1.7 特种涂料简介

特种涂料是指具有除防护性和装饰性之外特殊功能的专用涂料。特种涂料品种众多，其主要功能可分为六大类：力学功能、光学功能、电磁功能、热功能、化学功能及生物功能。

1.润滑涂料

（1）组成 润滑涂料主要由基料、固体润滑剂、金属物质和其他添加剂组成。

1）选择的基料应具备耐高低温、耐腐蚀和耐辐射的性能。基料的种类有无机质、有机质和金属基料三种。有机质基料有聚氨酯、环氧和丙烯酸等；无机质基料有硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐等；金属基料有Cu、Ag、Pb、Ni和Sn等。

2）固体润滑剂是润滑涂料的关键成分，包括有机物（PTFE、尼龙、酞菁化合物）、无机物（石墨、二硫化钼、高温用LaF₃和CaF₂）、软金属（如Ag、Au、Al等）及其化合物。

3）添加剂主要用于提高耐磨性或大幅度地降低摩擦系数，主要有软质金属及其氧化物等。

润滑涂料的作用机理是通过降低材料的剪切强度，或者增加材料的流动能力，或者结合两者同时变化，来降低材料的摩擦系数。

（2）种类 润滑涂料的种类分为金属型、有机型和无机型三种。

一般来说，在200℃以下使用的有机型润滑涂料可按照涂料的常规方法施工和干燥成膜，其他类型的润滑涂料（金属型和无机型）可采用离子溅射、热喷涂、电沉积和等离子体喷涂等方法进行施工。

润滑涂料由于能够显著降低材料的摩擦系数，赋予材料良好的润滑性能，因此在机械装备上得到了广泛的应用。另外，由于其干净、简便的优点，因此在纺织和食品机械中也有着广泛的应用。

2.发光涂料

发光涂料主要由基料、发光材料、涂料助剂及溶剂配制而成。

1）为了保证发光涂料能够获得良好的发光性能和发光亮度，基料要求具有无色、透明的特点，可采用丙烯酸树脂、氨基树脂、聚氨酯等涂料树脂。

2）发光材料的材质为微细的粉状物质，有硫化锌系、硅酸盐系和碱土铝酸盐系等三种。这些材料用Eu^2+稀土掺杂可以赋予其良好的长余辉发光性能。

3）为了避免破坏发光粉的发光特性，发光涂料助剂不得含有重金属。发光涂料采用的助剂是分散剂和防沉剂。分散剂用来提高发光粉的分散效率及获得微细粒度的发光粉。防沉剂的作用是提高发光粉的储存稳定性能（发光粉的密度为3.6～4.1g/cm³，密度较大，易沉降）。

一般来说，发光涂料的干膜厚度至少在150_μm以上。在涂装时应先涂白漆底涂层，以提高反光强度，并在发光涂层表面罩一道清漆来保护发光涂层。为了提高发光涂料的余辉亮度、发光时间及涂层的表面光泽度和耐久性，涂装施工时应有一定的涂层厚度和相对应的配套体系。

发光涂料的应用领域包括建筑通道、建筑外部轮廓、楼梯、开关、交通标志、消防器材和设施的标志及广告标识等。

3.导电涂料和导静电涂料

（1）导电涂料 导电涂料包括无机类和有机类两种。无机类有Ag、Cu、Ni、Au、石墨、氧化锡和氧化铟等；有机类有聚乙炔、酞菁铜、TC-NQ·TTF电荷转移络合物等。导电涂料常用于在非导电性底材表面传导电流，以防止底材遭到雷击。涂料中导电材料的加入量一定要根据实际情况合理地调节。涂层中导电材料的加入量如果超过临界颜料的体积浓度，则会造成涂膜疏松、多气孔，导电性下降；加入量如果过少，涂层中导电材料颗粒不能保持彼此接触，导电性能也不高。导电涂料可用于电子元件表面消除电荷以及防止玻璃表面的结冰和起雾。

（2）导静电涂料 导静电涂料一般添加有机铵盐抗静电剂或导电材料。导静电涂料是利用抗静电剂的吸湿性在物体表面形成水分子吸附膜，并依靠增加表面电荷向空气中的传导来防止物体表面静电积累的。因此，导静电涂料不适宜在干燥的环境下使用。在工业生产和日常生活中，由于静电积累而产生火花或灰尘吸附的现象非常普遍，因此导静电涂料的应用范围也非常广泛。

4.示温涂料

示温涂料是指利用涂层的颜色变化来指示物体表面温度及温度分布的专用涂料。在一定的条件和环境中，示温涂料被加热到一定温度，就会出现某种颜色，故由此可确定该涂料所指示的温度。

与温度计或热电偶等测温工具来指示温度相比，利用示温材料来指示温度具有以下优势：

1）特别适合于温度计无法测量或难以测量的场合，如测量飞机、炮弹、高压电路、电子元件、轴承套、机器设备的高温部件和高温高压设备的温度。

2）测温简单、快速、方便、经济又准确，尤其适用于大面积温度测量。

3）多变色示温涂料能够显示出物体表面的温度分布，对设备设计、材料选择和结构改进等有指导意义。

4）用不可逆示温涂料来指示极限温度，是较为简便的超温报警和超温记载的方法。

示温涂料单变色的变色范围可达40～1350℃，多变色的变色范围可达55～1600℃。示温涂料的颜色变化，主要是依靠所添加的变色颜料的受热变色来实现的。示温材料在航空、电子工业和石化企业有着广泛的应用。

示温材料的变色过程有可逆和不可逆两种情况：

1）可逆变色的示温涂料可重复使用。可逆变色原理有三种情况，即晶型转变、pH值变化及失去结晶水。

2）不可逆变色的示温涂料只能使用一次。不可逆变色的原理有五种情况，即升华、热分解、氧化、固相反应和熔融。

外界因素对变色温度的影响主要有升温速度、压力、环境介质、光照、湿度和涂膜厚度等几种情况：

1）升温速度快，变色温度偏高；恒温时间长，变色温度降低。

2）压力对升华、热分解等变色过程影响大。

3）环境中高浓度的反应性气体会对变色物质发生作用，干扰变色过程。

4）光照容易使有机物分解而变色。

5）湿度对脱结晶水的变色过程影响大。湿度高时，结晶水不易脱去；干燥的环境则使水合困难，颜色难以复原。

6）涂膜太厚也会使变色温度增高，故涂膜厚度一般以20～40_μm为宜。

5.隔热保温涂料

保温涂料由黏结剂、纤维材料、轻质保温骨料、填料和助剂等组成。

（1）黏结剂 分为无机黏结剂和有机黏结剂两种类型。

1）无机黏结剂可以是水玻璃、磷酸盐、硅溶胶（高温）、高铝水泥（中温）、水泥（常温）或石膏（常温）等，统称硅酸盐、复合硅酸盐或稀土复合硅酸盐等。无机黏结剂保温涂层较脆，碰撞易碎裂，但耐高温，使用温度范围广。

2）有机黏结剂可以是丙烯酸乳液、有机硅改性丙烯酸乳液、氟碳树脂乳液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液、聚乙烯醇等，合成树脂乳液的黏结作用及与基底的附着力强。有机黏结剂保温涂层的弹性好，但耐高温性较差。

（2）纤维材料 纤维材料相互之间应该有着复杂的连接、交叉和搭接形式，存在着微小的间隙（这种间隙使得纤维材料具备了好的保温、隔热和吸声功能）。同时，纤维材料应具有较强的亲水性，易于被分散或者着色处理。常用的纤维材料有矿物棉、聚丙烯纤维、玻璃纤维、硅酸铝纤维和海泡石等。

（3）轻质保温骨料 主要有聚苯乙烯泡沫、膨胀珍珠岩和真空玻璃微珠。

1）聚苯乙烯泡沫价格低廉、质轻，具有良好的保温、隔热、吸声作用。发泡聚苯乙烯是轻质保温骨料中最轻的，是配制轻质保温涂料的首选，它能使保温涂料的导热系数控制得较低。

2）膨胀珍珠岩是一种质轻、高效能的保温材料，具有化学稳定性好、耐腐蚀等优点，且无毒、无味、不燃，但膨胀珍珠岩的微孔结构在外力作用下容易被破坏。

3）真空玻璃微珠具有图1-2所示的气相微孔分布涂层结构。这样的真空玻璃微珠显著地减少了热辐射、热对流和导热系数，绝热效率更高，保温性优异。

图1-2 真空玻璃微珠的气相微孔分布涂层结构

保温涂料常用保温骨料的主要物理性质见表1-23。

其中膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、矿物棉等材料疏松多孔，亲水，吸附强。保温涂层的吸湿性及渗水性强，会大大降低材料的保温隔热性，因此在保温隔热层的上面还需有层致密的防水层。

由于轻质保温骨料颗粒较粗，在单独使用时会聚集成疏松且孔隙很大的涂膜，甚至不能使涂膜呈连续状态，又由于其附着力低，易产生针眼孔隙和积尘污染等现象，因此为了提高涂膜的附着强度，常常用200～325目的粉状填料充填保温骨料之间的孔隙，以使涂膜致密、表面平整。

表1-23 常用保温骨料的主要物理性质

（4）填料 常用的粉状填料有滑石粉、轻质碳酸钙、粉煤灰和漂珠等。其中漂珠由于中空，能使涂层具有较好的保温性。

（5）助剂 主要有分散剂、增稠剂和发泡剂等。其中分散剂可以是阴离子表面活性剂和多聚磷酸盐等，增稠剂可以是膨润土及各类纤维素，如甲基纤维素、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素等。

保温涂料配方中的各组分含量（质量分数）大致如下：黏结剂5%～20%、轻质保温骨料30%～40%、纤维材料10%～30%、填料5%～10%、助剂及其他1%～5%。

6.防污涂料

船舶在低速航行或停泊时，海洋生物很容易附着在船舶底部，如果海洋生物大量附着，就会使船体表面阻力大大增加，也会使船舶质量大幅度增加，导致燃料耗量增加，航速下降。海洋生物附着还会破坏防锈涂层，加速船体钢板的腐蚀。海洋生物的繁殖速度很快，一旦在船体上定居，数量会急剧增加，造成对船舶的严重危害，并降低航运经济效益。

防污涂料由树脂、防污剂、颜料和填料、助剂和溶剂组成。

防污涂料是防止海洋生物附着船舶底部的专用涂料。在使用过程中，毒性的防污剂会逐渐地向外渗出，在船舶表面形成一层毒性液膜，因此能有效地防止海洋生物附着。一般防污涂料的毒料有氧化亚铜、有机锡等，在专门选择的树脂中，毒料可在很长时间内（可以具有3～5年的防护期）受控释放，使渗出率与海洋生物致死浓度相同。

根据防污涂料中毒料在海水中的释放机理，防污涂料可分接触型、扩散型、溶解型和自抛光型等类型。

（1）接触型防污涂料 接触型防污涂料是以水不溶性的乙烯基、丙烯酸树脂作基料，添加高浓度的氧化亚铜（作毒料）和可溶性渗出助剂，通过涂层中毒料彼此接触并相互溶解，使得涂层形成蜂窝状结构，以使涂层内部的毒料能不断地溶解渗出。

这类防污涂料的防污期在3年以上。

（2）扩散型防污涂料 扩散型防污涂料以乙烯基树脂或氯化橡胶作基料，配以有机锡毒料和树脂形成固溶体，使得毒料以分子状态均匀分布于涂膜中，并通过表面的毒料分子与海水接触并溶入海水后，涂膜内部高浓度毒料分子向表面低浓度区域扩散迁移，保证表面有足够的毒料分子来维持其渗出率。这类防污涂料的表面总是光滑的，防污期为1～2年。

（3）溶解型防污涂料 溶解型防污涂料是以松香、沥青作基料和氧化亚铜作毒料。松香等基料由于微溶于海水而不断暴露出新鲜的涂膜表面，使毒料能不断地与海水接触而溶解，形成毒性液膜。添加沥青、颜料和填料可用于调节松香的溶解速度，控制渗出率。这类防污涂料属传统型，防污期在1年以上。

（4）自抛光型防污涂料 自抛光型防污涂料树脂是由有机锡丙烯酸盐单体与丙烯酯共聚形成的。表层树脂通过水解作用而释放出有机锡毒料，水解后的链分子变成水溶性，能从涂膜中分离出来，暴露出新的活性表面，并产生自抛光作用。自抛光型防污涂层具有良好的重涂性能，可根据防污期来确定涂层厚度，防污期可高达4年以上，在大型船舶上有较好的应用。

（5）绿色防污涂料 由于上述几种防污涂料中的毒料对生态环境会造成破坏，因此出现了采用无毒材料或在环境中能快速分解的毒料配制而成的绿色防污涂料。例如，采用硅酸钠作基料的涂料，由于它能使得表面液化层为碱性，致使海洋生物无法生存，因此可以达到防污的效果。

7.阻燃涂料

阻燃涂料的防火阻燃作用是从以下几个方面来实现的：

1）利用熔融覆盖层来隔绝空气。

2）利用成炭和发泡剂形成的膨胀和炭化层来阻挡热量传导。

3）利用含卤素的有机物来阻止燃烧的连锁反应。

4）改变热分解反应历程来阻止放热量大的、完全燃烧反应的发生。

5）利用分解出的阻燃气体（如NH₃、H₂O、CO₂、HCl、HBr）来稀释可燃性气体。

6）利用吸热反应来降低受热温度，如氢氧化铝在200～300℃吸热脱水。

阻燃涂料按组成及防火机理可分为膨胀型和非膨胀型两大类。

（1）膨胀型 膨胀型阻燃涂料由难燃性或不燃性树脂、难燃剂、成炭剂、脱水成炭催化剂、发泡剂、颜料和填料、纤维增强剂组成。膨胀型涂料的涂层在火焰高温灼烧时，以几十倍的膨胀比例形成泡沫炭化层，并形成有效的隔热屏蔽层，以阻止高温向底材的传递。其阻燃效果优于非阻燃型涂料。

（2）非膨胀型 非膨胀型阻燃涂料又分为无机型和有机型两种。

无机型非膨胀阻燃涂料由硅酸盐、硅溶胶或磷酸盐与耐火性填料组成，具有不燃性。有机型非膨胀阻燃涂料是一种难燃性涂料，主要由自熄性树脂、有机磷树脂、三氧化二锑难燃剂、氧化石蜡及硼酸盐难燃剂等配制而成。

阻燃涂料的发展方向是新型钢结构阻燃涂料、水性饰面型阻燃涂料及无机膨胀型阻燃涂料。