一种可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及伪装涂料技术领域，更具体地说，是涉及一种可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年来，随着科技的飞速发展，伪装涂层不断推陈出新，技术指标越来越高，实用性要求越来越高。而传统的车用伪装涂料的绿色要满足典型绿色背景的伪装要求只能用来做高发射率，不能同时满足该背景下3色或者4色的迷彩中的光学、红外、中远红外和激光的伪装要求，特别是拥有多种绿色背景的涂层不能具备在3-5μm和8-14μm在发射率为0.6-0.95的条件下，满足高中低发射率的同时兼容可见光、近红外、高光谱和激光伪装。
3.显然传统车用伪装涂料已不能满足未来战争的使用需求，越来越多的科研机构开始在其他新材料中寻找解决方法，例如ito这类半导体材料和一些导电聚合物来解决目前所面临的问题，并进行了大量的研究，这些材料最大的缺点就是价格高昂且不能兼容激光防护。
4.传统工艺中，铝粉是伪装涂料研制中经常用到的组分，有时甚至被作为解决低发射率问题的关键，但是铝粉本身的明度很高，而相关国军标中的一些暗系列伪装色的明度普遍较低，很难兼容可见光伪装、中远红外伪装和防激光侦察。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法通过激光染料固化于铝粉表面，在降低铝粉明度、保持铝粉低发射率的同时，赋予铝粉具备激光防护的功能，以将其用于军事伪装涂料等需要低发射率、低明度和激光防护的研究领域中。
6.本发明提供了一种可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉的制备方法，包括以下步骤：
7.a)将铝粉、激光吸收染料、溶剂、蚀刻物质和助剂混合，进行研磨处理，得到包覆铝粉浆；
8.b)将步骤a)得到的包覆铝粉浆中的溶剂去除并用乙醇清洗干净，再经真空干燥，得到可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉。
9.优选的，步骤a)中所述铝粉为油性漂浮型铝粉。
10.优选的，步骤a)中所述激光吸收染料为1080nm激光吸收染料、1000nm激光吸收染料、1060nm激光吸收染料或1100nm激光吸收染料。
11.优选的，步骤a)中所述蚀刻物质选自油酸、醋酸和己二酸中的一种或多种。
12.优选的，步骤a)中所述助剂选自γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和/或多己内多酯多元醇-多乙烯亚胺嵌段共聚物型分散剂。
13.优选的，步骤a)中所述铝粉、激光吸收染料、溶剂、蚀刻物质和助剂的质量比为(8～30)：(3～10)：(30～70)：(0.1～2)：(0.5～1)。
14.优选的，步骤a)中所述研磨处理的过程具体为：
15.将铝粉、激光吸收染料、溶剂、蚀刻物质和助剂混合后，在加有直径2mm～6mm的氧化锆球的容器中以1000r/min～3000r/min的速度进行高速分散研磨6h～8h，得到包覆铝粉浆。
16.优选的，步骤b)中所述溶剂去除的方式为真空抽滤，得到包覆铝粉；
17.所述用乙醇清洗干净的过程具体为：
18.使用乙醇将溶剂去除后得到的包覆铝粉在200r/min～600r/min的速度下分散清洗3min～5min，得到铝粉浆，再经真空抽滤得到包覆铝粉，重复使用乙醇将上述包覆铝粉在200r/min～600r/min的速度下分散清洗3min～5min，重复上述过程2～3次，得到清洗干净的含乙醇的铝粉浆；
19.所述真空干燥的温度为70℃～90℃。
20.本发明还提供了一种可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉，采用上述技术方案所述的制备方法制备而成。
21.本发明还提供了一种伪装涂料，其原料组分中包括上述技术方案所述的可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉。
22.本发明提供了一种可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉及其制备方法和应用；该制备方法包括以下步骤：a)将铝粉、激光吸收染料、溶剂、蚀刻物质和助剂混合，进行研磨处理，得到包覆铝粉浆；b)将步骤a)得到的包覆铝粉浆中的溶剂去除并用乙醇清洗干净，再经真空干燥，得到可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉。与现有技术相比，本发明提供的制备方法采用特定原料配合特定工艺步骤，实现整体较好的相互作用，制备得到的可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉可以很好地在涂料中分散，可兼容光学、红外和激光的伪装防护。
23.同时，本发明提供的制备方法具有工艺简单、能耗低、经济环保等优点，且原材料成本低，适用于大批量生产，可应用于军事防护、防激光窃听等，具有广阔的应用前景。
附图说明
24.图1为本发明实施例1所得包覆铝粉的sem图；
25.图2为本发明实施例1所得1080nm激光染料的包覆铝粉的350-1400nm的光谱反射率曲线；
26.图3为本发明实施例2所得1060nm激光染料的包覆铝粉的350-1400nm的光谱反射率曲线；
27.图4为本发明实施例3所得1000nm激光染料的包覆铝粉的350-1400nm的光谱反射率曲线；
28.图5为本发明实施例4所得bn0606黑色伪装涂料的350-1400nm的光谱反射率曲线。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，
本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.本发明提供了一种可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉的制备方法，包括以下步骤：
31.a)将铝粉、激光吸收染料、溶剂、蚀刻物质和助剂混合，进行研磨处理，得到包覆铝粉浆；
32.b)将步骤a)得到的包覆铝粉浆中的溶剂去除并用乙醇清洗干净，再经真空干燥，得到可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉。
33.本发明首先将铝粉、激光吸收染料、溶剂、蚀刻物质和助剂混合，进行研磨处理，得到包覆铝粉浆。
34.在本发明中，所述铝粉优选为油性漂浮型铝粉；采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述油性漂浮型铝粉是表面没经过处理的铝粉，其表面通过加入蚀刻物质和助剂可以很好的与大分子激光染料结合，使激光染料与铝粉结合的更牢，通过包覆激光染料使得漂浮型铝粉变成非浮型铝粉，可以很好的分散在涂料中，因此，此类铝粉包覆后既呈现出染料的颜色特性，又可以让铝粉以片状的形式分布在涂料中，达到降低红外发射率和防激光的功能，解决了传统铝粉颜料在暗色伪装涂料中，涂料的明度l值降不下来，更无法兼容激光防护和中远红外伪装要求。
35.在本发明中，所述激光吸收染料优选为1080nm激光吸收染料、1000nm激光吸收染料、1060nm激光吸收染料或1100nm激光吸收染料，更优选为1080nm激光吸收染料、1000nm激光吸收染料或1060nm激光吸收染料。
36.在本发明中，所述激光吸收染料的结构式为：
[0037][0038]
制备方法如下：
[0039][0040]
s1：3-甲基-7-二甲氨基-1,4-氧氮杂萘-2-酮合成：
[0041]
准确称取0.25mol的2-氨基-5-n,n-二烷氨基苯酚，在氮气保护下，直接将0.5mol的丙酮酸乙酯加入上述混合溶液，水浴回流4h，溶液出现荧光黄时停止反应；冷却过滤并以乙醇洗涤产物，真空干燥、用丙酮重结晶，得黄色产物，m.p.58.5℃；收率：93.2％；
[0042]
s2：激光染料合成(2,4-bis-[(5-dimethylamino-3,8-o,n-benzoxazin-2-one)methyl]-squaraine)：
[0043]
将0.2mol的3-甲基-7-二烷氨基-1,4-氧氮杂萘-2-酮与0.1mol方酸置于120ml正丁醇和180ml苯的混合溶剂中，在30ml喹啉催化下搅拌回流24h，反应中生成的水用dean-stark分水器分出，反应中以tlc监测反应的进程。室温冷却过滤，先后以苯、石油醚洗涤得黑色产物。
[0044]
在本发明中，所述溶剂优选选自石油醚、二氯甲烷、乙醇、二甲苯、120#溶剂油和环己酮中的一种或多种，更优选为二甲苯或120#溶剂油。本发明对所述溶剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。本发明采用上述溶剂具有价格便宜，毒性低，容易得到等优点。
[0045]
在本发明中，所述蚀刻物质优选选自油酸、醋酸和己二酸中的一种或多种，更优选为长链油酸或醋酸。本发明对所述蚀刻物质的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。本发明采用上述蚀刻物质可以很好的链接铝粉和激光染料且对铝粉降低红外发射率的特性能影响较小。
[0046]
在本发明中，所述助剂优选选自γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和/或多己内多酯多元醇-多乙烯亚胺嵌段共聚物型分散剂，更优选为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。本发明对所述助剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。本发明采用上述助剂可以让着色物质等更好的包覆在铝粉表面，形成致密的着色层。
[0047]
在本发明中，所述铝粉、激光吸收染料、溶剂、蚀刻物质和助剂的质量比优选为(8～30)：(3～10)：(30～70)：(0.1～2)：(0.5～1)。
[0048]
在本发明中，所述研磨处理的过程优选具体为：
[0049]
将铝粉、激光吸收染料、溶剂、蚀刻物质和助剂混合后，在加有直径2mm～6mm的氧化锆球的容器中以1000r/min～3000r/min的速度进行高速分散研磨6h～8h，得到包覆铝粉
浆；
[0050]
更优选为：
[0051]
将铝粉、激光吸收染料、溶剂、蚀刻物质和助剂混合后，在加有直径4mm的氧化锆球的容器中以1800r/min～2500r/min的速度进行高速分散研磨7h，得到包覆铝粉浆。本发明对所述容器没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的球磨机即可。
[0052]
得到所述包覆铝粉浆后，本发明将得到的包覆铝粉浆中的溶剂去除并用乙醇清洗干净，再经真空干燥，得到可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉。
[0053]
在本发明中，所述溶剂去除的方式优选为真空抽滤，得到包覆铝粉。
[0054]
在本发明中，所述用乙醇清洗干净的过程优选具体为：
[0055]
使用乙醇将溶剂去除后得到的包覆铝粉在200r/min～600r/min的速度下分散清洗3min～5min，得到铝粉浆，再经真空抽滤得到包覆铝粉，重复使用乙醇将上述包覆铝粉在200r/min～600r/min的速度下分散清洗3min～5min，重复上述过程2～3次，得到清洗干净的含乙醇的铝粉浆；
[0056]
更优选为：
[0057]
使用乙醇将溶剂去除后得到的包覆铝粉在400r/min～500r/min的速度下分散清洗3min～5min，得到铝粉浆，再经真空抽滤得到包覆铝粉，重复使用乙醇将上述包覆铝粉在400r/min～500r/min的速度下分散清洗3min～5min，重复上述过程2～3次，得到清洗干净的含少量乙醇的铝粉浆。本发明选用乙醇作为清洗剂，可以很好的洗掉包覆铝粉表面的杂质，且价格便宜，毒性低，容易得到。
[0058]
在本发明中，所述真空干燥的温度优选为70℃～90℃，更优选为80℃～85℃；直至乙醇完全挥发，得到块状包覆铝粉，最后使用破碎机破碎成粉末状。
[0059]
本发明提供的制备方法采用特定原料配合特定工艺步骤，实现整体较好的相互作用，制备得到的可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉可以很好地在涂料中分散，可兼容光学、红外和激光的伪装防护；同时，本发明提供的制备方法具有工艺简单、能耗低、经济环保等优点，且原材料成本低，适用于大批量生产，可应用于军事防护、防激光窃听等，具有广阔的应用前景。
[0060]
本发明还提供了一种可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉，采用上述技术方案所述的制备方法制备而成。本发明提供的包覆铝粉由包括铝粉、激光吸收染料、溶剂、蚀刻物质和助剂的原料制备而成，实现激光吸收染料包覆于铝粉表面。在本发明中，所述可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉能够用于伪装涂料。
[0061]
本发明还提供了一种伪装涂料，其原料组分中包括上述技术方案所述的可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉。本发明提供的可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉可应用于军事防护、防激光窃听等；比如，用该包覆铝粉制备的低明度伪装涂料可以满足相关国军标中所要求的颜色色差、发射率及防激光要求；同时该伪装涂料的涂层有很好的物理机械性能和耐环境适应性。
[0062]
综上，本发明的有益效果如下：
[0063]
(1)本发明的包覆铝粉中含有激光吸收染料，该类染料一方面可以很好的包覆于铝粉表面，使铝粉表面呈现出染料所对应的颜色，另一方面具有较好的光谱选择性，对激光波段有很好的吸收，对红外发射率的影响较小，使得包覆完成后的铝粉能够以颜料的形式
作为配方用到军用伪装涂料中，除了具有低明度特性，还不影响国军标要求的绿色背景的光谱通道等，该染料性能稳定性好。
[0064]
(2)本发明的包覆铝粉中含有蚀刻物质，其中油酸是一种长链有机酸，较无机酸的优势在于：一方面可以很好的在铝粉表面和着色物质表面形成化学键，提高包覆铝粉的稳定性；另一方面反应比较温和，不会对铝粉本身的状态造成破坏。
[0065]
(3)本发明的包覆铝粉因为有助剂如硅烷偶联剂等成分，可以很好地在涂料中分散，具有颜色和发射率可调等特性。
[0066]
(4)本发明提供的制备方法工艺简单，适用于大批量生产，原材料价格便宜，且制备得到的包覆铝粉可应用于军事防护、防激光窃听等。
[0067]
(5)本发明还提供了一种包括本发明提供的包覆铝粉的涂料；用该包覆铝粉制备的低明度伪装涂料可以满足相关国军标中所要求的颜色色差、发射率及防激光要求；同时该伪装涂料的涂层有很好的物理机械性能和耐环境适应性。
[0068]
本发明提供了一种可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉及其制备方法和应用；该制备方法包括以下步骤：a)将铝粉、激光吸收染料、溶剂、蚀刻物质和助剂混合，进行研磨处理，得到包覆铝粉浆；b)将步骤a)得到的包覆铝粉浆中的溶剂去除并用乙醇清洗干净，再经真空干燥，得到可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉。与现有技术相比，本发明提供的制备方法采用特定原料配合特定工艺步骤，实现整体较好的相互作用，制备得到的可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉可以很好地在涂料中分散，可兼容光学、红外和激光的伪装防护。
[0069]
同时，本发明提供的制备方法具有工艺简单、能耗低、经济环保等优点，且原材料成本低，适用于大批量生产，可应用于军事防护、防激光窃听等，具有广阔的应用前景。
[0070]
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例中所用的药品/试剂均为市售；其中，硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，氧化锆球的直径为4mm。
[0071]
实施例1
[0072]
一种1080nm激光染料包覆铝粉，该激光吸收染料包覆铝粉的原料组成包括：按质量比计8：3：30：0.1：0.5的油性漂浮型铝粉、1080nm激光吸收染料、二甲苯、油酸和硅烷偶联剂；所述原料在加有氧化锆球的容器中进行高速分散研磨，得到激光吸收包覆铝粉浆，然后使用清洗剂对包覆铝粉表面进行清洗，去掉表面残留的杂质，得到激光吸收包覆铝粉，即可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉。
[0073]
其具体制备方法，包括以下步骤：
[0074]
s1：按原料质量比称取油性漂浮型铝粉、1080nm激光吸收染料、二甲苯、油酸和硅烷偶联剂，在加有氧化锆球的容器中以2000r/min的速度进行高速分散研磨7h，得到包覆铝粉浆；
[0075]
s2：将包覆铝粉浆采用真空抽滤的方式除掉其中的溶剂，得到包覆铝粉；
[0076]
s3：将包覆铝粉使用乙醇清洗、在400r/min的速度下分散3min，确保铝粉表面能被清洗干净；
[0077]
s4：反复步骤s2-s3的处理2-3次，得到清洗干净的含少量乙醇的铝粉浆；
[0078]
s5：将铝粉浆在80℃的条件下进行真空干燥，直至乙醇完全挥发，得到块状包覆铝粉，使用破碎机破碎成粉末状，得到1080nm激光吸收染料包覆铝粉成品。
[0079]
本发明实施例1提供的制备方法制备得到的可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉的sem图参见图1所示。
[0080]
将实施例1所制得的包覆铝粉按质量比树脂：包覆铝粉：稀释剂＝1：1：1.5分散均匀得到物质定义为a组分；将与树脂配套的固化剂定义为b组分，按a组分：b组分＝10：1的质量比例配制成涂料，随后喷涂于马口铁板上测试其l*a*b*值、3-5μm和8-14μm的红外发射率及350-1400nm光谱反射率曲线，结果参见表2及图2所示。
[0081]
实施例2
[0082]
一种1060nm激光染料包覆铝粉，该激光吸收染料包覆铝粉的原料组成包括：按质量比计30：10：70：2：1的油性漂浮型铝粉、1060nm激光吸收染料、120#溶剂油、油酸和硅烷偶联剂；所述原料在加有氧化锆球的容器中进行高速分散研磨，得到激光吸收包覆铝粉浆，然后使用清洗剂对包覆铝粉表面进行清洗，去掉表面残留的杂质，得到激光吸收包覆铝粉，即可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉。
[0083]
其具体制备方法，包括以下步骤：
[0084]
s1：按原料质量比称取油性漂浮型铝粉、1060nm激光吸收染料、120#溶剂油、油酸和硅烷偶联剂，在加有氧化锆球的容器中以1800r/min的速度进行高速分散研磨7h，得到包覆铝粉浆；
[0085]
s2：将包覆铝粉浆采用真空抽滤的方式除掉其中的溶剂，得到包覆铝粉；
[0086]
s3：将包覆铝粉使用乙醇清洗、在400r/min的速度下分散5min，确保铝粉表面能被清洗干净；
[0087]
s4：反复步骤s2-s3的处理2-3次，得到清洗干净的含少量乙醇的铝粉浆；
[0088]
s5：将铝粉浆在85℃的条件下进行真空干燥，直至乙醇完全挥发，得到块状包覆铝粉，使用破碎机破碎成粉末状，得到1060nm激光吸收染料包覆铝粉成品。
[0089]
将实施例2所制得的包覆铝粉按质量比树脂：包覆铝粉：稀释剂＝1：1：1.5分散均匀得到物质定义为a组分；将与树脂配套的固化剂定义为b组分，按a组分：b组分＝10：1的质量比例配制成涂料，随后喷涂于马口铁板上测试其l*a*b*值、3-5μm和8-14μm的红外发射率及350-1400nm光谱反射率曲线，结果参见表2及图3所示。
[0090]
实施例3
[0091]
一种1000nm激光染料包覆铝粉，该激光吸收染料包覆铝粉的原料组成包括：按质量比计17：8：45：1.3：0.8的油性漂浮型铝粉、1000nm激光吸收染料、二甲苯、醋酸和硅烷偶联剂；所述原料在加有氧化锆球的容器中进行高速分散研磨，得到激光吸收包覆铝粉浆，然后使用清洗剂对包覆铝粉表面进行清洗，去掉表面残留的杂质，得到激光吸收包覆铝粉，即可兼容光学、红外和激光的包覆铝粉。
[0092]
其具体制备方法，包括以下步骤：
[0093]
s1：按原料质量比称取油性漂浮型铝粉、1000nm激光吸收染料、二甲苯、醋酸和硅烷偶联剂，在加有氧化锆球的容器中以2500r/min的速度进行高速分散研磨7h，得到包覆铝粉浆；
[0094]
s2：将包覆铝粉浆采用真空抽滤的方式除掉其中的溶剂，得到包覆铝粉；
[0095]
s3：将包覆铝粉使用乙醇清洗、在500r/min的速度下分散5min，确保铝粉表面能被清洗干净；
[0096]
s4：反复步骤s2-s3的处理2-3次，得到清洗干净的含少量乙醇的铝粉浆；
[0097]
s5：将铝粉浆在80℃的条件下进行真空干燥，直至乙醇完全挥发，得到块状包覆铝粉，使用破碎机破碎成粉末状，得到1000nm激光吸收染料包覆铝粉成品。
[0098]
将实施例3所制得的包覆铝粉按质量比树脂：包覆铝粉：稀释剂＝1：1：1.5分散均匀得到物质定义为a组分；将与树脂配套的固化剂定义为b组分，按a组分：b组分＝10：1的质量比例配制成涂料，随后喷涂于马口铁板上测试其l*a*b*值、3-5μm和8-14μm的红外发射率及350-1400nm光谱反射率曲线，结果参见表2及图4所示。
[0099]
实施例4
[0100]
按照表1配方得到黑色伪装涂料。
[0101]
表1基于实施例1～3所述包覆铝粉的黑色伪装涂料配方
[0102]
组成质量比1080nm激光吸收包覆铝粉11060nm激光吸收包覆铝粉31000nm激光吸收包覆铝粉1.5炭黑色浆4钴蓝色浆1铬绿色浆0.6红色浆0.1黄色浆0.3
[0103]
将实施例4所制得的黑色伪装涂料按涂料：固化剂＝10：1的质量比例配制成黏度为18-22s(涂4杯法)的涂料，随后喷涂在马口铁板上，测试其l*a*b*值、3-5μm和8-14μm的红外发射率及350-1400nm光谱反射率曲线，结果参见表2及图5所示。
[0104]
表2实施例1～4的光学、红外发射率和1064nm反射率数据
[0105][0106]
经测试验证，实施例4所得的深绿色伪装涂料的测试参数完全满足相关国军标中黑色(bn0606)所要求的l*a*b*值、可见光亮度对比、近红外亮度对比、红外发射率和1064nm的激光防护等要求。
[0107]
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致
的最宽的范围。