CN100580042C

CN100580042C - 可见光红外吸收透明涂料及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN100580042C
Application number: CN 200710051852
Authority: CN
Inventors: 钱俊; 刘武辉; 黎厚斌; 马立胜
Original assignee: HUBEI ZHONGXIN JINGHUA COLOR PRINTING CO Ltd
Current assignee: HUBEI ZHONGXIN JINGHUA COLOR PRINTING CO., LTD.
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2027-04-12
Also published as: CN101033357A

Abstract

本发明涉及一种可见光红外吸收透明涂料及其制备方法和用途，该可见光红外吸收透明涂料采用如下方法制备而成：先将α-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈、磷酸三丁酯按1～2∶10～12∶1～1.5∶2～4的重量比混合，在水浴温度下进行预聚，至粘度100～500厘泊，以成为红外吸收涂料的粘接剂；然后取出40%～60%重量的粘结剂，向其中加入TiO₂、Fe₃O₄、MnO₂、CuO、CdTe、PbS和/或Cr₂O₃的纳米粒子以成为有机近红外吸收剂，使有机近红外吸收剂和剩余充分混合即成为可见光红外吸收透明涂料。该可见光红外吸收透明涂料可用于制作隐身衣、防侦察探测材料、红外防伪油墨，不论是军事上还是民用方面，均具有广泛的应用价值，其潜在经济效益显著。

Description

可见光红外吸收透明涂料及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种可见光红外吸收透明涂料及其制备方法和用途，属于涂料工业技术领域。

背景技术

涂料工业是一个与石油化工、高新材料、能源交通、机械制造等众多行业交叉相关联的技术行业体系，也历来被视为所在国家工业发展水平的一个重要“窗口”。从日常用品到国防尖端产品，涂料的身影无处不在，不论是在人们平常娱乐的扑克牌上，还是在战时的伪装涂料及航天武器系统上都可用到。近年来，国外在研究并改进传统吸收涂料的同时，隐身技术已广泛应用于发达国家的武器系统中，并已作为军事领域中首要的高技术被列为“竞争战略”的基本要素。美国是最早开展红外隐身涂料的的国家，70年代末至80年代初，美国地面装备红外隐身涂料研制工作已初见成效。1980年代中叶，西方各国纷纷介入红外隐身涂料研究，德、英、法、日、加、澳在这一时期均有反映这方面工作的信息出现。一些经济比较发达的国家已经开始用具有红外吸收功能的纤维制成军服武装部队，这种具有红外吸收功能就是对人体释放的红外线有很好的屏蔽作用。因为隐身织物价格低廉、使用方便、工艺稳定、易于批量生产且可实现多频谱隐身功能，国际上正大力发展此种材料。随着先进红外探测器等先进探测设备的相继问世，隐身材料正朝着可见光、红外吸收和激光隐形涂料、红外和激光兼容伪装涂料等复合隐身技术方向发展。目前我国在多功能和宽频技术上的研究比较滞后，虽然有报道说研究的隐身材料其红外发射率达到0.5以下，但均没有进入实用阶段，需进一步显著降低涂层的物体的全发射率值。而对于新型隐身材料诸如纳米复合材料、树脂基复合材料以及自适应智能材料用于红外隐身方面的研究尚未见有成果报道。

发明内容

本发明的目的就是提供一种可见光红外吸收透明涂料及其制备方法和用途，把纳米材料运用于红外隐身技术中来显著降低涂层的物体的全发射率值。

本发明提供的技术方案是该可见光红外吸收透明涂料采用如下方法制备而成：先将α-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈、磷酸三丁酯按1～2∶10～12∶1～1.5∶2～4的重量比混合，在水浴温度下进行预聚，至粘度100～500厘泊，以成为从可见光到远红外都透明的粘结剂；然后取出40％～60％重量的粘结剂，向其中加入占涂料总重量0.5％～10％的TiO₂和/或0.5％～10％的Fe₃O₄和/或0.5％～10％的CuO和/或0.5％～10％的CdTe和/或0.5％～10％的PbS和/或0.5％～10％的Cr₂O₃和/或0.5％～10％的MnO₂的纳米粒子以成为有机近红外吸收剂，最后使有机近红外吸收剂和剩余粘结剂充分混合即成为可见光红外吸收透明涂料。

由上述技术方案可知，本发明是将稀土金属和有机材料金属所形成的一种有机络合物作为一种吸收红外颜料，这种红外吸收涂料的整个涂层借助于细分散的颜料对于太阳光的吸收作用和基料的红外辐射特性，构成了光谱选择吸收作用，它在红外镜下是一黑白世界。即把纳米材料运用到红外隐身技术中，达到显著降低涂层的物体的全发射率值的效果。该可见光红外吸收透明涂料中的粘结剂为有机的聚丙烯酸酯树脂，有机近红外吸收剂由TiO₂、Fe₃O₄、MnO₂、CuO、CdTe、PbS和/或Cr₂O₃的纳米粒子与粘结剂混合而成，因此这种可见光红外吸收透明涂料具有以下突出特点：

1、为了不使自身成为辐射源，选用的粘结剂必须有较低的红外吸收率。因此，适宜的粘结剂应是对红外辐射高透明或高反射的材料。

本发明将α-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈、磷酸三丁酯按比例混合，在水浴温度下进行预聚，至粘度(100～500厘泊)适中，以成为红外吸收涂料的粘结剂。据实测，其在8～14m范围内，透明度可达0.8，既有较低的红外吸收率，又有较好的物理机械性能的红外透明聚合物，是比较理想的红外隐身涂料粘结剂。

该可见光红外吸收透明涂料用有机的聚丙烯酸酯树脂作为粘结剂，对微米波透明，在工作温度下稳定性好，与颜料相容性好，附着力强，可以使整个涂层借助于细分散的颜料对于太阳光的吸收作用和基料的红外辐射特性，构成了光谱选择吸收作用。

2、由于一般涂料粘结剂的反射率较高，主要靠调节颜料来使涂料满足要求，因而颜料是影响涂料的重要因素之一，本发明用的颜料是稀土金属和有机材料金属所形成的一种有机络合物作为一种吸收红外颜料。着色颜料粒子大小对隐身性能影响很大，本发明用的是TiO₂、Fe₃O₄、MnO₂等金属氧化物的纳米粒子，粒子尺寸小于红外波长，大于近红外波长。这样既具有良好的红外透明性，又具有一定的可见光和近红外反射。

纳米材料对波的透射率及吸收率比微粉材料要大得多，除具有极好的吸收特性外，同时具备宽频带、兼容性好、质量小和厚度簿等特点。该可见光红外吸收透明涂料添加纳米材料，在制备工艺及所用着色颜料方面大胆创新。适用于传统的涂层技术，使传统涂层的功能得到飞跃性提高，其复合涂层可见光的透射比和近红外区的屏蔽率最高均可达80％以上，在可见光波段的反射率为1(全反射)、在红外区的反射率为0(全吸收)。

综上所述，本发明提供的可见光红外吸收透明涂料由于工艺简单、施工方便、坚固耐用、成本低廉，是隐身材料中最重要的品种。可用于制备对人体释放的红外线有很好的屏蔽作用的隐身衣、用于透明材料上制成防侦察探测材料、用于制作红外防伪油墨。它还可以制备成各种颜色，除对可见光的反射与背景一致外(即是透明的)，对红外光的是吸收(即是黑色的)的，与各种不同的背景均保持一致。将这种红外吸收材料涂在坦克、飞机和重要军事目标上，能使敌人的红外探测器收不到我们目标的红外辐射以致失效，可以降低红外探测系统的发现距离，规避红外制导弹的有效攻击，使红外探测器不能发现目标或不易发现目标，以达到隐身的目的，从而提高武器装备的战场生存力。用于卫星和科研上的红外探测器，可增加它的灵敏度，在民用的消防红外探测器上涂敷本产品同样也可以提高其探测灵敏度。

具体实施方式

这种可见光红外吸收透明涂料不论是军事上还是民用，其应用前景相当广泛，潜在的经济效益显著，具有广泛推广应用价值。下面通过实施例，进一步阐明本发明的突出特点和显著进步。

实施例1：

将α-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈、磷酸三丁酯按重量比2∶10∶1∶3混合，在水浴温度下进行预聚，至粘度为180厘泊，以成为红外吸收涂料的粘接剂；然后在60％的粘接剂中加入占涂料总重量6％的TiO₂、2.3％的CuO、0.9％的CdTe、1％的MnO₂的纳米粒子以成为有机近红外吸收剂，最后使有机近红外吸收剂和剩余粘结剂充分混合即成为可见光红外吸收透明涂料。

利用制得的涂料印刷在布上制成的“隐身衣”，则“隐身衣”上的这种具有红外吸收功能的涂料可以对人体释放的红外线有很好的屏蔽作用，能有效的防止“走光”。即是将它应用在衣服上，做成一件吸收红外衣服，即成为视频隐身技术，针对红外照相、红外摄像等观测手段而采取的隐身技术。其目的是目标在可见光下是透明的，而在红外下是黑色的，可以隐身，以防止不法之徒，这将是模特和“星”防“走光”的上上策。

所制成的吸收红外衣服特性是：

1、吸收红外效果独特，红外吸收波谱宽，可吸收1-20um波段的红外。

2、稳定性强，吸光度大，吸收峰形尖锐，在可见光区基本无吸收。

3、吸收效率高，可大于95％；吸收性能稳定，一致性好。

4、溶解度好。

5、不含任何放射性元素，对人体无害、无污染。

6、具有微波吸收性能，吸收14dB，频宽8mm-L波段都具有吸收性能。

实施例2：

将α-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈、磷酸三丁酯按重量比1∶12∶1.5∶2.5混合，在水浴温度下进行预聚，至粘度为480厘泊，以成为红外吸收涂料的粘接剂；然后在50％粘接剂中加入占涂料总重量9.2％的TiO₂、3％的Cr₂O₃、0.7％的Fe₃O₄、2.9％的MnO₂金属氧化物的纳米粒子以成为有机近红外吸收剂，最后使有机近红外吸收剂和剩余粘结剂充分混合即成为可见光红外吸收透明涂料。

将制得的涂料涂刷于建筑物玻璃、汽车窗玻璃等场合，涂层可见光的透射比和近红外区的屏蔽率最高均可达80％以上，在保证充分透过可见光的同时即使是高度灵敏的红外探测器，也不能侦察到建筑物或汽车里面的情况。且该涂料还具有下列特点：

1、附着力优良，与任何表面都能附着牢固。

2、具有优良的耐候性，不粉化、不龟裂、抗变色。

3、具有良好的耐化学腐蚀性，防霉菌。

4、透明、平光，无镜面反射。

实施例3：

将α-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈、磷酸三丁酯按重量比2∶10∶1.5∶4混合，在水浴温度下进行预聚，至粘度为300厘泊，以成为红外吸收涂料的粘接剂；然后在45％的粘接剂中加入占涂料总重量8.5％的TiO₂、1.5％的Fe₃O₄、0.6％的PbS、0.9的％MnO₂的纳米粒子以成为有机近红外吸收剂，最后使有机近红外吸收剂和剩余粘结剂充分混合即成为可见光红外吸收透明涂料。

制得的这种涂料是一种红外防伪油墨，将它印刷在商品上，则印刷在承印物上的图案、文字等标记是无色透明的，在普通光下没有任何标记的地方，利用红外检测仪可发现设定的防伪图案。例如一付外表普通的扑克牌，用红外吸收油墨在反面印刷了正面的标记，如果用红外镜片就可以从反面看到黑色的暗记，从而知道它正面是什么。

Claims

1、一种可见光红外吸收透明涂料，其特征在于采用如下方法制备而成：先将α-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈、磷酸三丁酯按1～2∶10～12∶1～1.5∶2～4的重量比混合，在水浴温度下进行预聚，至粘度100～500厘泊，以成为从可见光到远红外都透明的粘结剂；然后取出40％～60％重量的粘结剂，向其中加入占涂料总重量0.5％～10％的TiO₂和/或0.5％～10％的Fe₃O₄和/或0.5％～10％的CuO和/或0.5％～10％的CdTe和/或0.5％～10％的PbS和/或0.5％～10％的Cr₂O₃和/或0.5％～10％的MnO₂的纳米粒子以成为有机近红外吸收剂，最后使有机近红外吸收剂和剩余粘结剂充分混合即成为可见光红外吸收透明涂料。

2、一种权利要求1所述的可见光红外吸收透明涂料的制备方法，其特征在于采用步骤如下：先将α-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈、磷酸三丁酯按1～2∶10～12∶1～1.5∶2～4的重量比混合，在水浴温度下进行预聚，至粘度100～500厘泊，以成为从可见光到远红外都透明的粘结剂；然后取出40％～60％重量的粘结剂，向其中加入占涂料总重量0.5％～10％的TiO₂和/或0.5％～10％的Fe₃O₄和/或0.5％～10％的CuO和/或0.5％～10％的CdTe和/或0.5％～10％的PbS和/或0.5％～10％的Cr₂O₃和/或0.5％～10％的MnO₂的纳米粒子以成为有机近红外吸收剂，最后使有机近红外吸收剂和剩余粘结剂充分混合即成为可见光红外吸收透明涂料。

3、一种权利要求1所述的可见光红外吸收透明涂料的用途，是将其用于制备对人体释放的红外线有很好的屏蔽作用的隐身衣。

4、一种权利要求1所述的可见光红外吸收透明涂料的用途，是将其用于透明材料上制成防侦察探测材料。

5、一种权利要求1所述的可见光红外吸收透明涂料的用途，是将其用于制作红外防伪油墨。