一種改性空心微球及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種改性空心微球及其應(yīng)用。以空心微珠為載體，經(jīng)粗化預(yù)處理后選擇合適的金屬氧化物利用化學(xué)沉淀法對空心微珠進(jìn)行改性，將改性后的空心微珠與合適的有機(jī)涂層混合制備復(fù)合涂料，該復(fù)合涂料對紅外線具有屏蔽功能，可以達(dá)到與可見光隱身兼容和降低涂層紅外發(fā)射的目的。
【專利說明】一種改性空心微球及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)材料領(lǐng)域，具體地涉及一種具有紅外線吸收/屏蔽作用的改性空心微球及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]吸波材料的研制和應(yīng)用極大地影響著軍用隱身事業(yè)和民用防電輻射事業(yè)的發(fā)展。目前國內(nèi)外正在使用和開發(fā)的吸波材料有:鐵氧體、金屬粉末、多晶鐵纖維、納米纖維、導(dǎo)電高聚物、視黃基席夫堿鹽等等。傳統(tǒng)的電磁波吸收劑主要是金屬和鐵氧體微粉材料，大多存在面密度大、吸收頻帶窄等缺點，“薄、輕、寬、強(qiáng)”是吸收劑向高效、輕量化和復(fù)合化發(fā)展的方向。紅外線是波長介乎微波與可見光之間的電磁波。實現(xiàn)熱紅外隱身技術(shù)途徑有兩種:一是控制表面發(fā)射率，二是控制表面溫度，因此涂覆型吸收材料成為本領(lǐng)域技術(shù)人員不斷研究的重點，高性能吸收劑是涂覆型吸波材料的核心。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有紅外線吸收/屏蔽作用的涂覆型吸波材料改性空心微球。
[0004]本發(fā)明的另 一目的是提供一種具有紅外線吸收/屏蔽作用的涂覆型復(fù)合涂料。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種改性空心微球，制備方法如下:
[0006]I)空心微珠的預(yù)處理:用清洗試劑于常溫下清洗空心微珠l_3h，用去離子水沖洗，烘干；再將一定量清洗后的空心微珠加入氫氟酸溶液中Ι-lOmin，抽濾、去離子沖洗、干燥；
[0007]所述的空心微珠是空心陶瓷微珠或空心玻璃微珠。
[0008]所述的清洗試劑為Na0H、Na2C03、Na3P04、或Na2SiO3中的一種或兩種以上的混合物。
[0009]所述的氫氟酸的濃度為0.5% -10%。
[0010]2)空心微珠的改性:將I)步驟預(yù)處理后的空心微珠于蒸餾水中浸泡，恒速加入金屬鹽溶液和PH調(diào)節(jié)劑，保持pH在4~9之間，持續(xù)攪拌2~6小時，抽濾、蒸餾水沖洗，干
[0011]燥；然后于500-600°C下灼燒1-2小時，得改性空心微球。
[0012]所述的金屬鹽是硫酸鋁、硅酸鋁、三氯化鋁、硝酸鐵、氯化鐵、硝酸鋅或氯化鋅。所述的PH調(diào)節(jié)劑為六亞甲基四胺、尿素或氨水。
[0013]一種改性空心微球復(fù)合涂料，按重量百分比含有10~50%的上述的任--種改
性空心微球。
[0014]上述的改性空心微球復(fù)合涂料，按重量百分比組成如下:
[0015]涂層劑30-70%，甲苯 10-50%，交聯(lián)劑1-2%，
[0016]催化劑 0.5-1.5%，冰醋酸0.2-0.7%，改性空心微球10~50%。
[0017]所述的涂層劑采用丙烯酸酯類涂層劑或有機(jī)硅類涂層劑。[0018]一種涂層方法:于基質(zhì)上均勻涂抹一層上述的改性空心微球復(fù)合涂料，或于基質(zhì)上交替涂抹不同金屬鹽改性的上述的改性空心微球復(fù)合涂料，得到混合涂層。
[0019]所述的混合涂層是:于基質(zhì)上交替涂金屬鋁改性的改性空心微球復(fù)合涂料和金屬鐵改性的改性空心微球復(fù)合涂料。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明，以空心微珠為載體，經(jīng)粗化預(yù)處理后選擇合適的金屬氧化物利用化學(xué)沉淀法對空心微珠進(jìn)行改性，將改性后的空心微珠與合適的有機(jī)涂層劑混合制備復(fù)合涂料，該復(fù)合涂料對紅外線具有屏蔽功能。
[0021]本發(fā)明提供的改性空心微珠大多數(shù)為封閉球體，表面不光滑，原因是通過化學(xué)作用均勻沉積了金屬氧化物?？招奈⒅橛捎谥锌盏奶匦?，具有質(zhì)量輕、密度小、絕熱性能好，粒徑小的優(yōu)點，因此可以以填料方式直接加入涂料體系?？招奈⒅樽陨聿痪哂形ㄐ裕没瘜W(xué)鍍的方法對空心微珠進(jìn)行改性，在空心微珠表面沉積對電磁波具有高反射性的金屬氧化物涂層，制備材質(zhì)輕、吸波性能好的復(fù)合低輻射率材料。與化學(xué)氣相沉積、真空鍍、化學(xué)熱分解等空心微珠的表面改性方法相比，化學(xué)沉淀的改性法具有工藝簡單、鍍層均勻的優(yōu)點。與金、銀等低發(fā)射率的貴金屬相比，鋁、鐵、鋅等金屬具有性能優(yōu)良、廉價易得的優(yōu)點，并且不會增強(qiáng)有機(jī)涂層的紅外發(fā)射率，可以達(dá)到與可見光隱身兼容和降低涂層紅外發(fā)射的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為實施例1制得的改性空心微球的SEM圖片。
[0023]圖2為20%的氫氟酸預(yù)處理后的空心微珠的SEM圖片。
【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明對改性空心微珠復(fù)合涂料的紅外吸收性能評價如下:取2g左右改性空心微球復(fù)合涂料樣品均勻的涂在8cmX8cm的漆棉上。120°C~150°C烘干I~2min,室溫放置12h，讓其交聯(lián)熟化效果達(dá)到較佳。使用IR-2雙波段發(fā)射率測量儀測試涂層在8~14 μ m波段時紅外發(fā)射率。
[0025]實施例1:一種鋁改性空心微球復(fù)合涂料
[0026](一 )鋁改性空心微球的制備
[0027]I)空心微珠的預(yù)處理:將20g空心陶瓷微珠置于混合清洗試劑中，于室溫下清洗2h，用去離子水反復(fù)沖洗后烘干。將清洗后的空心陶瓷微珠加入5%的氫氟酸溶液中粗化5min后，抽濾、去離子水反復(fù)沖洗、干燥。所述的混合清洗試劑是:每升混合清洗試劑中，含有 50g Na0H、15g Na2CO3^ 15g Na3PO4 和 5g Na2SiO3，余量為水。
[0028]2)空心微珠的改性:將步驟I)得到的預(yù)處理后的空心微珠5g浸泡在200mL蒸餾水中，恒速加入0.25mol/L的硫酸鋁溶液200ml，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH為4，改性過程中持續(xù)攪拌6h，改性后的微珠進(jìn)行抽濾、蒸餾水反復(fù)沖洗后干燥、然后于50(TC溫度下灼燒lh，得到鋁改性空心微球。
[0029]制得的鋁改性空心微球的SHM如圖1所示。空心微珠特殊為中空壁薄的結(jié)構(gòu)，其刻蝕程度隨著氫氟酸濃度的增大而增大，當(dāng)HF濃度大于10%時，空心微珠刻蝕過于嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)鏤空(如圖2所示，方法與上述方法相同，只是改變了氫氟酸的濃度，采用的氫氟酸濃度為20%，從圖2可見，出現(xiàn)嚴(yán)重的鏤空現(xiàn)象)。若氫氟酸濃度不夠，刻蝕效果不明顯，會直接影響到改性的效果。圖1表明，預(yù)處理過程中，氫氟酸濃度為5%，在5min處理條件下，微珠表面蝕刻均勻無鏤空，粗化效果較佳?？招奈⒅楦男赃^程中，硫酸鋁溶液濃度對于紅外發(fā)射率的影響最為明顯，當(dāng)硫酸鋁濃度越高的時候，織物紅外發(fā)射率越低，隱身效果越好。由圖1可知，當(dāng)硫酸鋁濃度0.25mol/L, pH值為4處理2小時時候，隱身效果較佳。
[0030]( 二 )鋁改性空心微球復(fù)合涂料
[0031]I)配方:按重量百分比組成如下: [0032]涂層劑 55%，甲苯 32%，交聯(lián)劑1.5%，
[0033]催化劑 1%，冰醋酸 0.5%，鋁改性空心微球10%。
[0034]本實施例涂層劑采用有機(jī)硅類涂層劑。
[0035]涂層劑購于江蘇泰興市中紡助劑廠，其商品名為ZF919 ；
[0036]交聯(lián)劑購于江蘇泰興市中紡助劑廠，其商品名為ZF919B ；
[0037]催化劑購于江蘇泰興市中紡助劑廠，其商品名為ZF919C。
[0038]2)制備方法:按配比，將涂層劑與甲苯混合，充分?jǐn)嚢韬蠹尤虢宦?lián)劑、冰醋酸和催化劑，攪拌使之混合均勻，然后加入鋁改性空心微球，混勻，制成鋁改性空心微球復(fù)合涂料。
[0039](三)紅外吸收性能評價
[0040]使用IR-2雙波段發(fā)射率測量儀測試涂層在8~14 μ m波段時紅外發(fā)射率為
0.945，空心微珠自身不具有紅外吸收性，而100%有機(jī)硅涂層的紅外發(fā)射率為0.982。說明本發(fā)明鋁改性空心微球復(fù)合涂料對紅外具有屏蔽作用。
[0041]實施例2: —種鋁改性空心微球復(fù)合涂料
[0042](一 )鋁改性空心微球的制備
[0043]I)空心微珠的預(yù)處理:將20g空心陶瓷微珠置于清洗試劑(50g/L NaOH溶液)中，于室溫下清洗2h，用去離子水反復(fù)沖洗后烘干。將清洗后的空心陶瓷微珠加入5%的氫氟酸溶液中粗化5min后，抽濾、去離子水反復(fù)沖洗、干燥。
[0044]2)空心微珠的改性:將步驟I)得到的預(yù)處理后的空心微珠5g浸泡在200mL蒸餾水中，恒速加入0.25mol/L硫酸鋁和0.5mol/L硅酸鈉溶液(硫酸鋁和硅酸鈉混合獲得硅酸鋁溶液)，用氨水調(diào)節(jié)溶液PH為4，改性過程中持續(xù)攪拌2h，改性后的微珠進(jìn)行抽濾、蒸餾水反復(fù)沖洗后干燥、然后于600° C溫度下灼燒lh，得到鋁改性空心微球。
[0045]( 二 )鋁改性空心微球復(fù)合涂料
[0046]I)配方:按重量百分比組成如下:
[0047]涂層劑 40%，甲苯17%，交聯(lián)劑1.5%，
[0048]催化劑 1%，冰醋酸 0.5%，鋁改性空心微球40%。
[0049]涂層劑購于江蘇泰興市中紡助劑廠，其商品名為ZF919 ；
[0050]交聯(lián)劑購于江蘇泰興市中紡助劑廠，其商品名為ZF919B ；
[0051]催化劑購于江蘇泰興市中紡助劑廠，其商品名為ZF919C。
[0052]2)制備方法:按配比，將涂層劑與甲苯混合，充分?jǐn)嚢韬蠹尤虢宦?lián)劑、冰醋酸和催化劑，攪拌使之混合均勻，然后加入鋁改性空心微球，混勻，制成鋁改性空心微球復(fù)合涂料。
[0053](三)紅外吸收性能評價
[0054]使用IR-2雙波段發(fā)射率測量儀測試涂層在8~14 μ m波段時紅外發(fā)射率為
0.950，空心微珠自身不具有紅外吸收性，而100%有機(jī)硅涂層的紅外發(fā)射率為0.982。說明鋁改性空心微球復(fù)合涂料對紅外具有屏蔽作用。
[0055]實施例3: —種鋅改性空心微珠復(fù)合涂料
[0056](一 )鋅改性空心微球的制備
[0057]I)空心微珠的預(yù)處理:將20g空心玻璃微珠空心陶瓷微珠置于混合清洗試劑中，于室溫下清洗2h，用去離子水反復(fù)沖洗后烘干。將清洗后的空心陶瓷微珠加入5%的氫氟酸溶液中粗化Imin后，抽濾、去離子水反復(fù)沖洗、干燥。所述的混合清洗試劑是:每升混合清洗試劑中，含有50g NaOH和15g Na2CO3，余量為水。
[0058]2)空心微珠的改性:將步驟I)得到的預(yù)處理后的空心微珠5g浸泡在200mL蒸餾水中，恒速加入0.25mol/L的硝酸鋅溶液200ml，用尿素調(diào)節(jié)溶液pH為7.5，改性過程中持續(xù)攪拌2h，改性后的微珠進(jìn)行抽濾、蒸餾水反復(fù)沖洗后干燥、然后于500° C溫度下灼燒1.5h，得到鋅改性空心微球。
[0059]( 二)鋅改性空心微球復(fù)合涂料
[0060]I)配方:按重量百分比組成如下:
[0061]涂層劑50%，甲苯27%，交聯(lián)劑1.5%，
[0062]催化劑1%，冰醋酸 0.5%，鋅改性空心微球20%。 [0063]涂層劑購于江蘇泰興市中紡助劑廠，其商品名為ZF919 ；
[0064]交聯(lián)劑購于江蘇泰興市中紡助劑廠，其商品名為ZF919B ；
[0065]催化劑購于江蘇泰興市中紡助劑廠，其商品名為ZF919C。
[0066]2)制備方法:按配比，將涂層劑與甲苯混合，充分?jǐn)嚢韬蠹尤虢宦?lián)劑、冰醋酸和催化劑,攪拌使之混合均勻,然后加入鋅改性空心微球,混勻,制成鋅改性空心微球復(fù)合涂料。
[0067](三)紅外吸收性能評價
[0068]使用IR-2雙波段發(fā)射率測量儀測試涂層在8~14 μ m波段時紅外發(fā)射率為
0.956，空心微珠自身不具有紅外吸收性，而100%有機(jī)硅涂層的紅外發(fā)射率為0.982。說明鋅改性空心微球復(fù)合涂料對紅外具有屏蔽作用。
[0069]實施例4:一種鐵改性空心微珠復(fù)合涂料
[0070](一 )鐵改性空心微球的制備
[0071]I)空心微珠的預(yù)處理:將20g空心陶瓷微珠置于混合清洗試劑中，于室溫下清洗2h，用去離子水反復(fù)沖洗后烘干。將清洗后的空心陶瓷微珠加入5%的氫氟酸溶液中粗化3min后，抽濾、去離子水反復(fù)沖洗、干燥。所述的混合清洗試劑是:每升混合清洗試劑中含有 50g Na0H、15g Na2CO3 和 15g Na3PO4，余量為水。
[0072]2)空心微珠的改性:將步驟I)得到的預(yù)處理后的空心微珠5g浸泡在200mL蒸餾水中，恒速加入0.5mol/L的硝酸鐵溶液100ml，用六亞甲基四胺調(diào)節(jié)溶液pH為9，改性過程中持續(xù)攪拌3h，改性后的微珠進(jìn)行抽濾、蒸餾水反復(fù)沖洗后干燥、然后于500°C溫度下灼燒lh，得到鐵改性空心微球。
[0073]( 二 )鐵改性空心微球復(fù)合涂料
[0074]I)配方:按重量百分比組成如下:
[0075]涂層劑55%，甲苯32%，交聯(lián)劑1.5%，
[0076]催化劑1%，冰醋酸 0.5%，鐵改性空心微球 10%。
[0077]涂層劑購于江蘇泰興市中紡助劑廠，其商品名為ZF919 ；[0078]交聯(lián)劑購于江蘇泰興市中紡助劑廠，其商品名為ZF919B ；
[0079]催化劑購于江蘇泰興市中紡助劑廠，其商品名為ZF919C。
[0080]2)制備方法:按配比，將涂層劑與甲苯混合，充分?jǐn)嚢韬蠹尤虢宦?lián)劑、冰醋酸和催化劑,攪拌使之混合均勻,然后加入鐵改性空心微球,混勻,制成鐵改性空心微球復(fù)合涂料。[0081 ](三)紅外吸收性能評價
[0082]使用IR-2雙波段發(fā)射率測量儀測試涂層在8~14 μ m波段時紅外發(fā)射率為
0.940，空心微珠自身不具有紅外吸收性，而100%有機(jī)硅涂層的紅外發(fā)射率為0.982。說明鐵改性空心微球復(fù)合涂料對紅外具有屏蔽作用。
[0083]實施例5:涂層層數(shù)對8~14 μ m波段時紅外發(fā)射率的影響
[0084](一 )鐵改性空心微球的制備
[0085]I)空心微珠的預(yù)處理:將20g空心陶瓷微珠置于混合清洗試劑中，于室溫下清洗2h，用去離子水反復(fù)沖洗后烘干。將清洗后的空心陶瓷微珠加入5%的氫氟酸溶液中粗化5min后，抽濾、去離子水反復(fù)沖洗、干燥。所述的混合清洗試劑是:每升混合清洗試劑中，含有 50g Na0H、15g Na2CO3 和 15g Na3PO4，余量為水。[0086]2)空心微珠的改性:將步驟I)得到的預(yù)處理后的空心微珠5g浸泡在200mL蒸餾水中，恒速加入0.5mol/L的硝酸鐵溶液100ml，用六亞甲基四胺調(diào)節(jié)溶液pH為8，改性過程中持續(xù)攪拌3h，改性后的微珠進(jìn)行抽濾、蒸餾水反復(fù)沖洗后干燥、然后于500° C溫度下灼燒lh，得到鐵改性空心微球。
[0087]( 二 )鐵改性空心微球復(fù)合涂料
[0088]I)配方:按重量百分比組成如下:
[0089]涂層劑50%，甲苯 27%，交聯(lián)劑1.5%，
[0090]催化劑1%，冰醋酸 0.5%，鐵改性空心微球20%。
[0091]涂層劑購于江蘇泰興市中紡助劑廠，其商品名為ZF919 ；
[0092]交聯(lián)劑購于江蘇泰興市中紡助劑廠，其商品名為ZF919B ；
[0093]催化劑購于江蘇泰興市中紡助劑廠，其商品名為ZF919C。
[0094]2)制備方法:按配比，將涂層劑與甲苯混合，充分?jǐn)嚢韬蠹尤虢宦?lián)劑、冰醋酸和催化劑,攪拌使之混合均勻,然后加入鐵改性空心微球,混勻,制成鐵改性空心微球復(fù)合涂料。
[0095](三)紅外吸收性能評價
[0096]涂層工藝中采用刮涂方式，將上述復(fù)合涂料進(jìn)行不同層數(shù)的涂覆實驗。使用IR-2雙波段發(fā)射率測量儀測試:涂層涂膜I次后在8~14 μ m波段時紅外發(fā)射率為0.955，涂層涂膜8次后在8~14 μ m波段時紅外發(fā)射率為0.927，空心微珠自身不具有紅外吸收性，而100%有機(jī)硅涂層的紅外發(fā)射率為0.982。說明涂層越多對紅外的屏蔽作用也大。
[0097]實施例6:混合涂層的紅外發(fā)射率
[0098]涂層工藝中采用刮涂方式，混合涂層的制備方法采用實施例1中的硫酸鋁改性空心微珠復(fù)合涂料和實施例4中的硝酸鐵改性空心微珠復(fù)合涂料進(jìn)行復(fù)合。
[0099]考慮到涂抹順序的不同，復(fù)合涂層分2種樣品，1#樣品先涂鋁層再涂鐵層，2#樣品先涂鐵層再涂鋁層，每個樣品涂兩層。
[0100]使用IR-2雙波段發(fā)射率測量儀測試涂層在8~14 μ m波段時紅外發(fā)射率。結(jié)果表明與單一金屬涂層相比混合涂層的紅外發(fā)射率顯著降低，1#樣品的紅外發(fā)射率為0.904， 2#樣品的紅外發(fā)射率為0.915。
【權(quán)利要求】
1.一種改性空心微球，其特征在于制備方法如下: 1)空心微珠的預(yù)處理:用清洗試劑于常溫下清洗空心微珠l-3h，用去離子水沖洗，烘干；再將一定量清洗后的空心微珠加入氫氟酸溶液中Ι-lOmin，抽濾、去離子水沖洗、干燥； 2)空心微珠的改性:將步驟I)預(yù)處理后的空心微珠于蒸餾水中浸泡，恒速加入金屬鹽溶液和PH調(diào)節(jié)劑，保持pH在4?9之間，持續(xù)攪拌2?6小時，抽濾、蒸餾水沖洗，干燥；然后于500-600°C下灼燒I?2小時，得改性空心微球。
2.如權(quán)利要求1所述的一種改性空心微球，其特征在于:所述的空心微珠是空心陶瓷微珠或空心玻璃微珠。
3.如權(quán)利要求1所述的一種改性空心微球，其特征在于:所述的清洗試劑為NaOH、Na2CO3、Na3PO4、或Na2SiO3中的一種或兩種以上的混合物。
4.如權(quán)利要求1所述的一種改性空心微球，其特征在于:所述的氫氟酸的濃度為0.5% -10%。
5.如權(quán)利要求1所述的一種改性空心微球，其特征在于:所述的金屬鹽是硫酸鋁、硅酸鋁、三氯化鋁、硝酸鐵、氯化鐵、硝酸鋅或氯化鋅。
6.如權(quán)利要求1所述的一種改性空心微球，其特征在于:所述的pH調(diào)節(jié)劑為六亞甲基四胺、尿素或氨水。
7.一種改性空心微球復(fù)合涂料，其特征在于:按重量百分比含有10?50%的權(quán)利要求1?6所述的任 種改性空心微球。
8.如權(quán)利要求7所述的改性空心微球復(fù)合涂料，其特征在于按重量百分比組成如下: 涂層劑 30-70%，甲苯 10-50%，交聯(lián)劑1-2%， 催化劑 0.5-1.5%，冰醋酸0.2-0.7%，改性空心微球10?50%。
9.一種涂層方法，其特征在于:于基質(zhì)上均勻涂抹一層權(quán)利要求7或8所述的改性空心微球復(fù)合涂料，或于基質(zhì)上交替涂抹不同金屬鹽改性的權(quán)利要求7或8所述的改性空心微球復(fù)合涂料，得到混合涂層。
10.如權(quán)利要求9所述的一種涂層方法，其特征在于:所述的混合涂層是:于基質(zhì)上交替涂金屬鋁改性的改性空心微球復(fù)合涂料和金屬鐵改性的改性空心微球復(fù)合涂料。
【文檔編號】B01J13/02GK103920436SQ201410184866
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】鄧慧, 余喜理 申請人:遼寧石油化工大學(xué)