專利名稱：氟碳納米紅外輻射吸收材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備紅外輻射吸收材料的方法，更特別地說，是指一種以氟橡膠為原材料，采用溶液法制備的氟碳納米紅外輻射吸收材料。
背景技術(shù)：
紅外輻射吸收材料的研究在軍事領(lǐng)域、工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用空間，其吸波機理主要是基于材料對紅外線的吸收和對發(fā)熱物體的相變降溫作用等。常規(guī)尺度的紅外輻射吸收材料對電磁波的吸收主要是依靠構(gòu)成材料的分子官能團在紅外光的作用下發(fā)生共振，產(chǎn)生振動和轉(zhuǎn)動能級的躍遷而實現(xiàn)的，這種吸收機制吸收峰位置固定，峰寬較窄。納米尺度的材料對紅外輻射的吸收體現(xiàn)出吸收峰強度高，頻帶寬且吸收峰隨材料的晶型結(jié)構(gòu)和粒徑的改變有不同程度的藍移或紅移的特點。目前，納米紅外輻射吸收材料多集中于無機材料，如納米Al2O3，TiO2、NiO、及Fe2O3等，而關(guān)于有機納米紅外輻射吸收材料的研究報道較少。眾所周知，有機物相對于無機物具有更為豐富的紅外吸收特性，并且可通過對其紅外吸收分子結(jié)構(gòu)的改變來獲得特定波段的紅外吸收特性。因此，通過將對紅外輻射具有強吸收作用的物質(zhì)賦予更為豐富的紅外吸收官能團，并使其具有納米級尺寸，可使材料具備更為優(yōu)越的紅外輻射吸收性能。
氟橡膠(Fluoroelastomers FKM)是二十世紀50年代研制成功的主鏈或側(cè)鏈的碳原子上接有氟原子的高分子彈性體。這種新型高分子材料具有優(yōu)異的耐熱、耐油、耐溶劑、耐強氧化劑等特性和良好的物理機械性能，隨著技術(shù)的突破和加工設(shè)備的革新氟橡膠得到了飛速的發(fā)展并被廣泛應(yīng)用于國防、軍工、航空航天、汽車、石油化工等許多領(lǐng)域。從氟原子的結(jié)構(gòu)看，其原子半徑小，電負性高，因此能夠緊密地排列在碳原子的周圍，部分代替取代碳氫化合物中的氫原子。氟橡膠分子中C-F鍵的鍵能很高(為485KJ·mol-1)，是目前在有機化合物中所發(fā)現(xiàn)的最強的鍵。由于C-F鍵的伸縮振動，氟橡膠在1027～1259cm-1波段具有強而寬的吸收，2974cm-1處對應(yīng)于C-H的伸縮振動，此外，-CF3基團的伸縮振動也導致氟橡膠在1400cm-1處具有良好的紅外吸收性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種制備氟碳納米紅外輻射吸收材料的方法，通過本發(fā)明的制備方法獲得的氟碳納米紅外輻射吸收材料是氟橡膠在堿性條件下發(fā)生化學反應(yīng)，其分子主鏈上的H原子與F原子發(fā)生消除反應(yīng)生成相應(yīng)的烯烴。
本發(fā)明氟碳納米紅外輻射吸收材料的分子結(jié)構(gòu)式為 本發(fā)明氟碳納米紅外輻射吸收材料的優(yōu)點在于(1)氟碳納米紅外輻射吸收材料具有豐富的紅外輻射吸收性能，位于1259cm-1和1027cm-1之間的寬強峰是C-F的伸縮振動峰，吸收峰位于1092cm-1；位于1401cm-1和2974cm-1處的吸收峰分別對應(yīng)于CF3官能團和C-H鍵的伸縮振動，在1624cm-1處又增加了新的寬強吸收峰。(2)氟碳納米紅外輻射吸收材料紅外吸收頻帶可通過在其分子上接枝其它官能團進行進一步的豐富加寬；(3)氟碳納米紅外輻射吸收材料具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能，初始分解溫度為678℃，二次分解溫度1008℃；(4)采用溶液法制備，工藝條件相對簡單，非常容易在工業(yè)條件下實施等。


圖1是本發(fā)明氟碳納米紅外輻射吸收材料與氟橡膠的紅外吸收光譜圖。
圖2是氟橡膠的XRD圖。
圖2A是本發(fā)明制備得到的粉材XRD圖。
圖3是本發(fā)明制備得到的粉材TG-DTA圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
本發(fā)明是一種氟碳納米紅外輻射吸收材料，該氟碳紅外輻射吸收材料的分子結(jié)構(gòu)式為 式中，x表示分子結(jié)構(gòu)式中第一單元的個數(shù)，y表示分子結(jié)構(gòu)式中第二單元的個數(shù)，z表示分子結(jié)構(gòu)式中第三單元的個數(shù)。
本發(fā)明制備氟碳納米紅外輻射吸收材料的方法，有如下步驟第一步配制堿試劑按照2∶1的重量比例將KOH與NaOH充分混合制堿試劑；第二步配制有機溶劑所述有機溶劑由甲醇、乙醇、四氯化碳以及二甲苯按照2∶2∶1∶1的體積比組成；第三步配制氟橡膠反應(yīng)液將氟橡膠和第一步中制得的所述堿試劑放入第二步制得的所述有機溶劑中，在溫度50～80℃，攪拌60～200分鐘，制得氟橡膠反應(yīng)液；所述氟橡膠反應(yīng)液中所述氟橡膠的用量為50～100g/L，所述堿試劑用量為25～50g/L；第四步制氟碳紅外輻射吸收粉材將第三步制得的所述氟橡膠反應(yīng)液在離心分離設(shè)備上分離出產(chǎn)物顆粒，然后將所述產(chǎn)物顆粒在溫度50～80℃的烘箱中干燥24～48小時后，球磨24～48小時制得粒徑40～60nm的氟碳紅外輻射吸收粉材。
所述離心分離設(shè)備的轉(zhuǎn)速10000～18000轉(zhuǎn)/分鐘，分離20～50分鐘。
實施例1第一步配制堿試劑按照2∶1比例將KOH與NaOH充分混合制堿試劑；第二步配制有機溶劑所述有機溶劑由甲醇、乙醇、四氯化碳以及二甲苯按照2∶2∶1∶1的體積比組成；第三步配制氟橡膠反應(yīng)液將氟橡膠和第一步中制得的所述堿試劑放入第二步制得的所述有機溶劑中，在溫度80℃，攪拌120分鐘，制得氟橡膠反應(yīng)液；所述氟橡膠反應(yīng)液中所述氟橡膠的用量為60g/L，所述堿試劑用量為30g/L；第四步制氟碳紅外輻射吸收粉材將第三步制得的所述氟橡膠反應(yīng)液在離心分離設(shè)備上分離出產(chǎn)物顆粒，然后將所述產(chǎn)物顆粒在溫度50℃的烘箱中干燥48小時后，球磨24小時制得粒徑40～60nm的氟碳紅外輻射吸收粉材。
所述離心分離設(shè)備的轉(zhuǎn)速12000轉(zhuǎn)/分鐘，分離45分鐘。
對采用上述制備方法制得的本發(fā)明氟碳紅外輻射吸收粉材性能分析如下一、采用X射線衍射儀對本發(fā)明氟碳紅外輻射吸收粉材進行晶體結(jié)構(gòu)分析，從圖2中可以看出氟橡膠的XRD圖為典型的非晶衍射峰；從圖2A中可以看出氟碳紅外輻射吸收粉材為典型的立方晶型，其晶粒大小為19.6nm，晶格常數(shù)為4.62。
二、采用TEM技術(shù)對本發(fā)明氟碳紅外輻射吸收粉材進行顆粒大小及晶體結(jié)構(gòu)分析。經(jīng)透射電鏡觀察其顆粒大小為40～60nm，面心立方晶體的d111與d200。
三、采用TG-DTA技術(shù)對本發(fā)明氟碳納米紅外輻射吸收粉材進行熱力學穩(wěn)定性能分析。在氮氣條件下，溫度50～1050℃，測定其重量與熱流隨加熱溫度的變化曲線，見圖3所示。圖中可以看出本發(fā)明氟碳紅外輻射吸收粉材具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能，初始分解溫度為678℃，二次分解溫度1008℃。
四、將本發(fā)明制備得到的氟碳納米紅外輻射吸收粉材(以下簡稱例1粉材)進行紅外吸收性能測試。
(A)首先將例1粉材在50℃下真空干燥24小時，然后按重量份1∶100的比例與溴化鉀KBr混合，用瑪瑙研缽在紅外燈下研磨均勻，然后用壓片機壓制得試樣A。
(B)將0.05g氟橡膠與5mL丙酮溶解后，與5.0g溴化鉀KBr在研缽中研磨均勻，然后在50℃下真空干燥24小時后，用瑪瑙研缽在紅外燈下研磨均勻，然后用壓片機壓制得試樣B。
然后將試樣A、試樣B在傅立葉變換紅外光譜儀上測試其紅外吸收光譜，請參見圖1所示。圖中，試樣A(例1粉材)不但保持試樣B(氟橡膠)優(yōu)異的紅外吸收性能，而且在1624cm-1處又增加了新的寬強吸收峰(試樣B中該處的吸收峰由雜質(zhì)引起)。位于1259cm-1和1027cm-1之間的寬強峰是C-F的伸縮振動峰，吸收峰位于1092cm-1。位于1401cm-1和2974cm-1處的吸收峰分別對應(yīng)于CF3官能團和C-H鍵的伸縮振動；此外，1462cm-1處為CH2的剪切振動吸收峰，在產(chǎn)物的紅外光譜圖中仍有該官能團的吸收峰存在，證明原材料及產(chǎn)物中有其他含有CH2官能團的雜質(zhì)存在。
實施例2第一步配制堿試劑按照2∶1比例將KOH與NaOH充分混合制堿試劑；
第二步配制有機溶劑所述有機溶劑由甲醇、乙醇、四氯化碳以及二甲苯按照2∶2∶1∶1的體積比組成；第三步配制氟橡膠反應(yīng)液將氟橡膠和第一步中制得的所述堿試劑放入第二步制得的所述有機溶劑中，在溫度75℃，攪拌120分鐘，制得氟橡膠反應(yīng)液；所述氟橡膠反應(yīng)液中所述氟橡膠的用量為100g/L，所述堿試劑用量為50g/L；第四步制氟碳紅外輻射吸收粉材將第三步制得的所述氟橡膠反應(yīng)液在離心分離設(shè)備上分離出產(chǎn)物顆粒，然后將所述產(chǎn)物顆粒在溫度50℃的烘箱中干燥48小時后，球磨24小時制得粒徑40～60nm的氟碳紅外輻射吸收粉材。
所述離心分離設(shè)備的轉(zhuǎn)速10000轉(zhuǎn)/分鐘，分離50分鐘。
對制得的氟碳紅外輻射吸收粉材進行紅外吸收光譜測試，其結(jié)果與圖1具有相同的紅外吸收結(jié)構(gòu)。
實施例3在采用與實施例1第一步、第二步相同步驟條件下，不同之處在于第三步將氟橡膠和第一步中制得的所述堿試劑放入第二步制得的所述有機溶劑中，在溫度50℃，攪拌200分鐘，制得氟橡膠反應(yīng)液；所述氟橡膠反應(yīng)液中所述氟橡膠的用量為50g/L，所述堿試劑用量為25g/L；第四步制氟碳紅外輻射吸收粉材將第三步制得的所述氟橡膠反應(yīng)液在離心分離設(shè)備上分離出產(chǎn)物顆粒，然后將所述產(chǎn)物顆粒在溫度80℃的烘箱中干燥24小時后，球磨48小時制得粒徑40～60nm的氟碳紅外輻射吸收粉材。
所述離心分離設(shè)備的轉(zhuǎn)速18000轉(zhuǎn)/分鐘，分離20分鐘。
采用此制備步驟獲得的氟碳紅外輻射吸收粉材進行紅外吸收光譜測試，其結(jié)果與圖1具有相似的紅外吸收結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種氟碳納米紅外輻射吸收材料，其特征在于分子結(jié)構(gòu)式為 式中，x表示分子結(jié)構(gòu)式中第一單元的個數(shù)，y表示分子結(jié)構(gòu)式中第二單元的個數(shù)，z表示分子結(jié)構(gòu)式中第三單元的個數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氟碳納米紅外輻射吸收材料的制備方法，其特征在于有如下步驟第一步配制堿試劑按照2∶1的重量比例將KOH與NaOH充分混合配制堿試劑；第二步配制有機溶劑所述有機溶劑由甲醇、乙醇、四氯化碳以及二甲苯按照2∶2∶1∶1的體積比組成；第三步配制氟橡膠反應(yīng)液將氟橡膠和第一步中制得的所述堿試劑放入第二步制得的所述有機溶劑中，在溫度50～80℃，攪拌60～200分鐘，制得氟橡膠反應(yīng)液；所述氟橡膠反應(yīng)液中所述氟橡膠的用量為50～100g/L，所述堿試劑用量為25～50g/L；第四步制氟碳紅外輻射吸收粉材將第三步制得的所述氟橡膠反應(yīng)液在離心分離設(shè)備上分離出產(chǎn)物顆粒，然后將所述產(chǎn)物顆粒在溫度50～80℃的烘箱中干燥24～48小時后，球磨24～48小時制得粒徑40～60nm的氟碳紅外輻射吸收粉材；所述離心分離設(shè)備的轉(zhuǎn)速10000～18000轉(zhuǎn)/分鐘，分離20～50分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氟碳納米紅外輻射吸收材料的制備方法，其特征在于氟碳納米紅外輻射吸收材料具有豐富的紅外輻射吸收性能，位于1259cm-1和1027cm-1之間的寬強峰是C-F的伸縮振動峰，吸收峰位于1092cm-1；位于1401cm-1和2974cm-1處的吸收峰分別對應(yīng)于CF3官能團和C-H鍵的伸縮振動，在1624cm-1處又增加了新的寬強吸收峰。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氟碳納米紅外輻射吸收材料，該材料的分子結(jié)構(gòu)式為式Ⅰ，本發(fā)明氟碳納米紅外輻射吸收材料是氟橡膠在堿性條件下發(fā)生化學反應(yīng)，其分子主鏈上的H原子與F原子發(fā)生消除反應(yīng)生成相應(yīng)的烯烴。本發(fā)明氟碳納米紅外輻射吸收材料具有豐富的紅外輻射吸收性能，位于1259cm
文檔編號C08L27/00GK101081971SQ20071011150
公開日2007年12月5日 申請日期2007年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月18日
發(fā)明者劉建華, 史俊秀, 李松梅, 趙升紅, 朱春婷 申請人:北京航空航天大學