1 陶瓷涂料國內外發展概況
 陶瓷涂料涂膜的主要成分與陶瓷釉料很相似，多為金屬氧化物或非金屬氧化物、氮化物及少量多烷氧基有機硅烷組成的無機-有機復合涂層。涂料為雙組分包裝，使用前須經配料、混合、熟化，經噴涂施工、高溫烘烤，形成高硬度瓷釉般的涂膜。
材料的物理、化學性能與陶瓷相像，故稱之為“陶瓷涂料”。陶瓷涂料起源于20世紀60年代的溶膠-凝膠(Sol-Gel)技術，奠定了陶瓷涂料的理論基礎。1971年，H.Dislich用溶膠-凝膠法以金屬醇鹽為前驅體開拓性地獲得陶瓷氧化物材料，引起材料工業的一大飛躍?，F在，此方法已在世界各地廣泛發展，先后用此法合成出了多種功能陶瓷氧化物涂層、超細粉體材料、玻璃材料、光導纖維、玻璃旋涂材料、浸涂材料等，金屬醇鹽得到了廣泛的應用。
1.1 國外發展狀況

早期發現美國、日本、韓國有一些陶瓷涂料方面的研究、報道，但在其國內市場未見到相關產品。例如：美國TRITON SYSTEMS公司開發出用于玻璃的透明耐磨納米陶瓷涂料[1]；美國FREECOM公司開發的CERAM-KOTE54陶瓷涂料；韓國專利：S.(Kim.Johng Ha等)—2000.2.15—9831088，可用于鋁合金、鍍鋅板的“金屬表面用無機涂料的制備、工藝和用途”[2]，韓國KFCC陶瓷涂料可用于建筑鋁合金金屬幕墻及地鐵車輛內裝涂層，具有很好的抗劃、耐高溫、防火功能。

1.2 國內發展動態

自20世紀90年代以來，我國從事涂料研發的一些單位，開始注重采用溶膠-凝膠技術研發無機-有機復合涂料、納米超導粉體材料、高溫耐蝕涂料等。水性陶瓷涂料亦屬于無機-有機復合涂料中的一種。例如：以珠海旭光化工有限公司開發的“鋁幕墻陶瓷涂料”、蘇州納迪微電子有限公司開發的“ND-HCS耐高溫透明納米陶瓷涂料”、上海金力泰化工有限公司開發的“KNT-陶瓷涂料”、北京紅獅漆業有限公司開發的“水性納米陶瓷涂料”等為代表性的陶瓷涂料產品。


2 陶瓷涂料化學反應基本原理

2.1 溶膠-凝膠法(Sol-Gel)化學反應機理

Sol-Gel化學反應通常包括烷氧基金屬(或元素)化合物[M(OR)x，M=Si(硅)、Ti(鈦)、Zr(鋯)、Al(鋁)、Mo(鉬)、V(釩)、Ce(鈰)等]的水解物及水解物羥基之間的低聚縮合物，是制備Sol-Gel溶膠中常用的幾大類前驅體，其化學反應表達式如式(1)、式(2)。水解反應[3]：

M(OR)x＋H2O→M(OR)x-1(OH)＋ROH (1)

多烷氧基化合物 水 帶羥基的水解物 醇縮合反應：

2M(OR)x-1(OH)→(OR)x-1MOM(OR)x-1＋ H2O (2)

部分水解產物 水性納米縮合產物 水

2.2 反應過程

溶膠階段(水解、熟化)：各組分以小分子形式分散，所以獲得的雜化材料通常是納米復合材料，具有其他傳統復合材料所不具備的性質；有機組分多烷氧基硅烷通過水解、縮聚以共價鍵和配位鍵接于無機網絡中，而不是簡單的物理混合。

2.3 交聯固化成膜機理

烘烤固化階段(達到完全凝膠)：組分中發生硅醇羥基間的交聯、硅醇與烷氧基之間的交聯、硅醇與基材表面羥基之間的交聯、硅醇與顏填料表面羥基的交聯，以及分子間的配位鍵結合，最終形成陶瓷般的堅硬涂層(如圖1中第三類)。

3 陶瓷涂料的主要性能特點

陶瓷涂料屬于用水稀釋的水性涂料，環保、低毒。其性能表現突出，具有高硬度：達4H～6H；高耐磨：抗劃痕性良好；高耐溫：不燃，耐溫400 ℃(經火焰直接噴射試驗，涂層完整保留，附著力良好，見圖2)；高耐候性：QUV老化試驗4 000 h；高耐腐蝕：能耐受酸、堿、鹽、溶劑介質腐蝕。

陶瓷涂料的涂層性能與PVDF高溫氟碳涂料都執行GB/T 23443—2009《建筑裝飾用鋁單板》國標，鹽霧、濕熱、老化都為4 000 h。而陶瓷涂料的硬度、耐高溫性大大優于高溫氟碳涂料。陶瓷涂層按GB/T23443—2009《建筑裝飾用鋁單板》國家標準中性能要求檢測的實測數據見圖3[4]。陶瓷涂料的產品標準，中國涂料工業協會已立項正在組織參編單位制定中。
陶瓷涂料化學結構特點賦予涂層高性能。太陽輻射到地球表面的紫外線能量為441 kJ/mol，由表1可知，只有碳氟(C—F)鍵和硅氧(Si—O)鍵的鍵能高于441 kJ/mol，鍵能愈高，耐熱性和耐老化性愈好。高交聯度聚硅氧烷結構中，硅原子與氧原子有4個化學鍵結合之外，還有2個配位鍵結合，形成剛性的六面立體網狀大分子，賦予涂層高硬度、高耐候、高耐溫性能.

有機硅氧烷組分對涂層性能貢獻頗多。常用的烴基硅烷有：甲基、乙基、苯基、乙烯基多烷氧基硅烷。它們賦予涂層低表面能、柔韌性、抗劃痕、抗開裂、抗沾污、增光澤等性能，以彌補無機聚硅氧烷涂層剛性太強韌性之不足。

通過調整配方的R/Si值(表示每個硅原子上所連接烴基的平均數目)，由此可以評估陶瓷涂料的預期性能，如：烘干溫度、交聯密度、涂膜硬度、光澤、抗劃性、耐高溫程度等。一般陶瓷涂料的R/Si值小于1.2。此外，陶瓷涂料烘烤溫度低，節能、減排效果顯著，見表2。

4 陶瓷涂料的應用領域及市場前景

4.1 陶瓷涂料的應用領域

陶瓷涂料具有優異的性能特點及節能環保優勢，可在廣闊的建筑金屬裝飾材料領域大顯身手，特別適合于鋁合金幕墻、型材、壁板、包立柱掛板等建筑內外裝飾工程，例如：地鐵站、火車站、機場大樓、商業大廈、賓館、酒店、會議大廳、體育場館、演藝劇場等人流聚集的場所。涂膜耐磨、抗劃、耐擦洗、阻燃、防火、耐高溫，具有很好的裝飾、保護效果。其與高溫氟碳涂料、搪瓷鋼板綜合性能比較見表3。

根據表3中3種材料的綜合性能比較結果，可以看出陶瓷涂料的大部分性能都優于高溫氟碳涂料和搪瓷鋼板，基本可以完全取代它們。另外，經戶外曝曬1年4個月后，ΔE=0.94，光澤無變化，見圖4。按GB/T 1766—2008評定：變色等級0，失光等級0，均達到最高級。

北京地鐵4號線、5號線地下站包立柱掛板原采用搪瓷鋼板，后建的亦莊線、大興線、房山線站內立柱及壁板則采用了噴涂陶瓷涂層的鋁合金裝飾板，效果很好(見圖5)。上海、南京、蘇州等部分城市的地鐵車站也采用了陶瓷涂層鋁合金板作為內裝飾材料。

4.2 水性陶瓷涂料的市場發展前景

我國水性陶瓷涂料的開發與應用尚處于起步階段，特別是下游用戶大多數還不了解這一種新材料，生產廠家的宣傳、推廣工作也很不夠，甚至工程設計單位也知之甚少。2004年以來，韓國的地鐵車輛內裝飾材料大量采用了陶瓷涂料[5]，達到很好的防火效果。高溫氟碳涂料進入我國市場已經20多年了，產品的推廣應用已經很成熟，下力氣開發水性陶瓷涂料應用領域，逐步替代溶劑型高溫氟碳涂料，還需要一個市場培育過程。水性陶瓷涂料在耐高溫炊具，以及耐高溫防腐領域也具有良好的發展前景。其他的潛在應用領域包括燒烤爐、炊具等(見圖6)。

5 結語

水性陶瓷涂料是用于金屬裝飾、保護的一款全新的多功能、環保、節能型涂料新產品，有豐富的原材料資源和廣闊的市場發展空間，產品具有較好的經濟效益和社會效益。在市場推廣過程中，也遇到一些問題，比如陶瓷涂層硬度太高、拉伸強度欠佳、在光滑表面成膜性差、涂膜容易開裂等。因此，要求基材必須采取噴砂方法進行前處理，對于較小的工件容易做到，對于大工件或是薄板材質就無法進行，影響了產品推廣。為了解決必須噴砂處理的難題，北京紅獅公司開發出一種特制配套底漆[6]，底材可以不噴砂，陶瓷涂層對此底漆有很好的附著力，解決了不能噴砂工件使用陶瓷涂料的難題，有利于新產品的推廣應用工作。陶瓷涂料取代高溫氟碳涂料，從性能和經濟效益評價，都是完全可能的，因為這個領域的市場是巨大的，需要我們開闊思路，敢于探索，不斷前行。