自清洁涂料组合物、自清洁涂层及其制备方法与流程

本发明涉及光化学反应，具体而言，涉及一种自清洁涂料组合物、自清洁涂层及其制备方法。

背景技术：

1、光伏发电的光电转换率已经接近理论转换值，环境等外在因素对光伏组件发电效率和电站发电量的影响逐渐凸显，其中，灰尘及污物在玻璃表面的沉积可导致太阳能电池效率下降达50％以上，积灰对组件功率输出的影响成为光伏电站提质增效工作的研究重点。通过在太阳能电池盖板玻璃表面涂覆一层超疏水高透明自清洁涂层，能够降低清洗频次，提高清洗效率，减少用水量，延长光伏组件的使用寿命，并提高光伏发电效率。

2、然而，目前超疏水高透明自清洁涂层并没有在光伏电站中得到大规模推广使用，主要受限于以下三方面的因素：(1)自清洁涂层在光伏电站恶劣自然环境的影响下微观结构受到破坏，且与玻璃基底的粘附性差，导致膜材料的耐久性差；(2)制备超疏水涂层所需要的高的粗糙度会导致光散射，从而降低盖板玻璃的透光率，从而影响太阳能电池的发电效率；(3)涂层的施工工艺复杂，环境要求高，导致规模化推广运用受限。因此，开发低成本、常温成型、且可喷涂施工的超疏水高透明自清洁涂层仍然是一个挑战。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种自清洁涂料组合物、自清洁涂层及其制备方法，以解决现有技术中传统的超疏水高透明自清洁涂层的耐久性差、自清洁性差、对光伏组件盖板玻璃的透光率低导致光伏组件的使用寿命和光伏发电效率较低等问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种自清洁涂料组合物，该自清洁涂料组合物包括碳纳米管分散液、第一纳米二氧化硅分散液、第二纳米二氧化硅分散液以及六甲基二硅氮烷；其中，第一纳米二氧化硅分散液包括第一纳米二氧化硅，第二纳米二氧化硅分散液包括第二纳米二氧化硅，第一纳米二氧化硅与第二纳米二氧化硅的平均粒径差值为40～60nm。

3、进一步地，上述第一纳米二氧化硅与第二纳米二氧化硅的质量比为1:2～2:1。

4、进一步地，上述第一纳米二氧化硅与第二纳米二氧化硅的总质量与碳纳米管的质量比为5～100：1，和/或第一纳米二氧化硅与第二纳米二氧化硅的总质量与六甲基二硅氮烷的质量比为0.1～2.5：1。

5、进一步地，上述碳纳米管分散液包括碳纳米管和第一分散剂；其中，碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管，优选碳纳米管的直径为2～30nm；和/或第一分散剂选自乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙二醇丁醚中的任意一种或多种。

6、进一步地，上述第一纳米二氧化硅分散液包括还包括第二分散剂，其中，第一纳米二氧化硅的平均粒径为5～50nm；和/或第二分散剂选自乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙二醇丁醚中的任意一种或多种。

7、进一步地，上述第二纳米二氧化硅分散液还包括第三分散剂，其中，第二纳米二氧化硅的平均粒径为51～100nm；和/或第三分散剂选自乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙二醇丁醚中的任意一种或多种。

8、根据本发明的另一个方面，提供了一种自清洁涂层的制备方法，该制备方法包括步骤s1，将自清洁涂料组合物经搅拌混合后，得到自清洁涂料；步骤s2，将自清洁涂料喷涂于基材表面后干燥，得到自清洁涂层；该自清洁涂料组合物为前述自清洁涂料组合物。

9、进一步地，上述步骤s1中，搅拌混合的温度为20～30℃，和/或搅拌混合的时间为0.5～48h，和/或搅拌混合的速率为300～1000rpm；优选步骤s1还包括第一纳米二氧化硅分散液与第二纳米二氧化硅分散液的制备过程，其中，第一纳米二氧化硅分散液的制备过程包括：将第一硅源与第二分散剂混合后，得到第一混合物；将第一混合物升温至25～40℃后滴加氨水搅拌反应1～3h，氨水滴加完毕后继续搅拌反应12～24h，得到第二纳米二氧化硅分散液；其中，第一硅源与第二分散剂的体积比为0.025～0.25：1；氨水与第一硅源的体积比为0.5～1.5：1；和/或第二纳米二氧化硅分散液的制备方法包括：将第二硅源与第三分散剂混合后，得到第二混合物；将第二混合物升温至41～60℃后滴加氨水搅拌反应1～3h，氨水滴加完毕后继续搅拌反应12～24h，得到第二纳米二氧化硅分散液；其中，第二硅源与第三分散剂的体积比为0.025～0.25：1；氨水与第二硅源的体积比为1.6～4：1；优选第一硅源与第二硅源各自独立地选自正硅酸四乙酯(teos)、十六烷基三甲氧基硅烷(hdtms)、甲基三乙氧基硅烷(mtes)中的任意一种或多种；优选第一硅源与第二硅源的总体积与六甲基二硅氮烷的体积比为0.1～10：1。

10、进一步地，上述步骤s2中，干燥的温度为20～30℃，和/或干燥的时间为3～48h；和/或喷涂的压力为0.5～1mpa，自清洁涂料出口与基材之间的喷涂距离为5～20cm，优选为8～15cm，优选喷涂的时间为1～3s。

11、根据本发明的又一个方面，提供了一种自清洁涂层，该自清洁涂层由前述制备方法制备得到。

12、应用本发明的技术方案，本发明的提供的自清洁涂料组合物采用两种不同粒径的疏水纳米二氧化硅构造出合适的纳米粗糙度，同时通过添加少量的纳米管提升涂层的孔隙度。粗糙度的构造能够增强涂层的自清洁性能，而微型孔隙的构造能够减少光线的反射，提升自清洁涂层的透光性，如本发明的自清洁涂层最高透光率达到90％，水接触角最高可达161°，滚动角小于等于15°。且本申请的自清洁涂料组合物的原材料成本低廉、不含氟，其可采用喷涂的方式施工后常温干燥成膜，其干燥后获得的涂层透明度高，且具有良好的自清洁功能，可满足户外大范围施工要求。

技术特征：

1.一种自清洁涂料组合物，其特征在于，所述自清洁涂料组合物包括：

2.根据权利要求1所述的自清洁涂料组合物，其特征在于，所述第一纳米二氧化硅与所述第二纳米二氧化硅的质量比为1:2～2:1。

3.根据权利要求1或2所述的自清洁涂料组合物，其特征在于，所述第一纳米二氧化硅与所述第二纳米二氧化硅的总质量与所述碳纳米管的质量比为5～100：1，和/或所述第一纳米二氧化硅与所述第二纳米二氧化硅的总质量与所述六甲基二硅氮烷的质量比为0.1～2.5：1。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的自清洁涂料组合物，其特征在于，所述碳纳米管分散液包括碳纳米管和第一分散剂；其中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管，优选所述碳纳米管的直径为2～30nm；和/或所述第一分散剂选自乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙二醇丁醚中的任意一种或多种。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的自清洁涂料组合物，其特征在于，所述第一纳米二氧化硅分散液包括还包括第二分散剂，其中，所述第一纳米二氧化硅的平均粒径为5～50nm；和/或所述第二分散剂选自乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙二醇丁醚中的任意一种或多种。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的自清洁涂料组合物，其特征在于，所述第二纳米二氧化硅分散液还包括第三分散剂，其中，所述第二纳米二氧化硅的平均粒径为51～100nm；

7.一种自清洁涂层的制备方法，所述制备方法包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述搅拌混合的温度为20～30℃，和/或所述搅拌混合的时间为0.5～48h，和/或所述搅拌混合的速率为300～1000rpm；

9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述干燥的温度为20～30℃，和/或所述干燥的时间为3～48h；和/或所述喷涂的压力为0.5～1mpa，所述自清洁涂料出口与所述基材之间的喷涂距离为5～20cm，优选为8～15cm，优选所述喷涂的时间为1～3s。

10.一种自清洁涂层，其特征在于，所述自清洁涂层由权利要求7至9中任一项所述制备方法制备得到。

技术总结本发明提供了一种自清洁涂料组合物、自清洁涂层及其制备方法。该自清洁涂料组合物包括碳纳米管分散液、第一纳米二氧化硅分散液、第二纳米二氧化硅分散液以及六甲基二硅氮烷；其中，第一纳米二氧化硅分散液包括第一纳米二氧化硅，第二纳米二氧化硅分散液包括第二纳米二氧化硅，第一纳米二氧化硅与第二纳米二氧化硅的平均粒径差值为40～60nm。本发明采用平均粒径差值在以上范围内的两种不同粒径的疏水纳米二氧化硅构造出合适的纳米粗糙度，同时通过添加少量的纳米管提升涂层的孔隙度。粗糙度的构造能够增强涂层的自清洁性能，而微型孔隙的构造能够减少光线的反射，提升自清洁涂层的透光性，且具有良好的自清洁功能。技术研发人员：黄茹玲,卢启辰,周天易,王晓龙,李遥宇,张雨家,孙晓旭受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13