CN112662254B - 可见-近红外高光谱伪装涂料、其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可见‑近红外高光谱伪装涂料、其制备方法及其应用，由水性树脂、吸水保水剂、网络骨架、色浆以及水性涂料助剂配制而成水性体系涂料，所述水性涂料助剂包括分散剂、增稠剂、抗菌剂中的至少一种助剂，所述可见‑近红外高光谱伪装涂料吸水后，能模拟植物表面发射或反射的可见和近红外光谱，与植物背景的同色同谱，具有可见‑近红外高光谱伪装能力。本发明将水性树脂、吸水保水剂、网络骨架、色浆，水性涂料助剂和水按照比例搅拌混合均匀，得到可见‑近红外高光谱伪装涂料。本发明涂料应用在基材表面制作可见‑近红外伪装涂层，涂层吸水后具有可见‑近红外高光谱伪装功能，可广泛应用于军事装备、指挥场所、雷达通讯等领域伪装防护。
Description
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种仿生高光谱伪装涂料及其涂层制备方法。
背景技术
随着先进制导武器的不断发展，现代战争已经进入了“发现即摧毁”的战争模式。世界各军事强国通过开发多频段的探测技术，可以实现对远距离目标可靠的探测，实现远程预警和目标跟踪。伪装技术一方面可以作为提高突防，尤其是纵深打击能力的有效手段，另一方面也是保护己方重要设施、武器系统生存能力的重要手段，受到世界各国的高度重视。
高光谱遥感探测技术的出现，极大的增加地当今野外伪装的难度，促使伪装技术朝高精度伪装方向。传统伪装技术只关注可见光，仅限于实现目标与背景的颜色匹配，而高光谱遥感探测技术在将探测精度提升到光谱级的同时，还将探测范围拓展到近红外波段。这使得伪装目标不仅要提升光谱匹配精度，还需要提升匹配范围。而作为背景的绿色植物在近红外波段显现出比可见光波段更复杂的光谱特性，使得传统的颜色伪装材料很难兼顾。比如专利201610524797.4、201510208621.3则分别公开了新型隔热空心陶瓷微球红外伪装涂层材料和防腐蚀吸波隐身涂料，但都较难对抗可见光、近红外侦查。
高光谱伪装技术最大的难点是实现伪装材料与背景绿色植物的同色同谱，其难度非常高，在高光谱探测技术飞速发展十余年的今天，国内外报道的高光谱伪装技术的依旧很少。早期专利申请CN201010287908.7仅关注高光谱迷彩和其耐腐蚀性的研究，尽可能的干扰高光谱探测，并不能模拟背景光谱。近年来的专利申请CN202010145573.9和CN201811286034.6真正涉及通过在可见和近红外波段的400-2500nm波谱范围内的模拟植物叶片光谱实现高光谱的伪装，但是并未给出实际的模拟效果。专利申请CN201811568731.0给出了具体的模拟的高光谱曲线和模拟效果，采用清漆、固化剂、染色剂、稀释剂、微胶囊、助剂和消泡剂制备，根据背景的反射光谱特征，制备出可与背景“同色同谱”的仿生涂料，可以满足美国军用标准及国家军用标准高光谱伪装指标一级要求，是仅有的给出数据的报道，如何制备高质量的防伪涂层成为亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种可见-近红外高光谱伪装涂料、其制备方法及其应用，通过模拟植物叶片成分，获得与植物叶片一致的反射光谱，实现高光谱伪装。该涂层具有可见-近红外的高光谱伪装能力，应用方向包括但不仅限用于军事装备、指挥场所、雷达通讯等领域的伪装防护。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可见-近红外高光谱伪装涂料，由水性树脂、吸水保水剂、网络骨架、色浆以及水性涂料助剂配制而成水性体系涂料，所述水性涂料助剂包括分散剂、增稠剂、抗菌剂中的至少一种助剂，所述可见-近红外高光谱伪装涂料吸水后，能模拟植物表面发射或反射的可见和近红外光谱，与植物背景的同色同谱，具有可见-近红外高光谱伪装能力。
优选地，所述水性树脂用于材料粘结和材料成膜，包括但不限于水性丙烯酸树脂、硅丙树脂、苯丙树脂、水性聚氨酯或水性环氧树脂。
优选地，所述水性树脂、吸水保水剂、网络骨架、色浆，水性涂料助剂和水的质量配比为(5-20)：(0.1-2)：(0.5-5)：(2-5)：(0.1-1)：(10-30)。
优选地，所述吸水保水剂为具有吸水功能的树脂，包含且不限于聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸酯类、聚丙烯酸钠盐中的任意一种或任意多种的混合物。
优选地，所述网络骨架由亲水纤维构成，亲水纤维的直径为10-100um，亲水纤维的长径比为2-100。
优选地，所述亲水纤维根据功能划分为两类，一类主要起支撑作用，另一类主要起传导水分作用，起支撑作用的纤维直径40-100um，长径比2-10，起传导水分作用的纤维直径10-50um，长径比5-100，优选的5-50。所述纤维以实现该功能为目标，要求纤维具有合适的直径和长径比，不限定纤维成分。
优选地，亲水纤维的长径比为5-50。
优选地，所述色浆为二氧化硅、三氧化二铬、氧化镍、叶绿素铜钠、二氧化钛、碳黑、氧化锌中的任意至少三种的混合材料，按照固体和液体的质量比为1：1的比例加入水，以及按固体质量含量的1-20％的比例添加水性分散剂，然后将混合物经球磨后进行调配，从而得到所述可见-近红外高光谱伪装涂料。
一种本发明可见-近红外高光谱伪装涂料的制备方法，包含以下制备步骤：
(1)按比例配制色浆，进行球磨20-60min；
(2)将按比例吸水树脂加入水中，充分吸水膨胀；
(3)按比例加入网络骨架，色浆和水性涂料助剂，球磨20-60min；
(4)按比例加入水性树脂，搅拌混合均匀，得到可见-近红外高光谱伪装涂料。
一种本发明可见-近红外高光谱伪装涂料的应用，在基材表面制作可见-近红外伪装涂层，包含以下制备步骤：
a.将可见-近红外高光谱伪装涂料涂布于基材上，形成湿膜，然后将湿膜在60-100℃下进行干燥20-60min，使可见-近红外高光谱伪装涂料膜干燥固化；
b.将干燥可见-近红外高光谱伪装涂料固化后的基材放入水中，浸泡至少5min，使基材表面的可见-近红外高光谱伪装涂料层吸水后，得到可见-近红外伪装涂层。
优选地，所述涂布方式为喷涂、刮涂、滚涂、凹版印刷或丝网印刷。
优选地，所述基材为金属、布料、玻璃钢或塑料。
优选地，将可见-近红外高光谱伪装涂料涂布于基材上，形成厚度为800-1500um的湿膜。
本发明原理：
本发明所述可见-近红外高光谱伪装涂料，所述吸水保水剂是指具有吸水功能的树脂，其目的是通过其高吸水保水能力，来模拟植物叶片高含水量的状态，基于这一需求选取具有该特性的吸水树脂，包含且不限于聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸酯类、聚丙烯酸钠盐中的一种或多种。所述可见-近红外高光谱伪装涂料，所述网络骨架由亲水纤维构成，其作用是模仿植物内部茎脉，构建网络，起到支撑涂层结构和传导水分。本发明设计一种新型的可见-近红外高光谱伪装涂料，模拟植物可见和近红外光谱特性，实现与植物背景的同色同谱。此外本发明从环保的角度，采用了水性体系涂料。
本发明涂层用于可见-近红外的高光谱伪装，应用领域包括但不仅限用于军事装备、指挥场所、雷达通讯等领域的伪装防护。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的优点：
1.本发明水性可见-近红外伪装涂料制备的涂层，可以在可见和近红外模拟植物叶片的反射光谱，具有可见-近红外高光谱伪装功能；本发明水性可见-近红外伪装涂料为水性产品，所用原材料绿色安全；
2.本发明提供的涂层材料具备在可见光和近红外波段具有高光谱伪装能力，在军事装备、指挥场所、雷达通讯等领域的伪装防护方面有重要应用潜力。
附图说明
图1为本发明实施例一光谱仿生伪装涂层和典型树叶光谱曲线比较图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1，一种可见-近红外高光谱伪装涂料，由水性树脂、吸水保水剂、网络骨架、色浆以及水性涂料助剂配制而成水性体系涂料，所述水性涂料助剂包括分散剂、增稠剂、抗菌剂中的至少一种助剂，所述可见-近红外高光谱伪装涂料吸水后，能模拟植物表面发射或反射的可见和近红外光谱，与植物背景的同色同谱，具有可见-近红外高光谱伪装能力。
一种本实施例可见-近红外高光谱伪装涂料的制备方法，包含以下制备步骤：
(1)按比例配制色浆：
取三氧化二铬10g、叶绿素铜钠1g、二氧化钛1g、碳黑0.01g、加入水13g、水性分散剂0.13g，通过球磨混合均匀，球磨机转速300rad/min，球磨时间20min，得到色浆A；
(2)取聚丙烯酸钠0.5g加入30g水中，充分吸水膨胀，随后加入色浆A，加入直径40-80um，长100-2000um的玻璃纤维0.4g以及直径10-30um，长100-3000um的竹纤维，以及兴国水性分散剂0.2g，兴国防霉剂1g，混合均匀后加入球磨机中，300rad/min球磨30min，最后加入硅丙树脂30g，搅拌均匀，得到水性可见-近红外高光谱伪装涂料。
一种本实施例可见-近红外高光谱伪装涂料的应用，在基材表面制作可见-近红外伪装涂层，包含以下制备步骤：
a.水性可见-近红外伪装涂料采用刮涂法在棉布上涂覆一层厚度为800um的湿膜，然后将湿膜放入60℃烘箱干燥60min，使可见-近红外高光谱伪装涂料膜干燥固化；
b.将干燥可见-近红外高光谱伪装涂料固化后的基材取出放入水中，浸泡5min，使基材表面的可见-近红外高光谱伪装涂料层吸水后，得到可见-近红外伪装涂层。
实验测试分析：
将结合本实施例制备的可见-近红外伪装涂层的基材作为样品进行实验测试，将本实施光谱仿生伪装涂层和典型树叶光谱曲线进行比较，参见图1，本实施例可见-近红外高光谱伪装涂料层的产生光谱与自然界中的典型树叶光谱存在高度的一致性，本实施例可见-近红外高光谱伪装涂料层的光谱能模拟植物可见和近红外光谱特性，实现与植物背景的同色同谱，实现高光谱伪装。
此外，本实施例从环保的角度，采用了水性体系涂料，所用原材料绿色安全。本实施例提供的涂层材料具备在可见光和近红外波段具有高光谱伪装能力，在军事装备、指挥场所、雷达通讯等领域的伪装防护方面有重要应用潜力。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种可见-近红外高光谱伪装涂料，由水性树脂、吸水保水剂、网络骨架、色浆以及水性涂料助剂配制而成水性体系涂料，所述水性涂料助剂包括分散剂、增稠剂、抗菌剂中的至少一种助剂，所述可见-近红外高光谱伪装涂料吸水后，能模拟植物表面发射或反射的可见和近红外光谱，与植物背景的同色同谱，具有可见-近红外高光谱伪装能力。
本实施例可见-近红外高光谱伪装涂料的制备方法，包含以下制备步骤：
(1)按比例配制色浆：
取氧化镍10g，叶绿素铜钠2g，二氧化硅2g，氧化铁1g，加入水15g，水性分散剂0.15g，通过球磨混合均匀，球磨机转速300rad/min，球磨时间60min，得到色浆B；
(2)取聚丙烯酸酰胺0.1g加入30g水中，充分吸水膨胀，随后加入色浆B，加入直径40-80um，长100-2000um的玻璃纤维0.3g，直径20-40um，长100-2000um的脱脂棉纤维，以及兴国水性分散剂0.2g，兴国防霉剂1g，混合均匀后加入球磨机中，300rad/min球磨30min，最后加入苯丙树脂30g，兴国水性增稠剂0.2g，搅拌均匀，得到水性可见-近红外高光谱伪装涂料。
本实施例可见-近红外高光谱伪装涂料的应用，在基材表面制作可见-近红外伪装涂层，包含以下制备步骤：
a.水性可见-近红外伪装涂料采用刮涂法在PET上涂覆一层厚度为1500um的湿膜，然后将湿膜放入80℃烘箱干燥60min，使可见-近红外高光谱伪装涂料膜干燥固化；
b.将干燥可见-近红外高光谱伪装涂料固化后的基材取出放入水中，浸泡5min，使基材表面的可见-近红外高光谱伪装涂料层吸水后，得到可见-近红外伪装涂层。
实验测试分析：
将结合本实施例制备的可见-近红外伪装涂层的基材作为样品进行实验测试，将本实施光谱仿生伪装涂层和典型树叶光谱曲线进行比较，本实施例可见-近红外高光谱伪装涂料层的产生光谱与自然界中的典型树叶光谱存在高度的一致性，本实施例可见-近红外高光谱伪装涂料层的光谱能模拟植物可见和近红外光谱特性，实现与植物背景的同色同谱，实现高光谱伪装。
此外，本实施例从环保的角度，采用了水性体系涂料，所用原材料绿色安全。本实施例提供的涂层材料具备在可见光和近红外波段具有高光谱伪装能力，在军事装备、指挥场所、雷达通讯等领域的伪装防护方面有重要应用潜力。
实施例三：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种可见-近红外高光谱伪装涂料，由水性树脂、吸水保水剂、网络骨架、色浆以及水性涂料助剂配制而成水性体系涂料，所述水性涂料助剂包括分散剂、增稠剂、抗菌剂中的至少一种助剂，所述可见-近红外高光谱伪装涂料吸水后，能模拟植物表面发射或反射的可见和近红外光谱，与植物背景的同色同谱，具有可见-近红外高光谱伪装能力。
本实施例可见-近红外高光谱伪装涂料的制备方法，包含以下制备步骤：
(1)按比例配制色浆：
取氧化镍5g，三氧化二铬5g，二氧化硅2g，碳黑0.01g，氧化锌1g，加入水13g，水性分散剂0.13g，通过球磨混合均匀，球磨机转速300rad/min，球磨时间60min，得到色浆C；
(2)取聚丙烯酸酰胺0.2g加入30g水中，充分吸水膨胀，随后加入色浆C，加入直径40-80um，长50-1000um的石棉纤维0.3g，直径10-30um，长100-2000um的纤维素，以及兴国水性分散剂0.2g，兴国防霉剂1g，混合均匀后加入球磨机中，300rad/min球磨30min，最后加入丙烯酸树脂30g，搅拌均匀，得到水性可见-近红外高光谱伪装涂料。
本实施例可见-近红外高光谱伪装涂料的应用，在基材表面制作可见-近红外伪装涂层，包含以下制备步骤：
a.将水性可见-近红外伪装涂料采用刮涂法在不锈钢板上涂覆一层厚度为1000um的湿膜，然后将湿膜放入80℃烘箱干燥40min，使可见-近红外高光谱伪装涂料膜干燥固化；
b.将干燥可见-近红外高光谱伪装涂料固化后的基材取出放入水中，浸泡5min，使基材表面的可见-近红外高光谱伪装涂料层吸水后，得到可见-近红外伪装涂层。
实验测试分析：
将结合本实施例制备的可见-近红外伪装涂层的基材作为样品进行实验测试，将本实施光谱仿生伪装涂层和典型树叶光谱曲线进行比较，本实施例可见-近红外高光谱伪装涂料层的产生光谱与自然界中的典型树叶光谱存在高度的一致性，本实施例可见-近红外高光谱伪装涂料层的光谱能模拟植物可见和近红外光谱特性，实现与植物背景的同色同谱，实现高光谱伪装。
此外，本实施例从环保的角度，采用了水性体系涂料，所用原材料绿色安全。本实施例提供的涂层材料具备在可见光和近红外波段具有高光谱伪装能力，在军事装备、指挥场所、雷达通讯等领域的伪装防护方面有重要应用潜力。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种可见-近红外高光谱伪装涂料，其特征在于：由水性树脂、吸水保水剂、网络骨架、色浆以及水性涂料助剂配制而成水性体系涂料，所述水性涂料助剂包括分散剂、增稠剂、抗菌剂中的至少一种助剂，所述可见-近红外高光谱伪装涂料吸水后，能模拟植物表面发射或反射的可见和近红外光谱，与植物背景的同色同谱，具有可见-近红外高光谱伪装能力；
所述水性树脂用于材料粘结和材料成膜，包括但不限于水性丙烯酸树脂、硅丙树脂、苯丙树脂、水性聚氨酯或水性环氧树脂；
所述水性树脂、吸水保水剂、网络骨架、色浆，水性涂料助剂和水的质量配比为（5-20）：（0.1-2）：（0.5-5）：（2-5）：（0.1-1）：（10-30）；
所述吸水保水剂为具有吸水功能的树脂，包含且不限于聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸酯类、聚丙烯酸钠盐中的任意一种或任意多种的混合物；
所述网络骨架由亲水纤维构成，亲水纤维的直径为10-100um，亲水纤维的长径比为2-100；
所述色浆为二氧化硅、三氧化二铬、氧化镍、叶绿素铜钠、二氧化钛、碳黑、氧化锌中的任意至少三种的混合材料。
2.根据权利要求1所述可见-近红外高光谱伪装涂料，其特征在于：亲水纤维的长径比为5-50。
3.根据权利要求1所述可见-近红外高光谱伪装涂料，其特征在于：按照固体和液体的质量比为1：1的比例加入水，以及按固体质量含量的1-20%的比例添加水性分散剂，然后将混合物经球磨后进行调配，从而得到所述可见-近红外高光谱伪装涂料。
4.一种权利要求1所述可见-近红外高光谱伪装涂料的制备方法，其特征在于，包含以下制备步骤：
（1）按比例配制色浆，进行球磨20-60min；
（2）将按比例吸水树脂加入水中，充分吸水膨胀；
（3）按比例加入网络骨架，色浆和水性涂料助剂，球磨20-60min；
（4）按比例加入水性树脂，搅拌混合均匀，得到可见-近红外高光谱伪装涂料。
5.一种权利要求1所述可见-近红外高光谱伪装涂料的应用，其特征在于，在基材表面制作可见-近红外伪装涂层，包含以下制备步骤：
a. 将可见-近红外高光谱伪装涂料涂布于基材上，形成湿膜，然后将湿膜在60-100℃下进行干燥20-60min，使可见-近红外高光谱伪装涂料膜干燥固化；
b. 将干燥可见-近红外高光谱伪装涂料固化后的基材放入水中，浸泡至少5min，使基材表面的可见-近红外高光谱伪装涂料层吸水后，得到可见-近红外伪装涂层。
6.根据权利要求5所述可见-近红外高光谱伪装涂料的应用，其特征在于：所述涂布方式为喷涂、刮涂、滚涂、凹版印刷或丝网印刷；或者，所述基材为金属、布料、玻璃钢或塑料；或者，将可见-近红外高光谱伪装涂料涂布于基材上，形成厚度为800-1500um的湿膜。
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