CN101358046B - 一种含氧化硅纳米涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含氧化硅纳米涂料及其制备方法和应用。该涂料由下列组分按重量比制备而成：5-20％的硅醇盐、70-90％的溶剂、0.5-2％的碱性催化剂、0.01-1％的添加剂。其制备方法包括如下步骤：1)将溶剂均分为两份，取其中一份与碱性催化剂混合搅拌得溶液A；2)取另一份溶剂与硅醇盐混合搅拌得溶液B；3)将溶液A加入溶液B中，混合搅拌得溶液C；4)将添加剂加入溶液C，混合搅拌得溶液D；5)将溶液D静置进行陈化；6)将陈化后的溶液D加热回流；7)当溶液D减少至60-70％重量比时，停止加热，自然冷却。采用本发明对低铁玻璃表面进行处理，其固化伴随低铁玻璃的强化过程来完成，形成的含氧化硅纳米涂层附着牢固，耐老化，可提高低铁玻璃的光线透过率5％以上。

Description

一种含氧化硅纳米涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种在低铁玻璃表面具有附着牢固、耐老化的含氧化硅纳米涂层及其制备方法和应用，该涂层的固化伴随玻璃高温强化过程一起完成，可以提高低铁玻璃的光线透过率。

背景技术

目前太阳能电池组件普遍采用低铁玻璃(玻璃铁含量0.1％以下)，当太阳光直射于低铁玻璃表面时，会产生4％的反射光损失。这一损失降低了太阳能电池组件转换效率。因此，减少反射，即增加低铁玻璃的太阳光透过率可以有效的提高太阳能电池组件的转换效率。

目前减少低铁玻璃太阳光反射的方法有以下几种：

1.利用真空镀膜或溅射方法，将两层或多层高低折射率材料按照设定的膜层厚度在玻璃表面镀膜，形成减反射膜系(如美国专利US5582859)。该方法仅适用于可见光范围的光线减反射。在红外线光谱范围的光线反射甚至大于未涂层的低铁玻璃。而且多层膜系制备过程中影响因素多，工艺复杂，制作成本高。

2.在玻璃表面用化学蚀刻制备折射率渐变的纳米多孔结构(如美国专利US4019884)。该方法的蚀刻浓度、蚀刻时间、温度及试剂的使用都难以控制，不利于大面积生产。

3.利用溶胶凝胶法制备单层含氧化硅纳米涂层，如专利申请号02140488.7的专利中，描述了以正硅酸乙酯为前驱体制备碱性溶胶，在玻璃表面涂敷获得宽谱带减反膜的方法，但该专利所得的涂层不具有适合太阳能电池组件用的涂层耐磨性。

发明内容

本发明的目的是在低铁玻璃表面制备一种附着牢固，耐老化的含氧化硅纳米涂层，可以提高低铁玻璃的在整个太阳能光谱范围的光线透过率。且制备的方法简单，成本低，适合于太阳能电池组件玻璃。

本发明所述含氧化硅纳米涂由下列组分按重量比制备而成：

5-20％的硅醇盐、70-90％的溶剂、0.5-2％的碱性催化剂、0.01-1％的添加剂。

上述硅醇盐选自硅的乙醇盐、丙醇盐或丁醇盐，优选硅的乙醇盐。

上述溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇或丁醇。

上述碱性催化剂主要起着催化醇盐的水解产物缩聚的作用，选自氨水、氢氧化钠或氢氧化铵，优选氨水，其用量高于2％时会过分促进缩聚反应，用量低于0.5％则使缩聚反应不充分

上述添加剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸。

本发明所述含氧化硅纳米涂料的制备方法包括如下步骤：

1)将溶剂均分为两份，取其中的一份与碱性催化剂混合搅拌2-4个小时，获得混合溶液A；

2)取另一份溶剂与硅醇盐混合搅拌2-4小时，获得混合溶液B；

3)将混合溶液A加入混合溶液B中，混合搅拌4-6小时，获得混合溶液C；

4)将添加剂加入混合溶液C，混合搅拌2小时，获得混合溶液D；

5)将混合溶液D静置在稳定的环境下进行陈化，时间为：3-5天；

6)陈化后的混合溶液D放入加热回流反应釜中，加入分子筛，然后加热回流；

7)以100％重量比回流前混合溶液D计，当混合溶液D减少至60-70％重量比时，停止加热，待自然冷却后，即得目标产品。

上述步骤5)静置陈化的环境温度为20℃，相对湿度为20％。

上述步骤6)采用洁净的沸石分子筛，加热温度在80℃～85℃之间。

在制备过程中环境要求干净清洁，相对湿度小于60％。

采用本发明所述含氧化硅纳米涂料对低铁玻璃表面进行处理的方法是：将清洗后的低铁玻璃浸泡入含氧化硅纳米涂料中0.5-2分钟，将低铁玻璃从镀膜槽中匀速提拉出液面，将低铁玻璃放入钢化炉伴随玻璃强化过程来固化涂层。前述玻璃强化工艺为玻璃加工行业的公知技术，在此不再赘述。

有关处理过程的详细工艺步骤如下：

1、涂敷低铁玻璃表面。

将涂层溶液涂敷到低铁玻璃表面的方法可以是浸涂法、喷涂法、旋涂法。优选为浸涂法。浸涂法的设备为常见的提拉镀膜机。具体步骤为：

1)清洗玻璃：

清洁干净低铁玻璃表面，清洁方法优选酸洗、碱洗、纯水洗。清洁后，将干净的低铁玻璃放入提拉镀膜机的夹具中。

2)浸泡：

将低铁玻璃浸泡入镀膜槽中。镀膜槽中为制备好的涂层溶液。浸泡时间为0.5-2分钟。

3)提拉：

将低铁玻璃从镀膜槽中匀速提拉出液面。提拉速度为70-1000mm/min，优选提拉速度为100-400mm/min。

4)预干燥：

刚涂敷好的低铁玻璃在室温下干燥30-240分钟。

2、涂层的固化。

将预干燥后的低铁玻璃放入钢化炉中强化，使涂层致密化。强化处理过程与普通未涂层低铁玻璃一样。最终获得涂层附着牢固、耐老化的低铁玻璃。用分光光度计测量，该涂层可以在光谱范围380nm-2100nm提高低铁玻璃的光线透过率5％以上。

本发明的优点：

1、本发明制备的在低铁玻璃表面的含氧化硅纳米涂层，可以在可见和近红外光谱范围内提高低铁玻璃的光线透过率5％以上。

2、本发明制备的在低铁玻璃表面的含氧化硅纳米涂层，不需要另外加热到500℃高温来固化。它的固化伴随低铁玻璃的强化过程来完成，节省了单独高温固化的时间和成本。

3、本发明制备的在低铁玻璃表面的含氧化硅纳米涂层，附着牢固，耐老化。使用寿命可达到25年以上不脱落。

采用本发明对低铁玻璃进行处理后主要应用太阳能电池组件中。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步描述。

实施例1：

将0.3千克氨水与12升甲醇混合搅拌2小时，获得混合溶液A；将2千克分析纯正硅酸乙酯与12升甲醇混合搅拌2小时，获得混合溶液B；将混合溶液A加入混合溶液B中，混合搅拌4小时，获得混合溶液C；将0.05千克聚乙二醇加入混合溶液C，混合搅拌2小时，获得混合溶液D；将混合溶液D静置在稳定的环境下(20℃，相对湿度20％)进行陈化，时间为96小时；在陈化后的混合溶液D放入50升的加热回流反应釜中，加入0.1千克洁净的分子筛，然后加热回流。加热温度在80℃～85℃之间。观察反应釜的液位计，当混合溶液D减少至20升，停止加热，待自然冷却后，最终获得涂层溶液。

将10升涂层溶液倒入镀膜槽中。将1片300mm(长)*200mm(宽)*3.2mm(厚)清洗干净的低铁玻璃放入提拉镀膜机的夹具中。将低铁玻璃浸泡入镀膜槽中，浸泡2分钟。以100mm/min的速度将低铁玻璃从镀膜槽中匀速提拉出液面。刚涂敷好的低铁玻璃在室温下干燥30分钟。

预干燥后的低铁玻璃，放入钢化炉中强化，强化处理过程与普通未涂层低铁玻璃一样。最终获得涂层附着牢固、耐老化的低铁玻璃。用分光光度计测量，在光谱范围380nm-2100nm内，3.2mm厚未涂层普通低铁玻璃的光线透过率为90.5％，3.2mm涂层后低铁玻璃的光线透过率为95.5％。

实施例2：

将3千克氨水与100升乙醇混合搅拌2小时，获得混合溶液A；将21千克分析纯正硅酸乙酯与100升乙醇混合搅拌2小时，获得混合溶液B；将混合溶液A加入混合溶液B中，混合搅拌4小时，获得混合溶液C；将1千克甲基丙烯酸甲酯加入混合溶液C，混合搅拌2小时，获得混合溶液D；将混合溶液D静置在稳定的环境下(20℃，相对湿度20％)进行陈化，时间为120小时；在陈化后的混合溶液D放入300升的加热回流反应釜中，加入1千克洁净的分子筛，然后加热回流。加热温度在80℃～85℃之间。观察反应釜的液位计，当混合溶液D减少至160升，停止加热，待自然冷却后，最终获得涂层溶液。

将100升涂层溶液倒入镀膜槽中。将1片1574mm(长)*802mm(宽)*3.2mm(厚)清洗干净的低铁玻璃放入提拉镀膜机的夹具中。将低铁玻璃浸泡入镀膜槽中，浸泡2分钟。以200mm/min的速度将低铁玻璃从镀膜槽中匀速提拉出液面。刚涂敷好的低铁玻璃在室温下干燥60分钟。

预干燥后的低铁玻璃，放入钢化炉中强化，强化处理过程与普通未涂层低铁玻璃一样。最终获得涂层附着牢固、耐老化的低铁玻璃。用分光光度计测量，在光谱范围380nm-2100nm内，3.2mm厚未涂层普通低铁玻璃的光线透过率为90.5％，3.2mm涂层后低铁玻璃的光线透过率为95.9％。

实施例3：

将15千克氨水与1250升乙醇混合搅拌2小时，获得混合溶液A；将200千克分析纯正硅酸乙酯与1250升乙醇混合搅拌2小时，获得混合溶液B；将混合溶液A加入混合溶液B中，混合搅拌4小时，获得混合溶液C；将5千克聚乙烯醇加入混合溶液C，混合搅拌2小时，获得混合溶液D；将混合溶液D静置在稳定

的环境下(20℃，相对湿度20％)进行陈化，时间为72小时；在陈化后的混合溶液D放入3500升的加热回流反应釜中，加入10千克洁净的分子筛，然后加热回流。加热温度在80℃～85℃之间。观察反应釜的液位计，当混合溶液D减少至2000升，停止加热，待自然冷却后，最终获得涂层溶液。

将2000升涂层溶液倒入镀膜槽中。将17片1574mm(长)*802mm(宽)*3.2mm(厚)清洗干净的低铁玻璃依次放入提拉镀膜机的夹具中。将低铁玻璃浸泡入镀膜槽中，浸泡2分钟。以400mm/min的速度将低铁玻璃从镀膜槽中匀速提拉出液面。刚涂敷好的低铁玻璃在室温下干燥30分钟。

预干燥后的低铁玻璃，放入钢化炉中强化，强化处理过程与普通未涂层低铁玻璃一样。最终获得涂层附着牢固、耐老化的低铁玻璃。用分光光度计测量，在光谱范围380nm-2100nm内，3.2mm厚未涂层普通低铁玻璃的光线透过率为90.5％，3.2mm涂层后低铁玻璃的光线透过率为96.0％。

Claims (8)

1.一种含氧化硅纳米涂料的应用方法，其特征在于清洗后的低铁玻璃浸泡入含氧化硅纳米涂料中，将低铁玻璃从镀膜槽中匀速提拉出液面，将低铁玻璃放入钢化炉伴随玻璃强化过程来固化涂层，

所述含氧化硅纳米涂料由下列组分按重量比制备而成：

5-20％的硅醇盐、70-90％的溶剂、0.5-2％的碱性催化剂、0.01-1％的添加剂；

其中硅醇盐选自硅的乙醇盐、丙醇盐或丁醇盐，溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇或丁醇，碱性催化剂选自氨水、氢氧化钠或氢氧化铵，添加剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸，

所述含氧化硅纳米涂料的制备方法包括如下步骤：

1)将溶剂均分为两份，取其中的一份与碱性催化剂混合搅拌2-4个小时，获得混合溶液A；

2)取另一份溶剂与硅醇盐混合搅拌2-4小时，获得混合溶液B；

3)将混合溶液A加入混合溶液B中，混合搅拌4-6小时，获得混合溶液C；

4)将添加剂加入混合溶液C，混合搅拌2-4小时，获得混合溶液D；

5)将混合溶液D静置进行陈化，时间为：3-5天；

6)陈化后的混合溶液D放入加热回流反应釜中，加入分子筛，然后加热回流；

7)以100％重量比回流前混合溶液D计，当混合溶液D减少至60-70％重量比时，停止加热，待自然冷却后，即得含氧化硅纳米涂料。

2.如权利要求1所述含氧化硅纳米涂料的应用方法，其特征在于所述硅醇盐为硅的乙醇盐。

3.如权利要求1所述含氧化硅纳米涂料的应用方法，其特征在于所述碱性催化剂为氨水。

4.如权利要求1所述含氧化硅纳米涂料的应用方法，其特征在于步骤5)静置陈化的环境温度为20℃，相对湿度为20％。

5.如权利要求1所述所述含氧化硅纳米涂料的应用方法，其特征在于步骤6)采用洁净的沸石分子筛，加热温度在80℃～85℃之间。

6.如权利要求1-5中任一项所述含氧化硅纳米涂料的应用方法，其特征在于低铁玻璃的浸泡时间为0.5-2分钟。

7.如权利要求1-5中任一项所述含氧化硅纳米涂料的应用方法，其特征在于将低铁玻璃从镀膜槽中匀速提拉出液面的速度为70-1000mm/min。

8.如权利要求1-5中任一项所述含氧化硅纳米涂料的应用方法，其特征在于将低铁玻璃从镀膜槽中匀速提拉出液面的速度为100-400mm/min。