超疏水自修复透明涂层及其制备方法和用途与流程

本发明涉及透明涂层，具体而言，涉及一种超疏水自修复透明涂层及其制备方法和用途。

背景技术：

1、太阳能光伏系统拥有大量的采光玻璃板，由于太阳能光伏电池板上的采光玻璃长期暴露于室外环境(特别是沙漠和潮湿环境)，导致灰尘和污垢大量堆积在太阳能电池组件上，导致其对太阳光的吸收减少，降低了太阳能光伏电池的光电转换效率。太阳能封装常用3.2mm超白压延玻璃，透过比为92％左右，经测试，很少量(0.005kg/m2)的尘土就可以让太阳能电池板的能量转化率降低40％，因此，每年因玻璃板污染而损失的发电量相当可观。

2、为了提高太阳能电池的转换效率，目前使用的清洁技术可分为手动、自动和自清洁。手动清洁需要依托大量人力、物力去清洁太阳能电池板玻璃的表面，而且在清洗过程中需要消耗大量的水和电，既不节能，也不环保；自动化清洁前期投入大，使用过程中的能耗高，且受限于地形，仍需人力协助清洁，后期设备维护成本高；超疏水自清洁涂层是维护光伏组件的较好的选择，可以轻松去除太阳能电池板上的灰尘，从而提高光电转换效率，但是由于大部分太阳能光伏板所处的环境较为恶劣，超疏水自清洁涂层会面临日光中紫外线的辐射、雨水冲刷、飞砂走石的磨损、极端的高低温变化、鸟类排泄物的侵蚀等问题，现有的超疏水自清洁涂层普遍为通过复配的配方型产品，涂层透明性较差、涂层与基材黏附不牢固、涂层表面的粗糙微纳结构太脆弱，容易受到冲击、磨损和侵蚀，从而失去粗糙表面，失去自清洁性能。因此，有必要开发出具有抗紫外老化性、良好附着力、透光率以及自修复能力的超疏水涂层。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种超疏水自修复透明涂层及其制备方法和用途，以缓解现有技术中的超疏水自清洁涂层存在的透明性较差、基材黏附不牢固、表面的粗糙微纳结构太脆弱的技术问题。

2、本发明提供的超疏水自修复透明涂层的制备方法，包括：

3、以质量比，向容器中加入0.5～0.8份季戊四醇四油酸酯和5～10份有机溶剂，在20～30℃的温度条件下搅拌混合均匀后，加入2～5份纳米氧化铈，搅拌混合均匀后，再加入3～6份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和8～15份有机溶剂，搅拌混合均匀后，超声处理第一预设时长，制得改性纳米氧化铈悬浮液；

4、以质量比，向另一容器中加入17～25份干燥处理后的二异氰酸酯、21～45份聚二元醇单体和25～35份有机溶剂，在惰性气体保护及80～85℃的温度条件下搅拌混合均匀，加入0.05～0.1份二月桂酸二丁基锡反应第二预设时长后，降温至60～65℃，加入0.8～1.2份扩链剂反应第三预设时长后，再加入0.5～1份三羟甲基丙烷反应第四预设时长后，加入65～100份有机溶剂，保温反应第五预设时长后，加入3～7份甲基丙烯酸羟乙酯得到双键封端的含二硫键的聚氨酯预聚体溶液；

5、以质量比，向另一容器中加入16～24份所述双键封端的含二硫键的聚氨酯预聚体溶液、2.2～5.3份含氟丙烯酸酯单体和5.1～8.6份乙烯基封端的聚二甲氧基硅烷，在惰性气体保护下冰水浴中搅拌混合均匀，加入0.2～0.5份raft链转移剂，60～70℃的温度条件下搅拌反应第六预设时长后，加入0.02～0.05份三烯丙基异氰脲酸酯，搅拌反应第七预设时长后，加入8～13份所述改性纳米氧化铈悬浮液，搅拌聚合反应第八预设时长后，得到纳米氧化铈/聚氨酯丙烯酸酯共聚物溶液；

6、将所述纳米氧化铈/聚氨酯丙烯酸酯共聚物溶液涂覆于基材，得到超疏水自修复透明涂层。

7、优选地，作为一种可实施方式，所述第一预设时长为0.5～1h，和/或，所述第二预设时长为0.5～1h，和/或，所述第三预设时长为0.5～1h，和/或，所述第四预设时长为0.5～1h，和/或，所述第五预设时长为2～3h，和/或，所述第六预设时长为1～2h，和/或，所述第七预设时长为1～2h，和/或，所述第八预设时长为4～6h。

8、优选地，作为一种可实施方式，所述在20～30℃的温度条件下首次搅拌混合均匀的步骤中，搅拌混合的时长为0.5～1h；和/或，所述在惰性气体保护下冰水浴中搅拌混合均匀的步骤中，搅拌混合的时长为0.3～0.5h。

9、优选地，作为一种可实施方式，所述制得改性纳米氧化铈悬浮液后，所述方法还包括：将所述改性纳米氧化铈悬浮液密封保存；和/或，所述得到纳米氧化铈/聚氨酯丙烯酸酯共聚物溶液后，所述方法还包括保温1.5～2.5h后，冷却至室温出料。

10、优选地，作为一种可实施方式，将所述纳米氧化铈/聚氨酯丙烯酸酯共聚物溶液涂覆于基材的步骤，包括：

11、对所述透明基材进行清洗，将清洗后的所述透明基材在70～80℃的温度条件下真空干燥后，放在匀胶旋涂仪上，以预设转速和第十预设时长，将所述纳米氧化铈/聚氨酯丙烯酸酯共聚物溶液旋涂于所述透明基材的表面，之后，常温通风干燥。

12、优选地，作为一种可实施方式，所述预设转速为3000～4000rpm，所述第十预设时长为2～3s。

13、优选地，作为一种可实施方式，所述对所述透明基材进行清洗的步骤包括：将所述透明基材放入超声清洗槽中，加入超纯水、洗涤剂，超声处理0.5～1h；用超纯水洗去泡沫，放入碱性溶液中浸泡0.8～1.2h，用超纯水清洗干净，加入丙酮超声处理0.5～1h。

14、优选地，作为一种可实施方式，所述二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种、两种或多种；

15、和/或，所述聚二元醇单体包括聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚己内酯二元醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚己二酸-1、4-丁二醇酯二醇中的一种、两种或多种，且数均分子量为500～1000；

16、和/或，所述扩链剂包括二羟基二硫化二乙基秋兰姆、双(2-羟乙基)二硫化物、双(4-羟基苯)硫醚中的一种；

17、和/或，所述含氟丙烯酸酯单体包括全氟烷基乙基丙烯酸酯、丙烯酸六氟丁酯和甲基丙烯酸十二氟庚酯中的一种；

18、和/或，所述raft链转移剂包括2-(十二烷基硫基硫代羰基硫基)-2-甲基丙酸、二(二甲基乙酰氯)三硫代羰基酯、2-氰基-2-丙基并二硫、2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯中的一种；

19、和/或，所述有机溶剂包括氯仿、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、丙酮、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种；

20、和/或，所述惰性气体包括氮气。

21、本发明还提供了一种超疏水自修复透明涂层，其采用上述超疏水自修复透明涂层的制备方法制备得到。

22、本发明还提供了一种上述超疏水自修复透明涂层的用途，所述超疏水自修复透明涂层用于太阳能光伏电池板的采光玻璃板、玻璃幕墙或车窗玻璃。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

24、本发明首先利用异氰酸酯单体可以与含羟基的聚二元醇单体、含羟基的二硫化物进行亲核加成反应，得到双键封端的含二硫键的聚氨酯预聚体，再与含氟丙烯酸酯、双键封端的聚二甲氧基硅烷经可逆加成-断裂链转移自由基聚合(raft)，对改性纳米氧化铈进行接枝共聚得到纳米氧化铈/聚氨酯丙烯酸酯共聚物溶液，最后将纳米氧化铈/聚氨酯丙烯酸酯共聚物溶液涂覆于基材表面，便可得到超疏水自修复透明涂层。

25、利用可逆加成-断裂链转移自由基聚合(raft)技术，可以使聚合物分子质量分布更加趋于均衡，有助于输出可靠持续的产品性能。首先，纳米氧化铈的引入，构筑了超疏水涂层形成必要的粗糙微纳结构，由于其拥有优良的紫外线吸收性能，对紫外线(波长200～400nm)有屏蔽作用，因此可以提高聚合物的抗紫外老化性能，且其本身对可见光无特征吸收，透过性好，可以确保涂层的透光率；其次，向聚氨酯中引入氟硅等低表面能物质赋予涂层低表面能，与纳米氧化铈材料构筑的粗糙微纳结构共同作用形成在基材表面牢固粘附的涂层，同时赋予涂层优异的自清洁性能，涂层表面静态水接触角达到150.0°以上，滚动角小于5°；此外，向聚合物中引入双硫键(动态共价键)，在可见光照射下双硫键可均裂为硫自由基，在硫自由基重新生成双硫键的过程中实现链段的重组，进而实现对聚合物裂纹的修复，在受到冲击、磨蚀和侵蚀时，可自行修复，保持涂层的良好性能。