CN103642361A - 一种水溶性纳米隐身涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于吸波涂料技术领域的一种水溶性纳米隐身涂料及其制备方法。其由下述组分按质量百分比制成：水溶性树脂20-60%，硅烷偶联剂2-6%，纳米吸波微粒24-40%，保护剂1.5-2.0%，乳化剂2-4%，防冻剂4-6%，消泡剂0.1-0.5%，去离子水余量。本发明使用水溶性树脂作为成膜物和吸波材料等组分的载体，使用去离子水为稀释剂，完全免除了现有隐身涂料中有机溶剂对人体和环境的危害，是真正意义上的环保型涂料。

Description

一种水溶性纳米隐身涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于吸波涂料技术领域，具体涉及一种水溶性纳米隐身涂料及其制备方法。

背景技术

现代战争中由于雷达侦察能昼夜以及复杂的气象条件下能够远距离、大视野、强穿透地发现目标，对各种武器装备军事设施的布局构成严重的威胁，因此目标反雷达侦察的隐身性能就显得非常重要，各种雷达吸波涂料应运而生，将这类涂料涂覆在目标的表面形成雷达吸波涂层，能够吸收大部分入射的雷达波，因而使军事目标设施装备具有防雷达侦察搜索的隐身功能。

对于运动中的军事目标，如飞行的战斗机、移动的军舰、坦克、导弹装载发射装备等，都装有大功率的动力源，在工作和运行过程中，本身的散热以及与大气摩擦生热，而形成热红外辐射源，虽然能够避开雷达的扫描，但是很容易被热红外探测系统捕捉，这些军事设施通常处在雷达侦察和热红外探测的双重威胁之中。

为了保证军事目标和武器装备的安全生存和肩负的神圣职责，人们采取了各种办法进行隐蔽性保护措施，在目标外表面涂覆保护隐身涂膜仍然是一种简单易行且有效的方法。

专利200710187656.9公开了一种雷达隐身涂料，该涂料由环氧树脂、聚胺酯、氯磺化聚乙烯作为成膜物质，包覆磁性导电金属膜的空心微珠作为吸波材料，其它还包括常用助剂和溶剂组成，专利中虽然对溶剂没有表明具体的名称，但是能溶解环氧树脂、聚氨酯、氯磺化聚乙烯类物质溶剂不外乎甲苯、二甲苯和酯类等有机化合物。

专利201010541664.0公开了红外雷达新型一体化隐身织物及其制备方法，其中红外隐身涂料由丙烯酸改性醇酸树脂为粘结成膜物，反射填料及溶剂组成，溶剂由二甲苯和正丁醇混合而成，吸波材料包括纳米石墨粉、铁氧体磁粉及多晶铁纤维。

专利201110290328.8公开了红外隐身涂料及其制备方法，该涂料由羟基丙烯酸树脂，石蜡相变胶囊，硬脂酸丁酯一正十四醇相变微胶囊、三聚氰胺甲醛预聚体，常用助剂和稀释剂组成，其中稀释剂为二甲苯和丙二醇甲醚醋酸酯的混合物。类似的专利技术还很多，制备的涂料性能各有千秋，但其共同的一点是所用的溶剂或稀释剂都含有芳香烃有机物和其他烃类酯类物质。涂料涂覆后在固化成膜的过程中，这些有机溶剂要挥发到大气中，危害着操作人员的身心健康也污染了人类的生存环境。

烃类溶剂是石油深加工的产品，是不可再生的能源，现在能源的大量使用和挥发性有机物的大量排放，已经严重破坏人们的生存环境，全球气候发生了灾难性的变化。在此背景下，联合国气候变化峰会曾在哥本哈根召开，中国也向世界做出了负责任的承诺，到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40-50%。这是一项艰巨而重要的工作，也是摆在我们面前的历史任务。为克服和改进现有相关产品的不足，本发明推出无任何有机物排放的环保型隐身涂料---一种水溶性纳米隐身涂料及其制备方法。

发明内容

本发明提供的一种水溶性纳米隐身涂料及其制备方法是通过以下技术方案实现的。

一种水溶性纳米隐身涂料，其由下述组分按质量百分比制成：水溶性树脂20-60%，硅烷偶联剂2-6%，纳米吸波微粒24-40%，保护剂1.5-2.0%，乳化剂2-4%，防冻剂4-6%，消泡剂0.1-0.5%，去离子水余量。

组分中所述的水溶性树脂为改性水溶性环氧树脂SM682，水溶性聚氨酯树脂7640，水溶性丙烯酸树脂EA1211，水溶性醇酸树脂SM4365中的任何一种。水溶性树脂在室温下表干速度快，成膜硬度高，光泽好，附着力强，耐水耐盐雾性能优良，本发明实施例中的水溶性树脂均选用江苏三木集团有限公司的产品。

所述硅烷偶联剂型号为KH560，硅烷偶联剂与水溶性树脂兼容性好，可以改进涂料的柔韧性与互溶性，增加光泽度，提高涂膜的高低温稳定性，涂膜在温度突变时不发生龟裂，剥离脱落，硅烷偶联剂为上海中试化工总公司的产品。

所述纳米吸波微粒为纳米陶瓷粉体碳化硅（SiC），纳米氧化锌（ZnO）和氧化石墨烯三者的组合。每一种分别占纳米吸波微粒的质量百分比为；碳化硅（SiC）10%-40%，纳米氧化锌（ZnO）20%-40%，氧化石墨烯33%-70%。

纳米陶瓷粉体碳化硅，呈灰绿色，纯度为>99.6%，平均粒径50nm，比表面积60m²/g，吸波性能好，质量轻，化学性能稳定，导热系数高，热膨胀系数小，高温时抗氧化耐高温范围宽，从室温到1000℃，本发明实施例中的纳米陶瓷粉体碳化硅选自南京冠业化工有限公司的产品。纳米氧化锌重量轻，比表面积在80m²/g以上，颜色浅吸波能力强，不但能有效吸收雷达波，还有很强的吸收红外线的能力，具有普通氧化锌不具备的极其优良的综合性能，是一种多功能的无机吸波材料，本发明实施例中纳米氧化锌选用淄博聚硕锌业有限公司的产品。石墨烯是一种新型的力学强度最高的吸波材料，是世界上已发现的最薄最坚硬，也是最柔软的二维纳米材料，其二维片状结构更有利于电磁波的吸收，南京吉仓纳米科技有限公司生产的氧化石墨烯JCGO-2是本发明中所用氧化石墨烯的最佳选择，氧化石墨烯JCGO-2的纯度为﹥99%，直径1.5μm，厚度0.8-1.2nm，比表面能高达2500㎡/g以上。

所述保护剂为DJB-823保护剂，DJB-823保护剂是邮电大学化学防护研究所研制的防潮湿，防盐雾，防霉菌的固体薄膜保护剂，能够使工作在潮湿，含盐份大的海洋环境中的目标隐身涂层不产生开裂剥离老化。

所述乳化剂为脂肪酸聚氧乙烯（10）酯：商品代号为SE-10，英文名称为EmulsjfierSE-10，由高级脂肪酸与环氧缩合而成。淡黄色膏状物，易分散于水，具有乳化柔软和平滑性能，HLB值为12，是油脂类物质的良好乳化剂。本发明中用作DJB-823保护剂的乳化剂，使不能直接与水相溶的DJB-823保护剂在一定温度下乳化为与水相溶的水包油型软膏状物质。

所述防冻剂选用乙二醇，二乙二醇，丙三醇中的任一种。

所述消泡剂选用聚乙二醇，聚丙二醇中的任一种，其作用是作为水溶性涂料的消泡剂。因为涂料在生产和涂装时，常会产生湍流或飞溅冲击，都有可能产生气泡，造成涂膜小孔、针孔、凹隐等。

本发明一种水溶性纳米隐身涂料的制备方法包括以下步骤:

1.取计量好的水溶性树脂、硅烷偶联剂、防冻剂、消泡剂，依次加入混合罐中，在常温下以每分钟40-60转的速度搅拌混合均匀。

2.取计量好的乳化剂溶于适量热离子水中，水温保持在80±2℃，可以每分钟40-60转的速度进行搅拌加速溶解均匀。

3.将计量好的保护剂放入另一带加热和搅拌装置的反应罐中，加热保护剂使之熔化，温度保持在80±2℃。

4.取步骤2制备的乳化剂水溶液缓慢滴加到保护剂熔化液中，以每分钟40-60转的速度搅拌，乳化成均匀的乳状液体。

5.将步骤4制备的乳状液体，加入到步骤1制备的树脂混合物中，以每分钟40-60转的速度搅拌均匀之后，再加入计量好的纳米吸波微粒。继续搅拌30分钟后，再加入余量常温下的去离子水，搅拌1小时即得本发明所述的隐身涂料。

本发明使用水溶性树脂作为成膜物和吸波材料等组分的载体，使用去离子水为稀释剂，完全免除了现有隐身涂料中有机溶剂对人体和环境的危害，是真正意义上的环保型涂料。

本发明使用的纳米吸波微粒均为无机材料，他们共同的特点是抗氧化性强，保持涂料高温下热稳定性。纳米碳化硅和氧化锌都为球形结构，在涂料中流动性好，能降低涂料的界面张力，改善涂料的流平性。使涂膜表面平整光亮，不使用添加氟的特种表面活性剂也能保持涂料对被涂物表面的润湿性，这也大大降低了产品成本。氧化石墨烯为轻质片状结构，其遮盖力强，使涂层耐磨性好，抗划伤，吸波频带宽，而且能防止紫外线辐射。纳米碳化硅，纳米氧化锌，氧化石墨烯三者匹配使用，优势互补，保证隐身涂料在8-18GHz微波频率范围和红外线波长为0.76-3μm，3-5μm，8-14μm三个大气窗口实现了多波段吸波效果。通过电磁波反射损失进行试验，涂料膜层用红外光谱测试仪与反射率弓形测试仪测试可达85%以上的吸收率，在实际涂覆工艺中可以通过调整涂层的厚度来确定预期的电磁波吸收率。防冻剂的作用是当涂料在经受冷冻和随后融化时，能保持涂料的原有性能，包括涂料的粘度，抗聚结，抗结块，涂膜光泽，颜色，遮盖力，起斑性等变化越小越好。本发明的涂料具有良好耐冰融性；涂膜在-20±2℃条件下保留24小时后取出置于25±2℃条件下24小时，与室温下放置48小时的涂膜相比较无明显变化。

DJB-823特护剂的添加使涂料膜层在恶劣条件具有防潮湿、防盐雾、防霉菌优异的三防功能。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

一种水溶性纳米隐身涂料，其由下述组分制成：

改性水溶性环氧树脂SM682：20kg，硅烷偶联剂KH560：5kg，纳米碳化硅：10kg，纳米氧化锌：7kg，氧化石墨烯：9kg，DJB-823保护剂：1.50kg，乳化剂SE-10：2.5kg，防冻剂丙三醇：6kg，消泡剂聚乙二醇：0.5kg，去离子水：38.5kg。用红外光谱测试仪与反射率弓形测试仪测试综合仪，吸收率为86%。

上述水溶性纳米隐身涂料制备方法包括以下步骤：

1.按照上述质量称取水溶性纳米隐身涂料的各组分，然后将改性水溶性环氧树脂SM682，硅烷偶联剂KH560，防冻剂丙三醇，消泡剂聚乙二醇依次加入混合罐中，常温下以每分钟40转的速度搅拌混合均匀。

2.将乳化剂SE-10溶于10kg热去离子水中，水温保持在80±2℃，以每分钟40转的速度搅拌至全部溶解。

3.将DJB-823保护剂放入另一带加热和搅拌装置的反应罐中加热使之熔化，温度保持着80±2℃。

4.取步骤2制备的乳化剂水溶液缓慢滴加到DJB-823熔化液中，以每分钟40转的速度搅拌，乳化成均匀的乳状液体。

5.将步骤4制备的乳状液体加入到步骤1制备的树脂混合物中，以每分钟40转的速度搅拌均匀后，再依次加入纳米碳化硅，纳米氧化锌和氧化石墨烯，继续搅拌30分钟，最后加入余量常温下的去离子水，搅拌1小时，即得本发明所述的隐身涂料。

实施例2

一种水溶性纳米隐身涂料，其由下述组分制成：

水溶性聚氨酯树脂7640：45kg，硅烷偶联剂KH560：4kg，纳米碳化硅：10kg，纳米氧化锌：10kg，氧化石墨烯：10kg，DJB-823保护剂：2.0kg，乳化剂SE-10：3kg，防冻剂丙三醇：4kg，消泡剂聚丙二醇：0.3kg，去离子水：11.7kg。用红外光谱测试仪与反射率弓形测试仪测试综合仪，吸收率为88%。

上述水溶性纳米隐身涂料制备方法包括以下步骤：

1.按照上述质量称取水溶性纳米隐身涂料的各组分，然后将水溶性聚氨酯树脂7640，硅烷偶联剂KH560，防冻剂丙三醇，消泡剂聚丙二醇依次加入混合罐中，常温下以每分钟60转的速度搅拌均匀。

2.将乳化剂SE-10溶于5kg热去离子水中，水温保持在80±2℃，以每分钟60转的速度搅拌至全部溶解。

3.将DJB-823保护剂放入另一带加热和搅拌装置的反应罐中加热使之熔化，温度保持着80±2℃。

4.取步骤2制备的乳化剂水溶液缓慢滴加到DJB-823熔化液中，以每分钟60转的速度搅拌，乳化成均匀的乳状液体。

5.将步骤4制备的乳化状液体加入到步骤1制备的树脂混合物中，以每分钟60转的速度搅拌均匀后，再依次加入纳米碳化硅，纳米氧化锌和氧化石墨烯，继续搅拌30分钟，最后加入余量常温下的去离子水，搅拌1小时，即得本发明所述的隐身涂料。

实施例3

取水溶性丙烯酸树脂EA1211：60kg，硅烷偶联剂KH560：2kg，纳米碳化硅：5kg，纳米氧化锌：7kg，氧化石墨烯：12kg，DJB-823保护剂：1.7kg，乳化剂SE-10：2kg，防冻剂二乙二醇：4.8kg，消泡剂聚丙二醇：0.1kg，去离子水：5.4kg。用红外光谱测试仪与反射率弓形测试仪测试综合仪，吸收率为90%。

上述水溶性纳米隐身涂料制备方法包括以下步骤：

1.按照上述质量称取水溶性纳米隐身涂料的各组分，然后将水溶性丙烯酸树脂EA1211，硅烷偶联剂KH560，防冻剂二乙二醇，消泡剂聚丙二醇依次加入混合罐中，常温下以每分钟60转的速度搅拌均匀。

2.将乳化剂SE-10溶于5kg热去离子水中，水温保持在80±2℃，以每分钟60转的速度搅拌至全部溶解。

3.将DJB-823保护剂放入另一带加热和搅拌装置的反应罐中加热使之熔化，温度保持着80±2℃。

4.取步骤2制备的乳化剂水溶液缓慢滴加到DJB-823熔化液中，以每分钟60转的速度搅拌，乳化成均匀的乳状液体。

5.将步骤4制备的乳化状液体加入到步骤1制备的树脂混合物中，以每分钟60转的速度搅拌均匀后，再依次加入纳米碳化硅，纳米氧化锌和氧化石墨烯，继续搅拌30分钟，最后加入余量常温下的去离子水，搅拌1小时，即得本发明所述的隐身涂料。

实施例4

取水溶性醇酸树脂SM4365：32kg，硅烷偶联剂KH560：3kg，纳米碳化硅：15kg，纳米氧化锌：11kg，氧化石墨烯：14kg，DJB-823保护剂：1.8kg，乳化剂SE-10：4kg，防冻剂乙二醇：5.5kg，消泡剂聚丙二醇：0.4kg，去离子水：13.3kg。用红外光谱测试仪与反射率弓形测试仪测试综合仪，吸收率为92%。

上述水溶性纳米隐身涂料制备方法包括以下步骤：

1.按照上述质量称取水溶性纳米隐身涂料的各组分，然后将水溶性醇酸树脂SM4365，硅烷偶联剂KH560，防冻剂乙二醇，消泡剂聚丙二醇依次加入混合罐中，常温下以每分钟60转的速度搅拌均匀。

2.将乳化剂SE-10溶于5kg热去离子水中，水温保持在80±2℃，以每分钟60转的速度搅拌至全部溶解。

3.将DJB-823保护剂放入另一带加热和搅拌装置的反应罐中加热使之熔化，温度保持着80±2℃。

4.取步骤2制备的乳化剂水溶液缓慢滴加到DJB-823熔化液中，以每分钟60转的速度搅拌，乳化成均匀的乳状液体。

5.将步骤4制备的乳化状液体加入到步骤1制备的树脂混合物中，以每分钟60转的速度搅拌均匀后，再依次加入纳米碳化硅，纳米氧化锌和氧化石墨烯，继续搅拌30分钟，最后加入余量常温下的去离子水，搅拌1小时，即得本发明所述的隐身涂料。

实施例5

取水溶性聚氨酯树脂7460：42kg，硅烷偶联剂KH560：6kg，纳米碳化硅：15kg，纳米氧化锌：16kg，氧化石墨烯：4kg，DJB-823保护剂：1.6kg，乳化剂SE-10：3.2kg，防冻剂二乙二醇：5.0kg，消泡剂聚丙二醇：0.2kg，去离子水：7kg。用红外光谱测试仪与反射率弓形测试仪测试综合仪，吸收率为91%。

上述水溶性纳米隐身涂料制备方法包括以下步骤：

1.按照上述质量称取水溶性纳米隐身涂料的各组分，然后将水溶性聚氨酯树脂7640，硅烷偶联剂KH560，防冻剂二乙二醇，消泡剂聚丙二醇依次加入混合罐中，常温下以每分钟60转的速度搅拌均匀。

2.将乳化剂SE-10溶于5kg热去离子水中，水温保持在80±2℃，以每分钟60转的速度搅拌至全部溶解。

3.将DJB-823保护剂放入另一带加热和搅拌装置的反应罐中加热使之熔化，温度保持着80±2℃。

4.取步骤2制备的乳化剂水溶液缓慢滴加到DJB-823熔化液中，以每分钟60转的速度搅拌，乳化成均匀的乳状液体。

5.将步骤4制备的乳化状液体加入到步骤1制备的树脂混合物中，以每分钟60转的速度搅拌均匀后，再依次加入纳米碳化硅，纳米氧化锌和氧化石墨烯，继续搅拌30分钟，最后加入余量常温下的去离子水，搅拌1小时，即得本发明所述的隐身涂料。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种水溶性纳米隐身涂料，其特征在于由下述组分按质量百分比制成：水溶性树脂20-60%，硅烷偶联剂2-6%，纳米吸波微粒24-40%，保护剂1.5-2.0%，乳化剂2-4%，防冻剂4-6%，消泡剂0.1-0.5%，去离子水余量。 

2.根据权利要求1所述的水溶性纳米隐身涂料，其特征在于：所述的水溶性树脂为改性水溶性环氧树脂SM682，水溶性聚氨酯树脂7640，水溶性丙烯酸树脂EA1211，水溶性醇酸树脂SM4365中的任何一种。 

3.根据权利要求1所述的水溶性纳米隐身涂料，其特征在于：所述硅烷偶联剂的型号为KH560。 

4.根据权利要求1所述的水溶性纳米隐身涂料，其特征在于：所述纳米吸波微粒为纳米陶瓷粉体碳化硅（SiC），纳米氧化锌（ZnO）和氧化石墨烯三者的组合，每一种分别占纳米吸波微粒的质量百分比为；碳化硅（SiC）10%-40%，纳米氧化锌（ZnO）20%-40%，氧化石墨烯33%-70%。 

5.根据权利要求1所述的水溶性纳米隐身涂料，其特征在于：所述保护剂为DJB-823保护剂。 

6.根据权利要求1所述的水溶性纳米隐身涂料，其特征在于：所述乳化剂为脂肪酸聚氧乙烯（10）酯，商品代号为SE-10。 

7.根据权利要求1所述的水溶性纳米隐身涂料，其特征在于：所述防冻剂选用乙二醇，二乙二醇，丙三醇中的任一种。 

8.根据权利要求1所述的水溶性纳米隐身涂料，其特征在于：所述消泡剂选用聚乙二醇，聚丙二醇中的任一种。 

9.权利要求1至8任意一个权利要求所述的水溶性纳米隐身涂料的制备方法，其特征在于步骤如下: 

1）.取计量好的水溶性树脂、硅烷偶联剂、防冻剂、消泡剂，依次加入混合 罐中，在常温下以每分钟40-60转的速度搅拌混合均匀； 

2）.取计量好的乳化剂溶于适量热离子水中，水温保持在80±2℃，可以每分钟40-60转的速度进行搅拌加速溶解均匀； 

3）.将计量好的保护剂放入另一带加热和搅拌装置的反应罐中，加热保护剂使之熔化，温度保持在80±2℃； 

4）.取步骤2制备的乳化剂水溶液缓慢滴加到保护剂熔化液中，以每分钟40-60转的速度搅拌，乳化成均匀的乳状液体； 

5）.将步骤4制备的乳状液体，加入到步骤1制备的树脂混合物中，以每分钟40-60转的速度搅拌均匀之后，再加入计量好的纳米吸波微粒，继续搅拌30分钟后，再加入余量常温下的去离子水，搅拌1小时即得所述的隐身涂料。