一种相变-红外隐身双功能复合微胶囊的制备方法及应用与流程

本发明涉及相变微胶囊制备技术领域，具体涉及一种相变-红外隐身双功能复合微胶囊相变材料的制备方法及应用。

背景技术：

由于物体红外线辐射的普遍性，目标与背景红外线辐射的差异性，热红外探测在现代军事侦察中发挥着越来越重要的作用，严重威胁到某些军事目标的生存能力。热红外隐身材料可使目标和背景间的红外辐射强度差值降低到热红外探测器识别不出的程度，从而达到相对意义上隐身的目的。因此，以降低物体表面辐射强度为目的的热红外隐身技术引起了各国军方的高度关注。根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律可知，降低目标表面辐射强度可以通过降低目标表面温度和红外发射率来控制。当前的研究中，应用较为广泛的主要是具有低发射率的红外隐身涂料，但以控制红外发射率为根本途径的红外隐身涂料对周围的复杂环境耐受能力差，隐身效果不强，易被氧化和腐蚀，随着使用时间的增长，发射率会增大，从而失去隐身作用，隐身时间较短。

综上所述，如何得到低发射率又可以控温并且性能稳定、作用时间长的热红外隐身材料，是目前亟需研究的问题。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种具有核壳结构的双功能复合微胶囊相变材料的制备方法，用以解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种具有核壳结构的双功能复合微胶囊相变材料的制备方法及其应用，其中，所述双功能复合微胶囊相变材料主要由芯材和壁材构成。

优选的，所述芯材为硬脂酸。

优选的，所述壁材为碳酸钙和纳米铁的混合物。

优选的，所述双功能为储热控温和红外隐身功能。

本发明实施例还提供所述的用于制备双功能复合微胶囊相变材料的方法，所述方法为原位聚合法。

优选的，所述双功能复合微胶囊相变材料的制备步骤具体如下：

(1)将一定量的硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠和氯化钙溶于一定量的去离子水中，在70℃采用磁力搅拌器恒温搅拌60min，得组分a；

(2)将一定量的碳酸钠溶于一定量的去离子水中，室温下搅拌10min，得组分b；

(3)将一定量的纳米铁粉加入到步骤(2)所述的组分b中，采用超声仪超声分散120min，得组分c；

(4)将步骤(3)得到的组分c缓慢滴加到步骤(1)所述的组分a中，在70℃采用磁力搅拌器恒温搅拌120min，得微胶囊液；

(5)静置12h后，对微胶囊液过滤，并对滤渣分别用无水乙醇和去离子水各洗涤3次，最后在干燥箱中60℃干燥12h，得到微胶囊粉末样品。

优选的，所述十二烷基苯磺酸钠起乳化剂的作用，所述乳化剂用量为硬脂酸用量的1％-10％。

优选的，所述氯化钙和碳酸钠为制备碳酸钙壁材的原料。

优选的，所述硬脂酸和碳酸钙的质量比为3:1。

优选的，所述纳米铁粉的粒径为30nm、50nm和100nm，所述纳米铁粉为硬脂酸用量的0％-10％。

优选的，所述多功能复合微胶囊相变材料的应用为将其加工成夹层，采用涂层处理的方式将夹层涂层到衣服的中空部分，得到相变控温-红外隐身夜行衣。

本发明的有益效果为：

隐身效果更好。硬脂酸作为有机相变材料具有储热控温的作用，可以控制目标表面的温度，减小与目标周围环境的温差，从而达到隐身目的；同时纳米铁粉作为低发射率材料，掺杂后可以降低目标表面的红外发射率，从表面温度和表面发射率两个方面同时降低目标表面辐射强度，隐身效果更好。

性能更稳定，作用时间长。微胶囊技术和夹层处理，可以减少复合隐身材料与外界环境的接触和反应，减少氧化和腐蚀，防止泄露和涂层污染，提高使用寿命，使目标能长时间达到隐身目的。

穿着更舒适。该种复合隐身材料可以控制目标表面的温度，使目标和周围环境的温差在一定时间范围内基本可以忽略不计，从而消除极端恶劣环境对目标产生的不利影响，穿着舒适性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例微胶囊样品的制备工艺流程图。

图2为本发明实施例微胶囊样品的红外发射率曲线。

图3为本发明实施例微胶囊样品的实际隐身效果图。

具体实施方式

图1为本发明实施例微胶囊样品的制备工艺流程图，以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。

实施例1

(1)将4.00g硬脂酸、0.12g十二烷基苯磺酸钠和1.48g氯化钙溶于100ml去离子水中，在70℃采用磁力搅拌器恒温搅拌60min，得组分a；

(2)将1.41g碳酸钠溶于20ml去离子水中，室温下搅拌10min，得组分b；

(3)将0.04g纳米铁粉加入到步骤(2)所述的组分b中，采用超声仪超声分散120min，得组分c；

(4)将步骤(3)得到的组分c缓慢滴加到步骤(1)所述的组分a中，在70℃采用磁力搅拌器恒温搅拌120min，得微胶囊液；

(5)静置12h后，对微胶囊液过滤，并对滤渣分别用无水乙醇和去离子水各洗涤3次，最后在干燥箱中60℃干燥12h，得到微胶囊粉末样品fe-sa-1。

实施例2

(1)将4.00g硬脂酸、0.12g十二烷基苯磺酸钠和1.48g氯化钙溶于100ml去离子水中，在70℃采用磁力搅拌器恒温搅拌60min，得组分a；

(2)将1.41g碳酸钠溶于20ml去离子水中，室温下搅拌10min，得组分b；

(3)将0.12g纳米铁粉加入到步骤(2)所述的组分b中，采用超声仪超声分散120min，得组分c；

(4)将步骤(3)得到的组分c缓慢滴加到步骤(1)所述的组分a中，在70℃采用磁力搅拌器恒温搅拌120min，得微胶囊液；

(5)静置12h后，对微胶囊液过滤，并对滤渣分别用无水乙醇和去离子水各洗涤3次，最后在干燥箱中60℃干燥12h，得到微胶囊粉末样品fe-sa-3。

实施例3

(1)将4.00g硬脂酸、0.12g十二烷基苯磺酸钠和1.48g氯化钙溶于100ml去离子水中，在70℃采用磁力搅拌器恒温搅拌60min，得组分a；

(2)将1.41g碳酸钠溶于20ml去离子水中，室温下搅拌10min，得组分b；

(3)将0.20g纳米铁粉加入到步骤(2)所述的组分b中，采用超声仪超声分散120min，得组分c；

(4)将步骤(3)得到的组分c缓慢滴加到步骤(1)所述的组分a中，在70℃采用磁力搅拌器恒温搅拌120min，得微胶囊液；

(5)静置12h后，对微胶囊液过滤，并对滤渣分别用无水乙醇和去离子水各洗涤3次，最后在干燥箱中60℃干燥12h，得到微胶囊粉末样品fe-sa-5。

实施例4

(1)将4.00g硬脂酸、0.12g十二烷基苯磺酸钠和1.48g氯化钙溶于100ml去离子水中，在70℃采用磁力搅拌器恒温搅拌60min，得组分a；

(2)将1.41g碳酸钠溶于20ml去离子水中，室温下搅拌10min，得组分b；

(3)将0.28g纳米铁粉加入到步骤(2)所述的组分b中，采用超声仪超声分散120min，得组分c；

(4)将步骤(3)得到的组分c缓慢滴加到步骤(1)所述的组分a中，在70℃采用磁力搅拌器恒温搅拌120min，得微胶囊液；

(5)静置12h后，对微胶囊液过滤，并对滤渣分别用无水乙醇和去离子水各洗涤3次，最后在干燥箱中60℃干燥12h，得到微胶囊粉末样品fe-sa-7。

实施例5

(1)将4.00g硬脂酸、0.12g十二烷基苯磺酸钠和1.48g氯化钙溶于100ml去离子水中，在70℃采用磁力搅拌器恒温搅拌60min，得组分a；

(2)将1.41g碳酸钠溶于20ml去离子水中，室温下搅拌10min，得组分b；

(3)将0.40g纳米铁粉加入到步骤(2)所述的组分b中，采用超声仪超声分散120min，得组分c；

(4)将步骤(3)得到的组分c缓慢滴加到步骤(1)所述的组分a中，在70℃采用磁力搅拌器恒温搅拌120min，得微胶囊液；

(5)静置12h后，对微胶囊液过滤，并对滤渣分别用无水乙醇和去离子水各洗涤3次，最后在干燥箱中60℃干燥12h，得到微胶囊粉末样品fe-sa-10。

实施对比例

(1)将4.00g硬脂酸、0.12g十二烷基苯磺酸钠和1.48g氯化钙溶于100ml去离子水中，在70℃采用磁力搅拌器恒温搅拌60min，得组分a；

(2)将1.41g碳酸钠溶于20ml去离子水中，室温下搅拌10min，得组分b；

(3)将步骤(2)得到的组分b缓慢滴加到步骤(1)所述的组分a中，在70℃采用磁力搅拌器恒温搅拌120min，得微胶囊液；

(4)静置12h后，对微胶囊液过滤，并对滤渣分别用无水乙醇和去离子水各洗涤3次，最后在干燥箱中60℃干燥12h，得到微胶囊粉末样品sa-caco3。

本发明实施例1至实施例5中，所述纳米铁粉的粒径为50nm，纳米铁粉用量为硬脂酸用量的1％-10％。

本发明实施对比例中，所述纳米铁粉的含量为0％，与实施例1至实施例5形成对照。

本发明实施例中，所述十二烷基苯磺酸钠用量为硬脂酸用量的3％。

本发明实施例中，所述硬脂酸由西陇化工股份有限公司提供，纯度为分析纯，呈白色有光泽的叶片状结晶性状，相变温度为52℃。

实施例6

将制备好的复合微胶囊相变材料加工成夹层，采用涂层处理的方式将夹层涂层到衣服的中空部分，得到相变控温-红外隐身夜行衣。为了更简单的说明，本实施例先将其涂层到口罩内部，测试人戴口罩区域与其它区域的红外隐身性能并做对比。

对实施例1至5和实施对比例提供的复合微胶囊相变材料进行红外发射率的测定，其测试结果如图2所示，微胶囊样品的红外发射率在0.39-0.86之间，随着纳米铁与硬脂酸质量比的增大而减小。当纳米铁与硬脂酸质量比为10％，即实施例5中fe-sa-10红外发射率最小，比未掺杂纳米铁时，即比实施对比例中sa-caco3降低了54.7％，纳米铁的掺杂很好地提高了微胶囊样品的红外隐身性能。

以实施例3中fe-sa-5为例，图3分别表示口罩中微胶囊相变材料添加前后的红外成像照片。当口罩中未加入任何填充材料时，在人体体温的作用下表现出明显的红外特征，与裸露的人体表皮相比，仅能稍稍降低人体表皮的红外辐射强度，随着时间的推移，当口罩佩戴约30min后，与人体表面红外辐射强度几乎一致。将fe-sa-5涂层到口罩内部后，人佩戴口罩部分的红外特征与环境背景的红外特征基本一致，当佩戴时间超过150min后，佩戴者的红外特征才逐渐显现。

实施例中制备的微胶囊样品具有相变材料良好的储热控温性能，人体表面的温度与周围环境的温度在一定时间范围内基本相同，同时掺杂纳米铁粉后具有更低的表面红外发射率，红外辐射强度也大大降低，人体表面的红外特征与周围环境的红外特征基本一致，具有良好的红外隐身性能。当纳米铁与硬脂酸的质量比为5％时，其隐身时间可达150min。

将制备好的微胶囊相变材料加工成夹层，采用涂层处理的方式将夹层涂层到衣服的中空部分，可以得到相变控温-红外隐身夜行衣，其具有良好的红外隐身性能。同时由于微胶囊相变材料特有的控温能力，将其以涂料或遮障形式用在目标上，通过吸收目标放出的热量，降低目标物表面温度，减少热红外辐射，起到隐身效果。因此，本发明的这种双功能复合微胶囊相变材料具有很大的应用前景。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。