CN112029336A - 坡缕石作为水吸收带模拟材料在绿色植被仿生涂层中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高光谱探测隐身材料领域，涉及一种绿色植被高光谱特征模拟材料的选取，尤其涉及坡缕石作为水吸收带模拟材料在绿色植被仿生涂层中的应用。本发明将工业上常被用作吸附剂、脱色剂、催化剂、漂白剂和污水处理的坡缕石用作高光谱隐身仿生涂层中的“水吸收带”模拟材料；利用了坡缕石具有的良好吸水保水能力，能模拟植物叶片的水吸收带特征峰；添加坡缕石制得的绿色植被仿生伪装涂层出现了明显的水吸收带特征峰，且反射光谱曲线能进入美军光谱通道。有效的解决了现有高光谱隐身仿生涂层保水能力差，随时间推移稳定性逐渐下降，不适宜实际应用的问题。

Description

坡缕石作为水吸收带模拟材料在绿色植被仿生涂层中的应用
技术领域
本发明属于高光谱探测隐身材料领域，涉及一种绿色植被高光谱特征模拟材料的选取，尤其涉及一种利用坡缕石作为水吸收带模拟材料在绿色植被仿生涂层中的应用。
背景技术
高光谱遥感探测是在电磁波谱的紫外、可见光、近红外、中红外和热红外波段范围内，获取许多非常窄且光谱连续的影像数据的技术，是在传统的二维遥感的基础上增加了光谱维形成的一种独特的三维遥感。对大量的地球表面物质的光谱测量表明，不同的物体会表现出不同的光谱反射和辐射特征。通过测得的光谱特征曲线，可分析出对应于每一个像素点的目标物组成成分以及目标的性质和种类，如绿叶、油漆或者塑料，从而将军事目标与自然背景区分开来。
高光谱成像侦查技术中，绿色植被视为地球上分布最为广泛的自然背景之一，分析其反射光谱特征及其成因对军事目标的伪装研究显得尤为重要。研究表明，绿色植被在400～2500nm波段内的反射光谱特征有四点，分别是“绿峰”、“红边”、“近红外高原”和“水吸收带”。现有伪装材料仅能做到在“绿峰”、“红边”和“近红外高原”波段的图谱合一，而“水吸收带”则是现有伪装材料实现伪装的难点。因此选取一种能模拟“水吸收带”的材料使仿生伪装涂层实现全波段(400～2500nm)的图谱合一成为了亟待解决的问题。
目前国内高光谱隐身仿生涂层的研制工作也刚刚起步，对于“水吸收带”模拟材料的选取也有一定研究，主要为包覆水、强吸湿剂(LiCl)、类水滑石(LDHs)和含结晶水的物质(CaCl2·2H2O、ZnSO4·7H2O)，添加这些模拟材料后虽然都能较好地模拟出“水吸收带”，但制得的涂层保水能力差，随时间推移稳定性逐渐下降，不适宜实际应用。
发明内容
针对上述存在问题或不足，为解决现有高光谱隐身仿生涂层中“水吸收带”模拟材料保水能力差以及稳定性相对较低的问题，本发明提供了一种利用坡缕石作为水吸收带模拟材料在绿色植被仿生涂层中的应用。
具体技术方案如下：
一种利用坡缕石作为水吸收带模拟材料在绿色植被仿生涂层中的应用，将提纯后的坡缕石与氧化铬绿和聚氨酯清漆进行复配，制得的绿色植被仿生伪装涂层出现了明显的水吸收带，并且使得涂层的反射曲线进入美军通道，具体包括以下步骤：
步骤1：将坡缕石、铬绿、聚氨酯清漆和固化剂按质量百分比称取，各组分的质量百分比含量为：坡缕石2～6份，氧化铬绿0.5～2份，聚氨酯清漆8～12份，固化剂8～12份；其中固化剂为聚氨酯清漆对应的配套助剂。
步骤2：将步骤1准备的各组分原料在容器中混匀(如烧杯中用搅拌机进行搅拌混合，搅拌速度为100～300r/min，搅拌时间20～40min)。
步骤3：将步骤2混匀后所得的涂料涂覆在目标物体上，然后在室温下固化24～48h即可得到仿生伪装涂层样品。
进一步的，所述坡缕石的纯度＞95％，纯度越高越好，因为纯度越高杂质含量越低，对应的水的含量也就越高，在反射光谱曲线上的特点就是水吸收带特征峰的值越低。
本发明绿色植被仿生伪装涂层复配采用单纯的聚氨酯清漆，不含其他有色成分，有利于保证聚氨酯在光谱曲线特征上的单一性，可以自由设计涂料颜色，同时还能保证没有其他添加助剂的特征峰出现。
坡缕石属黏土矿石，又称凹凸棒黏土，是一种层链状结构的含水富镁硅酸盐矿物，地表含量丰富，提纯工艺简单，生产成本低，适合工业化生产。具有良好的分散性、热稳定性、极基性交换能力和较高的选择系数。坡缕石具有强吸附性，吸水率可达200％，并含有四种形态的水：表面吸附水、孔道中的沸石水、位于孔道边缘与八面体边缘阳离子配位的结晶水、与八面体层中间阳离子配位的结构水，良好的吸水性和含有多形态的水使得坡缕石具有优异的吸水保水性能。工业上常被用作吸附剂、脱色剂、催化剂、漂白剂和污水处理等。但是，利用坡缕石模拟绿色植被反射光谱曲线的“水吸收带”特征，目前尚未见报道。
本发明将工业上常被用作吸附剂、脱色剂、催化剂、漂白剂和污水处理的坡缕石用作高光谱隐身仿生涂层中的“水吸收带”模拟材料；利用了坡缕石具有的良好吸水保水能力，能模拟植物叶片的水吸收带特征峰；添加坡缕石制得的仿生伪装涂层出现了明显的水吸收带特征峰，且反射光谱曲线能进入美军光谱通道。有效的解决了现有高光谱隐身仿生涂层保水能力差，随时间推移稳定性逐渐下降，不适宜实际应用的问题。
附图说明
图1为实施例提纯的坡缕石在400～2500nm范围内的反射光谱。
图2为实施例制备的仿生伪装涂层在400～2500nm范围内的反射光谱。
具体实施方式
下面通过具体实施例对坡缕石的超声水热法提纯工艺和坡缕石作为水吸收带模拟材料在绿色植被仿生伪装涂层中的应用作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
一、坡缕石的超声水热法提纯：
步骤1：粉碎制浆，将坡缕石原矿土进行机械粉碎过100～200目筛，将粉碎后的坡缕石加入盛有蒸馏水的烧杯中，两者质量百分比含量分别为：坡缕石2～6％，蒸馏水94～98％。
步骤2：水热分散，将步骤1制得的浆料放入磁力搅拌器中，设置加热温度为30～40℃，搅拌速度300～600r/min。称取分散剂六偏磷酸钠加入浆料中，质量百分比为坡缕石质量的1～3％，然后将浆料恒温匀速搅拌1～2h。
步骤3：超声震荡，将步骤2所得的浆料置于超声震荡机中进行超声震荡，震荡时间为0.5～1h。
步骤4：静置分层干燥，将步骤3所得的浆料静置2～4h，分离上层液后进行干燥处理，干燥温度60～90℃。
步骤5：粉碎过筛，将步骤4所得的干燥产物进行研磨，过200～300目网筛，得到提纯后的坡缕石样品。
当各组分比例为：坡缕石20g，蒸馏水400g，分散剂六偏磷酸钠0.6g，超声震荡时间0.5h时，提纯效果最佳，此时提纯后的坡缕石在1450nm和1940nm附近的水吸收带特征峰峰值分别达到了55.3％和39.1％。
实施例1
将坡缕石原矿土粉碎过100目筛，称取0.2g六偏磷酸钠分散剂分散于400ml蒸馏水中，待分散剂完全分散后加入20g坡缕石原矿土粉末，分散过程采磁力搅拌器搅拌并进行水浴加热，水浴温度40℃，搅拌速度400r/min，搅拌时间1h；超声分散1h，静置2h分层，取上层液干燥，干燥温度80℃；粉碎干燥后的产物过300目筛得到提纯坡缕石样品S1。
实施例2
将坡缕石原矿土粉碎过100目筛，称取0.4g六偏磷酸钠分散剂分散于400ml蒸馏水中，待分散剂完全分散后加入20g坡缕石原矿土粉末，分散过程采磁力搅拌器搅拌并进行水浴加热，水浴温度40℃，搅拌速度400r/min，搅拌时间1h；超声分散1h，静置2h分层，取上层液干燥，干燥温度80℃；粉碎干燥后的产物过300目筛得到提纯坡缕石样品S2。
实施例3
将坡缕石原矿土粉碎过100目筛，称取0.6g六偏磷酸钠分散剂分散于400ml蒸馏水中，待分散剂完全分散后加入20g坡缕石原矿土粉末，分散过程采磁力搅拌器搅拌并进行水浴加热，水浴温度40℃，搅拌速度400r/min，搅拌时间1h；超声分散1h，静置2h分层，取上层液干燥，干燥温度80℃；粉碎干燥后的产物过300目筛得到提纯坡缕石样品S3。
实施例4
将坡缕石原矿土粉碎过100目筛，称取0.6g六偏磷酸钠分散剂分散于400ml蒸馏水中，待分散剂完全分散后加入20g坡缕石原矿土粉末，分散过程采磁力搅拌器搅拌并进行水浴加热，水浴温度40℃，搅拌速度400r/min，搅拌时间1h；超声分散30min，静置2h分层，取上层液干燥，干燥温度80℃；粉碎干燥后的产物过300目筛得到提纯坡缕石样品S4。
二、坡缕石与氧化铬绿和聚氨酯清漆复配制备仿生伪装涂层：
实施例5
按设计配方称取10g聚氨酯清漆，12g固化剂，提纯坡缕石2g。将各组分加入烧杯后置于搅拌机下进行搅拌混合，搅拌速度150r/min，搅拌时间20min。将搅拌均匀后的浆料采用刮涂法刮涂在马口铁上，涂层厚度0.5mm，室温固化48h后得到涂层样品S5。
实施例6
按设计配方称取10g聚氨酯清漆，12g固化剂，提纯坡缕石5g。将各组分加入烧杯后置于搅拌机下进行搅拌混合，搅拌速度150r/min，搅拌时间20min。将搅拌均匀后的浆料采用刮涂法刮涂在马口铁上，涂层厚度0.5mm，室温固化48h后得到涂层样品S6。
实施例7
按设计配方称取10g聚氨酯清漆，12g固化剂，提纯坡缕石5g，氧化铬绿1.5g。将各组分加入烧杯后置于搅拌机下进行搅拌混合，搅拌速度150r/min，搅拌时间20min。将搅拌均匀后的浆料采用刮涂法刮涂在马口铁上，涂层厚度0.5mm，室温固化48h后得到涂层样品S7。
对实施例的样品进行测试分析：坡缕石具有良好的吸水保水能力，能模拟植物叶片的水吸收带特征峰(1450nm和1940nm左右)(见附图1)。图2为实施例制备的仿生伪装涂层在400～2500nm范围内的反射光谱，添加坡缕石制得的仿生伪装涂层出现了明显的水吸收带特征峰(1450nm和1940nm左右)，且反射光谱曲线能进入美军光谱通道；当各组分比例为：坡缕石5g，氧化铬绿1.5g，聚氨酯清漆10g，固化剂12g时，制得的涂层反射光谱曲线效果最佳，涂层出现了水吸收带特征峰，并且曲线还进入了美军光谱通道。
综上可见，本发明制得的绿色制备仿生伪装涂层保水能力高，稳定性好，适合实际应用，有效的解决了当前仿生伪装涂层存在的问题。

Claims (3)

1.坡缕石作为水吸收带模拟材料在绿色植被仿生涂层中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将坡缕石、铬绿、聚氨酯清漆和固化剂按质量百分比称取，各组分的质量百分比含量为：坡缕石2～6份，氧化铬绿0.5～2份，聚氨酯清漆8～12份，固化剂8～12份；其中固化剂为聚氨酯清漆对应的配套助剂；
步骤2：将步骤1准备的各组分原料在容器中混匀。
步骤3：将步骤2混匀后所得的涂料涂覆在目标物体上，然后在室温下固化24～48h即可得到仿生伪装涂层样品。
2.如权利要求1所述坡缕石作为水吸收带模拟材料在绿色植被仿生涂层中的应用，其特征在于：所述步骤2中用搅拌机进行搅拌混合，搅拌速度为100～300r/min，搅拌时间20～40min。
3.如权利要求1所述坡缕石作为水吸收带模拟材料在绿色植被仿生涂层中的应用，其特征在于：所述坡缕石的纯度＞95％。
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