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智能涂料简介

林丹孙玉婷

【摘要】智能涂料是近几年在新型特种功能涂料根底上开展起来的。智能涂料的制备方法主要有可控自由基聚合技术、外表接枝技术纳米技术和层层自组装工艺等。目前，常见的智能涂料有：自清洁、抗菌、防腐、隐身、发光、磁性等对光、电、磁、温、湿、压敏感的涂料。

【关键词】智能涂料；制备技术；分类

【作者简介】林丹、孙玉婷，华中师范大学化学教育研究所硕士研究生

【原文出处】?化学教学?2021年第3期

涂料开展历史渊源已久，3000多年前我国古代人民就能用桐油和松香等天然油脂、树脂制作油漆。随着近代自然科学的开展和有机化学的建立，涂料的研究开发有了坚实的理论根底。进入21世纪，智能材料异军突起，并向各行业渗透，智能涂料也受到广泛关注。研制涂料的出发点也不仅限于保护性、装饰性，而是逐步朝着生态和智能方向开展。

1、智能涂料的概念

智能涂料是能以一种可控的方式和再现的方式来感受并回映环境中的一些变化，并以改变温度、电场、压力、声音、亮度以及颜色等形式显现出来。如电磁干扰屏蔽材料、导电涂料、光催化涂料、自清洁涂料等等[1]。

2、智能涂料的制备技术

涂料是由成膜物、颜料、溶剂和助剂组成。其中，成膜物是决定涂膜性能的主要因素，因此涂料的智能化首先从制备刺激/响应性功能膜入手。成膜物包括有机成膜物和无机成膜物，绝大多数成膜物属于聚合物树脂，因此智能高分子的合成技术可应用于制备刺激/响应聚合物膜。要创造具有“开关〞性质的刺激/响应聚合物膜，必须根据刺激的形式和特点来选择适宜的原料及合成方法，当然该原料要含有对某种刺激敏感的功能团。

自由基聚合技术

活性自由基聚合是一种新型高分子合成技术，解决了传统自由基聚合中聚合物分子大小、结构及分子量分布难以控制的问题，是一类典型的可控聚合。可控自由基聚合方法中典型的有：引发链转移终止剂法、稳定自由基聚合法、可逆加成—裂解链转移聚合及原子转移自由基聚合等方法。由于活性自由基聚合物链末端具有活性基团，在补加同种或异种单体时还能发生进一步的反响，因而能够进行嵌段、接技、星形或超支化聚合。这就为精确设计聚合物分子结构、控制分子量分布，为聚合物端基功能化，为具有响应的可逆胶束、交联网状胶束、微胶囊、稳定的纳米微粒、薄膜、聚合物刷和其它各种定向结构聚合物的合成提供了一个有效的途径[2]。

外表接枝技术

运用接枝技术，在特定的基质外表或界面上精确、高密度地接入功能聚合物链，就可得到聚合物刷，从而使该聚合物智能化。接枝技术有两种形式，即“从外表接枝〞和“接枝到外表〞。“从外表接枝〞方法是指先将引发剂结合到基体外表，再使其引发单体发生原位聚合反响。“接枝到外表〞方法是指在适宜的反响条件下，使具有功能端的聚合物链与改性后的具有反响性的基体外表活性端发生反响，从而以共价键合方式使聚合物分子结合到基体外表，形成聚合物刷。聚合物薄膜的行为紧紧依赖于链的接枝密度、分子量和化学性质。如几种典型球形刺激/响应聚合物刷，不同聚合物链在不同溶剂中舒展和收缩的情况就不同。根据上述卷缩—舒展行为，可制备具有“开关〞能力的智能聚合物膜[3]。

当把具有生物活性的支链引入主链时，那么聚合物可能具有生物活性。假设一段是药性基团，另一段是刺激控制基团即“开关〞，可制备长效环保可控的抗微生物涂料。假设引入光敏性基团后，光照时聚合物膨胀，光暗时卷缩。

层层自组装技术

层层自组装膜的制备是通过相反电荷的聚电解质在基片上的交替吸附，交替变化的离子电荷可被邻近层固定，并在每次吸附后要进行必要的水洗和干化，即可制得均匀层状的纳米级薄膜[4]。

利用层层自组装技术，通过静电力、氢键等分子间的相互作用，把具有功能性的小分子、含有功能基团的大分子、功能性的纳米粒子组装在一起，形成分子水平上可控的纳米级超薄膜。

纳米技术

纳米材料应用于涂料有两种情况：一是纳米粒子在传统有机涂料中分散后形成纳米复合涂料；二是完全由纳米粒子组成的纳米涂层材料[5]。不同形状的纳米粒子，如纳米胶囊、纳米管、纳米线或其它形状的纳米粒子，均可用于制作不同响应的聚合物。

2.5以各种功能膜制作技术为根底

涂料的智能化，除涂料各组分的智能化外，还可将涂料技术与其它技术结合。在制作功能膜的过程中，使用生物技术、微电子技术、闪蒸技术、真空等离子喷涂、电化学沉积等技术，可制出各种具有特殊功能的智能涂膜。

3、智能涂料的主要类型

从功能性和应用范围分类，智能涂料大致可分为：〔1〕生物活性类，包括生物催化、光催化净化、防污、自清洁、抗微生物、生物探测/降解敏感类涂料等；〔2〕光电活性类，包括导电、磁性、形状记忆、色位移、光敏、腐蚀敏感涂料等；〔3〕温敏类；〔4〕溶剂敏感类；〔5〕对外力敏感类。

3.1自清洁涂料

自清洁涂料的主要类型有：利用纳米粒子的活性制作的光催化净化涂料