热控制涂料制造技术

一种可固化涂料组合物，其包含：(a)硅酸盐，例如硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂；(b)磷酸盐，例如磷酸钙、磷酸镁或磷酸钠；以及(c)金属氧化物，例如氧化镁、氧化铝(III)、氧化钪(III)、氧化钇(III)或氧化锆。此类可固化涂料组合物可用作非热变色(基于预期操作环境调适)热控制涂料组合物，其应用于航天器和其组件。作为用于低温应用或高温下的热变色性不成问题的应用中的替代金属氧化物组分，金属氧化物可包含氧化锌。还提供一种可固化涂料组合物，其包含：(a)硅酸盐(例如上文所述)；(b)磷酸盐(例如上文所述)；以及(c)金属硫酸盐，例如硫酸钡。还提供固化涂料，热控制涂料、热控制颜料，以及制备经涂布衬底的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热控制涂料
本专利技术涉及适用作用于被动制冷应用的热控制涂料的可固化涂料组合物和固化涂料。此类应用的实例包括陆地应用的电子器件和辐射器，以及星载系统，包括航天器、卫星和其组件。
技术介绍
航天器在其服务期间遭遇多种热环境。举例来说，在使用时，航天器的一侧背向太阳，而另一侧朝向太阳。需要热控制，因为热是进入太空的辐射，其使航天器冷却，但航天器同时可以在阳光直射时剧烈加热。因此一般使用主动和被动温度控制技术来维持航天器的内部温度在可接受的操作界限内，航天器一般含有人或灵敏工具。主动温度控制可涉及机械或电气装置，例如电加热器和/或冷却器。相比之下，被动温度控制是不涉及机械或电气装置的技术，但包括热控制涂料或结构设计。一种已知被动温度控制技术包括在航天器的外表面上使用表面涂料，通常称为热控制涂料或热控制颜料。热控制涂料可以定义为热光学特性可以设计成在经受已知太阳通量或其它辐射源时实现所要表面温度的表面。举例来说，白色热控制颜料具有低太阳能吸收率，而黑色颜料具有高太阳能吸收率。此类颜料选择性应用于航天器外部的多个元件大大帮助控制其温度。一般认为热控制涂料表面的温度取决于涂料光学吸收比热辐射率的比率，这自然地受涂料的材料极大影响。普遍接受的是适用于涂布航天器的热控制涂料所需的生命起源(Beginningoflife；BOL)光学特性为吸光度(也称为太阳能吸收率或太阳能吸收比)(αs)不超过0.20，意思是入射到航天器外表面上小于20％的太阳辐射允许吸收到内部；且热发射率(εN)不低于0.80，意思是至少80％产生的内部热被发射到寒冷真空中。除了被动温度控制之外，应用于航天器表面的涂料需要耗散可能沿着航天器外表面产生的静电电荷(即能够静电消散,ESD)。另外，静电电荷可能积聚并且引起电弧，并且可能对航天器上或航天器中的灵敏电子装备产生破坏或干扰。为了耗散静电电荷，涂料必须具有至少一些导电性。普遍接受的是需要能够静电消散(ESD)的涂料的体积和表面电阻率分别小于约109Ωm和109Ω/sq。除了热控制和ESD之外，适用于航天器和航天器组件上的涂料应展现针对航天器应用的额外特征。举例来说，涂料在太空环境中长期服务期间应稳定，包括幸免于微流星体撞击和高水平辐射曝光的能力。涂料应中等坚韧并且柔韧使得其由于机械或热应力产生折曲时不破裂和剥落。已知许多用于航天器用途的白色静电耗散涂料。最众所周知的涂料中的一种是Z-93，其由伊利诺斯州60616芝加哥10西35大街伊利诺理工大学研究所(IllinoisInstituteofTechnologyResearchInstitute(IITRI),10West35thStreetChicago,IL60616)开发。Z-93为包含41.52％氧化锌(ZnO)、32.05％硅酸钾和26.43％去离子水的白色颜料。这一颜料在1964之前开发并且已用作稳定白色热控制涂料调配物。光学特性αs＝0.18±0.03和εN＝0.9±0.05(G.R.斯莫尔卡(G.R.Smolak)和N.J史蒂文斯(N.JStevens).用于SERT2热控制系统中的Z-93白色颜料的飞行效能的报告(ReportontheflightperformanceoftheZ-93whitepaintusedintheSERT2thermalcontrolsystem).技术报告(Technicalreport),国家航空和宇宙航行局(NationalAeronauticsandSpaceAdministration)(NASA),1971)使其适于涂布航天器。尽管Z-93在过去已广泛用于涂布航天器，但Z-93并非没有缺点。举例来说，Z-93已报导为多孔性、热变色性且具有次优静电消散。Z-93涂料的孔隙率由威廉F.卡罗尔(WilliamF.Carroll)在关于航天器发展的1964内部NASA会议期间论述(威廉F.卡罗尔.涂料发展和环境作用(Coatingdevelopmentandenvironmentaleffects).关于航天器涂料发展的NASA会议论文集(NASAConferenceProceedingsonSpacecraftCoatingDevelopments),第1-9页,1964年5月)，其中关于Z-93他阐述了“ZnO-硅酸钾涂料是已开发的最稳定调配物，但像全部非玻璃体无机涂料一样，具有限制其用途的不利物理性质。涂料是多孔性的并且因此容易受污染而且难以重新清洁。因此，用途应限于表面容易免于污染的应用或当最大稳定性的要求证明防止污染的极端防护措施是合理的应用”。Z-93的热变色性质也深受好评，意味着在超过约300℃的高温下，Z-93的颜色从白色变成黄色，就像全部基于氧化锌的表面处理的情况一样。此类涂料的热变色性可能不利，因为当暴露于高温时将观测到αs立即提高，这是不合意的。另外，使用中的温度波动将导致αs的进一步不稳定性。另外，Z-93的电阻率(ESD)已报导为9.26×1015到3.65×1016Ωm(参看例如戴斯彭德(Deshpande)和原田(Harada).可定制导电热控制材料系统的开发(DevelopmentofTailorableElectricallyConductiveThermalControlMaterialSystems),国家航空和宇宙航行局(NASA),1998年6月的第2-14页)，其大于所要最大值109Ωm。总体来说，尽管Z-93已相当成功地用作航天器上的白色热控制涂料，但其具有缺点。还存在Z-93的变化形式，例如AZ技术(AZTechnology)开发的白色热控制颜料AZ-93。AZ技术网站www.aztechnology.com上提供的AZ-93的产品描述指示与上文所述的Z-93类似，太阳能吸收率和热辐射率同样使AZ-93颜料适于涂布航天器(αs＝0.15±0.01@≥5mil(127微米)厚度；εN＝0.91±0.02)。然而，AZ-93涂料的缺点与上文针对Z-93所述的缺点相同，即多孔性、热变色性以及次优ESD。因此，本专利技术的实施例的目标在于克服或缓解与常规涂料(例如Z-93或AZ-93)有关的一个或多个缺点。本专利技术的实施例的另一目标为提供一种涂料，尤其白色热控制涂料，其在太空环境中可操作和稳定。本专利技术的实施例的另一目标为提供白色热控制涂料，其在约100μm厚度下的吸光度(αs)不超过0.20且在高达500℃的温度下的热辐射率(εN)不低于0.80，其也能够静电消散，与常规涂料相比多孔性较低，并且在高达或甚至高于500℃的温度下非热变色。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种可固化涂料组合物，其包含：(a)硅酸盐；(b)磷酸钙；以及(c)金属氧化物。任选地，可固化涂料组合物包含：-约30重量％到约90重量％硅酸盐；-约2重量％到约60重量％磷酸钙；以及-约2重量％到约60重量％金属氧化物；重量百分比为按总可固化涂料组合物计的重量百分比。任选地，硅酸盐包含金属硅酸盐。适合金属硅酸盐包括(但不限于)碱金属硅酸盐。硅酸盐任选地包含碱金属硅酸盐，进一步任选地选自硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂或其组合的碱金属硅酸盐。硅酸盐任选地存在量按可固化涂料组合物的重量计为约40本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可固化涂料组合物，其包含：(a)硅酸盐；(b)磷酸钙；以及(c)金属氧化物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.07 GB 1412058.81.一种可固化涂料组合物，其包含：(a)硅酸盐；(b)磷酸钙；以及(c)金属氧化物。2.根据权利要求1所述的可固化涂料组合物，其包含：约30重量％到约90重量％所述硅酸盐；约2重量％到约60重量％所述磷酸钙；以及约2重量％到约60重量％所述金属氧化物；所述重量百分比为按所述总可固化涂料组合物计的重量百分比。3.根据权利要求1或权利要求2所述的可固化涂料组合物，其中所述磷酸钙包含磷酸三钙、磷酸四钙、羟基磷灰石或其衍生物，或其组合。4.根据权利要求3所述的可固化涂料组合物，其中所述磷酸钙为选自α-磷酸三钙(α-TCP)和β-磷酸三钙(β-TCP)或其组合的磷酸三钙。5.根据权利要求4所述的可固化涂料组合物，其中所述磷酸钙为β-TCP。6.根据权利要求2到5中任一项所述的可固化涂料组合物，其中所述磷酸钙的存在量按所述可固化涂料组合物的重量计为约5％到约40％，任选地约8％到约20％，进一步任选地约10％到约15％，甚至进一步任选地约10％到约12.5％，甚至进一步任选地约10％或约11％或约12％或约12.5％。7.根据前述权利要求中任一项所述的可固化涂料组合物，其中所述磷酸钙的粒径处于约0.1×10-6m到约5×10-6m范围内。8.根据权利要求7所述的可固化涂料组合物，其中所述磷酸钙的粒径处于约0.1×10-6m到约1.0×10-6m范围内。9.根据权利要求8所述的可固化涂料组合物，其中所述磷酸钙的粒径处于约0.2×10-6m到约0.5×10-6m范围内。10.根据前述权利要求中任一项所述的可固化涂料组合物，其中所述金属氧化物包含氧化镁、氧化铝(III)、氧化钪(III)、氧化钇(III)或氧化锆。11.根据权利要求10所述的可固化涂料组合物，其中所述金属氧化物包含氧化钪(III)、氧化钇(III)或氧化锆。12.根据权利要求11所述的可固化涂料组合物，其中所述金属氧化物包含氧化钪(III)或氧化钇(III)。13.根据权利要求12所述的可固化涂料组合物，其中所述金属氧化物包含氧化钇(III)。14.根据权利要求1到9中任一项所述的可固化涂料组合物，其中所述金属氧化物包含氧化锌ZnO。15.根据权利要求2到14中任一项所述的可固化涂料组合物，其中所述金属氧化物的存在量按所述可固化涂料组合物的重量计为约10％到约50％，任选地约20％到约40％，进一步任选地约25％到约40％，甚至进一步任选地约30％到约40％，甚至进一步任选地约30％到约37.5％，甚至进一步任选地约30％或约31％或约32％或约33％或约34％或约35％或约36％或约37％或约37.5％。16.根据前述权利要求中任一项所述的可固化涂料组合物，其中所述金属氧化物的粒径处于约0.1×10-6m到约5×10-6m范围内。17.根据前述权利要求中任一项所述的可固化涂料组合物，其中所述硅酸盐包含碱金属硅酸盐。18.根据权利要求17所述的可固化涂料组合物，其中所述硅酸盐包含选自硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂或其组合的碱金属硅酸盐。19.根据权利要求2到18中任一项所述的可固化涂料组合物，其中所述硅酸盐的存在量按所述可固化涂料组合物的重量计为约40％到约80％，任选地约40％到约70％，进一步任选地约50％到约60％，进一步任选地约50％或约51％或约52％或约53％或约54％或约55％或约56％或约57％或约58％或约59％或约60％。20.一种可固化涂料组合物，其包含：(a)硅酸盐；(b)磷酸盐；以及(c)金属氧化物。21.根据权利要求20所述的可固化涂料组合物，其中所述磷酸盐包含碱金属磷酸盐。22.根据权利要求21所述的可固化涂料组合物，其中所述磷酸盐包含磷酸镁或磷酸钠。23.根据权利要求20到22中任一项所述的可固化涂料组合物，其中所述磷酸盐的存在量按所述可固化涂料组合物的重量计为约5％到约40％，任选地约8％到约20％，进一步任选地约10％到约15％，甚至进一步任选地约10％到约12.5％，甚至进一步任选地约10％或约11％或约12％或约12.5％。24.根据权利要求20到23中任一项所述的可固化涂料组合物，其中所述磷酸盐的粒径处于约0.1×10-6m到约5×10-6m范围内。25.根据权利要求24所述的可固化涂料组合物，其中所述磷酸盐的粒径处于约0.1×10-6m到约1.0×10-6m范围内。26.根据权利要求25所述的可固化涂料组合物，其中所述磷酸钙的粒径处于约0.2×10-6m到约0.5×10-6m范围内。27.根据权利要求20到26中任一项所述的可固化涂料组合物，其中所述金属氧化物包含氧化镁、氧化铝(III)、氧化钪(III)、氧化钇(III)或氧化锆。28.根据权利要求20到26中任一项所述的可固化涂料组合物，其中所述金属氧化物包含氧化锌ZnO。29.一种可固化涂料组合物，其包含：(a)硅酸盐；(b)磷酸钙；以及(c)金属硫酸盐。30.根据权利要求29所述的可固化涂料组合物，其包含：约30重量％到约90重量％所述硅酸盐；约2重量％到约60重量％所述磷酸钙；以及约2重量％到约60重量％所述金属硫酸盐；所述重量百分比为按所述总可固化涂料组合物计的重量百分比。31.根据权利要求29或权利要求30所述的可固化涂料组合物，其中所述金属硫酸盐包含硫酸钡。32.根据权利要求29到31中任一项所述的可固化涂料组合物，其中所述金属硫酸盐的存在量按所述可固化涂料组合物的重量计为约10％到约50％，任选地约20％到约40％，进一步任选地约25％到约40％，甚至进一步任选地约30％到约40％，甚至进一步任选地约30％到约37.5％，甚至进一步任选地约30％或约31％或约32％或约33％或约34％或约35％或约36％或约37％或约37.5％。33.根据权利要求29到32中任一项所述的可固化涂料组合物，其中所述金属硫酸盐的粒径在约0.1×10-6m到约5×10-6m范围内。34.根据前述权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·A·J·多尔蒂，巴里·图米，肯尼思·斯坦顿，
申请(专利权)人：爱尔兰国立大学都柏林大学学院，
类型：发明
国别省市：爱尔兰,IE