一種紅外低發射率片狀顏料及其製備方法

2023-09-21 19:55:55

專利名稱：一種紅外低發射率片狀顏料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種紅外低發射率片狀顏料及其製備方法，尤其涉及一種由片狀鋁粉和包裹在其外的一水合三氧化二鐵塗層組成的顏料。
背景技術：
紅外隱身技術是針對紅外成像、紅外製導和紅外偵察等手段而發展起來的紅外目標控制技術。
紅外隱身材料是20世紀中後期崛起的一項高技術軍用材料，用它製成具有不同紅外發射率的紅外隱身塗料或紅外迷彩隱身遮障，可供軍事目標實現隱身。
光學研究表明，不透明物體的反射率越高，發射率就越低，因此有較高反射率的金屬是紅外隱身塗料中最重要的顏料種類。實際上應用最廣泛的是性能優良、價格低廉的金屬鋁粉。金屬顏料的粒子形態、尺寸對塗料的紅外發射率有顯著影響，尺寸在10～100μm的片狀鋁其紅外發射率比球形和其它形態鋁粉發射率低，應用效果最好。
在上一世紀80年代，西方幾個軍事強國都無例外的在紅外隱身塗料中加入大量鋁箔片，以降低紅外發射率並大量用於軍事裝備。但由於鋁片的加入使塗層對可見光的反射加強，很難與背景融合在一起，不利於可見光隱身；同時鋁片的抗氧化性較差，長期暴露在空氣中容易氧化，氧化後發射率大大增加，這些不利因素的存在使金屬鋁粉在實際應用中受到很大限制。

發明內容
本發明需要解決的技術問題是公開一種紅外低發射率片狀顏料及其製備方法，以克服現有技術存在的上述缺陷，滿足軍用材料領域發展的需要。
本發明的紅外低發射率片狀顏料由片狀鋁粉和包裹在其外的一水合三氧化二鐵塗層組成，其中一水合三氧化二鐵的質量與片狀鋁粉的質量比為1∶2～2∶1。
所說的一水合三氧化二鐵的化學結構式為Fe2O3·H2O或FeOOH所說的紅外低發射率片狀顏料其直徑為10微米～100微米，徑厚比60～80。
本發明的紅外低發射率片狀顏料的製備方法包括如下步驟將二價鐵鹽的水溶液與片狀鋁粉在25～50℃的溫度下，加入鹼性水溶液調節pH值達到3～4，開始通入空氣，發生鐵離子的氧化反應，同時不斷地補充鹼性水溶液，使反應液的pH值保持在3～5之間；當二價鐵離子(Fe2+)的濃度達到0.001～0.003mol/L時，調節pH＝6.0～6.7，停止通空氣，然後採用常規的方法從反應產物中收集表面包覆緻密氧化鐵的片狀鋁粉顏料。
本發明的表面包覆緻密氧化鐵的片狀金屬鋁粉顏料中氧化鐵是一水合氧化鐵，二價鐵無機鹽合成一水合氧化鐵的過程中發生如下反應(1)(2)所說的二價鐵鹽選自FeSO4或FeCl2中的一種或這兩種鹽的混合物。FeSO4可以採用硫酸法鈦白粉生產過程中的副產物綠礬(FeSO4·7H2O)或其他工業級市售產品。氯化亞鐵可以採用酸洗鋼板過程中產生的副產品FeCl2溶液或市售的含水鹽，也可以採用眾所周知的鹽酸泡鐵皮的方法現場製備。
二價鐵鹽的水溶液的濃度為0.01mol/L～0.30mol/L，最好是在0.05mol/L～0.25mol/L。較低的二價鐵濃度有利於氧化鐵在鋁粉表面的非均相成核，避免氧化鐵的均相成核。氧化鐵的均相成核將導致氧化鐵在鋁粉表面的有效包覆率下降，最終影響產物顏料的紅外發射率。
本發明所說的片狀鋁粉可以採用市售的顏料級鋁粉，經球磨法研磨獲得。其長度和寬度方向平均尺寸為10μm～100μm，徑厚比60～80。片狀鋁粉顏料在二價鐵鹽水溶液中的固體濃度為2g/L～100g/L，最好為8g/L～60g/L；二價鐵鹽水溶液中，二價鐵鹽與片狀鋁粉的質量比為二價鐵鹽∶片狀鋁粉＝1∶0.3～1∶1，使所得顏料產物中一水合三氧化二鐵質量與鋁粉質量的比例為1∶2～2∶1。
所說的鹼性水溶液選自氫氧化鈉水溶液、氨水或者碳酸鈉水溶液中的一種。鹼性水溶液的濃度按OH-摩爾濃度計為0.05mol/L～3mol/L，較低的鹼濃度有利於氧化鐵的非均相成核和對鋁粉表面的有效包覆，採用較高的鹼濃度對過程的經濟性是有利的，因此最好的鹼濃度為0.1mol/L～1.5mol/L。
添加鹼性水溶液前，反應體系的溫度應控制在25～50℃之間，並採用通常的攪拌方法進行混合攪拌。過低的溫度需要冷凍冷卻，過高的溫度則會生成Fe3O4等雜質而不能得到顏色符合要求的產物。
反應過程中嚴格控制鹼性水溶液的滴加速度和空氣的通入速度來控制反應速度，當反應速度慢到一定程度時，生成的氧化鐵便絕大部分包覆在鋁片的表面，從而得到表面包覆氧化鐵的鋁片。為了達到這個目的，空氣的通入速度和鹼性水溶液的加入速度應使得反應體系的pH值維持在3～5之間。
本發明的基本原理是在片狀鋁粉的表面包覆緻密的氧化鐵化學塗層，一方面解決了金屬鋁粉表面金屬鋁的氧化問題，另一方面由於表面氧化鐵改變了鋁粉的金屬性光澤和顏色。本發明的表面包覆氧化鐵的片狀鋁粉顏料具備以下效果發射率低，基本滿足紅外隱身的要求；顏色為土黃色，是可見光迷彩基本色之一，有良好的多波段隱身兼容基礎；抗氧化性好，在180℃下放置24小時，其性能不發生變化。
由於本發明的設有一水合三氧化二鐵塗層，表面沒有金屬光澤，但是具有鋁粉相當的紅外低發射率(波長8～14μm下，發射率在0.50～0.65)，其直徑可以是10微米～100微米，可以滿足紅外隱身塗料或紅外迷彩塗料對顏料的要求。


圖1為製成塗層後的掃描電子顯微鏡照片。
具體實施例方式
實施例1稱取13.9gFeSO4·7H2O，用水溶解並稀釋至1L，稱取4gNaOH用水溶解並稀釋至500ml；將FeSO4溶液倒入2L反應釜，然後投入片狀鋁粉20g，攪拌，反應釜用熱水夾套加熱；當溫度升至設定溫度30℃時，加入摩爾濃度為0.2mol/L的NaOH溶液，用蠕動泵控制NaOH溶液的滴加速度，使反應液的pH值保持在5；當pH值達到3.5時，用空壓機通入空氣，空氣流量控制在500ml/min；反應過程中，每隔一小時取樣一次，用重鉻酸鉀標準溶液滴定測量Fe2+的濃度，當Fe2+的濃度小於0.003mol/L時，調節pH＝6.0，停止通入空氣。抽濾、洗滌、在115℃下乾燥，即可得表面包覆鐵黃的片狀鋁粉約40g。
顏色為土黃色，無光澤，採用中科院上海技術物理研究所生產的IR-1型紅外發射率測試儀(測試原理見文獻張才根，高靈敏紅外測溫儀用於雙園筒法測量比輻射率，紅外與毫米波學報，1991，10(5)385)公開的方法進行檢測，紅外波段(波長8～14μm)的平均發射率為0.56，製成塗層後的掃描電子顯微鏡照片見附圖1。
實施例2
稱取69.5gFeSO4·7H2O，用水溶解並稀釋至1L，配製濃度為1.0mol/L的氨水溶液500ml備用；將FeSO4溶液倒入2L反應釜，然後投入平均粒徑為40μm的片狀鋁粉30g，攪拌，反應釜用恆溫槽水浴加熱；當溫度升至設定溫度50℃時，加入摩爾濃度為1.0mol/L的氨水溶液，用蠕動泵控制氨水溶液的滴加速度，使反應液的pH值保持在4.5；當pH值達到3.5時，用空壓機通入空氣，空氣流量控制在500ml/min反應過程中，每隔一小時取樣一次，用重鉻酸鉀標準溶液滴定測量Fe2+的濃度，當Fe2+的濃度小於0.003mol/L時，調節pH＝6.0，停止通入空氣。抽濾、洗滌、在100℃下乾燥，即可得表面包覆鐵黃的片狀鋁粉約60g。顏色為土黃色，無光澤，紅外波段(波長8～14μm)的平均發射率為0.58。
實施例3稱取20gFeCl2·4H2O，用水溶解並稀釋至1L，稱取53gNa2CO3用水溶解並稀釋至500mL；將FeCl2溶液倒入2L反應釜中，然後投入平均粒徑為20m片狀鋁粉20g，攪拌，反應釜用恆溫槽水浴加熱；當溫度升至設定溫度40℃時，加入質量濃度為10.6％的碳酸鈉水溶液，用蠕動泵控制Na2CO3水溶液的滴加速度，使反應液的pH值保持在4；當反應液的pH值達到4時，用空壓機通入空氣，空氣流量控制在500mL/min反應過程中，每隔一小時取樣一次，用重鉻酸鉀標準溶液滴定測量Fe2+的濃度，當Fe2+的濃度小於0.003mol/L時，調節pH＝6，停止通入空氣。抽濾、洗滌，在150℃下乾燥，即可得表面包覆鐵黃的片狀鋁粉約40g。
顏色為土黃色，無光澤，紅外波段(波長8～14μm)的平均發射率約為0.6。
權利要求
1.一種紅外低發射率片狀顏料，其特徵在於，由片狀鋁粉和包裹在其外的一水合三氧化二鐵塗層組成，其中一水合三氧化二鐵的質量與片狀鋁粉的質量比為1∶2～2∶1。
2.根據權利要求1所述的紅外低發射率片狀顏料，其特徵在於，直徑為10微米～100微米，徑厚比60～80。
3.根據權利要求1或2所述的紅外低發射率片狀顏料的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟將二價鐵鹽的水溶液與片狀鋁粉在25～50℃的溫度下，加入鹼性水溶液調節pH值達到3～4，開始通入空氣，發生鐵離子的氧化反應，同時不斷地補充鹼性水溶液，使反應液的pH值保持在3～5之間；當二價鐵離子(Fe2+)的濃度達到0.001～0.003mol/L時，調節pH＝6.0～6.7，停止通空氣，然後採用常規的方法從反應產物中收集表面包覆緻密氧化鐵的片狀鋁粉顏料。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所說的二價鐵鹽選自FeSO4或FeCl2中的一種或這兩種鹽的混合物。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，二價鐵鹽的水溶液的濃度為0.01mol/L～0.30mol/L。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所說的片狀鋁粉尺寸為10μm～100μm。
7.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，片狀金屬鋁粉顏料在二價鐵鹽水溶液中的固體濃度為2g/L～100g/L。
8.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，二價鐵鹽水溶液中，二價鐵鹽與片狀鋁粉的質量比為二價鐵鹽∶片狀鋁粉＝1∶0.3～1∶1。
9.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所說的鹼性水溶液選自氫氧化鈉水溶液、氨水或者碳酸鈉水溶液中的一種，鹼性水溶液的濃度按OH-摩爾濃度計為0.05mol/L～3mol/L。
全文摘要
本發明公開了一種在紅外波段具有低發射率的表面包覆水合氧化鐵(鐵黃)的片狀鋁粉顏料及其製備方法。本發明的在紅外波段具有低發射率的表面包覆鐵黃的片狀鋁粉平均粒徑為1～100μm，無光澤，土黃色，抗氧化性能優良。紅外波段(波長8～14μm)的平均發射率為0.50～0.60，可廣泛應用於武器裝備的紅外偽裝和光電隱身工程領域。
文檔編號C09C1/40GK1884395SQ20051002712
公開日2006年12月27日 申請日期2005年6月24日 優先權日2005年6月24日
發明者於定華, 馬新勝, 李福清, 吳秋芳, 汪中進 申請人:上海華明高技術(集團)有限公司