發(fā)展高性能、環(huán)保型及多功能的建筑涂料，在國內(nèi)外都受到了高度的重視。作為使納米材料具有良好的分散性，并使之功能化的納米材料復(fù)合技術(shù)是納米技術(shù)應(yīng)用于建筑涂料所必需的專業(yè)技術(shù)之一。高檔次的建筑涂料除了必須具有高耐候性、耐沾污性和高保色性以外，還需要具有諸如除臭、殺(抗)菌、防塵及隔熱保溫等多種功能。由于納米級的TiO2在有光照(包括燈光和日光)的作用下，具有殺菌、分解有機(jī)臭氣及自清潔等功能。因此，將TiO2制成納米粒子再添加到涂料中，可以賦予建筑涂料一定的功能性，有助于提高涂料的檔次，增加涂料本身的附加值。但納米TiO2本身的強(qiáng)極性和顆粒的微細(xì)化，使得納米TiO2不易在非極性介質(zhì)中分散，在極性介質(zhì)中又易于團(tuán)聚，直接影響TiO2本身優(yōu)異性能的發(fā)揮。當(dāng)涂料系統(tǒng)的顏料體積濃度(PVC)增加時(shí)，TiO2粒子互相靠近，甚至互相接觸進(jìn)而發(fā)生團(tuán)聚，使TiO2粒子的光散射性能下降，出現(xiàn)光群集現(xiàn)象。人們試圖在涂料配方中加人填料以間隔開TiO2粒子，防止產(chǎn)生群集效應(yīng)，但分布在涂料系統(tǒng)中的這些填料粒子很難使TiO2達(dá)到最高的遮蓋力。因?yàn)樘盍狭Ｗ右话爿^粗，也可能是呈聚集體狀態(tài)，在加人到配方中以后取代了樹脂成分，提高了TiO2，體積濃度，但卻降低了其散射性能。因此，必須對納米TiO2進(jìn)行處理，以便獲得良好的分散性，從而解決納米TiO2，本身的團(tuán)聚及其在其他體系中的分散性問題。
1.納米TiO2的團(tuán)聚原因
納米粒子的表面原子所占比例隨粒徑減小而迅速增加，而表面原子與處于晶體內(nèi)部的原子所受力場有很大的不同。內(nèi)部原子所受作用力包括來自周圍原子的對稱價(jià)鍵力和來自稍遠(yuǎn)原子的遠(yuǎn)程范德華力，受力對稱，其價(jià)鍵是飽和的;而表面原子受力為與其鄰近的內(nèi)部原子的非對稱價(jià)鍵力和其它原子的遠(yuǎn)程范德華力，其裸露在外的部分沒有力的作用，受到的作用力不對稱，其價(jià)鍵是不飽和的，有與外界原子鍵合的傾向。這些微細(xì)顆粒的團(tuán)聚過程其實(shí)就是粒子間結(jié)合力的不斷形成，體系總能量不斷降低的過程。
2 納米TiO2的復(fù)合
減弱納米粒子問的范德華力，防止超微納米粒子團(tuán)聚的方式有多種，較常用的方法是在溶液中的超微粒子表面包覆一層有機(jī)表面活性劑，利用表面活性劑的電荷排斥力、空間位阻等減弱粒子問的范德華力。但若要得到納米微粉，就會使有機(jī)表面活性劑在熱處理時(shí)被破壞掉，其中的微粒子仍然會形成一定程度的團(tuán)聚體。目前能較好地改善TiO2超微粒子的分散性的方法就是使超微粒子與其它粒子進(jìn)行復(fù)合的二元(或多元)復(fù)合法，通過這種方法獲得的納米TiO2復(fù)合微粉具有很好的分散性，而且可以通過改變其它粒子的種類使TiO2復(fù)合粒子具有額外的、新的功能根據(jù)TiO2在復(fù)合粒子中所處的位置不同，可以將這種復(fù)合方法分為母粒子復(fù)合法和子粒子復(fù)合法兩種。母粒子復(fù)合法就是以TiO2顏料粒子作為核心粒子，在其表面包覆無機(jī)膜或在其表面黏附上不連續(xù)的無機(jī)物粒子。這種方法由于在TiO2粒子外表面包覆或黏附上了其它物質(zhì)，使其表面能降低，同時(shí)也減弱了粒子問的范德華力，很好地提高了在涂料中的分散性。在目前的許多具有自清潔和殺菌作用的功能性內(nèi)、外墻涂料中，納米TiO2粒子是其中的主要功效物質(zhì)，它的分散性的好壞直接影響到涂料功效的發(fā)揮。在TiO2粒子表面間斷地黏附上一些無機(jī)微粒子，使粘附力下降。因?yàn)楸砻鏌o機(jī)粒子的存在而無法緊密接觸，發(fā)生原子問的鍵合。美國杜邦公司采用這種方法使顏料用于中等到高等顏料體積濃度(PVC)的涂料系統(tǒng)中時(shí)，光散射系數(shù)得到較大的提高。但該方法中由于表面無機(jī)粒子的存在，也會遮擋一部分光對TiO2本身表面的照射。同時(shí)，表面粒子與Ti02之間的結(jié)合強(qiáng)度也會影響到涂料的使用。如果結(jié)合強(qiáng)度太低，在分散到涂料溶劑中時(shí)的攪拌過程就會有可能使表面粒子發(fā)生脫落。若在TiO2粒子表面包覆一層或多層透明的無機(jī)納米薄膜(如SiO2，Al2O3等)，就可以避免上述情況的發(fā)生。
與母粒子復(fù)合法相反，子粒子法則是以納米TiO2顏料粒子作為子粒子，通過物理化學(xué)作用，以黏附、鑲嵌等形式將其固定在其它粒子的表面。這樣兩種粒子之間不但可能有物理作用力，還會存在有一定化學(xué)鍵，復(fù)合很牢固。如果通過化學(xué)方法合成，則無機(jī)或有機(jī)母粒子與n TiO2粒子的粒徑之比可以沒有太大的差別;如果通過機(jī)械物理作用使兩種粒子發(fā)生這種復(fù)合，那么TiO2粒子的粒徑必須是母粒子的1/5—1/10，否則復(fù)合效果不會很好，結(jié)合強(qiáng)度也不高。在測試其紫外吸收譜時(shí)，發(fā)現(xiàn)復(fù)合微粒比PMMA與TiO2粒子簡單混合樣品的吸收蜂要強(qiáng)要寬。這表明經(jīng)過復(fù)合后的TiO2的分散性大為改善，TiO2對光照的作用效率有很大的提高。如果將這種復(fù)合后的TiO2添加到涂料中，在達(dá)到同等功效的情況下，比使用單純的納米Ti02的用量要大為減少，成本也就會大大降低。
3.納米TiO2在建筑涂料中的應(yīng)用
納米TiO2除具有普通TiO2涂料的所有性能以外，還具有很強(qiáng)的屏蔽紫外線能力和優(yōu)異的透明性，可應(yīng)用于汽車工業(yè)、防曬化妝品、感光材料及文物保護(hù)等諸多方面。雖然納米材料在建材(特別是建筑涂料)方面的應(yīng)用剛開始，卻已經(jīng)顯示出了它的獨(dú)特魅力。作為內(nèi)墻涂料，將TiO2涂在室內(nèi)建筑物的磚墻或墻紙上，在有太陽光或室內(nèi)的照明光時(shí)，利用納米TiO2的強(qiáng)氧化分解能力不僅可使室內(nèi)的惡臭物和油污分解，而且對殺死大腸桿菌有明顯效果。有利于室內(nèi)空氣的清新和病菌、細(xì)菌的減少。在污染嚴(yán)重的地域，在建筑物外墻壁或高速公路的隔音壁上涂上含有納米TiO2的建筑涂料，利用太陽光可有效地分解除去空氣中的NOx。而涂料表面所積聚的HN可由雨水沖洗，不會引起TiO2光催化活性的降低。有人在日本的長濱隧道中放置涂有納米TiO2和不涂TiO2膜的燈具進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨時(shí)間的延長，前者比后者的透光率要高得多。通常情況下，TiO2表面與水的接觸角約為72。經(jīng)紫外光照射以后，水的接觸角在5。以下，甚至可以達(dá)到0o左右。水滴可完全浸潤其表面，顯示出非常強(qiáng)的超親水性。利用TiO2表面的超親水性，可使涂有含納米.n02的建筑涂料的建筑物表面具有防污、防霧、易洗、易干等特性，使其表面具有長期的自清潔去污效應(yīng)。
