zhēng)力的基本優(yōu)點(diǎn)是：該技術(shù)可以創(chuàng)造出大量的完全嶄新的方法或材料。在納米技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用中，我們已經(jīng)創(chuàng)造出了：可以明顯地保存能量的類(lèi)似于油漆的涂料；可以在零度以下的冬季降低住宅熱量需求的涂料；可以在炎熱的天氣中為住宅降溫的涂料；可以改善汽車(chē)外觀的涂料；或者可以使管件具有更好的侵蝕保護(hù)效果的涂料。這些科學(xué)幻想已經(jīng)都變成了科學(xué)事實(shí)，并且這也敲響了工業(yè)納米科技涂料的鐘聲。

結(jié)果表明，半結(jié)晶化聚酯的使用一方面造成了薄膜在固化過(guò)程中流動(dòng)性能的提高，另一方面與無(wú)定形聚酯粉末涂料配方相比，半結(jié)晶化聚酯的使用增加了反應(yīng)活性。

更進(jìn)一步而言，半結(jié)晶化聚酯的影響可以通過(guò)實(shí)際的測(cè)試而得到：將粉末涂料PCF 2和PCF 3用在脫脂型鋼板上，并且在不同溫度下的空氣循環(huán)烘箱中加熱30分鐘。固化后漆膜的機(jī)械性能可以根據(jù)ASTM D 2794標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗沖擊強(qiáng)度測(cè)試。盡管在140℃時(shí)，可以在兩種體系中都獲得沖擊強(qiáng)度值為160inch-lb的高柔性漆膜，但是PCF 2在130℃時(shí)的柔性發(fā)生了降低。而對(duì)于PCF 3而言，可以在不損失柔性的情況下將固化溫度降低至120℃。

顆粒設(shè)計(jì)方法

絕大多數(shù)的納米技術(shù)只有在顆粒尺寸小于十億分之一米時(shí)才能發(fā)揮作用。然而，這正是工業(yè)納米技術(shù)的顆粒設(shè)計(jì)方法與通常的納米技術(shù)市場(chǎng)在科學(xué)方法上的不同。在工業(yè)納米技術(shù)中，我們清楚地知道我們想要?jiǎng)?chuàng)造的是一種方便使用的家庭友好型涂料。這種涂料要能夠有助于保存能量和保護(hù)環(huán)境，并且希望能夠可以有效防止危險(xiǎn)的霉變和鉛污染。為了達(dá)到上述要求，我們開(kāi)始將安全的微米級(jí)（而并非納米級(jí)）顆粒用于納米尺度的建筑中。這種方法論使得我們可以創(chuàng)造出包含納米技術(shù)所有優(yōu)點(diǎn)而又不含任何缺點(diǎn)的涂料。然而，這只是平衡中的一部分。我們?nèi)匀恍枰环N聚合物涂料，從而可以使納米材料與其進(jìn)行混合但又不會(huì)遭到破壞。將結(jié)果進(jìn)行組合可以獲得的是――一類(lèi)特定的納米復(fù)合材料和多種二級(jí)“載體”成分。材料還具有一些獨(dú)特且頗具價(jià)值的特征，包括非常低的導(dǎo)熱系數(shù)、非常高的耐侵蝕性和杰出的耐用性等等。此外，它將這兩種過(guò)程連接起來(lái)從而最終形成了Nansulate涂料發(fā)展的可能性。

Nansulate

本質(zhì)上來(lái)講，工業(yè)納米技術(shù)的Nansulate生產(chǎn)線(xiàn)包含8條針對(duì)家用和商用項(xiàng)目的具體的涂料生產(chǎn)線(xiàn)。Nansulate HomeProtect和它的第一代產(chǎn)品NanoPrime，這兩種涂料可以為住宅內(nèi)部和外部均提供保溫性能。它們也可以作為改進(jìn)型的防霉劑，并且與市場(chǎng)上的其他產(chǎn)品不同的是，在這兩種涂料中是不含任何FDA登記的具有潛在危害性的微生物。Nansulate EPX?是特別設(shè)計(jì)用來(lái)對(duì)輸油管道和天然氣管道進(jìn)行隔熱的涂料，以防止具有價(jià)值的燃料在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生冷凍。Nansulate PT是針對(duì)金屬表面而設(shè)計(jì)的涂料，可以用在石油、天燃?xì)�、生物柴油、農(nóng)業(yè)、以及商業(yè)貨物等產(chǎn)品的金屬表面上。Nansulate GP是經(jīng)過(guò)NSF國(guó)際注冊(cè)的可以用于食品接觸的涂料，可以應(yīng)用在食品和飲料行業(yè)、葡萄酒釀造廠、商業(yè)飯店，還可以用于制藥和貨運(yùn)應(yīng)用領(lǐng)域中，尤其是需要保溫的冷藏單元中。Nansulate HH (High Heat)涂料有著廣泛的應(yīng)用，包括可以減少熱損傷從而使加工設(shè)備、槽、機(jī)器、干燥機(jī)頭部、紡織類(lèi)的設(shè)備（例如換熱器、染色機(jī)器）具有防蝕性。NASCAR賽車(chē)隊(duì)所使用的Nanoboost是一種超薄等級(jí)的汽車(chē)涂料，用來(lái)在增加汽車(chē)馬力的同時(shí)減少它的燃料消耗量。最后，Nansulate LDX涂料具有先進(jìn)的防鉛性能，并且是一種優(yōu)異的修復(fù)鉛污染的產(chǎn)品。

證明

Nansulate絕大多數(shù)的普遍應(yīng)用之一是其在住宅中的保溫和節(jié)能應(yīng)用。當(dāng)由于對(duì)空間的考慮限制了有效絕緣措施的使用時(shí)，Nansulate不但可以對(duì)房屋進(jìn)行保溫還可以有效地降低加熱和冷卻住宅結(jié)構(gòu)的能量成本。具體的案例是美國(guó)紐約的Roy Kortick希望可以改變他的平房風(fēng)格的例子。他重新為住宅搭建了屋頂，并且增加了天窗和屋脊通風(fēng)口，創(chuàng)造出了“大教堂”式的屋頂以及用來(lái)休息和貯藏的閣樓。Kotrick使用家具用的樺樹(shù)夾板對(duì)屋頂內(nèi)部的椽木進(jìn)行了加護(hù)并且用透明的Nansulate GP涂料對(duì)其進(jìn)行了密封。這使得Kotrick最大程度地保持了屋頂?shù)耐L(fēng)性以及樺木表面顆粒的美觀性。而對(duì)于暴露于大氣通道中的泡沫塑料附屬裝置，Kotrick采用了傳統(tǒng)的粉色保溫涂料。他對(duì)于涂料的保溫性能也感到滿(mǎn)意。Kotrick解釋說(shuō)：“我昨晚親自證實(shí)了保溫的有效性。盡管長(zhǎng)島的天氣寒冷，但是我僅僅使用一個(gè)小型火爐就使室內(nèi)溫度維持在了68°F。鍋爐的溫度設(shè)置在了65°F，因而一晚上都沒(méi)有打開(kāi)過(guò)。”

另一個(gè)居住在新墨西哥的業(yè)主，Marc Izzard曾經(jīng)一直在尋找一種環(huán)境友好型的產(chǎn)品來(lái)對(duì)其住宅進(jìn)行保溫從而節(jié)約能源。能源的節(jié)約以及綠色建筑問(wèn)題對(duì)他和他的家人來(lái)說(shuō)是非常重要的。Izzards使用Nansulate Translucent GP涂料和面漆對(duì)住宅的室內(nèi)墻壁和屋頂進(jìn)行包覆。據(jù)Izzard所講，他已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了能源成本的顯著的節(jié)約，與此同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了房屋在夏天降溫和冬天升溫時(shí)所需時(shí)間的顯著縮短。“能源的開(kāi)支降低了40%，而住宅冷卻/加熱速率獲得了提高，我們對(duì)此真的感到非常高興。我們還對(duì)腳浴盆進(jìn)行了油漆，這樣熱水就可以保溫更長(zhǎng)時(shí)間。”Izzard說(shuō)，“使用了納米技術(shù)涂料之后，你可以使用一支蠟燭和一個(gè)吹風(fēng)機(jī)就對(duì)房屋進(jìn)行加熱。”

另一個(gè)Nansulate客戶(hù)則報(bào)告說(shuō)：根據(jù)個(gè)人使用情況的不同，可以節(jié)約20-40%的能量。導(dǎo)熱系數(shù)，k，是材料的強(qiáng)度性質(zhì)，反映了材料的導(dǎo)熱能力。導(dǎo)熱系數(shù)越低，保溫性能越好。Hydro-NM-Oxide是Nansulate中的保溫成分，它的導(dǎo)熱系數(shù)為0.017W/mK。當(dāng)將Nansulate完全固化后，Nansulate中大約含有70%的Hydro-NM-Oxide和30%的丙烯酸樹(shù)脂以及性能添加劑。為了對(duì)能量的節(jié)約性進(jìn)行測(cè)試，我們采用了兩個(gè)相同的并在內(nèi)部裝有白熾燈和熱電偶的木質(zhì)盒子。其中一只木盒用Nansulate GP涂料對(duì)其內(nèi)部和外部的所有表面進(jìn)行三層包覆。在82.4 °F的室溫條件下（28℃），對(duì)這兩只木盒同時(shí)開(kāi)啟加熱裝置并記錄溫度對(duì)應(yīng)于時(shí)間的變化。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)：使用Nansulate涂料包覆的盒子在24分鐘之后溫度就達(dá)到了158°F (70℃)，然而未進(jìn)行保溫的盒子達(dá)到相同的溫度需要41分鐘的時(shí)間。因此，使用Nansulate涂料包覆的木盒總體的加熱時(shí)間幾乎減半，在該測(cè)試中大約節(jié)約了20%的能量。

總結(jié)

這些是關(guān)于具有環(huán)境保護(hù)意識(shí)的業(yè)主的幾個(gè)例子，但是并沒(méi)有提及大量的在生活和生意中采用綠色納米技術(shù)的商業(yè)實(shí)例。在我們繼續(xù)尋找解決方案的過(guò)程中，或許可以證明：綠色納米技術(shù)是尚未被發(fā)現(xiàn)的、可以用于解決世界環(huán)境問(wèn)題的答案。在2008年以及今后的日子里，隨著新技術(shù)越來(lái)越被人們理解和熟悉，綠色納米技術(shù)涂料將會(huì)繼續(xù)表現(xiàn)出它的獨(dú)特之處。

除了漆層薄膜具有非凡的機(jī)械性能和光學(xué)性能之外，粉末涂料還具有優(yōu)異的耐風(fēng)化穩(wěn)定性。與已有的用于室外應(yīng)用中的涂料體系不同，新型的聚脲基甲酸酯粉末涂料在加速風(fēng)化測(cè)試中表現(xiàn)出了明顯的穩(wěn)定性。

聚脲基甲酸酯粉末涂料的固化過(guò)程可以使用一級(jí)動(dòng)力學(xué)分析進(jìn)行模擬。實(shí)驗(yàn)測(cè)試證實(shí)了預(yù)測(cè)的結(jié)果。最佳的固化條件為在140℃或150℃的溫度條件下固化30分鐘。

最后，預(yù)涂鋼板和鋁板的成形操作中，漆層表現(xiàn)出了高度的柔性和光學(xué)性能。預(yù)涂板材通過(guò)了真實(shí)加工條件下的成形測(cè)試。


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