【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于抗菌涂层领域，具体而言，涉及一种高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法和应用，特别是采用该高透明耐磨自清洁涂层用于硅基光学面板表面的防护。
技术介绍
1、随着全球能源和环境危机日益严重，光伏电池应运而生，多地陆续建立了太阳能发电站。由于大部分光伏面板主要在室外工作，时间久了面板表面不可避免地会被污染物遮挡，极大地影响了电站的发电效率，造成了巨大的损失。对于这些污染物，如果选择人工清洁，不仅浪费巨大的人力物力，且效果不理想，因此开发新型高效多功能光伏面板自清洁涂层意义重大。
2、受荷叶表面自清洁效应的启发，利用仿生学原理在降低涂层表面能的同时构建微纳米粗糙结构，以提高涂层的疏水性，然而这种方法并不适用于高透明自清洁涂层。由rayleigh散射及mie散射理论可知，要实现良好的透光性，除了要保证光学表面材料透光性外，表面粗糙度需小于光的波长。当粗糙度大于100nm时，光的散射显著增强，因此微米级的粗糙度不能实现透光，这意味着透光自清洁涂层难以通过提高表面粗糙度提高疏水性，必须在优异的光学透明性与疏水性间取得平衡。含氟物质由于其低的表面张力而通常被选取对材料表面进行修饰，尽管所得到的样品疏水性能提高，但是含氟物质的存在会对环境有着潜在的威胁，造成臭氧层空洞。所以用-ch3来代替-fh3对于环保的意义重大，且氟化材料价格昂贵，不适合大规模的工业化生产，所以用价格较为便宜、环保的-ch3材料作为修饰剂来降低表面能。然而，虽然疏水材料在日常生活中的应用非常的常见，但是在制备和应用中遇到的困难也是存在很多的，所制备出来
3、聚合物/无机纳米复合材料在光学、化工和生物学等诸多领域备受人们关注。颗粒与聚合物形成的复合材料既可以发挥颗粒和聚合物的各自作用同时也可体现它们在整个材料中的协同作用。将无机纳米颗粒填充在聚合物内部时进行复合改性时，不仅可以增强聚合物的强度也会提高材料的韧性。此外，通过控制颗粒的添加量和粒径在粗糙度和光学性能上找到一个较好的契合点，使涂层既有较高的疏水性又有良好的透光性，由于无机纳米颗粒的添加构成的复合材料使涂层具有一定的耐磨性能。
4、本专利技术通过改性无机纳米颗粒，使得无机纳米颗粒表面接枝上具有活性的反应基团，在无机纳米颗粒与聚硅氧烷及流平剂之间构建牢固的化学键使三者紧紧连接。微观上粒子的聚集连接使得涂层表面维持较低的粗糙度，其中聚硅氧烷及流平剂主要提供涂层的低表面能以及与无机纳米颗粒的表面键合，无机纳米颗粒可以减少光的反射，从而使得涂层具有高的透光率。涂层中的有机硅单体通过加成反应形成si-o-si键而与基底牢固连接为涂层提供了优异的耐磨性，其独特的微结构和表面化学组成赋予涂层良好的透明性和抗菌自清洁能力。通过本专利技术所制备的涂层在室外光伏组件表面、幕墙、电子屏、激光增幅器上的应用前景广阔。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供了一种高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法。该方法结合了无机纳米颗粒的表面化学接枝修饰改善纳米颗粒与基体的相容性，并通过原位聚合的方式将无机纳米颗粒与有机硅单体以化学键合的方式牢固结合到硅基材料表面，实现无机纳米颗粒在基材表面浸润性和粗糙度的可控调节，避免了涂层的透明度下降现象，提高了涂层的耐磨和抗菌性能。
2、为实现上述专利技术目的，一种高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，所述方法包括以下步骤：
3、(1)在25～40℃下向容器中一次性加入一定量的醇类溶剂、共溶剂、催化剂、无机纳米颗粒，其中无机纳米颗粒的浓度控制在1～1000mg/ml，醇类溶剂与共溶剂的体积比为0.1～10；在转速为50～1000rpm条件下将上述反应物混合均匀后，向反应体系中加入硅烷改性剂，硅烷改性剂的质量用量为无机纳米颗粒总质量用量的0.5％～40％；在反应0.5h～30h后，过滤洗涤，在40℃～50℃下干燥10h～30h得到改性无机纳米颗粒。
4、(2)向容器中一次性加入一定量的醇类溶剂、共溶剂、改性无机纳米颗粒、硅烷偶联剂、抗菌有机硅单体，其中改性无机纳米颗粒的质量用量控制在总体系质量用量的0.25％～10％，醇类溶剂与共溶剂的体积比为0.1～10；在转速为100rpm～1000rpm条件下将上述反应物混合均匀后，向其中加入催化剂，60℃下反应10h～30h后，过滤洗涤，在40℃～50℃下干燥10h～30h得到接枝无机纳米颗粒的聚硅氧烷。
5、(3)25℃～40℃下在转速为100～1000rpm条件下将掺杂无机纳米颗粒的聚硅氧烷和流平剂分别或混合溶于有机溶剂中，其中聚硅氧烷的浓度控制在5wt％～30wt％，流平剂的质量浓度为10wt％～20wt％，待掺杂无机纳米颗粒的聚硅氧烷和流平剂完全溶解后，得到高透明耐磨自清洁抗菌涂料。
6、(4)将高透明耐磨自清洁抗菌涂料分步或一步法擦涂在基底上，在20℃～80℃下于通风橱中固化10min后，再于100℃～200℃高温下固化1h～2h，高透明耐磨自清洁抗菌涂料可成功附着于基底上形成高透明耐磨自清洁抗菌涂层。
7、本专利技术中，所述无机纳米颗粒可通过现有方法得到，(1)通过水热法合成尺寸在10nm～50nm范围内的sio2、zno、ag、fe3o4等无机纳米颗粒；(2)直接购买市售该尺寸范围内的sio2、zno、ag、fe3o4纳米颗粒水分散液。
8、考虑到纳米颗粒表面的改性效果、分散稳定性以及透过率和抗菌效果，作为优选，无机纳米颗粒平均尺寸控制在10nm～30nm。
9、所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙二醇、丁醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、丙三醇中的一种或几种。
10、所述共溶剂为水、二甲基亚砜、n,n二甲基甲酰胺。
11、所述催化剂为氨类催化剂，包括但不限于一水合氨、水合肼等，在使用氨类催化剂时应当逐滴加入，在逐滴加入催化剂时要不间断地使用ph计监测ph值，当ph值到达10～11时，即可停止滴加催化剂。
12、所述混合均匀的方式为磁力搅拌，时间为1～2h。
13、所述过滤洗涤的方式：将反应体系放于高速离心机中进行离心，离心速度为5000～8000rpm，离心时间为5～10min；离心完毕后将混合物与上清液过滤分离，分离后将混合物与水进行超声分散，再次放于高速离心机中进行离心，离心速度为5000～8000rpm，离心时间为5～10min；如此反复三次，得到洗涤完全的产物。
14、本专利技术步骤(1)中，所述硅烷改性剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基甲基二乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷中的几种。
15、本专利技术步骤(2)中，所述硅烷偶联剂为苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三丙氧基硅烷、苯基三异丙氧基硅烷、苯基三正丁氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、乙本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.一种高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求1或2所述的高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于：本专利技术步骤(1)中，所述硅烷改性剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基甲基二乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷中的几种。
4.如权利要求1或2所述的高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中抗菌有机硅单体的用量为硅烷偶联剂质量的0.2wt％～10wt％。
5.如权利要求1或2所述的高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述聚硅氧烷是指主链由重复单元硅-氧(Si-O)键组成，其中硅原子上连接有机基团的聚合物。
6.如权利要求1或2所述的高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述聚硅氧烷是指主链由重复单元硅-氧(Si-O)键组成，其中硅原子上连接有机基团的聚合
7.如权利要求1所述的高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述分别溶于有机溶剂是指两种配制透光高透明耐磨自清洁涂料的方式，25～40℃下取一定量的掺杂无机纳米颗粒的聚硅氧烷与流平剂，将它们分别溶解在相同体积的有机溶剂中。
8.如权利要求2所述的高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述混合后溶于有机溶剂是指两种配制透光高透明耐磨自清洁涂料的方式：25～40℃下取一定量的掺杂无机纳米颗粒的聚硅氧烷与流平剂，将它们混合溶解在一定质量的有机溶剂中。
9.如权利要求1所述的高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于：所述分步擦涂是指：取一定量溶有掺杂无机纳米颗粒的聚硅氧烷的有机溶剂，将其擦涂在基底上，随后取一定量溶有流平剂的有机溶剂，将其擦涂在基底上。
10.如权利要求2所述的高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于：所述一步擦涂是指：取一定量溶有掺杂无机纳米颗粒的聚硅氧烷和流平剂的有机溶剂，将其擦涂在基底上。
...【技术特征摘要】
1.一种高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.一种高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求1或2所述的高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于：本发明步骤(1)中，所述硅烷改性剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基甲基二乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷中的几种。
4.如权利要求1或2所述的高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中抗菌有机硅单体的用量为硅烷偶联剂质量的0.2wt％～10wt％。
5.如权利要求1或2所述的高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述聚硅氧烷是指主链由重复单元硅-氧(si-o)键组成，其中硅原子上连接有机基团的聚合物。
6.如权利要求1或2所述的高透明超耐磨自清洁抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述聚硅氧烷是指主链由重复单元硅-氧(si-o)键组成，其中硅原子上连接有机基团的聚合物；步骤(3)中所述流平剂为氨基改性聚二甲基硅氧烷、羧基改性聚二甲基硅氧烷、环氧改性聚二甲基硅氧烷、异氰酸根改性聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：张庆华，王怡雪，高峰，詹晓力，孟凡栋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。