高紫外反射型颜料与热控涂层的制备与性能研究

孙辉,王君,范德松

南京理工大学能源与动力工程学院

随着科学技术的发展，临近空间的研究和利用越来越频繁，例如，飞艇、高空气球和其他近地空间飞行器正在飞速发展，这在太空探测和地面通信中都起到了重要作用，但是航天器本身也面临太阳辐射和自身散热的问题。已知到达地面的太阳辐射中97%的能量集中在0.2～3μm之间，而物体热辐射能主要集中在2～50μm之间，可以借助热控涂层降低航天器对太阳辐射的吸收，提高物体的红外发射率，调节航天器内部温度平衡。颜料是涂层的重要组成部分，其中白色颜料具有很高的折射率，使涂膜呈现不透明、低吸收的特性。常用的物理颜料主要有氧化锌[4]和二氧化钛等，但其在紫外波段出现强吸收现象，有可能对涂层造成破坏。

介孔材料MCM-41和SBA-15都具有有序的六边形孔隙率、热稳定性、高比表面积[5]和紫外反射性能[6]。为改善紫外波段的性能，有文献在介孔材料制备过程中加入二水乙酸锌得到具有较高紫外反射性能的新型介孔材料Zn-MCM-41和Zn-SBA-15，由其制备的热控涂层，如，Zn-SBA-15与硅酸钾结合的涂层，相较于其他的热控涂层，不仅具有高紫外反射性能和低吸辐比，而且耐紫外老化性能极强。此外日晒雨淋、灰尘等对热控涂层的老化和性能退化的影响也不可忽视。

本文主要研究ZnO与SBA-15经高温混合烧结后生成ZnO/SBA-15的方法。并探究了Y2Ce2O7在高紫外反射颜料应用中的前景和不同粘结剂对于紫外反射效果的影响。此外，前人对该类涂层的研究主要集中在太阳波段的反射效果，未考虑红外波段，本文将两部分结合后更加完整。最后，针对特定环境要求，对热控涂层的耐候性能进行研究。‍

1 实验部分

1 实验材料

环氧改性有机硅树脂：湖北新四海公司；

2 粉末与涂层制备

Y2Ce2O7/SBA-15 粉末制备：

首先称取一定量的Y（NO3）3·6H2O和Ce（NO3）3·6H2O混合溶解于50mL去离子水中，加入柠檬酸、丙烯酰胺和葡萄糖，并伴随磁力搅拌，最终试剂物质的量比n[Y（NO3）3·6H2O]∶n[Ce（NO3）3·6H2O]∶n（柠檬酸）∶n（丙烯酰胺）∶n（葡萄糖）=1∶1∶4∶8∶5。

接着对混合溶液在80℃水浴加热搅拌，2h后溶液成胶状，置于恒温干燥箱中120℃加热12h以去除水分，然后研磨成细小颗粒，与SBA-15粉末按一定质量比混合高温烧结，获得Y2Ce2O7/SBA-15颜料。

ZnO/SBA-15粉末制备：

将纳米氧化锌与SBA-15预先按一定质量比混合研磨均匀，经900℃高温烧结得到ZnO/SBA-15颜料。

涂层制备：称取适量的粉末与硅酸钾溶液以一定的质量比混合均匀，添加少量去离子水作为稀释剂，使用涂膜棒在铝片上制备100～150μm的涂层，保持12h恒温30℃固化。同样，以环氧改性有机硅树脂作为粘结剂时，稀释剂改为乙酸乙酯，保持2h恒温120℃。

3 测试与表征

其中太阳吸收率αs 和红外发射率ε 由式（1）～（3)计算：

其中，Isλ（λ）为对应波长的太....