CN109943208A - 微纳结构涂层及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了微纳结构涂层及其制备方法和应用，制备方法包括：将纳米ZnO和微米ZnO添加到树脂材料中，混合均匀，得到涂料；将涂料涂布在基材的表面上，得到微纳结构涂层。在本发明中，微纳结构的设计可以缓解填料最大添加量的限制。同时微纳结构可以改善ZnO颜料在树脂体系中的分散问题，而且改善涂层表面的粗糙度，进而有利于调节涂层的红外发射率。
Description
技术领域
本发明涉及涂料领域，更具体地，涉及微纳结构涂层及其制备方法和应用。
背景技术
红外隐身材料是指用于减弱武器系统红外特征信号以达到隐身技术要求的特殊功能材料，也称红外伪装材料或热伪装材料。近年来，红外隐身材料的研究和开发，尤其是纳米结构材料的出现，大大推进了红外隐身技术的发展。影响热红外隐身涂料性能的因素很多，可以说，低发射率的热红外隐身涂料主要靠颜料的调节作用来制备。
ZnO可以采用各种方法来制备，诸如气相法、直接沉淀法、溶胶-凝胶法和水热法等。ZnO作为一种重要的金属氧化物无机颜料，广泛地用于红外隐身涂层中，其颗粒形态、粒径、含量和种类均显著影响涂层的光学性能。在基体材料中，单一粒径的氧化锌的添加量存在限制，使得不能达到期望的红外发射率。
发明内容
本发明提供了微纳结构涂层，可以缓解填料ZnO的最大添加量的限制，改善填料在树脂材料中的分散性，进而有利于调节涂层的发射率。
本发明提供了一种制备微纳结构涂层的方法，包括：将纳米ZnO和微米ZnO添加到树脂材料中，混合均匀，得到涂料；将所述涂料涂布在基材的表面上，得到所述微纳结构涂层。
在上述方法中，所述纳米ZnO和所述微米ZnO的总质量与所述树脂材料的质量的比率为1-4:6-9。
在上述方法中，所述纳米ZnO和所述微米ZnO的质量比为1-3:1-3。
在上述方法中，所述树脂材料包括水性聚氨酯、聚酯树脂和氰酸酯树脂中的一种或多种。
在上述方法中，在将所述涂料涂布在所述基材的表面上之前，对所述基材的表面实施磨砂处理。
在上述方法中，所述基材包括金属板基材、聚合物板基材和纤维板基材中的一种或多种。
在上述方法中，还包括通过研磨ZnO粉体的方法得到所述纳米ZnO和所述微米ZnO。
在上述方法中，通过自动涂膜机按逐层涂敷的方式将所述涂料涂布在所述基材的表面上。
本发明还提供了通过上述方法制备的微纳结构涂层。
本发明还提供了微纳结构涂层在红外隐身材料中的应用。
在本发明中，微纳结构的设计可以缓解填料最大添加量的限制。同时微纳结构可以改善ZnO颜料在树脂体系中的分散问题，而且改善涂层表面的粗糙度，进而有利于调节涂层的红外发射率。
附图说明
图1示出了本发明的微纳结构涂层的制备流程的示意图。
具体实施方式
ZnO作为一种重要的金属氧化物无机颜料，其颗粒形态、粒径、含量和种类均显著影响涂层的光学性能。红外理论可知，不同离子间的相对振动将产生一定的电偶极距，因而离子晶体的长光学波可以和红外辐射场相互作用，并交换能量，从而产生红外吸收和红外辐射。因此，粒径大小对红外吸收产生较大的影响，如纳米ZnO微晶中存在的晶格畸变现象，使得其发射率比微米ZnO的发射率大。为解决涂层发射率受单一粒径氧化锌最大添加量的限制，本发明通过将微米ZnO和纳米ZnO按不同比例混合，以更好地调节涂层的红外发射率。
首先，通过研磨等的方法将ZnO粉体制备成不同粒径的ZnO，即，可以得到微米ZnO和纳米ZnO。之后，如图1所示，将微米ZnO和纳米ZnO作为填料添加到树脂材料中，充分混合均匀，并用自动涂膜机按逐层涂敷的方式涂在基材表面，涂层的厚度可以控制在200μm左右。然而，可以采用任何合适的厚度。微米ZnO和纳米ZnO的总质量与树脂材料的质量的比率为1-4：6-9。纳米ZnO与微米ZnO的质量比为1-3:1-3。基材可以为金属板、聚合物板和纤维板等。在涂覆之前，可以对基板进行磨砂处理等，以使涂层更好地黏附至基板。树脂材料可以包括水性聚氨酯、聚酯树脂和氰酸酯树脂中的一种或多种。
下面结合具体的实施例进行说明，以更好地理解本发明。
实施例1
以水性聚氨酯为黏合剂，纳米ZnO和微米ZnO为填料，将纳米ZnO与微米ZnO按照质量比3:1的比例充分混合均匀，纳米ZnO与微米ZnO的总质量与树脂的质量比为1:9，并用自动涂膜机按逐层涂敷的方式涂在金属板表面，涂层的厚度控制在200μm左右，得到微纳结构涂层。
实施例2
以水性聚氨酯为黏合剂，纳米ZnO和微米ZnO为填料，将纳米ZnO与微米ZnO按照质量比2:1的比例充分混合均匀，纳米ZnO与微米ZnO的总质量与树脂的质量比为3:7，并用自动涂膜机按逐层涂敷的方式涂在纤维板表面，涂层的厚度控制在200μm左右，得到微纳结构涂层。
实施例3
以聚酯树脂为黏合剂，纳米ZnO和微米ZnO为填料，将纳米ZnO与微米ZnO按照质量比1:1的比例充分混合均匀，纳米ZnO与微米ZnO的总质量与树脂的质量比为4:6，并用自动涂膜机按逐层涂敷的方式涂在聚合物板表面，涂层的厚度控制在200μm左右，得到微纳结构涂层。
实施例4
以水性聚氨酯为黏合剂，纳米ZnO和微米ZnO为填料，将纳米ZnO与微米ZnO按照质量比1:1的比例充分混合均匀，纳米ZnO与微米ZnO的总质量与树脂的质量比为3:7，并用自动涂膜机按逐层涂敷的方式涂在金属板表面，涂层的厚度控制在200μm左右，得到微纳结构涂层。
实施例5
以氰酸酯树脂为黏合剂，纳米ZnO和微米ZnO为填料，将纳米ZnO与微米ZnO按照质量比1:1的比例充分混合均匀，纳米ZnO与微米ZnO的总质量与树脂的质量比为2:8，并用自动涂膜机按逐层涂敷的方式涂在纤维板表面，涂层的厚度控制在200μm左右，得到微纳结构涂层。
实施例6
以水性聚氨酯为黏合剂，纳米ZnO和微米ZnO为填料，将纳米ZnO与微米ZnO按照质量比1:2的比例充分混合均匀，纳米ZnO与微米ZnO的总质量与树脂的质量比为3:7，并用自动涂膜机按逐层涂敷的方式涂在金属板表面，涂层的厚度控制在200μm左右，得到微纳结构涂层。
实施例7
以聚酯树脂为黏合剂，纳米ZnO和微米ZnO为填料，将纳米ZnO与微米ZnO按照质量比1:3的比例充分混合均匀，纳米ZnO与微米ZnO的总质量与树脂的质量比为3:7，并用自动涂膜机按逐层涂敷的方式涂在金属板表面，涂层的厚度控制在200μm左右，得到微纳结构涂层。
之后，在常温下，采用IR-2红外发射率测量仪测量样品涂层在8-14μm波段的平均发射率。测量的结果如下表1所示。
表1
由表1可知，在填料与树脂的比例相同时，微米ZnO与纳米ZnO比例的不同，涂层的红外发射率也不相同。随着微米ZnO含量的增加，涂层的发射率有所下降；随着纳米ZnO含量的增加，涂层发射率有所上升。在本发明中，微纳结构的设计可以缓解填料最大添加量的限制。同时微纳结构可以改善ZnO颜料在树脂体系中的分散问题，而且改善涂层表面的粗糙度，进而有利于调节涂层的红外发射率。
本发明制备的涂层能够用于制备红外隐身材料，进而用于隐身潜艇、隐身飞机与隐身坦克等武器装备。
Claims (10)
1.一种制备微纳结构涂层的方法，包括：
将纳米ZnO和微米ZnO添加到树脂材料中，混合均匀，得到涂料；
将所述涂料涂布在基材的表面上，得到所述微纳结构涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米ZnO和所述微米ZnO的总质量与所述树脂材料的质量之比为1-4:6-9。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米ZnO和所述微米ZnO的质量比为1-3:1-3。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述树脂材料包括水性聚氨酯、聚酯树脂和氰酸酯树脂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述涂料涂布在所述基材的表面上之前，对所述基材的表面实施磨砂处理。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材包括金属板基材、聚合物板基材和纤维板基材中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括通过研磨ZnO粉体的方法得到所述纳米ZnO和所述微米ZnO。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过自动涂膜机按逐层涂敷的方式将所述涂料涂布在所述基材的表面上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法制备的微纳结构涂层。
10.根据权利要求9所述的微纳结构涂层在红外隐身材料中的应用。
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