納米硅基氧化物（簡稱納米SiOX ）為無定型白色粉末（指其軟團(tuán)聚體），是一種無毒、無味、無污染的無機(jī)非金屬材料。經(jīng)透射電子顯微鏡測試與PET法分析，材料顆粒尺寸小，比表面積大，表面存在大量不飽和殘鍵及不同鍵合狀態(tài)的羥基。應(yīng)用在涂料產(chǎn)品中能大幅提高其懸浮穩(wěn)定性、流變性、耐水洗刷性、抓持力、光潔度、對(duì)比率、抗老化性和涂膜的表面硬度及自潔能力。其應(yīng)用功效主要取決于納米粉體材料在基體材料中的分散度。
一、分散的必要性
納米SiOX的奇異性能是其獲得廣泛應(yīng)用的前提，但也因此產(chǎn)生自身的團(tuán)聚，使得應(yīng)有的性能難以充分發(fā)揮。此外，納米SiOX的諸多奇異性能能否得到充分發(fā)揮，還取決于最大限度降低粉體與介質(zhì)間的表面張力。因此，納米SiOX粉體必須均勻分散，充分打開其團(tuán)聚體，才能發(fā)揮其應(yīng)有的奇異性能。
納米SiOX粒子高度分散于建筑涂料體系中，必然增加涂料體系的總界面，要求外界對(duì)體系做功，增加體系總能量，使納米粒子在介質(zhì)中不斷地進(jìn)行布朗運(yùn)動(dòng)（無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)），納米粒子之間以及與其它顆粒之間不斷發(fā)生碰撞，外部做功所增加的動(dòng)能使得納米粒子可以克服其自身間的引力，防止凝聚，保持體系的穩(wěn)定。與此相反，體系的界面能減少，熱運(yùn)動(dòng)減弱，納米粒子的動(dòng)能無法克服粒子間的引力，從而產(chǎn)生團(tuán)聚。體系中界面能減少（即體系自由能降低）的過程是自發(fā)穩(wěn)定過程，因此可認(rèn)為該分散相是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。為盡量減小不穩(wěn)定程度，就要降低界面張力，其最有效方法是在體系中加入高分子物或表面活性劑，降低界面之間的張力，同時(shí)據(jù)Gibbs吸附定理，界面上必然吸附穩(wěn)定劑形成界面膜包敷納米顆粒，即立體保護(hù)作用，當(dāng)該吸附膜具有一定的厚度（＞10nm）和強(qiáng)度時(shí)，它們相互之間的排斥力可以保護(hù)納米粒子不致聚集，膜的強(qiáng)度與吸附穩(wěn)定劑的量有關(guān)。
納米顆粒表面存在局部電荷不均，這是因?yàn)榉菢O性鍵和弱極性鍵插入油相，極性鍵部分在水相中，因而極易產(chǎn)生吸引而團(tuán)聚，如添加一些表面活性劑或無機(jī)分散劑，如多磷酸鹽、羥基胺等，將在納米粒子表面形成擴(kuò)散的雙電層，提高分散相的穩(wěn)定性。
二、分散方式
（一）、化學(xué)預(yù)分散——無機(jī)納米粉體表面改質(zhì)
通過對(duì)納米SiOX進(jìn)行表面分子設(shè)計(jì)，使其具有表面疏水性或兩親性。
（二）、物理分散
在涂料的制備過程中，涂料的顆粒大小是按規(guī)定要求進(jìn)行控制的，但因?yàn)榱Ｗ娱g的范德華力的作用，涂料的細(xì)微粒子會(huì)相互聚集起來，成為聚集體。因此，需將它們重新分散開來，這便需要很強(qiáng)的剪切力或撞擊力，涂料中粉體（含納米材料）的分散主要是靠剪切力的作用。納米材料在涂料體系中分散，最好是將其與顏料或其它粉體填料預(yù)先混合，然后采用下述分散方法中的任意兩種以上的方法配合使用，以達(dá)到良好的分散效果。
1、研磨分散：利用三輥機(jī)或多輥機(jī)的輥與輥速度的不同，將研磨料投入加料輥（后輥）和中輥之間的加料溝，二輥以不同速度內(nèi)向旋轉(zhuǎn)，部分研磨料進(jìn)入加料縫并受到強(qiáng)大的剪切作用，通過加料縫，研磨料被分為兩部分，一部分附加在加料輥上回到加料溝，另一部分由中輥帶到中輥和前輥之間的刮漆縫，在此又一次受到更強(qiáng)大的剪切力作用。經(jīng)過刮漆縫，研磨料又分成兩部分，一部分由前輥帶到刮刀處，落入刮漆盤，另一部分再回到加料溝，如此經(jīng)幾次循環(huán)，可達(dá)到均勻分散的目的。用三輥機(jī)或多輥機(jī)時(shí)，溶劑應(yīng)為低揮發(fā)性的。納米復(fù)合粉體和其它粉體在浸潤狀態(tài)下進(jìn)行研磨，以提高分散性，降低環(huán)境污染，提高材料的利用率。
2、球磨分散：通過球磨機(jī)中磨球之間及磨球與缸體間相互滾撞作用，使接觸鋼球的粉體粒子被撞碎或磨碎，同時(shí)使混合物在球的空隙內(nèi)受到高度湍動(dòng)混合作用而被均勻地分散并相互包覆。利用球磨機(jī)分散納米材料既可在干法狀態(tài)下施行也可在濕法狀態(tài)下進(jìn)行。
3、砂磨分散：砂磨是球磨的外延。只不過研磨介質(zhì)是用微細(xì)的珠或砂。砂磨機(jī)可連續(xù)進(jìn)料，納米粉體的預(yù)混合漿通過圓筒時(shí)，在筒中受到激烈攪拌的砂粒所給予的猛烈的撞擊和剪切作用，使得納米SiOX改質(zhì)材料能很好地分散在涂料中，分散后的漿離開砂粒研磨區(qū)通過出口篩，溢流排出，出口篩可擋住砂粒，并使其回到筒中。
4、高速攪拌：對(duì)于高速攪拌，我們要求轉(zhuǎn)速每分1500轉(zhuǎn)以上（指配合其它分散方式），利用攪拌機(jī)強(qiáng)大的剪切力把材料均勻分散在涂料中。如單純采用高速攪拌分散，建議采用轉(zhuǎn)速每分5000轉(zhuǎn)以上的攪拌機(jī)在以水為介質(zhì)的狀態(tài)下進(jìn)行，但不可把納米SiOX粉體與乳膠混合分散，以免破乳。
此外，納米SiOX 在液體中分散時(shí)，也可采用超聲分散、膠體磨分散，并預(yù)先對(duì)PH值進(jìn)行調(diào)配，使之達(dá)到所需的PH值，也就是與涂料本身的極性電荷相匹配。以使其保持穩(wěn)定的懸浮性能和施工性能。
（三）、分散工藝
由于涂料配方中一般均含有乙二醇、季戊四醇，而這兩種物質(zhì)對(duì)改性后的納米SiOX的分散有極大的幫助，因此生產(chǎn)過程中我們首先將納米SiOX 與其他各種粉體填料（部分或全部）在以水（含有的乙二醇、季戊四醇）做介質(zhì)的狀態(tài)下，在砂磨機(jī)上砂磨成均勻的漿料，進(jìn)而與配方中的其他組分在無級(jí)變速分散設(shè)備中進(jìn)一步混合、攪拌即可。如有膠體磨，則最后可再通過膠體磨分散即可制成納米改性涂料。實(shí)際生產(chǎn)中，如果沒有砂磨機(jī)亦可采用研磨機(jī)代替。如生產(chǎn)彩色涂料，應(yīng)最早將納米SiOX 與顏料粉體或者色漿在球磨機(jī)上球磨或在砂磨機(jī)上砂磨成均勻的漿料，進(jìn)而按上述工藝進(jìn)一步分散。
三、作用與機(jī)理
（一）、改性作用
在水性體系的建筑涂料原配方基礎(chǔ)之上，添加總重量份的3‰左右的納米SiOX，經(jīng)過充分的分散獲得改性涂料。其各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均有很大幅度的提高：干燥時(shí)間由原來的2小時(shí)縮短到小于1小時(shí)；耐洗刷性能由1000次（外墻涂料）和100次（內(nèi)墻涂料）提高到10000次以上；人工加速老化試驗(yàn)由240小時(shí)的一級(jí)變色、二級(jí)粉化提高到450小時(shí)無任何變化，650小時(shí)發(fā)生輕微變色，色差4.8。此外，由于納米材料奇異的理、化特性，使得改性涂料一些無須測試的技術(shù)指標(biāo)諸如涂層與基體之間的接合強(qiáng)度、涂膜的表面硬度、涂膜的自潔能力等也獲得了顯著提高。
（二）、作用機(jī)理
1、納米SiOX具有很強(qiáng)的表面活性與超強(qiáng)吸附能力，添加在涂料中，極易與樹脂中的氧起鍵合作用，提高分子間的鍵力以及涂料的施工性能與涂膜與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度。
2、納米SiOX具有常規(guī)材料所不具備的特殊光學(xué)特性，對(duì)紫外中長波段反射率高達(dá)85％以上，故添加在涂料中可以達(dá)到屏蔽紫外的目的，大幅度提高涂料的抗老化性能。
3、納米SiOX具有的小尺寸效應(yīng)使其產(chǎn)生淤滲作用，在涂層界面形成致密的“納米涂膜”，大大改善涂料的耐洗刷性和涂膜表面自潔性。
4、納米SiOX特有的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，表面存在大量不飽和殘鍵和不同鍵合狀態(tài)的羥基，可與體系產(chǎn)生良好的親和性，從而改善涂料的懸浮穩(wěn)定性與流變性。
一、分散的必要性
納米SiOX的奇異性能是其獲得廣泛應(yīng)用的前提，但也因此產(chǎn)生自身的團(tuán)聚，使得應(yīng)有的性能難以充分發(fā)揮。此外，納米SiOX的諸多奇異性能能否得到充分發(fā)揮，還取決于最大限度降低粉體與介質(zhì)間的表面張力。因此，納米SiOX粉體必須均勻分散，充分打開其團(tuán)聚體，才能發(fā)揮其應(yīng)有的奇異性能。
納米SiOX粒子高度分散于建筑涂料體系中，必然增加涂料體系的總界面，要求外界對(duì)體系做功，增加體系總能量，使納米粒子在介質(zhì)中不斷地進(jìn)行布朗運(yùn)動(dòng)（無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)），納米粒子之間以及與其它顆粒之間不斷發(fā)生碰撞，外部做功所增加的動(dòng)能使得納米粒子可以克服其自身間的引力，防止凝聚，保持體系的穩(wěn)定。與此相反，體系的界面能減少，熱運(yùn)動(dòng)減弱，納米粒子的動(dòng)能無法克服粒子間的引力，從而產(chǎn)生團(tuán)聚。體系中界面能減少（即體系自由能降低）的過程是自發(fā)穩(wěn)定過程，因此可認(rèn)為該分散相是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。為盡量減小不穩(wěn)定程度，就要降低界面張力，其最有效方法是在體系中加入高分子物或表面活性劑，降低界面之間的張力，同時(shí)據(jù)Gibbs吸附定理，界面上必然吸附穩(wěn)定劑形成界面膜包敷納米顆粒，即立體保護(hù)作用，當(dāng)該吸附膜具有一定的厚度（＞10nm）和強(qiáng)度時(shí)，它們相互之間的排斥力可以保護(hù)納米粒子不致聚集，膜的強(qiáng)度與吸附穩(wěn)定劑的量有關(guān)。
納米顆粒表面存在局部電荷不均，這是因?yàn)榉菢O性鍵和弱極性鍵插入油相，極性鍵部分在水相中，因而極易產(chǎn)生吸引而團(tuán)聚，如添加一些表面活性劑或無機(jī)分散劑，如多磷酸鹽、羥基胺等，將在納米粒子表面形成擴(kuò)散的雙電層，提高分散相的穩(wěn)定性。
二、分散方式
（一）、化學(xué)預(yù)分散——無機(jī)納米粉體表面改質(zhì)
通過對(duì)納米SiOX進(jìn)行表面分子設(shè)計(jì)，使其具有表面疏水性或兩親性。
（二）、物理分散
在涂料的制備過程中，涂料的顆粒大小是按規(guī)定要求進(jìn)行控制的，但因?yàn)榱Ｗ娱g的范德華力的作用，涂料的細(xì)微粒子會(huì)相互聚集起來，成為聚集體。因此，需將它們重新分散開來，這便需要很強(qiáng)的剪切力或撞擊力，涂料中粉體（含納米材料）的分散主要是靠剪切力的作用。納米材料在涂料體系中分散，最好是將其與顏料或其它粉體填料預(yù)先混合，然后采用下述分散方法中的任意兩種以上的方法配合使用，以達(dá)到良好的分散效果。
1、研磨分散：利用三輥機(jī)或多輥機(jī)的輥與輥速度的不同，將研磨料投入加料輥（后輥）和中輥之間的加料溝，二輥以不同速度內(nèi)向旋轉(zhuǎn)，部分研磨料進(jìn)入加料縫并受到強(qiáng)大的剪切作用，通過加料縫，研磨料被分為兩部分，一部分附加在加料輥上回到加料溝，另一部分由中輥帶到中輥和前輥之間的刮漆縫，在此又一次受到更強(qiáng)大的剪切力作用。經(jīng)過刮漆縫，研磨料又分成兩部分，一部分由前輥帶到刮刀處，落入刮漆盤，另一部分再回到加料溝，如此經(jīng)幾次循環(huán)，可達(dá)到均勻分散的目的。用三輥機(jī)或多輥機(jī)時(shí)，溶劑應(yīng)為低揮發(fā)性的。納米復(fù)合粉體和其它粉體在浸潤狀態(tài)下進(jìn)行研磨，以提高分散性，降低環(huán)境污染，提高材料的利用率。
2、球磨分散：通過球磨機(jī)中磨球之間及磨球與缸體間相互滾撞作用，使接觸鋼球的粉體粒子被撞碎或磨碎，同時(shí)使混合物在球的空隙內(nèi)受到高度湍動(dòng)混合作用而被均勻地分散并相互包覆。利用球磨機(jī)分散納米材料既可在干法狀態(tài)下施行也可在濕法狀態(tài)下進(jìn)行。
3、砂磨分散：砂磨是球磨的外延。只不過研磨介質(zhì)是用微細(xì)的珠或砂。砂磨機(jī)可連續(xù)進(jìn)料，納米粉體的預(yù)混合漿通過圓筒時(shí)，在筒中受到激烈攪拌的砂粒所給予的猛烈的撞擊和剪切作用，使得納米SiOX改質(zhì)材料能很好地分散在涂料中，分散后的漿離開砂粒研磨區(qū)通過出口篩，溢流排出，出口篩可擋住砂粒，并使其回到筒中。
4、高速攪拌：對(duì)于高速攪拌，我們要求轉(zhuǎn)速每分1500轉(zhuǎn)以上（指配合其它分散方式），利用攪拌機(jī)強(qiáng)大的剪切力把材料均勻分散在涂料中。如單純采用高速攪拌分散，建議采用轉(zhuǎn)速每分5000轉(zhuǎn)以上的攪拌機(jī)在以水為介質(zhì)的狀態(tài)下進(jìn)行，但不可把納米SiOX粉體與乳膠混合分散，以免破乳。
此外，納米SiOX 在液體中分散時(shí)，也可采用超聲分散、膠體磨分散，并預(yù)先對(duì)PH值進(jìn)行調(diào)配，使之達(dá)到所需的PH值，也就是與涂料本身的極性電荷相匹配。以使其保持穩(wěn)定的懸浮性能和施工性能。
（三）、分散工藝
由于涂料配方中一般均含有乙二醇、季戊四醇，而這兩種物質(zhì)對(duì)改性后的納米SiOX的分散有極大的幫助，因此生產(chǎn)過程中我們首先將納米SiOX 與其他各種粉體填料（部分或全部）在以水（含有的乙二醇、季戊四醇）做介質(zhì)的狀態(tài)下，在砂磨機(jī)上砂磨成均勻的漿料，進(jìn)而與配方中的其他組分在無級(jí)變速分散設(shè)備中進(jìn)一步混合、攪拌即可。如有膠體磨，則最后可再通過膠體磨分散即可制成納米改性涂料。實(shí)際生產(chǎn)中，如果沒有砂磨機(jī)亦可采用研磨機(jī)代替。如生產(chǎn)彩色涂料，應(yīng)最早將納米SiOX 與顏料粉體或者色漿在球磨機(jī)上球磨或在砂磨機(jī)上砂磨成均勻的漿料，進(jìn)而按上述工藝進(jìn)一步分散。
三、作用與機(jī)理
（一）、改性作用
在水性體系的建筑涂料原配方基礎(chǔ)之上，添加總重量份的3‰左右的納米SiOX，經(jīng)過充分的分散獲得改性涂料。其各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均有很大幅度的提高：干燥時(shí)間由原來的2小時(shí)縮短到小于1小時(shí)；耐洗刷性能由1000次（外墻涂料）和100次（內(nèi)墻涂料）提高到10000次以上；人工加速老化試驗(yàn)由240小時(shí)的一級(jí)變色、二級(jí)粉化提高到450小時(shí)無任何變化，650小時(shí)發(fā)生輕微變色，色差4.8。此外，由于納米材料奇異的理、化特性，使得改性涂料一些無須測試的技術(shù)指標(biāo)諸如涂層與基體之間的接合強(qiáng)度、涂膜的表面硬度、涂膜的自潔能力等也獲得了顯著提高。
（二）、作用機(jī)理
1、納米SiOX具有很強(qiáng)的表面活性與超強(qiáng)吸附能力，添加在涂料中，極易與樹脂中的氧起鍵合作用，提高分子間的鍵力以及涂料的施工性能與涂膜與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度。
2、納米SiOX具有常規(guī)材料所不具備的特殊光學(xué)特性，對(duì)紫外中長波段反射率高達(dá)85％以上，故添加在涂料中可以達(dá)到屏蔽紫外的目的，大幅度提高涂料的抗老化性能。
3、納米SiOX具有的小尺寸效應(yīng)使其產(chǎn)生淤滲作用，在涂層界面形成致密的“納米涂膜”，大大改善涂料的耐洗刷性和涂膜表面自潔性。
4、納米SiOX特有的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，表面存在大量不飽和殘鍵和不同鍵合狀態(tài)的羥基，可與體系產(chǎn)生良好的親和性，從而改善涂料的懸浮穩(wěn)定性與流變性。
