CN108300286A - 掺锆二氧化硅聚合物溶胶及其增透减反镀膜液的制备应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及增透减反镀膜液领域,具体涉及一种掺锆二氧化硅聚合物溶胶及其增透减反镀膜液的制备应用。本发明提供了一种掺锆二氧化硅聚合物溶胶,所述掺锆二氧化硅聚合物溶胶通过含有烷氧基硅烷、锆盐、溶剂、水和酸的原料复合而成。本发明通过将含有掺锆二氧化硅聚合物溶胶、水、高分子聚合物乳液的原料复合从而得到增透减反镀膜液。本发明所得到的增透减反镀膜液,经固化、钢化后,既保证膜层具有较高孔隙率及机械强度,又使膜层表面致密,达到既增加透光率又保持较好耐脏污性能的目的,很好地解决了现有技术制备的水性增透膜存在的透光率及耐脏污性能差的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及增透减反镀膜液领域,具体涉及一种掺锆二氧化硅聚合物溶胶及其增透减反镀膜液的制备应用。
背景技术
目前市场上大多数增透减反镀膜液是以有机溶剂为分散介质的,在生产增透玻璃时会产生大量的废气,对环境及人体健康产生严重危害,而且也增加了增透玻璃的成本。如果将增透膜镀膜液中的有机溶剂用水取代,制成水基增透膜镀膜液,将大幅减少有机化合物的使用,而且水比有机溶剂价格低廉,可以较大范围内节省原料成本。今年来,市场上也出现过水性增透膜镀膜液,市面上普遍反映其增透率虽然不高,但其增透曲线较平,增益值与其他厂家比相差不大,且加工性能好,能顺利通关各项耐候性测试等一系列有点,然而因其膜层结构局限性,增透率无法提高,且膜面耐沾污性能差,在组装光伏组件时容易粘上EVA胶,很难去除,大大限制了其广泛应用。
中国专利申请(申请号为201210387442.7)公开了玻璃增透镀膜液及其在制备增透膜玻璃中的制备方法,其公开了用水性纳米硅溶胶制备水性增透膜镀膜液,其是将两种或两种以上性质不同的水性纳米硅溶胶直接混合,再添加多元酸或咪唑等小分子有机添加剂,制得了水性增透膜镀膜液。该方法制备得到的水性镀膜液,由于纳米硅溶胶未经改性,纳米二氧化硅粒子表面含有大量的活性硅羟基,稳定性较差,而且仅添加小分子有机添加剂成膜性能较差且增透膜增透率低、耐脏污性能差。
中国专利申请(申请号为201210233868.7)公开了一种水性增透液,其包括硅溶胶、铝溶胶、PVP-K30、KH-560、环己烷、硝酸、醇类混合物以及剩余量的去离子水。该方法所得到的水性镀膜液,由于直接用市场上购买的纳米二氧化硅球形颗粒溶胶制备,成膜时球形纳米二氧化硅颗粒堆积成高孔隙率疏松结构,导致薄膜的机械强度很低,即很容易被擦拭掉,而且制备的薄膜表面粗糙度大,粉尘或有机物脏污容易陷于低洼处而难以处理,即耐脏污性能差。
中国专利申请(申请号为201510313542.9)公开了低成本水基硅溶胶增透镀膜液及其制备和应用,其是在有机溶剂型硅溶胶中加入一定量的交联树脂,然后再加入大量水稀释,从而制得水性镀膜液。该方法中引入高分子树脂,利用钢化高温(500℃以上)煅烧将高分子树脂去除,提高薄膜的孔隙率从而大幅提高薄膜的透过率,然而制得的增透膜耐脏污性能差。因为膜层段烧前二氧化硅纳米颗粒和高分子树脂是均匀混合的,煅烧后膜层表面不可避免的存在由于高分子树脂分解后形成的开放式、与大气相通的孔隙,这些孔隙在组装光伏组件时容易被熔融的EVA渗入,冷却后造成EVA残留很难去除清理;同时,光伏组件由于增透膜表面存在大量的开放式孔隙,在户外使用过程中很容易吸附粉尘及汽车尾气等脏污,造成透光率下降,发电效率降低。
目前大部分水性增透膜镀膜液都是采用硅溶胶与小分子有机物或聚合物树脂复配得到,这类镀膜液烧制而成的增透膜是由几十到上百纳米粒度大小的二氧化硅纳米颗粒堆积而成的高孔隙率疏松结构组成的,具有很好的增透性能。但由于二氧化硅纳米颗粒与玻璃表面化学键很少,此类薄膜的机械强度很低,即很容易被擦拭掉,而且膜层表面不可避免的存在由于高分子树脂分解后形成的开放式、与大气相通的孔隙,这些孔隙在组装光伏组件时容易被熔融的EVA渗入,冷却后造成EVA残留很难去除清理,从而影响光伏组件外观及发电效率;同时,光伏组件由于增透膜表面存在大量的开放式孔隙,在户外使用过程中很容易吸附粉尘及汽车尾气等脏污,造成透光率下降,发电效率降低。而太阳能封装玻璃用于户外,经常遭遇各种雨雪、冰雹、风沙、汽车尾气等环境条件,对薄膜的机械强度和耐脏污性能提出了很高的要求,因此,此类水性增透膜镀膜溶液镀制的增透膜不符合客户要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:现有技术中制备得到的水性增透减反镀膜液存在透光率低,耐脏污性能差的问题。
本发明针对上述问题,提出了一种增透减反镀膜液,本发明是先制备掺锆二氧化硅聚合物溶胶,所述掺锆二氧化硅聚合物溶胶是通过含有烷氧基硅烷、锆盐、溶剂、水和酸的原料复合而成,然后,将掺锆二氧化硅聚合物溶胶与高分子聚合物乳液复合从而得到增透减反镀膜液。本发明是采用溶胶-凝胶法以烷氧基硅烷和锆盐为原料,在酸性催化条件下制备得到掺锆二氧化硅溶胶,然后与高分子聚合物乳液混合得到增透减反镀膜液。
具体来说,本发明提出了如下技术方案。
本发明提供了一种掺锆二氧化硅聚合物溶胶,其通过含有烷氧基硅烷、锆盐、溶剂、水和酸的原料复合而成,其中,烷氧基硅烷:锆盐:溶剂:水:酸的质量含量比为20-40%:1-5%:39.8-73.99%:5-15%:0.01-0.2%。
优选的,对于所述的掺锆二氧化硅聚合物溶胶,其中,所述烷氧基硅烷选自于四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷和二苯基二乙氧基甲烷中的一种或两种以上。
优选的,对于所述的掺锆二氧化硅聚合物溶胶,其中,所述锆盐选自于硝酸锆、氧氯化锆、醋酸锆、柠檬酸锆盐、草酸锆、乙酰丙酮锆、异丙醇锆、四正丙基锆酸酯、正丙氧基锆酸酯、四(三乙醇胺)锆酸酯、烷氧基三(乙烯基-乙氧基)锆酸酯和烷氧基三(对氨基苯氧基)锆酸酯中的一种或两种以上。
优选的,对于所述的掺锆二氧化硅聚合物溶胶,其中,所述溶剂选自于甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、正丙醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单***、二丙二醇甲醚、丙二醇二甲醚、三丙二醇单甲醚和三丙二醇单***中的一种或两种以上。
优选的,对于所述的掺锆二氧化硅聚合物溶胶,其中,所述酸选自于盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、醋酸、柠檬酸和草酸中的一种或两种以上。
本发明提供了一种掺锆二氧化硅聚合物溶胶的制备方法,其包含下述步骤:
(1)将烷氧基硅烷、锆盐及溶剂置于反应容器中,40-80℃下,得到A液;
(2)将去离子水与酸加入A液中进行反应,室温下进行陈化,得到掺锆二氧化硅聚合物溶胶。
优选的,对于所述的制备方法,其中,在步骤(2)中,所述将水和酸加入A液中是指在0.5-2h内滴入到A液中,反应时间为1-2h。
优选的,对于所述的制备方法,其中,所述陈化时间为1-5天。
本发明提供了一种增透减反镀膜液,其通过含有掺锆二氧化硅聚合物溶胶、高分子聚合物乳液和水的原料复合而成,其中,所述掺锆二氧化硅聚合物溶胶:高分子聚合物乳液:水的质量含量比为10-25%:1-10%:65-89%;优选的,所述掺锆二氧化硅聚合物溶胶:高分子聚合物乳液:水的质量含量比为10-25%:2.9-10%:65-87%。
优选的,对于所述的增透减反镀膜液,其中,所述高分子聚合物乳液为球形。
优选的,对于对于所述的增透减反镀膜液,其中,所述高分子聚合物乳液选自于阳离子聚苯乙烯乳液、阳离子苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、阳离子聚丙烯酸酯乳液和阳离子聚氨酯乳液中的一种或两种以上。
本发明提供了一种增透减反镀膜液的制备方法,其包含下述步骤:
(1)将掺锆二氧化硅聚合物溶胶加水至固含量以重量计为3-5%,得到B液;
(2)将高分子聚合物乳液加入到B液中,得到增透减反镀膜液。
本发明提供了一种增透减反镀膜玻璃,其是将增透减反镀膜液采用喷涂、浸涂、提拉、辊涂、旋涂、流涂和刷涂镀膜方法中的任一项镀膜方法,将所述镀膜液涂覆于玻璃基材上,待其表面干燥后,进行80-250℃的烘烤固化,经500-700℃钢化处理得到。
本发明所提供的掺锆二氧化硅聚合物溶胶或增透减反镀膜液,其在制备光学器件或太阳能器件的增透减低反射率膜中的应用。
本发明所取得的有益效果是:本发明是使用溶胶-凝胶法以烷氧基硅烷和锆盐为原料,在酸性催化剂条件下制备得到掺锆二氧化硅聚合物,然后与高分子聚合物乳液混合得到一种增透减反镀膜液,该镀膜液再经过固化、钢化处理后,既保证膜层具有较高孔隙率及机械强度,又使膜层表面致密,达到既增加透光率又保持较好耐脏污性能的目的。
具体实施方式
如上所述,本发明提供了一种掺锆二氧化硅聚合物溶胶,所述掺锆二氧化硅聚合物溶胶通过含有烷氧基硅烷、锆盐、溶剂、水和酸的原料复合而成,其中,烷氧基硅烷:锆盐:溶剂:水:酸的质量含量比为20-40%:1-5%:39.8-73.99%:5-15%:0.01-0.2%。
其中,所述烷氧基硅烷选自于四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷和二苯基二乙氧基甲烷中的一种或两种以上。
所述锆盐选自于硝酸锆、氧氯化锆、醋酸锆、柠檬酸锆盐、草酸锆、乙酰丙酮锆、异丙醇锆、四正丙基锆酸酯、正丙氧基锆酸酯、四(三乙醇胺)锆酸酯、烷氧基三(乙烯基-乙氧基)锆酸酯和烷氧基三(对氨基苯氧基)锆酸酯中的一种或两种以上。
所述溶剂选自于甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、正丙醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单***、二丙二醇甲醚、丙二醇二甲醚、三丙二醇单甲醚和三丙二醇单***中的一种或两种以上。
所述酸选自于盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、醋酸、柠檬酸和草酸中的一种或两种以上。
本发明还提供了一种掺锆二氧化硅聚合物溶胶的制备方法,其包含下述步骤:
(1)将烷氧基硅烷、锆盐及溶剂置于反应容器中,40-80℃下,得到A液;
(2)将水与酸加入A液中进行反应,室温下进行陈化,得到掺锆二氧化硅聚合物溶胶。
其中,将水和酸加入A液中是指在0.5-2h内缓慢滴入到A液中,反应时间为1-2h。
其中,所述陈化时间为1-5天。
本发明还提供了一种增透减反镀膜液,其是通过含有掺锆二氧化硅聚合物溶胶、高分子聚合物乳液和水的原料复合而成,其中,所述掺锆二氧化硅聚合物溶胶:高分子聚合物乳液:水的质量含量比为10-25%:1-10%:65-89%。
其中,所述高分子聚合物乳液为球形,所述高分子聚合物乳液选自于阳离子聚苯乙烯乳液、阳离子苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、阳离子聚丙烯酸酯乳液和阳离子聚氨酯乳液中的一种或两种以上。
本发明还提供了一种制备增透减反镀膜液的方法,其包含下述步骤:
(1)将掺锆二氧化硅聚合物溶胶加水至固含量以重量计为3-5%,得到B液;
(2)将高分子聚合物乳液加入到B液中,得到增透减反镀膜液。
本发明将所得到的镀膜液采用喷涂、浸涂、提拉、辊涂、旋涂、流涂和刷涂镀膜方法中的任一项镀膜方法,将所述镀膜液涂覆于玻璃基材上,待其表面干燥后,进行80-250℃的烘烤固化,经500-700℃钢化处理得到。
本发明所得到的镀膜液在超白光伏玻璃镀膜时,经固化、钢化后,高分子聚合物乳胶颗粒作为模板剂进行分解,从而在二氧化硅聚合物形成的致密膜层中形成椭球孔洞,从而既保证膜层具有较高孔隙率及机械强度,又使膜层表面致密,达到既增加透光率又保持较好耐脏污性能的目的。
下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式进行说明。
实施例一
(一)掺锆二氧化硅聚合物溶胶的制备
(1)向装有温度计、电动搅拌器、冷凝管和恒压漏斗的500ml四口烧瓶中加入295.96g甲醇,然后再加入80g四甲氧基硅烷和4g硝酸锆,进行搅拌,搅拌均匀后,升温至40℃,得到A液;
(2)在搅拌的条件下,将混合均匀的20g水和0.04g盐酸在0.5h内缓慢滴入A液中,反应1h,然后冷却至室温,并停止搅拌,在室温条件下陈化1天,得到掺锆二氧化硅聚合物溶胶,150℃烘烤2h后测固含量为14%。
其中,所述四甲氧基硅烷、硝酸锆、甲醇、水和盐酸的质量占整个体系的比例分别为四甲氧基硅烷占20%、硝酸锆占1%、甲醇占73.99%、水占5%、盐酸占0.01%。
(二)镀膜液的制备方法
(1)将10g上述所制得的掺锆二氧化硅聚合物溶胶用36.7g水进行稀释,使固含量以质量计为3%,得到B液;
(2)将1.4g阳离子聚苯乙烯乳液加入B液中,搅拌均匀,得到增透减反镀膜液1#。
其中,所述掺锆二氧化硅聚合物溶胶、阳离子聚苯乙烯乳液和水的质量占整个体系的比例分别为掺锆二氧化硅聚合物溶胶占20.8%、阳离子聚苯乙烯乳液占2.9%、水占76.3%。
(三)镀膜液的性能评价
(1)测定镀膜液的透光率
将镀膜液1#辊涂在透光率T为91.98%的超白太阳能玻璃(3.2mm厚压花玻璃)上,待其表面干燥后再经100-150℃烘烤固化,最后随玻璃经650-700℃钢化处理2分钟得到漆膜厚度为120nm的透明图层,经北京奥博泰科技有限公司的气浮台式光谱透射比测量***AOPTEKGST-3参照标准ISO9050-2003测定透光率T值为94.28,测试系数为0.983。
涂膜前后可见光透光率的变化结果是,透光率增加了2.3%。
具体来说,所述“透光率”及所有实施例的“透光率”均是指测量380nm至1100nm范围的平均透光率TE,计算公式如下:
式中,Sλ:AM1.5太阳光相对光谱分布;
Δλ:波长间隔,nm;
τ(λ):试样的实测太阳光光谱透过率。
(2)测定膜层的耐脏污性能
使用3M公司Scotch 610-1PK型胶带进行快速测试,测试方法为将3M胶带平铺粘附于膜层表面,用力挤压,然后垂直膜面90°撕开胶带,根据残留膜层表面印记浅重分别评为1-5级,1级无印记,2级很轻微印记,3级较明显印记,4级残留白亮印记,5级脱胶,级数越大,表示耐脏污越差,不高于2级判为合格。
测出结果为1级,即合格。
(3)测定硬度性能
参照中国国标GB/T6739-2006测定镀膜的铅笔硬度,其中负荷750g,测定结果为,硬度为1H,即≥H,所以符合国标要求。
(4)对镀膜进行盐雾试验(参照标准IEC61701-2011)、恒温恒湿测试(参照标准IEC61215-2005)、户外暴露试验(参照标准IEC61215-2005)、紫外测试(参照标准IEC61215-2005)、摩擦测试(参照标准EN1096-2012)、耐酸测试(参照标准GB/T18915.1~18915.2-2002)、湿冻试验(参照标准IEC61215-2005)后,按照上面的方法测定其透光率变化,测定的条件、方法和结果汇总于下面的表2,其中测定各性能指标所用的实验装置及其型号如下面的表1所示:
表1镀膜的各性能测试装置
序号 | 性能指标 | 装置型号 |
1 | 盐雾试验 | SO2/YWXQ-750B |
2 | 恒温恒湿测试 | WGD/S1-008 |
3 | 户外暴露试验 | |
4 | 紫外测试 | ZG-P |
5 | 摩擦测试 | FB |
6 | 耐酸测试 | |
7 | 湿冻试验 | SML-800L |
8 | 透光率 | AOPTEKGST-3 |
表2镀膜的各性能测试结果
由上面实验结果可知,本发明的方法制备的镀膜液涂覆在玻璃上后,透光率提高、镀膜硬度高、耐酸、耐摩擦、耐候性等性能优异。
实施例二
(一)掺锆二氧化硅聚合物溶胶的制备
(1)向装有温度计、电动搅拌器、冷凝管和恒压漏斗的500ml四口烧瓶中加入159.2g异丙醇,然后再加入100g四甲氧基硅烷、60g四乙氧基硅烷和20g醋酸锆,进行搅拌,搅拌均匀后,升温至50℃,得到A液;
(2)在搅拌的条件下,将混合均匀的60g水和0.8g硝酸在1h内缓慢滴入A液中,反应2h,然后冷却至室温,并停止搅拌,在室温条件下陈化2天,得到掺锆二氧化硅聚合物溶胶,150℃烘烤2h后测固含量为18%。
其中,所述烷氧基硅烷、醋酸锆、异丙醇、水和硝酸的质量占整个体系的比例分别为烷氧基硅烷占40%、醋酸锆占5%、异丙醇占39.8%、水占15%、硝酸占0.2%。
(二)镀膜液的制备方法
(1)将10g上述所制得的掺锆二氧化硅聚合物溶胶用35g水进行稀释,使固含量以质量计为4%,得到B液;
(2)将1.8g阳离子聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液加入B液中,搅拌均匀,得到增透减反镀膜液2#。
其中,所述掺锆二氧化硅聚合物溶胶、阳离子聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液和水的质量占整个体系的比例分别为掺锆二氧化硅聚合物溶胶占21.4%、阳离子聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液占3.8%、水占74.8%。
(三)镀膜液的性能评价
(1)测定镀膜液的透光率
将镀膜液2#辊涂在透光率T为91.98%的超白太阳能玻璃(3.2mm厚压花玻璃)上,待其表面干燥后再经100-150℃烘烤固化,最后随玻璃经650-700℃钢化处理2分钟得到漆膜厚度为120nm的透明图层,经北京奥博泰科技有限公司的气浮台式光谱透射比测量***AOPTEKGST-3参照标准ISO9050-2003测定透光率T值为94.32,测试系数为0.983。
涂膜前后可见光透光率的变化结果是,透光率增加了2.34%。
(2)测定膜层的耐脏污性能
使用3M公司Scotch 610-1PK型胶带进行快速测试,其测定方法与实施例一相同,测出结果为1级,即合格。
(3)测定硬度性能
参照中国国标GB/T6739-2006测定镀膜的铅笔硬度,其中负荷750g,测定结果为,硬度为3H,即≥H,所以符合国标要求。
(4)对镀膜进行盐雾试验(参照标准IEC61701-2011)、恒温恒湿测试(参照标准IEC61215-2005)、户外暴露试验(参照标准IEC61215-2005)、紫外测试(参照标准IEC61215-2005)、摩擦测试(参照标准EN1096-2012)、耐酸测试(参照标准GB/T18915.1~18915.2-2002)、湿冻试验(参照标准IEC61215-2005)后,按照上面的方法测定其透光率变化,测定的条件、方法和结果汇总于下面的表3。
表3镀膜的各性能测试结果
由上面实验结果可知,本发明的方法制备的镀膜液涂覆在玻璃上后,透光率提高、镀膜硬度高、耐酸、耐摩擦、耐候性等性能优异。
实施例三
(一)掺锆二氧化硅聚合物溶胶的制备
(1)向装有温度计、电动搅拌器、冷凝管和恒压漏斗的500ml四口烧瓶中加入255.2g乙二醇,然后再加入80g甲基三甲氧基硅烷和4g草酸锆,进行搅拌,搅拌均匀后,升温至60℃,得到A液;
(2)在搅拌的条件下,将混合均匀的60g水和0.8g磷酸在2h内缓慢滴入A液中,反应1.5h,然后冷却至室温,并停止搅拌,在室温条件下陈化3天,得到掺锆二氧化硅聚合物溶胶,150℃烘烤2h后测固含量为18%。
其中,所述甲基三甲氧基硅烷、草酸锆、乙二醇、水和磷酸的质量占整个体系的比例分别为甲基三甲氧基硅烷占20%、草酸锆占1%、乙二醇占63.8%、水占15%、磷酸占0.2%。
(二)镀膜液的制备方法
(1)将10g上述所制得的掺锆二氧化硅聚合物溶胶用26g水进行稀释,使固含量以质量计为5%,得到B液;
(2)将4g阳离子聚丙烯酸酯乳液加入B液中,搅拌均匀,得到增透减反镀膜液3#。
其中,所述掺锆二氧化硅聚合物溶胶、阳离子聚丙烯酸质乳液和水的质量占整个体系的比例分别为掺锆二氧化硅聚合物溶胶占25%、阳离子聚丙烯酸酯乳液占10%、水占65%。
(三)镀膜液的性能评价
(1)测定镀膜液的透光率
将镀膜液3#辊涂在透光率T为91.98%的超白太阳能玻璃(3.2mm厚压花玻璃)上,待其表面干燥后再经100-150℃烘烤固化,最后随玻璃经650-700℃钢化处理2分钟得到漆膜厚度为120nm的透明图层,经北京奥博泰科技有限公司的气浮台式光谱透射比测量***AOPTEKGST-3参照标准ISO9050-2003测定透光率T值为94.24,测试系数为0.983。
涂膜前后可见光透光率的变化结果是,透光率增加了2.26%。
(2)测定膜层的耐脏污性能
使用3M公司Scotch 610-1PK型胶带进行快速测试,其测定方法与实施例一相同,测出结果为1级,即合格。
(3)测定硬度性能
参照中国国标GB/T6739-2006测定镀膜的铅笔硬度,其中负荷750g,测定结果为,硬度为1H,即≥H,所以符合国标要求。
(4)对镀膜进行盐雾试验(参照标准IEC61701-2011)、恒温恒湿测试(参照标准IEC61215-2005)、户外暴露试验(参照标准IEC61215-2005)、紫外测试(参照标准IEC61215-2005)、摩擦测试(参照标准EN1096-2012)、耐酸测试(参照标准GB/T18915.1~18915.2-2002)、湿冻试验(参照标准IEC61215-2005)后,按照上面的方法测定其透光率变化,测定的条件、方法和结果汇总于下面的表4。
表4镀膜的各性能测试结果
由上面实验结果可知,本发明的方法制备的镀膜液涂覆在玻璃上后,透光率提高、镀膜硬度高、耐酸、耐摩擦、耐候性等性能优异。
实施例四
(一)掺锆二氧化硅聚合物溶胶的制备
(1)向装有温度计、电动搅拌器、冷凝管和恒压漏斗的500ml四口烧瓶中加入227.6g异丙醇,然后再加入60g四甲氧基硅烷、60g甲基三乙氧基硅烷和12g氧氯化锆,进行搅拌,搅拌均匀后,升温至70℃,得到A液;
(2)在搅拌的条件下,将混合均匀的40g水和0.4g醋酸在1h内缓慢滴入A液中,反应2h,然后冷却至室温,并停止搅拌,在室温条件下陈化4天,得到掺锆二氧化硅聚合物溶胶,150℃烘烤2h后测固含量为28%。
其中,所述烷氧基硅烷、氧氯化锆、异丙醇、水和醋酸的质量占整个体系的比例分别为烷氧基硅烷占30%、氧氯化锆占3%、异丙醇占56.9%、水占10%、醋酸占0.1%。
(二)镀膜液的制备方法
(1)将10g上述所制得的掺锆二氧化硅聚合物溶胶用60g水进行稀释,使固含量以质量计为4%,得到B液;
(2)将7.7g阳离子聚氨酯乳液加入B液中,搅拌均匀,得到增透减反镀膜液4#。
其中,所述掺锆二氧化硅聚合物溶胶、阳离子聚氨酯乳液和水的质量占整个体系的比例分别为掺锆二氧化硅聚合物溶胶占12.9%、阳离子聚氨酯乳液占10%、水占77.1%。
(三)镀膜液的性能评价
(1)测定镀膜液的透光率
将镀膜液4#辊涂在透光率T为91.98%的超白太阳能玻璃(3.2mm厚压花玻璃)上,待其表面干燥后再经100-150℃烘烤固化,最后随玻璃经650-700℃钢化处理2分钟得到漆膜厚度为120nm的透明图层,经北京奥博泰科技有限公司的气浮台式光谱透射比测量***AOPTEKGST-3参照标准ISO9050-2003测定透光率T值为94.35,测试系数为0.983。
涂膜前后可见光透光率的变化结果是,透光率增加了2.37%。
(2)测定膜层的耐脏污性能
使用3M公司Scotch 610-1PK型胶带进行快速测试,其测定方法与实施例一相同,测出结果为1级,即合格。
(3)测定硬度性能
参照中国国标GB/T6739-2006测定镀膜的铅笔硬度,其中负荷750g,测定结果为,硬度为2H,即≥H,所以符合国标要求。
(4)对镀膜进行盐雾试验(参照标准IEC61701-2011)、恒温恒湿测试(参照标准IEC61215-2005)、户外暴露试验(参照标准IEC61215-2005)、紫外测试(参照标准IEC61215-2005)、摩擦测试(参照标准EN1096-2012)、耐酸测试(参照标准GB/T18915.1~18915.2-2002)、湿冻试验(参照标准IEC61215-2005)后,按照上面的方法测定其透光率变化,测定的条件、方法和结果汇总于下面的表5。
表5镀膜的各性能测试结果
由上面实验结果可知,本发明的方法制备的镀膜液涂覆在玻璃上后,透光率提高、镀膜硬度高、耐酸、耐摩擦、耐候性等性能优异。
实施例五
(一)掺锆二氧化硅聚合物溶胶的制备
(1)向装有温度计、电动搅拌器、冷凝管和恒压漏斗的500ml四口烧瓶中加入239.6g正丙醇,然后再加入120g四乙氧基硅烷和20g异丙醇锆,进行搅拌,搅拌均匀后,升温至80℃,得到A液;
(2)在搅拌的条件下,将混合均匀的20g水和0.4g醋酸在2h内缓慢滴入A液中,反应2h,然后冷却至室温,并停止搅拌,在室温条件下陈化5天,得到掺锆二氧化硅聚合物溶胶,150℃烘烤2h后测固含量为29.1%。
其中,所述四乙氧基硅烷、异丙醇锆、正丙醇、水和醋酸的质量占整个体系的比例分别为四乙氧基硅烷占30%、异丙醇锆占5%、正丙醇占59.9%、水占5%、醋酸占0.1%。
(二)镀膜液的制备方法
(1)将10g上述所制得的掺锆二氧化硅聚合物溶胶用87g水进行稀释,使固含量以质量计为3%,得到B液;
(2)将3g阳离子聚苯乙烯乳液加入B液中,搅拌均匀,得到增透减反镀膜液5#。
其中,所述掺锆二氧化硅聚合物溶胶、阳离子聚苯乙烯乳液和水的质量占整个体系的比例分别为掺锆二氧化硅聚合物溶胶占10%、阳离子聚苯乙烯乳液占3%、水占87%。
(三)镀膜液的性能评价
(1)测定镀膜液的透光率
将镀膜液5#辊涂在透光率T为91.98%的超白太阳能玻璃(3.2mm厚压花玻璃)上,待其表面干燥后再经100-150℃烘烤固化,最后随玻璃经650-700℃钢化处理2分钟得到漆膜厚度为120nm的透明图层,经北京奥博泰科技有限公司的气浮台式光谱透射比测量***AOPTEKGST-3参照标准ISO9050-2003测定透光率T值为94.25,测试系数为0.983。
涂膜前后可见光透光率的变化结果是,透光率增加了2.27%。
(2)测定膜层的耐脏污性能
使用3M公司Scotch 610-1PK型胶带进行快速测试,其测定方法与实施例一相同,测出结果为1级,即合格。
(3)测定硬度性能
参照中国国标GB/T6739-2006测定镀膜的铅笔硬度,其中负荷750g,测定结果为,硬度为3H,即≥H,所以符合国标要求。
(4)对镀膜进行盐雾试验(参照标准IEC61701-2011)、恒温恒湿测试(参照标准IEC61215-2005)、户外暴露试验(参照标准IEC61215-2005)、紫外测试(参照标准IEC61215-2005)、摩擦测试(参照标准EN1096-2012)、耐酸测试(参照标准GB/T18915.1~18915.2-2002)、湿冻试验(参照标准IEC61215-2005)后,按照上面的方法测定其透光率变化,测定的条件、方法和结果汇总于下面的表6。
表6镀膜的各性能测试结果
由上面实验结果可知,本发明的方法制备的镀膜液涂覆在玻璃上后,透光率提高、镀膜硬度高、耐酸、耐摩擦、耐候性等性能优异。
对比例一
(一)掺镁二氧化硅聚合物溶胶的制备
(1)向装有温度计、电动搅拌器、冷凝管和恒压漏斗的500ml四口烧瓶中加入295.96g甲醇,然后再加入80g四甲氧基硅烷和4g硝酸镁,进行搅拌,搅拌均匀后,升温至40℃,得到A液;
(2)在搅拌的条件下,将混合均匀的20g水和0.04g盐酸在0.5h内缓慢滴入A液中,反应1h,然后冷却至室温,并停止搅拌,在室温条件下陈化1天,得到掺镁二氧化硅聚合物溶胶,150℃烘烤2h后测固含量为12%。
其中,所述四甲氧基硅烷、硝酸镁、甲醇、水和盐酸的质量占整个体系的比例分别为四甲氧基硅烷占20%、硝酸镁占1%、甲醇占73.99%、水占5%、盐酸占0.01%。
(二)镀膜液的制备方法
(1)将10g上述所制得的掺镁二氧化硅聚合物溶胶用30g水进行稀释,使固含量以质量计为3%,得到B液;
(2)将1.2g阳离子聚苯乙烯乳液加入B液中,搅拌均匀,得到增透减反镀膜液6#。
其中,所述掺镁二氧化硅聚合物溶胶、阳离子聚苯乙烯乳液和水的质量占整个体系的比例分别为掺镁二氧化硅聚合物溶胶占24.3%、阳离子聚苯乙烯乳液占2.9%、水占72.8%。
(三)镀膜液的性能评价
(1)测定镀膜液的透光率
将镀膜液6#辊涂在透光率T为91.98%的超白太阳能玻璃(3.2mm厚压花玻璃)上,待其表面干燥后再经100-150℃烘烤固化,最后随玻璃经650-700℃钢化处理2分钟得到漆膜厚度为120nm的透明图层,经北京奥博泰科技有限公司的气浮台式光谱透射比测量***AOPTEKGST-3参照标准ISO9050-2003测定透光率T值为94.09,测试系数为0.983。
涂膜前后可见光透光率的变化结果是,透光率增加了2.11%。
(2)测定膜层的耐脏污性能
使用3M公司Scotch 610-1PK型胶带进行快速测试,其测定方法与实施例一相同,测出结果为1级。
(3)测定硬度性能
参照中国国标GB/T6739-2006测定镀膜的铅笔硬度,其中负荷750g,测定结果为,硬度为HB。
对比例二
(一)掺镁二氧化硅聚合物溶胶的制备
(1)向装有温度计、电动搅拌器、冷凝管和恒压漏斗的500ml四口烧瓶中加入159.2g异丙醇,然后再加入100g四甲氧基硅烷、60g四乙氧基硅烷和20g醋酸镁,进行搅拌,搅拌均匀后,升温至50℃,得到A液;
(2)在搅拌的条件下,将混合均匀的60g水和0.8g硝酸在1h内缓慢滴入A液中,反应1h,然后冷却至室温,并停止搅拌,在室温条件下陈化1天,得到掺镁二氧化硅聚合物溶胶,150℃烘烤2h后测固含量为16%。
其中,所述烷氧基硅烷、醋酸镁、异丙醇、水和硝酸的质量占整个体系的比例分别为烷氧基硅烷占40%、醋酸镁占5%、异丙醇占39.8%、水占15%、硝酸占0.2%。
(二)镀膜液的制备方法
(1)将10g上述所制得的掺镁二氧化硅聚合物溶胶用43.3g水进行稀释,使固含量以质量计为3%,得到B液;
(2)将1.6g阳离子聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液加入B液中,搅拌均匀,得到增透减反镀膜液7#。
其中,所述掺镁二氧化硅聚合物溶胶、阳离子聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液和水的质量占整个体系的比例分别为掺镁二氧化硅聚合物溶胶占18.2%、阳离子聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液占2.9%、水占78.9%。
(三)镀膜液的性能评价
(1)测定镀膜液的透光率
将镀膜液7#辊涂在透光率T为91.98%的超白太阳能玻璃(3.2mm厚压花玻璃)上,待其表面干燥后再经100-150℃烘烤固化,最后随玻璃经650-700℃钢化处理2分钟得到漆膜厚度为120nm的透明图层,经北京奥博泰科技有限公司的气浮台式光谱透射比测量***AOPTEKGST-3参照标准ISO9050-2003测定透光率T值为94.07,测试系数为0.983。
涂膜前后可见光透光率的变化结果是,透光率增加了2.09%。
(2)测定膜层的耐脏污性能
使用3M公司Scotch 610-1PK型胶带进行快速测试,其测定方法与实施例一相同,测出结果为1级。
(3)测定硬度性能
参照中国国标GB/T6739-2006测定镀膜的铅笔硬度,其中负荷750g,测定结果为,硬度为1H。
对比例三
(一)掺铝二氧化硅聚合物溶胶的制备
(1)向装有温度计、电动搅拌器、冷凝管和恒压漏斗的500ml四口烧瓶中加入295.96g甲醇,然后再加入80g四甲氧基硅烷和4g硝酸铝,进行搅拌,搅拌均匀后,升温至40℃,得到A液;
(2)在搅拌的条件下,将混合均匀的20g水和0.04g盐酸在0.5h内缓慢滴入A液中,反应1h,然后冷却至室温,并停止搅拌,在室温条件下陈化1天,得到掺铝二氧化硅聚合物溶胶,150℃烘烤2h后测固含量为13%。
其中,所述四甲氧基硅烷、硝酸铝、甲醇、水和盐酸的质量占整个体系的比例分别为四甲氧基硅烷占20%、硝酸铝占1%、甲醇占73.99%、水占5%、盐酸占0.01%。
(二)镀膜液的制备方法
(1)将10g上述所制得的掺铝二氧化硅聚合物溶胶用33.3g水进行稀释,使固含量以质量计为3%,得到B液;
(2)将1.3g阳离子聚苯乙烯乳液加入B液中,搅拌均匀,得到增透减反镀膜液8#。
其中,所述掺铝二氧化硅聚合物溶胶、阳离子聚苯乙烯乳液和水的质量占整个体系的比例分别为掺铝二氧化硅聚合物溶胶占22.4%、阳离子聚苯乙烯乳液占2.9%、水占74.7%。
(三)镀膜液的性能评价
(1)测定镀膜液的透光率
将镀膜液8#辊涂在透光率T为91.98%的超白太阳能玻璃(3.2mm厚压花玻璃)上,待其表面干燥后再经100-150℃烘烤固化,最后随玻璃经650-700℃钢化处理2分钟得到漆膜厚度为120nm的透明图层,经北京奥博泰科技有限公司的气浮台式光谱透射比测量***AOPTEKGST-3参照标准ISO9050-2003测定透光率T值为93.98,测试系数为0.983。
涂膜前后可见光透光率的变化结果是,透光率增加了2.00%。
(2)测定膜层的耐脏污性能
使用3M公司Scotch 610-1PK型胶带进行快速测试,其测定方法与实施例一相同,测出结果为1级。
(3)测定硬度性能
参照中国国标GB/T6739-2006测定镀膜的铅笔硬度,其中负荷750g,测定结果为,硬度为HB。
对比例四
(一)掺铝二氧化硅聚合物溶胶的制备
(1)向装有温度计、电动搅拌器、冷凝管和恒压漏斗的500ml四口烧瓶中加入159.2g异丙醇,然后再加入100g四甲氧基硅烷、60g四乙氧基硅烷和20g醋酸铝,进行搅拌,搅拌均匀后,升温至50℃,得到A液;
(2)在搅拌的条件下,将混合均匀的60g水和0.8g硝酸在1h内缓慢滴入A液中,反应1h,然后冷却至室温,并停止搅拌,在室温条件下陈化1天,得到掺铝二氧化硅聚合物溶胶,150℃烘烤2h后测固含量为17%。
其中,所述烷氧基硅烷、醋酸铝、异丙醇、水和硝酸的质量占整个体系的比例分别为烷氧基硅烷占40%、醋酸铝占5%、异丙醇占39.8%、水占15%、硝酸占0.2%。
(二)镀膜液的制备方法
(1)将10g上述所制得的掺铝二氧化硅聚合物溶胶用46.7g水进行稀释,使固含量以质量计为3%,得到B液;
(2)将1.7g阳离子聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液加入B液中,搅拌均匀,得到增透减反镀膜液9#。
其中,所述掺铝二氧化硅聚合物溶胶、阳离子聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液和水的质量占整个体系的比例分别为掺铝二氧化硅聚合物溶胶占17.1%、阳离子聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液占2.9%、水占80%。
(三)镀膜液的性能评价
(1)测定镀膜液的透光率
将镀膜液9#辊涂在透光率T为91.98%的超白太阳能玻璃(3.2mm厚压花玻璃)上,待其表面干燥后再经100-150℃烘烤固化,最后随玻璃经650-700℃钢化处理2分钟得到漆膜厚度为120nm的透明图层,经北京奥博泰科技有限公司的气浮台式光谱透射比测量***AOPTEKGST-3参照标准ISO9050-2003测定透光率T值为93.91,测试系数为0.983。
涂膜前后可见光透光率的变化结果是,透光率增加了1.93%。
(2)测定膜层的耐脏污性能
使用3M公司Scotch 610-1PK型胶带进行快速测试,其测定方法与实施例一相同,测出结果为1级。
(3)测定硬度性能
参照中国国标GB/T6739-2006测定镀膜的铅笔硬度,其中负荷750g,测定结果为,硬度为1H。
将实施例一与对比例一、对比例三相对于,区别仅在于:实施例一加入的是锆盐,而对比例一加入的是镁盐,对比例三加入的是铝盐,实施例一的透光率增加了2.3%,耐脏污性能为1级,硬度为1H,而对比例一的透光率增加了2.11%,耐脏污性能为1级,硬度为HB,对比例三的透过率增加了2.00%,耐脏污性能为1级,硬度为HB,虽然对比例一和对比例三的耐脏污性能与实施例一相同,但对比例一和对比例三的硬度高,不符合国标要求,且透过率较低。
将实施例二与对比例二、对比例四相对比,区别仅在于:实施例二加入的是锆盐,而对比例二加入的是镁盐,对比例四加入的是铝盐,实施例二的透过率增加了2.34%,耐脏污性能为1级,硬度为3H,对比例二的透过率增加了2.09%,耐脏污性能为1级,硬度为1H,对比例四的透过率增加了1.93%,耐脏污性能为1级,硬度为1H。虽然对比例二和对比例四的耐脏污性能与实施例二的耐脏污性能相同,但是对比例二和对比例四的硬度和透过率均比实施例二制备的镀膜液低,说明本发明所制备的镀膜液透过率高,耐脏污性及硬度好。
综上所述,本发明所制备得到的增透减反镀膜液透光率高,具有良好的耐脏污、硬度及耐候性能。
以上所述,仅是本发明实施的较佳实施例,并非对本发明做任何形式上的限制,凡在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等,均需要包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种掺锆二氧化硅聚合物溶胶,其特征在于,其通过含有烷氧基硅烷、锆盐、溶剂、水和酸的原料复合而成,其中,烷氧基硅烷:锆盐:溶剂:水:酸的质量含量比为20-40%:1-5%:39.8-73.99%:5-15%:0.01-0.2%。
2.根据权利要求1所述的掺锆二氧化硅聚合物溶胶,其特征在于,所述烷氧基硅烷选自于四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷和二苯基二乙氧基甲烷中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1或2所述的掺锆二氧化硅聚合物溶胶,其特征在于,所述锆盐选自于硝酸锆、氧氯化锆、醋酸锆、柠檬酸锆盐、草酸锆、乙酰丙酮锆、异丙醇锆、四正丙基锆酸酯、正丙氧基锆酸酯、四(三乙醇胺)锆酸酯、烷氧基三(乙烯基-乙氧基)锆酸酯和烷氧基三(对氨基苯氧基)锆酸酯中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的掺锆二氧化硅聚合物溶胶,其特征在于,所述溶剂选自于甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、正丙醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单***、二丙二醇甲醚、丙二醇二甲醚、三丙二醇单甲醚和三丙二醇单***中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的掺锆二氧化硅聚合物溶胶,其特征在于,所述酸选自于盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、醋酸、柠檬酸和草酸中的一种或两种以上。
6.一种权利要求1-5任一项所述的掺锆二氧化硅聚合物溶胶的制备方法,其包含下述步骤:
(1)将烷氧基硅烷、锆盐及溶剂置于反应容器中,40-80℃下,得到A液;
(2)将去离子水与酸加入A液中进行反应,室温下进行陈化,得到掺锆二氧化硅聚合物溶胶。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述将水和酸加入A液中是指在0.5-2h内滴入到A液中,反应时间为1-2h。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法,其特征在于,所述陈化时间为1-5天。
9.一种增透减反镀膜液,其特征在于,其通过含有掺锆二氧化硅聚合物溶胶、高分子聚合物乳液和水的原料复合而成,其中,所述掺锆二氧化硅聚合物溶胶:高分子聚合物乳液:水的质量含量比为10-25%:1-10%:65-89%;优选的,所述掺锆二氧化硅聚合物溶胶:高分子聚合物乳液:水的质量含量比为10-25%:2.9-10%:65-87%。
10.根据权利要求9所述的增透减反镀膜液,其中,所述高分子聚合物乳液为球形。
11.根据权利要求9或10所述的所述的增透减反镀膜液,其中,所述高分子聚合物乳液选自于阳离子聚苯乙烯乳液、阳离子苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、阳离子聚丙烯酸酯乳液和阳离子聚氨酯乳液中的一种或两种以上。
12.一种权利要求9-11任一项所述的增透减反镀膜液的制备方法,其包含下述步骤:
(1)将掺锆二氧化硅聚合物溶胶加水至固含量以重量计为3-5%,得到B液;
(2)将高分子聚合物乳液加入到B液中,得到增透减反镀膜液。
13.一种增透减反镀膜玻璃,其通过权利要求9-11任一项所述的增透减反镀膜液或者12所述方法制备得到的增透减反镀膜液采用喷涂、浸涂、提拉、辊涂、旋涂、流涂和刷涂镀膜方法中的任一项镀膜方法,将所述镀膜液涂覆于玻璃基材上,待其表面干燥后,进行80-250℃的烘烤固化,经500-700℃钢化处理得到。
14.权利要求1-5任一项所述的掺锆二氧化硅聚合物溶胶或权利要求9-11任一项所述的增透减反镀膜液,其在制备光学器件或太阳能器件的增透减低反射率膜中的应用。
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