CN116410628A - 多层结构的涂层体系及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了具有多层结构的涂层体系，自基材起，其依次涂覆有增强反射底漆层、调色底漆层、色漆层以及清漆层，该涂层体系能反射入射在基材表面的波长为780nm～2500nm的近红外光谱区光线，同时能够吸收入射在所涂覆表面的波长为380nm～780nm的可见光谱区光线。本发明使所涂覆的表面呈现优异的黑色外观。具有本发明所述的涂层体系的表面既可以在最大程度上吸收380nm～780nm可见光，又能够在最大程度上反射780nm～2500nm的近红外光，以使其具有优于其他带有黑色外观和近红外反射性能的常规涂层的性能，同时对于使用近红外波段的探测信号具有更强反射性能。本发明还提供了该涂层体系的制备方法，以及涂布有所述涂层体系的交通设施或交通工具。本发明所述的涂层体系特别是适用于自动驾驶的场景。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体地涉及能够反射近红外光谱的涂层结构，更为具体地涉及能够反射近红外光谱的具有多层结构的涂层体系及其制备方法。本发明所述的涂层体系特别是适用于自动驾驶的场景。
背景技术
涂料是涂覆于物体表面具有保护和装饰作用的一层材料，其中颜色是涂料一个极其重要的属性。不同颜色的涂料以及其他与色彩相关的外观元素对于涂料的功能性和装饰性都会有不同程度的影响。
随着现代交通技术元素的迭代发展，颜色对于涂料的影响已经不仅仅停留在表观可视性的范围内，因为未来的涂料功能将会包含对机器视觉，传感器感知等非可见区域光学性能，以及微波电磁波性能的影响，并成为评价涂料综合功能的重要的元素组成。
智慧交通以及自动驾驶是近年来发展迅猛的技术。后者更被称为AI(ArtificialIntelligence)技术的风向标，代表了最高级别的自动化技术以及未来交通的发展趋势。自动驾驶具体来说是指通过使用多种传感器，计算机分析系统，决策系统和控制系统的有效合作而由汽车自动完成巡航、并道、避让或超车等动作，这种仅需少量接管甚至全程无人驾驶的方式可以通过避免人为因素造成严重的交通事故而使未来的交通安全得到更好的保障，交通效率得到极大的提高。
在自动驾驶领域，激光雷达传感器是目前高级别自动驾驶汽车所配置的主要传感设备之一，其具有远程识别，分辨率高，不受环境光线影响等许多优点，基于激光雷达的传感器融合方案已成为主流途径之一而被多家汽车主机厂所采用。
激光雷达是通过激光器发出特定波长的激光在环境物体表面反射来接受信号的。基于返回信号的时间所测算出的物体与信号源距离，激光雷达可以形成高分辨的三维空间中的数据点云图。
当前的主流激光雷达使用近红外线波段的激光信号，根据不同的技术路线主要有波长为905nm和1550nm两种。在相同的设备和环境条件下，激光雷达所接收到的信号强度和被测环境物体的表面反射率直接相关，后者会直接影响到激光雷达的探测距离和准确度，进而对整个自动驾驶系统的安全冗余有很大的影响，以及影响算法和算力的配置等。
另一方面，颜色作为涂料的一大属性，在很大程度上也是普通消费者选择产品的最基本的元素之一。例如汽车主机厂会定期发布汽车的流行色趋势，常年稳居前三的有黑、白、银灰等，以及宝石红、宝蓝等大色，都会受到大众的青睐。商用车或其他公共交通工具的颜色则会根据城市、用途、年份、地域等原因，使用简单明快的标准白、深蓝、绿、黑、深紫等各具特色的颜色。
就表面反射率而言，对于表面有涂层覆盖的物体来说，表面反射率基本上由其涂层的特点和组分来决定，不同颜色的涂层会在很大程度上对涂料表面的反射率产生影响。一般而言，颜色较浅的涂层对光具有较好的反射作用，颜色较深的涂层对光具有明显的吸收作用。
激光雷达等传感器使用的激光光源多为近红外波段，这是为了避开使用可见光区域的光波从而不会对人眼造成伤害。在满足视觉颜色性能的前提下，同时赋予涂料近红外区域的高反射性能，可以帮助未来使用近红外波探测的传感器产生更高的响应性，使具有智能功能的工具具有更易被识别的性能。这一涂料特征会帮助传感器突破其当前在最大探测距离、探测角度以及分辨率和准确性上的限制，拓宽其应用，减少探测失灵的几率，提高系统的安全性。
有鉴于此，本发明试图提供一种涂料多层结构、涂料组合物以及涂层的制备方法和体系，在提供优异的黑色外观的同时可以最大程度上反射从外界入射到涂层表面的近红外光谱。
发明内容
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种具有多层结构的涂层体系及其制备方法。当将该多层结构的涂层体系涂覆于物体表面，可以使得从外界入射的近红外区域的光线得到最大程度的反射。
根据本发明的具有多层结构的涂层体系，其能够最大程度地反射入射在所涂覆表面的波长为780nm～2500nm的近红外光谱区光线，同时最大程度地吸收入射在所涂覆表面的波长为380nm～780nm的可见光谱区光线。据此，本发明所述的涂层体系特别是适用于自动驾驶的场景。
根据本发明的第一方面，其中提供了一种具有多层结构的涂层体系，其中，自所涂覆的基材起，其依次涂覆有增强反射底漆层、调色底漆层、色漆层以及清漆层，其中：
所述的清漆层为透明涂层，在波长为380nm～2500nm的光谱区域具有高透过性；
所述的色漆层既能够吸收波长为380nm～780nm的可见光，又能够透射780nm～2500nm的近红外光谱区的光线；
所述的调色底漆层能够吸收进入涂层的波长为380nm～780nm的可见光；
所述的增强反射底漆层能够反射进入涂层的波长为780nm～2500nm的近红外光谱区的光线；以致于
所述的具有多层结构的涂层体系能反射入射在所涂覆的基材表面的波长为780nm～2500nm的近红外光谱区光线，同时能够吸收入射在所涂覆表面的波长为380nm～780nm的可见光谱区光线。
清漆层
进一步地，所述的清漆层含有树脂和助剂的透明涂层，其中不含有颜料或填料。其在波长为380nm～2500nm的光谱区域具有高透过性，并起到保护涂层颜色的持久和耐候性的目的。
具体说，作为本发明的一种实施方式，所述的清漆可以示例性地选自立邦公司所提供的单组份烘烤清漆MAC-O1860或者双组份聚氨酯高固2K清漆。
色漆层以及非遮盖型色漆
进一步地，所述的色漆层包含至少三种在波长为780nm～2500nm的近红外光谱区具有透过性的非遮盖型颜料；所述的非遮盖型颜料的叠加光谱在波长为380nm～780nm光谱范围内表现为强烈吸收，在波长为780nm～2500nm光谱范围内表现为高透过性。
所述的具有透过性的非遮盖型颜料通过以下的方法选定：
在380nm～2500nm光谱范围内，通过在白色和黑色的卡纸上涂覆所述颜料的分散液得到具有一定厚度的连续均匀的膜，并使用积分球紫外分光光度计测反射模式扫描所述的膜在光谱区380nm～2500nm范围内的反射率数值。
所述的非遮盖型颜料同时满足以下条件：
I.在380nm～2500nm光谱区间内在黑色基底卡纸上测得的反射率<30％；
II.在780nm～2500nm光谱区间内在白色基底卡纸上测得的反射率>35％。
优选地，所述的非遮盖型颜料同时满足以下条件：
I.在380nm～2500nm光谱区间内在黑色基底卡纸上测得的反射率<10％；
II.在780nm～2500nm光谱区间内在白色基底卡纸上测得的反射率>50％。
进一步地，所述的非遮盖型颜料的粒径约为0.01～0.05μm；优选地，粒径约为0.01～0.025μm。
进一步地，所述的非遮盖型颜料包括靛蒽醌(indanthrone blue)、酞菁铜(Copper(II)phthalocyanine)类蓝色系颜料、YInMn铟锰蓝、苝类(perylene)黑色系颜料、苝类红色系颜料、非遮盖型DPP红色系颜料、喹吖啶酮(quinacridone)类红色系颜料、喹酞酮(quinophthalone)系颜料、异吲哚基(isoindolinone)黄色系颜料以及苯并咪唑酮类(benzimidazolone-based)黄橙色系颜料中的至少三种的组合。
优选地，所述的非遮盖型颜料包含一种酞菁铜蓝色系颜料，一种DPP透明型红色颜料，以及一种透明型苯并咪唑酮类或异吲哚基黄色颜料。
此外，需要说明的是：钴蓝、钴绿类颜料、炭黑类颜料、氧化铁类颜料、铜铬黑类颜料、钴黑类颜料、氧化锰黑、钛黑等在近红外光谱区780nm～2500nm范围内部分或全部波段有较强吸收的颜料不适用于作为本发明所述的近红外透射型着色颜料。
更进一步地，所述的色漆层中采用的非遮盖型色漆，以重量份数计，包含以下组分：
进一步地，所述的非遮盖型色漆的制备方法包括以下步骤：
(a)将去离子水、pH调节剂以及部分流变助剂加入预混容器中，在800～2000rpm速度下搅拌混合均匀，再加入氨基树脂A和氨基树脂B搅拌分散均匀，继续在上述混合物中加入聚酯树脂、聚氨酯树脂以及部分消泡剂，再加入丙烯酸树脂A和丙烯酸树脂B，继续搅拌；
(b)在另一预混容器中加入溶剂、改性丙烯酸树脂和流平剂，并在800～2000rpm转速下混合搅拌分散均匀，然后将混合后的物料加入到步骤(a)得到的混合物中继续搅拌；
(c)依次加入所述的非遮盖颜料色粉、剩余的流变助剂、消泡剂、透明填料以及pH调节剂，以至少1500rpm的转速继续搅拌，加入去离子水至合适粘度(35-60KU)，即得到非遮盖型色漆。
据此，所述的色漆层通过添加一系列所述的颜填料组合物，可以在极大程度上吸收波长为380nm～780nm的可见光，同时透射波长为780nm～2500nm的近红外光谱区光波；进一步地，所述的色漆层应该使得波长为380nm～780nm的可见光具有更小的反射，粒径＞0.05μm的颜料颗粒由于会对光线产生更多散射而不利于可见光谱的全吸收，使用粒径约为0.01～0.025μm的颜料则会降低对可见光谱的散射，同时更大的颜料比表面积有利于可见光谱的吸收，可以使多层涂层获得更好的黑色外观。
调色底漆层
进一步地，所述的调色底漆层包括：至少一种在波长为780nm～2500nm的近红外光谱区具有透过性的深色冷色颜料，以及
至少一种在波长为780nm～2500nm的近红外光谱区具有反射性的颜料。
所述具有透过性的深色冷色颜料包括靛蒽醌(indanthrone blue)、酞菁铜(Copper(II)phthalocyanine)、YInMn铟锰蓝、苝黑(perylene black)类等具有黑色或蓝紫色调的颜料。
所述的近红外光谱区具有反射性的颜料通过以下的方法选定：
在780nm～2500nm光谱范围内，通过在白色和黑色的卡纸上涂覆所述颜料的分散液得到具有一定厚度的连续均匀的膜，并使用积分球紫外分光光度计测反射模式扫描所述的膜在光谱区780nm～2500nm范围内的反射率数值。
所述的近红外光谱区具有反射性的颜料满足以下条件：
在780nm～2500nm光谱区间内在黑色基底卡纸上测得的反射率>30％。优选地，在780nm～2500nm光谱区间内在黑色基底卡纸上测得的反射率>45％。
进一步地，所述的近红外光谱区具有反射性的颜料包括：钛白颜料、钡白类颜料、锌钡白颜料、氧化锌、立德粉、氧化铋类颜料、氧化锆类颜料、遮盖型DPP红、钛黄(nickeltitanate yellow)颜料、钒酸铋黄(Bismuth Vanadate Yellow)、苯并咪唑酮类(benzimidazolone-based)颜料，铟锰氧化物蓝色颜料(YInxOy)，铁锰钛黑等CICP(ComplexInorganic Color Pigment)无机复合颜料等。
更进一步地，所述的近红外光谱区具有反射性的颜料包括具有高反射性的白色颜料。其是指在所述的近红外光谱区780nm～2500nm按照上述的反射率测试方法，所得到的反射率>45％的特殊钛白颜料。所述的特殊钛白颜料是比常规钛白颜料具有更高近红外反射率的特殊钛白颜料。
具体说，作为本发明的一种实施方式，所述的特殊钛白颜料可以示例性地选自泛能拓公司提供的W400、W550、W800系列红外反射钛白颜料或同类白色颜料。
优选地，所述的调色底漆层包括常规钛白颜料和具有更高近红外反射率的特殊钛白颜料中的至少一种或几种的组合。
此外，需要说明的是：钴蓝、钴绿类颜料、炭黑类颜料、氧化铁类颜料、铜铬黑类颜料、钴黑类颜料、氧化锰黑等在近红外光谱区780nm～2500nm范围内部分或全部波段强有吸收型的颜料不适用于作为本发明所述的调色底漆层着色颜料。铁锰钛黑等CICP无机复合深色颜料特别不适用于本发明所述地调色底漆层着色颜料。
更进一步地，所述的调色底漆层中采用的调色底漆，以重量份数计，包含以下组分：
| 饱和聚酯 | 5～8份 |
| 改性丙烯酸树脂 | 15～25份 |
| 水性聚酯树脂 | 15～25份 |
| 醚化三聚氰胺树脂 | 2～5份 |
| 氨基树脂 | 4～7份 |
| 水性聚氨酯树脂 | 5～10份 |
| 封闭异氰酸酯 | 1～2份 |
| 颜料 | 1～30份 |
| 透明填料 | 10～30份 |
| pH调节剂 | 1～4份 |
| 助剂 | 4～6份 |
| 溶剂 | 5～9份 |
| 去离子水 | 10～27份 |
进一步地，所述的调色底漆的制备方法包括以下步骤：
(a)砂磨：
I)将饱和聚酯、溶剂、pH调节剂混合，并在搅拌条件下加入部分去离子水、润湿剂、第一分散剂、助溶剂、醚化三聚氰胺树脂继续搅拌，再加入颜料与透明填料，控制反应温度<35℃；
II)加入部分的消泡剂搅拌并调节pH至8.5±0.4，加入去离子水调节粘度为100±5ku，将得到的混合物转移至砂磨机，转速为600～800rpm搅拌15分钟，提高转速至800～1200rpm搅拌10分钟；
III)研磨至细度<15μm；
(b)调稀：
将上述(a)步骤得到的混合物加入混合容器中搅拌，并缓慢加入改性丙烯酸树脂、水性聚酯树脂、去离子水、氨基树脂、封闭异氰酸酯、水性聚氨酯树脂、以及剩余的消泡剂和第二分散剂，并在800～1200rpm转速下分散均匀；最后用pH调节剂调至8.5±0.4，即得调色底漆。
所述的调色底漆层通过添加红外透射型深色冷色颜料，可以进一步吸收进入涂层的波长为380nm～780nm的可见光，进一步降低涂层所反射的波长为380nm～780nm的可见光；同时所述调色底漆层所包含的红外反射型颜料可以将进入涂层的波长为780nm～2500nm的近红外光谱区光线极大程度的反射。据此，所述的调色底漆层可以使多层涂层获得更低的可见光反射和更高近红外光反射效果，展现更好的黑色外观和近红外反射性能。
增强反射底漆层
进一步地，所述的增强反射底漆层包括在近红外光谱区具有强反射性的金属片状颜料或具有强反射性能的白色颜料中的至少一种。
所述的近红外光谱区具有强反射性金属片状颜料通过以下的方法选定：
在780nm～2500nm光谱范围内，通过在白色和黑色的卡纸上涂覆所述颜料的分散液得到具有一定厚度的连续均匀的膜，并使用积分球紫外分光光度计测反射模式扫描所述的膜在光谱区780nm～2500nm范围内的反射率数值。
所述的在近红外光谱区具有强反射性的金属片状颜料满足以下条件：
所述的近红外光谱区780nm～2500nm范围内，通过上述的反射率测定方法测试得到的在黑色基底卡纸上的反射率>50％。
优选地，所述金属片状颜料在780nm～2500nm光谱区间内在黑色基底卡纸上测得的反射率>65％。
具体地说，具有强反射性的金属片状颜料包括：电镀铝银浆、仿电镀银铝银浆、镀银玻璃片或云母片中的一种或几种。
其中，所述电镀铝银浆为非浮型电镀铝银浆或浮型电镀铝银浆。例如，其选自爱卡公司所提供的L-55700电镀铝银浆。
其中，所述镀银玻璃片或云母片例如选自薛特公司所提供的StarLight系列闪烁效果颜料等特殊颜料。
据此，所述的增强反射底漆层能够最大程度的将进入涂层的波长为780nm～2500nm的近红外光谱区光线反射，同时最大程度上降低基材对涂层近红外光反射性能的影响。
根据本发明的第二方面，其中提供了一种上述具有多层结构的涂层体系的制备方法，其中包括以下的步骤：
(1)在基材表面涂覆增强反射底漆；
(2)在步骤(1)所得的涂层上涂覆调色底漆；
(3)在步骤(2)所得的涂层上涂覆着色漆；
(4)在步骤(3)所得的涂层上涂覆清漆，并进行烘烤或常温干燥，即得具有多层结构的涂层体系。
进一步地，所述的涂覆方式包括喷涂、辊涂、淋涂以及旋涂等多种涂装方式。
进一步地，所使用的烘烤的时间和温度依照不同涂料基体主树脂而有所不同，包括低温烘烤(60-80℃)或者高温烘烤(100-140℃)。此外，对于一些高活性树脂体系，也可能采用常温的条件进行干燥(例如氨基固化环氧树脂或者聚脲固化体系等)。
根据本发明的第三方面，所述的多层结构和涂料组合物可以用于多种物体的表面涂装和多种涂装工艺。
具体地说，本发明的第三方面提供了一种交通设施或交通工具，其中所述交通设施或交通工具的表面涂布有本发明的第一方面所述的涂层体系。
进一步地，多层涂层，其使用场景包括但不限于：
(1)需要被涂覆的物体可以被传感器感知且更易感知；
(2)需要被涂覆的物体可以反射一部分太阳光线；
(3)所述的传感器可以是使用905nm或1550nm激光光源的机械式或者固态激光雷达；
(4)所述的太阳光线反射率可以用涂层表面的TSR％值表示。
本发明的有益效果如下：
较之于现有技术，本发明通过对于多层涂层结构的特殊设计，并筛选出相适用的颜料，以使所涂覆的表面呈现出优异的黑色外观。具有本发明所述的涂层体系的表面一方面可以在最大程度上吸收380nm～780nm可见光，另一方面又能够同时在最大程度上反射780nm～2500nm的近红外光，以使其具有优于其他带有黑色外观和近红外反射性能的常规涂层的性能，同时对于使用近红外波段作为信号源(例如激光雷达等传感器所发射的光信号)的探测信号具有更强反射性能。
此外，本发明所述的涂层体系还具有优异的机械性能、耐久、耐老化和耐腐蚀性能，并且具有很好的外观效果。
因此，在众多与自动驾驶车路协同系统相配套的场景中，其可用作为各类设施的表面涂层，以提供装饰和保护作用。
附图说明
图1显示了本发明所述的涂层体系的示意图；其中1为基材，2为增强反射底漆层，3为调色底漆层，4为色漆层，5为清漆层。
图2显示了测试用的基材样板及其支架的结构示意图；其中，6为基材样板，7为样板支架。
图3显示了激光雷达信号反射强度测试方法的示意图；其中，8为激光雷达，9为激光雷达支架。通过控制样板支架的旋转角度可以调节入射信号与样板之间的角度达到改变入射角的目的。
图4显示了本发明涂层体系涂覆表面的外观效果示意图
图5显示了本发明涂层体系涂覆表面的反射光谱图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。以下实施例中所用的实验材料和试剂如无特别说明均可从市售渠道获得。
原料以及用量如下所述：
增强反射底漆层所使用的增强底漆：立邦公司所提供的sp5000电镀银底漆；
色漆层所使用的非遮盖型色漆：按如下所述实施例制备；
调色底漆层所使用的调色底漆：按如下所述实施例制备；
清漆层所使用的清漆：立邦公司所提供的MAC-O 1860汽车清漆；
汽车原厂漆黑色：立邦公司所提供的AR3500水性汽车面漆(珠光黑)；
汽车原厂漆灰色：立邦公司所提供的AR600水性汽车底漆(灰色)。
实验用板材为电泳板，定制板材，已涂覆常规电泳涂层，外观浅灰色。
实施例 色漆层所使用的非遮盖型色漆的制备
所述非遮盖型色漆的原料以及用量如下所述：
所述的非遮盖型色漆的制备方法包括以下步骤：
(a)将部分去离子水16份、0.8份pH调节剂以及部分流变助剂0.3份加入预混容器中，在800～2000rpm速度下搅拌混合均匀，再加入氨基树脂A和氨基树脂B搅拌分散均匀，继续在上述混合物中加入聚酯树脂、聚氨酯树脂以及部分消泡剂0.2份，再加入丙烯酸树脂A和丙烯酸树脂B，继续搅拌；
(b)在另一预混容器中加入溶剂、改性丙烯酸树脂和流平剂，并在800～2000rpm转速下混合搅拌分散均匀，然后将混合后的物料加入到步骤(a)得到的混合物中继续搅拌；
(c)依次加入所述的颜料(透射非遮盖型颜料)中的黄色系、红色系和蓝色系颜料以及可选的珠光效果颜料(实施例5含有珠光效果颜料)、剩余的流变助剂0.35份、分散剂1、分散剂2、消泡剂0.2份、透明填料以及0.4份pH调节剂，以1500rpm的转速继续搅拌，加入剩余的去离子水9.9份至合适粘度(35-60KU)，即得到非遮盖型色漆。
实施例 调色底漆层所使用的调色底漆的制备
所述调色底漆的原料以及用量如下所述：
所述的调色底漆的制备方法包括以下步骤：
(a)砂磨：
I)将饱和聚酯、溶剂二乙二醇丁醚、0.8份pH调节剂混合，并在搅拌条件下加入部分去离子水10份、润湿剂、分散剂1、助溶剂、醚化三聚氰胺树脂，继续搅拌，再加入深色颜料、反射颜料与透明填料，控制反应温度<35℃；
II)加入部分消泡剂0.5份搅拌并调节pH至8.5±0.4，加入部分去离子水3.5份，调节粘度为100±5ku，将得到的混合物转移至砂磨机，转速为600～800rpm搅拌15分钟，提高转速至800～1200rpm搅拌10分钟；
III)研磨至细度<15μm，其中使用水性汽车专用砂磨机，砂磨方式PASS 4遍；
(b)调稀：将上述(a)步骤得到的混合物加入混合容器中搅拌，并缓慢加入改性丙烯酸树脂、水性聚酯树脂、剩余的去离子水6份、氨基树脂、封闭异氰酸酯、水性聚氨酯树脂、以及剩余消泡剂0.5份和分散剂2，并在800～1200rpm转速下分散均匀；最后用0.6份pH调节剂调至8.5±0.4，即得调色底漆。
该调色底漆为黑色色漆。
实施例1具有多层结构的涂层体系1
如图1所示，本实施例所述的涂层体系具有四层涂层，从自基材1起，按如下的顺序依次地排布：(1)增强反射底漆层2；(2)调色底漆层3；(3)色漆层4；(4)清漆层5。
其中：
所述增强反射底漆层采用立邦公司所提供的sp5000电镀银底漆，所述增强反射底漆层的干膜厚度约为5～10μm；
所述调色底漆层采用通过上述实施例中所制备调色底漆，所述调色底漆层的干膜厚度约为10～15μm；
所述色漆层采用通过上述实施例中所制备非遮盖型色漆，所述色漆层的干膜厚度约为8～13μm；
所述清漆层采用立邦公司所提供的MAC-O 1860汽车清漆，所述清漆层干膜厚度约为25～35μm。
在本实施例1中，所述调色底漆层中的调色底漆使用了深色颜料DC1(
Black L0086)和反射颜料RC1(W400钛白)。
在本实施例1中，所述色漆层中的非遮盖型色漆使用了蓝色系近红外透过颜料，具体使用了颜料TC1(P.B15:3，
Blue L7085)、颜料TC2(P.R179,/>
RedL3875)以及颜料TC3(P.Y.184,/>
Yellow L1130)。
通过以下的方法制备本发明所述的涂层体系及其样板：
步骤(1)：在作为基材的电泳板片表面喷涂一层立邦公司所提供的sp5000电镀银底漆，并在140℃温度下烘烤20min以形成增强反射底漆层2；
步骤(2)：在步骤(1)所得涂层的表面喷涂调色底漆，流平5min后在80℃闪干15min以形成调色底漆层3；
步骤(3)：在步骤(2)所得涂层的表面喷涂黑色的非遮盖型色漆，流平5min后在80℃闪干25min以形成色漆层4；
步骤(4)：在步骤(2)所得涂层的表面喷涂清漆，以形成清漆层5；
步骤(5)：将步骤(4)所得的多层涂层体系以及基材以140℃烘烤20～30min，以使整个涂层体系完全干燥。
将所得的具有本发明所述涂层体系1的基材样板置于干燥清洁的环境中，进行后续的颜色测试、光谱测试以及激光雷达反射实验测试。
实施例2具有多层结构的涂层体系2
在本实施例2中，所述的涂层体系2的涂层结构，以及具体的增强反射底漆层2和清漆层5的组成与实施例1中一致。
与实施例1相比：
(1)所述调色底漆层中的调色底漆使用了深色颜料DC1(
BlackL0086)和反射颜料RC2(W800钛白)；
(2)所述色漆层中的非遮盖型色漆使用了近红外透过颜料，具体使用了颜料TC1(P.B.15:3，
Blue L7085)、颜料TC2(P.R.179，/>
Red L3875)以及颜料TC3(P.Y.184,/>
Yellow L1130)。
所述的涂层体系及其样板的制备方法也与实施例1一致。将所得的具有本发明所述涂层体系5的基材样板置于干燥清洁的环境中，进行后续的颜色测试、光谱测试以及激光雷达反射实验测试。
实施例3具有多层结构的涂层体系3
在本实施例3中，所述的涂层体系3的涂层结构，以及具体的增强反射底漆层2和清漆层5的组成与实施例1中一致。
与实施例1相比：
(1)所述调色底漆层中的调色底漆使用了深色颜料DC2(
BlackL0095)和反射颜料RC2(W800钛白)；
(2)所述色漆层中的非遮盖型色漆使用了红外透过颜料，具体使用了颜料TC1(P.B.15:3，
Blue L7085)、颜料TC2(P.R.179，/>
Red L3875)以及颜料TC4(P.Y.138，/>
Yellow L0962 HD)。
所述的涂层体系及其样板的制备方法也与实施例1一致。将所得的具有本发明所述涂层体系5的基材样板置于干燥清洁的环境中，进行后续的颜色测试、光谱测试以及激光雷达反射实验测试。
实施例4具有多层结构的涂层体系4
在本实施例3中，所述的涂层体系4的涂层结构，以及具体的增强反射底漆层2和清漆层5的组成与实施例1中一致。
与实施例1相比：
(1)所述调色底漆层中的调色底漆使用了深色颜料DC1(
BlackL0086)和反射颜料RC2(W800钛白)；
(2)所述色漆层中的非遮盖型色漆使用了红外透过颜料，具体使用了颜料TC5(P.B.15:1，
Blue L6930)、颜料TC2(P.R.179，/>
Red L3875)以及颜料TC4(P.Y.138，/>
Yellow L0962 HD)。
所述的涂层体系及其样板的制备方法也与实施例1一致。将所得的具有本发明所述涂层体系5的基材样板置于干燥清洁的环境中，进行后续的颜色测试、光谱测试以及激光雷达反射实验测试。
实施例5具有多层结构的涂层体系5
在本实施例5中，所述的涂层体系5的涂层结构，以及具体的增强反射底漆层2和清漆层5的组成与实施例1中一致。
与实施例1相比：
(1)所述调色底漆层中的调色底漆也使用了深色颜料DC1(
BlackL0086)和反射颜料RC1(W400钛白)；
(2)所述色漆层中的非遮盖型色漆使用了近红外透过颜料，具体使用了颜料TC1(P.B.15:3，
Blue L7085)、颜料TC2(P.R.179，/>
Red L3875)以及颜料TC3(P.Y.184,/>
Yellow L1130)。
(3)所述的色漆层2的黑色色漆配方中还具有珠光云母效果颜料“IRIODIN 9225”0.35份。
所述的涂层体系及其样板的制备方法也与实施例1一致。将所得的具有本发明所述涂层体系5的基材样板置于干燥清洁的环境中，进行后续的颜色测试、光谱测试以及激光雷达反射实验测试。
为了更为清晰地说明上述各实施例的不同涂层的组成，请参见下表：
对比例1常规黑色外观涂层样板的制备
需要说明的是，在本对比例1的涂层体系中，不具有本发明所述的增强反射底漆，亦未涂覆有可以形成本发明所述的色漆、调色底漆层的涂料组合物，而仅仅使用常规汽车原厂漆使用的涂层结构对样板进行涂覆，因此其仅仅作为对比例。
本对比例所述的涂层体系具有三层涂层，自基材起，按如下的顺序依次地排布：(1)灰色底漆涂层；(2)黑色面漆涂层；(3)清漆涂层。
其中，底漆涂层采用立邦公司所提供的灰色汽车中涂漆；面漆涂层使用立邦公司所提供的上述黑色面漆；清漆涂层采用立邦公司所提供的透明汽车清漆。
其涂层制备方法如下：
步骤(1)：在作为基材的电泳板片表面喷涂一层立邦公司所提供的灰色汽车底漆，流平5min后在80℃闪干15min，最终干膜厚度约为15～20μm；
步骤(2)：在步骤(1)所得涂层的表面喷涂立邦公司所提供的黑色珠光面漆，流平5min后在80℃闪干25min，干膜厚度约为5～15μm；
步骤(3)：在步骤(2)所得涂层的表面喷涂立邦公司所提供的透明汽车清漆，待涂膜流平干燥，干膜厚度约为30～40μm；
步骤(4)：将步骤(3)所得的多层涂层体系以及基材以相同的条件(140℃)进行烘烤(20-30min)，以使整个涂层体系完全干燥。
将所得的具有作为对比例1涂层体系的基材样板置于干燥清洁的环境中，进行后续的颜色测试、光谱测试以及激光雷达反射实验测试。
对比例2使用红外反射型面漆的涂层体系及其样板的制备
需要说明的是，在本对比例的涂层体系中，所使用的是现有技术中由红外反射黑色颜料制备的红外反射涂层常规涂层体系，包含红外反射黑色面漆以及清漆涂层。其中既未涂覆有本发明所述的形成多层涂层结构的涂料组合物，也没有形成本发明所述的多层结构，因此其仅仅作为对比例。
本对比例2所述的涂层体系，自基材起，按如下的顺序依次地排布：(1)黑色面漆涂层；(2)清漆涂层。
其中，黑色面漆涂层采用前述的色漆制备方法和原料，区别于实施例，对比例2所使用的色漆面漆颜料为反射型黑色颜料
Black L0095。/>
其涂层制备方法如下：
步骤(1)：在作为基材的电泳板表面喷涂一层上述制备的黑色面漆涂层，流平5min后在80℃闪干25min；
步骤(2)：在步骤(1)所得涂层的表面喷涂立邦公司所提供的透明汽车清漆，待涂膜流平干燥；
步骤(3)：将步骤(2)所得的两层涂层以及基材以相同的条件(140℃)进行烘烤(20-30min)，以使整个涂层体系完全干燥。
将所得的具有作为对比例2涂层体系的基材样板置于干燥清洁的环境中，进行后续的颜色测试、光谱测试以及激光雷达反射实验测试。
对比例3使用近红外透射型色漆，不含有调色底漆和增强反射底漆涂层的涂层体
系及其样板的制备
需要说明的是，在本对比例的涂层体系中，所使用的是由红外反透射黑色颜料制备的色漆，现有技术中的常规灰色底漆以及透明清漆涂层体系。其中不使用本发明所述的调色底漆，也不含有本发明所述的增强反射底漆涂层，因此其仅仅作为对比例。
本对比例3所述的涂层体系具有三层涂层，自基材起，按如下的顺序依次地排布：(1)灰色底漆；(2)近红外透射黑色面漆；(3)清漆涂层。
其中，灰色底漆层采用立邦公司所提供的灰色汽车中涂漆制备；红外透射黑色面漆采用前述的黑色面漆制备方法和原料；清漆涂层采用立邦公司所提供的透明汽车清漆。
其中，红外透射黑色面漆采用前述的制备方法和原料，区别于实施例，对比例3所使用的颜料为黑色颜料
Black L0086。
其涂层制备方法如下：
步骤(1)：在作为基材的电泳板表面喷涂一层立邦公司所提供的灰色汽车中涂漆，流平5min后在80℃闪干15min；
步骤(2)：在步骤(1)所得涂层的表面喷涂上述制备的红外透射黑色面漆，流平5min后在80℃闪干25min；
步骤(3)：在步骤(2)所得涂层的表面喷涂立邦公司所提供的透明汽车清漆，待涂膜流平干燥；
步骤(4)：将步骤(3)所得的多层涂层体系以及基材以相同的条件进行烘烤(140℃,20-30min)，以使整个涂层体系完全干燥。
将所得的具有作为对比例3涂层体系的基材样板置于干燥清洁的环境中，进行后续的颜色测试、光谱测试以及激光雷达反射实验测试。
对比例4使用红外透射型色漆和高反射白色底漆层的涂层体系及其样板的制备
需要说明的是，在本对比例4的涂层体系中，所使用的是由红外反透射黑色颜料制备的色漆，现有技术中的常规白色底漆以及透明清漆涂层体系。其中不使用本发明所述的调色底漆，也不含有本发明所述的增强反射底漆涂层，因此其仅仅作为对比例。
本对比例4所述的涂层体系具有三层涂层，自基材起，按如下的顺序依次地排布：(1)白色底漆；(2)红外透射黑色面漆；(3)清漆涂层。
其中，白色底漆采用前述调色底漆的制备方法和原料，区别在于颜料仅含有白色颜料，如下表所示；红外透射黑色面漆采用对比例3所述的方法得到；清漆涂层采用立邦公司所提供的透明汽车清漆。
其涂层制备方法如下：
步骤(1)：在基材电泳板表面喷涂一层上述制备的白色底漆，流平5min后在80℃闪干15min；
步骤(2)：在步骤(1)所得涂层的表面喷涂对比例3中制备的近红外透射型黑色面漆，流平5min后在80℃闪干25min；
步骤(3)：在步骤(2)所得涂层的表面喷涂立邦公司所提供的透明汽车清漆，待涂膜流平干燥；
步骤(4)：将步骤(3)所得的多层涂层体系以及基材以相同的条件进行烘烤(140℃,20-30min)，以使整个涂层体系完全干燥。
将所得的具有作为对比例4涂层体系的基材样板置于干燥清洁的环境中，进行后续的颜色测试、光谱测试以及激光雷达反射实验测试。
颜色及光谱测试
对实施例1-5以及对比例1-4所得的具有涂层体系的基材样板分别进行反射光谱测试和色差测试。
反射光谱采用HITACHI U-4100UV-Vis-NIR紫外分光光度计(积分球反射模式)对样板进行300nm～3000nm全波段扫描得到，结果使用标准硫酸钡白色标准板进行基线校准。
颜色数据采用BYK-mac i多角度测色仪，传统五角度颜色测量模式，读取45°的L、a、b数值。其中，可以通过使用L(45°)值(<10)来表征其黑色的程度。
太阳光谱中近红外光谱的反射率TSR％采用ISO9845-1标准方法近红外光谱部分的总反射率的方法计算得出。
激光雷达反射实验测试
对实施例1-5以及对比例1-4所得的具有涂层体系的基材样板分别进行激光雷达信号反射强度的测试。其中，以905nm和1550nm的激光光源分别进行测试。
请参见图2和图3。图2显示了测试的基材样板的结构示意图。图3所示为激光雷达信号反射强度测试方法的示意图。
测试方法如下所述：
(1)在固定检测距离(5m)和高度的位置上设置样板支架7和基材样板6。基材样板6置于该样板支架7之上。该样板支架7可以绕着一固定的轴进行转动，以改变激光的入射角度；
(2)设置激光雷达支架9以及激光雷达8，该激光雷达8处于样板支架7和基材样板6所在平面的法线的方向上，且与其水平与高度一致；
(3)打开Velodyne16线(信号源905nm激光)激光雷达以及与其联通的PC装置，运行配套软件VeloView测试软件，以读取激光雷达扫描数据点云图上返回的样板表面的信号强度数值，采取对整个板面数据点强度取平均的方法得到反射信号相对强度；
(4)绕着一固定的轴转动样板支架7，以逐渐改变激光雷达8的信号的入射角，对实施例1以及对比例1-2所得的基材样板6进行测试，记录反射信号的相对强度，其结果如表1所示；
(5)更换不同信号源的激光雷达，采用Titan M1(信号源1550nm激光)激光雷达。以相同的方式进行测试并记录数据，其结果也如表1所示。
表1实施例与对比例样板颜色性能和激光雷达信号反射性能表
从上述的测试结果可知，实施例1-5中所述的具有本发明的涂层体系的基材样板既涂覆有本发明所述的包含有清漆层、色漆层、调色底漆层、增强反射底漆层的多层结构，其L(45°)值均小于7，并且对于小角度入射的激光雷达激光信号的反射率大于50％。此外，实施例1-5的太阳光近红外光谱反射率在40％以上。
与之相对，对比例1和3的涂层体系的基材样板未涂覆有本发明所述的多层结构涂层，虽然同样展现出黑色的外观，但是小角度入射的激光雷达激光信号在其表面的反射率小于20％。此外，对比例1和3的太阳光近红外光谱反射率均低于25％。
对比例2和4样板未涂覆本发明所述的多层结构涂层，虽然对于小角度入射的激光雷达激光信号的反射率大于对比例1和2，但是其45°角度的L值较大，均高于本发明所述的多层结构涂层在相同条件下的L值，因此没有展现与本发明所述多层结构涂层相似的优异的黑色外观。
此外，图4显示了本发明涂层体系涂覆表面的外观效果示意图。如其中所示，自左至右依次为对比例1(左)、实施例1(中)和实施例5(右)的涂覆表面。
其中对比例1和实施例5含有珠光效果颜料，而实施例1不含有珠光效果颜料。由图4可见实施例的黑色外观与对比例1非常接近，尤其对于实色黑的实施例1，其外观更接近黑色。由此可见，不论是否添加珠光效果颜料，本发明所述的涂层体系都能使所涂覆的表面呈现优异的黑色外观。
最后，请参见图5，其显示了本发明涂层体系涂覆表面的反射光谱图。
其中，实施例1～5在可见光谱380nm～780nm的区域均显示出高度的吸收性能(低反射率)。
对比例1在可见和近红外光谱380nm～2500nm的区域均显示出强吸收(低反射率)，对比例3在近红外光谱780nm～2500nm的区域反射率也相对较低。
对比例2在近红外光谱780nm～1000nm的区域的反射率明显低于本发明的各实施例，而在1000nm～2500nm的区域有较高的反射率。
对比例4在近红外光谱780nm～2500nm的区域有较高的反射率，但是在可见光谱的700nm～780nm附近吸收率不及本发明的各实施例。
据此，本发明通过对于多层涂层结构的特殊设计，并筛选出相适用的颜料，以使所涂覆的表面呈现出优异的黑色外观。具有本发明所述的涂层体系的表面一方面可以在最大程度上吸收380nm～780nm可见光，另一方面又能够同时在最大程度上反射780nm～2500nm的近红外光，以使其具有优于其他带有黑色外观和近红外反射性能的常规涂层的性能，同时对于使用近红外波段作为信号源(例如激光雷达等传感器所发射的光信号)的探测信号具有更强反射性能。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种具有多层结构的涂层体系，其中，自所涂覆的基材起，其依次涂覆有增强反射底漆层、调色底漆层、色漆层以及清漆层，其中：
所述的清漆层为透明涂层，在波长为380nm～2500nm的光谱区域具有高透过性；
所述的色漆层既能够吸收波长为380nm～780nm的可见光，又能够透射780nm～2500nm的近红外光谱区的光线；
所述的调色底漆层能够吸收进入涂层的波长为380nm～780nm的可见光；
所述的增强反射底漆层能够反射进入涂层的波长为780nm～2500nm的近红外光谱区的光线；以致于
所述的具有多层结构的涂层体系能反射入射在所涂覆的基材表面的波长为780nm～2500nm的近红外光谱区光线，同时能够吸收入射在所涂覆表面的波长为380nm～780nm的可见光谱区光线。
2.根据权利要求1所述的涂层体系，其中，所述的色漆层包含至少三种在波长为780nm～2500nm的近红外光谱区具有透过性的非遮盖型颜料；
优选地，所述的非遮盖型颜料同时满足以下条件：
I.在380nm～2500nm光谱区间内在黑色基底卡纸上测得的反射率<30％；
II.在780nm～2500nm光谱区间内在白色基底卡纸上测得的反射率>35％；
更为优选地，所述的非遮盖型颜料同时满足以下条件：
I.在380nm～2500nm光谱区间内在黑色基底卡纸上测得的反射率<10％；
II.在780nm～2500nm光谱区间内在白色基底卡纸上测得的反射率>50％；
进一步地，所述的非遮盖型颜料的粒径约为0.01～0.05μm；优选地，粒径约为0.01～0.025μm。
3.根据权利要求2所述的涂层体系，其中，所述的非遮盖型颜料包括靛蒽醌(indanthrone blue)、酞菁铜(Copper(II)phthalocyanine)类蓝色系颜料、YInMn铟锰蓝、苝类(perylene)黑色系颜料、苝类红色系颜料、非遮盖型DPP红色系颜料、喹吖啶酮(quinacridone)类红色系颜料、喹酞酮(quinophthalone)系颜料、异吲哚基黄(isoindolinone)颜料以及苯并咪唑酮类(benzimidazolone-based)黄橙色颜料中的至少三种的组合；
优选地，所述的非遮盖型颜料包含一种酞菁铜蓝色系颜料，一种DPP透明型红色颜料，以及一种透明型苯并咪唑酮类或异吲哚基黄色颜料。
4.根据权利要求1所述的涂层体系，其中，所述的调色底漆层包括：至少一种在波长为780nm～2500nm的近红外光谱区具有透过性的深色冷色颜料，以及
至少一种在波长为780nm～2500nm的近红外光谱区具有反射性的颜料。
5.根据权利要求4所述的涂层体系，其中，所述具有透过性的深色冷色颜料包括靛蒽醌(indanthrone blue)、酞菁铜(Copper(II)phthalocyanine)、YInMn铟锰蓝、苝黑(peryleneblack)类具有黑色或蓝紫色调的颜料。
6.根据权利要求4所述的涂层体系，其中，所述的近红外光谱区具有反射性的颜料满足以下条件：在780nm～2500nm光谱区间内在黑色基底卡纸上测得的反射率>30％；优选地，在780nm～2500nm光谱区间内在黑色基底卡纸上测得的反射率>45％。
7.根据权利要求4所述的涂层体系，其中，所述的近红外光谱区具有反射性的颜料包括：钛白颜料、钡白类颜料、锌钡白颜料、氧化锌、立德粉、氧化铋类颜料、氧化锆类颜料、遮盖型DPP红、钛黄(nickel titanate yellow)颜料、钒酸铋黄(Bismuth Vanadate Yellow)、苯并咪唑酮类(benzimidazolone-based)颜料，铟锰氧化物蓝色颜料(YInxOy)，铁锰钛黑CICP无机复合颜料；
优选地，所述的近红外光谱区具有反射性的颜料包括具有高反射性的白色颜料；
更为优选地，所述的调色底漆层包括常规钛白颜料和具有更高近红外反射率的特殊钛白颜料中的至少一种或几种的组合。
8.根据权利要求4所述的涂层体系，其中，所述的增强反射底漆层包括在近红外光谱区具有强反射性的金属片状颜料或具有强反射性能的白色颜料中的至少一种；
优选地，所述具有强反射性的金属片状颜料包括：电镀铝银浆、仿电镀银铝银浆、镀银玻璃片或云母片中的一种或几种；
更为优选地，所述电镀铝银浆为非浮型电镀铝银浆或浮型电镀铝银浆。
9.一种制备如权利要求1-8任意一项所述的具有多层结构的涂层体系的方法，其中包括以下的步骤：
(1)在基材表面涂覆增强反射底漆；
(2)在步骤(1)所得的涂层上涂覆调色底漆；
(3)在步骤(2)所得的涂层上涂覆着色漆；
(4)在步骤(3)所得的涂层上涂覆清漆，并进行烘烤或常温干燥，即得具有多层结构的涂层体系。
10.一种交通设施或交通工具，其中所述交通设施或交通工具的表面涂布有如权利要求1-8任意一项所述的具有多层结构的涂层体系。
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