具有自洁特性的抗反射性和抗污性涂料制造技术

本发明专利技术的实施方案涉及涂料及其用途。更具体说来，本发明专利技术的实施方案涉及包含用来通过溶胶-凝胶过程生成涂层的硅烷基前体的涂料组合物。这样形成的涂层的特征在于抗反射性、耐磨损性和抗污性。涂料也对热、潮湿具有增强的耐候性并防环境腐蚀物。由本文描述的组合物形成的涂料具有广泛的应用，包括，例如用作太阳能电池的外层玻璃的涂料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有自洁特性的抗反射性和抗污性涂料专利技术背景。专利
本专利技术的实施方案涉及涂料及其用途。更具体说来，本专利技术的实施方案涉及涂料组合物，其包含用来通过溶胶-凝胶过程生成涂层的硅烷基前体。生成的涂料的特征在于抗反射性、耐磨损性和抗污性。涂料还对热和潮湿具有增强的耐候性和防环境腐蚀物。由本文描述的组合物形成的涂料具有广泛的用途，包括，例如用作太阳能电池或面板的外层玻璃的涂料。相关领域的描述 抗反射涂料应用于广泛种类的商业用途，范围包括太阳镜、窗、汽车挡风玻璃、相机镜头、太阳能面板和建筑系统。当光线通过不连续的介电常数梯度传送时这些涂料使玻璃表面上的反射最小。光反射通常导致穿过透明材料的透光度减少。对于光学应用而言，大部分入射光最高效地通过界面是重要的。在本上下文中，抗反射涂料在光学应用方面提供有用的益处。抗反射涂料通常用于玻璃、丙烯酸树脂和用作与建筑结构或能量发生和节能系统有关的窗和玻璃面板的其它透明材料。在建筑物窗方面，它们用来使入射光的射入最大，以保持适当的光照或天然气氛以及使来自玻璃表面的散射最小。在能量产生和节能装置，诸如太阳能面板和集光器方面，对于相同的成本，由于更大的透光度，因此，增加的能量生成，抗反射涂料的效用在于这些装置的增强的效能。为使光学元件最佳地运行，必须使它们免于可能减少透光率并因此降低涂料性能的表面污染和沉积(例如，污垢)。尤其是，对于暴露于外部环境的光学元件，诸如太阳能面板和建筑物窗口，长期暴露于环境中的化学或物理成分通常导致污垢沉积在光学元件的表面。污垢可包括沙粒、泥土、烟灰、粘土、地质学矿物微粒、空气携带的气溶胶和有机颗粒诸如花粉、细胞残骸、生物学和基于植物的粒状废物和存在于空气中的粒状冷凝物。随着时间的过去，这样的污垢的沉积显著减少光学元件的光学透明度。结果，存在与这类光学元件，诸如透明窗口和太阳能面板的常规清洁相关的人力和财力的大量支出。可将在这类光学元件上的污垢沉积分为两种类型:物理结合和化学结合的颗粒物质。由于微弱的物理的相互作用诸如物理缠结、裂缝捕集和在光学元件的粗糙表面，诸如窗户表面上在毫微尺度(nanoscale)或微尺度的边缘、阶梯、台阶、露台和边界内的微粒捕集，物理结合的颗粒松散地保持着。可用适度能量的力量诸如风、来自机械风扇的空气或者借助下雨产生的水流或其它人工产生的水流来源诸如水龙带或喷雾器，排出这些颗粒。另一方面，化学结合的颗粒的特征在于颗粒本身之间和颗粒物质和光学元件本身，诸如，在例如，窗户中使用的玻璃或丙烯酸树脂(例如， 树脂玻璃)之间存在化学相互作用。在这些情况下，去除这些颗粒变得困难并通常需要采用物理手段诸如高压水管冲洗或手工擦洗或者二者。作为选择，可对光学元件采用化学手段诸如应用强力的溶剂、表面活性剂或洗涤剂以使污垢颗粒从表面释放。如所述，可根据天然清洁现象诸如降雨稍微除去环境暴露的光学元件，诸如窗户和太阳能面板上的污垢。然而，雨水仅有效除去松散(物理地)保留的颗粒物质，而不能除去可能牢固(化学地)结合到光学元件，诸如玻璃或窗户表面的颗粒物质。此外，雨水通常含有在其下落期间从环境吸收的溶解物质，当干燥时，其可留下可见膜。其中最佳光透射是重要的所有外部暴露的光学元件，诸如窗户材料和太阳能面板本身需要涉及其维护方案的某种形式的常规清洁工作。事实上，在制备期间以及常规地在使用期间，清洁这些部件的表面。通常用水、洗涤剂或其它工业清洁剂清洗这些部件，诸如太阳能面板的表面。因此，施加于这些光学元件的抗反射涂料需要能承受普通清洁剂包括洗涤剂、酸、碱、溶剂、表面光洁剂和保持其抗反射效果的其它研磨料的使用。由于污垢或其它环境微粒的清洁和沉积随着时间的过去对这些涂料的磨蚀会降低其性能。因此，抗反射涂料的耐磨损性是重要的考量。例如，尤其就太阳能面板的长期的功能性而言，针对太阳能面板采用的涂料，抗磨蚀性是重要的考量。大多数抗反射涂料基于作为优选材料的氧化物。某些抗反射涂料或者由基于极多孔的氧化物涂料构成，或者作为选择，由不同氧化物堆积而成。根据涂料和污垢颗粒的类型，这些氧化物材料借助氢键、静电和/或共价相互作用与污垢颗粒进行化学反应。因此，这些基于氧化物的涂料具有天然的亲和力以连接在其表面的分子。进一步地，高度多孔性涂料可将污垢纳米颗粒物理地捕集在其多孔结构中。因此，当前的抗反射涂料的特征在于，与污垢纳米颗粒和环境中的其它化学物质的物理和/或化学相互作用的固有亲和力，并在其使用寿命期间受要保持表面清洁的严重缺点的困扰。 进一步地，具体就太阳能面板而言，一个涉及抗反射涂料的最常见的问题是其覆盖整个太阳光谱的性能。尽管有仅在太阳光谱的窄区域中有效的数种抗反射涂料，为效能最大，合乎需要的是在从300 nm至1100 nm的整个阳光区域，抗反射涂料同样地表现优异。因此，本领域存在对这样的涂料的需求，即所述涂料可提供包括抗反射性(诸如可减少来自适当光学表面的光反射和散射的涂料)；抗污性或自净化性质(诸如抗污垢颗粒的结合(例如，抗污垢颗粒的化学和物理结合)和吸附的涂料表面)；耐磨损性(诸如对普通清洁剂诸如洗涤剂、溶剂、表面活性剂和其它化学和物理研磨剂的稳定性)；和紫外线稳定性或覆盖整个太阳光区域的适用性能的组合益处。此外，有益的是这样的涂料通过呈现足以经受环境中的物理对象诸如沙子、卵石、树叶、树枝和其它天然存在的物体的冲击的强度、耐磨损性和硬度而为机械上坚固的。有益的将是，这样的涂料还要呈现机械稳定性以致新制备的涂层或薄膜会更少可能出现限制其最佳性能的裂缝和擦痕，从而使这样的涂料在相对更长的使用期更加有效。此外，有益的将是，这样的涂料要能承受其它环境因素或条件诸如热和潮湿和要对环境中存在的气体和其它分子在化学上是不相互影响或为惰性的，且对光、水、酸、碱和盐不起反应。也就是说，迫切需要提供具有能减少涂料与外源颗粒(例如，污垢)的相互作用，以改善涂料的长期性能的化学结构的涂料。还优选能采用普通技术诸如旋涂；浸涂；淋涂；喷涂；喷雾沉积；超声、热或电沉积方式；微沉积技术诸如喷墨、喷雾射流或静电印刷术；或者工业打印技术诸如丝印、点阵打印等，在光学表面，诸如窗户表面或太阳能面板表面沉积这样的涂料。也优选能在相对低的温度，诸如低于150°C下干燥和固化这样的涂料，以致涂料能在事先已经附加于其它温度敏感材料的底物例如完全装配好的太阳能面板上施加、干燥和固化。专利技术概述 本专利技术提供包含硅烷前体或硅烷前体的组合、溶剂、任选的酸催化剂或碱催化剂和任选的另一种添加剂的涂料组合物。水解涂料组合物以得到能被涂布在底物上、形成凝胶的溶胶，随后使其干燥并固化，形成具有抗反射性、抗污性或自洁性和耐磨损性的组合的涂层。因此，本专利技术提供的抗反射涂层在物理上、机械上、结构上和化学上是稳定的。在某些实施方案中，涂料组合物包括含有能用来构成透明底物诸如太阳能面板的涂料的四烷氧基硅烷、有机硅烷和有机氟代硅烷的溶胶的组合。在某些实施方案中，涂料组合物的组成基于溶剂、pH、溶剂对水之比和溶剂对硅烷之比的精确选择，这使生成的溶胶在相当长的时间段保持稳定，而不在其化学或物理性质方面表现出变化。本专利技术还提供涂布本专利技术涂料和采用这样的涂料的方法。在某些实施方案中，底物处理的方法包括底物的预处理的方法，所述方法基于化学处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂料，其包括：由含有水解烷氧基硅烷、水解有机硅烷和水解有机氟代硅烷的溶胶生成的干凝胶；其中所述干凝胶包括抗反射性、耐磨损性和防水性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.18 US 13/1845681.一种涂料，其包括: 由含有水解烷氧基硅烷、水解有机硅烷和水解有机氟代硅烷的溶胶生成的干凝胶； 其中所述干凝胶包括抗反射性、耐磨损性和防水性。2.权利要求1的涂料，其中所述烷氧基硅烷包括四甲氧基硅烷，所述有机硅烷包括甲基三甲氧基硅烷，和所述有机氟代硅烷包括三氟代丙基三甲氧基硅烷。3.权利要求1的涂料，其中所述烷氧基硅烷包括四乙氧基硅烷，所述有机硅烷包括甲基三甲氧基硅烷，和所述有机氟代硅烷包括三氟代丙基三甲氧基硅烷。4.权利要求1的涂料，其中所述烷氧基硅烷包括四甲氧基硅烷，所述有机硅烷包括甲基三甲氧基硅烷，和所述有机氟代硅烷包括(十三氟_1，1，2，2-四氢辛基)三甲氧基硅烷。5.权利要求1的涂料，其中所述烷氧基硅烷包括四乙氧基硅烷，所述有机硅烷包括甲基三甲氧基硅烷，和所述有机氟代硅烷包括(十三氟_1，1，2，2-四氢辛基)三甲氧基硅烷。6.权利要求1的涂料，其中所述溶胶包括包含水解烷氧基硅烷的第一种溶胶和包含水解有机硅烷和水解有机氟代硅烷的混合物的第二种溶胶的混合物。7.权利要求1的涂料，其中所述溶胶包含的所述四烷氧基硅烷对全部所述有机硅烷和所述有机氟代硅烷的相对重量百分比为约0.2-约2。8.权利要求1的涂料，其中所述溶胶包含的所述有机硅烷对所述有机氟代硅烷的相对重量百分比为约0.5-约 1.5。9.权利要求1的涂料，其中所述干凝胶由含有所述溶胶；选自醇、酯、醚、醛和酮的有机溶剂；和水的混合物形成，其中所述混合物中所述溶剂和所述水的量为约50%-约99.5%重量。10.权利要求9的涂料，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：BC戴夫，
申请(专利权)人：南伊利诺伊州卡本代尔大学，
类型：发明
国别省市：美国;US