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張文毓 ( 洛陽船舶材料研究所，河南洛陽 471039)摘要：敘述了船舶用防污涂料、吸波涂料、納米隱身涂料、汽車涂料、防滑涂料等新型涂料的種類、研究現(xiàn) 狀和發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：防污涂料；吸波涂料；納米隱身涂料；汽車涂料；防滑涂料
1 引言海洋中微生物、植物和動物附著在艦船上并對之產(chǎn)生不利影響的現(xiàn)象稱為污損。污損不僅增加船舶的自質(zhì)量、減少船舶的載質(zhì)量，同時將大大增加船體的阻力，造成船舶航速降低和燃油消耗量增大。防止海洋生物污損的最有效方法就是采用防污涂料。通過分析可以預(yù)料，在不久的將來一系列環(huán) 保型涂料和先進(jìn)的電化學(xué)方法將在艦船和海洋結(jié)構(gòu)上得到應(yīng)用和推廣 。吸波涂料因具有施工簡便、對目標(biāo)的外形適應(yīng)性強(qiáng)和對武器系統(tǒng)的機(jī)動火力性能影響小等特點(diǎn)，倍受各國的重視 。納米材料是物理學(xué)上的理想“黑體”，納米隱身涂料是納米技術(shù)與隱身涂料的結(jié)合，是一種優(yōu)良的電磁波吸收材料，不僅能吸收雷達(dá)波，而且能很好地吸收可見光和紅外線。隨著納米科技的不斷發(fā)展，納米隱身涂料將具有廣闊的應(yīng)用價值和前景 。在眾多涂料品種中，汽車涂料以對涂層性能的超高要求和涂裝工藝的獨(dú)特之處，成為工業(yè)涂料中技術(shù)含量最高和附加值最高的代表品種之一，它體現(xiàn)出一個國家涂料工業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平。本文主要敘述船舶涂料、吸波涂料、納米隱身涂料、汽車涂料等新型涂料的現(xiàn)狀和應(yīng)用情況。
2 船舶涂料在使用各類船舶去探索未知世界和開發(fā)利用海洋的歷史進(jìn)程中，一直面臨著嚴(yán)重腐蝕環(huán)境和防除海洋附著生物的問題。在眾多防污、防銹方法中，采用船舶防污涂料和防銹涂料是船舶防污防銹方法中最方便和最經(jīng)濟(jì)的手段。
2 ． 1 艦船用防污涂料目前防污涂料發(fā)展的主要類型：
①不含有機(jī)錫的自拋光防污涂料；
②無錫的磨蝕型防污涂料；
③無毒防污涂料 ( 低表面能涂料、生物防污涂料 ) ；
④導(dǎo)電防污涂料。其中以不含有機(jī)錫的低毒或無毒防污涂料為主要研究和開發(fā)目標(biāo)，以無錫自拋光或磨蝕性防污涂料產(chǎn)品的開發(fā)最快。無錫自拋光防污涂料具有長效防污和降阻節(jié)能的特點(diǎn)，同時符合環(huán)境保護(hù)要求，無論在經(jīng)濟(jì) 上還是在軍事上均具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。低表面能防污涂料俗稱“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難于附著或者即使附著其黏結(jié)力也很小，在船舶低速航行時，受到海水剪切力作用很容易被清除。現(xiàn)有的低表面能防污涂 料主要以有機(jī)硅、有機(jī)氟樹脂為基體樹脂，利用有機(jī) 硅、有機(jī)氟的低表面能特性而制成的。此類防污涂料已開始實(shí)際應(yīng)用，防污期效最長可達(dá) 5 a 。生物防污涂料用天然防污劑是利用生物技術(shù)從多 種海洋動植物和陸地植物中提取的天然防止海生物污 損的物質(zhì)，主要有大葉藻類防污劑、苦動棟樹防污劑、酰化丹葉大黃素貽貝防污劑、辣根防污劑、海綿脂肪酸防污劑、含有分解蛋白酶的防污劑等。仿生防污涂料利用的是仿生學(xué)原理。
主要有 2 個方向：
①提取海洋中的天然活性物質(zhì)作為防污劑；
②模擬大型海洋動物的表皮結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)防污。生物技術(shù)是一個高產(chǎn)出產(chǎn)業(yè)，利用生物技術(shù)生產(chǎn)制作上述各類防污劑，對人體、環(huán)境和海生物無害，開發(fā)這一領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生巨大的社會效 益和經(jīng)濟(jì)效益。導(dǎo)電防污涂料是在船體外殼表面涂上數(shù)層導(dǎo)電涂料，當(dāng)微小直流電通人涂覆有導(dǎo)電涂料的表面時，會使海水電解產(chǎn)生次氯酸鈉，達(dá)到防止海生物附著于船殼 表面的目的。
低 VOC 防污涂料的實(shí)現(xiàn)途徑通常有 3 種：
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，國內(nèi)外對低 VOC 防污涂料的研究和開發(fā)見諸報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種之一， 直接對船主的利益和海洋環(huán)境產(chǎn)生影響，所以研究人員和涂料供應(yīng)商努力開發(fā)更為環(huán)保、性能更好、更具有競爭力的海洋防污涂料。防污技術(shù)還包括電化學(xué)防污方法、控制腐蝕微生物的新方法——電化學(xué)殺菌 和外加電位防污法。
2 ． 2 船體防銹涂料目前船底防銹涂料的品種大體可分成 3 大類：
①傳統(tǒng)的瀝青系和油性系；
② 以環(huán)氧、乙烯、環(huán)氧瀝青、乙烯瀝青和氯化橡膠樹脂為主體的高性能船底防銹涂料；
③新型高性能船底防銹涂料，主要包括改性環(huán)氧、玻璃鱗片涂料、氟樹脂涂料等。
2 ． 3 艦船用特種功能涂料艦船特種涂層材料是艦船裝備不可缺少的組成部分。它涉及的領(lǐng)域包括：耐高溫、隔熱、防火、吸聲阻尼、吸波、光學(xué)偽裝等，主要有艦用雷達(dá)吸波隱身涂料、吸收聲納波涂料、紅外隱身涂料、抗熱輻射涂料、飛行甲板防滑涂料、耐高溫涂料等，盡管用量不大，但是艦船不可缺少和替代的配套材料，而且隨著武器裝備現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，特種涂層材料在艦船各部位所起的 作用越來越大。
3 吸波涂料吸波涂料是能夠吸收投射到它表面的電磁波能量，并通過材料的損耗轉(zhuǎn)變成熱能的一類材料。吸波涂料主要由吸收劑和黏結(jié)劑組成。其中含有特定電磁參數(shù)的吸收劑是吸波涂料的關(guān)鍵所在，決定了吸波涂料的吸波性能；黏結(jié)劑是涂料的成膜物質(zhì)，是使涂層牢 固黏附于被涂物表面并形成連續(xù)膜的主要物質(zhì)。吸波 涂料一般根據(jù)吸收劑不同可分為以下幾類：鐵氧體吸波涂料、羰基鐵吸波涂料、金屬超細(xì)粉末或金屬氧化物磁性超細(xì)粉末吸波涂料、陶瓷吸波涂料、納米吸波涂料、放射性同位素吸波涂料、導(dǎo)電高分子吸波涂料、視黃基席夫堿鹽類吸波涂料、手征性吸波涂料、摻雜高損物吸波涂料、稀土元素吸波涂料。研究高性能、寬頻帶吸波涂料以展寬有效頻帶、實(shí)現(xiàn)多頻譜隱身效果為吸波涂料未來發(fā)展的主要方向。同時，研究各種新的吸收劑，探討新的吸波機(jī)理，以滿足吸波涂層所追求的“薄、輕、寬、強(qiáng)”的目標(biāo) 。吸波涂料是軍事上的主要隱形材料之一，在民用 產(chǎn)品上的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，如人體安全防護(hù)、微波暗室消除設(shè)備和通訊及導(dǎo)航系統(tǒng)的電磁干擾、安全信息保密、改善整機(jī)性能、提高信噪比、電磁兼容，以及波導(dǎo)或同軸吸收元件、廣播電視發(fā)射臺的電磁輻射防護(hù)、工業(yè) 科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備電磁輻射防護(hù)、日常生活用品微波爐、 手機(jī)的電磁輻射防護(hù)等許多方面。4 納米隱身涂料隱身涂料是固定覆蓋在武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的隱身材料，按其功能可分為雷達(dá)隱身涂料、紅外隱身涂料、可見光隱身涂料、激光隱身涂料、聲納隱身涂料和多功能隱身涂料等。納米涂料一般都是由納米材料與有機(jī)涂料復(fù)合而成的，更科學(xué)地講應(yīng)稱作納米復(fù)合涂料。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，隱身涂料作為隱身技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，已不僅僅用于飛航導(dǎo)彈等飛行器上，最新的發(fā)展是幾個主要工業(yè)化國家和軍事強(qiáng)國已開始將隱身涂料技術(shù)應(yīng)用于海軍艦艇、隱身裝甲車、隱身水雷、隱身火炮、隱身坦克、隱身車輛、隱身雷達(dá)、隱身通訊系統(tǒng)、隱身工程、隱身工事、隱身機(jī)器人、隱身作戰(zhàn)服和紅外隱身照明彈等技術(shù)裝備上。納米材料在艦船涂料中應(yīng)用的領(lǐng)域有：①吸收雷達(dá)波涂層。②艦船紅外隱身涂層：納米氧化鋁、氧化鐵、氧化硅和氧化鈦的復(fù)合粉體與高分子纖維結(jié)合對中紅外光波段有很強(qiáng)的吸收性能，這種復(fù)合體對該波段的紅外探測器有很好的屏蔽作用，既具有優(yōu)良的吸收雷達(dá)波的特性，又有良好的吸收和耗散紅外線的性能，具有明顯的隱身功能。③潛艇偽裝涂料：潛艇偽裝涂料的技術(shù)關(guān)鍵是涂料的濕反射率和耐老化性。應(yīng)用納米級的深色顏料，是降低偽裝涂料的濕反射率和提高耐老化性的有效途徑之一。④超耐候的船殼漆：納米二氧化鈦具有吸收紫外線的性能，可提高涂料的耐老化性。它們都可以作為今后主要發(fā)展的添加劑之 一 一。⑤船舶艙室內(nèi)抗霉涂料：納米二氧化鈦、納米氧化鋅等納米材料可作為對人體無毒、抗菌范圍廣、熱穩(wěn)定性優(yōu)良的抗菌劑�？梢岳眉{米材料的抗菌作用，制備艙室內(nèi)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：采用納米級防污劑，如納米氧化亞銅、納米氧化鋅等，或者采用微膠囊技術(shù)可能是一個有效的途徑。⑦船舶阻燃材料和涂料：某些納米微粒具有阻燃功能，如納米氧化鋅可以作為阻燃劑添加到船舶艙室內(nèi)裝飾材料中或配制成阻燃涂料，提高船舶非金屬裝飾材料和阻燃涂料的防火性。5 汽車涂料汽車涂料包括汽車在制造與維修中使用的涂料，主要品種有汽車底漆、汽車面漆、罩光清漆、汽車中間涂料和汽車修補(bǔ)漆等。汽車涂料已經(jīng)成為一種專用涂料。在汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家，汽車涂料的產(chǎn)量占涂料 總產(chǎn)量的 20 ％左右。5 ． 1 底漆世界各國汽車底漆絕大部分使用陰極電泳漆，陰極電泳漆今后的發(fā)展方向是高耐久性、高泳透力、低顏料含量、低 VOC 、低氣味、低發(fā)煙、無重金屬、少 CO2 產(chǎn)生量、質(zhì)輕、節(jié)能等。無鉛陰極電泳涂料、低溫固化型電泳涂料等在歐美和日本也已有應(yīng)用。5 ． 2 中涂漆膩?zhàn)�、二道底漆和封閉漆都是配套涂層的中問層， 即中涂漆。中涂漆和面漆開發(fā)的重點(diǎn)為水性涂料、粉 末涂料和高固體分涂料。5 ． 3 面漆汽車用面漆在整個涂層體系中發(fā)揮著主要的裝飾和保護(hù)作用，決定了涂層的耐久性能和外觀。目前一些西方發(fā)達(dá)國家的新建汽車涂裝線上，已采用了水性汽車面漆，國內(nèi)基本上還主要使用溶劑型面漆。汽車面漆的主要品種是磁漆，一般具有鮮艷的色彩、較好的 機(jī)械性能和耐候性。5 ． 4 金屬閃光底色漆所謂金屬閃光底色漆就是作為中涂層和罩光清漆 層之間的涂層所用的涂料。它的主要功能是著色、遮 蓋和裝飾作用。金屬閃光底色漆之所以具有這種特殊 的裝飾效果，是因?yàn)樵撏苛现屑尤肓私饘黉X粉或珠光 粉等效應(yīng)顏料。5 ． 5 塑料涂料汽車塑料涂料與其他金屬部件用涂料相似，也分為底漆、底色漆、清漆或面漆。5． 6 阻尼涂料最近幾年來，汽車阻尼涂料一般采用以聚氯乙烯 樹脂 ( 即 PVC) 為主要基料制成的一種無溶劑的 PVC 系列涂料，其固體含量一般可達(dá)到 100 ％。這種 PVC 涂料有較好的硬度、伸長率、剪切強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，能很好地滿足阻尼涂料的性能要求。5 ． 7 粉末涂料汽車用粉末涂料有環(huán)氧聚酯混合型、聚酯、聚氨酯和丙烯酸等類型。今后，汽車用粉末涂料的發(fā)展將在進(jìn)一步提高耐候性、抗紫外線性、低溫固化、薄膜化和裝飾性等方面努力。5 ． 8 納米材料在汽車涂料中的應(yīng)用納米材料在汽車涂料中的應(yīng)用主要包括納米面漆、納米玻璃涂料、碰撞變色涂料、抗石擊涂料、防靜電涂料、除臭涂料等。利用其特殊性能，開發(fā)性能優(yōu)異的汽車涂料具有廣闊的發(fā)展前景。6 其他新型涂料6 ． 1 防滑涂層艦載飛機(jī)甲板防滑涂層主要指航空母艦、大型驅(qū) 逐艦等軍艦起降飛機(jī)和停泊飛機(jī)所配備的特有的防滑涂層。根據(jù)其采用的材料不同，可分為樹脂基防滑涂層和金屬基防滑涂層；根據(jù)涂裝方法的不同又可分為 噴涂甲板防滑涂層和輥涂甲板防滑涂層。6 ． 2 潛艇特征信號控制涂層潛艇的聲學(xué)特征控制技術(shù)是一門綜合應(yīng)用技術(shù)。聲隱身涂層具有阻尼作用、隔聲作用、消聲作用，目前有隔聲材料、消聲材料聚氨酯聲隱身涂層。6 ． 3 新型光觸媒涂料中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所最近成功研制出同時具有抗菌、防霧、自潔、光催化分解污染物等多重功效的新型光觸媒涂料。該涂料中的主要功能成分為 TiO2 及其銀系復(fù)合物。這種涂料可在多種材料如玻璃、陶瓷、塑料等表面使用，賦予這些材料抗菌、防霧、防霉、自潔、光催化分解污染物等多重功能。因此這種涂料可在多種場合諸如汽車后視鏡、汽車玻璃、玻璃幕墻、道路交通指示牌、廣告牌、汽車車身和火車車身上使用。理化所已就此項(xiàng)技術(shù)申請了國家發(fā)明專利。6 ． 4 新型凈化汽車尾氣涂料英國的幸福時代化學(xué)公司最近發(fā)明了一種涂料，將這種涂料涂在汽車的排氣管內(nèi)，可吸收汽車尾氣中的大多數(shù)有害氣體。除了凈化汽車尾氣外，該公司還希望這種涂料能成為建筑工程師和城市規(guī)劃人員消除環(huán)境污染的新武器。這種涂料是一種聚硅氧烷基涂料，其中分布著大量直徑約 30 nm 的二氧化鈦和碳酸 鈣球形顆粒。6 ． 5 新型保護(hù)光盤不受磨損涂料El 本 TDK 公司開發(fā)出一種具有很強(qiáng)抗磨損能力的新型光盤涂料。 CD 、 DVD 等光盤使用這種涂料涂裝后，可有效地免除光盤表面受到磨損后數(shù)據(jù)無法讀出的苦惱。這種新型涂料采用了雙層制作工藝。 TDK 公司表示，這種新涂層不但比該公司兩年前開發(fā)的單層 涂層更加堅韌耐磨，而且在可見光范圍內(nèi)是透明的，可 以很好地保護(hù)彩色液晶顯示屏表面不受損壞。6 ． 6 新型室溫可逆變色涂料一 種以鈷鹽為變色晶體、吸水性材料為水汽平衡劑的變色涂料。這種涂料能夠有效地克服環(huán)境濕度、成膜材料對色變點(diǎn)溫度的影響，變色涂料的色變點(diǎn)可以限定在 30 ～ 32 ℃之問。同時，添加其他惰性顏料可以形成具有多種調(diào)和色的變色涂料。6 ． 7 新型熱防護(hù)涂料研究了一種用于超音速飛行器的外熱防護(hù)涂料。防熱涂料應(yīng)具有密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小、比熱容大、熱解溫度低、熱解潛熱大、氣化分?jǐn)?shù)高、熱解氣體比熱容高、輻射系數(shù)大及與飛行器表面的黏結(jié)性好等特性。苯基硅樹脂改性的 E 型環(huán)氧具有良好的性能，以其為基體的涂層材料性能較好。6 ． 8 熱障涂層及溶膠一凝膠涂層目前，提高燃?xì)廨啓C(jī)工作溫度最可行和最經(jīng)濟(jì)的途徑是在使用先進(jìn)的高溫合金材料和冷卻技術(shù)的前提下采用熱障涂層。使用熱障涂層可以減少熱量從燃?xì)庀蚪饘俨考膫鬟f，使金屬部件的工作溫度降低 50 ～ 80 ℃ ，短時問內(nèi)可降低 140 ℃ 。熱障涂層包括 2 個部分：內(nèi)層的抗氧化合金層 ( 中間層 ) 和外層的絕緣陶瓷 層 ( 面層 ) 。溶膠一凝膠涂層技術(shù)應(yīng)用于金屬表面上，賦予金屬表面更高的抗氧化性能、耐腐蝕性能等，具有廣泛的 應(yīng)用前景。隨著溶膠一凝膠涂層技術(shù)及控制技術(shù)的發(fā) 展，將對提高金屬的抗腐蝕能力做出更大的貢獻(xiàn)。7 結(jié)語開發(fā)環(huán)境友好型防污涂料是 21 世紀(jì)海洋涂料的發(fā)展方向之一，無毒低表面能防污涂料、無錫自拋光防污涂料、來源廣泛的生物仿生防污涂料將是未來發(fā)展的重點(diǎn)所在，發(fā)展新型的海洋防污涂料技術(shù)勢在必行。相信實(shí)現(xiàn)新型海洋防污涂料的商業(yè)化、實(shí)用化將為期不遠(yuǎn) 引。由于納米材料在具有良好吸波特性的同時還具有頻帶寬、兼容性好、面密度低、涂層薄的特點(diǎn)，美、俄、法、德、日等國都把納米材料作為新一代隱身材料加以研究和探索。從市場看汽車涂料是整個涂料行業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)之一。一些新型涂料的開發(fā)與應(yīng)用豐富了涂料類型，對涂料行業(yè)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。研究了一種用于超音速飛行器的外熱防護(hù)涂料。防熱涂料應(yīng)具有密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小、比熱容大、熱解溫度低、熱解潛熱大、氣化分?jǐn)?shù)高、熱解氣體比熱容高、輻射系數(shù)大及與飛行器表面的黏結(jié)性好等特性。苯基硅樹脂改性的 E 型環(huán)氧具有良好的性能，以其為基體的涂層材料性能較好。
