Page 63 - 精细化工2020年第2期

第 2 期 张伟钢，等: 超疏水近红外吸收涂层的制备及性能表征 ·265·

敌方发现，从而大大提高目标生存能力的激光隐身 公司。
技术受到了国内外学者的广泛关注 [2-5] 。其中，可削 UV-3600 型 UV-VIS-NIR 分光光度计，日本岛
弱敌方装备探测灵敏度和制导精度的 1.06 μm 近红 津公司；JSM-6510 LV 型扫描电子显微镜（SEM），
[6]
外吸收涂层是一种有效的技术方法 。然而，传统 日本电子株式会社；JC2000D7 型接触角测量仪，上
的 1.06 μm 近红外吸收涂层主要以聚氨酯等高表面 海中晨树脂技术设备有限公司；QCJ-50 型漆膜冲击
能树脂作为涂层的树脂基体 [6-7] ，使涂层容易吸附空 器、QFH 漆膜划格仪，天津精科联材料试验机有限
气中的灰尘，同时又不具备自清洁性能，长此以往 公司。
会使目标激光隐身能力削弱甚至消失。而要实现涂 1.2 方法
层的自清洁效果其核心技术手段就是要实现涂层的 1.2.1 涂层制备
超疏水性能 [8-10] ，对于激光隐身涂层而言还需要保 将测试级标准马口铁板（12 cm×5 cm×0.3 mm）
持涂层对 1.06 μm 近红外光的低反射性能。因此， 经打磨、水洗、除油、干燥等程序处理后作为基板
研制出一种具有超疏水特性的 1.06 μm 近红外吸收 待用。在洁净塑料杯中按质量比分别为 8∶2、7∶3、
涂层对于实现涂层的自清洁从而保持涂层激光隐身 6∶4、5∶5 称取适量 PDMS 和 Sm 2 O 3 颗粒，添加适
性能的持久性具有重要的现实意义。 量正己烷溶剂后用玻璃棒充分搅拌分散，再经超声
要实现涂层的超疏水特性主要包括两条技术途 波分散处理 10 min，涂料分散均匀，再用少量正己
径：(1)采用低表面能树脂来制备涂层从而降低涂层 烷溶剂调节涂料黏度至其具有良好的流动性。用玻
的表面能 [11] ；(2)通过构建类似荷叶表面的微纳粗糙 璃棒刮涂法将上述涂料涂覆于基板上，在室温下表
结构来实现涂层的超疏水特性 [12] 。如采用具有低表 干 5 h 后，将涂层置于 125 ℃鼓风干燥箱中，干燥
面能特性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）可制备得到 固化 1 h 后得涂层样板，随后进行涂层性能分析测
疏水性表面 [13] 。采用激光刻蚀法可在物体表面制备 试 。通过 控制 涂料用 量来 控制涂 层厚 度为 50~
得到微纳粗糙结构，从而可使其水接触角高达 160°， 60 µm。采用上述同样的涂料配制及涂层制备方法，
具有很好的超疏水自清洁能力 [14] 。采用疏水性低表 考察直接在上述最佳 PDMS/Sm 2 O 3 涂层配方体系中
面能物质对纳米 SiO 2 进行改性并制得相应膜层可具 添加纳米 SiO 2 对涂层性能的影响，纳米 SiO 2 的添加
有微纳粗糙结构，从而可使物体表面满足超疏水要 量（质量分数）分别为 Sm 2 O 3 质量的 2%、4%、8%。
求 [15] 。另外，Liu 等 [16] 通过多功能聚合物设计并结 再在最佳 PDMS/Sm 2 O 3 涂层配方基础上考察涂层表
合疏水性纳米材料，在光滑表面获得了具有出色柔 面直接涂覆薄的 PDMS/SiO 2 涂层（微纳结构层）对
韧性的超疏水涂层；Chen 等 [17] 用聚（全氟环氧丙烷） 上述涂层性能的影响，所配制的 PDMS/SiO 2 微纳结
乙二醇作为前驱体和新型丙酮基悬浮液作用，制备 构层配方中，PDMS 和 SiO 2 的质量比分别为 8∶2、
得到了具有超疏水和超疏油性能的自清洁棉织物 7∶3、6∶4，PDMS/SiO 2 微纳结构层的厚度控制在
涂层。 10~20 µm。
鉴于此，可将具有低表面能特性的 PDMS 和纳 1.2.2 涂层测试
米 SiO 2 引入到 1.06 μm 近红外吸收涂层设计中，有 分别用携带积分球的 UV-VIS-NIR 分光光度计、
望使涂层具有 1.06 μm 近红外低反射和超疏水的兼 接触角测量仪、SEM 表征涂层在 800~1200 nm 波段
容特性。为此，本文拟采用在近红外波段具有强吸 的近红外光谱、水接触角、微结构。分别按 GB/T 1720
收作用的 Sm 2 O 3 颗粒作为功能颜料 [18] ，具有低表面 —79 和 GB/T 1732—93 所述方法测试最佳工艺条件
能特性的 PDMS 为粘合剂，纳米 SiO 2 为微纳结构改 下涂层的附着力和耐冲击强度。
性剂来设计并制备 1.06 μm 近红外吸收涂层，以期
2 结果与讨论
研制出一种具有超疏水特性的 1.06 μm 近红外吸收
涂层。
2.1 PDMS 和 Sm 2 O 3 配比对涂层性能的影响
1 实验部分 涂层中 Sm 2 O 3 含量过高或过低均不利于涂层实
[6]
现其最佳综合性能 ，为此重点对 PDMS 和 Sm 2 O 3
1.1 试剂与仪器 配比为 8∶2 和 6∶4 的两个样品进行了 SEM 观察，
Sm 2 O 3 颗粒 （粒径 100~500 nm，质 量分数 结果如图 1 所示。由图 1 可见，不同配比条件下所
99.5%），凯玛生化（天津）有限公司；纳米 SiO 2 〔粒 制备涂层表面均非常规整，具有很高的致密度，由
径为(30±5) nm，质量分数 99.5%〕，上海科延实业有 图 1b 可见，Sm 2 O 3 颗粒均匀地分散于涂层内部，涂
限公司；聚二甲基硅氧烷（DC-184），美国道康宁 层表面主要由 PDMS 树脂层覆盖，对 Sm 2 O 3 颗粒可