一种兼具超疏水-分子吸附-热控功能的白色涂层及其制备方法与流程

本发明属于特种功能涂层领域，具体涉及一种兼具超疏水-分子吸附-热控功能的白色涂层及其制备方法。本发明在空气净化、污水处理、污染防护、航空航天等领域具有十分广泛的应用前景。

背景技术：

1、航天器作为探索太空最重要的工具之一，其工作状态将直接影响飞行任务的顺利进行。航天器在高真空环境运行时，所用非金属材料释放的硅氧烷、酸酯类、碳氢类等有机小分子污染物会凝结并沉积在各光学系统及热控系统的表面，影响其功能的充分发挥甚至导致失效。此外，这些有机分子污染物也会沉积在载人舱或真空室内，影响航天员的身体健康和敏感部件的性能。随着航天器向高性能、高可靠、长寿命方向发展，对有效载荷的精度和灵敏提出了苛刻要求，亟需采取相应的手段解决在轨分子污染问题。

2、目前，利用多孔材料对有机分子污染物进行吸附控制，是一种简单方便、低成本的有效方法。沸石分子筛含有丰富的微孔、比表面积大、具选择吸附性，且含有较多的酸位点，有一定的催化活性，已经被广泛应用于航天器的在轨污染物控制领域。但现有以沸石分子筛为功能材料的分子污染吸附器存在重量、尺寸大及安装位置不灵活、吸收面积不够广的缺点不能很好满足航天器设计要求。分子污染吸附涂层可在空间实时收集污染物，降低在轨污染的可能性，继而提高航天器的性能和寿命，因此提供一种航天器用分子吸附涂层的制备方法具有重要意义。

3、尽管分子吸附涂层具有无可比拟的优势，但在实际应用中仍然面临着一个重大挑战，即水对其吸附能力的影响。其中一个主要原因是沸石表和孔道内部面含有丰富的含氧官能团及金属离子位点，这些活性位点对水分子表现出高亲和力。水分子和污染物在分子吸附上争夺吸附位点，导致目标污染物的吸附能力降低。并且在潮湿环境，水分子与沸石分子筛吸附涂层的强结合将造成涂层与基底结合力降低，出现开裂脱落等问题。因此，开发一种具有超疏水性能的分子吸附热控涂层具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明旨在解决吸附涂层与水分子结合后造成的吸附量下降，潮湿环境下结合力差的问题，从而提供一种超疏水-分子吸附-热控功能的白色涂层，使其能够在潮湿环境稳定结合，优先选择性地吸附空间分子污染物，并增强其在航天器热控中的散热能力。

2、本发明提供一种超疏水-分子吸附-热控功能的白色涂层，该涂层通过对硅溶胶涂料和沸石分子筛混合改性，实现界面有机-无机的耦合作用，能够选择性地吸附有机污染物。该涂层通过喷涂法可直接应用于航天器等各种精密设备内表面。

3、为了实现上述技术问题，本发明采取了以下的技术方案：

4、1.本发明的目的在于提供一种兼具超疏水-分子吸附-热控功能的白色涂层及其制备方法，其特征在于，所述方法是通过下述步骤实现的：

5、步骤1、对分子筛粉末真空程序升温加热预处理，以排出水汽和co2；

6、步骤2、将一定量的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、羟基封端聚二甲基硅氧烷与无水乙醇配制改性硅溶胶涂料；

7、步骤3、将步骤1处理后的分子筛粉末、疏水改性剂以及步骤2配制的改性硅溶胶混合，搅拌形成喷涂浆料；

8、步骤4、将步骤3获得的浆料喷涂在经喷砂处理的基体的表面固化，获得所述的多功能白色涂层。

9、进一步地限定，步骤1中，真空压力≤10-5pa。

10、进一步地限定，最高温度≤500℃，每个温度的加热时间为3h-20h。

11、进一步地限定，步骤2中，羟基封端聚二甲基硅氧烷的质量浓度为5％-50％。

12、进一步限定，步骤二中γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷/正硅酸乙酯/乙醇比例可根据实际需要进行调整。

13、进一步地限定，步骤2中，将一定比例的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯和无水乙醇置于磁力搅拌的反应器中；将混合物缓慢升温至70℃，然后将酸性催化剂缓慢滴加到混合物中，直到混合物的ph值为3.5，并连续搅拌5小时；之后加入羟基封端聚二甲基硅氧烷，继续搅拌4h；将复合溶胶冷却至室温后，静置2小时。

14、更进一步地限定，酸性催化剂为盐酸、醋酸或硫酸。

15、进一步地限定，步骤3中，搅拌时间＞3小时，搅拌速率≥400r/min。

16、进一步地限定，步骤3中，疏水改性剂为三甲氧基甲基硅氧烷、三甲氧基乙基硅氧烷、三甲氧基丁基硅氧烷、三甲氧基苯基硅氧烷中的一种或者多种的组合。

17、进一步地限定，步骤4中，基体为金属基底、树脂基底、有机-无机复合材料基底。

18、进一步地限定，步骤4中，送液压力为0.4mpa-1.0mpa，喷枪的移动速度为50m/s-200m/s，喷距为10cm-40cm。

19、进一步地限定，步骤4中，喷涂厚度为100μm-300μm。

20、进一步地限定，步骤4中，室温下自然风干时间大于等于8h，程序升温加热固化温度最高不超过150℃。

21、本发明在不堵塞原本沸石孔道结构的情况下实现超疏水、热控以及分子吸附功能一体化构建。本发明通过改性实现涂层在潮湿环境下的强结合力，以及对分子污染物的优先选择性吸附作用。

22、本发明与现有吸附材料相比，该涂层同时具有吸附、热控以及超疏水的多种功能集合，能够实现在潮湿环境下的强结合力，以及对分子污染物的优先选择性吸附作用。本发明具有以下有益效果：

23、本发明采用混合改性的超疏水-分子吸附-热控功能的白色涂层表面粗糙的微纳结构以及有机基团对水的排斥作用使其具有良好的超疏水性能。

24、本发明的超疏水-分子吸附-热控功能的白色涂层在潮湿环境能够选择性地优先吸附空间分子有机污染物并排除水分子，具有较高的污染物吸附容量。

25、本发明的超疏水-分子吸附-热控功能的白色涂层具有分级层状的三维孔道空间结构，具有良好的辐射式冷却效应，有利于增强其在航天器热控中的散热能力。

26、为了能够更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明详细说明与附图，然而所附的附图仅提供参考和说明之用，并非用来对本发明加以限制。

技术特征：

1.一种兼具超疏水-分子吸附-热控功能的白色涂层的制备方法，其特征在于，所述方法是通过下述步骤实现的：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，真空压力≤10-5pa。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，最高温度≤500℃，每个温度的加热时间为3h-20h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，羟基封端聚二甲基硅氧烷的质量浓度为5％-50％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，搅拌时间＞3小时，搅拌速率≥400r/min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，疏水改性剂为三甲氧基甲基硅氧烷、三甲氧基乙基硅氧烷、三甲氧基丁基硅氧烷、三甲氧基苯基硅氧烷中的一种或者多种的组合。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，基体为金属基底、树脂基底、有机-无机复合材料基底。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤4中，送液压力为0.4mpa-1.0mpa，喷枪的移动速度为50m/s-200m/s，喷距为10cm-40cm。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，喷涂厚度为100μm-300μm。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，室温下自然风干时间大于等于8h，程序升温加热固化温度最高不超过150℃。

技术总结本发明公开了一种兼具超疏水‑分子吸附‑热控功能的白色涂层及其制备方法，属于特种功能涂层领域。本发明旨在解决吸附涂层与水分子结合后造成的吸附量下降，潮湿环境下结合力差的问题。本发明涂层使用γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、羟基封端聚二甲基硅氧烷对硅溶胶涂料和沸石分子筛混合改性，实现界面有机‑无机的耦合作用，能够选择性地吸附有机污染物；其表面粗糙的微纳结构和有机基团对水的排斥作用使其具有良好的超疏水性能；另外分级层状的三维孔道空间结构，具有良好的辐射式冷却效应，有利于增强其在航天器热控中的散热能力。本发明在空气净化、污水处理、污染防护、航空航天等领域具有十分广泛的应用前景。技术研发人员：秦伟受保护的技术使用者：秦伟技术研发日：技术公布日：2024/6/23