一种用于光伏面板的超疏水耐污耐磨涂层及其制备方法与流程

本发明属于超疏水耐污涂层，特别涉及一种用于光伏面板的超疏水耐污耐磨涂层及其制备方法。

背景技术：

1、对于长时间运行的光伏发电系统，太阳能电池组件表面的积尘和清洁工作一直以来都受到光伏电站的密切关注。组件表面沉积的灰尘会反射、散射、吸收太阳光辐射，从而降低太阳光的透过率，造成组件输出功率减小。此外，灰尘吸收太阳光辐射导致组件升温，以及灰尘中含有的一些腐蚀性化学成分，都会降低光电转换效率，减少组件使用寿命。据调查光伏电站在长期未清洗的情况下，平均功率损失高达15.27％，而传统水清洗或者机器人清洗存在成本高，组件表面易磨损等缺点，因此开发一种针对光伏组件的经济高效、安全可靠的清洁技术对于提高能源利用率，降低光伏电站的运维成本尤为关键。

2、表面水接触角大于150°，滚动角小于10°的涂层称为超疏水涂层，水滴在其表面滚落过程中会带走表面污染物，因此在耐污、自清洁、防覆冰等领域有巨大的应用潜力。受“荷叶效应”的启发，通过构筑粗糙度结构，再结合低表面能材料可以制备超疏水表面。其中低表面能材料主要包括含硅或氟的有机物，粗糙度的构筑一般采用纳米粒子二氧化硅、二氧化钛等。

3、对于光伏组件用涂层，在保证透光率的前提下，还要具有一定的疏水耐污性能，才能避免频繁清洗造成表面损伤，降低因灰尘覆盖导致的功率损失及后期维护成本。郭浩彬制备了纳米sio2/有机硅低聚物透明超疏水复合涂层(郭浩彬.纳米sio_2/有机硅低聚物透明超疏水复合涂层的制备及研究[d].西安建筑科技大学，2023.)，但是当sio2复合粒子由粒径为110nm的溶胶状sio2粒子与粒径为50nm的粉体sio2粒子两种粒子组成；酸性有机硅低聚物中mtes、teos与乙醇的质量比为6∶3∶10；sio2复合粒子溶液与酸性有机硅稀释液的混合质量比为4∶1；添加偶联剂kh540与氟硅烷pfdt的添加量(以混合液总质量计)均为1％时，其制备的复合涂层在可见光波长范围内透光率能达88％，透光率在90％以下在光伏组件领域是非常难以接受的。

4、目前，市面上存在的针对光伏面板表面的自清洁涂层大多存在影响透光率、对面板附着力不强、防尘能力不足、制备及施工工艺复杂等问题。因此研发一种增透减反、易于施工、附着力及硬度等综合性能优异的耐污涂层对于光伏行业的发展十分必要。

技术实现思路

1、本发明为了解决兼具增透减反、优异附着力和硬度的光伏面板耐污涂层的简单制备，提出了一种通过含氟有机聚硅氧烷低聚物构筑低表面能、透明耐磨涂层，结合纳米氧化物溶胶形成的粗糙度结构，赋予涂层超疏水特性，同时改性纳米粒子与有机硅氧烷低聚物之间通过氨基与环氧基团的化学键结合，提高了涂层的硬度和附着力。

2、本发明提供了一种用于光伏面板的超疏水耐污耐磨涂层，所述超疏水耐污耐磨涂层包括改性纳米二氧化硅和有机聚硅氧烷低聚物，其中改性纳米二氧化硅与有机聚硅氧烷低聚物的质量比为10∶0.1-5，

3、所述有机聚硅氧烷低聚物为有机硅烷在酸性条件下的水解缩聚物，所述有机硅烷中至少包含环氧基硅烷和含氟硅烷；

4、所述改性纳米二氧化硅为氨基改性纳米二氧化硅。

5、优选的，所述改性纳米二氧化硅的粒径为5-70nm。

6、本发明还提供了用于光伏面板的超疏水耐污耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：

7、(1)有机聚硅氧烷低聚物的制备：

8、s1：将有机硅烷、ph值调节剂、分散剂混合均匀，得混合液；

9、s2：然后将水滴入到混合液中，水的滴加时间控制在20-60min内；

10、s3：继续反应，待反应结束后降至室温，加入催化剂，混合均匀，得到所述有机聚硅氧烷低聚物溶液；

11、(2)改性纳米二氧化硅的制备：

12、a1：将硅源、溶剂混合均匀，滴入氨水，然后升温至30-80℃，继续反应2-15h，得到纳米二氧化硅溶胶；

13、a2：将改性硅烷偶联剂加入纳米二氧化硅溶胶中反应后得到改性纳米二氧化硅溶胶；

14、(3)将步骤s2中改性纳米二氧化硅溶胶与步骤s1中的有机聚硅氧烷低聚物溶液混合均匀进行自组装，分散均匀后，得到用于光伏面板的超疏水耐污耐磨涂层液；涂覆到基体上并固化，得到用于光伏面板的超疏水耐污耐磨涂层。

15、具体的，步骤(1)中，所述有机硅烷为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、2-(3，4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅、全氟癸基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、3-异丁烯酰氯丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷，硅酸四乙酯、1，2-双甲氧基硅基乙烷、1，2-二(三乙氧基硅基)乙烷中的至少一种，且所述有机硅烷中至少包括环氧基硅烷和含氟硅烷；

16、所述ph值调节剂为有机酸、无机酸、酸酐中的至少一种；

17、所述分散剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚、二丙酮醇中的至少一种；

18、所述催化剂为乙酰丙酮铝、乙酰丙酮锌、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、双氰胺、氢氧化钠、氢氧化钾、醋酸钠、四丁基溴化铵、乙酸胍中的至少一种。

19、更进一步地，所述水与有机硅烷用量的摩尔比为1-8∶1；

20、所述催化剂的用量为有机硅烷、ph值调节剂、溶剂以及水总质量的0.1％-3％；

21、所得有机聚硅氧烷低聚物溶液的固含量为10％-30％；通过调节ph值调节剂的用量，最后所得有机聚硅氧烷低聚物溶液ph值为2-6。

22、优选的，步骤s3中，继续反应的条件为：反应温度为25-80℃，反应时间2-24h。

23、具体的，步骤(2)中，所述硅源为硅酸四甲酯、硅酸四乙酯、硅酸四丁酯、硅酸四异丙酯中的至少一种；

24、所述溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇中至少一种；

25、所述改性硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷中的至少一种，且所述改性硅烷偶联剂中至少含有氨基硅烷。

26、更进一步地，所述改性纳米二氧化硅溶胶质量分数为3％-10％，粒径为5-70nm；

27、所述硅源的用量为溶剂、氨水以及改性硅烷偶联剂总质量的5％-30％，

28、所述改性硅烷偶联剂的用量为所述纳米二氧化硅溶胶质量的0.5-5％。

29、优选的，步骤(3)中，使用超声处理进行分散均匀，所述超声处理的条件为：超声频率为20-80khz，超声时间为10-80min。

30、具体的，步骤(3)中，所述涂覆的方式为浸涂、旋涂或喷涂；

31、所述固化的方式为热固化。

32、本发明的有益效果：

33、(1)利用含氟有机聚硅氧烷低表面能、抗污、致密耐磨、耐水及耐酸碱的特点，赋予涂层较好的耐磨、抗污、耐候等特性

34、(2)叠加氨基改性纳米sio2与环氧的常温固化反应，自组装形成具微纳米表面粗糙结构，赋予涂层超疏水效果，可以有效抑制灰尘在表面的粘附，保持光伏面板的清洁度，并降低灰尘清洗成本；同时改性纳米sio2与有机聚硅氧烷分子链之间以化学键方式结合，提高了涂层的耐磨及耐久性；

35、(3)纳米sio2在自组装过程中形成的多孔结构可以减少光的反射，增加透光率，提高光伏发电效率；

36、(4)纳米sio2以及有机聚硅氧烷低聚物上的活性硅羟基可以与玻璃基底形成化学键，提高涂层附着力。