一种自清洁减反射涂料、涂层及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自清洁减反射涂料、涂层及制备方法。该涂料包含纳米MgF2、纳米TiO2以及硅氧烷改性环氧树脂；所述硅氧烷改性环氧树脂是由双酚A环氧树脂与异氰基丙基三乙氧基硅烷通过加成反应制备得到。该涂料可形成自清洁减反射涂层，涂覆有该涂层的玻璃在380

【技术实现步骤摘要】
一种自清洁减反射涂料、涂层及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种涂料，具体涉及一种自清洁减反射涂料及涂层，还涉及制备方法，属于涂料材料领域。

技术介绍

[0002]由于传统化石能源存在诸多制约，太阳能被认为是最有希望取代传统化石能源的清洁能源之一。光伏太阳电池既可以转换太阳的直接辐射能，也能以相同的转换效率利用漫射的太阳光能，近年来在商业及学术研究方面得到了广泛关注和快速发展。通过制备减反射膜可有效地降低面板表面太阳光线反射，从而使得太阳光线更有效地进入太阳能发电系统，因此减反射膜在提高太阳能发电系统的发电效率上发挥重要作用。然而，由于光伏太阳电池的使用环境复杂，作为光伏组件最外层的减反射膜往往需要经受雨、雪、日晒、环境污染物以及干旱沙漠地区的沙尘等，复杂恶劣的户外环境对减反射膜在光伏太阳电池中应用提出了考验。单一减反功能已经无法满足光伏太阳电池在户外的长期使用要求，针对不同的使用环境，赋予减反射膜进行诸如防潮、自清洁、防雾、防结冰以及防尘抗污等多功能的性能，成为目前减反射膜研究领域的一大热点。
[0003]透明材料表面能高，会导致材料孔隙被周围有机污染物迅速填充，从而降低面板的透光率和电池功率输出。因此，例行主动的清洁和维护是保证系统性能所必需的。光催化自清洁涂层不完全依赖于人工等清洁和维护，通过光催化分解有机污染物。此外，涂层的亲水性使水形成极薄的液膜，浸润和瓦解面板表面附着的污染物，在雨水冲刷下自行分离。因此，具有光催化活性和亲水性自清洁涂层的作用，对于最大程度利用太阳能具有重要的意义。
专利
技术实现思路

[0004]针对现有技术中自清洁减反射涂层制备工艺复杂以及自清洁性能无法持续等缺陷，本专利技术的第一个目的是在于提供一种自清洁减反射涂料。该涂料具有较好的自清洁和减反射性能。
[0005]本专利技术第二个目的在于提供一种自清洁减反射涂料的制备方法。该方法简单，成本低，适合工业规模化生产。
[0006]本专利技术第三个目的在于提供一种自清洁减反射涂层。涂覆有该涂层的玻璃在380～1100nm波长范围内具有优异的透光率和良好的耐候性，同时还具有良好的光催化自清洁活性和全向宽带抗反射性能。
[0007]本专利技术第四个目的在于提供一种自清洁减反射涂层的制备方法。
[0008]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种自清洁减反射涂料，其包含纳米MgF2、纳米TiO2以及硅氧烷改性环氧树脂；所述硅氧烷改性环氧树脂是由双酚A环氧树脂与异氰基丙基三乙氧基硅烷通过加成反应制备得到。
[0009]本专利技术中的氟化镁(MgF2)材料具有低折射率、大能带隙和低光学损耗等优点；二
氧化钛材料具有光催化活性，达到自清洁的效果，基于两个材料所形成的涂层折射率不同，可以使涂层达到渐变折射的效果。同时，本专利技术中的硅氧烷改性环氧树脂是由双酚A环氧树脂与异氰基丙基三乙氧基硅烷通过羟基与异氰基加成反应制备得到，其几乎不受酸、碱或有机溶剂的影响，具有良好的耐化学药品性和耐腐蚀性，同时具有良好的机械强度。由于硅氧烷改性环氧树脂分子之间的高粘着性，环氧树脂易成膜，形成的薄膜无色透明。硅氧烷改性环氧树脂一方面能够提高二氧化硅、氟化镁纳米粒子之间的相容性，防止团聚，有助于成膜。另一方面，硅氧烷改性环氧树脂在退火温度下体积收缩，增大了二氧化硅、氟化镁纳米膜层之间的孔隙率，从而进一步降低了涂层折射率。此外，硅氧烷改性环氧树脂还能提高硅氧烷与基板之间发生化学键合，提高树脂与基板的附着力，提高涂层的使用寿命。
[0010]作为一个优选的方案，所述纳米MgF2与纳米TiO2以及硅氧烷改性环氧树脂的质量比为0.6～1.6:0.2～1.4:1。
[0011]氟化镁(MgF2)材料具有低折射率、低光学损耗等优点，氟化镁含量过高，纳米粒子之间的相容性变差，影响涂层成膜性和透光率；氟化镁含量过低会使得涂层透光率低。纳米二氧化钛具有光催化活性，可达到自清洁的效果，二氧化钛含量过高，纳米粒子之间的相容性变差，影响涂层成膜性和透光率；二氧化钛含量过低，降低自清洁效果，污染物会沉积在膜层表面，造成透光率下降。硅氧烷改性环氧树脂能提高纳米粒子之间的相容性，有效防止团聚，硅氧烷改性环氧树脂含量过高，由于环氧树脂折射率较大，降低了涂层透光率；硅氧烷改性环氧树脂含量过低，纳米粒子容易发生团聚，影响涂层透光率。
[0012]本专利技术还提供了一种自清洁减反射涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]1)将氯化镁与正丙醇混合后加入酸溶液进行溶剂热Ⅰ反应，得到MgF2纳米颗粒；
[0014]2)将钛酸四异丙酯与异丙醇混合后依次加入乙二醇和硝酸溶液进行溶剂热反应Ⅱ，得到TiO2纳米颗粒；
[0015]3)将双酚A环氧树脂、四氢呋喃和三乙胺混合后滴加异氰基丙基三乙氧基硅烷进行加成反应，得到硅氧烷改性环氧树脂；
[0016]4)将MgF2纳米颗粒分散于水中，再加入非离子表面活性剂，得到减反射涂料溶液；将TiO2纳米颗粒分散于水中，再加入非离子表面活性剂，得到自清洁涂料溶液；将所述减反射涂料溶液和自清洁涂料溶液混合，得到MgF2‑
TiO2溶胶，向所述MgF2‑
TiO2溶胶中加入硅氧烷改性环氧树脂，即得。
[0017]作为一个优选的方案，步骤1)中，所述酸溶液为氢氟酸；所述酸溶液的添加量为氟化镁质量的30～50％；所述酸溶液的浓度为0.05～0.2g/mL。其中，由于MgF2在溶液中有缓慢水解的倾向，采用氢氟酸能有效抑制MgF2的水解，防止所生成的MgF2纳米颗粒团聚。
[0018]作为一个优选的方案，所述溶剂热Ⅰ反应的条件为：温度为60～120℃，时间为3～5h。
[0019]步骤2)中，由于钛酸四异丙酯水解反应较快，采用异丙醇作为溶剂能有效控制水解速度，提高溶胶的稳定性。
[0020]作为一个优选的方案，所述乙二醇的添加量为钛酸四异丙酯质量的40～60％。
[0021]作为一个优选的方案，所述硝酸溶液的添加量为钛酸四异丙酯质量的50～70％；所述硝酸溶液的浓度为0.05～0.2g/mL。
[0022]作为一个优选的方案，所述溶剂热反应Ⅱ的条件为：温度为60～120℃，时间为3～
5h。
[0023]作为一个优选的方案，所述三乙胺的添加量为双酚A环氧树脂质量的1～5％。
[0024]作为一个优选的方案，所述异氰基丙基三乙氧基硅烷的添加量为双酚A环氧树脂质量的10～30％。
[0025]作为一个优选的方案，所述加成反应的条件为：温度为室温，时间为4～6h。
[0026]作为一个优选的方案，所述减反射涂料溶液中MgF2纳米颗粒与水以及非离子表面活性剂的质量比为3～8:92.5～97.5:0.1～5。其中，控制MgF2纳米颗粒与表面活性剂的用量在合适的范围有利于提高材料的整体性能，表面活性剂用量太低会使得纳米粒子容易发生团聚，而表面活性剂用量过高则会使纳米粒子成膜性能变差。
[0027]作为一个优选的方案，所述自清洁涂料溶液中T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自清洁减反射涂料，其特征在于：包含纳米MgF2、纳米TiO2以及硅氧烷改性环氧树脂；所述硅氧烷改性环氧树脂是由双酚A环氧树脂与异氰基丙基三乙氧基硅烷通过加成反应制备得到。2.根据权利要求1所述的一种自清洁减反射涂料，其特征在于：所述纳米MgF2与纳米TiO2以及硅氧烷改性环氧树脂的质量比为0.6～1.6:0.2～1.4:1。3.权利要求1或2所述的一种自清洁减反射涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将氯化镁与正丙醇混合后加入酸溶液进行溶剂热Ⅰ反应，得到MgF2纳米颗粒；2)将钛酸四异丙酯与异丙醇混合后依次加入乙二醇和硝酸溶液进行溶剂热反应Ⅱ，得到TiO2纳米颗粒；3)将双酚A环氧树脂、四氢呋喃和三乙胺混合后滴加异氰基丙基三乙氧基硅烷进行加成反应，得到硅氧烷改性环氧树脂；4)将MgF2纳米颗粒分散于水中，再加入非离子表面活性剂，得到减反射涂料溶液；将TiO2纳米颗粒分散于水中，再加入非离子表面活性剂，得到自清洁涂料溶液；将所述减反射涂料溶液和自清洁涂料溶液混合，得到MgF2‑
TiO2溶胶，向所述MgF2‑
TiO2溶胶中加入硅氧烷改性环氧树脂，即得。4.根据权利要求3所述的一种自清洁减反射涂料的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述酸溶液为氢氟酸；所述酸溶液的添加量为氟化镁质量的30～50％；所述酸溶液的浓度为0.05～0.2g/mL；所述溶剂热Ⅰ反应的条件为：温度为60～120℃，时间为3～5h。5.根据权利要求3所述的一种自清洁减反射涂料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：董其宝，符勇，王超香，彭路，叶周，
申请(专利权)人：湖南庆润新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：