[发明专利]疏水自清洁减反射涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本项目属于纳米功能材料制备技术领域，特别涉及到疏水自清洁和减反射涂层及其制备方法。

背景技术

减反射是指减少或消除表面的反射光，从而提高这些元件的通光率，减少或消除杂散光。减反射膜在太阳能电池盖板玻璃、光学元件、显示屏等领域得到广泛应用。

疏水膜一种类似防“荷叶效应”表面结构，通过降低表面能和/或提高表面粗糙度，以提高水滴的接触角。薄膜疏水特性使得表面不沾水，可以避免一些需要水才能发生的化学反应或与水形成化学键，从而降低了表面的附着物，达到自清洁功能。

采用溶胶-凝胶法制备减反射膜和疏水膜的文献较多，但具有疏水和减反射双功能的很少见。薄膜的疏水性和透光率在一定程度上是个矛盾体，为了获得超疏水性，需要提高表面粗糙度和降低表面能，而为了提高薄膜的透光性，要求薄膜表面达到较高的光洁度和平整度。如专利CN101362632A在玻璃基底上制备的疏水薄膜接触角超过150°，平均透射率只有60%；专利CN101407648A在导电玻璃上制备的薄膜，接触角达到153~162°，在500nm波长下的透射率为90.2~95.5%。要同时获得较高的透光性和疏水性，表面粗糙度一般要小于100nm，这就要求合适的颗粒尺寸和浓度以便不会产生明显的光散射。

相关溶胶-凝胶法制备的疏水减反射膜一般的做法先在基地上制备减反射膜，然后在对减反射膜进行有机物修饰降低其表面能，如发明专利CN101885586A、发明专利CN100346177C、发明专利CN102234183A、文献《材料科学与工程学报》，2004,22(4):502-504。同时，也可以在减反射膜表面再制备一层具有粗糙结构的薄膜，最后对粗糙薄膜进行低表面能物质修饰，如文献Chem. Mater, 2010,22:4406-4413。

由于后期修饰工艺比较复杂，特别要用到易水解的含氟硅烷或含氯硅烷时，操作存在一定的危险性和对环境的危害，工业生产较难实现。因此，也有一些文献采用免修饰“一步法”制备疏水和增透双功能薄膜，如发明专利CN1102622C、发明专利CN1304050A、文献Surface & Coating Technology, 2012, 206:4449-4454。但是由于其使用了大量的正硅酸酯Si(OR’)₄，水解速度与带疏水基团的硅氧烷相差较大，最后形成的疏水纳米颗粒常常还残留大量的-OH基团，降低了薄膜的疏水性。另外，又有纳米颗粒表面存在疏水基团，通常制备的薄膜附着力较差，难于推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种疏水自清洁减反射（或增透）涂层及其免修饰制备方法，克服了以往疏水减反射涂层的制备方法复杂性、附着力差的特点，采用简单易行、免修饰“一步法”解决以上技术难题。

本发明所提供的制备疏水自清洁减反射涂层的方法，采用带疏水基团的硅氧烷水解疏水纳米溶胶，并添加硅烷偶联剂提高附着力，用提拉或旋涂的方法在玻璃基底上成膜，干燥后高位煅烧，进一步固结薄膜，得到疏水自清洁减反射薄膜。

本发明提出的疏水自清洁减反射涂层的制备方法，具体步骤如下：

1）将烷基烷氧基硅烷（R_nSi(OR’)_4-n）溶解在醇溶液中。其中， R是甲基、乙基、丙基、异丁基、辛基等烷基，R’是甲基或乙基，n是1或2；醇为甲醇、乙醇或丙醇；烷基烷氧基硅烷与醇的摩尔比是1:5~40。

2）加入酸催化剂水解，水解温度控制在30~80℃，水解时间0.5~4小时。其中，酸催化剂为少量的盐酸（或硝酸、硫酸、磷酸、硼酸、甲酸、乙酸、草酸）与水、乙醇的混合物；烷基硅氧烷与酸的摩尔比是1:0.01~0.05。

3）加入碱催化剂水解，水解温度控制在50~80℃，水解时间1~24小时。其中，碱催化剂为少量的氨水、水和乙醇的混合物；烷基硅氧烷与酸的摩尔比是1:0.5~1.3。

4）加入丁醇和硅烷偶联剂的混合物，分散均匀后室温陈化24~72小时。利用硅烷偶联剂有助于疏水基团与基底的粘接性，以提高薄膜的附着力，其中，烷基硅氧烷、硅烷偶联剂、正丁醇的摩尔比是1:0.15~0.25:4.0~9.0；硅烷偶联剂是3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基（乙氧基）硅烷或丙烯基三甲氧基硅烷。

5）采用旋涂、提拉方法在基底上进行一次、两次或多次涂膜，基底为玻璃。

6）待涂层自然干燥后，进行200~400℃热处理0.5~2小时。