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一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层及其制备方法与应用

  • 国知局
  • 2024-08-02 17:44:06

本发明属于功能涂层,具体涉及一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层及其制备方法与应用。

背景技术:

1、在“碳达峰”与“碳中和”的背景下,清洁能源转型和绿色复苏成为主要发展趋势,其中以光伏为主导的太阳能产业被赋予了高增长、高景气度的成长空间,将成为未来数十年的产业风口。

2、然而,随着光伏组件规模的日益扩大,在实际运营过程中也暴露出光伏组件表面容易受污染,积累灰尘和污渍严重影响其发电效率,因此太阳能光伏发电板因表面污染而导致发电效率降低成为亟须解决的难题。目前电站主要通过定期人工/机械除尘运维来缓解光伏组件表面污染问题。但是,上述两种除尘方法往往需要消耗大量的人力与物力成本,如何有效地减少光伏组件玻璃表面污染,将成为未来提高光伏新能源发电效率的重要发展方向之一。

3、超疏水自清洁涂层能够利用自身特殊的表面润湿性,在无需人力协助的情况下维护材料的清洁度,不仅能够降低高昂的人力与财力输出,还可以避免维护过程中的安全隐患,成为解决材料表面清洁问题的理想手段,例如cn202011123721.3公布了一种由sio2、tio2、聚二甲基硅氧烷(pdms)和油酸钠组成的复合超疏水自清洁涂层材料,适用于太阳能光伏发电板的超疏水自清洁涂层。但是太阳能光伏发电板涂层需要同时满足高透光率和高结构稳定性两个基本要求,然而目前已报道的大多数超疏水材料都是不透明或者半透明的,而超疏水涂层的透明度和表面粗糙度是两项矛盾的性质,增加表面的粗糙度能有效改善表面的疏水性,但同时也会增加光的散射从而不利于表面透明度的提高;且,超疏水涂层在实际应用过程中,很容易因表面结构被破坏而使其丧失自清洁功能。

4、因此,如何开发开发工艺流程简单、适合工业化生产的高透光率、高稳定性的超疏水自清洁涂层是该领域面临的难点问题之一。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题,本发明提供了一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层及其制备方法与应用。

2、为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

3、一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层的制备方法,具体包括以下步骤:

4、(1)将无机纳米粒子和羟基化低表面能聚合物混合均匀得到混合溶液,备用;

5、(2)将所述混合溶液加入硼酸的异丙醇溶液混合均匀后在85-100℃反应5-15min,得到透明复合凝胶;

6、(3)将所述透明复合凝胶涂覆于太阳能光伏板表面后高温固化即得到高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层。

7、本发明针对现有超疏水涂层透光率低与结构稳定性差两个问题,设计含有动态交联网络结构的聚合物/无机纳米粒子复合材料,一方面,利用动态交联网络结构平衡涂层的粗糙度和透光率的关系,提高超疏水涂层的透光率;另一方面,通过填充无机纳米粒子提高涂层的耐磨性,提高超疏水涂层的结构稳定性;同时在此基础上,网络结构中的动态可逆键也可实现涂层在损伤条件下的快速自我修复。

8、优选的,步骤(1)中所述无机纳米粒子和所述羟基化低表面能聚合物的的质量百分比为0.05-5%。

9、优选的,步骤(1)中所述无机纳米粒子为无机纳米粒子为二氧化硅、三氧化二铝和二氧化钛等中的任意一种,粒径为30-100nm。

10、本发明采用上述无机纳米粒子,一方面,纳米粒子硬度大,具有优异的耐磨性,可以有效提高涂层的结构稳定性;另一方面涂层的透光率主要依赖于涂层厚度,涂层越薄透光率越好,为了提高涂层透光率,需要使用小尺寸的无机纳米粒子。

11、优选的,步骤(1)中所述羟基化低表面能聚合物为端基羟基化的聚硅氧聚合物或者氟化物,如端基羟基化的聚二甲基硅氧烷或者氟硅油,粘度25-50000cst。

12、一方面,如聚二甲基硅烷产品已经商业化,价格低廉,适合于大规模工业生产;另一方面,聚二甲基硅烷是透明溶液,自身具有优异的透光率。

13、优选的,步骤(2)中所述硼酸的异丙醇溶液中硼酸和异丙醇的质量体积为0.50g:10ml,充分溶解硼酸,得到硼酸的均一溶液。

14、优选的,步骤(2)中所述硼酸和所述混合溶液的质量比为0.74:1.5-2.5,使得硼酸与羟基化低表面能聚合物的适合投料比,以保证硼酸与羟基形成稳定且较多的硼酸酯键。

15、优选的,步骤(2)中所述混合均匀的方法为:首先超声10-15min,然后置于65-75℃下,在转速100-200rpm下搅拌20-30min。

16、优选的,步骤(3)中所述高温固化的温度为150-160℃。

17、优选的,步骤(3)中所述涂覆方式包括喷涂、旋涂和涂布等方式中的任意一种。

18、根据上述所述制备方法得到的一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层。

19、根据上述所述制备方法得到的一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层或者上述所述的一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层在太阳能光伏组件中的应用。

20、与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:

21、本发明提供了一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层及其制备方法与应用,本发明基于动态交联网络结构/无机纳米粒子协同作用,实现涂层超疏水、高透光率与高稳定性的统一,兼具超疏水、高透光率和高稳定性的自清洁涂层,实现光伏组件在无需人为干扰情况下的长期自我清洁,从根本上解决太阳能光伏玻璃面板容易粘粘灰尘、起雾、易沾污等问题,从而显著提高光伏发电效率与使用寿命。

技术特征:

1.一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述无机纳米粒子和所述羟基化低表面能聚合物的的质量百分比为0.05-5%。

3.根据权利要求1所述的一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述无机纳米粒子为二氧化硅、三氧化二铝和二氧化钛中的任意一种,粒径为30-100nm。

4.根据权利要求1所述的一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述羟基化低表面能聚合物为端基羟基化的聚硅氧聚合物或者氟化物,粘度25-50000cst。

5.根据权利要求1所述的一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述硼酸的异丙醇溶液中硼酸和异丙醇的质量体积为0.50g:10ml。

6.根据权利要求1所述的一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述硼酸和所述混合溶液的质量比为0.74:1.5-2.5。

7.根据权利要求1所述的一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述混合均匀的方法为:首先超声10-15min,然后置于65-75℃下,在转速100-200rpm下搅拌20-30min。

8.根据权利要求1所述的一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述高温固化的温度为150-160℃。

9.根据权利要求1-8任一项所述制备方法得到的一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层。

10.根据权利要求1-8任一项所述制备方法得到的一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层或者权利要求9所述的一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层在太阳能光伏组件中的应用。

技术总结本发明公开了一种高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层,制备方法包括以下步骤:(1)将无机纳米粒子和羟基化低表面能聚合物混合均匀得到混合溶液,备用;(2)将所述混合溶液加入硼酸的异丙醇溶液混合均匀后在85‑100℃反应5‑15min,得到透明复合凝胶;(3)将所述透明复合凝胶涂覆于太阳能光伏板表面后高温固化即得到高透光率、高稳定性超疏水自清洁涂层。本发明基于动态交联网络结构/无机纳米粒子协同作用,实现涂层超疏水、高透光率与高稳定性的统一,兼具超疏水、高透光率和高稳定性的自清洁涂层,从根本上解决太阳能光伏玻璃面板容易粘粘灰尘、起雾、易沾污等问题,从而显著提高光伏发电效率与使用寿命。技术研发人员:姚宇炯,杜艳秋,杨晓明,侯玥同,刘雪杰,李海东受保护的技术使用者:嘉兴学院技术研发日:技术公布日:2024/6/26

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