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改性铝粉在天然胶乳隐身涂层中的应用与研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-04-08  浏览次数:1180
核心提示:改性铝粉在天然胶乳隐身涂层中的应用与研究李冬琳1,2,刘亚青1,2,张志毅1,2,温凯1,2,赵贵哲1,2(1
                          改性铝粉在天然胶乳隐身涂层中的应用与研究
           李冬琳1,2,刘亚青1,2,张志毅1,2,温 凯1,2,赵贵哲1,2
    (1.山西省高分子复合材料工程技术研究中心,山西 太原 030051;2.中北大学材料科学与工程学院,山西 太原 030051)
    摘 要:为满足橡胶涂层的需要,以天然胶乳(NRL)作为胶粘剂、硅烷偶联剂(KH-560 或 KH-570)改性铝粉为填料,制备了低红外发射率涂层。研究结果表明:经硅烷偶联剂改性后铝粉与水的接触角减小,亲水性增大;改性铝粉的分散性提高,并且能在NRL表面形成致密的反射层;随着改性铝粉含量的增加,涂层的红外发射率呈先降后升态势,并且在 w(KH-570 改性铝粉)=20%(相对于 NRL 质量而言)时相对最低(0.635)。
    关键词:涂层;天然胶乳;铝粉;表面改性;红外发射率
    中图分类号:TQ433.41 文献标志码:A 文章编号:1004-2849(2014)04-0029-04
    0 前 言
    红外隐身材料是当今的研究热点之一,并且已广泛应用于民用和军事等领域(如军事伪装设备等)[1-3]。影响材料红外特性的主要因素有温度和红外发射率[4],实现红外隐身的技术途径有控制表面发射率和控制表面温度等。为降低材料的红外发射率,制备红外隐身涂料是一种有效手段。红外隐身涂料主要由胶粘剂和填料组成,其中填料主要是金属颜料粒子,基体树脂普遍为各类树脂。由于现有的红外隐身涂料一般都应用于硬质材料表层,而天然橡胶(NR)质地偏软,将已有涂层涂覆在橡胶表面显然不能达到技术指标要求,故研究一种既可降低橡胶的红外发射率,又能与橡胶表面良好粘接的红外隐身涂层至关重要。
    NR作为一种通用橡胶广泛应用于国民经济各领域中,通常意义上的NR是指直接从橡胶树上采集的天然胶乳(NRL),经加酸凝固、洗涤、压片和干燥等工序处理后制得的弹性NR生胶片[5-7]。由于NR生胶为固体,填料在其中无法漂浮至表面,因而选择与NR组分相同的液体NRL作为胶粘剂来制备红外隐身涂层。由于NRL中含有一定量的水,故不必添加其他溶剂。表面改性是提高填料与基体相容性的常用方法,并且硅烷偶联剂作为常用的表面改性剂[8],其通式为YRS(iOR)3;用硅烷偶联剂对铝粉进行表面改性,可提高铝粉在NRL中的分散性。
    1· 试验部分
    1.1 试验原料
    浓缩天然胶乳(NRL),工业级(干胶含量60%),东莞市寮步琼粤橡胶有限公司;铝粉,工业级,山东章丘金属颜料有限公司;无水乙醇、硅烷偶联剂(KH-560、KH-570),分析纯,市售。
    天然橡胶(NR)板,自制。
    1.2 试验仪器
    Leica DM 2500 M 型光学显微镜,德国莱茨公司;FT-IR 8400S型傅里叶变换红外光谱仪,日本岛津公司;EMS302型红外发射率测量仪,台湾和德公司;HQG型漆膜划格器,上海普申化工机械有限公司;SL200B型接触角测量仪,上海梭伦信息科技有限公司。
    1.3 试验制备
    1.3.1 改性铝粉的制备
    将硅烷偶联剂(KH-560或KH-570)加入到无水乙醇中,配制浓度为 1%的稀溶液;然后加入铝粉,超声振荡 5 min,使铝粉均匀分散在溶液中;25 ℃时搅拌3 h,使硅烷偶联剂均匀分散在铝粉表面;抽滤,取过滤物分别用无水乙醇和去离子水洗涤数次,80 ℃烘干24 h,得到改性铝粉。
    1.3.2 NRL隐身涂料的制备
    首先按照GB/T 14797.1—2008标准制备预硫化NRL,再加入一定量的改性铝粉,超声混合10 min;待铝粉分散均匀后,将涂层涂覆在NR板上;最后将NR板置于水平面,放入密闭空间,室温固化24 h(完全干燥)后进行相关性能的测定。
    1.4 测试或表征
    (1)结构特征:采用红外光谱(FT-IR)法进行表征(涂膜法制样)。
    (2)微观形貌:采用光学显微镜进行观测。
    (3)接触角:采用接触角测量仪进行测定(测试精度为±2°,室温测定)。
    (4)附着力:按照ISO 2409—1992标准,采用漆膜划格器进行测定。
    (5)红外发射率:采用红外发射率测量仪进行测定(测试波段为8~14 μm)。
    2· 结果与讨论
    2.1 NRL的FT-IR表征与分析
    NRL的FT-IR曲线如图1所示。
          
    由图1可知:1 371 cm-1处是CH3的变形振动特征吸收峰,1 458 cm-1处是CH2的弯曲振动特征吸收峰,1 668 cm-1处是C=C的伸缩振动特征吸收峰,3 045 cm-1处是=C-H的伸缩振动特征吸收峰,以上吸收峰均为NRL中主要成分聚异戊二烯的特征吸收峰;然而,NRL中还存在着少量蛋白质、脂肪酸等杂质,故其FT-IR曲线中还存在着其他特征吸收峰(如1 541 cm-1处出现的较弱吸收峰是酰胺的特征吸收峰)。
    2.2 铝粉及涂层的微观形貌
    改性前后铝粉的光学显微镜照片(放大200倍)如图2所示。由图2可知:未改性铝粉的结块现象较严重,这是由于铝粉自身分散性不佳所致;改性铝粉的分散性有所提高(结块现象减少),KH-570改性铝粉的分散性优于KH-560改性铝粉。
         
    NRL涂层的光学显微镜照片(放大200倍)如图3所示。由图3可知:未改性铝粉/NRL涂层表面基本没有铝粉,说明铝粉没有漂浮至胶乳表层(可能是由于未经改性的铝粉易团聚,不能均匀分散在NRL中所致);改性体系中涂层表面铝粉增多(这是由于经硅烷偶联剂改性后的铝粉在NRL中分散性提高,团聚减少,从而有利于铝粉漂浮到NRL表面形成致密的反射层)。
         
    2.3 改性前后铝粉的水接触角
    改性前后铝粉的水接触角如图4所示。由图4可知:未改性铝粉与水的接触角为108°,而KH-560改性铝粉与水的接触角为101°,KH-570改性铝粉与水的接触角为98°;改性铝粉与水的接触角有所降低,说明其亲水性增加(更易在水性溶液体系中分散),而浓缩NRL中有40%左右的水,故改性铝粉在NRL中易分散均匀,并且KH-570改性铝粉的分散性更佳。
         
    2.4 KH-570改性铝粉/NRL涂层的附着力
    KH-570改性铝粉/NRL涂层附着力的测定结果如图5所示。由图5可知:该涂层的附着力为1级,说明该涂层在NR上的附着力良好。
         
    2.5 改性前后铝粉/NRL涂层的红外发射率
    在其他条件保持不变的前提下,改性前后铝粉/NRL涂层的红外发射率-铝粉含量曲线如图6所示。由图6可知:未改性铝粉/NRL涂层的红外发射率偏高(均超过0.9);改性铝粉/NRL涂层的红外发射率明显降低,并且随着铝粉含量增加呈先降后升态势;当铝粉含量相同时,不同涂层的红外发射率依次为未改性铝粉/NRL涂层>KH-560改性铝粉/NRL涂层>KH-570改性铝粉/NRL涂层。这是由于铝粉含量逐渐增加时,表层漂浮的铝粉也相应增多,故涂层的红外发射率下降;然而,当铝粉含量过多时,体系黏度增大,不利于铝粉的分散,故涂层的红外发射率升高;当 w(KH-560 改性铝粉)=25%或w(KH-570改性铝粉)=20%(均相对于NRL质量而言)时,相应涂层的红外发射率相对最低(0.759或0.635)。
         
    综上所述,经硅烷偶联剂改性后的铝粉分散性提高、亲水性增大,有利于铝粉在NRL中的均匀分散;KH-570改性铝粉的分散性更佳,在NRL中更易分散,从而能在胶乳表层形成致密的红外反射层,有效反射红外辐射。由基尔霍夫定律可知,材料的发射率等于吸收率;而不透明物质的反射率越高,其吸收率就越小。因此,NRL表层的致密铝粉层能有效反射红外辐射,从而降低了材料的红外发射率。
    3 ·结 语
    (1)经KH-560或KH-570表面改性后的铝粉,在NRL中分散性良好;未改性铝粉不易在胶乳中分散和漂浮,而改性铝粉能漂浮至NRL表层,形成致密的红外反射层,并且 KH-570 的改性效果相对更好。
    (2)经硅烷偶联剂改性后的铝粉与水的接触角减小,说明改性铝粉的亲水性有所增加;而浓缩NRL中含有40%左右的水,这样有利于改性铝粉在NRL中的均匀分散。
    (3)以 NRL 为胶粘剂、改性铝粉为填料,制备铝粉/NRL涂料。随着铝粉含量的增加,涂层的红外发射率呈先降后升态势,并且在 w(KH-570 改性铝粉)=20%时相对最低(0.635),满足一般红外隐身涂层的使用要求,而且该涂层对NR表面的附着力良好。
    参考文献:略
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关键词: 铝粉
 
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