CN110105804A - 一种具有自洁性与抗反射性的涂料、制备方法及基板 - Google Patents
一种具有自洁性与抗反射性的涂料、制备方法及基板 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种具有自洁性与抗反射性的涂料、制备方法及基板，要解决的是填补同时具有自洁性与抗反射性的涂料的空白。本产品包括以下质量分数的原料：多孔隙材料0.5‑50%，添加剂0.1‑10%，其余为高分子材料，多孔隙材料的孔隙直径为0.1‑10nm。本产品由多孔隙材料与高分子材料化学接合所形成，能够很好的溶于溶剂中，形成分散性非常高的涂料；本产品中多孔隙材料与高分子材料进行聚合反应，采用本产品的基板不需要额外的表面处理，本产品与基板具有良好的接合性；本产品能使基板的表面具有自洁作用，并产生抗反射的效果，满足人们的使用需求，有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及涂料领域，具体是一种具有自洁性与抗反射性的涂料。
背景技术
涂料发展面临的一挑战是对涂料性能上的要求越来越高。随着生产和科技的发展，涂料被用于条件更为严苛的环境中，因此要求涂料在性能上要有更进一步的提高，例如石油工业需求的防腐蚀涂料、各种低表面能材料用的涂料、微电子需求的耐高温/导热佳/具绝缘性的涂料、光电元件需求用的抗反射涂料，以及其他种种具有特殊功能性的专用涂料。发展这些高功能性的涂料是涂料界研究的首要任务。
玻璃是一种日常生活中常用的产品。玻璃一般而言是透明、脆性、不透气、并具一定硬度的物料。实用上玻璃亦有许多种类，如夹层玻璃、强化玻璃、调光玻璃、自洁玻璃、激光玻璃、雕花玻璃、铅玻璃夜、光玻璃与铁丝网玻璃等。日常生活中常见的玻璃窗户的清洁常常必须徒手或使用工具与清洁剂，尤其是都市中密布的高楼，其玻璃窗清洁常需雇请工人从事高空危险的清洁工作，意外时有所闻。因此近年来业者运用纳米科技开发了纳米涂层自洁玻璃，具有自洁或抗菌功能，目前自洁玻璃主要应用在建筑物和汽车上。
纳米涂层自洁玻璃两大作用原理为莲叶效应与光触媒作用。莲叶效应建材是利用纳米结构所造成的超低表面能的特性，让脏污不容易附着，且雨水很容易在表面滚动顺便带走脏污，达成净洁的目的。由于是以天然的雨水清洗表面，不需要人工。另一种为光触媒作用，是利用阳光中较高能量的部分，在光触媒材料表面吸收一定光线中的能量，让电子脱离。典型的光触媒材料是纳米二氧化钛，可分解一般的有机物质如油污、有机臭味、生物细菌等，而无法分解无机物质，因此玻璃不会被分解。另外在产生自由基同时，表面会形成超亲水特性，水滴与玻璃表面的接触角几乎为零度，所以水分很容易附着在二氧化钛表面，很容易的与空气中水气形成水膜，脏污会直接附着于水膜上，而不会附着于玻璃上，在下雨时将水膜与脏污带走，因此光触媒玻璃具有光分解与超亲水两种不同的自洁功效。近年来随着光电元件的进步，例如便携式电子信息产品(笔记型计算机、行动电话)的盛行、太阳能等产业需求，均对具备各种光学特性来增强既有效益及质量的涂层有极大的需求及兴趣。尤其在太阳能产业部分，许多国外(欧美)知名材料商皆已开发出可使用于太阳能产业的相关应用涂料。例如，抗反射涂料除可应用于显示器/面板上来增加使用电源效率外，未来在太阳能产业部分对抗反射涂料将有更大需求。
为拓展涂料应用一途，藉由使涂料具有低表面能特性与多孔隙特征，能达成具自清洁性的抗反射涂料商品的开发，完成将可有效应用在现行太阳能模块、显示器、触控面板等产业上，人们也在进行相关方面的研究。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种具有自洁性与抗反射性的涂料，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种具有自洁性与抗反射性的涂料，包括以下质量分数的原料：多孔隙材料0.5-50％，添加剂0.1-10％，其余为高分子材料，多孔隙材料的孔隙直径为0.1-10nm。
作为本发明实施例进一步的方案：多孔隙材料为硅氧烷基物，硅氧烷基物包括硅氧烷基寡聚物和硅氧烷基单体中的至少一种。
作为本发明实施例进一步的方案：硅氧烷基物包括笼状多面体硅氧烷寡聚物与部分笼状多面体硅氧烷寡聚物中的任意一种。
作为本发明实施例进一步的方案：硅氧烷基物为以溶胶-凝胶方式所制备的含有纳米孔隙材料的多面体硅氧烷寡聚物，其孔隙大小介于0.1nm至10nm之间。
作为本发明实施例进一步的方案：高分子材料包括环氧树脂、亚克力树脂、硅氧树脂、氟碳树脂、酸醇树脂、氨基树脂、酚醛树脂与丙烯酸树脂中的至少一种。
作为本发明实施例进一步的方案：高分子材料包括环氧丙烯酸酯(epoxyacrylate,EA)、聚氨酯丙烯酸酯(polyurethane acrylate,PUA)、聚酯丙烯酸酯(polyesteracrylate,PEA)、环氧树脂、不饱和聚酯、聚醚丙烯酸酯以及丙烯酸酯化聚丙烯酸树脂中的任意一种。
作为本发明实施例进一步的方案：硅氧烷基单体包括丙烯酸酯类、乙烯基类、乙烯基醚类和环氧类中的任意一种。
作为本发明实施例进一步的方案：添加剂包括流平剂、除泡剂、引发剂、稳定剂和光吸收剂中的至少一种。
所述具有自洁性与抗反射性的涂料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将多孔隙材料、高分子材料和添加剂混合，得到第一混合物；
步骤二，将第一混合物溶于醇类或者酮类溶剂中，即得到成品。
本发明实施例的目的还在于提供一种表面涂覆有具有自洁性与抗反射性的涂料的基板。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：
本产品由多孔隙材料与高分子材料化学接合所形成，能够很好的溶于溶剂中，形成分散性非常高的涂料；
本产品中多孔隙材料与高分子材料进行聚合反应，采用本产品的基板不需要额外的表面处理，本产品与基板具有良好的接合性；
本产品能使基板的表面具有自洁作用，并产生抗反射的效果，满足人们的使用需求，有广阔的应用前景。
附图说明
图1为具有自洁性与抗反射性的涂料中多孔隙材料的结构示意图。
图2为具有自洁性与抗反射性的涂料中高分子材料为环氧树脂的结构式。
图3为具有自洁性与抗反射性的涂料中多孔隙材料为硅氧烷基基物的结构式。
图4为具有自洁性与抗反射性的基板的结构示意图。
其中：10-多孔隙材料，20-孔隙，100-具有自洁性与抗反射性的基板，110-基板，120-具有自洁性与抗反射性的涂料。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种具有自洁性与抗反射性的涂料120，包括以下质量分数的原料：多孔隙材料100.5％，添加剂0.1％，其余为高分子材料，多孔隙材料10具有多个孔隙20，孔隙20的直径为0.1nm，使得该多孔隙材料10具有低表面能，特别是低的薄膜表面能，其达因等级(dynelevel)系小于20达因。多孔隙材料10为硅氧烷基物，硅氧烷基物采用硅氧烷基寡聚物。高分子材料采用亚克力树脂。添加剂采用光吸收剂。
所述具有自洁性与抗反射性的涂料120的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将多孔隙材料10、高分子材料和添加剂混合，得到第一混合物；
步骤二，将第一混合物溶于溶剂中，即得到成品。
实施例2
一种具有自洁性与抗反射性的涂料120，包括以下质量分数的原料：多孔隙材料105.6％，添加剂2.1％，其余为高分子材料，多孔隙材料10的孔隙20直径为2.4nm。多孔隙材料10为硅氧烷基物，硅氧烷基物是以硅-氧-硅键为骨架的一类化合物。这类以的H(OSiH2)nOH母体(链硅氧烷)，或者是环状的(OSiH2)n的衍生物(环硅氧烷)，其含有单个硅原子的官能团(RO)3Si则称烷氧硅基，硅氧烷基物包括硅氧烷基寡聚物和硅氧烷基单体中的至少一种。硅氧烷基物包括笼状多面体硅氧烷寡聚物与部分笼状多面体硅氧烷寡聚物中的任意一种，多面体硅氧烷寡聚物是以溶胶-凝胶(sol-gel)方式所制备得到的多孔性聚硅氧烷寡聚物，其末端具有反应官能基来与高分子结合或与高分子进行聚合反应，故无需经过高温烧结，即可具有中空核壳型的纳米二氧化硅(SiO2)粒子的特性以及与高分子材料结合的强度；较佳地，该反应官能基通式可为R-(COOH)、(HO)-R-(COOH)、(HOOC)-R-(COOH)及(R1O),(R2O)-(POOH)。R可为烷基、烯基、芳香基、卤烷基或氢或炔基之一。若R为烷基，该有机酸为烷酸；若R为烯基，该有机酸为烯酸；若R为芳香基，该有机酸为芳香酸；若R为卤烷基，该有机酸为卤烷酸；若R为氢，该有机酸为甲酸；若R为炔基，该有机酸为炔酸。而该无机酸可为盐酸、硝酸或硫酸之一。多面体硅氧烷寡聚物具备与高分子的高兼容性以及纳米级孔洞等两种特性。
高分子材料包括硅氧树脂与丙烯酸树脂的混合物，丙烯酸树脂采用聚酯丙烯酸酯。
添加剂包括流平剂、除泡剂、引发剂、稳定剂和光吸收剂的混合物，流平剂是一种常用的涂料助剂，它能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。流平剂能有效降低涂料表面张力，提高其流平性和均匀性的一类物质，主要是表面活性剂、有机溶剂等。在溶剂型涂料中可用高沸点溶剂或丁基纤维素。在水性涂料中则用表面活性剂或聚丙烯酸、羧甲基纤维素等。除泡剂是在涂层过程中降低表面张力，抑制泡沫产生或消除已产生泡沫的涂层。典型除泡剂有乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷等。引发剂，特别是光引发剂，其系为1-羟基-环己基-苯基-酮(184)(1-Hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone(184))，二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-氧化膦(Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide,TPO)，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanone(1173))，2-(4-甲硫基)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙酮氧化膦，苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)(2-Methyl-1-[4-(methylthio)phenyl]-2-(4-morpholinyl)-1-propanone Phosphineoxide)，2-苄基-2-(二甲基氨基)1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮(Phenylbis(2,4,6-trimethyl benzoyl),2-Benzyl-2-(dimethylamino)-1-[4-(4-morpholinyl)phenyl]-1-butanone)。热稳定剂包括各种流基有机锡化合物和波基盐(化合物)以及辅助的添加剂，如锌皂，亚磷酸盐，环氧化物，甘油酯，紫外线吸收剂，抗氧剂等。光稳定剂的类别有紫外光吸收剂(UVA)与受阻胺光稳定剂(HALS)。其中，紫外线吸收剂(UVA)保护涂料物质阻止光降解，吸收剂与聚合物吸收紫外线。紫外线吸收剂经由结构的改变(异构化)有效地吸收激发能量。受阻胺光稳定剂(HALS)是另外一种光稳定技术的选择。光吸收剂，特别是紫外光(UV)吸收剂，可吸收紫外线(尤其是波长为290-400nm)；热稳定性好，即使在加工中也不会因热而变化，热挥发性小；化学稳定性好，不与制品中材料组分发生不利反应；混溶性好，可均匀地分散在材料中；本身的光化学稳定性好，不分解，不变色；无色、无毒、无臭。紫外线吸收剂按化学结构可分为以下几类：水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类和受阻胺类。
所述具有自洁性与抗反射性的涂料120的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将多孔隙材料10、高分子材料和添加剂混合，得到第一混合物；
步骤二，将第一混合物溶于溶剂中，即得到成品。
实施例3
一种具有自洁性与抗反射性的涂料120，包括以下质量分数的原料：多孔隙材料108.2％，添加剂3％，其余为高分子材料，多孔隙材料10的孔隙20直径为6.2nm。多孔隙材料10为硅氧烷基物，硅氧烷基物包括硅氧烷基寡聚物和硅氧烷基单体的混合物。硅氧烷基物为以溶胶-凝胶方式所制备的含有纳米孔隙材料的多面体硅氧烷寡聚物，硅氧烷基物包括笼状多面体硅氧烷寡聚物与部分笼状多面体硅氧烷寡聚物。高分子材料包括环氧树脂、亚克力树脂和酸醇树脂的混合物。
添加剂包括流平剂、稳定剂和光吸收剂的混合物。
所述具有自洁性与抗反射性的涂料120的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将多孔隙材料10、高分子材料和添加剂混合，得到第一混合物；
步骤二，将第一混合物溶于溶剂中，即得到成品。
实施例4
一种具有自洁性与抗反射性的涂料120，包括以下质量分数的原料：多孔隙材料1012.5％，添加剂3.8％，其余为高分子材料，多孔隙材料10的孔隙20直径为7.5nm。高分子材料包括亚克力树脂、氟碳树脂、酸醇树脂和酚醛树脂的混合物。
添加剂包括流平剂、除泡剂、稳定剂和光吸收剂的混合物。
所述具有自洁性与抗反射性的涂料120的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将多孔隙材料10、高分子材料和添加剂混合，得到第一混合物；
步骤二，将第一混合物溶于溶剂中，即得到成品。
实施例5
一种具有自洁性与抗反射性的涂料120，包括以下质量分数的原料：多孔隙材料1023.6％，添加剂4.2％，其余为高分子材料，多孔隙材料10的孔隙20直径为3.8nm。多孔隙材料10为硅氧烷基物，硅氧烷基物为以溶胶-凝胶方式所制备的含有纳米孔隙材料的多面体硅氧烷寡聚物，其孔隙大小介于0.1nm至10nm之间。
高分子材料包括环氧树脂、硅氧树脂、氟碳树脂、氨基树脂与丙烯酸树脂的混合物。
添加剂包括流平剂、除泡剂、引发剂、稳定剂和光吸收剂的混合物。
所述具有自洁性与抗反射性的涂料120的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将多孔隙材料10、高分子材料和添加剂混合，得到第一混合物；
步骤二，将第一混合物溶于溶剂中，即得到成品。
实施例6
一种具有自洁性与抗反射性的涂料120，包括以下质量分数的原料：多孔隙材料1028.6％，添加剂4.8％，其余为高分子材料，多孔隙材料10的孔隙20直径为9.5m。多孔隙材料10为丙烯酸酯类硅氧烷基单体。
高分子材料包括亚克力树脂、硅氧树脂、酸醇树脂、氨基树脂、酚醛树脂与丙烯酸树脂的混合物。
所述具有自洁性与抗反射性的涂料120的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将多孔隙材料10、高分子材料和添加剂混合，得到第一混合物；
步骤二，将第一混合物溶于溶剂中，即得到成品
实施例7
一种具有自洁性与抗反射性的涂料120，包括以下质量分数的原料：多孔隙材料1042.5％，添加剂7.2％，其余为高分子材料，多孔隙材料10的孔隙20直径为8nm。
多孔隙材料10为硅氧烷基物，硅氧烷基物包括硅氧烷基寡聚物和硅氧烷基单体的混合物，硅氧烷基单体采用乙烯基类。
高分子材料包括环氧树脂、亚克力树脂、硅氧树脂、氟碳树脂、氨基树脂、酚醛树脂与丙烯酸树脂的混合物。
添加剂包括流平剂、引发剂和光吸收剂的混合物。
所述具有自洁性与抗反射性的涂料120的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将多孔隙材料10、高分子材料和添加剂混合，得到第一混合物；
步骤二，将第一混合物溶于溶剂中，即得到成品。
实施例8
一种具有自洁性与抗反射性的涂料120，包括以下质量分数的原料：多孔隙材料1050％，添加剂10％，其余为高分子材料，多孔隙材料10的孔隙20直径为10nm。
多孔隙材料10为硅氧烷基物，硅氧烷基物包括硅氧烷基寡聚物和硅氧烷基单体中的至少一种。硅氧烷基寡聚物包括笼状多面体硅氧烷寡聚物与部分笼状多面体硅氧烷寡聚物的混合物，采用溶胶-凝胶方式所制备，硅氧烷基单体为乙烯基醚类。
高分子材料包括环氧树脂、亚克力树脂、硅氧树脂、氟碳树脂、酸醇树脂、氨基树脂、酚醛树脂与丙烯酸树脂的混合物。
添加剂包括流平剂、除泡剂、引发剂、稳定剂和光吸收剂的混合物。
所述具有自洁性与抗反射性的涂料120的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将多孔隙材料10、高分子材料和添加剂混合，得到第一混合物；
步骤二，将第一混合物溶于溶剂中，即得到成品
实施例9
一种具有自洁性与抗反射性的基板100，可用于触控面板、液晶显示器、太阳能电池产业及民生产业，民生产业包含：各类眼镜片、镜片、玩具、车窗玻璃、建筑玻璃和其它有需求的元件等，包括基板110，基板110表面涂覆有以上实施例所述的具有自洁性与抗反射性的涂料120，将具有自洁性与抗反射性的涂料120涂覆在基板110表面并且进行固化，得到涂层，该涂层固化后，表面的接触角大于100度，其折射率小于1.5，光穿透度在可见光波长介于80％至98％，固化采用加热固化或者光照固化，加强连接性能。
本发明实施例的工作原理是：多孔隙材料10由多种金属、合金以及难熔金属的碳化物、氮化物、硼化物、多孔硅化物等制成。该多孔隙材料10的孔隙20的体积分数一般在15％以上，最高可达80％。较佳地，该多孔隙材料10的孔隙20的体积分数介于30％至60％之间。
多孔隙材料10选用少氟、低表面能结构分子，如脂肪族、硅氧烷类等之具有低表面能特性之分子结构，并搭配合适的树脂主体及其他单体来进行。较佳地，该同时具有自洁性与抗反射性的涂料120不含氟化物，或含有少量氟化物，可以大量提升接触的水滴角，该氟化物主要是有机氟材料，其具有低表面能，含氟基团的有机氟材料包含具有CH2、CH3、CF2、CF2H、CF3等基团。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种具有自洁性与抗反射性的涂料（120），其特征在于，包括以下质量分数的原料：多孔隙材料（10）0.5-50%，添加剂0.1-10%，其余为高分子材料，多孔隙材料（10）的孔隙（20）直径为0.1-10nm。
2.根据权利要求1所述的具有自洁性与抗反射性的涂料（120），其特征在于，所述多孔隙材料（10）为硅氧烷基物。
3.根据权利要求2所述的具有自洁性与抗反射性的涂料（120），其特征在于，所述硅氧烷基物包括硅氧烷基寡聚物和硅氧烷基单体中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的具有自洁性与抗反射性的涂料（120），其特征在于，所述硅氧烷基物包括笼状多面体硅氧烷寡聚物与部分笼状多面体硅氧烷寡聚物中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的具有自洁性与抗反射性的涂料（120），其特征在于，所述高分子材料包括环氧树脂、亚克力树脂、硅氧树脂、氟碳树脂、酸醇树脂、氨基树脂、酚醛树脂与丙烯酸树脂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的具有自洁性与抗反射性的涂料（120），其特征在于，所述添加剂包括流平剂、除泡剂、引发剂、稳定剂和光吸收剂中的至少一种。
7.根据权利要求3所述的具有自洁性与抗反射性的涂料（120），其特征在于，所述硅氧烷基单体包括丙烯酸酯类、乙烯基类、乙烯基醚类和环氧类中的任意一种。
8.一种如权利要求1-7任一所述的具有自洁性与抗反射性的涂料（120）的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，将多孔隙材料（10）、高分子材料和添加剂混合，得到第一混合物；
步骤二，将第一混合物溶于醇类或者酮类溶剂中，即得到成品。
9.一种具有自洁性与抗反射性的基板（100），其特征在于，包括如权利要求1-7任一所述的具有自洁性与抗反射性的涂料（120）。
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