CN112900115A - 基于分散染料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料及其制备方法 - Google Patents

基于分散染料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于分散染料的可见光‑近红外仿生光谱模拟材料及其制备方法,属于光谱模拟领域。本发明将将分散染料、分散剂和水按一定的比例混合后研磨、超声处理得到染料分散液;将染料分散液、聚丙烯酸酯类粘合剂、增稠剂、反射率调节剂和水按一定比例混合搅拌均匀形成印花糊料即得到可见光‑近红外仿生光谱模拟材料。本发明制备得到的基于分散染料的可见光‑近红外仿生光谱模拟材料具有绿色植物所有的光谱特征,与大多数常见树叶在380‑2500nm波段的光谱相关系数均能达到0.950以上。

Description

基于分散染料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及基于分散染料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料及其制备方法,属于光谱模拟领域。
背景技术
高光谱成像技术是新一代伪装探测技术,其将光谱技术与成像技术有机结合在一起。相比于红外成像仪、微光成像仪以及其他光谱成像仪来说,高光成像技术将可探测的光谱波段拓展至380-2500nm,光谱分辨率可以达到10nm,从而可以更加精确地探测、分辨隐藏的目标。这无疑给伪装技术带来了极大的挑战,传统的伪装材料将不能很好的使得目标在户外环境中的进行伪装或隐藏。
户外环境大致可被分为三种:森林环境、荒原环境和雪域环境。森林环境是目前伪装领域应用最多的环境,所以将森林环境作为本次可见光-近红外伪装材料的伪装基准。为了实现伪装材料在380-2500nm波段的对森林环境的模拟,研究了绿色叶片的组成结构与其可见光-近红外反射光谱之间的关系。研究表明,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,很多学者设计并制备了以绿色植物叶片为灵感的具有光谱模拟功能的仿生叶片,徐国跃等基于微胶囊技术,以透明的聚脲醛高分子为壳材,以溶有叶绿素的油包水的乳液为芯材制备了一种伪装涂料,在380-2500nmnm波段与被子植物的反射光谱具有较好的相似性;蒋晓军等以聚乙烯醇作为材料成型物质和水分吸脱附材料,以铬绿、大分子黄等光学颜料作为着色剂,采用化学铸膜方法制备了植物仿生伪装薄膜,能较好模拟植被的光谱反射特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于分散染料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料及其制备方法,本发明获得的可见光-近红外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,与大多数常见绿色植物叶片的光谱相关系数达到0.950以上。
本发明的技术方案如下:
一种基于分散染料的用于制备可见光-近红外仿生光谱模拟材料的糊料,所述糊料包括分散染料、分散剂、聚丙烯酸酯类粘合剂、增稠剂、反射率调节剂和水,所述分散染料为分散蓝291、分散蓝56、分散黄114、分散橙30的两种及以上;其中,所述分散染料和分散剂的质量比为1:0.5~1:1,任一种分散染料在糊料中质量分数均为0.1%~6.0%,所述聚丙烯酸酯类粘合剂和增稠剂的质量比为4:1~4.5:1,且二者用量之和为糊料的质量的35%~40%,所述反射率调节剂占分散染料质量的10%~150%。
在本发明的一种实施方式中,所述分散染料优选为分散蓝291、分散黄114和分散橙30。
在本发明的一种实施方式中,所述分散剂为85A、NNO、MF、DM-1501、DM-1501N中的一种或几种。
在本发明的一种实施方式中,所述聚丙烯酸类粘合剂为DM-5128A、DM-5128、DM-5120中的一种或几种。
在本发明的一种实施方式中,所述增稠剂为DM-5221G、DM-5228、DM-5298、海藻酸钠中的一种或几种。
在本发明的一种实施方式中,所述反射率调节剂为二氧化钛、氧化铝、DM-2061A中的一种。
本发明还提供了上述糊料的制备方法,步骤如下:
将分散染料、分散剂和水按一定的比例混合后研磨、超声处理得到染料分散液;将染料分散液、聚丙烯酸酯类粘合剂、增稠剂、反射率调节剂和水按一定比例混合搅拌均匀形成印花糊料即得到可见光-近红外仿生光谱模拟材料,其中,所述分散染料为分散蓝291、分散蓝56、分散黄114、分散橙30的两种及以上。
在本发明的一种实施方式中,不同染料的染料分散液分开配制,其中,染料分散液中分散染料和分散剂的质量比为1:0.5~1:1,所述分散染料在染料分散液中的质量分数为5%~20%。
在本发明的一种实施方式中,所述研磨的时间为10~60min,超声时间为5~30min。
本发明还提供了上述糊料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料。
基于分散染料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料的制备方法,在本发明的一种实施方式中,所述可见光-近红外仿生光谱模拟材料通过以下方法制备得到:将上述制备得到的可见光-近红外仿生光谱模拟材料通过人工平网印花的方式刮印到织物上,在自然晾干后并将其在130~180℃下焙烘1~3min形成印花织物,最后,将此印花织物在摩擦牢度改性剂中浸轧,晾干后在130~180℃下焙烘1~3min即可得到具有可见光-近红外仿生光谱模拟功能的织物。
在本发明的一种实施方式中,所述织物为粘胶织物、天丝织物、棉织物中的一种。
在本发明的一种实施方式中,所述摩擦牢度改性剂为DM-2589、DM-2582N、DM-8926、DM-5125中的一种或几种。
本发明的有益效果:
本发明针对传统仿生光谱模拟材料结构复杂、不能实现全光谱模拟、采用的着色剂稳定性差或具有毒性的问题,设计制备一种基于分散染料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料,本发明制备得到的基于分散染料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料具有绿色植物所有的光谱特征,与大多数常见树叶在380-2500nm波段的光谱相关系数均能达到0.950以上。
附图说明
图1仿生光谱模拟材料与绿色植物光谱对比示意图。
图2单色仿生光谱模拟材料与绿色植物光谱对比示意图。
图3基于其他分散染料的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
下面通过实施例子,进一步阐述本发明的突出优点和显著特点,但本发明决不局限于实施例子。
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(rm)
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。
Figure BDA0002990566030000031
(3)断裂强度:根据修改后的GB/T3923.1-1997《织物拉伸性能断裂强力和断裂伸长率》测得,修改内容为:样品宽2cm,长20cm,夹距10cm,拉伸速率为2cm/min。
(4)透气率:根据ISO 9237-1995测得。
(5)柔软度:将样品裁剪为直径10cm的圆形,置于法宝仪的样品仓中,按照标准操作得出准确数据。
(6)摩擦牢度:根据GB/T3920-2008测得。
实例1
将15.0g分散蓝291和7.5gDM-1501混合均匀并逐滴加入277.5g水进行研磨30min,并超声15min制备质量分数为5%的分散蓝291分散液。用相同的方法将60.0g分散黄114、30.0gDM-1501以及210.0g水制备成质量分数为20%的分散黄114分散液;将30.0g分散橙30、15.0gDM-1501以及255.0g水制备成质量分数为10%的分散橙30分散液。称取3.0g分散蓝291分散液、15.0g分散黄114分散液、7.5g分散橙30分散液、15.0g聚丙烯酸酯类粘合剂DM-5128、3.5g增稠剂DM-5221G、5.0g二氧化钛和1.0g水,搅拌30min混合均匀成为印花糊料。
将印花糊料通过人工平网印花的方式刮印到粘胶织物上,在自然晾干后并将其在150℃下焙烘3min形成印花织物。最后,将此印花织物在10g/L的DM-8926和30g/L的DM-2582N混合液中浸轧,一浸一轧,轧余率75%,晾干后在150℃下焙烘3min即可得到基于分散染料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料。
将所述模拟材料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模拟材料与绿色植物叶片在380-2500nm范围的光谱相似度。
从图1中可以看出,所制备的基于分散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、鹅掌柴、金丝桃、樱花、榉树、枫杨、万年青、银杏、桃树、山茶、玉兰、香樟叶片的相关系数均高于0.9800,其中与桂花叶片的相关系数高达0.9911。
上述模拟材料能够达到的其他相关指标如下:
断裂强度:7.7MPa,
透气率:45.848mm/s
柔软度:74.4
摩擦牢度:4-5级。
实例2
首先配置质量分数为5%的分散蓝291分散液、20%分散黄114、和10%分散橙30分散液。称取1.0g分散蓝291分散液、5.0g分散黄114分散液、2.5g分散橙30分散液、15.0g聚丙烯酸酯类粘合剂DM-5128、3.5g增稠剂DM-5221G、0.15g二氧化钛和22.85g水,搅拌30min混合均匀成为印花糊料。
将印花糊料通过人工平网印花的方式刮印到粘胶织物上,在自然晾干后并将其在150℃下焙烘3min形成印花织物。最后,将此印花织物在10g/L的DM-8926和30g/L的DM-2582N混合液中浸轧,一浸一轧,轧余率75%,晾干后在150℃下焙烘3min即可得到基于分散染料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料。
将所述模拟材料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模拟材料与绿色植物叶片在380-2500nm范围的光谱相似度。
从图1中可以看出,所制备的基于分散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、鹅掌柴、金丝桃、樱花、榉树、枫杨、万年青、银杏、桃树、山茶、玉兰、香樟叶片的相关系数均高于0.9500,其中与桂花叶片的相关系数高达0.9802。
上述面料能够达到的其他相关指标如下:
断裂强度:7.9MPa
透气率:92.848mm/s
柔软度:79.1
摩擦牢度:3级
实例3
首先配置质量分数为5%的分散蓝291分散液、20%分散黄114、和10%分散橙30分散液。称取2.0g分散蓝291分散液、10.0g分散黄114分散液、5.0g分散橙30分散液、15.0g聚丙烯酸酯类粘合剂DM-5128、3.5g增稠剂DM-5221G、0.8g二氧化钛和14.1g水,搅拌30min混合均匀成为印花糊料。
将印花糊料通过人工平网印花的方式刮印到粘胶织物上,在自然晾干后并将其在150℃下焙烘3min形成印花织物。最后,将此印花织物在10g/L的DM-8926和30g/L的DM-2582N混合液中浸轧,一浸一轧,轧余率75%,晾干后在150℃下焙烘3min即可得到基于分散染料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料。
将所述模拟材料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模拟材料与桂花、鹅掌柴、金丝桃、樱花、榉树、枫杨、万年青、银杏、桃树、山茶、玉兰、香樟叶片等绿色植物叶片在380-2500nm范围的光谱相关系数均高于0.9700,说明所述模拟材料与大多数叶片的光谱相似度高。
实例4
首先配置质量分数为5%的分散蓝291分散液、20%分散黄114、和10%分散橙30分散液。称取2.5g分散蓝291分散液、12.5g分散黄114分散液、6.25g分散橙30分散液、15.0g聚丙烯酸酯类粘合剂DM-5128、3.5g增稠剂DM-5221G、2.5g二氧化钛和7.75g水,搅拌30min混合均匀成为印花糊料。
将印花糊料通过人工平网印花的方式刮印到粘胶织物上,在自然晾干后并将其在150℃下焙烘3min形成印花织物。最后,将此印花织物在10g/L的DM-8926和30g/L的DM-2582N混合液中浸轧,一浸一轧,轧余率75%,晾干后在150℃下焙烘3min即可得到基于分散染料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料。
将所述模拟材料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模拟材料与桂花、鹅掌柴、金丝桃、樱花、榉树、枫杨、万年青、银杏、桃树、山茶、玉兰、香樟叶片等绿色植物叶片在380-2500nm范围的光谱相关系数均高于0.9750,说明所述模拟材料与大多数叶片的光谱相似度高。
对比实例1
首先配置质量分数为5%的分散蓝291分散液、20%分散黄114、和10%分散橙30分散液。称取3.0g分散蓝291分散液、15.0g分散黄114分散液和7.5g分散橙30分散液分别加入到15.0聚丙烯酸酯类粘合剂DM-5128、3.5g增稠剂DM-5221G和水的混合物中,形成三种单色的混合物,每种单色混合物均为50.0g,不足的部分用水补齐,搅拌30min混合均匀成为三种单色的印花糊料。
将三种印花糊料通过人工平网印花的方式刮印到粘胶织物上,在自然晾干后并将其在150℃下焙烘3min形成印花织物。最后,将此印花织物在10g/L的DM-8926和30g/L的DM-2582N混合液中浸轧,一浸一轧,轧余率75%,晾干后在150℃下焙烘3min即可得到基于分散染料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料。
将所述模拟材料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模拟材料与绿色植物叶片在380-2500nm范围的光谱相似度。
从图2中可以看出,所制备的基于单一分散染料的仿生光谱模拟材料与绿色植物光谱差异较大,尤其是可见光区的绿峰和红边特征基本消失,仅保留着近红外高原和水分吸收谷,通过交叉光谱相关匹配法计算得到其与桂花、鹅掌柴、金丝桃、樱花、榉树、枫杨、万年青、银杏、桃树、山茶、玉兰、香樟叶片的相关系数基本低于0.8000。
对比实例2
将15.0g分散蓝60和7.5gDM-1501混合均匀并逐滴加入277.5g水进行研磨30min,并超声15min制备质量分数为5%的分散蓝60分散液。用相同的方法将60.0g分散黄23、30.0gDM-1501以及210.0g水制备成质量分数为20%的分散黄23分散液;将30.0g分散橙61、15.0gDM-1501以及255.0g水制备成质量分数为10%的分散橙61分散液。称取3.0g分散蓝60分散液、15.0g分散黄23分散液、7.5g分散橙61分散液、15.0g聚丙烯酸酯类粘合剂DM-5128、3.5g增稠剂DM-5221G、5.0g二氧化钛和1.0g水,搅拌30min混合均匀成为印花糊料。
将印花糊料通过人工平网印花的方式刮印到棉织物上,在自然晾干后并将其在150℃下焙烘3min形成印花织物。最后,将此印花织物在10g/L的DM-8926和30g/L的DM-2582N混合液中浸轧,一浸一轧,轧余率75%,晾干后在150℃下焙烘3min即可得到基于分散染料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料。
将所述模拟材料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模拟材料与绿色植物叶片在380-2500nm范围的光谱相似度。
从图3中可以看出,所制备的基于其他分散染料的仿生光谱模拟材料与绿色植物光谱不具有实例1、2中的高相似性,尤其是可见光区的绿峰和红边特征与标准桂花叶片相差较大,通过交叉光谱相关匹配法计算得到其与桂花、鹅掌柴、金丝桃、樱花、榉树、枫杨、万年青、银杏、桃树、山茶、玉兰、香樟叶片的相关系数大多低于0.800。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可做各种的改动与修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种基于分散染料的用于制备可见光-近红外仿生光谱模拟材料的糊料,其特征在于,所述糊料包括分散染料、分散剂、聚丙烯酸酯类粘合剂、增稠剂、反射率调节剂和水,所述分散染料为分散蓝291、分散蓝56、分散黄114、分散橙30的两种及以上;其中,所述分散染料和分散剂的质量比为1:0.5~1:1,任一种分散染料在糊料中质量分数均为0.1%~6.0%,所述聚丙烯酸酯类粘合剂和增稠剂的质量比为4:1~4.5:1,且二者用量之和为糊料的质量的35%~40%,所述反射率调节剂占分散染料质量的10%~150%。
2.根据权利要求1所述的糊料,其特征在于,所述分散剂为85A、NNO、MF、DM-1501、DM-1501N中的一种或几种,所述聚丙烯酸类粘合剂为DM-5128A、DM-5128、DM-5120中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的糊料,其特征在于,所述增稠剂为DM-5221G、DM-5228、DM-5298、海藻酸钠中的一种或几种,所述反射率调节剂为二氧化钛、氧化铝、DM-2061A中的一种。
4.根据权利要求1~3任一项所述的糊料,其特征在于,所述分散染料为分散蓝291、分散黄114和分散橙30。
5.权利要求1~4任一项所述的糊料的制备方法,其特征在于,所述方法包括:将分散染料、分散剂和水按一定的比例混合后研磨、超声处理得到染料分散液;将染料分散液、聚丙烯酸酯类粘合剂、增稠剂、反射率调节剂和水按一定比例混合搅拌均匀形成印花糊料即得到可见光-近红外仿生光谱模拟材料,其中,所述分散染料为分散蓝291、分散蓝56、分散黄114、分散橙30的两种及以上。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述研磨的时间为10~60min,超声时间为5~30min。
7.包含权利要求1~4任一项所述的糊料的可见光-近红外仿生光谱模拟材料。
8.根据权利要求7所述的可见光-近红外仿生光谱模拟材料,其特征在于,通过以下方法制备得到:将上述制备得到的可见光-近红外仿生光谱模拟材料通过人工平网印花的方式刮印到织物上,在自然晾干后并将其在130~180℃下焙烘1~3min形成印花织物,最后,将此印花织物在摩擦牢度改性剂中浸轧,晾干后在130~180℃下焙烘1~3min即可得到具有可见光-近红外仿生光谱模拟功能的织物。
9.根据权利要求8所述的可见光-近红外仿生光谱模拟材料,其特征在于,所述织物为粘胶织物、天丝织物、棉织物中的一种。
10.根据权利要求8所述的可见光-近红外仿生光谱模拟材料,其特征在于,所述摩擦牢度改性剂为DM-2589、DM-2582N、DM-8926、DM-5125中的一种或几种。
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