抗静电热控涂料组合物及其制备方法、用途.pdf

本发明公开了一种抗静电热控涂料组合物及其制备方法、用途；该涂料组合物包括底漆涂料和面漆涂料；底漆涂料以改性有机氟树脂为基体，改性氧化锌粉末为填料，氧化锌在底漆层中可形成纵向通道；面漆涂料以多官能团甲基硅树脂为基体，改性氧化锌粉末为填料，部分填料贯穿底漆层与面漆层的界面。本发明制得的抗静电热控涂层外观为白色、厚度为130μm～200μm、太阳吸收比为0.20～0.25、半球发射率为0.85～0.91、总质损TML＜1％、可凝挥发物CVCM＜0.1％、体积电阻率ρv≤107Ω·m，涂层经过-100～+100℃ 100次高低温热循环试验后，无开裂、剥落、起泡和变色现象、光学性能稳定、附着力良好。

1.  一种双组分抗静电热控涂料组合物，其特征在于，所述涂料组合物包括底漆涂料和面漆涂料；所述底漆涂料包括有机溶剂a以及质量比为60～75∶25～40的改性有机氟树脂和改性氧化锌粉末；所述面漆涂料包括有机溶剂b以及质量比为65～75∶25～35的多官能团甲基硅树脂和改性氧化锌粉末。

2.  如权利要求1所述的双组分抗静电热控涂料组合物，其特征在于，所述改性氧化锌粉末为具有空间特殊构型氧化锌粉末改性后制得；所述空间特殊构型选自四针状、棒状、线状、管状中的一种或几种。

3.  如权利要求2所述的双组分抗静电热控涂料组合物，其特征在于，所述改性氧化锌粉末首先经过硅烷偶联剂表面浸渍处理，50℃烘干后经400℃～700℃高温热处理制得。

4.  如权利要求1所述的双组分抗静电热控涂料组合物，其特征在于，所述有机溶剂a的用量为改性氧化锌粉末和改性有机氟树脂总重量的0.1～0.2倍；所述改性氧化锌粉末占底漆涂料固含量的50～70wt％；所述有机溶剂b的用量为改性氧化锌粉末和多官能团甲基硅树脂总重量的0.5～0.7倍；所述改性氧化锌粉末占面漆涂料固含量的65～75wt％。

5.  如权利要求1所述的双组分抗静电热控涂料组合物，其特征在于，所述有机溶剂a、b分别选自丙酮、乙酸丁酯、二甲苯中的一种或几种；所述有机溶剂a、b可相同或不同。

6.  如权利要求1所述的双组分抗静电热控涂料组合物，其特征在于，所述多官能团甲基硅树脂选自甲基苯基硅树脂、聚氨酯改性甲基硅树脂、氰酸脂改性甲基硅树脂、环氧改性甲基硅树脂中的一种。

7.  一种如权利要求1～6中任一项所述的双组分抗静电热控涂料组合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
A、底漆涂料配制：在改性有机氟树脂中，加入改性氧化锌粉末，混合搅拌，加入有机溶剂a，混合，超声搅拌均匀；
B、面漆涂料配制：在多官能团甲基硅树脂中，加入改性氧化锌粉末，混合搅拌，加入有机溶剂b，混合，超声搅拌均匀。

8.  一种如权利要求1～6中任一项所述的双组分抗静电热控涂料组合物在制备抗 静电热控涂层中的用途，其特征在于，所述涂层自基底材料向上包括底漆层和面漆层；所述底漆层以改性有机氟树脂为基体，改性氧化锌粉末为填料；所述面漆层以多官能团甲基硅树脂为基体，改性氧化锌粉末为填料。

9.  如权利要求8所述的用途，其特征在于，所述底漆层的厚度为50μm～100μm，所述面漆层的厚度为50μm～100μm。

10.  如权利要求8所述的用途，其特征在于，制备抗静电热控涂层具体包括：在基体表面喷涂所述底漆涂料，在22～55℃下固化5～10h，喷涂所述面漆涂料，在30～65℃下固化24～48h，即得所述抗静电热控涂层。

抗静电热控涂料组合物及其制备方法、用途
技术领域
本发明涉及热控材料技术领域，具体涉及一种抗静电热控涂料组合物及其制备方法、用途。
背景技术
作为航天器整体的重要保障系统之一的热控系统，就如同人的体温控系统一样重要，不仅是保证新型内部各部分仪器及结构能够正常运行的前提，而且更是保证航天器能够在太空中稳定运行的必要条件。航天器内部的各部分器件的正常运行都是规定在一定温度范围内的，所以需要将航天器内部及表面环境的温度控制在要求的范围内，尽量减小温度变化的幅度大小。因此，需要对于航天器的热控制进行更为细致和深入的研究，目前来实现航天器热控制的最基础、最有效的方式就是使用特殊的热控制材料。现如今航天器所使用的热控材料中，应用范围最广、使用效果最好的一类热控材料就是热控涂层，在航天器上它发挥着如同人体皮肤一样的作用，保护着航天器。
充电可分为表面充电和体充电两种：表面充电是指由于大量电荷的注入导致材料表面电位显著高于周边环境电位的现象；体充电是指由于异种电荷注入深度不同而在材料内部形成内电场的现象。
由于电子热运动速度远高于离子，所以航天器表面将有大量的电子沉积而带负电。由于航天器不同表面部分可处于不同的环境条件(如有无光照)及相对运动方向的不同方位(如冲压-尾流)下，加之表面材料可不同(光电发射、二次发射系数等不同)，使其可带有不同电位，从而形成不均匀充电，出现电位差。体充电(深层充电)是能量高于几十千电子伏的电子入射到航天器上，其能量可穿透表面，其穿透深度随入射电子能量增加而增加，在表面下数十微米处聚集入射电子与表面同能量的离子形成的充电现象。当航天器表面材料绝缘时，它们在空间等离子体中将被充电至不同电位，从而可能引起放电，造成航天器异常的故障。航天器在空间环境下的充放电现象是一种整体效应。根据平板电容器充电模型，充放电效应依赖于材料在该环境下的行为。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型白色的抗静电热控涂料组合物及其制备方法、用 途；由于普通氧化锌粉体制备的白色热控涂料不具备抗静电能力，其表面电阻率可达到10¹²Ω·m，难以满足航天器表面防静电的需求。本发明对于氧化锌粉末进行改性，通过对于具有空间特殊构型的氧化锌进行表面改性处理，从而增强改性氧化锌粉体与树脂体系的共混能力，同时提高涂料体系的导电性能。本发明的涂料组合物制成的抗静电热控涂层，可消除产品在特殊环境下的静电隐患，保障航天器运行的可靠性，满足产品对抗静电白色热控涂层的需求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明涉及一种双组分抗静电热控涂料组合物，所述涂料组合物包括底漆涂料和面漆涂料；所述底漆涂料包括有机溶剂a以及质量比为60～75∶25～40的改性有机氟树脂和改性氧化锌粉末；所述面漆涂料包括有机溶剂b以及质量比为65～75∶25～35的多官能团甲基硅树脂和改性氧化锌粉末。
作为优选方案，为了提高涂料体系内部氧化锌填料的三维通道建立，降低电阻率，所述改性氧化锌粉末为具有空间特殊构型氧化锌粉末改性后制得；所述空间特殊构型选自四针状、棒状、线状、管状中的一种或几种。
作为优选方案，为提高改性氧化锌与树脂体系的共混能力以及涂料本身光学性能，所述改性氧化锌粉末首先经过硅烷偶联剂表面浸渍处理，50℃烘干后经400℃～700℃高温热处理制得；所述改性氧化锌粉末结构尺寸分布范围为3～100μm。
作为优选方案，所述有机溶剂a的用量为改性氧化锌粉末和改性有机氟树脂总重量的0.1～0.2倍；所述改性氧化锌粉末占底漆涂料固含量的50～70wt％。
作为优选方案，所述有机溶剂b的用量为改性氧化锌粉末和多官能团甲基硅树脂总重量的0.5～0.7倍；所述改性氧化锌粉末占面漆涂料固含量的65～75wt％。
作为优选方案，为应对不同使用环境及基底材料，所述有机溶剂a、b分别选自丙酮、乙酸丁酯、二甲苯中的一种或几种；所述有机溶剂a、b可相同或不同。
作为优选方案，为适应不同的固化要求和涂料自身性能需求，所述多官能团甲基硅树脂可为甲基苯基硅树脂、聚氨酯改性甲基硅树脂、氰酸脂改性甲基硅树脂、环氧改性甲基硅树脂中的一种。
第二方面，本发明还涉及一种本发明的双组分抗静电热控涂料组合物的制备方法，所述方法包括如下步骤：
A、底漆涂料配制：在改性有机氟树脂中，加入改性氧化锌粉末，混合搅拌，加入有机溶剂a，混合，超声搅拌均匀；
B、面漆涂料配制：在多官能团甲基硅树脂中，加入改性氧化锌粉末，混合搅拌，加入有机溶剂b，混合，超声搅拌均匀。
第三方面，本发明还涉及一种本发明的双组分抗静电热控涂料组合物在制备抗静电热控涂层中的用途，所述涂层自基底材料向上包括底漆层和面漆层；所述底漆层以改性有机氟树脂为基体，改性氧化锌粉末为填料，底漆层中的改性氧化锌可在底漆层中形成纵向通道；所述面漆层以多官能团甲基硅树脂为基体，改性氧化锌粉末为填料，部分改性氧化锌贯穿底漆层和面漆层的界面。
作为优选方案，所述底漆层的厚度为50μm～100μm，所述面漆层的厚度为50μm～100μm。
作为优选方案，制备抗静电热控涂层具体包括：在基体表面喷涂所述底漆涂料，在22～55℃下固化5～10h，喷涂所述面漆涂料，在30～65℃下固化24～48h，即得所述抗静电热控涂层。
本发明提供的新型抗静电白色热控涂层，具有以下特性：
a)外观：白色，涂层表面均匀、无气泡、无裂纹、无起皮、无脱落；
b)厚度：130μm～200μm；
c)半球发射率：0.85～0.91；
d)太阳吸收比：0.20～0.25；
e)导电性能：ρ_v≤10⁷Ω·m。
f)真空放气性能：均满足TML＜1％，CVCM＜0.1％；
g)热循环试验：涂层满足-100～+100℃100次高低温热循环试验后，无开裂、剥落、起泡和变色现象、光学性能稳定、附着力良好；
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的新型抗静电白色热控涂层在保证涂层具有良好热控性能(太阳吸收比、半球发射率)的基础上，具有较好的涂层导电性能，同时涂层施工简单、易学，具有较强的可实施性，并且经受-100～+100℃100次温度冲击试验后附着力良好，具有较低的真空放气量。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为新型抗静电白色热控涂层的结构示意图；
图2为具有空间特殊构型(四针状)氧化锌填料的导电机理示意图；
图3为具有空间特殊构型(四针状)氧化锌填料的扫描电子显微(SEM)图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种抗静电热控涂料组合物及其制备方法，以及抗静电热控涂料组合物在制备新型抗静电白色热控涂层中的应用。
本实施例的新型抗静电白色热控涂层如图1所示，所述涂层自基底材料3向上，分别由两层不同成分涂料组成；位于底层涂料称为底漆层2，由改性有机氟树脂和具有空间特殊构型氧化锌组成；涂敷于表面的涂层成为面漆层1，由多官能团甲基硅树脂和改性氧化锌组成。
本实施例的新型抗静电白色热控涂层采用双组分抗静电热控涂料组合物，该涂料组合物包括底漆涂料和面漆涂料；所述底漆涂料包括有机溶剂a(二甲苯)、改性有机氟树脂和改性氧化锌粉末；所述面漆涂料包括有机溶剂b(二甲苯)、多官能团甲基硅树脂和改性氧化锌粉末。
本实例的改性氧化锌粉末是将已具有空间构型的氧化锌粉体进过改性处理，将空间特殊构型氧化锌粉体进行表面改性处理，首先经过表面改性液浸渍，50℃烘干后，经过400℃～700℃的高温热处理；所述的表面改性溶液为硅烷偶联剂与去离子水的混合溶液，质量比为1∶9。图3为具有空间特殊构型(四针状)氧化锌填料的扫描电子显微(SEM)图，由图3可知具有空间特殊构型的氧化锌粉末之间的空隙较大，难以与树脂体系共混，因此需要对于空间特殊结构氧化锌进行表面改性处理。
本实施例的新型抗静电白色热控涂层具体制备方法包括如下步骤：
1)底漆涂料配制：在含磷改性有机氟树脂中，加入改性氧化锌粉末，混合搅拌，加入二甲苯，混合，超声搅拌均匀；按质量百分比：在底漆中改性氧化锌粉末占涂料固含量的70wt％，改性有机氟树脂占涂料总量的30wt％，改性氟树脂和改性氧化锌粉末的质量比为30∶70，二甲苯稀释剂按其用量为改性氧化锌粉填料和改性有机氟树脂总重量的0.2倍加入。
2)面漆涂料配制：在甲基苯基硅树脂中，加入改性氧化锌粉末，混合搅拌，加入 二甲苯，混合，超声搅拌均匀；按质量百分比：在面漆中改性氧化锌粉末(经过硅烷偶联剂表面处理)填料占涂料固含量的70wt％，甲基苯基硅树脂占涂料总量的30wt％，甲基苯基硅树脂和氧化锌粉末的质量比为30∶70，二甲苯稀释剂按其用量为改性氧化锌粉末和多官能团甲基硅树脂总重量的0.6倍加入。
3)在制备涂层过程中，首先喷喷涂底漆→在55℃下固化5h→喷涂面漆→在30℃下固化24h，即可。其中，底漆层的厚度为50μm，所述面漆层的厚度为50μm。
由图2可知，空间构型氧化锌填料在涂层体系中形成纵向通道。
实施例2
本实施例涉及一种抗静电热控涂料组合物及其制备方法，以及抗静电热控涂料组合物在制备新型抗静电白色热控涂层中的应用。
本实施例基本同实施例1，所不同之处在于：
1)底漆涂料配制：在含磷改性有机氟树脂中，加入改性氧化锌粉末，混合搅拌，加入乙酸丁酯，混合，超声搅拌均匀；按质量百分比：在底漆中改性氧化锌粉末占涂料固含量的60wt％，改性有机氟树脂占涂料总量的40wt％，改性有机氟树脂和改性氧化锌粉末的质量比为60∶40，乙酸丁酯稀释剂按其用量为改性氧化锌粉填料和改性有机氟树脂总重量的0.1倍加入。
2)面漆涂料配制：在甲基苯基硅树脂中，加入改性氧化锌粉末，混合搅拌，加入丙酮，混合，超声搅拌均匀；按质量百分比：在面漆中改性氧化锌粉末填料占涂料固含量的75wt％，多官能团甲基硅树脂占涂料总量的25wt％，甲基苯基硅树脂和改性氧化锌粉末的质量比为25∶75，丙酮稀释剂按其用量为改性氧化锌粉末和甲基苯基硅树脂总重量的0.7倍加入。
3)在制备涂层过程中，首先喷喷涂底漆→在22℃下固化10h→喷涂面漆→在30℃下固化48h，即可。其中，底漆层的厚度为100μm，所述面漆层的厚度为100μm。
实施例3
本实施例涉及一种抗静电热控涂料组合物及其制备方法，以及抗静电热控涂料组合物在制备新型抗静电白色热控涂层中的应用。
本实施例基本同实施例1，所不同之处在于：
1)底漆涂料配制：在含磷改性有机氟树脂中，加入改性氧化锌粉末，混合搅拌，加入二甲苯，混合，超声搅拌均匀；按质量百分比：在底漆中改性氧化锌粉末占涂料固含量的50wt％，改性有机氟树脂占涂料总量的50wt％，改性有机氟树脂和改性氧化锌粉 末的质量比为50∶50，二甲苯稀释剂按其用量为改性氧化锌粉填料和改性有机氟树脂总重量的0.15倍加入。
2)面漆涂料配制：在甲基苯基硅树脂中，加入改性氧化锌粉末，混合搅拌，加入乙酸丁酯，混合，超声搅拌均匀；按质量百分比：在面漆中改性氧化锌粉末填料占涂料固含量的65wt％，甲基苯基硅树脂占涂料总量的35wt％，甲基苯基硅树脂和改性氧化锌粉末的质量比为35∶65，乙酸丁酯稀释剂按其用量为改性氧化锌粉末和甲基苯基硅树脂总重量的0.5倍加入。
3)在制备涂层过程中，首先喷喷涂底漆→在35℃下固化7h→喷涂面漆→在45℃下固化36h，即可。其中，底漆层的厚度为80μm，所述面漆层的厚度为70μm。
实施例4
对以上实施例1、2、3的新型抗静电白色热控涂层进行性能测试，测试方法如下：
涂层厚度测试 
采用德国EPK公司生产的MiniTest 600测厚仪测试涂层的厚度。测量范围为0～300μm，误差±2μm；最小曲率半径5mm(凸)，25mm(凹)；最小测量面积φ20mm；仪器尺寸64×15×25mm；探头尺寸φ14×62mm。所测试的涂层厚度在130～180μm之间，满足技术指标130～200μm的要求。
附着力测试 
按GJB 2704A-2006航天器热控涂层通用规范试验要求。用剥离强度为2N/cm～4N/cm的胶带，紧贴涂层中间区域，离边缘不小于3mm。用手拉起胶带一端，并使胶带与表面成90°，缓慢(约5mm/s)将胶带拉离表面后，所有划线及划格内均无脱落，满足技术指标要求。
太阳吸收比测试
本试验采用美国珀金埃尔默(Perkin-Elmer)公司生产的LAMBDA950型紫外-可见-近红外分光光度计(UV/VIS/NIR Spectrophotometer)来测量抗静电白色热控涂层的太阳吸收比。它可测量的波长范围为200nm到2500nm，仪器的分辨率为0.1nm，带宽≤0.05nm，杂散光≤0.00008％T，噪声＜0.0008A，光度计重复性＜0.0001A，基线漂移＜0.0002A/h，基线平直：±0.001A，稳定性好、基线平直度高、杂散光极低。实验中步长设为5nm，狭缝宽度设为4nm。
表1涂层太阳吸收比与发射率