一种低反射涂料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及材料领域，尤其涉及一种低反射涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、杂散光是成像系统中不需要的噪光，会直接影响光学元器件的成像；非成像杂散光线经过散射后照射到焦平面形成鬼影，会导致观测目标成像模糊，影响识别能力。为消除杂散光的不利影响，目前常用的解决方案是在光学元器件的壳体材料表面用涂层修饰以屏蔽杂散光。

2、目前，工业应用的低反射率涂料主要采用炭黑作为吸光材料，配合消光粉(蜡粉、气相二氧化硅)来降低涂层光泽，从而达到降低反射率的效果。但是要达到较低的反射率，炭黑和消光粉所需的用量通常较大，容易导致涂层的机械性能下降；在涂料中增加树脂用量虽能提高机械性能，但同时又会在一定程度上提高涂层的反射率。因此，目前低反射率涂料的反射率基本只能控制在2％左右，不能满足极低反射率要求的应用场景。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低反射涂料及其制备方法和应用。本发明低反射涂料中含有封端聚氨酯黑色粉体，其在加热条件下可开端生成-nco，进一步与涂料中羟基丙烯酸树脂中的-oh交联后形成交联结构，可使涂层具备较强的机械性能及耐久性。在此基础上再配合涂料中的炭黑色浆，最终可达到极低的反射率(≤0.08％)。此外，本发明封端聚氨酯黑色粉体具有含氟链段，可使涂层干燥后表面具有足够的微观粗糙度，进一步降低涂层的光泽度。

2、本发明的具体技术方案为：

3、第一方面，本发明提供了一种低反射涂料，包括以下质量百分数的原料：羟基丙烯酸树脂10-30wt％，封端聚氨酯黑色粉体5-35wt％，炭黑色浆2-25wt％，助剂0.5-5wt％，溶剂20-80wt％。其中，所述封端聚氨酯黑色粉体为负载有炭黑且具有含氟链段的封端聚氨酯。

4、本发明的涂料以特制的负载有炭黑的封端聚氨酯黑色粉体作为活性填料，其在加热条件下可开端生成-nco基团，与配方中羟基丙烯酸树脂中的-oh发生交联反应，最终形成交联结构。因此该活性填料不仅能够有效降低涂层的光泽度(降低反射率)，还能在较少树脂用量的情况下，确保涂层依然具备较强的机械性能及耐久性。在此基础上再配合配方中的炭黑色浆吸收光，最终可达到极低反射率(≤0.08％)的效果。

5、此外，本发明封端聚氨酯黑色粉体中的封端聚氨酯分子结构中，引入有含氟链段，可赋予封端聚氨酯黑色粉体极低的表面张力，使得在涂层干燥过程中黑色粉体容易向涂层表面迁移，使得涂层表面具有足够的微观粗糙度而不是形成光滑的涂层表面，可进一步降低涂层光泽度。

6、本发明将封端聚氨酯黑色粉体的含量控制在5-35wt％，原因在于：若含量过低，则对于降低涂层光泽度和反射率的效果不够明显；反之若含量过高，过多的黑色粉体又会导致涂层耐老化性降低，容易掉粉。

7、作为优选，所述封端聚氨酯黑色粉体的nco含量为10±0.3％，解封温度为105-120℃。

8、作为优选，所述封端聚氨酯黑色粉体的制备方法包括以下步骤：

9、s1：对脂肪族二异氰酸酯、全氟聚乙二醇、扩链剂、封端剂、炭黑和部分反应溶剂进行除水；

10、s2：在反应容器中加入脂肪族二异氰酸酯，加热处理，加入全氟聚乙二醇后反应；加入扩链剂和反应溶剂，继续反应，生成聚氨酯预聚物；

11、s3：将炭黑与剩余反应溶剂的混合物加热处理，加至预聚物中反应；降温，加入封端剂继续反应；加入中和剂调节体系ph至7-9；

12、s4：降温，真空干燥，将所得黑色固体产物粉碎、过筛，得到封端聚氨酯黑色粉体。

13、经过上述制备过程中的接枝反应，本发明将含氟链段引入到二异氰酸酯中，并进行扩链提高分子量，形成聚氨酯预聚物，聚氨酯预聚物中的-nco基团与炭黑中的-cooh反应，将聚氨酯链段与炭黑通过化学键结合，经过封端后，得到封端聚氨酯黑色粉体。将其添加至涂料后制备低反射率涂层中，涂料在加热至高于解封温度后，封闭的异氰酸酯解封，生成游离的-nco基团与羟基丙烯酸树脂中的-oh发生交联反应，可保证涂层具有足够的力学性能及耐久性。

14、作为优选，所述脂肪族二异氰酸酯选自六亚甲基二异氰酸酯(hdi)、异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)中的一种或两种；所述全氟聚乙二醇的分子量为100-1000；所述扩链剂选自三羟甲基丙烷(tmp)、二羟甲基丙酸(dmpa)和二羟甲基丁酸(dmba)中的一种或几种；所述封端剂选自丁酮肟、亚硫酸氢钠中的一种或两种；所述中和剂选自三乙醇胺、氨水和2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一种或几种；所述炭黑为高黑度炉法炭黑，ph为2.5-4；所述反应溶剂选自丙酮、丁酮和甲基异丁基酮中的一种或几种。

15、作为优选，所述封端聚氨酯黑色粉体的制备过程中各原料的重量份如下：脂肪族二异氰酸酯100份，全氟聚乙二醇50-150份，扩链剂1-10份，封端剂1-10份，炭黑5-15份，反应溶剂200-400份。

16、作为优选，s1具体包括：将脂肪族二异氰酸酯、全氟聚乙二醇、扩链剂、封端剂和炭黑在110-130℃下真空干燥12h以上；对反应溶剂加分子筛除水。

17、作为优选，s2中，加热处理的温度为45-55℃，加入全氟聚乙二醇后反应20-40min；所述继续反应的时间为80-100min。

18、作为优选，s3中，所述加热处理的温度45-55℃，加至聚氨酯预聚物中反应110-130min：降温至35-45℃，加入封端剂后继续反应20-40min。

19、作为优选，s4中，过筛后的封端聚氨酯黑色粉体的粒径为1-10微米。

20、作为优选，所述羟基丙烯酸树脂的固含量为49-51wt％，羟值为60-70mgkoh/g；所述炭黑色浆为高黑度气法炭黑色浆，固含量为39-41wt％；所述助剂选自分散剂、润湿剂、消泡剂、流平剂、硅烷偶联剂、防沉剂和流变助剂中的一种或几种；所述溶剂选自二甲苯、醋酸正丁酯、醋酸乙酯、乙二醇单丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种。

21、作为优选，所述低反射涂料固化后所形成的涂层的85°光泽度≤0.5，反射率≤0.2％。

22、第二方面，本发明提供了一种上述低反射涂料的制备方法，包括以下步骤：在容器中依次加入羟基丙烯酸树脂、助剂、部分溶剂、封端聚氨酯黑色粉体，研磨至细度≤35μm，加入炭黑色浆及剩余溶剂，分散20-30min至均匀，整个制备过程中控制体系温度低于70℃。

23、第三方面，本发明提供了上述低反射涂料在可见光及近红外波段抑制杂散光中的应用。

24、与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

25、(1)本发明涂料以负载有炭黑的封端聚氨酯黑色粉体作为活性填料，其在加热条件下可开端生成-nco基团，与羟基丙烯酸树脂中的-oh发生交联反应，最终形成交联结构。因此涂料固化后形成的涂层不仅能够有效降低涂层光泽(降低反射率)，还能在较少树脂用量的情况下，确保涂层依然具备较强的机械性能及耐久性。在此基础上再配合配方中的炭黑色浆吸收光，最终可达到极低反射率(≤0.08％)的效果。

26、(2)本发明封端聚氨酯黑色粉体中的封端聚氨酯分子结构中引入有含氟链段，可赋予封端聚氨酯黑色粉体极低的表面张力，使得在涂层干燥过程中黑色粉体容易向涂层表面迁移，使得涂层表面具有足够的微观粗糙度而不是形成光滑的涂层表面，可进一步降低涂层光泽。

27、(3)本发明封端聚氨酯黑色粉体的制备过程中，聚氨酯预聚物中的-nco与炭黑中的-cooh反应，将聚氨酯链段与炭黑通过化学键结合，结合牢度高，相容性好。