一种具有选择性反射雷达功能的涂料组合物及其制备方法和应用与流程

本发明涉及功能涂料领域。更具体地，涉及一种具有选择性反射雷达功能的涂料组合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、自动驾驶技术是近些年发展最迅速、也是对人们的生活影响最大的技术进展之一。截至目前，低等级的自动驾驶技术已经得到大规模量产并应用，例如自动泊车等，而高等级的自动驾驶技术例如无人驾驶正在验证之中。

2、在自动驾驶车辆上，激光雷达通过发射激光束并测量反射光的时间来创建周围环境的三维点云图，以此提供高精度的距离信息，摄像头可以捕捉车辆周围的视觉图像，提供丰富的纹理和颜色信息，用于识别道路、交通标志、车辆和行人等，毫米波雷达利用毫米波频段的电磁波来检测目标物体的距离、速度和角度，并且能够在恶劣天气条件下保持较好的性能，超声波传感器一般用于近距离检测，例如在停车时检测车辆与周围障碍物的距离，多种传感器协同辅助汽车感知周围环境。目前应用在车辆上的激光雷达的主要波长为905nm或者1550nm，相对于摄像头或者毫米波雷达，激光雷达在探测距离、探测精度、恶劣天气、3d成像等方面尤其独特优势。特别的是，近两年由于规模量产，激光雷达的价格已经显著下降，应用性价比良好。

3、随着高等级的自动驾驶技术的推广，未来的道路上必然有大量的自动驾驶功能车辆，因此相互间的识别与定位就显得尤为重要，尤其是在道路复杂、恶劣天气、突发状况等特殊的场景下更需要精准的识别和定位。而精准的识别和定位与所接收到的信号强度和被测环境物体的反射率是直接相关的，研究发现，深色系的汽车涂层对激光雷达信号具有强烈吸收能力，这会导致车辆无法实现信号的反馈，引起安全隐患。近些年，涂料企业在陆续开发一些可实现激光雷达信号反射的深色涂层，例如cn116410628a设计的多层反射结构，cn115348994a设计的引入特殊结构的增强反射性的漆，cn109891267a增强反射能力来提高检测距离的涂层等。但是自动驾驶技术会对反馈信号则有更高的要求，如信噪比等，即信号的特异性的响应，假设涂层对905nm激光雷达和1550nm激光雷达的反射率差异不大(相差10％以内)时，对识别可能也是不利的。目前，公开报道的激光雷达反射涂层大多是在整个近红外区间都有信号反射能力，因此邻近波长的反射信号可能会对雷达的识别和计算形成干扰。

4、为此，仍需进一步开发具有差异化反射激光雷达信号的涂料以增强自动驾驶技术所需的识别能力。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种具有选择性反射雷达功能的涂料组合物。

2、本发明的第二个目的在于提供一种制备如上所述的涂料组合物的制备方法。

3、本发明的第三个目的在于提供一种利用如上所述的涂料组合物经施涂得到的具有选择性反射雷达功能的底涂层。

4、本发明的第四个目的在于提供一种利用如上所述的涂料组合物经施涂得到的具有选择性反射雷达功能的复合涂层。

5、为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

6、所述涂料组合物包含1-30wt％用以提供近红外激光信号反射差异化的功能组合物；

7、其中，所述功能组合物为由具有红外功能的组分a和组分b组成的金属化合物微纳米颗粒，其d50为10-2000nm；

8、所述组分a选自金属氧化物、金属硫化物、金属磷化物、金属氮化物中的一种或多种，其所含的金属元素选自钙、铝、钴、锌、钇、钨、锑、铯、锡、铋、铟、银、铜、锆中的一种或多种；

9、所述组分b选自金红石型二氧化钛颜料；

10、组分a和组分b的质量比为0.5-15:5-25。

11、进一步，所述组分a选自氧化钨、铯钨铜、氧化锡、氧化锡锑、硫化铋、氧化铟锡、氧化钇、氧化铈、氧化铋、硫化钨中的一种或多种。

12、进一步，所述组分a选自安徽晶瑞的纳米氧化铈jr-c10d、纳米氧化钨jr-w50、纳米氧化钇jr-y10w、纳米铯钨铜jr-cw30w、纳米氧化锡jr-x30、纳米氧化锡锑vk-g06w，杭州吉康的纳米氧化钨ss-w50、纳米氧化锡ss-sn20、纳米氧化锡锑ss-a07、纳米氧化铟锡ss-is30、纳米铯钨铜ss-cw20、纳米氧化钇ss-y430，宁波金雷的纳米硫化钨ws2-n80、纳米氮化钛tin-c40、纳米氧化铋jl-n100，浙江亚美的硫化铋am-001中的一种或多种；

13、所述组分b选自日本石原的tipaque cr-97、tipaque fr404、tipaque r930中的一种或多种。

14、进一步，所述涂料组合物包含5-25wt％的功能组合物，其d50为10-2000nm。

15、进一步，所述涂料组合物包含10-25wt％的功能组合物。

16、进一步，所述涂料组合物包含15-25wt％的功能组合物。

17、进一步，按质量百分数计，所述涂料组合物还包含25-65wt％水性树脂，助剂3-20wt％，助溶剂2-12wt％，去离子水5-25wt％。

18、进一步，所述水性树脂选自水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性氨基树脂中的一种或多种；

19、所述助剂选自流平剂、润湿剂、消泡剂、分散剂、增稠流变剂、ph调节剂中的一种或多种；

20、所述助溶剂选自溶剂油、异构烷烃、异辛醇、异丙醇、丙二醇、丙二醇丁醚、二丙二醇丁醚、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚、二乙二醇乙醚、醇酯十二中的一种或多种。

21、进一步，按质量百分数计，所述涂料组合物包含

22、

23、进一步，所述水性羟基丙烯酸树脂固含量为20-50％，玻璃化转变温度>0℃，羟基含量为1-5％；

24、所述水性聚氨酯树脂固含量为20-50％，玻璃化转变温度<0℃，最低成膜温度<5℃；

25、所述水性氨基树脂固含量为70-100％。

26、为达到上述第二个目的，本发明采用下述技术方案：

27、本发明公开一种制备如上所述的涂料组合物的制备方法，包括如下步骤：

28、将部分去离子水、部分助剂和功能组合物混合后搅拌，至细度小于10μm；

29、继续加入剩余去离子水、水性树脂、剩余助剂、助溶剂，搅拌至充分混合，调节其ph至7.5-8.5，即得。

30、为达到上述第三个目的，本发明采用下述技术方案：

31、本发明公开一种具有选择性反射雷达功能的底涂层，将如上所述的涂料组合物作为功能底漆喷涂在基材表面，经烘烤得到所述底涂层；

32、所述底涂层对第一波长激光的反射率与对第二波长激光的反射率的差距在30％以上的反射差异化表现；

33、其中，所述底涂层的干膜厚度为15-50μm。

34、进一步，所述第一波长激光为905nm激光，所述第二波长激光为1550nm激光。

35、进一步，所述反射差异化表现为利用所述涂料组合物制备的漆膜对波长为905nm激光的反射率与对波长为1550nm激光的反射率的差距在40％以上。

36、进一步，所述反射差异化表现为利用所述涂料组合物制备的漆膜对波长为905nm激光的反射率与对波长为1550nm激光的反射率的差距在50％以上。

37、进一步，所述反射差异化表现为以下之一的情形：

38、1)对波长为905nm激光呈现为反射率大于40％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于30％；或者

39、2)对波长为905nm激光呈现为反射率大于40％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于20％；或者

40、3)对波长为905nm激光呈现为反射率大于40％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于10％；或者

41、4)对波长为905nm激光呈现为反射率大于40％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于5％；或者

42、5)对波长为905nm激光呈现为反射率大于50％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于30％；或者

43、6)对波长为905nm激光呈现为反射率大于50％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于20％；或者

44、7)对波长为905nm激光呈现为反射率大于50％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于10％；或者

45、8)对波长为905nm激光呈现为反射率大于50％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于5％；或者

46、9)对波长为905nm激光呈现为反射率大于60％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于30％；或者

47、10)对波长为905nm激光呈现为反射率大于60％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于20％；或者

48、11)对波长为905nm激光呈现为反射率大于60％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于10％；或者

49、12)对波长为905nm激光呈现为反射率大于60％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于5％；或者

50、13)对波长为905nm激光呈现为反射率大于70％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于30％；或者

51、14)对波长为905nm激光呈现为反射率大于70％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于20％；或者

52、15)对波长为905nm激光呈现为反射率大于70％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于10％；或者

53、16)对波长为905nm激光呈现为反射率大于70％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于5％；或者

54、17)对波长为905nm激光呈现为反射率小于30％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于40％；或者

55、18)对波长为905nm激光呈现为反射率小于30％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于50％；或者

56、19)对波长为905nm激光呈现为反射率小于30％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于60％；或者

57、20)对波长为905nm激光呈现为反射率小于30％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于70％；或者

58、21)对波长为905nm激光呈现为反射率小于20％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于40％；或者

59、22)对波长为905nm激光呈现为反射率小于20％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于50％；或者

60、23)对波长为905nm激光呈现为反射率小于20％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于60％；或者

61、24)对波长为905nm激光呈现为反射率小于20％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于70％；或者

62、25)对波长为905nm激光呈现为反射率小于10％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于40％；或者

63、26)对波长为905nm激光呈现为反射率小于10％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于50％；或者

64、27)对波长为905nm激光呈现为反射率小于10％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于60％；或者

65、28)对波长为905nm激光呈现为反射率小于10％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于70％；或者

66、29)对波长为905nm激光呈现为反射率小于5％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于40％；或者

67、30)对波长为905nm激光呈现为反射率小于5％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于50％；或者

68、31)对波长为905nm激光呈现为反射率小于5％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于60％；或者

69、32)对波长为905nm激光呈现为反射率小于5％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于70％。

70、进一步，所述反射差异化表现为以下之一情形：

71、1)对波长为905nm激光呈现为反射率大于40％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于30％；或者

72、2)对波长为905nm激光呈现为反射率大于40％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于20％；或者

73、3)对波长为905nm激光呈现为反射率大于40％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于10％；或者

74、4)对波长为905nm激光呈现为反射率大于40％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于5％；或者

75、5)对波长为905nm激光呈现为反射率大于50％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于30％；或者

76、6)对波长为905nm激光呈现为反射率大于50％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于20％；或者

77、7)对波长为905nm激光呈现为反射率大于50％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于10％；或者

78、8)对波长为905nm激光呈现为反射率大于50％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于5％；或者

79、9)对波长为905nm激光呈现为反射率大于60％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于30％；或者

80、10)对波长为905nm激光呈现为反射率大于60％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于20％；或者

81、11)对波长为905nm激光呈现为反射率大于60％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于10％；或者

82、12)对波长为905nm激光呈现为反射率大于60％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于5％；或者

83、13)对波长为905nm激光呈现为反射率大于70％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于30％；或者

84、14)对波长为905nm激光呈现为反射率大于70％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于20％；或者

85、15)对波长为905nm激光呈现为反射率大于70％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于10％；或者

86、16)对波长为905nm激光呈现为反射率大于70％且小于75％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率小于5％；或者

87、17)对波长为905nm激光呈现为反射率小于30％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于40％且小于75％；或者

88、18)对波长为905nm激光呈现为反射率小于30％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于50％且小于75％；或者

89、19)对波长为905nm激光呈现为反射率小于30％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于60％且小于75％；或者

90、20)对波长为905nm激光呈现为反射率小于30％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于70％且小于75％；或者

91、21)对波长为905nm激光呈现为反射率小于20％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于40％且小于75％；或者

92、22)对波长为905nm激光呈现为反射率小于20％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于50％且小于75％；或者

93、23)对波长为905nm激光呈现为反射率小于20％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于60％且小于75％；或者

94、24)对波长为905nm激光呈现为反射率小于20％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于70％且小于75％；或者

95、25)对波长为905nm激光呈现为反射率小于10％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于40％且小于75％；或者

96、26)对波长为905nm激光呈现为反射率小于10％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于50％且小于75％；或者

97、27)对波长为905nm激光呈现为反射率小于10％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于60％且小于75％；或者

98、28)对波长为905nm激光呈现为反射率小于10％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于70％且小于75％；或者

99、29)对波长为905nm激光呈现为反射率小于5％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于40％且小于75％；或者

100、30)对波长为905nm激光呈现为反射率小于5％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于50％且小于75％；或者

101、31)对波长为905nm激光呈现为反射率小于5％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于60％且小于75％；或者

102、32)对波长为905nm激光呈现为反射率小于5％，且对波长为1550nm激光呈现为反射率大于70％且小于75％。

103、进一步，所述组分a选自纳米氧化钨、纳米铯钨铜、纳米氧化锡、纳米氧化锡锑、纳米氧化铟锡、纳米氮化钛、纳米硫化钨、硫化铋中的一种或多种，其d50为10-2000nm；且组分b选自日本石原的tipaque cr-97、tipaque fr404、tipaque r930中的一种或多种，组分a和组分b按照质量比为0.5-15:5-25，用以为漆膜提供对波长为905nm激光的反射率与对波长为1550nm激光的反射率的差距在30％以上的反射差异化表现。

104、进一步，所述组分a选自纳米氧化钨、纳米铯钨铜、纳米氧化锡、纳米氧化锡锑、纳米氧化铟锡、纳米氮化钛中的一种或多种，其d50为10-200nm；且组分b选自日本石原的tipaque cr-97、tipaque fr404、tipaque r930中的一种或多种，组分a和组分b按照质量比为0.5-5:5-25，用以为漆膜提供对波长为905nm激光的反射率高于对波长为1550nm激光的反射率30％以上的反射差异化表现。

105、进一步，所述组分a选自纳米硫化钨和/或硫化铋，其d50为500-2000nm；且组分b选自日本石原的tipaque fr404，组分a和组分b按照质量比为5-15:5-20，用以为漆膜提供对波长为905nm激光的反射率低于对波长为1550nm激光的反射率30％以上的反射差异化表现。

106、进一步，所述组分a选自纳米铯钨铜、纳米氧化锡锑、纳米氧化铟锡、纳米硫化钨、硫化铋中的一种或多种，其d50为10-2000nm；且组分b选自日本石原的tipaque cr-97、tipaque fr404、tipaque r930中的一种或多种，组分a和组分b按照质量比为0.5-15:5-25，用以为漆膜提供对波长为905nm激光的反射率与对波长为1550nm激光的反射率的差距在50％以上的反射差异化表现。

107、进一步，所述组分a选自纳米铯钨铜、纳米氧化锡锑、纳米氧化铟锡中的一种或多种，其d50为10-200nm；且组分b选自日本石原的tipaque cr-97和/或tipaque r930，组分a和组分b按照质量比为1-5:18-25，用以为漆膜提供对波长为905nm激光的反射率高于对波长为1550nm激光的反射率50％以上的反射差异化表现。

108、进一步，所述组分a选自纳米硫化钨和/或硫化铋，其d50为500-2000nm；且组分b选自日本石原的tipaque fr404，组分a和组分b按照质量比为5-15:10-20，用以为漆膜提供对波长为905nm激光的反射率低于对波长为1550nm激光的反射率50％以上的反射差异化表现。

109、为达到上述第四个目的，本发明采用下述技术方案：

110、本发明公开一种具有选择性反射雷达功能的复合涂层，所述复合涂层包含如上所述的底涂层。

111、本发明的有益效果如下：

112、本发明提供一种具有选择性反射雷达功能的涂料组合物及其制备方法和应用。通过使用一类对近红外信号有特异性响应的功能组合物，并搭配合适的树脂、助剂等水性涂料组分，可以得到一种对激光雷达信号具有差异化响应的涂料组合物；其中，所选的功能组合物为由具有近红外能力(反射或吸收)的组分a和组分b组成的金属化合物微纳米颗粒，组分a选自金属氧化物、金属硫化物、金属磷化物、金属氮化物中的一种或多种，其所含的金属元素选自钴、锌、钇、钨、锑、铯、锡、铋、铟、银、铜、锆中的一种或多种；所述组分b选自金红石型二氧化钛颜料。一般情况下，组分b在功能组合物中的占比会偏高一些，其为雷达反射涂料中常用的具有良好近红外反射能力的钛白粉颜料，而组分a虽然添加量不高，但却在差异化反射方面贡献显著，其微结构(如类圆形或不规则的颗粒状，有凸起、凹陷、棱、空心等特殊结构，或者棒状、长方体等立体结构等)、较宽的d50粒径以及电磁波等特性可与组分b协同作用实现对不同近红外波长的选择性吸收或反射，起到差异化反射效果，即利用所述涂料组合物制备的漆膜对波长为905nm激光的反射率与对波长为1550nm激光的反射率的差距在30％以上，优选为50％以上，有利于降低噪音干扰，在未来的高端自动驾驶领域可以提升信息的准确度、质量和特异性识别能力。

113、除了差异化反射以外，本发明的涂料组合物还可以满足汽车涂料的综合性能要求，例如良好的附着力、优异的机械性能、良好的外观等特性，可以广泛应用于未来高端自动驾驶的车辆表面。