一种高耐用性超疏水高透光防尘涂层、其制备方法及应用与流程

本发明涉及疏水材料领域，具体而言，涉及一种高耐用性超疏水高透光防尘涂层、其制备方法及应用。

背景技术：

1、硅胶是一种兼具无机和有机性质的高分子弹性材料,其分子主链由硅原子和氧原子交替组成(—si—o—si—),侧链是与硅原子相连接的碳氢或取代碳氢有机基团,分子结构赋予硅胶以下特性：①硅胶主链键能高于紫外线，具有热稳定性、化学稳定性、耐辐照和耐热能力，预计寿命30年；②硅胶具有高弹性，弹性越好，涂层的耐冲击性越好；③硅胶具有疏水迁移性，疏水的硅胶分子可迁移至其硅胶表面的灰尘等颗粒之上，可使灰尘从亲水颗粒变成疏水颗粒。

2、沙漠地区有着空间成本低、日照时间长、云层稀少、太阳光强烈等优势，是理想的光伏发电场所之一。然而在沙漠地区，频繁的大风会将黄沙吹飞到光伏板上，阻碍光伏板直接接触光照，降低发电的效率。目前光伏组件表面清洁手段主要为水清洗，清洁方式有人工清洗、半自动清洗及自动清洗方式，需要耗费大量的人力物力，对于常年降水量少的缺水干旱地区也是一种挑战。因此，具有防尘、高透光、高耐用性和超疏水功能于一体的多功能涂层是有效解决光伏积灰的方案之一，该方案能够有效减少清洗周期，节省人力物力。

3、然而，目前制备的涂层大都采用单层的设计思路，直接涂敷的纳米层只有几百纳米厚度，附着力较差，很容易脱落导致失效。现有技术中的一些文献采用双层的设计思路，增加了附着力，但底层材料耐老化性能、弹性、疏水性较差，导致超疏水材料耐用性较差。同时上述涂层均存在透光率低、防尘性能差的缺点。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中的不足，本发明采用双层设计思路，先施用底层涂料，再施用表层涂料。底层涂料固化后形成粗糙表面，可以保护表层纳米，增加涂层的附着力；表层涂料由纳米二氧化硅、蜡粉和溶剂构成，纳米二氧化硅起到超疏水的作用，蜡粉高温融化后，由于毛细力的作用，会填充纳米二氧化硅中较大的空隙，从而使得纳米之间的空隙小于光的波长，达到增加透光率的目的。本发明的技术方案：

2、本发明的第一方面是提供一种高耐用性超疏水高透光防尘涂层的制备方法，具体包括以下步骤：

3、(1)底层涂层的制备：将硅胶、固化剂、溶剂a按照比例混合，得到超疏水底层涂料，将其涂敷在玻璃表面，静置0.1-30分钟(优选地，静置5-10分钟)，待涂层流平后，用蒸汽发生器向涂层表面喷洒水蒸汽，喷洒时间为1-1000秒(优选20-600秒)，此时硅胶涂层表面发生相分离，待涂层表面水蒸气挥发后得到具有微米级粗糙结构的超疏水底层。

4、(2)表层涂料的制备及涂覆：将纳米二氧化硅、蜡粉和胶粘剂放入溶剂b中，采用机械搅拌或超声处理分散均匀，得到超疏水表层涂料，将所述超疏水表层涂料用喷枪涂敷在上述超疏水底层之上，干燥后，放置在100-200℃(优选150-200℃)烘箱烘烤30-600秒，得到高耐用性超疏水高透光防尘涂层。

5、进一步地，在所述步骤(1)中，所述硅胶包括但不限于高温硫化硅胶(htv)、室温硫化硅胶(rtv)；

6、进一步地，在所述步骤(1)中，所述固化剂包括但不限于酸性固化剂、过氧化物固化剂、烷基化固化剂、铂系固化剂、硫化型硅胶固化剂、加热型硅胶固化剂、光致硅胶固化剂；

7、进一步地，在所述步骤(1)中，所述溶剂a包括但不限于甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、四氢呋喃、丙酮等硅胶的良溶剂；

8、进一步地，在所述步骤(1)中，所述硅胶：溶剂a(质量比)为1：0-10；优选地，所述硅胶：溶剂a(质量比)为1：0.5-5；更优选地，所述硅胶：溶剂a(质量比)为1：1；

9、进一步地，在所述步骤(1)中，所述硅胶为室温硫化硅胶，所述室温硫化硅胶：固化剂质量比为100：1-50；优选地，所述室温硫化硅胶：固化剂质量比为100：1-20；更优选地，所述室温硫化硅胶：固化剂质量比为100：4；

10、进一步地，在所述步骤(1)中，所述硅胶为高温硫化硅胶，所述高温硫化硅胶：固化剂质量比为10：0.1-5；优选地，所述高温硫化硅胶：固化剂质量比为10：0.5-3；更优选地，所述高温硫化硅胶：固化剂质量比为10：1.5；

11、进一步地，在所述步骤(1)中，将硅胶、固化剂、溶剂a按照比例混合后进行机械搅拌，得到超疏水底层涂料；

12、优选地，在所述步骤(1)中，所述机械搅拌的时间为10-30分钟；

13、进一步地，在所述步骤(1)中，所述超疏水底层涂料的施用量为50-2000毫升/平方米；优选地，所述超疏水底层涂料的施用量为800-2000毫升/平方米；

14、进一步地，在所述步骤(1)中，所述超疏水底层厚度为0.1-50微米；优选地，所述超疏水底层厚度为2-8微米。

15、进一步地，在所述步骤(1)中，所述涂敷的涂覆方式包括但不限于浸涂、刷涂、刮涂、喷涂。

16、进一步地，在所述步骤(2)中，所述纳米二氧化硅粒径为3-100纳米；优选地，所述纳米二氧化硅粒径为7-100纳米；

17、进一步地，在所述步骤(2)中，所述纳米二氧化硅的形态包括但不限于纳米棒、纳米球、无定型、絮状或网状等；

18、进一步地，在所述步骤(2)中，所述蜡粉包括但不限于聚乙烯蜡粉、聚丙烯蜡粉、聚四氟乙烯蜡粉、聚偏氟乙烯蜡粉、聚酰胺蜡粉、棕榈蜡粉等高温可融化的蜡粉；

19、进一步地，在所述步骤(2)中，所述溶剂b包括但不限于乙醇、丙醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮、二甲基甲酰胺、环己烷等；

20、进一步地，在所述步骤(2)中，所述胶粘剂包括但不限于硅胶、丙烯酸胶粘剂、聚氨酯胶粘剂；

21、进一步地，在所述步骤(2)中，所述纳米二氧化硅：蜡粉：溶剂b：胶粘剂(质量比)为1：0.1-3：20-200：0.1-1；优选地，所述纳米二氧化硅：蜡粉：溶剂b：胶粘剂(质量比)为1：0.5-3：50-200：0.2-1；更优选地，所述纳米二氧化硅：蜡粉：溶剂b：胶粘剂(质量比)为1：1：100：0.2；

22、进一步地，在所述步骤(2)中，所述机械搅拌或超声处理分散的时间为5-30分钟；优选地，所述机械搅拌或超声处理分散的时间为10分钟；

23、进一步地，在所述步骤(2)中，所述超疏水表层涂料的施用量为100-3000毫升/平方米；优选地，所述超疏水表层涂料的施用量为200-3000毫升/平方米；

24、进一步地，在所述步骤(2)中，涂敷在粗糙的硅胶底层之上的超疏水表层的厚度为10-500纳米；优选地，涂敷在粗糙的硅胶底层之上的超疏水表层的厚度为50-300纳米。

25、本发明的第二方面是提供一种由本发明的第一方面所述的制备方法制备的高耐用性超疏水高透光防尘涂层。

26、本发明的第三方面是提供本发明的第二方面所述的高耐用性超疏水高透光防尘涂层在光伏组件、光伏玻璃、建筑外墙、5g基站制造中的应用。

27、本发明的有益效果：

28、本发明的底层和表层共同组成了高耐用性超疏水高透光防尘涂层。底层粗糙的微米结构和表层的纳米结构共同赋予了该涂层高牢固性和高透光性，底层采用硅胶为主要原料，采用蒸汽相分离法制备了粗糙的硅胶表面，该表面具有以下优势：①硅胶的弹性可以缓冲外部负载，提高超疏水涂层的耐摩擦性能；②硅胶的高耐老化性能可以使超疏水涂料具有很高的户外使用寿命；③硅胶疏水迁移性可使表层老化的纳米颗粒恢复超疏水性能；④使用蒸汽相分离法制备的粗糙硅胶表面可以很好的容纳表层纳米，提高了超疏水涂料的牢固性。另外，本发明的表层涂料形成的致密纳米结构填充了底层的的微米空隙，既提高了涂层的透光率又提高了涂层的疏水性和防尘性。表层采用纳米二氧化硅为主要疏水原理，通过添加蜡粉增加光的透过率，该表层具有以下优势：①纳米二氧化较易获得，降低了产品的成本；②蜡粉融化后填充了蜡粉之间大的空隙，增加了透光率，解决了超疏水涂料普遍透光率差的问题；③蜡粉融化后使得纳米之间连接更紧密，增加了涂层的牢固性。