CN103805135B - 一种红外吸收功能纳米复合材料的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种红外吸收功能纳米复合材料的制备方法及应用。技术方案为：（1）将卟啉类化合物超声分散在溶剂中，得到溶液A；（2）将氧化石墨烯超声分散在溶剂中，得到溶液B；（3）将溶液B加入到溶液A中不断搅拌，完全加入后振荡、超声至上层溶液澄清，离心，将沉淀用溶剂洗涤、真空烘干；（4）将步骤（3）中真空烘干的沉淀用蒸馏水分散后经还原剂还原，冷却、离心、水洗、真空干燥后即可。本发明将卟啉类化合物与氧化石墨烯复合后再经还原制得卟啉/还原氧化石墨烯复合材料，经试验证明该复合材料对红外射线能够达到多波段、宽频带的吸收效果，具有优良的红外吸收功能和长期稳定性；该材料在涂料中应用方便，组分间发挥协同作用够进一步增加红外吸收波段。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备方法及其应用，特别涉及一种红外吸收功能纳米复合材料的制备方法及其在涂料中的应用。
背景技术
红外线是一种不可见的射线，介于可见光和微波之间，波长范围约为0.75-1000μm，分为“近红外”、“中红外”和“远红外”三部分。当构成分子内能的三部分能量(原子核外电子的能量，原子的振动能量和分子的转动能量)中有一、二或三种同时发生量子化跃迁时就会向外辐射红外线。由于能量跃迁差的不同，分别辐射出近红外线、中红外线和远红外线。在光谱学中，根据红外辐射产生的机理不同，可将红外辐射按波长分成三个区域：近红外区(波长0.75-2.5μm)对应原子能级之间的跃迁和分子振动泛频区的振动光谱带，中红外区(波长2.5-25μm)对应分子转动-振动能级之间的跃迁，远红外区(波长25-1000μm)对应分子转动能级之间的跃迁。
红外吸波材料是指对红外光区某一频段或某几个频段具有较强吸收的特殊功能材料。它可以是单一的粉体、薄膜，也可以是由两种或者两种以上的材料复合而成。在红外隐身技术中，红外吸波材料主要用于吸收目标的红外辐射达到红外隐身的效果。纳米材料独特的结构使其在红外吸波材料中具有独特的性能和优势。在红外吸收材料的研究和开发中，纳米材料的研制无疑是一个新的热点。各个国家相继投入大量人力、物力开展了大量的相关工作。目前，研究者对纳米氧化物的红外吸收特性的研究较多。但纳米氧化物粉末制造成本高，以及制备和使用过程中纳米氧化物粉末易团聚，较难均匀分散，且其不稳定，易老化，而且单一的吸波材料难以达到多波段、宽频带的吸收效果。
发明内容
本发明克服现有技术中红外吸波材料多波段、宽屏带吸收效果差的不足，提供一种红外吸收功能纳米复合材料的制备方法。
为解决上述技术问题本发明实际所采用的技术方案如下：一种红外吸收功能纳米复合材料的制备方法，步骤如下：
（1）将金属卟啉类化合物超声分散在溶剂中，得到溶液A；
（2）将氧化石墨烯超声分散在溶剂中，得到溶液B；
（3）将溶液B缓慢加入到溶液A中，并不断搅拌，待完全加入后振荡、超声至上层溶液澄清，离心，将沉淀用溶剂洗涤、水洗后、真空烘干；
（4）将步骤（3）中真空烘干的沉淀加入到蒸馏水中搅拌、超声分散配制溶液C，经还原后，冷却至室温、离心、水洗、真空干燥后，制得红外吸收功能纳米复合材料。
作为优选，所述的金属卟啉类化合物中金属为锌、铜、镁、铁、铈或钴的一种。
作为优选，步骤（4）所述的还原剂为乙二醇或葡萄糖。还原方法为向溶液C中加入等体积的还原剂乙二醇，超声，150℃下反应5h；或向溶液C中加入与真空烘干的沉淀等质量的还原剂葡萄糖，调节pH至8，超声，90℃下反应5h。
进一步地，步骤（1）、（2）和（3）中溶剂为甲醇、乙醇、丁醇、二氯甲烷、三氯甲烷或二甲基甲酰胺中的一种。
作为优选，所述的溶液A中卟啉类化合物浓度为4×10-5mol/mL～4×10-4mol/mL，所述的溶液B中氧化石墨烯浓度为0.1mg/mL～0.2mg/mL，步骤（3）中溶液B与溶液A体积比为1:1.5～2，步骤（4）中溶液C中沉淀的浓度为0.5mg/mL～1mg/mL。
上述的红外吸收功能纳米复合材料的制备方法制备的复合材料在涂料中的应用，涂料的配方组成如下：水20～30份；红外吸收功能纳米复合材料15～20份；凹凸棒土20～30份；纤维素衍生物1～2份；无机磷酸盐20～30份；分散剂0.5～1份；消泡剂1～2份。
本发明的有益效果如下：本发明将卟啉类化合物与氧化石墨烯复合后再经还原制得卟啉/还原氧化石墨烯复合材料，经试验证明该复合材料对红外射线能够达到多波段、宽频带的吸收效果，具有优良的红外吸收功能和长期稳定性；
该材料在涂料中应用方便，在使隐身涂层具备凹凸棒土自身性能（凹凸棒土因其具有较低的导热系数、较高的比表面积以及独特的纳米结构尺寸，从而使涂层拥有优异的保温、保湿、除味、耐磨等性能）之外，同时组分间发挥协同作用够进一步增加红外吸收波段。
具体实施方式
实施例1
将四（对羧基苯基）锌卟啉超声分散在甲醇中，得到溶液A，浓度为4×10-5mol/mL；将氧化石墨烯超声分散在甲醇中，得到溶液B，浓度为0.1mg/mL；将1份溶液B缓慢加入到1.5份溶液A中，并不断搅拌，待完全加入后振荡、超声至上层溶液澄清，离心，将沉淀用甲醇洗涤、水洗后、真空烘干；将上述真空烘干的沉淀加入到蒸馏水中搅拌、超声分散配制溶液C浓度为0.5mg/mL，向溶液C中加入等体积的还原剂乙二醇，超声，150℃下反应5h，冷却至室温、离心、水洗、真空干燥后，制得红外吸收功能纳米复合材料。采用美国Nicolet公司生产的Avatar360型傅里叶变化红外光谱仪对该红外吸收功能纳米复合材料的红外吸收性能进行测试，发现红外吸收峰较宽，表现出较强的红外吸收能力，在2.5-25μm范围内，红外光的吸收率为94.8%。
实施例2
将将四（对羧基苯基）铜卟啉超声分散在二甲基甲酰胺中，得到溶液A，浓度为4×10-4mol/mL；将氧化石墨烯超声分散在二甲基甲酰胺中，得到溶液B，浓度为0.2mg/mL；将1份溶液B缓慢加入到2份溶液A中，并不断搅拌，待完全加入后振荡、超声至上层溶液澄清，离心，将沉淀用二甲基甲酰胺洗涤、水洗后、真空烘干；将上述真空烘干的沉淀加入到蒸馏水中搅拌、超声分散配制溶液C浓度为1mg/mL，向溶液C中加入与沉淀等质量的还原剂葡萄糖，调节pH至8，超声，90℃下反应5h，冷却至室温、离心、水洗、真空干燥后，制得红外吸收功能纳米复合材料。采用美国Nicolet公司生产的Avatar360型傅里叶变化红外光谱仪对该红外吸收功能纳米复合材料的红外吸收性能进行测试，发现红外吸收峰较宽，表现出较强的红外吸收能力，在2.5-25μm范围内，红外光的吸收率为95.7%。
实施例3
将四（对氨基苯基）镁卟啉超声分散在二氯甲烷中，得到溶液A，浓度为9×10-5mol/mL；将氧化石墨烯超声分散在二氯甲烷中，得到溶液B，浓度为0.15mg/mL；将1份溶液B缓慢加入到1.8份溶液A中，并不断搅拌，待完全加入后振荡、超声至上层溶液澄清，离心，将沉淀用二氯甲烷洗涤、水洗后、真空烘干；将上述真空烘干的沉淀加入到蒸馏水中搅拌、超声分散配制溶液C浓度为0.75mg/mL，向溶液C中加入与沉淀等质量的还原剂葡萄糖，调节pH至8，超声，90℃下反应5h，冷却至室温、离心、水洗、真空干燥后，制得红外吸收功能纳米复合材料。采用美国Nicolet公司生产的Avatar360型傅里叶变化红外光谱仪对该红外吸收功能纳米复合材料的红外吸收性能进行测试，发现红外吸收峰较宽，表现出较强的红外吸收能力，在2.5-25μm范围内，红外光的吸收率为94.4%。
实施例4
将上述实施例1制备的红外吸收功能纳米复合材料的制备方法制备的复合材料在涂料中的应用，涂料的配方组成如下：水30份；红外吸收功能纳米复合材料15份；凹凸棒土20份；纤维素衍生物2份；无机磷酸盐20份；分散剂1份；消泡剂2份。采用美国Nicolet公司生产的Avatar360型傅里叶变化红外光谱仪对所制备的涂料进行红外吸收性能测试，发现在1-30μm范围内均有较强的红外吸收能力。
实施例5
将上述实施例2制备的红外吸收功能纳米复合材料的制备方法制备的复合材料在涂料中的应用，涂料的配方组成如下：水20份；红外吸收功能纳米复合材料20份；凹凸棒土30份；纤维素衍生物1份；无机磷酸盐30份；分散剂0.5份；消泡剂1份。采用美国Nicolet公司生产的Avatar360型傅里叶变化红外光谱仪对所制备的涂料进行红外吸收性能测试，发现在1-30μm范围内均有较强的红外吸收能力。
实施例6
将上述实施例3制备的红外吸收功能纳米复合材料的制备方法制备的复合材料在涂料中的应用，涂料的配方组成如下：水25份；红外吸收功能纳米复合材料18份；凹凸棒土25份；纤维素衍生物1.5份；无机磷酸盐25份；分散剂0.7份；消泡剂1.5份。采用美国Nicolet公司生产的Avatar360型傅里叶变化红外光谱仪对所制备的涂料进行红外吸收性能测试，发现在1-30μm范围内均有较强的红外吸收能力。
对比例1
将四（对羧基苯基）锌卟啉超声分散在甲醇中，得到溶液A，浓度为4×10-5mol/mL；将氧化石墨烯超声分散在甲醇中，得到溶液B，浓度为0.1mg/mL；将1份溶液B缓慢加入到1.5份溶液A中，并不断搅拌，待完全加入后振荡、超声至上层溶液澄清，离心，将沉淀用甲醇洗涤、水洗后、真空烘干，制得一种复合材料。采用美国Nicolet公司生产的Avatar360型傅里叶变化红外光谱仪对该复合材料的红外吸收性能进行测试，在5-17μm范围内，红外光的吸收率为69.6%。
对比例2
将四（对羧基苯基）铜卟啉超声分散在二甲基甲酰胺中，得到溶液A，浓度为4×10-4mol/mL；将还原氧化石墨烯超声分散在二甲基甲酰胺中，得到溶液B，浓度为0.2mg/mL；将1份溶液B缓慢加入到2份溶液A中，并不断搅拌，待完全加入后振荡、超声至上层溶液澄清，离心，将沉淀用二甲基甲酰胺洗涤、水洗后、真空烘干，制得一种复合材料。采用美国Nicolet公司生产的Avatar360型傅里叶变化红外光谱仪对该复合材料的红外吸收性能进行测试，在4-23μm范围内，红外光的吸收率为65.8%。
Claims (1)
1.一种红外吸收功能纳米复合材料在涂料中的应用，其特征在于：涂料的配方组成如下，水20～30份；红外吸收功能纳米复合材料15～20份；凹凸棒土20～30份；纤维素衍生物1～2份；无机磷酸盐20～30份；分散剂0.5～1份；消泡剂1～2份；
所述的红外吸收功能纳米复合材料的制备方法如下：
（1）将金属卟啉类化合物超声分散在溶剂中，得到溶液A，
其中，所述的金属卟啉类化合物为四（对羧基苯基）锌卟啉、四（对羧基苯基）铜卟啉或四（对氨基苯基）镁卟啉；
（2）将氧化石墨烯超声分散在溶剂中，得到溶液B；
（3）将溶液B缓慢加入到溶液A中，并不断搅拌，待完全加入后振荡、超声至上层溶液澄清，离心，将沉淀用溶剂洗涤、水洗后、真空烘干；
（4）将步骤（3）中真空烘干的沉淀加入到蒸馏水中搅拌、超声分散配制溶液C，经还原后，冷却至室温、离心、水洗、真空干燥后，制得红外吸收功能纳米复合材料，
所述的还原方法为，向溶液C中加入等体积的还原剂乙二醇，超声，150℃下反应5h；或向溶液C中加入与真空烘干的沉淀等质量的还原剂葡萄糖，调节pH至8，超声，90℃下反应5h。
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