氟碳纳米红外辐射吸收材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氟碳纳米红外辐射吸收材料，该材料的分子结构式为式Ⅰ，本发明专利技术氟碳纳米红外辐射吸收材料是氟橡胶在碱性条件下发生化学反应，其分子主链上的Ｈ原子与Ｆ原子发生消除反应生成相应的烯烃。本发明专利技术氟碳纳米红外辐射吸收材料具有丰富的红外辐射吸收性能，位于１２５９ｃｍ↑［－１］和１０２７ｃｍ↑［－１］之间的宽强峰是Ｃ－Ｆ的伸缩振动峰，吸收峰位于１０９２ｃｍ↑［－１］；位于１４０１ｃｍ↑［－１］和２９７４ｃｍ↑［－１］处的吸收峰分别对应于ＣＦ↓［３］官能团和Ｃ－Ｈ键的伸缩振动，在１６２４ｃｍ↑［－１］处又增加了新的宽强吸收峰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备红外辐射吸收材料的方法，更特别地说，是指一种以氟橡胶为原材料，采用溶液法制备的氟碳纳米红外辐射吸收材料。
技术介绍
红外辐射吸收材料的研究在军事领域、工业和农业生产中有着广泛的应用空间，其吸波机理主要是基于材料对红外线的吸收和对发热物体的相变降温作用等。常规尺度的红外辐射吸收材料对电磁波的吸收主要是依靠构成材料的分子官能团在红外光的作用下发生共振，产生振动和转动能级的跃迁而实现的，这种吸收机制吸收峰位置固定，峰宽较窄。纳米尺度的材料对红外辐射的吸收体现出吸收峰强度高，频带宽且吸收峰随材料的晶型结构和粒径的改变有不同程度的蓝移或红移的特点。目前，纳米红外辐射吸收材料多集中于无机材料，如：纳米Al2O3，TiO2、NiO、及Fe2O3等，而关于有机纳米红外辐射吸收材料的研究报道较少。众所周知，有机物相对于无机物具有更为丰富的红外吸收特性，并且可通过对其红外吸收分子结构的改变来获得特定波段的红外吸收特性。因此，通过将对红外辐射具有强吸收作用的物质赋予更为丰富的红外吸收官能团，并使其具有纳米级尺寸，可使材料具备更为优越的红外辐射吸收性能。氟橡胶(Fluoroelastomers FKM)是二十世纪50年代研制成功的主链或侧链的碳原子上接有氟原子的高分子弹性体。这种新型高分子材料具有优异的耐热、耐油、耐溶剂、耐强氧化剂等特性和良好的物理机械性能，随着技术的突破和加工设备的革新氟橡胶得到了飞速的发展并被广泛应用于国防、军工、航空航天、汽车、石油化工等许多领域。从氟原子的结构看，其原子半径小，电负性高，因此能够紧密地排列在碳原子的周围，部分代替取代碳氢化合物中的氢原子。氟橡胶分子中C-F键的键能很高(为485KJ·mol-1)，是目前在有机化合物中所发现的最强的键。由于C-F键的伸缩振动，氟橡胶在1027～1259cm-1波段具有强而宽的吸收，2974cm-1处对应于C-H的伸缩振动，此外，-CF3基团的伸缩振动也导致氟橡胶在1400cm-1处具有良好的红外吸收性能。-->
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种制备氟碳纳米红外辐射吸收材料的方法，通过本专利技术的制备方法获得的氟碳纳米红外辐射吸收材料是氟橡胶在碱性条件下发生化学反应，其分子主链上的H原子与F原子发生消除反应生成相应的烯烃。本专利技术氟碳纳米红外辐射吸收材料的分子结构式为：本专利技术氟碳纳米红外辐射吸收材料的优点在于：(1)氟碳纳米红外辐射吸收材料具有丰富的红外辐射吸收性能，位于1259cm-1和1027cm-1之间的宽强峰是C-F的伸缩振动峰，吸收峰位于1092cm-1；位于1401cm-1和2974cm-1处的吸收峰分别对应于CF3官能团和C-H键的伸缩振动，在1624cm-1处又增加了新的宽强吸收峰。(2)氟碳纳米红外辐射吸收材料红外吸收频带可通过在其分子上接枝其它官能团进行进一步的丰富加宽；(3)氟碳纳米红外辐射吸收材料具有优异的热稳定性能，初始分解温度为678℃，二次分解温度1008℃；(4)采用溶液法制备，工艺条件相对简单，非常容易在工业条件下实施等。附图说明图1是本专利技术氟碳纳米红外辐射吸收材料与氟橡胶的红外吸收光谱图。图2是氟橡胶的XRD图。图2A是本专利技术制备得到的粉材XRD图。图3是本专利技术制备得到的粉材TG-DTA图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种氟碳纳米红外辐射吸收材料，该氟碳红外辐射吸收材料的分子结构式为：式中，x表示分子结构式中第一单元的个数，y表示分子结构式中第二单元的个数，z表示分子结构式中第三单元的个数。-->本专利技术制备氟碳纳米红外辐射吸收材料的方法，有如下步骤：第一步：配制碱试剂按照2∶1的重量比例将KOH与NaOH充分混合制碱试剂；第二步：配制有机溶剂所述有机溶剂由甲醇、乙醇、四氯化碳以及二甲苯按照2∶2∶1∶1的体积比组成；第三步：配制氟橡胶反应液将氟橡胶和第一步中制得的所述碱试剂放入第二步制得的所述有机溶剂中，在温度50～80℃，搅拌60～200分钟，制得氟橡胶反应液；所述氟橡胶反应液中所述氟橡胶的用量为50～100g/L，所述碱试剂用量为25～50g/L；第四步：制氟碳红外辐射吸收粉材将第三步制得的所述氟橡胶反应液在离心分离设备上分离出产物颗粒，然后将所述产物颗粒在温度50～80℃的烘箱中干燥24～48小时后，球磨24～48小时制得粒径40～60nm的氟碳红外辐射吸收粉材。所述离心分离设备的转速10000～18000转/分钟，分离20～50分钟。实施例1第一步：配制碱试剂按照2∶1比例将KOH与NaOH充分混合制碱试剂；第二步：配制有机溶剂所述有机溶剂由甲醇、乙醇、四氯化碳以及二甲苯按照2∶2∶1∶1的体积比组成；第三步：配制氟橡胶反应液将氟橡胶和第一步中制得的所述碱试剂放入第二步制得的所述有机溶剂中，在温度80℃，搅拌120分钟，制得氟橡胶反应液；所述氟橡胶反应液中所述氟橡胶的用量为60g/L，所述碱试剂用量为30g/L；第四步：制氟碳红外辐射吸收粉材将第三步制得的所述氟橡胶反应液在离心分离设备上分离出产物颗粒，然后将所述产物颗粒在温度50℃的烘箱中干燥48小时后，球磨24小时制得粒径40～60nm的氟碳红外辐射吸收粉材。所述离心分离设备的转速12000转/分钟，分离45分钟。-->对采用上述制备方法制得的本专利技术氟碳红外辐射吸收粉材性能分析如下：一、采用X射线衍射仪对本专利技术氟碳红外辐射吸收粉材进行晶体结构分析，从图2中可以看出氟橡胶的XRD图为典型的非晶衍射峰；从图2A中可以看出氟碳红外辐射吸收粉材为典型的立方晶型，其晶粒大小为：19.6nm，晶格常数为4.62。二、采用TEM技术对本专利技术氟碳红外辐射吸收粉材进行颗粒大小及晶体结构分析。经透射电镜观察其颗粒大小为40～60nm，面心立方晶体的d111与d200。三、采用TG-DTA技术对本专利技术氟碳纳米红外辐射吸收粉材进行热力学稳定性能分析。在氮气条件下，温度50～1050℃，测定其重量与热流随加热温度的变化曲线，见图3所示。图中可以看出本专利技术氟碳红外辐射吸收粉材具有优异的热稳定性能，初始分解温度为678℃，二次分解温度1008℃。四、将本专利技术制备得到的氟碳纳米红外辐射吸收粉材(以下简称例1粉材)进行红外吸收性能测试。(A)首先将例1粉材在50℃下真空干燥24小时，然后按重量份1∶100的比例与溴化钾KBr混合，用玛瑙研钵在红外灯下研磨均匀，然后用压片机压制得试样A。(B)将0.05g氟橡胶与5mL丙酮溶解后，与5.0g溴化钾KBr在研钵中研磨均匀，然后在50℃下真空干燥24小时后，用玛瑙研钵在红外灯下研磨均匀，然后用压片机压制得试样B。然后将试样A、试样B在傅立叶变换红外光谱仪上测试其红外吸收光谱，请参见图1所示。图中，试样A(例1粉材)不但保持试样B(氟橡胶)优异的红外吸收性能，而且在1624cm-1处又增加了新的宽强吸收峰(试样B中该处的吸收峰由杂质引起)。位于1259cm-1和1027cm-1之间的宽强峰是C-F的伸缩振动峰，吸收峰位于1092cm-1。位于1401cm-1和2974cm-1处的吸收峰分别对应于CF3官能团和C-H键的伸缩振动；此外，1462cm-1处为CH2的剪切振本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氟碳纳米红外辐射吸收材料，其特征在于分子结构式为：－［－ＣＨ＝ＣＦ－］↓［ｘ］－［－ＣＦ↓［２］－ＣＦ↓［２］－］↓［ｙ］－［－ＣＦ↓［２］－＊Ｆ－］↓［ｚ］－，式中，ｘ表示分子结构式中第一单元的个数，ｙ表示分子结构式中 第二单元的个数，ｚ表示分子结构式中第三单元的个数。

【技术特征摘要】
CN 2007-4-18 200710098459.X1、一种氟碳纳米红外辐射吸收材料，其特征在于分子结构式为：式中，x表示分子结构式中第一单元的个数，y表示分子结构式中第二单元的个数，z表示分子结构式中第三单元的个数。2、根据权利要求1所述的氟碳纳米红外辐射吸收材料的制备方法，其特征在于有如下步骤：第一步：配制碱试剂按照2∶1的重量比例将KOH与NaOH充分混合配制碱试剂；第二步：配制有机溶剂所述有机溶剂由甲醇、乙醇、四氯化碳以及二甲苯按照2∶2∶1∶1的体积比组成；第三步：配制氟橡胶反应液将氟橡胶和第一步中制得的所述碱试剂放入第二步制得的所述有机溶剂中，在温度50～80℃，搅拌60～200分钟，制得氟橡胶反应液；所述氟橡胶反应液中所述氟橡胶的用量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建华，史俊秀，李松梅，赵升红，朱春婷，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]