CN113388272B - 一种包覆铝粉及其制备方法和包含包覆铝粉的涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种包覆铝粉，包括按质量比的原料组分如下：铝粉(10‑26)；着色颜料(5～14)；溶剂(20～50)；蚀刻物质(0.1～1)；助剂(0.04～0.1)；其中铝粉为油性非浮型铝粉；着色颜料为酞菁蓝、钴蓝、孔雀绿、炭黑、大红、中铬黄和永固黄中的一种；溶剂为二甲苯、丁酯、乙醇，120#溶剂油和DMF中的至少一种；蚀刻物质为油酸、醋酸中的一种；助剂为硅烷偶联剂和分散剂中的至少一种。本发明的包覆铝粉可以很好地在涂料中分散，具有明度低、颜色和发射率可调等优势，且制备方法工艺简单，价格便宜，适用于大批量生产，可应用于军事防护、民用艺术涂料及建筑涂料等。

Description

一种包覆铝粉及其制备方法和包含包覆铝粉的涂料
技术领域
本发明总体地涉及材料改性和伪装涂料技术领域，尤其是一种包覆铝粉及其制备方法和包含包覆铝粉的涂料。
背景技术
近年来，随着科技的飞速发展，伪装涂层不断推陈出新，技术指标越来越高，实用性要求越来越高。而传统的车用伪装涂料的绿色要满足典型绿色背景的伪装要求只能用来做高发射率，不能同时满足该背景下3色或者4色的迷彩中的光学、红外、中远红外的伪装要求，特别是拥有多种绿色背景的涂层不能具备在3-5μm和8-14μm在发射率为0.6-0.95的条件下，满足高中低发射率的同时兼容可见光、近红外和高光谱的伪装。
显然传统车用伪装涂料已不能满足未来战争的使用需求，越来越多的科研机构开始在其他新材料中寻找解决方法，例如ITO这类半导体材料和一些导电聚合物来解决目前所面临的问题，并进行了大量的研究，这些材料最大的缺点就是价格高昂。
传统工艺中，铝粉是伪装涂料研制中经常用到的组分，有时甚至被作为解决低发射率问题的关键，但是铝粉本身的明度很高，而相关国军标中的低明度伪装色的明度普遍较低，很难兼容可见光伪装和防红外伪装侦察。
发明内容
本发明的目的是提供一种包覆铝粉，它通过着色颜料固化于铝粉表面，在降低铝粉明度、保持铝粉低发射率的同时，赋予铝粉期望的颜色，以将其用于军事伪装涂料等需要低发射率、低明度研究领域中。
本发明的技术方案是，一种包覆铝粉，包括以下原料组分：铝粉、着色颜料、溶剂、蚀刻物质和助剂，所述着色颜料包覆于所述铝粉表面。
进一步的，上述铝粉、着色颜料、溶剂、蚀刻物质和助剂的质量比为(10-26):(5～14)：(20～50)：(0.1～1)：(0.04～0.1)。
进一步的，上述铝粉为市售普通的油性非浮型铝粉。油性非浮型铝粉是表面经过处理的铝粉，其表面物质容易与着色颜料更好地结合，使着色颜料与铝粉结合的更牢，同时其非漂浮特性克服了漂浮型铝粉因质量轻在涂料组分混合过程中易分层、无法与其他助剂很好融合等缺陷，因此，此类铝粉包覆后既呈现出着色颜料的特性，又可以让铝粉以片状的形式分布在涂料中，达到降低红外发射率的要求，解决了传统铝粉颜料在暗色伪装涂料中，涂料的明度L值降不下来，无法用于中发射率或低发射率的伪装涂料。
进一步的，上述着色颜料为酞菁蓝、钴蓝、孔雀绿、炭黑、大红、中铬黄和永固黄中的一种。
进一步的，上述溶剂为二甲苯、丁酯、乙醇，120#溶剂油和DMF中的至少一种。溶剂价格便宜，容易得到。
进一步的，上述蚀刻物质为油酸、醋酸中的一种。这类蚀刻物质可以很好的链接铝粉和着色物质且对铝粉降低红外发射率的特性能影响较小。
进一步的，上述助剂为硅烷偶联剂和分散剂中的至少一种。这类助剂可以让着色物质更好的包覆在铝粉表面，形成致密的着色层。
本发明同时提供了上述包覆铝粉的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取包覆铝粉的原料组分，高速研磨4～6h，得到包覆铝粉浆；
S2：将所得到的包覆铝粉浆，采用真空抽滤的方式将其中的溶剂抽滤除掉；
S3：将抽滤后的包覆铝粉使用乙醇进行分散清洗；
S4、重复步骤S2-S3的步骤2-3次，得到含乙醇的铝粉浆；
S5：将S4得到的铝粉浆在75-85℃的条件下，进行真空干燥直至乙醇完全挥发，得到所需包覆铝粉成品。
本发明使用选用乙醇作为清洗剂它可以很好的洗掉包覆铝粉表面的杂质，且价格便宜，容易得到。
进一步的，上述步骤S1中，高速研磨是指原料组分这种加入直径为1.2-1.6mm的氧化锆球并在2000-3000r/min的速度下进行球磨；研磨球选用氧化锆球，该类研磨球在高速状态下，研磨稳定性好，且自身的硬度较高；步骤S2和步骤S3中，均使用乙醇进行作为抽滤液和清洗液，目的均是洗去包覆铝粉中的溶剂，分散清洗是指将包覆铝粉加入乙醇，然后在200-400r/min的速度下分散5-10min中。
本发明还提供了一种涂料，其原料组分中包括本发明提供的包覆铝粉。本发明的包覆铝粉可应用于军事防护、民用艺术涂料、民用车用涂料和建筑涂料等。比如，用该包覆铝粉制备的低明度伪装涂料可以满足相关国军标中所要求的颜色色差及发射率要求，同时该伪装涂料有很好的物理机械性能和耐环境适应性。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
1、本发明的包覆铝粉中含有着色物质，该类着色物质一方面可以很好的包覆于铝粉表面，使铝粉表面呈现出着色物质所对应的颜色，另一方面具有较好的光谱选择性，对红外发射率的影响较小，使得包覆完成后的铝粉能够以颜料的形式作为配方用到军用伪装涂料中，除了具有低明度特性，还不影响国军标要求的绿色背景的光谱通道等。
2、本发明的包覆铝粉中含有蚀刻物质，本发明蚀刻物质优选油酸作为蚀刻物质，它是一种长链有机酸，较无机酸的优势在于：a.可以很好的在铝粉表面和着色物质表面形成化学键，提高包覆铝粉的稳定性；b.反应比较温和，不会对铝粉本身的状态造成破坏。
3、本发明的包覆铝粉因为有偶联剂等成分，可以很好地在涂料中分散，具有颜色和发射率可调等特性。
4、本发明提供的制备方法工艺简单，适用于大批量生产，价格便宜，且制备得到的包覆铝粉可应用于军事防护、民用艺术涂料及建筑涂料等。
5、本发明提供的包含包覆铝粉的涂料，尤其是伪装涂料可以满足相关国军标中所要求的颜色色差及发射率要求，同时具有很好的物理机械性能和耐环境适应性。
附图说明
从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
图1为本发明实施例所得包覆铝粉的SEM图，图中测试放大倍数mag10.0kx，视角FOV27.9um，工作距离WD5.74mm；
图2为本发明实施例1所得绿色伪装涂料的350-1400nm的光谱反射率曲线；
图3为本发明实施例2所得黄绿色伪装涂料的350-1400nm的光谱反射率曲线；
图4为本发明实施例3所得中绿色伪装涂料的350-1400nm的光谱反射率曲线；
图5为本发明实施例4所得褐土色伪装涂料的350-1400nm的光谱反射率曲线。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。
实施例1
一种炭黑包覆铝粉及包含炭黑包覆铝粉的绿色伪装涂料
一种炭黑包覆铝粉，该炭黑包覆铝粉的原料组成包括：按质量比计10：5：20：0.1：0.04的油性非浮型铝粉、炭黑、二甲苯、油酸和硅烷偶联剂；所述原料在加有氧化锆球的容器中进行高速分散研磨，得到包覆铝粉浆，然后使用清洗剂对包覆铝粉表面进行清洗，去掉表面残留的杂质，得到包覆铝粉。
其具体制备方法，包括以下步骤：
S1：按原料质量比称取油性非浮型铝粉、炭黑、二甲苯、油酸和硅烷偶联剂，在加有氧化锆球的容器中进行高速分散研磨，得到包覆铝粉浆；
S2：将包覆铝粉浆采用真空抽滤的方式除掉其中的溶剂，得到包覆铝粉；
S3：将包覆铝粉使用乙醇清洗、在400r/min的速度下分散5min中，确保铝粉表面能被清洗干净；
S4、反复步骤S2-S3的处理2-3次，得到清洗干净的含少量乙醇的铝粉浆；
S5：将铝粉浆在80℃的条件下进行真空干燥，直至乙醇完全挥发，得到炭黑包覆铝粉成品。
一种绿色伪装涂料，包括上述炭黑包覆铝粉和其他颜色色浆，具体配方如表1所示：
表1基于炭黑包覆铝粉的绿色伪装涂料配方
组成 质量比
炭黑包覆铝粉 2
孔雀绿色浆 10
大红色浆 1.2
中铬黄色浆 1.3
钴蓝色浆 1
铬绿色浆 0.6
将所制得的深绿色伪装涂料按涂料：固化剂＝10:1的比例配制成黏度为18-22s(涂4杯法)，将所得的涂料喷涂在马口铁板上，测试其颜色色差(包括包覆铝粉调色颜色色差、标准明度、包覆铝粉调色明度和普通铝粉调色明度等)、8-12μm发射率、柔韧和耐冲击强度，测试结果如表5所示，同时测试了350-1400nm的光谱反射率曲线，如图2所示。
经测试验证，本实施例所得的深绿色伪装涂料的测试参数完全满足相关国军标中深绿色(DG0730)所要求的L*a*b*值、可见光亮度对比、近红外亮度对比、光谱通道、红外发射率和400nm-1200nm高光谱、光谱角、光谱距离等要求。
实施例2
一种中铬黄包覆铝粉及包含所述铝粉的黄绿色伪装涂料
一种中铬黄包覆铝粉，该中铬黄包覆铝粉的原料包括按质量比计18：14：42：0.4：0.07的油性非浮型铝粉、中铬黄、120#溶剂油、油酸和硅烷偶联剂；所述原料在加有氧化锆球的容器中进行高速分散研磨，得到包覆铝粉浆，然后使用清洗剂对包覆铝粉表面进行清洗，去掉表面残留的杂质，得到所述中铬黄包覆铝粉。
上述中铬黄包覆铝粉的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取上述原料，加入适量直径为1.2-1.6mm的氧化锆球在2000r/min的速度下高速研磨5h，得到包覆铝粉浆；
S2：将包覆铝粉浆采用真空抽滤的方式除掉其中的溶剂，得到包覆铝粉；
S3：将包覆铝粉使用乙醇清洗、在350r/min的速度下分散7min中，确保铝粉表面能被清洗干净；
S4、反复步骤S2-S3的处理2-3次，得到清洗干净的含少量乙醇的铝粉浆；
S5：将S4得到的铝粉浆在80℃的条件下进行真空干燥，直至乙醇完全挥发，得到中铬黄包覆铝粉成品。
一种黄绿色伪装涂料，包括上述中铬黄包覆铝粉和其他颜色色浆，具体配方如表2所示：
表2基于中铬黄包覆铝粉的黄绿色伪装涂料配方
组成 质量比
中铬黄包覆铝粉 6
永固黄色浆 10
大红色浆 0.3
炭黑色浆 1.3
铬绿色浆 2.5
钴蓝色浆 1.2
将所制得黄绿色伪装涂料按涂料：固化剂＝10:1的比例配制成黏度为18-22s(涂4杯法)，将所得的涂料喷涂在马口铁板上，测试其颜色色差(包括包覆铝粉调色颜色色差、标准明度、包覆铝粉调色明度和普通铝粉调色明度等)、8-12μm发射率、柔韧和耐冲击强度，测试结果如表5所示，同时测试了350-1400nm的光谱反射率曲线，如图3所示。
经测试验证，本实施例所得的黄绿色伪装涂料的测试参数完全满足相关国军标中黄绿色(YG1560)所要求的的L*a*b*值、可见光亮度对比、近红外亮度对比、红外发射率和400nm-1200nm高光谱、光谱角、光谱距离等要求。
实施例3
一种酞菁蓝包覆铝粉，该酞菁蓝包覆铝粉包括原料组分包括按质量比计26：14：50：1：0.1的油性非浮型铝粉、酞菁蓝、二甲苯和120#溶剂油1:1混合、油酸和硅烷偶联剂，所述原料组分在加有氧化锆球的容器中进行高速分散研磨，得到包覆铝粉浆，然后使用清洗剂对包覆铝粉表面进行清洗，去掉表面残留的杂质得到酞菁蓝包覆铝粉。
其具体制备方法，包括以下步骤：
S1：称取上述原料，加入适量直径为1.2-1.6mm的氧化锆球在2000r/min的速度下高速研磨5h，得到包覆铝粉浆；
S2：将包覆铝粉浆，采用真空抽滤的方式，抽滤除掉铝粉浆中的溶剂，得到包覆铝粉；
S3：将包覆铝粉使用乙醇清洗、在400r/min的速度下分散8min中，确保铝粉表面能被清洗干净；
S4、重复步骤S2-S3的操作以重复抽滤清洗2-3次，得到清洗干净的含少量乙醇的铝粉浆；
S5：将S4得到的铝粉浆在80℃的条件下，进行真空干燥直至乙醇完全挥发，得到炭黑包覆铝粉成品。
一种中绿色伪装涂料，包括上述酞菁蓝包覆铝粉和和其他颜色色浆，具体配方如表3所示：
表3MG1151中绿色涂料配方表
组成 质量比
酞菁蓝包覆铝粉 4
永固黄色浆 15
大红色浆 1.3
炭黑色浆 2.1
铬绿色浆 3.5
钴蓝色浆 0.8
将所制得的中绿色伪装涂料按涂料：固化剂＝10:1的比例配制成黏度为18-22s(涂4杯法)，将所得的涂料喷涂在马口铁板上，测试其颜色色差(包括包覆铝粉调色颜色色差、标准明度、包覆铝粉调色明度和普通铝粉调色明度等)、8-12μm发射率、柔韧和耐冲击强度，测试结果如表5所示，同时测试了350-1400nm的光谱反射率曲线，如图4所示。
经测试验证，本实施例所得的黄绿色伪装涂料的测试参数完全满足相关国军标中中绿色(MG1151)所要求的L*a*b*值、可见光亮度对比、近红外亮度对比、红外发射率和400nm-1200nm高光谱、光谱角、光谱距离等要求。
实施例4
一种永固黄包覆铝粉，该永固黄包覆铝粉包括的原料组分为质量比为26：8：48：0.7：0.04的油性非浮型铝粉、永固黄、二甲苯和120#溶剂油1:1混合、醋酸和硅烷偶联剂；上述原料在加有氧化锆球的容器中进行高速分散研磨，得到包覆铝粉浆，然后使用清洗剂对包覆铝粉表面进行清洗，去掉表面残留的杂质，得到永固黄包覆铝粉。
具体制备方法，包括以下步骤：
S1：按质量比称取上述原料，加入适量直径为1.2-1.6mm的氧化锆球在2000r/min的速度下高速研磨5h，得到包覆铝粉浆；
S2：将包覆铝粉浆，采用真空抽滤的方式除掉其中的溶剂，得到包覆铝粉；
S3：将包覆铝粉使用乙醇清洗、在400r/min的速度下分散10min中，确保铝粉表面能被清洗干净；
S4、反复按照步骤S2-S3的操作以重复抽滤清洗2-3次，得到清洗干净的含少量乙醇的铝粉浆；
S4：将铝粉浆在80℃的条件下，进行真空干燥直至乙醇完全挥发，得到永固黄包覆铝粉成品。
一种褐土色伪装涂料，包括上述永固黄包覆铝粉和和其他颜色色浆，具体配方如表4所示：
表4褐土色涂料配方表
组成 质量比
永固黄包覆铝粉 6
永固黄色浆 13
大红色浆 3.5
炭黑色浆 1.2
钴蓝色浆 0.6
将所制得的褐土色伪装涂料按涂料：固化剂＝10:1的比例配制成黏度为18-22s(涂4杯法)，将所得的涂料喷涂在马口铁板上，其颜色色差(包括包覆铝粉调色颜色色差、标准明度、包覆铝粉调色明度和普通铝粉调色明度等)8-12μm发射率、柔韧和耐冲击强度，测试结果如表5所示，同时测试了350-1400nm的光谱反射率曲线，如图5所示。
经测试验证，本实施例所得的褐土色伪装涂料的测试参数完全满足相关国军标中褐土色(BE1732)所要求的褐土色所要求的L*a*b*值、可见光亮度对比、近红外亮度对比、红外发射率等要求。
表5本发明实施例测试1-5中所得涂料的测试结果
Figure BDA0003130267340000091
上述各实施例所得伪装涂料在物理机械性能方面的测试结果为：附着力画圈法可达到1级、耐冲击强度大于50cm*kg、柔韧性小于1mm和铅笔硬度大于H；耐环境适应性方面：耐人工加速老化大于1000h、耐中性盐雾大于1000h、耐湿热大于1000h、耐高低温大于1000h，同时具备耐酸碱的功能。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种包覆铝粉的制备方法，其特征在于，包括以下原料组分：铝粉、着色颜料、溶剂、蚀刻物质和助剂，所述着色颜料包覆于所述铝粉表面；
所述铝粉、着色颜料、溶剂、蚀刻物质和助剂的质量比为(10-26):(5～14)：(20～50)：(0.1～1)：(0.04～0.1)；
所述铝粉为非浮型油性铝粉；
所述着色颜料为酞菁蓝、钴蓝、孔雀绿、炭黑、大红、中铬黄和永固黄中的一种；
所述溶剂为二甲苯、乙醇、120#溶剂油和DMF中的至少一种；
所述蚀刻物质为油酸、醋酸中的一种；
所述助剂为硅烷偶联剂和分散剂中的至少一种；
制备方法包括以下步骤：
S1：称取包覆铝粉的原料组分，高速研磨4～6h，得到包覆铝粉浆；
S2：将所得到的包覆铝粉浆，采用真空抽滤的方式将其中的溶剂抽滤除掉；
S3：将抽滤后的包覆铝粉使用乙醇进行分散清洗；
S4、重复步骤S2-S3的步骤2-3次，得到含乙醇的铝粉浆；
S5：将S4得到的铝粉浆在75-85℃的条件下，进行真空干燥直至乙醇完全挥发，得到所需包覆铝粉成品。
2.权利要求1所述的包覆铝粉的制备方法，其特征在于，
所述步骤S1中，高速研磨是指原料组分这种加入直径为1.2-1.6mm的氧化锆球并在2000-3000r/min的速度下进行球磨；
所述步骤S2和步骤S3中，真空抽滤和分散清洗均使用乙醇作为清洗剂，其中分散清洗是指将包覆铝粉加入乙醇，然后在200-400r/min的速度下分散5-10min中。
3.一种涂料，其特征在于，其原料组分中包括权利要求1制备得到的包覆铝粉。
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