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基于有机颜料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光谱模拟技术领域,涉及基于有机颜料的可见光‑近红外仿生光谱模拟材料的制备方法。将聚醚多元醇、发泡剂、泡沫稳定剂和胺类催化剂混合搅拌均匀作为A料，加入定量的异氰酸酯和锡类催化剂混合物B料，搅拌后发泡，发泡结束后熟化成型，所述熟化成型过程的温度为60‑80℃，熟化时间为2‑4h，得到具有三维多孔结构的仿生光谱模拟材料；所述发泡剂分散液是由红、黄、蓝三种颜色有机颜料色浆复配，并添加红边调节剂进行调节。本发明针对以往光谱模拟材料结构复杂，采用的着色剂稳定性差或具有毒性的问题，基于还原染料的可见光‑近红外仿生光谱模拟材料，与树叶在380‑2500nm波段的光谱相关系数达到0.970以上。

Description

基于有机颜料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料的制备 方法
技术领域
本发明属于光谱模拟技术领域,涉及基于有机颜料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料的制备方法。
背景技术
在仿生材料研究方面，受自然界中植物一些奇特的性质启发，而设计制备出结构和性能与植物类似仿生材料数不胜数。例如，荷叶有着“出淤泥而不染”的超疏水特性，因其表面具有微米乳突结构，乳突结构单元上具有纳米纤毛，其表面还有疏水的蜡状物质组成，许多防水服饰、防冰冻电缆等等就是受“荷叶效应”启发得到的。玫瑰花瓣表现出超疏水高粘附的特性，水珠在其表面呈球状且稳定停滞，即使将花瓣翻转180°，水珠仍稳固停留，这是由于其表面有微米级矮宽的阵列装乳突结构，乳突单元上存在着纳米级的褶皱，在液滴的无损操控、转移等领域具有广阔的应用前景。
在光谱模拟领域，不同植物在380-2500nm内具有相似的反射光谱，植物叶片的太阳光谱反射特征的形成与其色素、水分和干物质的吸收以及树叶内部的结构有关，不同植物在380-2500nm内具有相似的反射光谱，均呈现四个基本特征：(1)在680-780nm波长范围内，反射率较低，在540nm左右出现一个反射峰，称为“绿峰”，是叶片中；叶绿素的特征吸收造成的；(2)从680nm开始，反射率急剧上升，至780nm结束，形成一个陡坡，称为“红边”；(3)在780-1300nm范围内，反射率较高，维持在40％-60％之间，称为“近红外高原”，这主要是叶片内疏松多孔结构的光线的多次反射造成的；(4)在1450nm和1950nm左右，形成两个吸收谷，称为“水分吸收谷”，这是叶片中水的特征吸收造成的。
基于以上理论基础，很多学者从结构的角度出发设计制备了具有光谱模拟功能的仿生叶片，刘志明设计了一种模型，以透光性好的高分子薄膜、发泡的聚氨酯材料、植物色素的微胶囊和高吸水性树脂分别模拟植物叶片中的表皮、叶肉组织、色素和水，简化之后的仿生材料与多片梧桐叶叠加的反射光谱较为相似；高颖研制了一种以聚乙烯醇为主体，以氯化锂和氧化铬绿为添加剂的仿生叶片，与桂花叶片的反射光谱相关系数为0.953。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于有机颜料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料的制备方法，获得的仿生光谱模拟材料可以模拟绿色植物在380-2500nm的光谱特性，具有绿色植物所有的光谱特征，光谱相关系数达到0.970以上。
本发明的技术方案如下：
基于有机颜料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料的制备方法：
将聚醚多元醇、发泡剂分散液、泡沫稳定剂和胺类催化剂混合搅拌均匀作为A料，加入定量的异氰酸酯和锡类催化剂混合物B料，所述泡沫稳定剂为聚醚多元醇和异氰酸酯(TDI)总用量之和质量分数的1.0％～2.0％。所述胺类催化剂和锡类催化剂的质量比为2:8～8:2。所述胺类催化剂和锡类催化剂用量之和为聚醚多元醇和异氰酸酯(TDI)用量之和质量分数的0.8％。
所述的聚醚多元醇和异氰酸酯质量比为50:19。高速搅拌后倒入模具中开始发泡，发泡结束后熟化成型，所述熟化成型过程的温度为60-80℃，熟化时间为2-4h，得到可见光-近红外仿生光谱模拟材料。
所述聚醚多元醇为聚醚3055、聚醚D360L、聚醚3050、聚醚330N中的一种。
所述异氰酸酯为TDI100、TDI80、TDI60中的一种。
所述泡沫稳定剂为UF5880、L580、DC2525、Y10366中的一种。
所述胺类催化剂为二乙醇胺、三乙烯二胺、三乙醇胺中的一种。
所述锡类催化剂为辛酸亚锡T9、辛酸亚锡T12、二月桂酸二丁基锡T12中的一种。
所述发泡剂分散液，是由红、黄、蓝三种颜色有机颜料色浆复配，所述发泡剂分散液的用量为聚醚多元醇和异氰酸酯总用量质量分数的3.6％-7.2％，并加入红边调节剂进行调节680-780nm的光谱性质。
所述红色有机颜料色浆，为涂料大红LR22、涂料大红9815R、涂料大红9811中的一种，质量百分比为5％。
所述黄色有机颜料色浆，为涂料黄L362B、涂料嫩黄9814Y、涂料永固黄9816中的一种，质量百分比为5％。
所述蓝色有机颜料色浆，为涂料酞菁蓝6804、涂料蓝L363A中的一种，质量百分比为1％。
所述红边调节剂为四吡啶基卟啉、四苯基卟啉、叶绿素铜钠盐中的一种或几种，其对有机颜料色浆的质量分数为1.25％-12.5％。
本发明的有益效果：
本发明针对以往光谱模拟材料结构复杂，采用的着色剂稳定性差或具有毒性的问题，设计制备一种基于还原染料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料，具有绿色植物所有的光谱特征，与树叶在380-2500nm波段的光谱相关系数达到0.970以上。
附图说明
图1叶绿素铜钠盐对绿峰及红边的影响示意图。
图2仿生光谱模拟材料与绿色植物光谱对比示意图。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。
测试方法，具体分析如下：
(1)反射光谱
将样品切割成5cm*5cm*4mm的薄片，置于Lambda950紫外-可见光-近红外分光光度计的固体反射率样品测试仓，测试样品380-2500nm范围内的反射光谱曲线。
(2)光谱相关系数
根据交叉相关光谱匹配法(式1)计算样品与绿色植物叶片的光谱相关系数。
实施实例1
本实施实例采用有机颜料作为着色剂，叶绿素铜钠盐作为红边调节剂，具体工艺如下：
工艺步骤：采用5％的涂料黄L362B色浆、5％涂料大红LR22色浆、1％涂料蓝L363A色浆，按照60:18:17配置得到一种绿色的有机颜料色浆，并加入不同量(0.01g、0.05g、0.1g)的红边调节剂叶绿素铜钠盐超声分散得到均匀的颜料分散液。称取20g聚醚3050、1.5g发泡剂颜料分散液、0.06g二乙醇胺、0.3g泡沫稳定剂L580，高速搅拌60s混合均匀作为A料。加入7.6gTDI和0.14g辛酸亚锡T9，搅拌15-20s后转移至模具中开始发泡，发泡结束后转移至70℃烘箱中熟化2h，室温放置24h后切割得到样品，根据交叉光谱相关匹配法计算样品与绿色植物在380-1300nm范围的光谱相似度。
从图1中可以看出，当不添加红边调节剂叶绿素铜钠盐时，仿生光谱模拟材料在510nm和650nm处出现两个反射峰，随着红边调节剂用量的增加，其在650nm处的反射峰逐渐消失，510nm处的反射峰红移至520nm左右，红边斜率下降。当叶绿素铜钠盐的添加量为0.05g时，与绿色植物在380-1300nm范围内的光谱相关系数达到0.979。
实施实例2
本实施实例采用有机颜料作为着色剂，叶绿素铜钠盐作为红边调节剂，具体工艺如下：
工艺步骤：采用5％的涂料黄L362B色浆、5％涂料大红LR22色浆、1％涂料蓝L363A色浆，按照60:18:17配置得到一种绿色的有机颜料色浆，并加入不0.05g的红边调节剂叶绿素铜钠盐超声分散得到均匀的颜料分散液。称取20g聚醚3050、1.5g发泡剂颜料分散液、0.06g二乙醇胺、0.3g泡沫稳定剂L580，高速搅拌60s混合均匀作为A料。加入7.6gTDI和0.14g辛酸亚锡T9，搅拌15-20s后转移至模具中开始发泡，发泡结束后转移至70℃烘箱中熟化2h，室温放置24h后切割得到样品，浸入少量去离子水后进行测试，根据交叉光谱相关匹配法计算仿生光谱模拟材料与绿色植物的光谱相似度。
从图2中可以看出，所制备的基于还原染料的仿生光谱模拟材料与绿色植物光谱非常相似，具有绿色植物光谱的所有特征，通过交叉光谱相关匹配法计算得到其与桂花叶片的相关系数高达0.980。
实施实例3
本实施实例采用有机颜料作为着色剂，叶绿素铜钠盐作为红边调节剂，具体工艺如下：
工艺步骤：采用5％的涂料黄L362B色浆、5％涂料大红LR22色浆、1％涂料蓝L363A色浆，按照80:22:24配置得到一种绿色的有机颜料色浆，并加入不0.05g的红边调节剂叶绿素铜钠盐超声分散得到均匀的颜料分散液。称取20g聚醚3050、1.5g发泡剂颜料分散液、0.06g二乙醇胺、0.3g泡沫稳定剂L580，高速搅拌60s混合均匀作为A料。加入7.6gTDI和0.14g辛酸亚锡T9，搅拌15-20s后转移至模具中开始发泡，发泡结束后转移至60℃烘箱中熟化4h，室温放置24h后切割得到样品，浸入少量去离子水后进行测试，根据交叉光谱相关匹配法计算仿生光谱模拟材料与绿色植物的光谱相似度。
实施实例4
本实施实例采用有机颜料作为着色剂，叶绿素铜钠盐作为红边调节剂，具体工艺如下：
工艺步骤：采用5％的涂料黄L362B色浆、5％涂料大红LR22色浆、1％涂料蓝L363A色浆，按照80:17:16配置得到一种绿色的有机颜料色浆，并加入不0.05g的红边调节剂叶绿素铜钠盐超声分散得到均匀的颜料分散液。称取20g聚醚3050、1.5g发泡剂颜料分散液、0.06g二乙醇胺、0.3g泡沫稳定剂L580，高速搅拌60s混合均匀作为A料。加入7.6gTDI和0.14g辛酸亚锡T9，搅拌15-20s后转移至模具中开始发泡，发泡结束后转移至80℃烘箱中熟化2h，室温放置24h后切割得到样品，浸入少量去离子水后进行测试，根据交叉光谱相关匹配法计算仿生光谱模拟材料与绿色植物的光谱相似度。

Claims (8)

1.一种基于有机颜料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
将聚醚多元醇、发泡剂分散液、泡沫稳定剂和胺类催化剂混合搅拌均匀作为A料，加入定量的异氰酸酯和锡类催化剂混合物B料，搅拌后发泡，发泡结束后熟化成型，所述熟化成型过程的温度为60-80℃，熟化时间为2-4h，得到具有三维多孔结构的仿生光谱模拟材料；
所述泡沫稳定剂质量分数为聚醚多元醇和异氰酸酯总用量之和质量分数的1.0％～2.0％；所述胺类催化剂和锡类催化剂的质量比为2:8～8:2；所述胺类催化剂和锡类催化剂用量之和为聚醚多元醇和异氰酸酯用量之和质量分数的0.8％；所述发泡剂分散液的用量为聚醚多元醇和异氰酸酯总用量质量分数的3.6％～7.2％；所述的聚醚多元醇和异氰酸酯质量比为50:19；
所述发泡剂分散液分散液是由红、黄、蓝三种颜色有机颜料色浆复配，所述发泡剂分散液的用量为聚醚多元醇和异氰酸酯总用量质量分数的3.6％～7.2％，并添加红边调节剂进行调节，红边调节剂的质量分数为有机颜料色浆质量分数的1.25％-12.5％；
所述红色有机颜料色浆，为涂料大红LR22、涂料大红9815R、涂料大红9811中的一种；所述黄色有机颜料色浆，为涂料黄L362B、涂料嫩黄9814Y、涂料永固黄9816中的一种；所述蓝色有机颜料色浆，为涂料酞菁蓝6804、涂料蓝L363A中的一种。
2.如权利要求1所述的基于有机颜料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料的制备方法，其特征在于，所述红边调节剂为四吡啶基卟啉、四苯基卟啉、叶绿素铜钠盐中的一种或几种；所述红色有机颜料色浆的质量百分比为5％；所述黄色有机颜料色浆质量百分比为5％；所述蓝色有机颜料色浆质量百分比为1％。
3.如权利要求1或2所述的基于有机颜料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料的制备方法，其特征在于，所述聚醚多元醇为聚醚3055、聚醚D360L、聚醚3050、聚醚330N中的一种；所述异氰酸酯为TDI100、TDI80、TDI60中的一种。
4.如权利要求1或2所述的基于有机颜料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料的制备方法，其特征在于，所述泡沫稳定剂为UF5880、L580、DC2525、Y10366中的一种。
5.如权利要求3所述的基于有机颜料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料的制备方法，其特征在于，所述泡沫稳定剂为UF5880、L580、DC2525、Y10366中的一种。
6.如权利要求1或2或5所述的基于有机颜料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料的制备方法，其特征在于，所述胺类催化剂为二乙醇胺、三乙烯二胺、三乙醇胺中的一种；所述锡类催化剂为辛酸亚锡T9、辛酸亚锡T12、二月桂酸二丁基锡T12中的一种。
7.如权利要求3所述的基于有机颜料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料的制备方法，其特征在于，所述胺类催化剂为二乙醇胺、三乙烯二胺、三乙醇胺中的一种；所述锡类催化剂为辛酸亚锡T9、辛酸亚锡T12、二月桂酸二丁基锡T12中的一种。
8.如权利要求4所述的基于有机颜料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料的制备方法，其特征在于，所述胺类催化剂为二乙醇胺、三乙烯二胺、三乙醇胺中的一种；所述锡类催化剂为辛酸亚锡T9、辛酸亚锡T12、二月桂酸二丁基锡T12中的一种。
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