一种高硬度双疏自清洁增透减反涂层及其制备方法和应用与流程

本发明属于新材料，具体涉及一种高硬度双疏自清洁增透减反涂层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光伏产业作为新兴绿色能源的代表在近几年得到了广泛的发展。作为发电机组主要的光能摄入界面，光伏面板的光线透过率直接影响着机组的发电效率。这驱使着提供有效的策略来解决由于光伏面板表面污染以及光线反射造成的低透过率导致的太阳光能利用效率下降的问题。一方面，光伏面板表面污染物的附着会造成光摄入量的减少，如沙尘、鸟粪、花粉以及雨水的附着等均会对光伏面板表面造成污染。另一方面，光线在光伏面板表面会发生折射和散射，导致光伏组件实际吸收的光能减弱，同样也会导致发电量下降。

2、cn202310689178.0公开了一种用于光伏板的增透亲水涂层及其制备方法，通过将二氧化硅纳米粒子悬浮液、二氧化钛复合溶胶、非离子型水溶性聚合物混合并进行老化处理，制得前驱溶胶，对光伏板表面进行处理后并加入偶联剂，然后将光伏板交替浸入到pdda溶液和前驱溶液中，最后快速淬火，制备得到的涂层具有超亲水性并且透过率最高可以达到99.0％。

3、cn202310982606.9公开了一种用于光伏板的增透亲水涂层及其制备方法，将有机硅酸酯、纳米二氧化硅加入到盐酸溶液中水解，反应2-5h时间后，加入氟化镁酸性水解液，水解得到纳米二氧化硅和氟化镁的混合溶胶材料。在混合溶胶材料中加入混合醇溶液和纳米二氧化钛溶胶，得到纳米硅钛化合物络合氟化镁溶胶。最后将基材依次置于丙酮和去离子水中进行超声清洗，并干燥。最后取制得的纳米硅钛化合物络合氟化镁溶胶，于基材上制作涂覆后静置干燥，获得自清洁纳米涂层。

4、然而，迄今为止报道的光伏表面涂层均仅实现了自清洁或增加透过率中的一个性能，并且其机械耐久性能仍然缺乏讨论。因此，制备一种能够兼具双疏表面自清洁和增透减反性能同时具有优异的抗外界物理损伤能力的涂层仍然是一个挑战。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种高硬度双疏自清洁增透减反涂层。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：所述高硬度双疏自清洁增透减反涂层包括，

5、小孔径空心二氧化硅纳米粒子底层；

6、大孔径空心二氧化硅纳米粒子顶层；

7、以及填充于粒子间隙中的低折射率氟硅多嵌段增硬共聚物；

8、其中，所述小孔径空心二氧化硅纳米粒子的粒径为40～45nm，所述大孔径空心二氧化硅纳米粒子粒径为45～50nm。

9、作为本发明所述高硬度双疏自清洁增透减反涂层的一种优选方案，其中：以质量百分比计，所述高硬度双疏自清洁增透减反涂层的配方包括，

10、所述小孔径空心二氧化硅纳米粒子底层包括10～20wt％十六烷基三甲基溴化铵、5～10wt％30nm粒径5％单分散纳米聚苯乙烯球-乙醇溶剂乳液、10～20wt％乙烯基三甲氧基硅烷；

11、所述大孔径空心二氧化硅纳米粒子顶层包括10～20wt％45nm粒径5％单分散纳米聚苯乙烯球-乙醇溶剂乳液、5～10wt％硅酸四乙酯；

12、所述低折射率氟硅多嵌段增硬共聚物包括10～20wt％全氟辛基乙基丙烯酸酯、1～6wt％甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、5～15wt％甲基丙烯酸甲酯、5～15wt％甲基丙烯酰氧基-笼型聚倍半硅氧烷、0.01～1wt％偶氮二异丁腈。

13、本发明的再一目的是，克服现有技术中的不足，提供一种高硬度双疏自清洁增透减反涂层的制备方法。

14、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：包括，

15、十六烷基三甲基溴化铵溶解于乙醇中，调节ph后搅拌均匀；然后加入粒径为30nm的单分散纳米聚苯乙烯球乳液，混匀，逐滴加入乙烯基三甲氧基硅烷进行反应，制备得到底层小孔径空心二氧化硅纳米粒子悬浮液，记为悬浮液a；

16、乙醇调节ph后加入粒径为45nm的单分散纳米聚苯乙烯球乳液，混合均匀后，逐次加入硅酸四乙酯进行反应，制备得到顶层大孔径空心二氧化硅纳米粒子悬浮液，记为悬浮液b；

17、全氟辛基乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酰氧基-笼型聚倍半硅氧烷溶解于四氢呋喃中，加入偶氮二异丁腈后充入氮气排出空气，将反应容器封闭后在25～45℃条件下反应1～3h，制备得到低折射率氟硅多嵌段增硬共聚物溶液，记为溶液c；

18、悬浮液a和悬浮液b分别先后以浸涂-提拉的方式涂覆到洗净的光伏板用玻璃基材表面，70～90℃干燥处理1h后，在500～600℃条件下煅烧1～3h，进行光伏面板的预处理与空心二氧化硅纳米粒子的悬浮液的涂覆；以旋涂的方法涂布溶液c，完成对光伏面板的低折射率聚合物涂布后，70～90℃的条件下干燥3～5h，固化处理。

19、作为本发明所述高硬度双疏自清洁增透减反涂层制备方法的一种优选方案，其中：所述调节ph为通过缓慢加入28％～30％的氨水调节ph至10～11。

20、作为本发明所述高硬度双疏自清洁增透减反涂层制备方法的一种优选方案，其中：所述逐次加入硅酸四乙酯，包括，

21、将硅酸四乙酯等分为5份，每间隔5min、10min、30min、1h、2h逐滴将每一等分的硅酸四乙酯加入到反应溶液中；

22、其中，所述硅酸四乙酯在反应体系中的总反应时间为10h。

23、作为本发明所述高硬度双疏自清洁增透减反涂层制备方法的一种优选方案，其中：所述浸涂-提拉，包括，

24、将待涂悬浮液装至合适容器中，保证液面高度能将竖直放置的玻璃基材全部没过；浸涂-提拉过程由浸涂机完成，首先将玻璃基材用固定在浸涂机的固定夹具上，手动调整高度至玻璃基材下边缘略高于待涂悬浮液表面；然后设定下降速度为50～650μm/s、浸涂时间为5～30s以及提拉速度为50～650μm/s。

25、作为本发明所述高硬度双疏自清洁增透减反涂层制备方法的一种优选方案，其中：所述30nm的单分散纳米聚苯乙烯球乳液与乙烯基三甲氧基硅烷质量比为1∶1.125～4.5。

26、作为本发明所述高硬度双疏自清洁增透减反涂层制备方法的一种优选方案，其中：所述45nm的单分散纳米聚苯乙烯球乳液与硅酸四乙酯质量比为1～4∶2～1。

27、作为本发明所述高硬度双疏自清洁增透减反涂层制备方法的一种优选方案，其中：所述全氟辛基乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酰氧基-笼型聚倍半硅氧烷的质量比为2～4∶1～3∶2～4：1～3；所述偶氮二异丁腈的添加量为全氟辛基乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酰氧基-笼型聚倍半硅氧烷单体质量总和的0.2～1wt％。

28、本发明的再一目的是，克服现有技术中的不足，提供一种高硬度双疏自清洁增透减反涂层在光伏电池表面上的应用。

29、本发明有益效果：

30、1、高硬度双疏自清洁增透减反涂层能够减少因为反射和折射造成的摄入光的损失，增加能够抵达光伏电池核心组件的光能，从而进步一提升发电量；

31、2、高硬度双疏自清洁增透减反涂层具有优异的疏水疏油和表面自清洁性能，能够在较长时间内保持光伏面板表面的洁净，减少污染物对组件摄光的负面影响，维持一个较高的发电量水平；

32、3、高硬度双疏自清洁增透减反涂层具有较高的表面硬度和良好的机械耐久性能，涂层能够在经受一定时间的外界应力磨损破坏后仍然保持固有的性能，提升其服役寿命。