新型铁基纳米复合涂层的制作方法

本发明涉及红外涂料，尤其是使用粘接性能优异的聚氨酯和成本低的铁粉为原料，使用操作简单的涂刷法和加热处理法，开发了一种新型铁基纳米复合涂层。

背景技术：

新型纳米复合材料具有极好的吸波特性，同时具备宽频带、兼容性好、质量小和厚度薄等特点。像纳米级的金属和金属氧化物在细化的过程中表面的原子越来越多，从而增强了纳米材料的活性，在一定的波长照射下，原子和电子运动加剧，促使磁化电子能转化为热能，从而增强了对波的吸收。纳米材料具有大的比表面积、量子尺寸效应和一些新奇的光、电、磁等优秀性质而在涂料中也受到关注，特别是氧化铁纳米材料具有很好的抗老化性，且属于窄禁带材料，吸收波长可以从紫外到红外，而聚氨脂具有高强度、抗撕裂、耐磨等性质，为了充分发挥聚合物及纳米材料的优良性能，可以将其复合后加热使其聚氨酯炭化及铁被氧化而形成新的铁基纳米复合材料，这样不仅充分利用了吸光性而且达到了粘接牢固、抗撕裂、耐磨等作用。

过渡金属具有活跃的化学性质，可以发生氧化等化学反应，常用作颜料来制备复合涂层。本发明通过有机粘接剂添加金属粉末，再经过热处理，由聚氨酯高分子化合物的炭化和金属的氧化来调节涂层的吸收性能和发射率，从而制备不同发射率的铁基纳米复合涂层。

技术实现要素：

本发明所要解决的就是现有涂层制备工艺复杂、价格昂贵，且发射率不可调等问题，提供一种新型铁基纳米复合涂层。

本发明的新型铁基纳米涂层，通过热处理使得涂层内化合物发生炭化和金属氧化，以此来改变涂层的红外发射率大小，其特征在于该图层以聚氨酯ab料为基体，铁粉为颜料，乙酸丁酯为溶剂，通过以下步骤制得：

1）取40质量份铁粉、聚氨酯ab料的a组分10质量份、聚氨酯ab料的b组分10质量份，放入10质量份乙酸丁酯混合后搅拌均匀；

2）取步骤1）中得到的混合溶液，用排笔均匀涂覆于铝片上形成一涂层，并在室温下干燥固化24小时；

3）将步骤2）固化后的涂层，进行加热处理1小时，待涂层恢复至室温后即可得到可直接使用的新型铁基纳米复合涂层。

所述的步骤3）中，加热温度为150℃、250℃或350℃，根据不同的热处理温度，即可得到不同发射率的新型铁基纳复合米涂层。

在涂层制备过程中选用高强度、抗撕裂、耐磨等性质的聚氨酯在各种坏境中适应性强，金属填料具有强反射性，是一种常用的涂层填料。同时对制备得到的涂层进行热处理可引起表面层结构、结晶状态及其他物理和化学性质的变化。特别是活泼金属铁，如在加热处理后的涂层的xrd表征中可以看到2θ为49.325°(021)、61.525°(214)和72.401°(1110)处的衍射峰对应的是fe2o3。而氧化铁纳米材料具有很好的抗老化性，且属于窄禁带材料，吸收波长可以从紫外到红外，从而引起了涂层吸收强度和发射率的变化。

本发明的新型铁基纳米复合涂层，在聚氨酯中混入铁粉再经不同温度的热处理后，聚氨酯发生炭化的同时铁粉也发生了氧化。从而使本发明制备得的铁基纳米复合涂层具有更高的发射率及发射率调制性能，可用于军事发展、节能环保和建筑设计等领域。同时还具备以下优点：

1、原理可靠、操作简便、制备效率快、成本低和效果明显等特点。涂刷法制得的涂层在室温下干燥固化24小时，再经过150℃、250℃和350℃热处理1小时得到新型铁基纳米涂层；

2、此方法制备新型铁基纳米复合涂层操作可行，热处理不仅缩短了涂层固化时间，而且有利于聚氨酯流动性增大，使得涂料在基底上的浸润程度变大，有利于粘接性，同时，使得涂层内发生了聚氨酯碳化和铁氧化发应，有效地改变了涂层的红外发射率吸收性能；

3、制备得到新型铁基纳米复合涂层通过加热后其吸收性能和物质的结晶状况等物理化学性质有明显的变化。从而导致其发射率的改变；

4、由于原料便宜、涂刷法和热处理方法操作简单，所以适合大规模生产。

附图说明

图1为新型铁基纳米复合涂层的sem图。

图2为新型铁基纳米复合涂层的拉曼图。

图3为新型铁基纳米复合涂层的xrd图。

图4制备的新型铁基纳米复合涂层的紫外-可见光吸收光谱图。

具体实施方式

实施例1：新型铁基纳米涂层，通过热处理使得涂层内化合物发生炭化和金属氧化，以此来改变涂层的红外发射率大小，该图层以聚氨酯ab料为基体，铁粉为颜料，乙酸丁酯为溶剂，通过以下步骤制得：

1）取40质量份铁粉、聚氨酯ab料的a组分10质量份、聚氨酯ab料的b组分10质量份，放入10质量份乙酸丁酯混合后搅拌均匀；

2）取步骤1）中得到的混合溶液，用排笔均匀涂覆于铝片上形成一涂层，并在室温下干燥固化24小时；

3）将步骤2）固化后的涂层，进行加热处理1小时，待涂层恢复至室温后即可得到可直接使用的新型铁基纳米复合涂层。

所述的步骤3）中，加热温度为150℃、250℃或350℃，根据不同的热处理温度，即可得到不同发射率的新型铁基纳复合米涂层。

如图1所示，室温固化及室温固化后再经150℃、250℃和350℃热处理1小时制备的新型铁基纳米涂层的sem图，由图可以看出，室温固化时，涂层表面颗粒多，150℃热处理后颗粒物相对较少，逐渐被胶覆盖，250℃处理后颗粒已被涂层覆盖住，这是由于温度升高后，聚氨酯的流动性增强。350℃的涂层则已经断裂，这是由于聚氨酯中的化学键断裂。

如图2所示，室温干燥固化后再经150℃、250℃和350℃热处理1小时制备的新型铁基纳米复合涂层的拉曼图，可以看到c=c的峰存在，说明炭化发生。

如图3所示，室温固化后再经150℃、250℃和350℃热处理1小时制备的新型铁基纳米复合涂层的xrd图，可以明显看到，热处理为250℃和350℃时有铁的氧化物存在，说明涂料中的铁粉发生了氧化。而这些氧化物有利于光的吸收和抗老化性能的提升。

如图4所示，为室温干燥固化和再经150℃、250℃和350℃热处理1小时制备的新型铁基纳米复合涂层的紫外-可见光吸收光谱图，可看到热处理的温度为250℃时得到的铁基纳米复合涂层对近红外和可见光的吸收能力最强。

技术特征：

技术总结
新型铁基纳米复合涂层，涉及红外涂料，尤其是使用粘接性能优异的聚氨酯和成本低的铁粉为原料，使用操作简单的涂刷法和加热处理法，开发了一种新型铁基纳米复合涂层。本发明的新型铁基纳米涂层，通过热处理使得涂层内化合物发生炭化和金属氧化，以此来改变涂层的红外发射率大小，其特征在于该图层以聚氨酯AB料为基体，铁粉为颜料，乙酸丁酯为溶剂。本发明的新型铁基纳米复合涂层，在聚氨酯中混入铁粉再经不同温度的热处理后，聚氨酯发生炭化的同时铁粉也发生了氧化。从而使本发明制备得的铁基纳米复合涂层具有更高的发射率及发射率调制性能，可用于军事发展、节能环保和建筑设计等领域。

技术研发人员：唐利斌;朱颖峰;姬荣斌;郑保忠;王冲文;韩福忠
受保护的技术使用者：昆明物理研究所
技术研发日：2017.07.25
技术公布日：2017.10.10