[发明专利]低红外发射率复合颜料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，涉及节能环保涂层材料技术，尤其是一种由片状铝粉和包覆在其外面的氧化铋层构成的低红外发射率复合颜料及其制备方法。

背景技术

低红外发射率涂层具备低热辐射和热屏蔽功能，在热控、节能、隐身伪装等诸多国民经济领域均具有广阔应用前景。低红外辐发射率涂层通常由红外反射颜料、着色颜料和粘合剂组成，其中红外反射颜料是主体功能介质，承载涂层的高红外反射(低红外辐射)功能；金属颜料是目前应用最为成熟普遍的红外反射颜料，其中片状铝粉又因价廉易得而成为低红外发射率涂层的首选颜料。铝粉颜料虽然具有优异的热红外反射特性，但其高反射特性同时又会带来涂层高亮度和高反光问题，无论是节能、热控等领域，还是伪装等应用背景，都应当尽量避免；前者会引起视觉美观上的不足和一定程度的光污染，后者则直接导致多频谱伪装隐身性能的恶化。

研究人员发现：以铝粉作为核粒子，利用化学或物理手段在该颗粒表面包覆一层着色颜料粒子，这种核壳结构的复合粒子通常能够复合两种粒子的特性，甚至产生核、壳粒子各自不具有的特性或功能。US4328042公开了一种包覆铝粉的方法：利用CVD手段在铝粉表面沉积一层氧化铁粒子制成复合粉体颜料。该复合颜料具有强烈的金属光泽，并且通过调整氧化铁包覆层的厚度，粉体呈现不同的色泽。但CVD方法设备昂贵，生产成本高，产品也多用于高档轿车漆。此后，关于包覆铝粉的报道层出不穷。CN200810163113.8公开了一种3层复合铝颜料的制备方法：该复合颜料由以铝粉为内层，二氧化硅为中间层和金属氧化物(三氧化二铁或者三氧化二铬)为外壳构成。该复合颜料浓度高，并且具有较高的金属光泽；类似的CN201210506950.2也公布了一种由铝，二氧化硅和三氧化二铁构成的复合颜料，该颜料在较高的温度(120℃)都不会褪色。这两个报道中的复合颜料都是由3种材料复合(铝核、二氧化硅中间层、金属氧化物外壳)，结构复杂，生产工艺复杂，成本高。由于二氧化硅中间层对铝片和金属氧化物表面的羟基联结能力很强，可使得金属氧化物包覆层更牢固，此外，二氧化硅中间层的引入还能起到加强颜色效应的作用，但中间层的引入会导致铝颜料结构复杂，包覆层厚度增加，颜料的红外发射率恶化。

此外，也可以采用液相沉淀的手段直接在片状铝粉表面包覆一层金属氧化物。这种采用液相沉淀法直接在铝片表面包覆氧化物粒子得到的复合颜料，结构上缺少起粘结作用的二氧化硅中间层，因而氧化物包覆层与铝片结合的牢固性不如具有二氧化硅层的颜料，但其结构简单，包覆层较薄，红外发射率很低；另一方面制备工艺也相对简单，成本相对较低。由于铝粉的化学性质非常活泼，极易被氧化剂氧化或被还原剂还原，故采用液相法直接包覆铝粉时，铝粉极易被腐蚀。因此，选择合适的液相反应环境极为重要。目前液相反应环境可分为三种：水、醇和油相。

关于使用水相反应环境的研究已经比较成熟，CN200510027121.6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，该颜料呈棕褐色，无光泽，红外波段(8-14um)平均发射率为0.50～0.65，但该方法反应温度为65～98℃，铝粉易被水腐蚀。CN200510027124.X公开了一种表面包覆水合三氧化二铁的片状铝颜料及其制备方法，该方法反应温度低(25～50℃)，反应温和，颜料呈土黄色，发射率为0.50～0.60.CN201210443154.9公开了一种纳米载氧材料包覆铝复合粒子的制备方法，在80～100℃反应温度下，对铝粉表面分别包覆氧化铬、氧化铁、氧化铜、氧化亚镍、氧化钴等氧化物。水相反应环境最大的优点是：水能溶解多种金属盐，而且价廉易得。但水容易腐蚀铝粉，尤其是反应体系加热到60度以上时，水对铝粉的腐蚀加剧。

为了降低反应环境对铝粉的腐蚀，研究人员采用醇相反应环境来代替水相环境，CN201210072246.0公开了一种低明度低发射率铝颜料及其制备方法，该颜料呈黄绿色，由铝核和三氧化二铬壳层构成，红外波段(8-14um)的发射率为0.43～0.70，亮度为53.6～72.1。该方法使用无水乙醇溶解铬盐，有效降低了铝粉的腐蚀。但乙醇并不能溶解某些金属盐，比如硝酸铋等，因而不能使用乙醇环境来对铝片包覆氧化铋。此外氧化铬有毒，易污染环境，制备过程对人体危害大。

关于油相下包覆铝粉的研究较少，CN201410361019.9公开了采用高温油相的方法在片状铝粒子的表面原位合成四氧化三铁纳米颗粒，得到了具有磁性的四氧化三铁纳米颗粒/片状铝颜料复合纳米材料。但该方法工艺复杂，需要在氮气气氛下，310-330℃搅拌反应，对反应装置的要求高，成本高。