[发明专利]一种具有紫外光屏蔽、可见光增透性能的耐原子氧涂层及其制备方法

说明书

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种具有紫外光屏蔽、可见光增透性能的耐原子氧涂层及其制备方法。本发明提供的紫外光屏蔽、可见光增透的耐原子氧涂层包含紫外屏蔽层和表层的原子氧阻隔层，虽然是两层结构，但是都是基于聚硅氮烷制备的，可两次涂覆、一次固化；也可以是两次涂覆、两次固化。所述紫外屏蔽层是含钛或含锌或含铈的氧化硅，表现出良好的阻挡紫外线的性能。表层的原子氧阻隔层是含硅氧化物材质，硬度高、透明性好，可有效的保护基材免受原子氧的侵蚀。同时由于两层涂层结构折射率的匹配，表现出良好的可见光增透性能。

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种具有紫外光屏蔽、可见光增透性能的耐原子氧涂层及其制备方法。

背景技术

随着长寿命、轻量化、大型化航天器的快速发展，薄膜材料作为负载面的空间可展开结构日益受到关注，例如太阳能电池阵、遮阳板、薄膜相机等。薄膜材料为聚合物和聚合物基复合材料，近地轨道中能量接近于5eV原子氧足以引起高分子断裂并形成低分子挥发物，造成材料的剥蚀，改变薄膜材料的折射率，影响其透光性。这对于太阳能电池阵来说是致命的，透过率的下降会显著降低光电转化效率，使其不能正常工作。此外，空间环境下，强烈的紫外线会引起聚合物表面的交联或降解，造成机械性能的退化和光学透过率的明显下降。而在高真空环境下，降解的小分子的溢出会造成光学表面的污染。原子氧和紫外的协同作用加速了薄膜材料的退化，因此，光学级别的空间应用对薄膜的防护材料提出了更高的要求，透明、具有紫外屏蔽、耐原子氧性能的防护层才能满足应用需求。

无机镀层如SiO₂、TiO₂、Al₂O₃，结构稳定，是最为可靠的防护层。目前受其制备方法的影响，在大面积薄膜上制备致密的镀层较为困难。另外，在柔性基材上制备透明、具有紫外屏蔽、耐原子氧性能的防护层未见报道。

发明内容

为了改善上述问题，本发明提供一种具有紫外屏蔽、可见光增透性能的耐原子氧涂层及其制备方法，所述涂层包括紫外屏蔽层和原子氧阻隔层，所述紫外屏蔽层表现出良好的阻挡紫外线的性能。所述原子氧阻隔层具有硬度高、透明性好，可有效的保护基材免受原子氧的侵蚀。同时由于两层涂层结构折射率的匹配，表现出良好的可见光增透性能。两层涂层结构在原子氧阻隔方面还具有协同作用。本发明提供的方法制备过程简单，条件温和，特别适用于聚合物薄膜基材表面的涂覆。

本发明提供如下技术方案：

一种具有紫外屏蔽、可见光增透性能的耐原子氧涂层，所述涂层包括紫外屏蔽层和原子氧阻隔层；

所述的紫外屏蔽层的材质包括硅氧化物，和钛氧化物、锌氧化物和铈氧化物中的一种或多种，所述的原子氧阻隔层的材质包括硅氧化物。

根据本发明，所述硅氧化物选自氧化硅；所述钛氧化物选自氧化钛；所述铈氧化物选自氧化铈；所述锌氧化物选自氧化锌。

根据本发明，所述紫外屏蔽层是通过同时包含Ti和Si的前驱体制备的，得到的涂层中氧化硅和氧化钛都是以SiOx和TiOx的形式存在，并且含有Si-O-Ti键。

根据本发明，制备所述紫外屏蔽层的原料包括聚硅氮烷和任选地无机填料，所述无机填料选自纳米二氧化钛、纳米氧化锌和纳米氧化铈中的一种或多种。

根据本发明，制备所述原子氧阻隔层的原料包括全氢聚硅氮烷。

根据本发明，所述的紫外屏蔽层的厚度为0.01-100μm，优选为0.1-50μm，所述的原子氧阻隔层的厚度为0.01-10μm，优选为0.1-2μm。

根据本发明，所述紫外屏蔽层涂覆在基材表面，所述原子氧阻隔层涂覆在紫外屏蔽层表面。

根据本发明，所述的紫外屏蔽层在基材上的附着力至少为1级(测试标准参见GB/9286-1998)。