专利名称：一种红外低发射率棕褐色片状颜料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种棕褐色片状颜料及其制备方法，尤其涉及一种红外低发射率棕褐色片状颜料及其制备方法。
背景技术：
红外隐身技术是针对红外成像、红外制导和红外侦察等手段而发展起来的红外目标控制技术。红外隐身材料是20世纪中后期崛起的一项高技术军用材料，用它制成具有不同红外发射率的红外隐身涂料或红外迷彩隐身遮障，可供军事目标实现隐身。
光学研究表明，不透明物体的反射率越高，发射率就越低，因此有较高反射率的金属是红外隐身涂料中最重要的颜料种类。实际上应用最广泛的是性能优良、价格低廉的金属铝粉。金属颜料的粒子形态、尺寸对涂料的红外发射率有显著影响，尺寸在1～10μm的片状铝其红外发射率比球形和其它形态铝粉发射率低，应用效果最好。在上一世纪八十年代，西方几个军事强国都无例外的在红外隐身涂料中加入大量铝箔片，以降低红外发射率并大量用于军事装备。(例如，已有专利例子，)但由于铝片的加入使涂层对可见光的反射加强，很难与背景融合在一起，不利于可见光隐身；同时铝片的抗氧化性较差，长期暴露在空气中容易氧化，氧化后发射率大大增加，这些不利因素的存在使金属铝粉在实际应用中受到很大限制。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种红外低发射率片状棕褐色颜料及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的红外低发射率片状棕褐色颜料由片状铝粉和包裹在其外的致密的四氧化三铁涂层构成，其中四氧化三铁的质量与片状铝粉的质量比为1∶2～2∶1；本发明的基本原理是在片状铝粉的表面包覆致密的四氧化三铁化学涂层，一方面解决了金属铝粉表面金属铝的氧化问题，另一方面由于表面氧化铁改变了铝粉的金属性光泽和颜色。
本发明的红外低发射率棕褐色片状颜料的制备方法包括如下步骤将二价铁盐的水溶液与片状铝粉在65～98℃反应，加入碱性水溶液，调节pH值为8～14，通空气，发生铁离子的氧化反应，生成四氧化三铁；同时不断地补充碱性水溶液和二价铁盐水溶液，使反应液的pH值保持在8～14之间；当二价铁盐水溶液全部投入后，继续反应10～30分钟，测定反应液相中Fe2+的浓度，Fe2+的浓度小于0.003mol/L时，反应结束，然后采用常规的方法从反应产物中收集表面包覆致密四氧化三铁的片状铝粉颜料。
本发明的表面包覆致密氧化铁的片状金属铝粉颜料中氧化铁是四氧化三铁，二价铁无机盐合成四氧化三铁的过程中发生如下反应(1)(2)所说的二价铁盐选自FeSO4或FeCl2中的一种或其混合物；FeSO4可以采用硫酸法钛白粉生产过程中的副产物绿矾(FeSO4·7H2O)或其他工业级市售产品。氯化亚铁可以采用酸洗钢板过程中产生的副产FeCl2溶液或市售的含水盐，也可以采用众所周知的盐酸泡铁皮的方法现场制备。
二价铁盐水溶液的浓度为0.01mol/L～0.30mol/L，最好为0.05mol/L～0.25mol/L。较低的二价铁浓度有利于氧化铁在铝粉表面的非均相成核，避免氧化铁的均相成核。氧化铁的均相成核将导致氧化铁在铝粉表面的有效包覆率下降，最终影响产物颜料的红外发射率。二价铁盐水溶液的首次投料量为全部投料重量的15％～50％；所说的片状铝粉可以采用市售的颜料级铝粉，经球磨法研磨获得。其粒径为1μm～100μm，该粒径可以采用电子显微镜拍摄照片，量取50个颗粒的长度方向和宽度方向的尺寸取算术平均值的方法进行测定；片状铝粉在二价铁盐水溶液中的固体浓度为2g/L～100g/L，最好为8g/L～60g/L；调节所用二价铁盐水溶液的浓度和片状金属铝粉的固体浓度，使所得颜料产物中四氧化三铁质量与金属铝粉质量的比例为1∶2～2∶1。
所说的碱性水溶液选自氢氧化钠水溶液、氨水或者碳酸钠水溶液中的一种。碱性水溶液的浓度按OH-摩尔浓度计为0.1mol/L～6mol/L，较低的碱浓度有利于氧化铁的非均相成核和对铝粉表面的有效包覆，采用较高的碱浓度对过程的经济性是有利的，因此最好的碱浓度为0.2mol/L～2mol/L。
添加碱性水溶液前，反应体系的温度应控制在65～98℃之间，并采用通常的搅拌方法进行混合搅拌。过低的温度需要加压，过高的温度则会生成Fe2O3等杂质而不能得到颜色符合要求的产物。
反应过程中严格控制二价铁水溶液的滴加速度和空气的通入速度，当反应速度慢到一定程度时，生成的氧化铁便绝大部分包覆在铝片的表面，从而得到表面包覆氧化铁的铝片。为了达到这个目的，空气的通入速度和二价铁盐水溶液以及碱性水溶液的加入速度应使得反应体系的pH值维持在8～14之间。
采用本发明的方法制备的红外低发射率片状棕褐色颜料，没有金属光泽，具有红外低发射率(波长8～14μm下，发射率在0.50～0.65)，其直径可以是1微米到100微米之间，可以满足红外隐身涂料或红外迷彩涂料对颜料的要求。本发明的表面包覆四氧化三铁的片状铝粉颜料具备以下效果发射率低，基本满足红外隐身的要求；颜色为棕褐色，是可见光迷彩基本色之一，有良好的多波段隐身兼容基础；抗氧化性好，在150℃下放置24小时，其性能不发生变化。
图1为颜料的电镜照片。
具体实施例方式
实施例1称取13.9g FeSO4·7H2O，用水溶解并稀释至1L，称取6g NaOH用水溶解并稀释至500ml备用；取300ml FeSO4溶液倒入2L反应釜，然后投入7g平均粒径为29μm片状铝粉，搅拌，反应釜用热水夹套加热；当温度升至设定温度70℃后，加入NaOH溶液113ml。然后用计量泵控制二价铁盐水溶液和NaOH溶液的滴加速度，使反应液的pH值保持在8；同时用空压机通入空气，空气流量控制50ml/min；当二价铁盐水溶液滴加结束后15分钟，用重铬酸钾滴定测量取样中Fe2+的浓度，当Fe2+的浓度小于0.003mol/L时，停止通入空气。抽滤、洗涤、在80℃下干燥，即可得表面包覆四氧化三铁的片状铝粉颜料约13.5g。颜色为棕褐色，无光泽，采用采用中科院上海技术物理研究所生产的IR-1型红外发射率测试仪，按照张才根(高灵敏红外测温仪用于双园筒法测量比辐射率，红外与毫米波学报，1991，10(5)385)文献公开的方法进行检测，红外波段(波长8～14μm)的平均发射率为0.52。其电镜照片见图1。
实施例2称取69.5gFeSO4·7H2O，用水溶解并稀释至1L，配制浓度为1.5mol/L的氨水溶液500ml备用；将400ml的FeSO4溶液倒入2L反应釜，然后投入平均粒径为40μm片状铝粉30g，搅拌，反应釜用夹套蒸汽加热；当温度升至设定温度95℃时，加入氨水溶液151ml，然后用计量泵控制二价铁盐水溶液和氨水的滴加速度，使反应液的pH值保持在14；同时用空压机通入空气，空气流量控制50ml/min；当二价铁盐水溶液滴加结束后20分钟，用重铬酸钾滴定测量取样中Fe2+的浓度，当Fe2+的浓度小于0.003mol/L时，停止通入空气。抽滤、洗涤、在120℃下干燥，即可得表面包覆四氧化三铁的片状铝粉颜料约51g。颜色为棕褐色，无光泽，红外波段(波长8～14μm)的平均发射率为0.60。
权利要求
1.一种红外低发射率片状棕褐色颜料，其特征在于，由片状铝粉和包裹在其外的致密的四氧化三铁涂层构成。
2.根据权利要求1所述的红外低发射率片状棕褐色颜料，其特征在于，其中四氧化三铁的质量与片状铝粉的质量比为1∶2～2∶1。
3.根据权利要求1或2所述的红外低发射率片状棕褐色颜料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤将二价铁盐的水溶液与片状铝粉在65～98℃反应，加入碱性水溶液，调节pH值为8～14，通空气；同时不断地补充碱性水溶液和二价铁盐水溶液，使反应液的pH值保持在8～14之间；当二价铁盐水溶液全部投入后，继续反应10～30分钟，Fe2+的浓度小于0.003mol/L时，反应结束，然后采用常规的方法从反应产物中收集表面包覆致密四氧化三铁的片状铝粉颜料。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所说的二价铁盐选自FeSO4或FeCl2中的一种或其混合物。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，二价铁盐水溶液的浓度为0.01mol/L～0.30mol/L。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，二价铁盐水溶液的首次投料量为全部投料重量的15％～50％。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所说的片状铝粉粒径为1μm～100μm。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于片状铝粉在二价铁盐水溶液中的浓度为2g/L～100g/L。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所说的碱性水溶液选自氢氧化钠水溶液、氨水或者碳酸钠水溶液中的一种。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，碱性水溶液的浓度按OH-摩尔浓度计为0.1mol/L～6mol/L。
全文摘要
本发明公开了一种在红外波段具有低发射率的表面包覆四氧化三铁片状铝粉颜料及其制备方法。本发明的在红外波段具有低发射率的表面包覆铁黑的片状铝粉平均粒径为1～100μm，无光泽，棕褐色，抗氧化性能优良。红外波段(波长8～14μm)的平均发射率为0.50～0.65，可广泛应用于武器装备的红外伪装和光电隐身工程领域。
文档编号C09C1/40GK1884394SQ20051002712
公开日2006年12月27日 申请日期2005年6月24日 优先权日2005年6月24日
发明者吴秋芳, 李福清, 马新胜, 於定华, 汪中进 申请人:上海华明高技术(集团)有限公司