一种耐酸碱片状铝粉基低红外发射率涂层

本发明属于功能材料，具体涉及一种耐酸碱片状铝粉基低红外发射率涂层。

背景技术：

1、低红外发射率涂层是通过涂覆在目标表面实现红外隐身的特种功能涂层，使红外探测器难以区别目标与背景的红外辐射差异，可大大降低目标的被探测率。低红外发射率涂层由树脂和低发射率填料基本部分构成，填料是影响其发射率等功能性能的重要组成部分。当前研究较多的低发射率材料主要有金属颜料(铜，铝，金、银等)、着色颜料和半导体材料等。其中，金属填料，特别是金属铝，由于天然储量大、来源广泛、价格便宜等优点，是隐身材料填料中应用最多的金属。

2、由基尔霍夫定律可知，不透明体的反射率越高，吸收率越低，发射率越低。与球形铝粉相比，片状铝粉因径厚比高而具有高反射特性，常被用做红外波段的屏蔽填料。同时，铝粉在涂层中的分布状态也与发射率相关。当光线传输至涂层时，一是被填料反射，二是被填料与填料之间的孔隙吸收。填料之间的孔隙率越大，红外线被涂料吸收大，反射少；而填料之间的孔隙率小时，红外线大部分被具有高反射性的填料粒子反射，从而减少了涂层对红外的吸收。文章《铝粉的漂浮态对红外低发射率涂层耐腐蚀性能的影响》中对比了不同漂浮态铝粉填料对涂层发射率的影响，发现漂浮型铝粉的排布更整齐有序、平整紧密，有利于涂层获得更低的发射率(兵器材料科学与工程，2019，42(6)，55-57)。因此，通过改善铝粉在涂层中的分散状态，使铝粉在涂层表面定向排列，形成连续有序排列的“镜面”，减少了涂层表面的孔隙，增强反射率，降低吸收率，进而降低涂层的发射率。

3、现有技术，漂浮型铝粉(在涂层表面形成有序“镜面”)的制备工艺是通过在球磨过程中加入硬脂酸等作为助剂，铝粉表面吸附的硬脂酸使其具有漂浮能力，存在着漂浮能力有限且耐酸碱腐蚀差的缺点。为了提升涂层的反射率，减少涂层表面的孔隙，需要更高的铝粉填充量在涂层表面形成有序“镜面”，但填料增加到一定程度后，填料与树脂的相容性变差，而且高填充量会降低涂层的附着性能。另外，涂层在使用的过程中，铝粉易发生腐蚀、耐环境性能差的缺点会导致涂层红外隐身效果降低甚至失效。

4、因此，发展新型片状铝粉的改性方法，获得低孔隙率的高反射涂层，并改善涂层的耐环境性能，对推广铝粉在在隐身材料等领域的应用具有重要意义。

技术实现思路

1、基于上述现有技术所存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种耐酸碱片状铝粉基低红外发射率涂层的制备方法，通过对片状铝粉进行改性，提高耐环境性能，并降低其红外发射率。

2、本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

3、本发明首先公开了一种改性片状铝粉的制备方法，其特点在于：先以丙烯酸硅烷偶联剂在碱性环境下与正硅酸乙酯协同水解，在片状铝粉表面形成带有功能化双键的二氧化硅包覆层；接着再加入含氟丙烯酸酯及引发剂，通过原位聚合在片状铝粉表面形成含氟包覆层，获得改性片状铝粉。铝粉表面氟元素的引入使其难以被浸润，利于改性片状铝粉在涂层中的漂浮性，使其在涂层表面发生定向排列，进而降低其红外发射率。另一方面，片状铝粉的双层包覆，内层的致密二氧化硅包覆层与外层疏水的含氟包覆层会进一步提升铝粉的稳定性，改善耐腐蚀性能。本发明的改性方法对推广铝粉在隐身材料等领域的应用具有重要意义。

4、本发明所述改性片状铝粉的制备方法，具体包括如下步骤：

5、步骤1、片状铝粉的预处理

6、向原料片状铝粉中加入无水乙醇和丙酮，室温下超声分散3-5h，所得片状铝粉分散液抽滤并使用无水乙醇洗涤后，于烘箱中干燥，得到预处理后的片状铝粉。

7、步骤2、试剂的预处理

8、丙烯酸硅烷偶联剂和含氟丙烯酸酯在使用前通过碱性氧化铝填充柱去除阻聚剂。偶氮二异丁腈(aibn)作为引发剂在使用前通过甲醇重结晶。

9、步骤3、溶液a、溶液b与溶液c的配制

10、将丙烯酸硅烷偶联剂、正硅酸乙酯在无水乙醇中混合均匀，获得溶液a；将氨水、去离子水与无水乙醇混合均匀，获得溶液b；将含氟丙烯酸酯与无水乙醇混合均匀，获得溶液c。

11、步骤4、片状铝粉的表面双键功能化改性

12、将步骤1所得预处理后的片状铝粉加入三颈烧瓶中，加入无水乙醇并超声分散均匀，获得预处理后的片状铝粉的分散液；

13、对所述预处理后的片状铝粉的分散液油浴加热，然后同时滴加所述溶液a与溶液b；滴加完成后继续油浴加热反应；反应结束后，将反应液抽滤并用无水乙醇洗涤，所得产物再经干燥，即得到表面具有双键功能化的二氧化硅包覆层片状铝粉。

14、步骤5、片状铝粉的表面氟化改性

15、将步骤4所得表面具有双键功能化的二氧化硅包覆层片状铝粉加入三颈烧瓶中，加入无水乙醇并超声分散均匀，获得表面具有双键功能化的二氧化硅包覆层片状铝粉的分散液；

16、将所述表面具有双键功能化的二氧化硅包覆层片状铝粉的分散液在氮气氛围下搅拌加热，然后滴加所述溶液c，滴加完成再加入引发剂进行反应；

17、反应结束后，将反应液抽滤并用无水乙醇洗涤，所得产物再经干燥，即得到改性片状铝粉。

18、进一步地，步骤1所述片状铝粉分散液中，片状铝粉、无水乙醇和丙酮的用量比为4-6g：200-300ml：50-100ml。

19、进一步地，步骤2所述丙烯酸硅烷偶联剂为3-三甲氧基硅烷丙烯酸丙脂、所述含氟丙烯酸酯为丙烯酸六氟丁酯。

20、进一步地，步骤3中：所配制的溶液a中丙烯酸硅烷偶联剂、正硅酸乙酯和无水乙醇的用量比为2-6g：1-3g：20-50ml。所配制的溶液b中氨水、去离子水和无水乙醇的用量为4-8ml：4-6ml：20-40ml。所配制的溶液c中含氟丙烯酸酯和无水乙醇的用量为4-8g：20-40ml。

21、进一步地，步骤4中：所述预处理后的片状铝粉与无水乙醇的用量比为2-5g：80-150ml。所述预处理后的片状铝粉与所述溶液a中丙烯酸硅烷偶联剂的质量比为1：1，与所述溶液b中氨水和去离子水的比例为1g：2ml。

22、进一步地，步骤4中，溶液a与溶液b滴加到预处理后的片状铝粉的分散液中的时间控制在20-40min内、滴加速度控制在1-2滴/s。

23、进一步地，步骤4中，油浴加热的温度为50-60℃。

24、进一步地，步骤5中：所述表面具有双键功能化的二氧化硅包覆层片状铝粉与无水乙醇的用量比为1-2g：50-80ml；所述表面具有双键功能化的二氧化硅包覆层片状铝粉与所述溶液c中含氟丙烯酸酯的质量比为1：4；所述引发剂的质量为含氟丙烯酸酯质量的0.5％。

25、进一步地，步骤5中，氮气氛围下加热至温度为70-80℃后保持恒温至反应结束。

26、进一步地，步骤5中，溶液c的滴加时间控制在15-20min内、滴加速度控制在1-2滴/秒。

27、本发明进一步提供了一种耐酸碱片状铝粉基低红外发射率涂层，其由上述的改性片状铝粉制得。

28、与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

29、1、本发明在片状铝粉表面形成一层含氟包覆层，氟元素的引入降低了片状铝粉的表面自由能，在涂层表面可以形成连续有序排列的“镜面”，降低所得涂层的红外发射率。本发明所得改性片状铝粉在水面上的遮盖面积可达15384.62cm2/g，改性片状铝粉/古马隆树脂涂层的8-14μm红外发射率最低为0.23。

30、2、本发明改性片状铝粉的双层包覆，内层的致密二氧化硅包覆层与外层疏水的含氟包覆层可以显著改善铝粉的稳定性，改善耐腐蚀性能。0.1g改性片状铝粉在酸性环境(ph＝1)下48h内的析氢量小于10ml，碱性环境(ph＝12)下48h内析氢量小于15ml。

31、3、本发明开发的耐酸碱片状铝粉基低红外发射率涂层的制备方法，在隐身材料等领域具有良好的应用前景。