CN107502012B - 一种耐紫外热控涂层及其制备方法 - Google Patents

一种耐紫外热控涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐紫外热控涂层及其制备方法。该涂层包括复合分子筛材料和粘结剂，其中复合分子筛材料由含钇的稀土氧化物和分子筛材料复合而成。该制备方法为先利用溶胶凝胶法制得含钇稀土氧化物；接着在含钇稀土氧化物中加入分子筛MCM‑41或SBA‑15充分混合后，进行煅烧4‑6h得到复合分子筛材料；再在复合分子筛材料中掺入粘结剂和溶剂，充分混合得到热控涂料；最后将热控涂料涂覆在铝片上，在室温条件下干燥即得耐紫外热控涂层。本发明提高了铈酸钇材料在紫外的反射率同时，不影响其红外辐射性能。

Description

一种耐紫外热控涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于热控涂层领域，具体是涉及一种耐紫外热控涂层及其制备方法。
背景技术
目前，空间行波管多采用辐射散热结构，行波管中电子的不断撞击产生废热，使得行波管工作温度上升，影响行波管的工作性能，为了改善行波管的工作环境，提高行波管自身的辐射散热能力以及降低行波管所吸收的太阳能为最直接有效的方法，所以需要行波管辐射散热器具有自身辐射的高发射率并对于太阳光谱具有低吸收率的性能。除了空间行波管外，卫星辐射器表面也常涂有具有低太阳吸收率高红外发射率的颜料涂层。此外，涂覆有该类涂层的建筑墙体也可以通涂层的低太阳吸收率特性阻挡太阳对墙体加热，同时室内的热量也可以通过该涂层的高红外辐射特性向外辐射热量，从而达到节能的效果。
目前国内外通用的该类颜料涂层为ZnO填充材料，比如参考文献(李丹明.ZnO热控涂层光学特性的辐照退化研究[D],2009,兰州大学)，这种材料在全太阳光谱下都具有较高的反射率，平均可达90％以上，但在紫外附近反射率极低，容易吸收紫外波段的能量导致其性能退化，耐紫外性能较差。同ZnO、CeO2一样，铈酸钇(Y2Ce2O7，YCO)材料在全太阳光谱下也具有较高的反射率，但在红外波段(2.5～25微米)的光谱特性未见报道，其次，在紫外区域反射率也极低，同样面临紫外线暴露性能退化问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐紫外热控涂层及其制备方法，提高了热控涂层的耐紫外线性能。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种耐紫外热控涂层，包括复合分子筛材料和粘结剂，其中复合分子筛材料由含钇的稀土氧化物和分子筛材料复合而成。
一种耐紫外热控涂层的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、利用溶胶凝胶法制得含钇稀土氧化物；
步骤2、在含钇稀土氧化物中加入分子筛MCM-41或SBA-15，进行分子筛研磨充分混合，在700℃900℃下进行煅烧4h-6h得到复合分子筛材料；
步骤3、在复合分子筛材料中掺入无机粘结剂硅酸钾或有机粘结剂硅树脂，并加入相应的溶剂蒸馏水或丙酮，充分混合得到热控涂料；
步骤4、将热控涂料涂覆在铝片上，在室温条件下干燥12h-24h，即得耐紫外热控涂层。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明以铈酸钇材料为基础，添加介孔分子筛材料，提高了铈酸钇材料在紫外的反射率同时，不影响其红外辐射性能，本发明涂层在0.2～0.38微米波段的紫外反射率达到0.7，相对于传统的ZnO涂层，紫外反射率提高了11.7倍，而其红外发射率和太阳吸收率也有明显的改善。
附图说明
图1为本发明热控涂层的制备流程图；
图2为YCO-SBA-15与YCO的反射率对比曲线图；
图3为YCO、YCO-MCM-41以及YCO-SBA-15的XRD衍射对比图；
图4为SEM扫描电镜图，其中图a为YCO的SEM扫描电镜图，图b为YCO-MCM-41的SEM扫描电镜图，图4c为YCO-SBA-15的SEM扫描电镜图。
具体实施方式
一种耐紫外热控涂层，包括复合分子筛材料和粘结剂，其中复合分子筛材料由含钇的稀土氧化物和分子筛材料复合而成。
所述含钇的稀土氧化物为铈酸钇。
所述分子筛材料为MCM-41或SBA-15。
所述MCM-41的孔径为2-10nm，所述SBA-15的孔径为3.6-30nm。
所述MCM-41的孔径为5nm，所述SBA-15的孔径为9nm。
所述粘结剂为无机类硅酸钾或有机类硅树脂。
所述涂层的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、利用溶胶凝胶法制得含钇稀土氧化物；
步骤2、在含钇稀土氧化物中加入分子筛MCM-41或SBA-15，进行分子筛研磨充分混合，在700℃-900℃下进行煅烧4h-6h得到复合分子筛材料；
步骤3、在复合分子筛材料中掺入无机粘结剂硅酸钾或有机粘结剂硅树脂，并加入相应的溶剂蒸馏水或丙酮，充分混合得到热控涂料；
步骤4、将热控涂料涂覆在铝片上，在室温条件下干燥12h-24h，即得耐紫外热控涂层。
步骤1制备钇稀土氧化物的具体步骤为：
步骤1.1、称取同等摩尔质量的Y(NO3)3·6H2O和Ce(NO3)3·5H2O，将其溶于蒸馏水中，搅拌至充分溶解；
步骤1.2、按照20g/100ml的量加入无水葡萄糖，加入2倍金属离子(钇和铈)摩尔的柠檬酸和4倍金属摩尔离子的丙烯酰胺，待溶液澄清后，放入70℃-100℃的恒温水浴中搅拌至形成透明的湿凝胶；
步骤1.3、将凝胶放入真空烘干箱中维持110℃-120℃烘干10h-12h得到干凝胶；
步骤1.4、将干凝胶置于高温700℃-900℃煅烧，4-6h小时后自然冷却。
步骤3中复合分子筛材料与无机硅酸钾粘结剂的质量比为3:1，与有机硅树脂粘结剂的质量比为6:4。
下面结合附图和具体实施例进一步阐述本发明方案。
实施例1：
实施例1制备耐紫外热控涂层的过程为：
步骤1、按化学计量比分别称取4.03克硝酸钇，4.57克硝酸铈，加入50毫升蒸馏水中放在磁力搅拌机上进行搅拌，待溶液澄清后，再分别加入10克无水葡萄糖，3.0克丙烯酰胺以及4.4克柠檬酸。
步骤2、待溶液澄清后放入80℃的恒温水浴中并不断搅拌，两小时后溶液将呈凝胶状。
步骤3、将凝胶放入真空干燥箱中，以120℃烘干12个小时。
步骤4、将烘干后的干凝胶研成粉末，并掺入5克孔径大小为9nm的SBA-15分子筛，充分混合后放入管式炉中，以900℃煅烧6个小时后自然冷却得到白色的复合分子筛材料粉末，粉末形状如图4(c)所示，粉末呈条状，粒径较大。由图3(XRD衍射图)可知，YCO-SBA-15复合分子筛材料产生衍射峰的角度与YCO大致相同，这说明添加分子筛后，YCO原有的结构特征依旧存在。
步骤5、将煅烧后得到的白色粉末研磨成均匀粉末，将得到的均匀粉末与硅酸钾以及蒸馏水混合，制成铝片涂层。涂层的反射率曲线如图2所示，由图可知，相比于YCO，本实施例的涂层材料，在紫外波段(0.2-0.38μm)的平均反射率有了极大提高，由0.14提升至0.70，是传统的ZnO涂层材料的11.7倍。
实施例2：
步骤1、按化学计量比分别称取4.03克硝酸钇，4.57克硝酸铈，加入50毫升蒸馏水中放在磁力搅拌机上进行搅拌，待溶液澄清后，再分别加入10克无水葡萄糖，3.0克丙烯酰胺以及4.4克柠檬酸。
步骤2、待溶液澄清后放入80℃的恒温水浴中并不断搅拌，两小时后溶液将呈凝胶状。
步骤3、将凝胶放入真空干燥箱中，以120℃烘干12个小时。
步骤4、将烘干后的干凝胶研成粉末，并掺入5克孔径为9nm的SBA-15分子筛，充分混合后放入管式炉中，以900℃煅烧6个小时后自然冷却得到白色的复合分子筛材料粉末，粉末形状如图4(c)所示，粉末呈条状，粒径较大。由附图3(XRD衍射图)可知，YCO-SBA-15复合分子筛材料产生衍射峰的角度与YCO大致相同，这说明添加分子筛后，YCO原有的结构特征依旧存在。
步骤5、将煅烧后得到的白色粉末研磨成均匀粉末，将得到的均匀粉末与硅树脂以及丙酮混合，制成铝片涂层。相比于YCO，本发明涂层材料，在紫外波段(0.2-0.38μm)的平均反射率有了极大提高，由0.14提升至0.50，是传统的ZnO涂层材料的8.3倍。
实施例3：
步骤1、按化学计量比分别称取4.03克的硝酸钇，4.57克的硝酸铈，加入50毫升蒸馏水中放在磁力搅拌机上进行搅拌，待溶液澄清后，再分别加入10克无水葡萄糖，3.0克丙烯酰胺以及4.4克柠檬酸。
步骤2、待溶液澄清后放入80℃的恒温水浴中并不断搅拌，两小时后溶液将呈凝胶状。
步骤3、将凝胶放入真空干燥箱中，以120℃烘干12个小时。
步骤4、将烘干后的干凝胶研成粉末，并掺入5克孔径为5nm的MCM-41分子筛，充分混合后放入管式炉中，以900℃煅烧6个小时后自然冷却得到白色的复合分子筛材料粉末，粉末形状如图4(b)所示，粉末呈颗粒状，粒径大小在5-10μm。由附图3(XRD衍射图)可知，YCO-MCM-41复合分子筛材料产生衍射峰的角度与YCO几乎相同，这说明添加分子筛后，YCO原有的结构特征保持良好。
步骤5、将煅烧后得到的白色粉末研磨成均匀粉末，将得到的均匀粉末与硅酸钾以及蒸馏水混合，制成铝片涂层。由表1可知，本发明涂层在紫外波段(0.2-0.38μm)的平均反射率达0.58，是传统的ZnO涂层材料的9.8倍。
表1材料的光谱参数
Figure BDA0001395643490000051
实施例4：
实施例4在实施例3的基础上，将步骤5的硅酸钾和蒸馏水替换为硅树脂和丙酮。
实施例5：
在实施例1-4的基础上，步骤2的恒温水浴温度还可以设置为75℃、85C，步骤3的烘干温度还可以设置为110℃，烘干时间还可以为10h、11h，步骤3的煅烧温度还可以设置为700℃、800℃，煅烧时间还可以为4h、5h。

Claims (7)

1.一种耐紫外热控涂层，其特征在于，包括复合分子筛材料和粘结剂，其中复合分子筛材料由含钇的稀土氧化物和分子筛材料复合而成；所述含钇的稀土氧化物为铈酸钇；所述涂层的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、利用溶胶凝胶法制得含钇的稀土氧化物；
步骤2、在含钇的稀土氧化物中加入分子筛MCM-41或SBA-15，进行分子筛研磨充分混合，在700-900℃下进行煅烧4-6h得到复合分子筛材料；
步骤3、在复合分子筛材料中掺入无机粘结剂硅酸钾或有机粘结剂硅树脂，并加入相应的溶剂蒸馏水或丙酮，充分混合得到热控涂料；
步骤4、将热控涂料涂覆在铝片上，在室温条件下干燥12h-24h，即得耐紫外热控涂层。
2.根据权利要求1所述的耐紫外热控涂层，其特征在于，所述MCM-41的孔径为2-10nm，所述SBA-15的孔径为3.6-30nm。
3.权利要求2所述的耐紫外热控涂层，其特征在于，所述MCM-41的孔径为5nm，所述SBA-15的孔径为9nm。
4.根据权利要求1所述的耐紫外热控涂层，其特征在于，步骤1制备含钇的稀土氧化物的具体步骤为：
步骤1.1、称取同等摩尔质量的Y(NO3)3·6H2O和Ce(NO3)3·5H2O，将其溶于蒸馏水中，搅拌至充分溶解；
步骤1.2、按照20g/100mL的量加入无水葡萄糖，加入2倍金属离子摩尔的柠檬酸和4倍金属离子摩尔的丙烯酰胺，待溶液澄清后，放入70℃-100℃的恒温水浴中搅拌至形成透明的湿凝胶；
步骤1.3、将湿凝胶放入真空烘干箱中维持110℃-120℃烘干10h-12h得到干凝胶；
步骤1.4、将干凝胶置于高温700℃-900℃煅烧，4h-6h小时后自然冷却。
5.根据权利要求1所述的耐紫外热控涂层，其特征在于，步骤2中含钇稀土氧化物与分子筛的质量比为3:7。
6.根据权利要求5所述的耐紫外热控涂层，其特征在于，步骤3中复合分子筛材料与无机粘结剂硅酸钾的质量比为3:1。
7.根据权利要求5所述的耐紫外热控涂层，其特征在于，步骤3中，步骤3中复合分子筛材料与有机粘结剂硅树脂的质量比为6:4。
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