CN114958186A - 一种光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层的制备方法及应用 - Google Patents

一种光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层的制备方法及应用,涉及太阳能光伏板涂层技术领域,通过添加改性氟硅烷偶联剂、改性异氰酸酯、改性二氧化硅纳米粒子、改性甲基丙烯酸酯发生自由基聚合反应合成含氟硅功能性树脂,然后将含氟硅的功能性树脂添加到含有阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂的光固化涂料母液中,通过紫外光固化而成,提高涂层的超疏水性、高透光性、耐黄变性和极高的易清洁性以及阻燃性。

Description

一种光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及太阳能光伏板涂层技术领域,尤其涉及到一种光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层的制备方法及应用。
背景技术
目前,全球能源需求巨大,全球能源需求大部分由传统化石燃料提供,传统化石燃料对世界经济、生态和环境产生了巨大的影响。它虽然保证了现代都市的舒适生活但也加剧了生态环境的恶化,过度排放产生了严重的环境问题如温室效应、全球变暖、空气污染等,同时大规模的开发加速了传统能源的枯竭。而太阳能是一种可再生能源,并且开发利用太阳能不会污染环境,它是最清洁能源之一,在环境污染越来越严重的今天,这一点是极其宝贵的。并且每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤,其总量属现今世界上可以开发的最大能源。为了能够更多的利用太阳能,国家颁布了一系列政策,加大对光伏板的使用,指出光伏产能要大大提高,目前我国光伏产能贡献世界一半以上的比重,所以目前我国光伏板数量巨大,对光伏板的保护也是至关重要的。光伏板最重要的就是透光性要优良,一旦透光性不好其使其效率低下,为了防止其透光性不好对其表面喷涂一种透明抗污涂层至关重要。
涂层是由基础树脂,活性单体,光引发剂等主成分配以稳定剂交联剂、偶联剂等助剂组成的涂料,具有安全性强,耐黄变性优良,节约空间,具有相容性等优点。但是,在将用于光伏板时,需要面对的是更恶劣的工况,比如长时间无人清洁,暴晒后透光度是否够高,疏水性能是否卓越,风吹雨打后仍能附着在基体上,保证光伏板的工作效率,而现有的涂层无法在上述工况中保持良好的疏水防晒和保洁以及抗冲击和阻燃的性能。
因此,需提供一种同时兼具超疏水、高透明度、防晒、长效易清洁抗冲击的阻燃涂层,以保证光伏板的工作正常进行,降低经济成本,保障我们日常生活的正常进行。
发明内容
针对现有技术中存在不足,本发明提供了一种光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层,本发明提供的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层具有超疏水性、高透光性、耐黄变性和极高的易清洁性以及阻燃性。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层,由含氟硅的功能性树脂和光固化涂料母液组成,其中,含氟硅的功能性树脂和光固化涂料母液的质量比为1:1.2~1.4;
按重量份数计,制备含氟硅的功能性树脂的原料由改性氟硅烷偶联剂20~30份、30~50份改性异氰酸酯、10~20份改性二氧化硅纳米粒子、20~40份改性甲基丙烯酸酯和10~20份稀释剂组成;
按重量份数计,光固化涂料母液由20~30份酯类溶剂、20~30份丙烯酸酯、20~25份阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂和15~30份光敏剂组成。
上述方案中,所述改性氟硅烷偶联剂为添加氧化石墨烯改性氟硅烷偶联剂;所述改性异氰酸酯为表面氟硅化部分取代羟基的β-环糊精改性的异氰酸酯;所述改性甲基丙烯酸脂为添加松香改性甲基丙烯酸酯。
上述方案中,所述改性异氰酸酯中的异氰酸酯包括甲苯二异氰酸正丁酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种。
上述方案中,所述改性氟硅烷偶联剂中的氟硅烷偶联剂包括全氟己基三氯硅烷、十七氟癸基三氯硅烷、十三氟辛基三氯硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
上述方案中,所述改性甲基丙烯酸酯中的甲基丙烯酸包括甲基丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸甲酯、1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸正己酯中的一种或几种。
上述方案中,所述含氟硅的功能性树脂的制备方法为:改性的异氰酸酯和十七氟癸基三氯硅烷加入反应釜中,在氮气气氛、50℃~60℃下反应3h~4h,再依次加入改性二氧化硅、改性甲基丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸甲酯,按照1800r/min~2000r/min的速率搅拌4h~5h,得到含氟硅的功能性树脂。
上述方案中,所述阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂的制备方法为:聚氨酯丙烯酸酯低聚物、磷酸三(2,3-二氯丙基)酯、N-甲基全氟己基磺酰胺基,按照6:3:1的质量比混合成基体树脂,即可得到阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂。
上述方案中,所述光敏剂包括丙酮类、甲酮类、氧化膦类和磷酸盐类引发剂中的一种或多种;所述丙烯酸树脂包括双酚A型环氧丙烯酸树、UV环氧丙烯酸树脂、环氧丙烯酸树脂中的一种或几种;所述聚氨酯丙烯酸低聚物中的聚氨酯丙烯酸树脂包括单官能团和多官能改性聚氨酯丙烯酸树脂中的一种或两种。
光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层的制备方法,在30~50℃下,将配好的功能性树脂搅拌均匀后加入到光固化涂料母液当中,搅拌得到功能性涂料,再进行喷涂得到光伏板使用的透明长效易清洁阻燃抗污涂层。
制备的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层在光伏板中的应用。
有益效果:
本发明通过改性氟硅烷偶联剂提升了涂层的抗氧化能力;改性异氰酸酯提高了涂层对基体的附着力,从而提高了涂层抗冲击的能力;通过添加改性的二氧化硅使表面形成自清洁层,形成的自清洁层表面具有很好的分层结构,使得涂层具有超疏水性能,改善了涂层的防水、抗污性能;通过添加松香和环氧树脂,提高了涂层的抗黄变性能,使其工作时间更久,经济性更好;母液中通过添加阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂,提高了涂层的阻燃性。
附图说明
图1为本发明实施例1制备涂层的表面接触角示意图;
图2为本发明实施例2制备涂层的表面接触角示意图;
图3为本发明实施例3制备涂层的表面接触角示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
一种光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层,通过自由基聚合反应合成含氟硅的功能性树脂,然后将含氟硅的功能性树脂添加到光固化涂料母液中,通过紫外光固化而成;含氟硅的功能性树脂和母液的质量比为1:1.2~1.4;
按重量份数计,制备所述含氟硅的功能性树脂的原料包括:改性氟硅烷偶联剂20~30份、30~50份改性异氰酸酯、10~20份改性二氧化硅纳米粒子、20~40份改性甲基丙烯酸酯、10~20稀释剂;
所述改性氟硅烷偶联剂为添加氧化石墨烯改性的氟硅烷偶联剂;
所述改性甲基丙烯酸脂为添加松香的改性甲基丙烯酸酯。
所述改性异氰酸酯为表面氟硅化部分取代羟基的β-环糊精改性的异氰酸酯
所述改性二氧化硅纳米粒子的制备方法为:聚二甲基硅氧烷(PDMS)对二氧化硅纳米粒子进行表面改性;
按重量份数计,制备所述光固化涂料母液包括:20~30份酯类溶剂、20~30份丙烯酸酯、20~25份阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂、15~30份光敏剂;
所述丙烯酸酯包括甲基丙烯酸甲酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯中的一种或几种。
所述阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂中的聚氨酯丙烯酸树脂包括单官能团和多官能改性聚氨酯丙烯酸树脂中的一种或两种;优选地,所述聚氨酯丙烯酸树脂为多官能改性聚氨酯丙烯酸树脂中的一种。
所述光敏剂包括光引发剂和自由基引发剂中的一种或多种;优选的,所述光敏剂包括丙酮类、甲酮类、氧化膦类和磷酸盐类引发剂中的一种或多种。
在本发明中,所述涂层由含氟硅的功能性树脂添加到光固化涂料母液中,由紫外光固化而成;所述含氟硅的功能性树脂和母液的质量比为1:1.2~1.4,优选为1:1.3~1.4。本发明将所述含氟硅的功能性树脂和母液的质量比控制在上述范围,有利于涂层的固化,进而得到多功能涂层。
按重量份数计,制备所述含氟硅的功能性树脂的原料包括30~50份改性异氰酸酯,优选为40~50份,更优选为45~50份。在本发明中,所述改性异氰酸酯为表面氟硅化部分取代羟基的氟硅化β-环糊精改性的异氰酸酯,提高了涂层对基体的附着力,进而有利于提高涂层的抗冲击性能。
在本发明中,所述改性异氰酸酯中的异氰酸酯优选包括甲苯二异氰酸正丁酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种,更优选为二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种。本发明对所述异氰酸酯的来源没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中,所述改性异氰酸酯的制备方法优选:将表面氟硅化取代羟基的β-环糊精与异氰酸酯进行改性,得到改性异氰酸酯。在本发明中,所述表面氟硅化取代羟基的β-环糊精的质量优选比为(1~2):150,更优选为1:150。在本发明中,所述混合优选为超声处理后搅拌,所述超声处理功率优选为40~60kHz,更优选为45~50kHz;所述超声时间优选为30~50min,更优选为40~45min。在本发明中,搅拌的温度优选60~80℃,更优选为70~80℃;搅拌的速率优选为1500~2100r/min,更优选为1800~2000r/min;所述搅拌的时间优选2~4h,更优选3~4h。
在本发明中表面氟硅化部分取代羟基的β-环糊精的制备方法优选包括:
将β-环糊精加入去离子水中,所述去离子水温度优选80℃;滤液于-10℃冰箱中放置至不再有新的结晶析出。取出结晶至于100℃真空条件烘箱中进行烘干,得到β-环糊精的活化预处理。
将活化预处理的β-环糊精和复合乳化剂,所述复合乳化剂指十二烷基硫酸钠与壬基酚聚氟乙烯醚按照优选质量比2:1混合,去离子水进行乳化。
在四口烧瓶中混合均匀后,升温至50℃,加入八甲基环四硅氧烷、端羟基聚醚改性硅油和甲基丙烯酸十二氟庚酯,按照优选质量比2:2:1;溶胀一段时间,加热升温至90℃,优选反应时间2h,加入硫酸铵溶液,所述硫酸铵溶液优选质量分数为8%溶剂为去离子水,每隔一段时间加入一部分甲基丙烯酸十二氟庚酯,优选20min加入一部分甲基丙烯酸十二氟庚酯,并将反应控制在5h以内。当体系黏度急剧增大时,加大搅拌力度的同时,加入少量氨水进行稀释。
在本发明中,对所述稀释、抽滤、洗涤、干燥的操作没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的稀释、抽滤、洗涤、干燥的技术方案即可。本发明中,所述稀释所用的稀释剂优选为去离子水;所述去离子水的用量优选为500ml。在本发明中,所述干燥的温度优选90~100℃;所述干燥的方式为真空干燥。
按改性异氰酸酯的重量为30~50份计,制备所述含氟硅的功能性树脂的原料包括20~30份改性氟硅烷偶联剂,优选22~28份,更优选23~25份。在本发明中,所述改性氟硅烷偶联剂为氧化石墨烯改性的氟硅烷偶联剂。本发明用氧化石墨烯改性氟硅烷偶联剂提高了涂层的超疏水能力。
在本发明中,所述改性氟硅烷偶联剂中的氟硅烷偶联剂优选包括全氟己基三氯硅烷、十七氟癸基三氯硅烷、十三氟辛基三氯硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种,更优选为全氟己基三氯硅烷、十七氟癸基三氯硅烷。本发明对所述氟硅烷偶联剂没有特殊的限定采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中,所述改性氟硅烷偶联剂的制备方法为:将氧化石墨烯和氟硅烷偶联剂进行重量比1:10放入烧杯中,在超声机中进行超声,搅拌均匀。
按改性异氰酸酯的重量为30~50份计,制备所述含氟硅的功能性树脂的原料包括10~20份改性二氧化硅纳米粒子,优选为10~15份,更优选为13~15份。在本发明中,所述改性二氧化硅纳米粒子对二氧化硅的来源没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。本发明通过添加改性的二氧化硅,提高了涂层的超疏水性能和自清洁性能。
按改性异氰酸酯的重量为30~50份计,制备所述含氟硅的功能性树脂的原料包括10~20份稀释剂,优选为乙酸正丁酯或1,6-己二醇二丙烯酸酯,更优选为乙酸正丁酯,本发明对所述稀释液的来源没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
按改性异氰酸酯的重量为30~50份计,制备所述含氟硅的功能性树脂的原料包括20~40份改性甲基丙烯酸酯,优选为甲基丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸甲酯、1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸正己酯中的一种或几种,更优选为甲基丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸甲酯,本发明对甲基丙烯酸酯的来源没有特殊限定,采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
本发明中,所述改性甲基丙烯酸酯的制备方法为:用松香对甲基丙烯酸酯进行改性,得到改性甲基丙烯酸酯。在本发明中,所述松香与甲基丙酸酯的质量比优选1:5。在本发明中,所述改性温度优选100~120℃,所属改性时间为2~3h;所述改性装置选为密闭反应皿。
改性完成后,本发明优先将所述改性后的产物倒入正己烷析出,过滤干燥,得到改性甲基丙烯酸酯。在本发明中,所述干燥温度优选100~120℃;所述干燥时间优选6~8h;所选干燥装置优选真空干燥器。
在本发明中,所述改性二氧化硅的制备方法为:用聚二甲基硅氧烷对二氧化硅进行改性,得到改性二氧化硅。在本发明中,所述聚二甲基硅氧烷的体积与二氧化硅的质量比优选2ml:3g。在本发明中,所述改性温度优选为40~50℃;所述改性时间为45~50min;所述改性的装置选为密闭反应皿。
改性完成后,本发明优先将所述改性后的产物进行干燥,得到改性二氧化硅。在本发明中,所述干燥温度优选为100~130℃;所属干燥时间优选6~8h;所属干燥的装置优选真空干燥器。
在本发明中,所述含氟硅的功能性树脂的制备方法包括:将改性异氰酸酯与改性氟硅烷偶联剂在氮气气氛、50~70℃下反应2~3h,再依次加入改性甲基丙烯酸酯、改性二氧化硅和稀释剂,搅拌4~5h,得到含氟硅的功能性树脂。
本发明优选将改性异氰酸酯和改性氟硅烷偶联剂在氮气气氛、50~70℃下反应2~3h,得到聚合物。本发明以改性异氰酸酯和改性氟硅烷偶联剂为原料进行聚合反应,制备聚合物。在本发明中,所述反应温度优选60~70℃;所属反应时间优选3h。
得到聚合物后,本发明优选依次加入改性甲基丙烯酸酯、改性二氧化硅和稀释剂,搅拌4~5h,得到含氟硅的功能性树脂。本发明通过向功能性树脂中加改性二氧化硅来提高涂层的超疏水性能和自清洁性能,通过稀释剂来调节树脂的NCO值和粘度。在本发明中所述功能性树脂中的NCO值优选为12~16%;所述功能性树脂的粘度优选为600~700mPa·s。在本发明中,所述搅拌的速率优选1600~1800r/min;所述搅拌的时间优选5h。
按重量份数计,制备所述光固化涂料母液包括:20~30份酯类溶剂、20~30份丙烯酸酯、20~25份阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂、15~30份光敏剂;
在本发明中,所述酯类溶剂优选包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸甲酯中的一种,更优选为乙酸乙酯、乙酸丁酯。本发明对所属酯类溶剂的来源没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
按酯类溶剂的重量为20~30份计,制备所述光固化涂料母液的原料包括20~30份丙烯酸酯,优选为25~30份,更优选为25~28份。丙烯酸酯优选甲基丙烯酸甲酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯中的一种或几种,更优选为甲基丙烯酸甲酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。本发明对所述丙烯酸酯的来源没有特殊限定,采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
按酯类溶剂的重量为20~30份计,制备所述光固化涂料母液的原料包括20~25份阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂,优选为20~23份。所述阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂的制备方法为:聚氨酯丙烯酸酯低聚物、磷酸三(2,3-二氯丙基)酯、N-甲基全氟己基磺酰胺基按照6:3:1的质量比混合成基体树脂即可得到阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂。
所述阻燃型聚氨酯丙烯酸酯低聚物的制备:在500ml三口烧瓶中,将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物,4,4'-二羟基二苯甲酮,异佛尔酮二异氰酸酯(0.85g,0.0038mol)溶于100mL丙酮中,向其中滴加2-3滴二月桂酸二丁基锡,在60℃下充分搅拌反应36h-48h。反应充分后,将混合液在50℃下真空旋蒸来去除溶剂丙酮,最后得到阻燃型紫外光固化树脂低聚物。
按酯类溶剂的重量为20~30份计,制备所述光固化涂料母液的原料包括15~30份光敏剂,优选为15~25份,更优选为15~18份。
所述光敏剂包括光引发剂和自由基引发剂中的一种或多种;优选的,所述光敏剂包括丙酮类、甲酮类、氧化膦类和磷酸盐类引发剂中的一种或多种。
本发明中,制备所述光固化涂料母液,将需要的原料按重量份数加入到烧杯搅拌均匀后得到光固化涂料母液。
本发明中,所述搅拌的速率优选1500~1800r/min;所属搅拌时间为20min。
本发明通过改性本异氰酸酯提高了涂层对基体的附着力,从而提高了涂层抗冲击的能力;通过添加改性的二氧化硅使表面形成自清洁层,形成的自清洁层表面具有很好的分层结构,使得涂层具有超疏水性能,改善了涂层的防水、抗污性能;通过添加环氧树脂,提高了涂层的抗黄变性能,使其工作时间更久,经济性更好;光固化涂料母液中,通过添加阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂使得涂层阻燃性更强。
本发明还提供了上述技术方案所述的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层的制备方法,包括:在30~40℃下,将含氟硅的功能性树脂加到光固化涂料母液中混合,在进行喷涂,得到光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层。本发明中,所述喷涂所用设备优选为高压喷涂机。
本发明提供的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层的制备方法操作简单,并且保证了涂料的性能。
本发明还提供了上述技术方案所述光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层或所述制备方法制备的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层的应用。在本发明中,所述光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层涂覆于光伏板表面,起到保护光伏板的作用。
下面将结合本发明中的实施例,对本发明中的技术方案进行清楚的完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
含氟硅的功能性树脂和光固化涂料母液的质量比为:1:1.3;
含氟硅的功能性树脂(重量分数)
由改性异佛尔酮二异氰酸酯40份,改性十七氟癸基三氯硅烷25份,改性二氧化硅15份,10份改性甲基丙烯酸十三氟辛酯和10份改性甲基丙烯酸甲酯组成。
其中,改性异佛尔酮二异氰酸酯的制备:将表面氟硅化取代羟基的β-环糊精与异佛尔酮二异氰酸酯进行改性,得到改性异佛尔酮二异氰酸酯。
具体的,将β-环糊精加入80℃的去离子水中溶解后快速抽滤,滤液于-10℃冰箱中放置至不再有新的结晶析出;取出结晶置于100℃真空条件烘箱中进行烘干,完成β-环糊精的活化预处理;
向装有滴液漏斗、温度计、电动搅拌器和回流冷凝管的四口烧瓶中加入结晶β-环糊精和复合乳化剂,m(十二烷基硫酸钠):m(壬基酚聚氟乙烯醚)=2∶1,去离子水进行预乳化;之后升温至恒定温度50℃的条件下,加入八甲基环四硅氧烷、端羟基聚醚改性硅油和甲基丙烯酸十二氟庚酯按照1:1:2。溶胀一段时间后,加热升温至90℃反应2h,开启滴液漏斗滴入过硫酸铵溶液(质量分数8%,溶剂为去离子水),并每隔20min加入一部分甲基丙烯酸十二氟庚酯,反应时长控制在5h以内。当体系黏度急剧增大时,加大搅拌力度的同时加入少量的氨水进行稀释;
将聚乙二醇与丙酮溶剂混合后升温搅拌,采用滴液漏斗加入异佛尔酮二异氰酸酯,并升温至80℃反应,反应3h后保温至50℃备用。将氟硅化β-环糊精加入去离子水稀释并加热升温至60℃,加入有机硅交联剂混匀后升温至110℃。分批次加入保温备用的异氰酸酯溶液,注意反应过程中温度不宜超过140℃。异氰酸酯溶液全部加入后,计时反应4h,降温至70℃加入少量的二正丁胺,蒸除多余溶剂后出料,得到氟硅化β-环糊精改性的异氰酸酯。
改性十七氟癸基三氯硅烷的制备:将氧化石墨烯溶液中和加入十七氟癸基三氯硅烷,按照氧化石墨烯与十七氟癸基三氯硅烷重量比10:1,放在超声清洗机中下,继续搅拌;待溶液搅拌均匀,升温至120℃,计时反应3h,降温至60℃,蒸出多于溶剂后出料,得到改性十七氟癸基三氯硅烷。
改性甲基丙烯酸十三氟辛酯的制备:将100g松香表面打磨除去表面氧化层并研碎,将研碎的松香加入到装有机械搅拌的三口烧瓶中,氮气氛围下,逐渐升温至190℃,保温3h,然后缓慢降温至120℃,加入400m L冰乙酸使松香全部溶解,用冰水浴冷却过夜,将过滤干燥后的产物用少量经分子筛干燥处理的乙酸乙酯溶解,倒入正己烷中析出,取出后加入甲基丙烯酸十三氟辛酯,室温下,加入到三口烧瓶中,120℃反应5h。反应结束后,过滤,将滤液倒入水中析出黏稠状物体,40℃真空干燥后用少量乙酸乙酯溶解,过滤,将滤液倒入正己烷中析出,40℃真空干燥,得到产物即为改性甲基丙烯酸。
含氟硅的功能性树脂的制备:将改性的异氰酸酯和十七氟癸基三氯硅烷加入反应釜中,在氮气气氛、50℃下反应3h,再依次加入改性二氧化硅、改性甲基丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸甲酯,按照1800r/min的速率搅拌5h,得到氟硅的功能性树脂,NCO值为11%,粘度为400Mpa·s。
改性二氧化硅纳米粒子的制备:聚二甲基硅氧烷(PDMS)对二氧化硅纳米粒子进行表面改性。
光固化涂料母液(重量分数)
由乙酸乙酯30份、20份甲基丙烯酸甲酯、30份阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂和20份1-羟基-环己基-苯基-酮组成。
阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂的制备方法为:聚氨酯丙烯酸酯低聚物、磷酸三(2,3-二氯丙基)酯、N-甲基全氟己基磺酰胺基,按照6:3:1的质量比混合成基体树脂,即可得到阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂。
聚氨酯丙烯酸酯低聚物的制备:在500ml三口烧瓶中,将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物,4,4'-二羟基二苯甲酮,异佛尔酮二异氰酸酯(0.85g,0.0038mol)溶于100mL丙酮中,向其中滴加2-3滴二月桂酸二丁基锡,在60℃下充分搅拌反应36h-48h;反应充分后,将混合液在50℃下真空旋蒸来去除溶剂丙酮,最后得到阻燃型紫外光固化树脂低聚物。
按照所述配方中的比例加入到烧杯中搅拌均匀后得到光固化涂料母液,搅拌时间20min,搅拌速率1800r/min。
光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层的制备:在50℃下,将含氟硅的功能性树脂和母液在动态混合室内混合均匀,然后采用高压喷涂机进行喷涂,在紫外光固化后得到光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层。
按照GB9278-08-T涂料试样状态调节和试验的温湿度的规定条件,将涂层放置7天后进行性能测试,测试结果见表1。
图2为本实施例制备的涂层的表面接触角示意图。
实施例2
含氟硅的功能性树脂和光固化涂料母液的质量比为:1:1.4;
含氟硅的功能性树脂(重量分数)
由改性异佛尔酮二异氰酸酯35份,十七氟癸基三氯硅烷20份,改性二氧化硅20份,15份甲基丙烯酸十三氟辛酯,10份甲基丙烯酸甲酯组成;
改性异佛尔酮二异氰酸酯的制备:将表面氟硅化取代羟基的β-环糊精与异佛尔酮二异氰酸酯进行改性,得到改性异佛尔酮二异氰酸酯。
具体的,将β-环糊精加入80℃的去离子水中溶解后快速抽滤,滤液于-10℃冰箱中放置至不再有新的结晶析出;取出结晶置于100℃真空条件烘箱中进行烘干,完成β-环糊精的活化预处理;
向装有滴液漏斗、温度计、电动搅拌器和回流冷凝管的四口烧瓶中加入结晶β-环糊精和复合乳化剂,m(十二烷基硫酸钠):m(壬基酚聚氟乙烯醚)=2∶1,去离子水进行预乳化;之后升温至恒定温度50℃的条件下,加入八甲基环四硅氧烷、端羟基聚醚改性硅油和甲基丙烯酸十二氟庚酯按照1:1:2;溶胀一段时间后,加热升温至90℃反应2h,开启滴液漏斗滴入过硫酸铵溶液(质量分数8%,溶剂为去离子水),并每隔20min加入一部分甲基丙烯酸十二氟庚酯,反应时长控制在5h以内;当体系黏度急剧增大时,加大搅拌力度的同时加入少量的氨水进行稀释。
改性十七氟癸基三氯硅烷的制备:将氧化石墨烯溶液中和加入十七氟癸基三氯硅烷,按照氧化石墨烯与十七氟癸基三氯硅烷重量比10:1,放在超声清洗机中下,继续搅拌;待溶液搅拌均匀,升温至120℃,计时反应3h,降温至60℃,蒸出多于溶剂后出料,得到改性十七氟癸基三氯硅烷。
改性甲基丙烯酸十三氟辛酯的制备:将100g松香表面打磨除去表面氧化层并研碎,将研碎的松香加入到装有机械搅拌的三口烧瓶中,氮气氛围下,逐渐升温至190℃,保温3h,然后缓慢降温至120℃,加入400m L冰乙酸使松香全部溶解,用冰水浴冷却过夜,将过滤干燥后的产物用少量经分子筛干燥处理的乙酸乙酯溶解,倒入正己烷中析出,取出后加入甲基丙烯酸十三氟辛酯,室温下,加入到三口烧瓶中,120℃反应5h。反应结束后,过滤,将滤液倒入水中析出黏稠状物体,40℃真空干燥后用少量乙酸乙酯溶解,过滤,将滤液倒入正己烷中析出,40℃真空干燥,得到产物即为改性甲基丙烯酸。
含氟硅的功能性树脂的制备:将改性的异氰酸酯和十七氟癸基三氯硅烷加入反应釜中,在氮气气氛、50℃下反应3h,再依次加入改性二氧化硅、甲基丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸甲酯,按照2000r/min的速率搅拌4h,得到氟硅的功能性树脂,NCO值为10%,粘度为300Mpa·s。
光固化涂料母液(重量分数)
由乙酸乙酯30份、23份甲基丙烯酸甲酯、27份阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂、20份1-羟基-环己基-苯基-酮组成。
阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂的制备方法为:聚氨酯丙烯酸酯低聚物、磷酸三(2,3-二氯丙基)酯、N-甲基全氟己基磺酰胺基,按照6:3:1的质量比混合成基体树脂,即可得到阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂。
聚氨酯丙烯酸酯低聚物的制备:在500ml三口烧瓶中,将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物,4,4'-二羟基二苯甲酮,异佛尔酮二异氰酸酯(0.85g,0.0038mol)溶于100mL丙酮中,向其中滴加2-3滴二月桂酸二丁基锡,在60℃下充分搅拌反应36h-48h。反应充分后,将混合液在50℃下真空旋蒸来去除溶剂丙酮,最后得到阻燃型紫外光固化树脂低聚物。
按照所述配方中的比例加入到烧杯中搅拌均匀后得到光固化涂料母液,搅拌时间30min,搅拌速率1500r/min。
光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层的制备:在50℃下,将含氟硅的功能性树脂和母液在动态混合室内混合均匀,然后采用高压喷涂机进行喷涂,在紫外光固化后得到光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层。
按照GB9278-08-T涂料试样状态调节和试验的温湿度的规定条件,将涂层放置7天后进行性能测试,测试结果见表1。
图2为本实施例制备的涂层的表面接触角示意图。
实施例3
含氟硅的功能性树脂和光固化涂料母液的质量比为:1:1.2;
含氟硅的功能性树脂(重量分数)
由改性异佛尔酮二异氰酸酯30份,十七氟癸基三氯硅烷30份,改性二氧化硅10份,15份甲基丙烯酸十三氟辛酯,15份甲基丙烯酸甲酯组成。
改性异佛尔酮二异氰酸酯的制备:将表面氟硅化取代羟基的β-环糊精与异佛尔酮二异氰酸酯进行改性,得到改性异佛尔酮二异氰酸酯。
具体的,将β-环糊精加入80℃的去离子水中溶解后快速抽滤,滤液于-10℃冰箱中放置至不再有新的结晶析出。取出结晶置于100℃真空条件烘箱中进行烘干,完成β-环糊精的活化预处理;
向装有滴液漏斗、温度计、电动搅拌器和回流冷凝管的四口烧瓶中加入结晶β-环糊精和复合乳化剂,m(十二烷基硫酸钠):m(壬基酚聚氟乙烯醚)=2∶1,去离子水进行预乳化;之后升温至恒定温度50℃的条件下,加入八甲基环四硅氧烷、端羟基聚醚改性硅油和甲基丙烯酸十二氟庚酯按照1:1:2。溶胀一段时间后,加热升温至90℃反应2h,开启滴液漏斗滴入过硫酸铵溶液(质量分数8%,溶剂为去离子水),并每隔20min加入一部分甲基丙烯酸十二氟庚酯,反应时长控制在5h以内;当体系黏度急剧增大时,加大搅拌力度的同时,加入少量的氨水进行稀释。
改性十七氟癸基三氯硅烷的制备:将氧化石墨烯溶液中和加入十七氟癸基三氯硅烷,按照氧化石墨烯与十七氟癸基三氯硅烷重量比1:10,放在超声清洗机中下,继续搅拌;待溶液搅拌均匀,升温至120℃,计时反应3h,降温至60℃,蒸出多于溶剂后出料,得到改性十七氟癸基三氯硅烷。
改性甲基丙烯酸十三氟辛酯的制备:将100g松香表面打磨除去表面氧化层并研碎,将研碎的松香加入到装有机械搅拌的三口烧瓶中,氮气氛围下,逐渐升温至190℃,保温3h,然后缓慢降温至120℃,加入400mL冰乙酸使松香全部溶解,用冰水浴冷却过夜,将过滤干燥后的产物用少量经分子筛干燥处理的乙酸乙酯溶解,倒入正己烷中析出,取出后加入甲基丙烯酸十三氟辛酯,室温下,加入到三口烧瓶中,120℃反应5h。反应结束后,过滤,将滤液倒入水中析出黏稠状物体,40℃真空干燥后用少量乙酸乙酯溶解,过滤,将滤液倒入正己烷中析出,40℃真空干燥,得到产物即为改性甲基丙烯酸。
含氟硅的功能性树脂的制备:将改性的异氰酸酯和十七氟癸基三氯硅烷加入反应釜中,在氮气气氛、60℃下反应4h,再依次加入改性二氧化硅、甲基丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸甲酯,按照1800r/min的速率搅拌4h,得到氟硅的功能性树脂,NCO值为12%,粘度为320Mpa·s。
光固化涂料母液(重量分数):
由乙酸乙酯30份、25份甲基丙烯酸甲酯、25份阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂、20份1-羟基-环己基-苯基-酮组成。
阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂的制备方法为:聚氨酯丙烯酸酯低聚物、磷酸三(2,3-二氯丙基)酯、N-甲基全氟己基磺酰胺基,按照6:3:1的质量比混合成基体树脂,即可得到阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂。
聚氨酯丙烯酸酯低聚物的制备:在500ml三口烧瓶中,将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物,4,4'-二羟基二苯甲酮,异佛尔酮二异氰酸酯(0.85g,0.0038mol)溶于100mL丙酮中,向其中滴加2-3滴二月桂酸二丁基锡,在60℃下充分搅拌反应36h-48h。反应充分后,将混合液在50℃下真空旋蒸来去除溶剂丙酮,最后得到阻燃型紫外光固化树脂低聚物。
按照所述配方中的比例加入到烧杯中搅拌均匀后得到光固化涂料母液,搅拌时间20min,搅拌速率2000r/min。
光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层的制备:在60℃下,将含氟硅的功能性树脂和母液在动态混合室内混合均匀,然后采用高压喷涂机进行喷涂,在紫外光固化后得到光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层。
按照GB9278-08-T涂料试样状态调节和试验的温湿度的规定条件,将涂层放置7天后进行性能测试,测试结果见表1。
图3为本实施例制备涂层的表面接触角示意图。
表1实施例1~3制备涂层的性能测试结果
Figure BDA0003598047140000131
耐高温测试:将带有微结构的铝膜放置在250℃烘箱内烘烤20min后,测试膜材断裂伸长率。
硬度测试:使用标准的3M铅笔测试铅笔硬度,光固化涂料固化得到的漆膜厚度为5±1μm。
耐磨特性测试:使用羊毛毡测试光固化涂料固化得到的漆膜的耐磨次数。
经过紫外箱老化200h后,光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层的超疏水性能依然优良,并且没有涂层脱落现象的发生,说明对光伏板的附着力良好。
经过耐黄变试验机240h的光照后,对比灰卡,对比测试前后样品的颜色变化,得到涂层的等级是5,表示基本不变色,证明涂层耐黄变效果优良。
由以上实施例可以看出,本发明提供的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层具有超疏水性,强耐黄变需变性能和较高的抗冲击性以及阻燃性兼具优异的耐刮伤、耐高温、耐老化等性能。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层,其特征在于,由含氟硅的功能性树脂和光固化涂料母液组成,其中,含氟硅的功能性树脂和光固化涂料母液的质量比为1:1.2~1.4;
按重量份数计,制备含氟硅的功能性树脂的原料由改性氟硅烷偶联剂20~30份、30~50份改性异氰酸酯、10~20份改性二氧化硅纳米粒子、20~40份改性甲基丙烯酸酯和10~20份稀释剂组成;
按重量份数计,光固化涂料母液由20~30份酯类溶剂、20~30份丙烯酸酯、20~25份阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂和15~30份光敏剂组成。
2.根据权利要求1所述的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层,其特征在于,所述改性氟硅烷偶联剂为添加氧化石墨烯改性氟硅烷偶联剂;所述改性异氰酸酯为表面氟硅化部分取代羟基的β-环糊精改性的异氰酸酯;所述改性甲基丙烯酸脂为添加松香改性甲基丙烯酸酯。
3.根据权利要求1或者2任一项所述的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层,其特征在于,所述改性异氰酸酯中的异氰酸酯包括甲苯二异氰酸正丁酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1或者2任一项所述的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层,其特征在于,所述改性氟硅烷偶联剂中的氟硅烷偶联剂包括全氟己基三氯硅烷、十七氟癸基三氯硅烷、十三氟辛基三氯硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
5.根据权利要求1或者2任一项所述的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层,其特征在于,所述改性甲基丙烯酸酯中的甲基丙烯酸包括甲基丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸甲酯、1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸正己酯中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层,其特征在于,所述含氟硅的功能性树脂的制备方法为:改性的异氰酸酯和十七氟癸基三氯硅烷加入反应釜中,在氮气气氛、50℃~60℃下反应3h~4h,再依次加入改性二氧化硅、改性甲基丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸甲酯,按照1800r/min~2000r/min的速率搅拌4h~5h,得到含氟硅的功能性树脂。
7.根据权利要求1所述的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层,其特征在于,所述阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂的制备方法为:聚氨酯丙烯酸酯低聚物、磷酸三(2,3-二氯丙基)酯、N-甲基全氟己基磺酰胺基,按照6:3:1的质量比混合成基体树脂,即可得到阻燃型聚氨酯丙烯酸树脂。
8.根据权利要求1所述的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层,其特征在于,所述光敏剂包括丙酮类、甲酮类、氧化膦类和磷酸盐类引发剂中的一种或多种;所述丙烯酸树脂包括双酚A型环氧丙烯酸树、UV环氧丙烯酸树脂、环氧丙烯酸树脂中的一种或几种;所述聚氨酯丙烯酸低聚物中的聚氨酯丙烯酸树脂包括单官能团和多官能改性聚氨酯丙烯酸树脂中的一种或两种。
9.权利要求1~2或者6-8任意一项所述的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层的制备方法,在30~50℃下,将配好的功能性树脂搅拌均匀后加入到光固化涂料母液当中,搅拌得到功能性涂料,再进行喷涂得到光伏板使用的透明长效易清洁阻燃抗污涂层。
10.权利要求1~2或者6-8任意一项所述的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层或权利要求9所述的制备的光伏板透明长效易清洁阻燃抗污涂层在光伏板中的应用。
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