CN110078383A - 一种疏水型减反射溶液、疏水型减反射玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃产品制造技术领域，具体地说，涉及一种疏水型减反射溶液、疏水型减反射玻璃。本发明所述的疏水型减反射溶液，按照以下步骤制备：1、制备碱催化纳米SiO2溶胶；2、制备疏水改性溶液；3、将疏水改性溶液与碱催化纳米SiO2溶胶，搅拌，并依次添加单体纳米银溶液、稳定剂、流平剂、粘度调节剂，搅拌、陈化，即得到疏水型减反射溶液。本发明所述的疏水型减反射溶液，涂覆在玻璃表面，可使玻璃基面上形成致密网状纳米保护膜，从而有效提高材质表面光泽与光滑度，玻璃与水的静态接触角≥100°，玻璃表面反射率降低90%以上，不仅具有减反射、易清洁、抗污、防菌作用，而且，具有较高的硬度和耐磨性，能延长玻璃的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃产品制造技术领域，具体地说，涉及一种疏水型减反射溶液、疏水型减反射玻璃。
背景技术
玻璃是一种复合的钠钙硅酸盐的无机非晶态的物质，易于受到空气、水汽侵蚀导致表面老化，透过率下降，难于清洁。玻璃还具有亲水性，会吸引并将一层水分子锁在表层，粘附灰尘；此外，玻璃不导电，因磨擦而产生的静电不容易驱散，极易吸附沙尘。很多物质，如石灰沉渍、灰泥、砂浆、密封胶、金属氧化物及炭化食物沉淀等，通过化学方式牢固附着在玻璃表面，用一般清洁方式很难去除，大量的细菌将连同这些物质粘附在玻璃表面上，难于清洗。在炎热、潮湿的环境中，建筑卫浴玻璃、建筑幕墙玻璃容易受到大气和水分的作用风化，表面形成彩虹、白斑等风化产物，清洁起来比较困难。每当水与玻璃接触，钠离子便会从它的表面滤走。正常的雨水和清洗会将这些钠离子清除，因而不会造成问题。但如果只有少量的水不时残留在玻璃的表面直至蒸发，钠离子便会局部积聚，透过率下降，变得不再通透，影响美观、性能。
近年来，在国家政策的大力扶持下，我国基于晶体硅、多晶硅电池的光伏发电产业发展迅猛，作为电池盖板的超白玻璃不仅起到保护作用，更具有采光、提供发电的光能的作用，其透过率的高低对发电起到至关重要的影响。在光伏玻璃表面镀增透膜几乎成为行业的标配，太阳能光伏电池板主要安装于室外环境中，不可避免受到风、沙、雨、雾等环境条件的影响，因国内自然环境的差异性，时有沙尘、污染物等附着在玻璃表面，要求玻璃清洗的频率很高，增加了维护的成本。如果玻璃具有自清洁性能，将大幅度的减少人工清洗的频次和费用，具有很好的经济价值和社会意义。因此，具有减反射、自清洁功能的纳米膜成为光伏玻璃表面镀膜的研究热点和未来发展方向。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种疏水型减反射溶液、疏水型减反射玻璃，以解决上述的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的疏水型减反射溶液，按照以下步骤制备：
1、以重量份计，将3-8份硅酸酯、60-100份单体醇、0.01-0.20份碱性催化剂、6-20份去离子水进行混合，经搅拌得到第一混合溶液；
2、以重量份计，将3-8份二甲基二乙氧基硅烷、80-100份单体醇、0.01-0.05 份酸性催化剂、2-20份去离子水进行混合，经搅拌得到第二混合溶液；
3、以重量份计，将10-50份第二混合溶液、100份第一混合溶液进行混合，搅拌，并依次添加0.05-0.20份单体纳米银溶液、0.1-1.0份稳定剂、0.2-2.0份流平剂、2-10份粘度调节剂，搅拌30-60min、陈化2-5天，即得到疏水型减反射溶液。
进一步地说，步骤1中，所述硅酸酯为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯或正硅酸四异丙酯，优选正硅酸乙酯或正硅酸四异丙酯；所述单体醇为无水乙醇、异丙醇或丙三醇，优选无水乙醇、异丙醇；所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙溶液或质量分数25％的氨水，优选质量分数25％的氨水。
进一步地说，步骤2中，所述单体醇为无水乙醇、异丙醇或丙三醇，优选异丙醇；所述酸性催化剂为盐酸、冰醋酸、硫酸或硝酸。
进一步地说，步骤3中，所述稳定剂为硅烷偶联剂；所述流平剂为聚醚类助剂RHEOLATE 212、聚丙烯酸或羧甲基纤维素，优选聚醚类助剂RHEOLATE 212；所述粘度调节剂为丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚或甘油，优选丙二醇甲醚。
进一步地说，步骤3中，所述第二混合液与第一混合液的体积百分比为10％、20％、30％、40％或50％，优选40％。
进一步地说，所述第一混合溶液的粒径20～60nm，粒径分布指数PDI小于 0.12；所述疏水型减反射溶液的粒径20～80nm，粒径分布指数PDI小于0.15。
本发明所述的疏水型减反射玻璃，按照以下步骤制备：
1、玻璃经切割、磨边、清洗、烘干后，备用；
2、将本发明所述的疏水型减反射溶液采用喷涂、辊涂或手动涂膜方式均匀涂覆在玻璃表面；
3、涂膜后，玻璃进行热处理，即制得疏水型减反射玻璃。
作为上述技术方案的一种优选：所述玻璃采用的是超白玻璃、光伏玻璃、压花玻璃或者浮法玻璃，玻璃厚度为2.5-8.0mm；涂覆在玻璃表面的膜层厚度为 50-150nm；涂膜后，玻璃先经过150-250℃烘干，再进行热处理，热处理温度为 500-700℃，处理时间为5-15min。
作为上述技术方案的一种优选：所述玻璃采用的是厚度为2.8-12mm的钢化玻璃、厚度为2.5-5.0mm光伏玻璃或者厚度为10-40mm的中空玻璃；涂覆在玻璃表面的膜层厚度为50-200nm；涂膜后，玻璃进行热处理的温度为400-500℃，处理时间为15-30min。
有益效果：本发明所述的疏水型减反射溶液，涂覆在玻璃表面，可使玻璃基面上形成致密网状纳米保护膜，从而有效提高材质表面光泽与光滑度，玻璃与水的静态接触角≥100°，玻璃表面反射率降低90％以上，当水珠洒落在玻璃表面时，产生荷叶效果，水珠呈圆球状，在重力作用下滑落，带走表面的灰尘、污物，不留痕迹，从而达到自洁效果，可以减少高达90％的清洁时间，玻璃保持长久干净，用于建筑玻璃、卫浴玻璃、淋浴房玻璃，可大大减少日常清洁的难度和频次，大幅度减轻酒店、公寓、居家保洁人员、家庭主妇的劳务压力；用于汽车玻璃，雨滴在风力、重力作用下滑落，会降低会车时迎面光线反射对视线的影响，保持视野清晰，大幅度提高安全性；用于光伏玻璃，将大幅度的减少人工清洗的频次和费用，保持较高的透过率，提高光伏发电效率。总之，本发明所述的疏水型减反射溶液涂覆在玻璃表面形成的膜层不仅具有减反射、易清洁、抗污、防菌作用，而且，具有较高的硬度和耐磨性，能延长玻璃的使用寿命，可广泛应用于卫浴玻璃、光伏玻璃、汽车玻璃、建筑玻璃等。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1：
本实施例所述疏水型减反射溶液，按照以下步骤制备：
1、以正硅酸乙酯为前驱体，无水乙醇为溶剂，氨水(质量分数25％)为催化剂，具体操作如下：室温下，将3份正硅酸乙酯、80份无水乙醇、0.05份氨水、6份去离子水比混合，搅拌30min，室温下陈化8～10天后，在80℃下回流除氨，回流时间4～10小时；静置，即制得第一混合溶液(碱催化纳米SiO2溶胶)；
2、将3份二甲基二乙氧基硅烷(DDS)、80份无水异丙醇、0.01份盐酸、2 份去离子水进行混合，经搅拌，陈化3-10天，即制得第二混合溶液(疏水改性溶液)；
3、将10份第二混合溶液、100份第一混合溶液进行混合，搅拌，并依次添加0.05份单体纳米银溶液、0.1份硅烷偶联剂、0.2份聚醚类助剂RHEOLATE 212、 2.0份丙二醇甲醚，搅拌60min，陈化2天后，得到疏水型减反射溶液。
本实施例所述疏水型减反射玻璃，按照以下步骤制备：
1、选用新鲜的浮法玻璃原片，经切割、磨边后，采用去离子水清洗，除去玻璃表面的污渍、脏污，清洗后的玻璃经150-250℃烘干处理，保持表面洁净、干燥；
2、采用喷涂、辊涂或手动涂膜方式，将上述制得的疏水型减反射溶液均匀的涂覆在玻璃表面；涂覆在玻璃表面的膜层厚度为50-200nm；
3、涂膜后的玻璃在洁净的车间里放置10-30min，让疏水型减反射溶液充分的在玻璃表面流平，再进行热处理；热处理温度700℃，处理时间5-15min；疏水型减反射溶液与玻璃表面反应，形成牢固结合的疏水膜层。
浮法玻璃的成分：钠钙硅系统硅酸盐玻璃，其化学组成：SiO2:70.0％-75.0％，Al2O3:1.0％-2.4％,R2O为13.5％-15.0％，CaO为7.0％-10.5％,MgO为1.0％-4.5％， Fe2O3为0.08％-0.14％。纳米二氧化硅材料与钠钙硅玻璃的主要成分一致，与玻璃本体的结合性能良好，同时，二氧化硅常温下非常稳定，具有非常好的耐酸性、耐碱性、耐候性等。
减反射原理：据辐射分布公式，τ+ρ+α＝1，其中τ，ρ，α分别代表特定波长的透过率、反射率和吸收率。为了在研究光谱范围内达到较高的透过率，必须使膜层反射率、吸收率足够低。对于玻璃来说，其本体的吸收率是基本固定的，而一般玻璃的单面反射率是4％，双面反射率是8％，如果能够把这部分反射光降低，即可增加透过率。相消干涉是指几个从不同界面反射回来的光波相互重叠，最终使反射光波的相位和振幅相互抵消。在可见光范围内，高质量的减反射主要是由相消干涉来实现的，可以采用单层或多层膜系产生这种效应。在要求的波长范围内，这个膜系中的每个膜都有真实折射率n大于1而消光系数接近于0的低吸收介质材料组成的。对于单层膜来说，如果光线垂直于表面入射，则单层膜产生减反射的振幅条件是：n2＝ng，n为膜层的真实折射率，相应的减反射的相位条件是n*d＝λ/4，n*d被称为光学厚度。当膜层的折射率是基材的平方根是可以达到理论上的零反射，而一般玻璃的折射率在 1.45-1.57，因此溶胶凝胶法制备的膜层的折射率要控制在1.21～1.25，对于现有的固体物质来说，都高于此值。因为折射率与材料的致密度有关，通过控制好孔隙率，可以降低反射率。因此，选用上述减反射镀膜溶液形成膜层，能够降低反射光，增加透过率。
疏水原理：在碱性条件下，正硅酸酯水解缩聚形成无定型SiO2颗粒的胶态悬浮液，颗粒表面被大量羟基所覆盖，烧结后还存在大量的羟基基团。由TEOS和 DDS共水解缩聚形成的改性溶胶制备的薄膜中二甲基已经被成功地引入到SiO2网络中。在引入疏水二甲基的同时膜层中亲水羟基的数量减少，从而薄膜获得较好的疏水性能。在酸性条件下，DDS先水解缩合形成大量二聚物，二聚体继续聚合将形成双链聚合物(或称梯形聚合物)，双链聚合物两端的羟基可以和SiO2颗粒表面上的羟基或乙氧基通过缩水形成Si-O-Si连接，这样的溶胶微结构既保留了减反射所必须的纳米颗粒，又在颗粒之间增加了疏水的二甲基。经过疏水改性处理后，可以有效的解决膜层由于富含羟基而易吸水、吸潮导致透过率衰减的技术难题。
纳米银杀菌机理：纳米银就是将粒径做到纳米级的金属银单质，是以原子结构组成的银粒子，不是银离子。本发明所述的纳米银粒径大多在5纳米左右，分散于溶液体系中稳定存在。一般来说，病原菌是依靠蛋白酶来维持新陈代谢的单细胞微生物，而蛋白酶中有一种氧代谢酶，活性非常高，当纳米银遇到它时，会被抢走一个电子变成带正电的银离子，银离子就会吸引蛋白酶中带有负电荷的硫醇基(-SH)的特异性结合，有效地刺穿细胞壁与细胞膜，从而使细菌细胞因蛋白质变性而无法呼吸、代谢和繁殖，直至死亡，起到灭菌、杀菌效果。病原菌自然死亡后，银离子又会得回原本的电子还原成银原子，其杀菌功能是不会消失的。纳米银颗粒直接进入菌体与氧代谢酶(-SH)结合，使菌体窒息而死的独特作用机制，对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，而且不会产生耐药性。
各成分的具体作用机理：
粘度调节剂：所述粘度调节剂为丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、甘油中至少一种，可调节纳米疏水液的粘度、流变性能，在涂膜过程中促进溶液均匀的铺展于玻璃表面，形成全覆盖的膜层；
流平剂：所述流平剂为聚醚类助剂RHEOLATE 212、聚丙烯酸或羧甲基纤维素中的至少一种，能有效降低纳米疏水液表面张力，提高其流平性和均匀性，能促使疏水液在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。
稳定剂：能够提高体系的稳定性，使得纳米银能够分散于纳米氧化硅的溶胶体系中。
实施例2：
本实施例所述疏水型减反射溶液，按照以下步骤制备：
1、以正硅酸四异丙酯为前驱体，异丙醇为溶剂，0.1mol/L的氢氧化钾为催化剂，室温下将8份正硅酸四异丙酯、100份异丙醇、0.05份0.1mol/L的氢氧化钾溶液、20份去离子水比混合，搅拌30min，室温下陈化8～10天后，即获得第一混合溶液(碱催化纳米SiO2溶胶)；
2、将5份二甲基二乙氧基硅烷(DDS)、100份无水乙醇、0.04份冰醋酸、 20份去离子水进行混合，经搅拌，陈化3～10天，即得到第二混合溶液(疏水改性溶液)；
3、将40份第二混合溶液、100份第一混合溶液进行混合，搅拌，并依次添加0.1份单体纳米银溶液、0.5份硅烷偶联剂、1.0份聚丙烯酸、2.0份丙二醇乙醚，搅拌30min，陈化5天后，即制得疏水型减反射溶液。
本实施例所述疏水型减反射玻璃，按照以下步骤制备：
1、选用厚度为2.8mm的超白光伏玻璃作为基片，经切割、磨边后，采用去离子水清洗，除去玻璃表面的污渍、脏污，清洗后的玻璃经150-250℃烘干处理，保持表面洁净、干燥；
2、采用喷涂、辊涂或手动涂膜方式，将上述制得的疏水型减反射溶液均匀的涂覆在玻璃表面；涂覆在玻璃表面的膜层厚度为50-150nm；
3、涂膜后，玻璃先经过150-250℃烘干，再进行热处理，热处理温度为 500-700℃，处理时间为5-15min。
上述的玻璃可达到如下技术指标：玻璃与水静态表面接触角102°，可见光透射比94％，膜面反射率0.8％。经对比试验，对大肠杆菌具有较好的杀菌、抗菌作用。与普通光伏玻璃相比，同样条件下室外放置半年后发现，该玻璃具有较好的易清洁性能，表面干净，透过率高(维持在85％)，而普通光伏玻璃由于表面脏污，透过率低于70％。
实施例3：
本实施例所述疏水型减反射溶液，按照以下步骤制备：
1、以正硅酸乙酯为前驱体，无水乙醇为溶剂，氨水(质量分数25％)为催化剂，具体操作如下：室温下，将2份正硅酸乙酯、80份无水乙醇、0.05份氨水、6份去离子水比混合，搅拌30min，室温下陈化8～10天后，在80℃下回流除氨，回流时间4～10小时；静置，即制得第一混合溶液(碱催化纳米SiO2溶胶)；
2、将8份二甲基二乙氧基硅烷(DDS)、100份无水乙醇、0.04份冰醋酸、 20份去离子水进行混合，经搅拌，陈化3～10天，即得到第二混合溶液(疏水改性溶液)；
3、将40份第二混合溶液、100份第一混合溶液进行混合，搅拌，并依次添加0.2份单体纳米银溶液、0.5份硅烷偶联剂、2.0份羧甲基纤维素、2.0份甘油，搅拌60min，陈化5天后，即制得疏水型减反射溶液。
本实施例所述疏水型减反射玻璃，按照以下步骤制备：
1、选用厚度为8mm的浮法玻璃作为基片，经切割、磨边后，采用去离子水清洗，除去玻璃表面的污渍、脏污，清洗后的玻璃经150-250℃烘干处理，保持表面洁净、干燥；
2、采用喷涂、辊涂或手动涂膜方式，将上述制得的疏水型减反射溶液均匀的涂覆在玻璃表面；涂覆在玻璃表面的膜层厚度为50-150nm；
3、涂膜后，玻璃先经过150-250℃烘干，再进行热处理，热处理温度为 500-700℃，处理时间为5-15min。
上述的玻璃可达到如下技术指标：
玻璃与水静态表面接触角106°，可见光透射比86％，膜面反射率0.6％。经对比试验，对大肠杆菌具有较好的杀菌、抗菌作用。与普通浮法玻璃相比，同样条件下室外放置半年后发现，该玻璃具有较好的易清洁性能，表面干净，透过率高(维持在75％)，而普通浮法玻璃由于表面脏污，透过率低于60％。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。
Claims (9)
1.一种疏水型减反射溶液，其特征在于：按照以下步骤制备：
（1）以重量份计，将3-8份硅酸酯、60-100份单体醇、0.1-0.2份碱性催化剂、6-20份去离子水进行混合，经搅拌得到第一混合溶液；
（2）以重量份计，将3-8份二甲基二乙氧基硅烷、80-100份单体醇、0.01-0.05份酸性催化剂、2-20份去离子水进行混合，经搅拌得到第二混合溶液；
（3）以重量份计，将10-50份第二混合溶液、100份第一混合溶液进行混合，搅拌，并依次添加0.05-0.20份单体纳米银溶液、0.1-1.0份稳定剂、0.2-2.0份流平剂、2-10份粘度调节剂，搅拌30-60min、陈化2-5天，即得到疏水型减反射溶液。
2.根据权利要求1所述的疏水型减反射溶液，其特征在于：步骤（1）中，所述硅酸酯为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯或正硅酸四异丙酯；所述单体醇为无水乙醇、异丙醇或丙三醇；所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙溶液或质量分数25％的氨水。
3.根据权利要求1所述的疏水型减反射溶液，其特征在于：步骤（2）中，所述单体醇为无水乙醇、异丙醇或丙三醇；所述酸性催化剂为盐酸、冰醋酸、硫酸或硝酸。
4.根据权利要求1所述的疏水型减反射溶液，其特征在于：步骤（3）中，所述稳定剂为硅烷偶联剂；所述流平剂为聚醚类助剂RHEOLATE 212、聚丙烯酸或羧甲基纤维素；所述粘度调节剂为丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚或甘油。
5.根据权利要求1所述的疏水型减反射溶液，其特征在于：步骤（3）中，所述第二混合液与第一混合液的体积百分比为10%、20%、30%、40%或50%。
6.根据权利要求1所述的疏水型减反射溶液，其特征在于：所述第一混合溶液的粒径20~60nm，粒径分布指数PDI小于0.12；所述疏水型减反射溶液的粒径20~80nm，粒径分布指数PDI小于0.15。
7.一种疏水型减反射玻璃，其特征在于：按照以下步骤制备：
（1）玻璃经切割、磨边、清洗、烘干后，备用；
（2）将本发明所述的疏水型减反射溶液采用喷涂、辊涂或手动涂膜方式均匀涂覆在玻璃表面；
（3）涂膜后，玻璃进行热处理，即制得疏水型减反射玻璃。
8.根据权利要求7所述的疏水型减反射玻璃，其特征在于：所述玻璃采用的是超白玻璃、光伏玻璃、压花玻璃或者浮法玻璃，玻璃厚度为2.5-8.0mm；涂覆在玻璃表面的膜层厚度为50-150nm；涂膜后，玻璃先经过150-250℃烘干，再进行热处理，热处理温度为500-700℃，处理时间为5-15min。
9.根据权利要求7所述的疏水型减反射玻璃，其特征在于：所述玻璃采用的是厚度为2.8-12.0mm的钢化玻璃、厚度为2.5-5.0mm光伏玻璃或者厚度为10-40mm的中空玻璃；涂覆在玻璃表面的膜层厚度为50-200nm；涂膜后，玻璃进行热处理的温度为400-500℃，处理时间为15-30min。
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