CN112680043A - 水性光谱仿生伪装涂料、其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性光谱仿生伪装涂料、其制备方法及其应用，由水性树脂、纳米多孔矿物、色浆以及水性涂料助剂配制而成，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，使用所述水性光谱仿生伪装涂料制备的涂层能模拟植物叶片在250‑2500nm波段的反射光谱，具有水性光谱仿生伪装伪装能力，同时具有吸放湿能力。本发明将水性树脂、纳米多孔矿物、色浆、水性涂料助剂和水按照比例搅拌混合均匀，得到水性光谱仿生伪装涂料。本发明涂料应用在基材表面制作水性光谱仿生伪装涂层，涂层具有光谱伪装功能，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，能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。从上个世纪80年代各国开始重视伪装技术至今，伪装材料得到充分的发展，目前正朝着高精度伪装性和多波段伪装方向发展。
高光谱遥感探测技术的出现,极大地增加的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。比如专利申请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CN201811568731.0申请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，提供一种水性光谱仿生伪装涂料、其制备方法及其应用，在可见和近红外模拟植物叶片的反射光谱，同时能通过拟植物的蒸腾作用，模仿植物叶片温度随时间的变化规律。本发明提供的涂层材料具备在可见光、近红外波段和热红外波段具有伪装能力，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。本发明材料是一种新型的光谱伪装涂料，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。同时还可模拟植物的蒸腾作用，具有动态的热红外伪装能力。此外本发明从环保的角度，采用了水性体系涂料，使用安全和环保。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种水性光谱仿生伪装涂料，由水性树脂、纳米多孔矿物、色浆以及水性涂料助剂配制而成，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，使用所述水性光谱仿生伪装涂料制备的涂层能模拟植物叶片在250-2500nm波段的反射光谱，具有水性光谱仿生伪装伪装能力，同时具有吸放湿能力。
优选地，所述水性树脂、纳米多孔矿物、色浆以及水的质量配比为(5-20)：(5-20)：(1-8)：30。
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，苯丙树脂，硅丙树脂，水性聚氨酯或水性环氧树脂。
优选地，所述纳米多孔矿物为包含有纳米尺度和微米尺度的孔道结构的矿物，包含且不限于凹凸棒、硅藻土、海泡石中的任意一种矿物或任意多种的混合矿物，所述纳米尺度为孔径为1-100nm的孔径尺寸，所述微米尺度为1-100um的孔道尺寸。
优选地，所述纳米多孔矿物的纳米尺度为孔径为1-20nm的孔径尺寸，所述微米尺度为1-50um的孔道尺寸。
优选地，所述色浆为二氧化硅、三氧化二铬、镨黄、叶绿素铜钠、二氧化钛、碳黑、三氧化二铁、氧化锌中的至少任意三种的混合色浆材料，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，从而得到所述水性光谱仿生伪装涂料。色浆用于对涂料反射光谱的修饰，各组分配比根据不同的应用要求进行调整。
优选地，所述吸放湿能力为：利用所述水性光谱仿生伪装涂料制备的涂层能在非太阳辐照情况下够吸收空气中的水分，并在太阳辐照情况下释放水分，带走自身热量，使涂层保持所需的较低温度，从而获得在太阳辐照下与植物叶片相似的表面温度。
一种水性光谱仿生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)按比例配制水性光谱仿生伪装涂料原料，球磨20-60min，混合均匀，得到水性光谱仿生伪装涂料。
一种水性光谱仿生伪装涂料的应用，在基材表面制作水性光谱仿生伪装涂层，包含以下制备步骤：
a.将水性光谱仿生伪装涂料涂布于基材上，形成湿膜，然后将湿膜在60-150℃下进行干燥20-60min，使水性光谱仿生伪装涂料膜干燥固化；
b.将水性光谱仿生伪装涂料膜固化后的基材取出，在室温通风环境中放置至少10min，得到水性光谱仿生伪装涂层。
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，将水性光谱仿生伪装涂料涂布于基材上，形成厚度不低于500um的湿膜。
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.本发明水性光谱仿生伪装涂料制备的涂层，能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；
2.本发明水性光谱仿生伪装涂料制备的涂层，能通过拟植物的蒸腾作用，模仿植物叶片温度随时间的变化规律，具有动态热红外伪装功能；
3.本发明水性光谱仿生伪装涂料为水性产品，所用原材料绿色安全；
4.本发明提供的涂层材料具备在可见光、近红外波段和热红外波段具有伪装能力，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。
图2为本发明实施例一光谱仿生伪装涂层的光谱曲线随时间变化曲线图。
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，一种水性光谱仿生伪装涂料，由水性树脂、纳米多孔矿物、色浆以及水性涂料助剂配制而成，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，使用所述水性光谱仿生伪装涂料制备的涂层能模拟植物叶片在250-2500nm波段的反射光谱，具有水性光谱仿生伪装伪装能力，同时具有吸放湿能力。
本实施例水性光谱仿生伪装涂料的制备方法，包含以下制备步骤：
(1)取三氧化二铬10g，镨黄2g，叶绿素铜钠1g，二氧化钛1g，加入水14g，水性分散剂0.14g，通过球磨混合均匀，球磨机转速300rad/min，球磨时间30min，得到色浆A；
(2)取凹凸棒10g，加入树脂10g，配好的色浆A 2.5g，水30g，分散剂0.1g，防霉剂1g，依次加入球磨罐，在300rad/min转速下，球磨30min，混合均匀，得到所需的水性光谱仿生伪装涂料。
本实施例水性光谱仿生伪装涂料的应用，在基材表面制作水性光谱仿生伪装涂料涂层，包含以下制备步骤：
a.将水性光谱仿生伪装涂料采用涂布方法在棉布上涂覆一层厚度为500um的湿膜，然后将湿膜经烘箱120℃干燥30min，使水性光谱仿生伪装涂料膜干燥固化；
b.将水性光谱仿生伪装涂料膜固化后的基材取出，在室温通风环境中放置10min，得到水性光谱仿生伪装涂层。
实验测试分析：
将结合本实施例制备的水性光谱仿生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，本实施例水性光谱仿生伪装涂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，本实施例水性光谱仿生伪装涂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，实现光谱伪装。
图2本实施例光谱仿生伪装涂层的光谱曲线随时间变化曲线图，可见本实施例光谱仿生伪装涂层的光谱曲线随时间变化较小，尤其在上午10:00-12:00之间的本实施例光谱仿生伪装涂层的光谱曲线具有更好的一致性，综合可知本实施例光谱仿生伪装涂层的光谱曲线在上午的一致性表现优异。所述可模拟植物叶片光谱，是指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中，关于反射光谱相关的要求。
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，一种水性光谱仿生伪装涂料，由水性树脂、纳米多孔矿物、色浆以及水性涂料助剂配制而成，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，使用所述水性光谱仿生伪装涂料制备的涂层能模拟植物叶片在250-2500nm波段的反射光谱，具有水性光谱仿生伪装伪装能力，同时具有吸放湿能力。
本实施例水性光谱仿生伪装涂料的制备方法，包含以下制备步骤：
(1)取三氧化二铬10g，三氧化二铁4g，叶绿素铜钠1g，二氧化硅2g，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30min，得到色浆B；
(2)取硅藻土10g，加入树脂5g，配好的色浆B 2.5g，水30g，分散剂0.1g，防霉剂1g，依次加入球磨罐，在300rad/min转速下，球磨30min，混合均匀，得到所需的水性光谱仿生伪装涂料。
本实施例水性光谱仿生伪装涂料的应用，在基材表面制作水性光谱仿生伪装涂料涂层，包含以下制备步骤：
a.将水性光谱仿生伪装涂料采用涂布方法在PET上涂覆一层厚度为500um的湿膜，然后将湿膜经烘箱120℃干燥30min，使水性光谱仿生伪装涂料膜干燥固化；
b.将水性光谱仿生伪装涂料膜固化后的基材取出，在室温通风环境中放置10min，得到水性光谱仿生伪装涂层。
实验测试分析：
将结合本实施例制备的水性光谱仿生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，本实施例水性光谱仿生伪装涂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，本实施例水性光谱仿生伪装涂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。
本实施例光谱仿生伪装涂层的光谱曲线随时间变化较小，尤其在上午10:00-12:00之间的本实施例光谱仿生伪装涂层的光谱曲线具有更好的一致性，综合可知本实施例光谱仿生伪装涂层的光谱曲线在上午的一致性表现优异。
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，一种水性光谱仿生伪装涂料，由水性树脂、纳米多孔矿物、色浆以及水性涂料助剂配制而成，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，使用所述水性光谱仿生伪装涂料制备的涂层能模拟植物叶片在250-2500nm波段的反射光谱，具有水性光谱仿生伪装伪装能力，同时具有吸放湿能力。
本实施例水性光谱仿生伪装涂料的制备方法，包含以下制备步骤：
(1)取三氧化二铬10g，三氧化二铁2g，镨黄1g，叶绿素铜钠1g，二氧化硅2g，碳黑0.01g，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30min，得到色浆C；
(2)取膨润土和凹凸棒各5g，加入树脂10g，配好的色浆C 2.5g，水30g，分散剂0.1g，防霉剂1g，依次加入球磨罐，在300rad/min转速下，球磨30min，混合均匀，得到所需的水性光谱仿生伪装涂料。
本实施例水性光谱仿生伪装涂料的应用，在基材表面制作水性光谱仿生伪装涂料涂层，包含以下制备步骤：
a.将水性光谱仿生伪装涂料采用涂布方法在铝板上涂覆一层厚度为500um的湿膜，然后将湿膜经烘箱120℃干燥30min，使水性光谱仿生伪装涂料膜干燥固化；
b.将水性光谱仿生伪装涂料膜固化后的基材取出，在室温通风环境中放置10min，得到水性光谱仿生伪装涂层。
实验测试分析：
将结合本实施例制备的水性光谱仿生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，本实施例水性光谱仿生伪装涂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，本实施例水性光谱仿生伪装涂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。
本实施例光谱仿生伪装涂层的光谱曲线随时间变化较小，尤其在上午10:00-12:00之间的本实施例光谱仿生伪装涂层的光谱曲线具有更好的一致性，综合可知本实施例光谱仿生伪装涂层的光谱曲线在上午的一致性表现优异。
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 (10)
1.一种水性光谱仿生伪装涂料，其特征在于：由水性树脂、纳米多孔矿物、色浆以及水性涂料助剂配制而成，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，使用所述水性光谱仿生伪装涂料制备的涂层能模拟植物叶片在250-2500nm波段的反射光谱，具有水性光谱仿生伪装伪装能力，同时具有吸放湿能力。
2.根据权利要求1所述水性光谱仿生伪装涂料，其特征在于：所述水性树脂、纳米多孔矿物、色浆以及水的质量配比为(5-20)：(5-20)：(1-8)：30。
3.根据权利要求1所述水性光谱仿生伪装涂料，其特征在于：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，苯丙树脂，硅丙树脂，水性聚氨酯或水性环氧树脂。
4.根据权利要求1所述水性光谱仿生伪装涂料，其特征在于：所述纳米多孔矿物为包含有纳米尺度和微米尺度的孔道结构的矿物，包含且不限于凹凸棒、硅藻土、海泡石中的任意一种矿物或任意多种的混合矿物，所述纳米尺度为孔径为1-100nm的孔径尺寸，所述微米尺度为1-100um的孔道尺寸。
5.根据权利要求4所述水性光谱仿生伪装涂料，其特征在于：所述纳米多孔矿物的纳米尺度为孔径为1-20nm的孔径尺寸，所述微米尺度为1-50um的孔道尺寸。
6.根据权利要求1所述水性光谱仿生伪装涂料，其特征在于：所述色浆为二氧化硅、三氧化二铬、镨黄、叶绿素铜钠、二氧化钛、碳黑、三氧化二铁、氧化锌中的至少任意三种的混合色浆材料，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，从而得到所述水性光谱仿生伪装涂料。
7.根据权利要求1所述水性光谱仿生伪装涂料，其特征在于：所述吸放湿能力为：利用所述水性光谱仿生伪装涂料制备的涂层能在非太阳辐照情况下够吸收空气中的水分，并在太阳辐照情况下释放水分，带走自身热量，使涂层保持所需的较低温度。
8.一种权利要求1所述水性光谱仿生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)按比例配制水性光谱仿生伪装涂料原料，球磨20-60min，混合均匀，得到水性光谱仿生伪装涂料。
9.一种权利要求1所述水性光谱仿生伪装涂料的应用，其特征在于，在基材表面制作水性光谱仿生伪装涂层，包含以下制备步骤：
a.将水性光谱仿生伪装涂料涂布于基材上，形成湿膜，然后将湿膜在60-150℃下进行干燥20-60min，使水性光谱仿生伪装涂料膜干燥固化；
b.将水性光谱仿生伪装涂料膜固化后的基材取出，在室温通风环境中放置至少10min，得到水性光谱仿生伪装涂层。
10.根据权利要求1所述水性光谱仿生伪装涂料的应用，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，将水性光谱仿生伪装涂料涂布于基材上，形成厚度不低于500um的湿膜。
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