纳米技术：涂料困境的解决方法

stucco

爱因斯坦对精神病的定义为：不断重复地做同一件事情并且期望有不同的结果出现。在当今社会，能源成本呈现出了螺旋式的上升趋势，人们也越来越多地关注环境，因此上述关于精神病的定义可以引申到涂料行业中，专指使用同一种涂料技术而期望得到出众的结果。
尽管环境、规章以及功效等方面的要求对涂料行业形成了压力，但是涂料工业在接受涂料技术的更新换代方面却仍然显得缓慢。例如，采用新的涂料技术开发的100%固态紫外线固化涂料本身具有降低生产时间、降低污染物排放以及危险废弃物释放的优点。步子越小只会使得到的越少。而涂料终产品的耐用性也应该有所提高。但是到目前为止，这些潜在的需要改进的地方并不足够克服生产企业的惯性而促进改变的发生。现今高昂的能源价格以及通过纳米微粒的加入提高性能的可能性，这两种因素加起来或许会形成涂料行业和涂料行业的客户们超越惯性的推动力。
绝大多数的涂料都需要投入相当多的能源以获得固化效果。即使是在当今普遍使用的最新饰面技术中，其所采用的粉末涂料也需要提高其中的大量金属的温度，且每次持续时间大于20分钟。能量集中的过程或是通过红外辐射来完成，或是通过天然气燃烧炉来完成。当使用传统的液体涂料时，必须使用相同的加工处理方法以除去有机溶剂或水这样的媒介。
水性涂料是可以风干的。在进行空气干燥的情况下，由于生产时间的增加，以及对于更大的空间和更好的空气流通性的要求，造成了成本的增加。水性涂料的性能也许也是问题之一。这种类型的涂料也会发生闪蚀现象。而硬度、抗磨损性、耐腐蚀性以及黏合性能都常常低于传统的液体涂料和粉末涂料相应的水平。
对比而言，100%固态紫外线固化涂料很快就可以固化，通常在数十秒中就可以完成。快速固化的能力可以节省高达75%的能量。节省能量的特点，与更快的生产速度、降低的空间要求以及环境优点结合在一起，使得该类涂料变得具有吸引力，可以作为其他现存技术的替代物。

纳米技术优点
由于100%固态紫外线固化涂料具有节省能源的特点，因此可以通过采用纳米技术以增加一系列该涂料其它方面的性质从而使该涂料变得更有吸引力。涂料的品质通常包括：改善的流动性能，减轻的锐缘变薄现象，以及更为平整的外观。纳米微粒还可以使的这些涂料的遮盖力增强20%。

哑光涂料
人们对纳米微粒在哑光涂料方面的应用表现出了更大的兴趣，而这也是对100%-固体涂料市场的一项特有的挑战。绝大多数的消光剂实际上都会增加涂料的粘度，人们通常通过加入有机稀释剂或水来解决这个问题。但是这种方法无法应用于100%-固体配方中。人们也可以加入一些单体作为活性稀释剂，但是这些单体的加入会显著影响涂料的性质。生态涂料通过一种专有的方法将无定形的纳米微粒在多种单体成分中分散，从而在生成一系列哑光涂料配方中所用的添加剂的同时，粘度的增加量却几乎为零。

通过纳米技术形成的屏障
纳米颗粒可以用来形成对空气、水、其它蒸汽以及各种溶剂的阻碍。这些屏障是通过填充空间的方式形成的。纳米颗粒和其它大尺寸颗粒一起使用就可以有效地达到这个目的。通过调整颗粒的百分数或是改变涂料本身的应用范围，就可以特定的形成对于水、空气或是溶剂的屏障。由于这些涂料在疏水性环境中并不能发挥作用，因而这项技术的使用使得材料表面是可印刷的或是可重复包覆的。
纳米防潮涂料是防御可以在潮湿环境中生存的微生物的有效工具，特别是在微生物泛滥的情况下，该涂料可以发挥很好的作用。即使干墙吸收的水分很少，但是就是几英寸的水分也可能会对干墙造成很严重的损害。一旦干墙吸收了水分，干墙纸上的孢子菌就可以凭借湿气而快速生长。可以采用对渗透表面密封的方式，避免其对水的接触，从而限制了孢子菌类的生长。通过多重途径有效防止微生物的涂料由于不容易对产生抵抗力的有机物失效，因而有着更好的效果。例如，将可以粉碎细胞壁的纳米抗菌剂和较大尺寸的颗粒添加剂（例如银和铜的混合物）一起加入涂料中，就有可能制成一种更为有效地抑制有机物生长的涂料。
湿气的存在使得许多有机物大肆繁殖，从而对很多电子显示器造成了致命的损害。按照惯例，通常使用玻璃保护敏感器件的方法来解决上述问题。然而，玻璃也有很多缺点，这些缺点包括易碎、分量重、不可弯曲等等。而玻璃的替代品聚碳酸酯则是吸水的。作为阻碍空气和水蒸气的屏障，添加了纳米颗粒的涂料可以直接作为玻璃的替代品，用于更多的渗透材料中。依据ASTM D 3985-02所进行的测试，生态涂料对于空气渗透率的降低能力，根据所用涂料厚度的不同，可以达到6-200倍。
涂料不但可以作为直接的屏障，还可以增加很多其他的保护功能。尽管与玻璃相比，聚碳酸酯之类的塑料具有更轻的质量，和更好的灵活性，但是由于其抗刮能力差，并且对普通溶剂具有差的耐受性，因而这类塑料作为玻璃替代品的应用受到了限制。纳米颗粒的加入可以保持生态涂料类聚碳酸酯的透明度和前所未有的硬度，且这类产品可以解决普通聚碳酸酯塑料的问题。

前景展望
当涂料工业发现新一代涂料产品的诸多优点的同时，我们则密切关注这些新技术对健康和环境方面的潜在影响，从而为涂料行业提供最佳的服务。由于需要学习了解的还有很多，因而在严格执行工业卫生标准的基础上，尽管十分小心，但是仍然难免会犯错误。由于美国在清洁大气和水方面的相应规章的出台，精饰行业已经相应地进行了有效的管理并且减轻了这些类型的健康问题。人们已经采用了使颗粒暴露以及排放最少化的工具对潜在的风险进行管理。现在我们应当推动工具组合的继续使用并且扩大它们的使用范围。现在的研究表明，用于控制微粒暴露的呼吸系统设备似乎对纳米微粒同样有效。与此同时，更进一步的研究和人们的警惕性将有助于防止伤害的发生并且降低可能需要承担的对应责任。
我们期望可以更好的对涂料进行了解，并且不断地对技术进行改进。含有纳米微粒的100%固态紫外线固化涂料的使用可以使得生产过程中的能量效率更高。由持久性涂料所包覆的较轻质材料的使用将会节省消费者和最终用户燃料的使用。而其对于大气、水及溶剂的控制的改善可能会作为替代能源而有助于设备和基础设施的建造。受能源波动性和纳米材料特点的驱动，我们正在逐渐靠近“引爆点”，从而推动高级产品的产生以满足我们对于能源巨大的需求。