一种抗反射高透明超疏水自洁膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗反射高透明超疏水自洁膜及其制备方法。该制备方法将环氧基硅烷偶联剂加入到有机溶剂中，搅拌混合均匀后加入胺类固化剂和去离子水，搅拌后加入致孔剂，继续搅拌得到抗反射层溶液；将抗反射层溶液涂覆于经预处理后的基材表面，经加热处理后，冷却至室温，再浸泡于配制好的硅溶胶中，取出，烘干，得到所述抗反射高透明超疏水自洁膜。本发明专利技术方法制备的抗反射高透明超疏水自洁膜的透光率非常高，最高达98.5％；稳定性好，耐强酸强碱，承受3M胶带剥离40次后，依旧保持超疏水效果；制备的抗反射高透明超疏水自洁膜具有很好的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种抗反射高透明超疏水自洁膜及其制备方法
本专利技术属于超疏水表面制备
，具体涉及一种抗反射高透明的超疏水自洁膜及其制备方法。
技术介绍
随着不可再生能源储量的逐渐减少，以及其在使用过程中对环境造成的严重污染，开发利用可再生清洁能源就势在必行。太阳能是取之不尽用之不竭且不产生污染的可再生清洁能源，如何高效利用太阳能将是解决非再生资源短缺的最有效、最可行的途径。目前通过太阳能板收集太阳能的应用越来越广泛，但是太阳能板表面的清洁工作困难，固体颗粒在太阳能板表面会散射太阳光，使太阳能的转化效率降低。超疏水现象即水滴在固体表面成圆球状并极易从其表面滚落，在滚落的过程中还可以将固体表面的粉尘颗粒带走，对表面实现自清洁的效果，这使得超疏水表面在太阳能板应用中具有独特的优势。科研工作者们也在不断地研发各种技术途径以期提高太阳能的利用效率。其中一种行之有效的方法即是制备透明自清洁超疏水膜，减少太阳能板表面的固体颗粒的沉积，降低光的散射，增强光的透过率。专利CN106517821A通过以PDMS为硅源，多壁碳纳米管为模板，在玻璃表面构筑硅纳米管涂层，再化学气相沉积固化的PDMS进行低表面能改性，最后得到透明超疏水表面，透光率约为83％。专利CN102140251B公开了一种以含氢硅油固化物为基体的透明超疏水涂层的制备方法，通过在聚合物基体中添加含氟硅链段的二氧化钛改性颗粒经固化成型而制得。专利CN106835043A公开了一种以射频磁控溅射与退火相结合的超透明超疏水薄膜的制备方法，通过在基底上制备薄层氧化锌纳米结构并进行低温氟处理而得到。专利CN10355339B首先在基底上沉积一层烟灰，经气相沉积、去模板化和气相修饰制备了透明超疏水涂层。专利CN101407648B公开了一种通过电泳法制备透明超疏水二氧化硅涂层的方法：首先将二氧化硅胶体沉积在导电衬底上，在进行热处理，最后经疏水改性制得超疏水透明涂层。但是目前绝大多数方法制备的透明超疏水表面的透光率在90％左右甚至更低，这在很大程度上限制了太阳能板对太阳能的高效转化。并且在制备过程中使用的设备昂贵，过程繁琐，成本高。太阳光的透过率越高，被转化的太阳能才会越多，太阳能的利用效率也就越高。抗反射是指反射光在空气-膜层和膜层-基材之间的相互作用。由于抗反射膜的折射率介于空气和基材之间，它既能通过降低膜层的折射率，抵抗太阳光在空气-膜层的反射，降低反射率；又能够通过相消干涉的作用降低太阳光在膜层-基材之间的反射，有效地增强太阳光在基材中透过率。因此将抗反射表面应用在太阳能板表面将极大程度上提高太阳能利用率。如何采用简单的方法，易得的设备和原料即可制备抗反射高透明的超疏水自洁表面就显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术制备透明超疏水膜的技术不足以及制备的透明超疏水膜效果不佳的问题，提供了一种抗反射高透明超疏水自洁膜的制备方法。本专利技术的目的还在于提供上述制备方法制得的一种抗反射高透明超疏水自洁膜。制备的抗反射高透明超疏水自洁膜具有实现表面自清洁的效果，且光的透过性强，极大提高太阳能的利用率。本专利技术的目的通过如下技术方案实现。一种抗反射高透明超疏水自洁膜的制备方法，包括如下步骤：(1)将环氧基硅氧烷偶联剂加入到有机溶剂中，搅拌混合均匀后，加入胺类固化剂和去离子水，搅拌20～50min，然后加入致孔剂，继续搅拌1～3h，得到抗反射层溶液；(2)将硅源加入到有机溶剂中，搅拌30～60min分散均匀，加入硅氧烷试剂、氨水和蒸馏水，继续搅拌120～130min混合均匀，老化，得到硅溶胶；(3)将步骤(1)制备的抗反射层溶液经涂膜仪涂覆于经预处理后的基材表面，经煅烧处理后，冷却至室温，再浸泡于步骤(2)制备的硅溶胶中，取出，烘干，得到所述抗反射高透明超疏水自洁膜。进一步地，步骤(1)中，所述环氧基硅氧烷偶联剂是指含有甲氧基、乙氧基、氯基和乙酰氧基中的至少一种基团以及环氧基团的有机硅烷化合物，包括γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-(2，3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷和2-(3，14-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷中的至少一种。进一步地，步骤(1)中，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮和异丙醇中的至少一种。进一步地，步骤(1)中，所述胺类固化剂为十八胺、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺和三乙烯四胺中的至少一种。进一步地，步骤(1)中，所述致孔剂包括聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、羟丙基纤维素、聚氨酯、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯酸和聚烯丙基胺盐酸盐中的至少一种。进一步地，步骤(1)中，按重量份数计，各物料组分的加入量如下：环氧基硅烷偶联剂2～6份，有机溶剂30～60份，胺类固化剂0.1～3份，去离子水0.5～3份，致孔剂0.6～5份。进一步地，步骤(1)操作过程保持在恒温25～40℃下进行。进一步地，步骤(2)中，所述硅源包括正硅酸乙酯或三甲氧基硅烷。进一步地，步骤(2)中，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮和异丙醇中的至少一种。进一步地，步骤(2)中，所述硅氧烷试剂包括六甲基二硅胺烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三氯硅烷或三甲基氯硅烷。进一步地，步骤(2)中，所述氨水的浓度为0.898g/ml～0.907g/ml。进一步地，步骤(2)中，按重量份数计，各物料组分的加入量为：硅源4.6～5.4份，有机溶剂60.0～75.0份，硅氧烷试剂4.0～4.6份，氨水0～2.0份，蒸馏水4.0～8.2份。进一步地，步骤(2)中，所述老化在室温下老化2天以上，老化后的溶胶用与溶胶的体积比为0～10∶1的乙醇稀释。硅溶胶作为低表面能物质，在改性抗反射层的表面使其表面能降低后，同时增加空气在表面的捕获量，减小水滴在表面的接触面积。进一步地，步骤(3)中，所述涂覆的层数为1～7层，使涂覆的总厚度在0～150nm之间。进一步地，步骤(3)中，所述煅烧处理是在300～600℃煅烧120～180min。进一步地，步骤(3)中，所述浸泡的时间为0.5～24h。进一步地，步骤(3)中，所述烘干是在60～80℃烘5～30min。由上述任一项所述的制备方法制得的一种抗反射高透明超疏水自洁膜。本专利技术的原理为：抗反射是指通过表面处理方法处理基材的表面，使基材能够抵抗太阳光的反射，降低反射率，增强太阳光的透过率，从而形成高透明表面。光在基材表面的反射量与基材的折射率有很大关系，折射率越小反射的光越少。因此，降低基材表面的折射率是实现抗反射的关键。本专利技术利用致孔剂在膜层中形成大量的纳米级多孔结构，降低膜层的折射率；同时控制膜层的厚度，使光通过膜层时发生相消干涉有效的抑制光的反射，进一步增加光的透过率。将带有抗反射层的基材进一步经硅溶胶改性后，将表面的粗糙度进一步增加，同时降低表面的表面能，实现超疏水自洁的效果。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及有益效果：(1)本专利技术方法的制备过程简单，在制备过程中不需要昂贵的设备，使用的相关试剂都是廉价易得，在大规模生产中试剂成本低，制备过程简单快速、安全；(2)本专利技术方法制备的抗反射高透明超疏水自洁膜的透光率非常高，最高达98.5％；稳定性好，耐强酸强碱，承受3M胶带剥离40次后，依旧保持超疏水效果；制备的抗反射高透明超疏水自洁膜具有很好的工业应用前景。附图说明图1为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗反射高透明超疏水自洁膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将环氧基硅氧烷偶联剂加入到有机溶剂中，搅拌混合均匀后，加入胺类固化剂和去离子水，搅拌20～50min，然后加入致孔剂，继续搅拌1～3h，得到抗反射层溶液；(2)将硅源加入到有机溶剂中，搅拌30～60min均匀分散，加入硅氧烷试剂、氨水和蒸馏水，继续搅拌120～130min混合均匀，老化，得到硅溶胶；(3)将步骤(1)制备的抗反射层溶液经涂膜仪涂覆于经预处理后的基材表面，经煅烧处理后，冷却至室温，再浸泡于步骤(2)制备的硅溶胶中，取出，烘干，得到所述抗反射高透明超疏水自洁膜。

【技术特征摘要】
1.一种抗反射高透明超疏水自洁膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将环氧基硅氧烷偶联剂加入到有机溶剂中，搅拌混合均匀后，加入胺类固化剂和去离子水，搅拌20～50min，然后加入致孔剂，继续搅拌1～3h，得到抗反射层溶液；(2)将硅源加入到有机溶剂中，搅拌30～60min均匀分散，加入硅氧烷试剂、氨水和蒸馏水，继续搅拌120～130min混合均匀，老化，得到硅溶胶；(3)将步骤(1)制备的抗反射层溶液经涂膜仪涂覆于经预处理后的基材表面，经煅烧处理后，冷却至室温，再浸泡于步骤(2)制备的硅溶胶中，取出，烘干，得到所述抗反射高透明超疏水自洁膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述环氧基硅氧烷偶联剂是指含有甲氧基、乙氧基、氯基和乙酰氧基中的至少一种基团以及环氧基团的有机硅烷化合物，包括γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-(2，3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷和2-(3，14-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮和异丙醇中的至少一种；所述胺类固化剂为十八胺、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺和三乙烯四胺中的至少一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述致孔剂包括聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、羟丙基纤维素、聚氨酯、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯酸和聚烯丙基胺盐酸盐中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立志，职晶慧，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44