CN102417771B - 红外隐身涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

红外隐身涂料及其制备方法，以三种不同具有不同的相变温度范围的相变材料为芯材，三聚氰胺-甲醛树脂为壁材，通过原位聚合法制备相变微胶囊作为控温材料添加到红外隐身涂料中，以调控目标的温度进而控制目标的热红外辐射强度，达到红外隐身的目的，可满足被保护目标大约10～60℃范围内的红外隐身要求。该涂料克服了低发射率红外隐身材料与可见光尤其是雷达波段的伪装难以兼容、涂层对污染的耐受力差，灰尘和水分能使其发射率显著增高而隐身效果降低等不足。

Description

红外隐身涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子复合材料的制备。

背景技术

由于物体红外线辐射的普遍性，目标与背景红外线辐射的差异性以及热侦查的被动性，热红外探测在现代军事侦察监视中正发挥着越来越重要的作用，各种军事目标已处于红外线侦查的威胁之中。特别是运动目标，如飞机、坦克、军舰和导弹装载车等，都拥有大功率的动力源，运动时会产生强烈的热红外辐射。某些高速运动目标，如飞机、导弹等，在飞行过程中，它们的外壳与大气摩擦产生的热也是热红外辐射源。

大气的红外窗口有以下3个波段：1～2.5μm，3～5μm和8～14μm。红外辐射在这3个波段外基本上是不透明的，其中3～5μm和8～14μm这部分红外线辐射来自目标和背景本身温度所引起的热辐射，故又称为热红外线辐射。热红外探测系统就是依靠目标和背景本身温度所引起的热辐射差别来发现和识别目标。

考虑受大气红外窗口的限制，中、远红外线探测器的实际工作波段为3～5μm和8～14μm。这两个波段上大气中的水和二氧化碳等对热红外辐射的吸收最弱，热红外辐射的穿透率高，由于这两个窗口的热红外辐射比较透明，使得军事目标和武器装备被发现和摧毁的可能性极高，严重威胁到军事目标和武器装备的生存。热红外隐身材料可使目标和背景本身温度所引起的热辐射差减小到红外探测器探测不到或识别不出的程度，达到隐身目的。因此，以降低和削弱敌方红外探测设备的效能为目的的热红外隐身材料技术受到各国军方的高度关注。

根据斯蒂芬-波耳茨曼定律M＝εσT4可知，降低目标表面发射率和控制目标表面温度可实现红外隐身。在斯蒂芬-波耳茨曼定律中，M为物质的辐射强度；ε为物质的表面发射率；σ为波耳茨曼常数；T为物质表面的热力学温度。

在军事热红外伪装领域中，早期一直以低发射率材料特别是低发射率涂料为研究重点，该类涂料主要以铝粉和黄铜粉等低发射率材料为红外吸收剂，具有以下一些不足：(1)与可见光尤其是雷达波段的伪装难以兼容；(2)涂层对污染的耐受力差，灰尘和水分能使其发射率显著增高。因此低发射率涂料的应用受到了很大的限制。

背景技术的低发射率红外隐身材料与可见光尤其是雷达波段的伪装难以兼容、涂层对污染的耐受力差，灰尘和水分能使其发射率显著增高而隐身效果降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种红外隐身涂料及其制备方法。

本发明是红外隐身涂料及其制备方法，红外隐身涂料由甲、乙两组分组成，基于甲组分的总质量，按质量百分比计，甲组分的组成为：

基于乙组分的总质量，按质量百分比计，乙组分的组成为：

甲乙组分按质量比为10∶1进行配比，混合分散均匀即得红外隐身涂料。

红外隐身涂料的制备方法，按上述各组分进行配料，三聚氰胺-甲醛(MF)预聚体的制备步骤为：

将配方量的三聚氰胺、甲醛和去离子水依次加入装有电动搅拌、冷凝管、温度计、加料口和水浴加热的四口瓶中，水浴加热至75℃，待体物料体系透明后，用10％三乙醇胺水溶液调pH＝8～9，然后恒温反应30min制得MF预聚体，出料，备用；

石蜡芯材乳液的制备步骤为：

①将配方量的去离子水和乳化剂2加入到带有温度计、机械搅拌和冷凝装置的三口容器中，水浴加热至65℃，300～400r/min搅拌20min，制得乳化剂水溶液，出料，备用；

②将配方量的石蜡和乳化剂1加入到乳化反应釜中，加热熔融后1000r/min搅拌，在物料达到65℃后停止加热、保温，继续搅拌20min；

③在1000r/min搅拌转速下，将乳化剂水溶液均分为5份分批加入到乳化反应釜中，每次间隔5min，最后一批乳化剂水溶液加完后直接调搅拌转速至4000r/min，搅拌40min制得石蜡乳液，出料，备用；

硬脂酸丁酯-正十四醇混合芯材乳液的制备步骤为：

①将配方量的苯乙烯-马来酸酐共聚树脂、氢氧化钠和乳化剂2加入到去离子水中，混合，水浴加热至60℃，3000r/min搅拌分散30min，然后用10％柠檬酸水溶液调其pH＝4～5，制成乳化剂水溶液，备用；②将配方量的硬脂酸丁酯和正十四醇加入到乳化反应釜中，加热熔融，2000r/min搅拌20min；③在1000r/min搅拌转速下，将乳化剂水溶液均分为5份分批加入到乳化反应釜中，每次间隔5min，最后一批乳化剂水溶液加完后直接调搅拌转速至4000r/min，搅拌40min制得硬脂酸丁酯-正十四醇乳液，出料，备用；

相变微胶囊的制备步骤为：

①称取配方量的石蜡乳化液(或硬脂酸丁酯-正十四醇乳化液)加入到一个包含有机械搅拌、冷凝管、温度计及加料口的四口容器中，机械搅拌，水浴加热至70℃；

②称取配方量的三聚氰胺-甲醛(MF)预聚体，将其加入到滴液漏斗中，然后从四口容器的加料口开始滴加三聚氰胺-甲醛(MF)预聚体，控制滴加速率在0.5mL/分钟以下；

③三聚氰胺-甲醛(MF)预聚体滴加完毕后，水浴加热至75℃，保温反应2h，出料，真空抽滤、干燥，得到相变微胶囊的粉末产品；

红外隐身涂料甲组分的制备步骤为：

①将配方量的羟基丙烯酸树脂(固含量＝50％)、颜料、滑石粉、轻质碳酸钙、有机膨润土、消光剂、分散剂、流平剂、消泡剂、和稀释剂加入到带有机械搅拌装置的容器中，搅拌混合均匀，使用研磨设备将混合均匀的漆料研磨分散至细度≤25μm，出料，备用；

②将配方量的石蜡相变微胶囊、硬脂酸丁酯-正十四醇相变微胶囊和步骤①制得的漆料加入到带有机械搅拌装置的容器中，搅拌混合均匀，出料，制得红外隐身涂料甲组分；

红外隐身涂料乙组分的制备步骤为：

将配方量的异氰酸酯固化剂与稀释剂加入到带有机械搅拌装置的容器中，搅拌混合均匀，出料，制得红外隐身涂料乙组分。

本发明的相变材料是指以潜热形式储存和释放能量的材料。其在物相变化过程中吸收和放出的热量称为相变潜热，同时其自身温度保持不变。由于其特有的控温能力，可通过调控目标的温度进而控制目标的热红外辐射强度，同时克服了低发射率红外隐身材料的不足。因此，相变材料在军事热红外伪装领域具有广泛的应用前景。

本发明产品以三种不同的相变材料为芯材，制备相变微胶囊作为控温材料，提高了传统相变材料的稳定性，强化了传统相变材料的传热性能，改善了传统相变材料的加工性能。同时，三种芯材具有不同的相变温度范围，可吸收目标排出的热量，从而对热源产生的热载荷获得最佳的热伪装效果，在工作时间内，保持目标朝向潜在红外探测器的面温度基本不变，这样可以迷惑或使敌红外探测器探测不到目标。本发明达到了红外隐身的目的，可满足被保护目标大约10～60℃范围内的红外隐身要求。

具体实施方式

本发明是一种红外隐身涂料及其制备方法，红外隐身涂料由甲、乙两组分组成，基于甲组分的总质量，按质量百分比计，甲组分的组成为：

甲乙组分按质量比为10∶1进行配比，混合分散均匀即得红外隐身涂料。

根据以上所述的红外隐身涂料，按质量百分数计，石蜡相变微胶囊的合成原料及相应的用量比例为：

石蜡乳液50％～65％

三聚氰胺-甲醛预聚体35％～50％。

根据以上所述的红外隐身涂料，按质量百分数计，硬脂酸丁酯-正十四醇相变微胶囊的合成原料及相应的用量比例为：

硬脂酸丁酯-正十四醇乳液55％～65％

三聚氰胺-甲醛(MF)预聚体35％～45％。

根据以上所述的红外隐身涂料，按质量百分数计，三聚氰胺-甲醛预聚体的合成原料及相应的用量比例为：

根据以上所述的红外隐身涂料，按质量百分数计，石蜡相变微胶囊的石蜡乳液的合成原料及相应的用量比例为：

根据以上所述的红外隐身涂料，按质量百分数计，硬脂酸丁酯-正十四醇相变微胶囊的硬脂酸丁酯-正十四醇乳液的合成原料及相应的用量比例为：

根据以上所述的红外隐身涂料，颜料为迷彩颜料，消光剂为ED-30，分散剂为BYK-163，流平剂为BYK-306，消泡剂为BYK-066N，异氰酸酯固化剂为拜耳N-75。

稀释剂为二甲苯和丙二醇甲醚醋酸酯的混合物，二甲苯与丙二醇甲醚醋酸酯的质量比为7∶3。

乳化剂1为span-80，乳化剂2为op-10。

红外隐身涂料的制备方法，按以上所述组分进行配料，其步骤为：

(1)三聚氰胺-甲醛预聚体的制备步骤为：

将配方量的三聚氰胺、甲醛和去离子水依次加入装有电动搅拌、冷凝管、温度计、加料口和水浴加热的四口瓶中，水浴加热至75℃，待体物料体系透明后，用10％三乙醇胺水溶液调pH＝8～9，然后恒温反应30分钟制得三聚氰胺-甲醛预聚体，出料，备用；

(2)石蜡芯材乳液的制备步骤为：

①将配方量的去离子水和乳化剂2加入到带有温度计、机械搅拌和冷凝装置的三口容器中，水浴加热至65℃，300～400r/min搅拌20分钟，制得乳化剂水溶液，出料，备用；

②将配方量的石蜡和乳化剂1加入到乳化反应釜中，加热熔融后1000r/min搅拌，在物料达到65℃后停止加热、保温，继续搅拌20分钟；

③在1000r/min搅拌转速下，将乳化剂水溶液均分为5份分批加入到乳化反应釜中，每次间隔5分钟，最后一批乳化剂水溶液加完后直接调搅拌转速至4000r/min，搅拌40分钟制得石蜡乳液，出料，备用；

(3)硬脂酸丁酯-正十四醇混合芯材乳液的制备步骤为：

①将配方量的苯乙烯-马来酸酐共聚树脂、氢氧化钠和乳化剂2加入到去离子水中，混合，水浴加热至60℃，3000r/min搅拌分散30分钟，然后用10％柠檬酸水溶液调其pH＝4～5，制成乳化剂水溶液，备用；②将配方量的硬脂酸丁酯和正十四醇加入到乳化反应釜中，加热熔融，2000r/min搅拌20分钟；③在1000r/min搅拌转速下，将乳化剂水溶液均分为5份分批加入到乳化反应釜中，每次间隔5分钟，最后一批乳化剂水溶液加完后直接调搅拌转速至4000r/min，搅拌40分钟制得硬脂酸丁酯-正十四醇乳液，出料，备用；

(4)相变微胶囊的制备步骤为：

①称取配方量的石蜡乳化液(或硬脂酸丁酯-正十四醇乳化液)加入到一个包含有机械搅拌、冷凝管、温度计及加料口的四口容器中，机械搅拌，水浴加热至70℃；

②称取配方量的三聚氰胺-甲醛预聚体，将其加入到滴液漏斗中，然后从四口容器的加料口开始滴加三聚氰胺-甲醛预聚体，控制滴加速率在0.5mL/分钟以下；

③三聚氰胺-甲醛预聚体滴加完毕后，水浴加热至75℃，保温反应2小时，出料，真空抽滤、干燥，得到相变微胶囊的粉末产品；

(5)红外隐身涂料甲组分的制备步骤为：

①将配方量的羟基丙烯酸树脂、颜料、滑石粉、轻质碳酸钙、有机膨润土、消光剂、分散剂、流平剂、消泡剂、和稀释剂加入到带有机械搅拌装置的容器中，搅拌混合均匀，使用研磨设备将混合均匀的漆料研磨分散至细度≤25μm，出料，备用；

②将配方量的石蜡相变微胶囊、硬脂酸丁酯-正十四醇相变微胶囊和步骤①制得的漆料加入到带有机械搅拌装置的容器中，搅拌混合均匀，出料，制得红外隐身涂料甲组分；

(6)红外隐身涂料乙组分的制备步骤为：

将配方量的异氰酸酯固化剂与稀释剂加入到带有机械搅拌装置的容器中，搅拌混合均匀，出料，制得红外隐身涂料乙组分。

实施例1.MF预聚体的制备

将20.2g三聚氰胺，38.9g37％甲醛和110.4g去离子水依次加入装有电动搅拌、冷凝管、温度计、加料口和水浴加热的四口瓶中，水浴加热至75℃，待体物料体系透明后，用10％三乙醇胺水溶液调pH＝8～9，然后恒温反应30min制得MF预聚体，出料，备用。

实施例2.芯材乳化液的制备

(1)石蜡芯材乳液的制备

①将164.0g去离子水和13.6g乳化剂op-10加入到带有温度计、机械搅拌和冷凝装置的三口容器中，水浴加热至65℃，300～400r/min搅拌20min，制得乳化剂水溶液，出料，备用；②将40g石蜡和2.4g乳化剂span-80加入到乳化反应釜中，加热熔融后1000r/min搅拌，在物料达到65℃后停止加热、保温，继续搅拌20min；③在1000r/min搅拌转速下，将乳化剂水溶液均分为5份分批加入到乳化反应釜中，每次间隔5min，最后一批乳化剂水溶液加完后直接调搅拌转速至4000r/min，搅拌40min制得石蜡乳液，出料，备用

(2)硬脂酸丁酯-正十四醇混合芯材乳液的制备

①将2.0gSMA、0.3g氢氧化钠和10g乳化剂op-10加入到200.0g去离子水中，混合，水浴加热至60℃，3000r/min搅拌分散30min，然后用10％柠檬酸水溶液调其pH＝4～5，制成乳化剂水溶液，备用；②将8g硬脂酸丁酯和16g正十四醇加入到乳化反应釜中，加热熔融，2000r/min搅拌20min；③在1000r/min搅拌转速下，将乳化剂水溶液均分为5份分批加入到乳化反应釜中，每次间隔5min，最后一批乳化剂水溶液加完后直接调搅拌转速至4000r/min，搅拌40min制得硬脂酸丁酯-正十四醇乳化液，出料，备用。

实施例3.相变微胶囊的制备

①称取100g石蜡乳化液(或120.0g硬脂酸丁酯-正十四醇乳化液)加入到一个包含有机械搅拌、冷凝管、温度计及加料口的四口容器中，机械搅拌，水浴加热至70℃；②称取75.0g(或者80.0g)MF预聚体，将其加入到滴液漏斗中，然后从四口容器的加料口开始滴加MF预聚体，控制滴加速率在0.5ml/min以下；③MF预聚体滴加完毕后，水浴加热至75℃，保温反应2h，出料，真空抽滤、干燥，得到相变微胶囊的粉末产品。

实施例4.红外隐身涂料的制备

①将140.0g羟基丙烯酸树脂(固含量＝50％)、10.0g颜料、10.0g滑石粉、9.5g轻质碳酸钙、0.5g有机膨润土、5.0g消光剂ED-30、0.2g分散剂BYK-163、0.7g流平剂BYK-306、0.3g消泡剂BYK-066N和3.8g稀释剂(由二甲苯和丙二醇甲醚醋酸酯重量比＝7∶3混合制得)加入到带有机械搅拌装置的容器中，搅拌混合均匀，使用研磨设备将混合均匀的漆料研磨分散至细度≤25μm，出料，备用；②称取10.0g石蜡微胶囊、10.0g硬脂酸丁酯-正十四醇微胶囊和步骤①制得的漆料加入到带有机械搅拌装置的容器中，搅拌混合均匀，出料，制得红外隐身涂料甲组分；③将100.0g异氰酸酯固化剂(N-75)与7.1g稀释剂(由二甲苯和丙二醇甲醚醋酸酯重量比＝7∶3混合制得)加入到带有机械搅拌装置的容器中，搅拌混合均匀，出料，制得红外隐身涂料乙组分。

注：该涂料混合配比为甲组分∶乙组分＝10∶1(重量比)

红外隐身涂料部分性能检测结果如表1。

表1：红外隐身涂料性能

Claims (7)

1.一种红外隐身涂料，由甲、乙两组分组成，其特征在于：基于甲组分的总质量，按质量百分比计，甲组分的组成为：

羟基丙烯酸树脂65.0%～75.0%

颜料3.0%～6.0%

滑石粉3.0%～7.0%

轻质碳酸钙2.5%～6.5%

石蜡相变微胶囊4.0%～7.0%

硬脂酸丁酯-正十四醇相变微胶囊4.0%～6.0%

有机膨润土0.2%～0.3%

消光剂2.0%～3.0%

分散剂0.1%～0.3%

流平剂0.3%～0.50%

消泡剂0.2%～0.4%

稀释剂2.0%～5.0%；

基于乙组分的总质量，按质量百分比计，乙组分的组成为：

异氰酸酯固化剂92.0%～98.0%

稀释剂2.0%～8.0%；

甲乙组分按质量比为10：1进行配比，混合分散均匀即得红外隐身涂料；

按质量百分数计，石蜡相变微胶囊的合成原料及相应的用量比例为：

石蜡乳液50%～65%

三聚氰胺-甲醛预聚体35%～50%；

按质量百分数计，硬脂酸丁酯-正十四醇相变微胶囊的合成原料及相应的用量比例为：

硬脂酸丁酯-正十四醇乳液55%～65%

三聚氰胺-甲醛预聚体35%～45%。

2.根据权利要求1所述的红外隐身涂料，其特征在于：按质量百分数计，三聚氰胺-甲醛预聚体的合成原料的各组分比例之和为100%，且相应的用量比例为：

三聚氰胺10%～20%

37%甲醛水溶液15%～30%

去离子水60%～70%

10%三乙醇胺水溶液3%～6%。

3.根据权利要求1所述的红外隐身涂料，其特征在于：按质量百分数计，石蜡相变微胶囊的石蜡乳液的合成原料各组分用量之和为100%，且相应的用量比例为：

石蜡15%～25%

乳化剂11%～4%

乳化剂24%～7%

去离子水60%～80%。

4.根据权利要求1所述的红外隐身涂料，其特征在于：按质量百分数计，硬脂酸丁酯-正十四醇相变微胶囊的硬脂酸丁酯-正十四醇乳液的合成原料各组分用量之和为100%，且相应的用量比例为：

硬脂酸丁酯2%～4%

正十四醇5%～8%

苯乙烯-马来酸酐共聚树脂0.5%～1.0%

氢氧化钠0.1%～0.2%

乳化剂23%～5%

去离子水80%～90%。

5.根据权利要求1所述的红外隐身涂料，其特征在于颜料为迷彩颜料，消光剂为ED-30，分散剂为BYK-163，流平剂为BYK-306，消泡剂为BYK-066N，异氰酸酯固化剂为拜耳N-75。

6.根据权利要求1所述的红外隐身涂料，其特征在于稀释剂为二甲苯和丙二醇甲醚醋酸酯的混合物，二甲苯与丙二醇甲醚醋酸酯的质量比为7：3。

7.红外隐身涂料的制备方法，按权利要求1所述组分进行配料，其步骤为：

（1）三聚氰胺-甲醛预聚体的制备步骤为：

将配方量的三聚氰胺、甲醛和去离子水依次加入装有电动搅拌、冷凝管、温度计、加料口和水浴加热的四口瓶中，水浴加热至75℃，待物料体系透明后，用10%三乙醇胺水溶液调pH=8～9，然后恒温反应30分钟制得三聚氰胺-甲醛预聚体，出料，备用；

（2）石蜡乳液的制备步骤为：

①将配方量的去离子水和乳化剂2加入到带有温度计、机械搅拌和冷凝装置的三口容器中，水浴加热至65℃，300～400r/min搅拌20分钟，制得乳化剂水溶液，出料，备用；

②将配方量的石蜡和乳化剂1加入到乳化反应釜中，加热熔融后1000r/min搅拌，在物料达到65℃后停止加热、保温，继续搅拌20分钟；

③在1000r/min搅拌转速下，将乳化剂水溶液均分为5份分批加入到乳化反应釜中，每次间隔5分钟，最后一批乳化剂水溶液加完后直接调搅拌转速至4000r/min，搅拌40分钟制得石蜡乳液，出料，备用；

（3）硬脂酸丁酯-正十四醇乳液的制备步骤为：

①将配方量的苯乙烯-马来酸酐共聚树脂、氢氧化钠和乳化剂2加入到去离子水中，混合，水浴加热至60℃，3000r/min搅拌分散30分钟，然后用10%柠檬酸水溶液调其pH=4～5，制成乳化剂水溶液，备用；②将配方量的硬脂酸丁酯和正十四醇加入到乳化反应釜中，加热熔融，2000r/min搅拌20分钟；③在1000r/min搅拌转速下，将乳化剂水溶液均分为5份分批加入到乳化反应釜中，每次间隔5分钟，最后一批乳化剂水溶液加完后直接调搅拌转速至4000r/min,搅拌40分钟制得硬脂酸丁酯-正十四醇乳液，出料，备用；

（4）相变微胶囊的制备步骤为:

①称取配方量的石蜡乳液或硬脂酸丁酯-正十四醇乳液加入到一个包含有机械搅拌、冷凝管、温度计及加料口的四口容器中，机械搅拌，水浴加热至70℃；

②称取配方量的三聚氰胺-甲醛预聚体，将其加入到滴液漏斗中，然后从四口容器的加料口开始滴加三聚氰胺-甲醛预聚体，控制滴加速率在0.5mL/分钟以下；

③三聚氰胺-甲醛预聚体滴加完毕后，水浴加热至75℃，保温反应2小时，出料，真空抽滤、干燥，得到相变微胶囊的粉末产品；

（5）红外隐身涂料甲组分的制备步骤为：

①将配方量的羟基丙烯酸树脂、颜料、滑石粉、轻质碳酸钙、有机膨润土、消光剂、分散剂、流平剂、消泡剂、和稀释剂加入到带有机械搅拌装置的容器中，搅拌混合均匀，使用研磨设备将混合均匀的漆料研磨分散至细度≤25μm，出料，备用；

②将配方量的石蜡相变微胶囊、硬脂酸丁酯-正十四醇相变微胶囊和步骤①制得的漆料加入到带有机械搅拌装置的容器中，搅拌混合均匀，出料，制得红外隐身涂料甲组分；

（6）红外隐身涂料乙组分的制备步骤为：

将配方量的异氰酸酯固化剂与稀释剂加入到带有机械搅拌装置的容器中，搅拌混合均匀，出料，制得红外隐身涂料乙组分。