一、前言
涂料按用途可分為建筑涂料、汽車涂料、船舶涂料、罐頭涂料、飛機涂料、家電涂料、木器涂料、橋梁涂料、塑料涂料、紙張涂料等，按功能則可分為裝飾涂料、防腐防銹涂料、耐高溫涂料、防霉抗菌涂料、隔熱涂料、導電涂料、絕緣涂料、隱身/偽裝涂料、熱敏涂料、靜電屏蔽涂料、防輻射涂料、防火涂料、隔音涂料等，可以說是品種繁多，性能各異，用途十分廣泛。鑒于涂料質量的好壞直接影響到汽車、建材、儀器儀表、電子產品、船舶、飛機等產品的檔次和市場競爭力，以及環境保護的壓力，各國都在投巨資進行環保型涂料和功能性涂料的研究開發。以美國為例，美國2000年涂料年產量約為670萬噸，其中環保型涂料(水性、高固體分、粉末、光固化)已從1990年51％上升到現在的85％左右，傳統的溶劑性涂料則由49％下降至現在的15％左右。功能性涂料則占涂料總量的一大半。國內涂料年產量則約為200萬噸，且傳統的溶劑性涂料仍占58．5％以上，環保型涂料則僅占41．5％，并且其中大多數為建筑涂料，功能性涂料所占比例極少。據國外權威機構預測世界涂料市場如下表所示(億美元)。
進入新世紀以來，納米技術作為三大主要研究方向(生物、信息、納米)之一，受到了人們的廣泛關注與重視，納米粒子由于具有表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應、宏觀量子效應等特殊性質，將其用于涂料中后，可使涂層的光學性能、磁性能、電性能、力學性能得到大大提高或顯示新的功能，可以大大提高汽車、建材、儀器儀表、船舶、飛機等產品的檔次和市場競爭力，因而也引起了高分子材料和涂料工作者的濃厚興趣，有關納米涂料的研究報道、專利申請越來越多，納米涂料產品在國內外市場上都有問世。本文就目前國內外納米涂料的研究開發與產業化現狀作一個闡述，并對我國納米涂料的研究開發與產業化前景談談自己的一些看法，供我國決策部門、科技工作者和產業界參考。
二、納米涂料的定義和基本概念
納米涂料一般都是由納米材料與有機涂料復合而成的，因此，更科學地講應稱作納米復合涂料 (Nanocomposite coating)。普遍認為，必須滿足兩個條件才能稱為納米涂料：一是至少含一相尺寸在 1-100nm之間，二是由于納米相的存在而使涂料性能得到顯著提高或有新功能，二者缺一不可。廣義地講，納米涂層材料還包括另外兩種：金屬納米涂層材料和無機納米涂層材料。金屬納米涂層材料主要是指材料中含有納米晶相，無機納米涂層材料則由納米粒子之間的熔融、燒結復合而得。我們經常所說的納米涂料均為有機納米復合涂料。之所以叫納米涂料，正如納米塑料、納米陶瓷等一樣，只是一個習慣叫法而已，嚴格的說，也應稱為納米復合塑料、納米復合陶瓷。玻璃鋼，既不是玻璃也不是鋼，而是玻纖增強不飽和聚酯，但國內就叫玻璃鋼。
有關納米涂料酌定義和叫法需要進一步指出的是：①并不是用了納米材料的涂料都是納米涂料；②并不是性能很好就是納米涂料；③納米復合涂料的叫法更科學，但作為習慣，叫納米涂料也未嘗不可。例如，我們稱丙烯酸乳膠漆，大多數情況下我們給客戶介紹它也是環保涂料；水性木器漆，我們給客戶介紹它也是環保涂料。因此，某種涂料，如建筑涂料，如果它確實滿足了納米涂料的兩個條件，我們也可以同時稱它為納米涂料，只是不要刻意去炒作就行：④在國外，許多涂料產品均使用了納米技術，但出于技術保密，并沒有直接稱作納米涂料。
三、國內外納米涂料的研究開發和產業化現狀
國外在納米涂料的研究開發和產業化方面起步較早，美國研究開發成功并已進行產業化的有具有隨角異色性的豪華轎車面漆、軍事隱身涂料、絕緣涂料等，另外，還開展了光致變色涂料(納米SiO2與有機顏料的結合)、透明耐磨涂料、包裝用阻隔性涂層等納米涂料的研究。日本則在靜電屏蔽涂料、光催化自清潔涂料的研究開發方面取得了成功并實現了產業化。德國政府在1992—1996年間對納米涂料的開發投入了大量的科研經費，1997—1999年為納米涂料產業化時間，在此期間年產值為20億馬克，至1999—2000年，納米涂料年產值猛增到200億馬克。
國內納米涂料的發展大多剛剛起步，主要集中在改善建筑外墻涂料的耐候性和建筑內墻涂料的抗菌性方面，二者基本上已研制成功，正在進行產業化準備工作。而在工業用涂料、航空航天用涂料以及功能性涂料的研究開發和產業化方面則落后于發達國家。
四、我國納米涂料的研究開發與產業化前景
納米材料種類繁多，性能各異，即使同一種納米粒子在不同粒徑下也可能會有不同的功能，不同種類的納米粒子也可以在涂料中起到同一作用。因此，用在涂料中也可能表現出不同的特性，需要進行大量的研究開發工作，才有可能得到性能理想的納米涂料。結合到納米涂料的產業化前景，筆者認為，可以優先開展下列幾方面的研究開發工作：
1、改善涂料的耐候性
某些納米粒子對紫外線則具有較強的吸收作用，現市場上銷售的納米TiO2、SiO2、ZnO等顆粒填充于涂料中，可顯著提高涂料的紫外線吸收性，從而提高戶外用涂料的耐候性。比如用來提高外墻建筑涂料的耐候性，汽車面漆的耐老化性、橋梁涂料、塑料涂料、木器涂料等的耐老化性，使涂層的壽命提高50％或一倍以上。
2、改善涂料的電磁性
隨著當前高科技產品的崛起，尤其是電子工業的迅猛發展，電磁波的廣泛應用，尤其是微波在通訊、航空、航天、家用電器、現代軍事方面的普及應用，電磁波的輻射污染，也成為人類的第四大公害。因為電磁波是一種熱效應，當它的頻率大于人體的調節頻率時，就會燒傷人體的各部組織，而高頻電波(100MHz以上)如各廣播電視的發射臺，各飛機導航塔，各微波通訊臺、塔、手機、對講機、微波爐、電腦等及各高頻醫療器械的輻射污染對人體的危害、已大大超過了人們的想象程度，它對人體的視覺系統、大腦細胞、生殖系統、血液、尤其是對胎兒的危害極其嚴重，現代醫學研究成果表明：電磁波輻射污染已成為人類的“無形殺手”。
因此，對電磁波的屏蔽及防止電磁波輻射污染和人體對電磁波輻射污染的防護，就成了當前急待解決的重大課題。利用納米粒子的靜電屏蔽性，可制得靜電屏蔽涂料，與傳統碳黑填充的防靜電涂料相比，其具有更優異的防靜電性能，而且由于不同納米粒子吸收不同的可見光波段，因此可通過選用不同的納米粒子來調節防靜電涂料的顏色，對解決移動電話、對講機、飛機客艙屏蔽、電腦、電視、微波爐、通訊電纜各保密室的屏蔽及在各強場強環境下工作的，如各微波通訊站、廣播電視臺、塔和在電腦前工作的人員的人體防護，提供了可靠的屏蔽材料。
某些納米材料如納米金屬(Fe、Co、Ni等)與合金的復合粉體、納米氧化物(Fe3O4、Fe2O3、 ZnO、NiO2、TiO2、MoO2等)的粉體、納米石墨、納米碳化硅及混合物粉體等，可用于制備出吸收不同頻段電磁波的納米復合涂料，作為軍事隱身涂料，涂敷到飛機、軍艦、導彈、潛艇等武器裝備上，使該裝備具有隱身性能。由于納米涂層材料具有吸收頻帶寬、重量輕、厚度薄等優點，因而可望在未來軍事隱身化方面大展身手。
3、改善涂料的力學性能
某些納米材料用于涂料中，可以大幅度提高有機涂層的力學性能，如涂層的耐磨性、耐劃傷性、硬度、強度、韌性等，可以用于汽車面漆、汽車玻璃、眼鏡鏡片、建筑物玻璃、地板、船艦易磨損易腐蝕金屬部件等的保護，大大延長產品的使用壽命。
4、改善涂料的抗菌性和大氣凈化性
將納米抗菌粉用于涂料中，則可制得納米殺菌涂料，涂覆在建材產品，如衛生潔具、室內空間、用具、醫院手術間和病房的墻面、地面等，起到殺菌、保潔效果。利用Ti02、ZnO、CdS、WO3等納米粒子的光催化特性，可制得光催化凈化大氣環保涂料。比如，采用聚硅氧烷、銳鈦級納米TiO2、填料和溶劑復合可制得大氣環保涂料，能將大氣中 NOx轉化成硝酸，可涂覆在高速公路、橋梁、建筑物、廣告牌的表面上，或在需要的地方專門設置凈化面板等。
5、其它功能性涂料
采用納米技術可制成納米界面涂料，其涂膜界面為超雙親性二元協同界面(既疏水又避油)，將這種涂料涂在建筑材料(如玻璃、陶瓷等)，任何油質、水、灰塵等都不能存留于表面，可保持用玻璃和陶瓷等掛面的建筑物長期一塵不染，也會使浴室內的大鏡子以及人戴的眼鏡在任何情況下也不會產生霧氣。
利用納米粒子對紅外線的吸收和反射性能，將它們與有機涂料復合后制得的隔熱涂料，可廣泛用于玻璃幕墻、汽車玻璃、海上鉆井平臺、油罐、石油管道、汽車、火車、飛機表面、船殼、甲板、坦克、軍艦、宇宙飛船表面等場合的隔熱。
將納米鋁酸鹽用于涂料中，可以儲存自然光或燈光的光能，當外來光停止后再緩慢地以光的形式釋放出來，可發出多種顏色的光，而且發光的持續時間是傳統發光材料的幾十倍，而且理化性能穩定，可在暗處用于低度照明和指示。這種發光涂料可以用于建筑、藝術裝潢、公共場所的安全通道、危險場所的警示等。
五、結語
納米技術為涂料工業的發展提供了一個難得的發展機遇，鑒于涂料本身具有十分廣闊的市場前景 (千億級人民幣／年的市場)，而涂料質量的好壞 (高，性能、功能化、環保型、低成本)又直接影響到汽車、建材、機械、石油化工、電子產品、船舶、飛航導彈等產品的檔次和市場競爭力，政府各主管部門、企業界應抓緊時間，加大相關科技開發的力度，以全面提升我國涂料工業的技術水平和其它產品在國際市場上的競爭力。
涂料按用途可分為建筑涂料、汽車涂料、船舶涂料、罐頭涂料、飛機涂料、家電涂料、木器涂料、橋梁涂料、塑料涂料、紙張涂料等，按功能則可分為裝飾涂料、防腐防銹涂料、耐高溫涂料、防霉抗菌涂料、隔熱涂料、導電涂料、絕緣涂料、隱身/偽裝涂料、熱敏涂料、靜電屏蔽涂料、防輻射涂料、防火涂料、隔音涂料等，可以說是品種繁多，性能各異，用途十分廣泛。鑒于涂料質量的好壞直接影響到汽車、建材、儀器儀表、電子產品、船舶、飛機等產品的檔次和市場競爭力，以及環境保護的壓力，各國都在投巨資進行環保型涂料和功能性涂料的研究開發。以美國為例，美國2000年涂料年產量約為670萬噸，其中環保型涂料(水性、高固體分、粉末、光固化)已從1990年51％上升到現在的85％左右，傳統的溶劑性涂料則由49％下降至現在的15％左右。功能性涂料則占涂料總量的一大半。國內涂料年產量則約為200萬噸，且傳統的溶劑性涂料仍占58．5％以上，環保型涂料則僅占41．5％，并且其中大多數為建筑涂料，功能性涂料所占比例極少。據國外權威機構預測世界涂料市場如下表所示(億美元)。
進入新世紀以來，納米技術作為三大主要研究方向(生物、信息、納米)之一，受到了人們的廣泛關注與重視，納米粒子由于具有表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應、宏觀量子效應等特殊性質，將其用于涂料中后，可使涂層的光學性能、磁性能、電性能、力學性能得到大大提高或顯示新的功能，可以大大提高汽車、建材、儀器儀表、船舶、飛機等產品的檔次和市場競爭力，因而也引起了高分子材料和涂料工作者的濃厚興趣，有關納米涂料的研究報道、專利申請越來越多，納米涂料產品在國內外市場上都有問世。本文就目前國內外納米涂料的研究開發與產業化現狀作一個闡述，并對我國納米涂料的研究開發與產業化前景談談自己的一些看法，供我國決策部門、科技工作者和產業界參考。
二、納米涂料的定義和基本概念
納米涂料一般都是由納米材料與有機涂料復合而成的，因此，更科學地講應稱作納米復合涂料 (Nanocomposite coating)。普遍認為，必須滿足兩個條件才能稱為納米涂料：一是至少含一相尺寸在 1-100nm之間，二是由于納米相的存在而使涂料性能得到顯著提高或有新功能，二者缺一不可。廣義地講，納米涂層材料還包括另外兩種：金屬納米涂層材料和無機納米涂層材料。金屬納米涂層材料主要是指材料中含有納米晶相，無機納米涂層材料則由納米粒子之間的熔融、燒結復合而得。我們經常所說的納米涂料均為有機納米復合涂料。之所以叫納米涂料，正如納米塑料、納米陶瓷等一樣，只是一個習慣叫法而已，嚴格的說，也應稱為納米復合塑料、納米復合陶瓷。玻璃鋼，既不是玻璃也不是鋼，而是玻纖增強不飽和聚酯，但國內就叫玻璃鋼。
有關納米涂料酌定義和叫法需要進一步指出的是：①并不是用了納米材料的涂料都是納米涂料；②并不是性能很好就是納米涂料；③納米復合涂料的叫法更科學，但作為習慣，叫納米涂料也未嘗不可。例如，我們稱丙烯酸乳膠漆，大多數情況下我們給客戶介紹它也是環保涂料；水性木器漆，我們給客戶介紹它也是環保涂料。因此，某種涂料，如建筑涂料，如果它確實滿足了納米涂料的兩個條件，我們也可以同時稱它為納米涂料，只是不要刻意去炒作就行：④在國外，許多涂料產品均使用了納米技術，但出于技術保密，并沒有直接稱作納米涂料。
三、國內外納米涂料的研究開發和產業化現狀
國外在納米涂料的研究開發和產業化方面起步較早，美國研究開發成功并已進行產業化的有具有隨角異色性的豪華轎車面漆、軍事隱身涂料、絕緣涂料等，另外，還開展了光致變色涂料(納米SiO2與有機顏料的結合)、透明耐磨涂料、包裝用阻隔性涂層等納米涂料的研究。日本則在靜電屏蔽涂料、光催化自清潔涂料的研究開發方面取得了成功并實現了產業化。德國政府在1992—1996年間對納米涂料的開發投入了大量的科研經費，1997—1999年為納米涂料產業化時間，在此期間年產值為20億馬克，至1999—2000年，納米涂料年產值猛增到200億馬克。
國內納米涂料的發展大多剛剛起步，主要集中在改善建筑外墻涂料的耐候性和建筑內墻涂料的抗菌性方面，二者基本上已研制成功，正在進行產業化準備工作。而在工業用涂料、航空航天用涂料以及功能性涂料的研究開發和產業化方面則落后于發達國家。
四、我國納米涂料的研究開發與產業化前景
納米材料種類繁多，性能各異，即使同一種納米粒子在不同粒徑下也可能會有不同的功能，不同種類的納米粒子也可以在涂料中起到同一作用。因此，用在涂料中也可能表現出不同的特性，需要進行大量的研究開發工作，才有可能得到性能理想的納米涂料。結合到納米涂料的產業化前景，筆者認為，可以優先開展下列幾方面的研究開發工作：
1、改善涂料的耐候性
某些納米粒子對紫外線則具有較強的吸收作用，現市場上銷售的納米TiO2、SiO2、ZnO等顆粒填充于涂料中，可顯著提高涂料的紫外線吸收性，從而提高戶外用涂料的耐候性。比如用來提高外墻建筑涂料的耐候性，汽車面漆的耐老化性、橋梁涂料、塑料涂料、木器涂料等的耐老化性，使涂層的壽命提高50％或一倍以上。
2、改善涂料的電磁性
隨著當前高科技產品的崛起，尤其是電子工業的迅猛發展，電磁波的廣泛應用，尤其是微波在通訊、航空、航天、家用電器、現代軍事方面的普及應用，電磁波的輻射污染，也成為人類的第四大公害。因為電磁波是一種熱效應，當它的頻率大于人體的調節頻率時，就會燒傷人體的各部組織，而高頻電波(100MHz以上)如各廣播電視的發射臺，各飛機導航塔，各微波通訊臺、塔、手機、對講機、微波爐、電腦等及各高頻醫療器械的輻射污染對人體的危害、已大大超過了人們的想象程度，它對人體的視覺系統、大腦細胞、生殖系統、血液、尤其是對胎兒的危害極其嚴重，現代醫學研究成果表明：電磁波輻射污染已成為人類的“無形殺手”。
因此，對電磁波的屏蔽及防止電磁波輻射污染和人體對電磁波輻射污染的防護，就成了當前急待解決的重大課題。利用納米粒子的靜電屏蔽性，可制得靜電屏蔽涂料，與傳統碳黑填充的防靜電涂料相比，其具有更優異的防靜電性能，而且由于不同納米粒子吸收不同的可見光波段，因此可通過選用不同的納米粒子來調節防靜電涂料的顏色，對解決移動電話、對講機、飛機客艙屏蔽、電腦、電視、微波爐、通訊電纜各保密室的屏蔽及在各強場強環境下工作的，如各微波通訊站、廣播電視臺、塔和在電腦前工作的人員的人體防護，提供了可靠的屏蔽材料。
某些納米材料如納米金屬(Fe、Co、Ni等)與合金的復合粉體、納米氧化物(Fe3O4、Fe2O3、 ZnO、NiO2、TiO2、MoO2等)的粉體、納米石墨、納米碳化硅及混合物粉體等，可用于制備出吸收不同頻段電磁波的納米復合涂料，作為軍事隱身涂料，涂敷到飛機、軍艦、導彈、潛艇等武器裝備上，使該裝備具有隱身性能。由于納米涂層材料具有吸收頻帶寬、重量輕、厚度薄等優點，因而可望在未來軍事隱身化方面大展身手。
3、改善涂料的力學性能
某些納米材料用于涂料中，可以大幅度提高有機涂層的力學性能，如涂層的耐磨性、耐劃傷性、硬度、強度、韌性等，可以用于汽車面漆、汽車玻璃、眼鏡鏡片、建筑物玻璃、地板、船艦易磨損易腐蝕金屬部件等的保護，大大延長產品的使用壽命。
4、改善涂料的抗菌性和大氣凈化性
將納米抗菌粉用于涂料中，則可制得納米殺菌涂料，涂覆在建材產品，如衛生潔具、室內空間、用具、醫院手術間和病房的墻面、地面等，起到殺菌、保潔效果。利用Ti02、ZnO、CdS、WO3等納米粒子的光催化特性，可制得光催化凈化大氣環保涂料。比如，采用聚硅氧烷、銳鈦級納米TiO2、填料和溶劑復合可制得大氣環保涂料，能將大氣中 NOx轉化成硝酸，可涂覆在高速公路、橋梁、建筑物、廣告牌的表面上，或在需要的地方專門設置凈化面板等。
5、其它功能性涂料
采用納米技術可制成納米界面涂料，其涂膜界面為超雙親性二元協同界面(既疏水又避油)，將這種涂料涂在建筑材料(如玻璃、陶瓷等)，任何油質、水、灰塵等都不能存留于表面，可保持用玻璃和陶瓷等掛面的建筑物長期一塵不染，也會使浴室內的大鏡子以及人戴的眼鏡在任何情況下也不會產生霧氣。
利用納米粒子對紅外線的吸收和反射性能，將它們與有機涂料復合后制得的隔熱涂料，可廣泛用于玻璃幕墻、汽車玻璃、海上鉆井平臺、油罐、石油管道、汽車、火車、飛機表面、船殼、甲板、坦克、軍艦、宇宙飛船表面等場合的隔熱。
將納米鋁酸鹽用于涂料中，可以儲存自然光或燈光的光能，當外來光停止后再緩慢地以光的形式釋放出來，可發出多種顏色的光，而且發光的持續時間是傳統發光材料的幾十倍，而且理化性能穩定，可在暗處用于低度照明和指示。這種發光涂料可以用于建筑、藝術裝潢、公共場所的安全通道、危險場所的警示等。
五、結語
納米技術為涂料工業的發展提供了一個難得的發展機遇，鑒于涂料本身具有十分廣闊的市場前景 (千億級人民幣／年的市場)，而涂料質量的好壞 (高，性能、功能化、環保型、低成本)又直接影響到汽車、建材、機械、石油化工、電子產品、船舶、飛航導彈等產品的檔次和市場競爭力，政府各主管部門、企業界應抓緊時間，加大相關科技開發的力度，以全面提升我國涂料工業的技術水平和其它產品在國際市場上的競爭力。
