疏水自清潔減反射涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本項目屬于納米功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到疏水自清潔和減反射涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]減反射是指減少或消除表面的反射光，從而提高這些元件的通光率，減少或消除雜散光。減反射膜在太陽能電池蓋板玻璃、光學(xué)元件、顯示屏等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]疏水膜一種類似防“荷葉效應(yīng)”表面結(jié)構(gòu)，通過降低表面能和/或提高表面粗糙度，以提高水滴的接觸角。薄膜疏水特性使得表面不沾水，可以避免一些需要水才能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)或與水形成化學(xué)鍵，從而降低了表面的附著物，達到自清潔功能。
[0004]采用溶膠-凝膠法制備減反射膜和疏水膜的文獻較多,但具有疏水和減反射雙功能的很少見。薄膜的疏水性和透光率在一定程度上是個矛盾體，為了獲得超疏水性，需要提高表面粗糙度和降低表面能，而為了提高薄膜的透光性，要求薄膜表面達到較高的光潔度和平整度。如專利CN101362632A在玻璃基底上制備的疏水薄膜接觸角超過150°，平均透射率只有60% ;專利CN101407648A在導(dǎo)電玻璃上制備的薄膜，接觸角達到153~162°，在500nm波長下的透射率為90.2~95.5%。要同時獲得較高的透光性和疏水性，表面粗糙度一般要小于lOOnm，這就要求合適的顆粒尺寸和濃度以便不會產(chǎn)生明顯的光散射。
[0005]相關(guān)溶膠-凝膠法制備的疏水減反射膜一般的做法先在基地上制備減反射膜，然后在對減反射膜進行有機物修飾降低其表面能，如發(fā)明專利CNlO 1885586A、發(fā)明專利CN100346177C、發(fā)明專利CN102234183A、文獻《材料科學(xué)與工程學(xué)報》，2004，22(4):502-504。同時，也可以在減反射膜表面再制備一層具有粗糙結(jié)構(gòu)的薄膜，最后對粗糙薄膜進行低表面能物質(zhì)修飾，如文獻Chem.Mater, 2010，22:4406-4413。
[0006]由于后期修飾工藝比較復(fù)雜，特別要用到易水解的含氟硅烷或含氯硅烷時，操作存在一定的危險性和對環(huán)境的危害，工業(yè)生產(chǎn)較難實現(xiàn)。因此，也有一些文獻采用免修飾“一步法”制備疏水和增透雙功能薄膜，如發(fā)明專利CN1102622C、發(fā)明專利CN1304050A、文獻Surface & Coating Technology, 2012, 206:4449-4454。但是由于其使用了大量的正石圭酸酯Si (0R’)4，水解速度與帶疏水基團的硅氧烷相差較大，最后形成的疏水納米顆粒常常還殘留大量的-OH基團，降低了薄膜的疏水性。另外，又有納米顆粒表面存在疏水基團，通常制備的薄膜附著力較差，難于推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種疏水自清潔減反射(或增透)涂層及其免修飾制備方法，克服了以往疏水減反射涂層的制備方法復(fù)雜性、附著力差的特點，采用簡單易行、免修飾“一步法”解決以上技術(shù)難題。
[0008]本發(fā)明所提供的制備疏水自清潔減反射涂層的方法，采用帶疏水基團的硅氧烷水解疏水納米溶膠，并添加硅烷偶聯(lián)劑提高附著力，用提拉或旋涂的方法在玻璃基底上成膜，干燥后高位煅燒，進一步固結(jié)薄膜，得到疏水自清潔減反射薄膜。
[0009]本發(fā)明提出的疏水自清潔減反射涂層的制備方法，具體步驟如下:
I)將烷基烷氧基硅烷(RnSi (OR’)4n)溶解在醇溶液中。其中，R是甲基、乙基、丙基、異丁基、羊基等燒基，R’是甲基或乙基，η是I或2 ;醇為甲醇、乙醇或丙醇；燒基燒氧基??圭燒與醇的摩爾比是1:5~40。
[0010]2)加入酸催化劑水解，水解溫度控制在3(T80°C，水解時間0.5~4小時。其中，酸催化劑為少量的鹽酸(或硝酸、硫酸、磷酸、硼酸、甲酸、乙酸、草酸)與水、乙醇的混合物；烷基硅氧烷與酸的摩爾比是1:0.ΟΓΟ.05。
[0011]3)加入堿催化劑水解，水解溫度控制在5(T80°C，水解時間1~24小時。其中，堿催化劑為少量的氨水、水和乙醇的混合物；烷基硅氧烷與酸的摩爾比是1:0.5~1.3。
[0012]4)加入丁醇和硅烷偶聯(lián)劑的混合物，分散均勻后室溫陳化24~72小時。利用硅烷偶聯(lián)劑有助于疏水基團與基底的粘接性，以提高薄膜的附著力，其中，烷基硅氧烷、硅烷偶聯(lián)劑、正丁醇的摩爾比是1:0.15 0.25:4.0 9.0 ;石圭燒偶聯(lián)劑是3-氨丙基二乙氧基石圭燒、Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3_(異丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基(乙氧基)??圭燒或丙稀基二甲氧基??圭燒。
[0013]5)采用旋涂、提拉方法在基底上進行一次、兩次或多次涂膜，基底為玻璃。
[0014]6)待涂層自然干燥后，進行20(T400°C熱處理0.5~2小時。
[0015]本發(fā)明制備的疏水自清潔減反射薄膜對水的靜態(tài)接觸角超過130°，滑動角小于20°，在35(T850nm波長范圍內(nèi)的最高透射率為96.7~97.6%。
【附圖說明】
[0016]圖1為空白玻璃和鍍膜玻璃的透光率，圖中0、1、2、3、4、5分別代表空白玻璃、實例1、實例2、實例3、實例4、實例5樣品的透光率。
[0017]圖2為實例I樣品的疏水接觸角測試。
[0018]具體實施方法實施例1
(1)將1mL甲基三乙氧基硅烷與20mL乙醇混合，三口燒瓶中50°C水浴攪拌；
(2)加入由20mL乙醇與0.5mL 0.lmol/L的稀鹽酸、2.5mL水組成的混合溶液，繼續(xù)水浴攪拌2小時；
(3)再加入40mL乙醇、4mL氨水、3.0mL水的混合溶液，繼續(xù)攪拌20小時；
(4)溶膠冷卻后，加入1mL正丁醇和1.25mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷，攪拌均勻，并陳化48小時；
(5)采用提拉法鍍膜，提拉三次，每次提拉后自然風(fēng)干30分鐘后才能再次提拉，最后經(jīng)400°C高溫?zé)Y(jié)；
(6)經(jīng)接觸角儀測定，2μ L水的靜態(tài)接觸角為137°，滑動角16° ;經(jīng)紫外可見近紅外分光光度計測試，在500nm波長下的透射率為97.6%。
[0019]實施例2
(1)將1mL甲基三甲氧基硅烷與25mL甲醇混合，三口燒瓶中50°C水浴攪拌；
(2)加入由25mL甲醇與0.5mL 0.lmol/L的稀鹽酸、2.5mL水組成的混合溶液，繼續(xù)水浴攪拌3小時；