CN108300303A - 高透射率疏水防尘的纳米涂层组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纳米涂层材料技术领域，具体地说是一种高透射率疏水防尘的纳米涂层组合物及其制备方法和应用，其特征在于，采用如下重量百分比的原料制备而成：0.01‑16％的含氟硅氧聚醚，0.5‑20％的硅氧烷化合物，0‑20％的二氧化硅颗粒，50‑98％的有机溶剂，0.5‑10％的催化剂，0.4‑4％去离子水。本发明与现有技术相比，不但提供优良的疏水性能，而且具有高透射率，同时依靠形成的硅氧键良好的粘附力，保证了涂层的机械强度与耐久性，且涂层组合物可以应用到太阳能电池板，汽车玻璃与漆面、金属、陶瓷、塑料和玻璃等多种基材表面的疏水防污防尘用，应用面较广。

Description

高透射率疏水防尘的纳米涂层组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及纳米涂层材料技术领域，具体地说是一种高透射率疏水防尘的纳米涂层组合物及其制备方法和应用。
背景技术
中国太阳能发展迅猛，装机容量已居世界前列。但沙尘对太阳能电池板光电转换效率衰减，严重可以达到损失电池效率40％。中国汽车日益普及，根据对汽车消费者的调查分析，多数消费者认为下雨天车窗模糊是最大的安全担忧。同时，由于汽车经常行驶在一些恶劣的环境，所以车用玻璃及车体本身很容易受到沙尘污泥的覆盖以及酸雨的侵蚀。这些不但影响汽车的外观，而且会造成昂贵的修理费用。同样，其他民用领域中，例如家具、建筑物玻璃外墙等也会受到类似问题的困扰。
疏水防尘防污涂层通常被认为是预防以上问题的最佳方式。但现有的一些疏水产品或技术，通常不具备光学高透射率，不适合用于太阳能电池板与玻璃表面，有些需要高温进行固化，或制备工艺复杂，成本昂贵，使其难以推广使用。
因此，市场仍然需要提供一种具有高透射率，防污防尘，疏水性持久、制备工艺简单的疏水涂层组合物。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，将硅氧烷单体与具有疏水性能的含氟硅氧聚醚在催化剂作用下结合，形成稳定的纳米量级颗粒涂层组合物，不但提供优良的疏水性能，而且具有高透射率，同时依靠形成的硅氧键良好的粘附力，保证了涂层的机械强度与耐久性。
为实现上述目的，设计一种高透射率疏水防尘的涂层组合物，其特征在于，采用如下重量百分比的原料制备而成：
0.01-16％的含氟硅氧聚醚，0.5-20％的硅氧烷化合物，0-20％的二氧化硅颗粒，50-98％的有机溶剂，0.5-10％的催化剂，0.4-4％去离子水。
所述的二氧化硅颗粒的粒径范围为5-100nm。
所述的含氟硅聚醚包括符合以下化学通式的含氟聚醚硅氧烷，(C2H5O)3Si-Ra-Rf-Rb-Si(OC2H5)3，
其中，Rf的化学通式为CF2O(CF2CF2O)n(CF2O)mCF2，所述的n和m分别独立为1-20的任意自然数；Ra与Rb均为烷基，所述的a和b分别为5-10中的任一自然数。
所述的硅氧烷化合物为一种或多种。
所述的硅氧烷化合物符合以下化学通式：Rx-Si(OR’)y，其中Rx为烷基，所述的x、y为任一自然数。
所述的有机溶剂为含有两个或三个烷基的醇、酮或酯。
所述的有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮或甲乙酮。
所述的催化剂为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、氨水、柠檬酸或乳酸中的一种或多种。
高透射率疏水防尘的涂层组合物的制备方法，其特征在于采用如下制备步骤：
a、将所述的有机溶剂、硅氧烷化合物和含氟硅氧聚醚进行混合搅拌，得到透明混合物；
b、在上述混合物中加入催化剂，并搅拌1～6小时直至透明；
c、根据催化剂的不同，静置30min～24小时直至熟化。
高透射率疏水防尘的涂层组合物的应用，其特征在于，用于太阳能电池板、汽车漆面、金属、塑料、陶瓷、玻璃、纺织品、纸张、皮革基材表面作疏水、防腐、自清洁、防沙尘用的涂层。
本发明与现有技术相比，将硅氧烷单体与具有疏水性能的含氟硅氧聚醚在反应催化剂作用下结合，形成稳定的纳米量级颗粒涂层组合物，不但提供优良的疏水性能，而且具有高透射率，同时依靠形成的硅氧键良好的粘附力，保证了涂层的机械强度与耐久性；涂层组合物在较低的温度下就可以形成高光泽、高透明度的硬质涂层，接触角为110-120°；且涂层组合物可以应用到太阳能电池板，汽车玻璃与漆面、金属、陶瓷、塑料和玻璃等多种基材表面的疏水防污防尘用，应用面较广。
附图说明
图1为本发明中涂层组合物形成的涂层的玻璃表面与没有该涂层的玻璃表面的透光率图谱。
图2为水滴在没有涂层的玻璃基材表面上的静置状态。
图3为水滴在具有本发明中涂层组合物的玻璃基材表面上的静置状态。
图4为本发明中采用涂层组合物和没采用涂层组合物的一个实施例样品的干灰抗污性对比试验结果。
图5为本发明采用涂层组合物和没采用涂层组合物的一个实施例样品的湿灰抗污性对比试验结果。
具体实施方式
现结合实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1
上表中，C14H19F13O3Si为含烷氧基硅烷功能组的全氟聚醚。
通过在室温下充分搅拌混合原料2小时，即可获得涂料的配方溶胶凝胶溶液，静置二十四小时使溶胶凝胶溶液中化学成分充分水解形成疏水特性，即可得本发明中的高透射率疏水防尘的纳米涂层组合物，由于其是作为膜液涂料使用。因此以下将“高透射率疏水防尘的纳米涂层组合物”简称为“膜液涂料”。将膜液涂料用常用的镀膜涂层方法，覆盖基底表面，不仅可用室温自然固化，也可以适当加温固化。
实验结果发现，正硅酸乙酯在所有组份中所占的不同浓度会对透光度有不同的改善效果。例如，当膜液涂料中正硅酸乙酯的浓度为5wt％时，玻璃基底的透光度会随着凝胶化时间的增长而不断提升。将正硅酸乙酯的浓度提高，保持相同的时间，透光度会有所改变。具体透光度取决于涂层膜的厚度，以及凝胶纳米颗粒的大小，而固化温度对透光度对影响不大。
实施例2
上表中，C12H19F9O3Si为含烷氧基硅烷功能组的全氟聚醚。
通过在室温下充分搅拌混合原料4小时，即可获得涂料的配方溶胶凝胶溶液，静置二十四小时使溶胶凝胶溶液中化学成分充分水解形成疏水特性。将膜液涂料用常用的镀膜涂层方法，覆盖基底表面，不仅可用室温自然固化，也可以适当加温固化。
由实验结果发现，二氧化硅纳米颗粒在所有组份中所占的不同浓度的会对透光度有不同的改善效果。例如，当膜液涂料中二氧化硅纳米颗粒的浓度为3wt％时，玻璃基底的透光度会随着二氧化硅纳米颗粒的浓度的增长而不断提升。在配比范围内适当提高二氧化硅纳米颗粒的浓度，保持相同的时间，透光度会有所改变。具体透光度取决于涂层膜的厚度，以及凝胶纳米颗粒的大小，固化温度对透光度对影响不。
本发明制备的高透射率疏水防尘的纳米涂层组合物，可应用于太阳能电池板、汽车漆面、金属、塑料、陶瓷、玻璃、纺织品、纸张、皮革基材表面作疏水、防腐、自清洁、防沙尘、防油垢用的涂层。
参见图1～图5，可见本发明制备的高透射率疏水防尘的纳米涂层组合物作为涂层使用后，具有提高透光率、疏水性、防尘自洁的作用。

Claims (10)

1.一种高透射率疏水防尘的涂层组合物，其特征在于，采用如下重量百分比的原料制备而成：
0.01-16％的含氟硅氧聚醚，0.5-20％的硅氧烷化合物，0-20％的二氧化硅颗粒，50-98％的有机溶剂，0.5-10％的催化剂，0.4-4％去离子水。
2.如权利要求1所述的高透射率疏水防尘的涂层组合物，其特征在于，所述的二氧化硅颗粒的粒径范围为5-100nm。
3.如权利要求1所述的高透射率疏水防尘的涂层组合物，其特征在于，
所述的含氟硅聚醚包括符合以下化学通式的含氟聚醚硅氧烷，(C2H5O)3Si-Ra-Rf-Rb-Si(OC2H5)3，
其中，Rf的化学通式为CF2O(CF2CF2O)n(CF2O)mCF2，所述的n和m分别独立为1-20的任意自然数；Ra与Rb均为烷基，所述的a和b分别为5-10中的任一自然数。
4.如权利要求1所述的高透射率疏水防尘的涂层组合物，其特征在于，所述的硅氧烷化合物为一种或多种。
5.如权利要求1所述的高透射率疏水防尘的涂层组合物，其特征在于，所述的硅氧烷化合物符合以下化学通式：Rx-Si(OR’)y，其中Rx为烷基，所述的x、y为任一自然数。
6.如权利要求1所述的高透射率疏水防尘的涂层组合物，其特征在于，所述的有机溶剂为含有两个或三个烷基的醇、酮或酯。
7.如权利要求6所述的高透射率疏水防尘的涂层组合物，其特征在于，所述的有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮或甲乙酮。
8.如权利要求1所述的高透射率疏水防尘的涂层组合物，其特征在于，所述的催化剂为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、氨水、柠檬酸或乳酸中的一种或多种。
9.如权利要求1～8任一项所述的高透射率疏水防尘的涂层组合物的制备方法，其特征在于采用如下制备步骤：
a、将所述的有机溶剂、硅氧烷化合物和含氟硅氧聚醚进行混合搅拌，得到透明混合物；
b、在上述混合物中加入催化剂，并搅拌1～6小时直至透明；
c、根据催化剂的不同，静置30min～24小时直至熟化。
10.如权利要求1～8任一项所述的高透射率疏水防尘的涂层组合物的应用，其特征在于，用于太阳能电池板、汽车漆面、金属、塑料、陶瓷、玻璃、纺织品、纸张、皮革基材表面作疏水、防腐、自清洁、防沙尘用的涂层。
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