一种光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂层及其制备方法与流程

本发明属于新材料纳米涂层，具体涉及光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂层，本发明还涉及该光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂层的制备方法。

背景技术：

1、随着全球能源需求量的与日俱增，太阳能作为取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，获得极大关注。近30年来，太阳能光伏发电在学术研究领域和商业化方面均迅速发展。近几年光伏各产业链成本的优化及技术的进步，光伏成本逐年下降，目前集中式光伏和分布式光伏快速发展。不仅仅是中国，全球对于光伏的需求都是巨大的，并且未来几年都有稳定增长的预期。2021年全球光伏装机预计150-170gw，2022年全球光伏装机预计180-225gw。

2、分布式光伏发电系统，又称分散式发电或分布式供能，是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统，以满足特定用户的需求，支持现存配电网的经济运行，或者同时满足这两个方面的要求。应用最为广泛的分布式光伏发电系统，是建在城市建筑物屋顶或者工业厂房屋顶的光伏发电项目，分布式光伏发电近3年呈现爆发式增长。分布式光伏大力发展的同时，也陆续暴露出一些问题，普通光伏玻璃表面只做了减反增透涂层，不具有抗静电的效果，积累的灰尘会严重影响发电量。尤其是城市环境的屋顶光伏，通常在比较高的屋顶，需要专业有高空作业资质的人工进行清洁作业，不仅费用高，危险性大，并无形中增加了业主的费用。另外在工业厂房屋顶的光伏，受环境污染物的影响，特别是一些生产电解铝的工厂，空气中存在氟化物和so2，hcl、油雾和烟尘等排放物，尤其是其含有的氟化物对光伏玻璃腐蚀非常严重。而传统的光伏玻璃组件在出厂的时候，只考虑过按照jc/t 2170-2013【太阳能光伏组件用减反射膜玻璃】中进行1mol/l的盐酸测试，而忽视了在工厂屋顶环境的污染物影响。因此，市场迫切需要开发一种新型光伏玻璃自清洁耐酸的纳米防护涂层产品用于解决以上难题。

3、该自清洁耐酸纳米防护涂层需要具有以下特点：受到长年的风吹、日晒、雨雪、潮湿和沙尘时，涂层退化缓慢，有效减缓甚至阻止光伏面板出现漫反射；涂层抗静电，减少甚至阻止灰尘在光伏面板上沉积；涂层借助外界的风力或者雨水即可自动清洁表面，不需要人为的干预，降低或减少人工/机器清洁频率；涂层本身使用安全，不会降低光伏玻璃的透光率；涂层能抵抗氢氟酸、盐酸、硫酸和硝酸等酸性物质对玻璃的侵蚀，保护光伏玻璃免受腐蚀，延长光伏玻璃的寿命。

4、中国专利cn104192897a描述了一种纳米tio2材料的制备方法及自洁涂料及制作自洁玻璃的方法，该方法是采用将氮掺杂tio2超细颗粒进入有两金属板构成的阴极和阳极并充有氩气的电场中，在阴极靶上进行沉降、蒸发出、被惰性气体冷却而成为粒度在2-20nm且粒径均匀的tio2。将上述纳米tio2分散于、水性丙烯酸乳液中，制成重量含量为0.3％-5％tio2的自洁涂料。制作自洁玻璃的是将玻璃表面进行处理，常温下喷涂，涂层厚度为2-4微米，并在常压和紫外线下充分激活。该方法未考虑涂层的耐候性和耐磨性问题，也没有考虑涂层抗静电性能，在防灰尘方面没有突出的表现，同时也不耐酸。

5、中国专利cn1817812a描述了一种自清洁玻璃制备方法，其包括如下步骤：将玻璃基片清洗、风干；然后将配制好的tio2复合溶胶倒入喷雾器中，以1.0～2.5m/min的速度向玻璃基片表面喷涂tio2复合溶胶；将喷涂有tio2复合溶胶的玻璃基片处在60～150℃的温度下烘干；在300℃的条件下陈化，得到涂有tio2自洁膜的自清洁玻璃。该方法需要高温烘烤，无法在已经安装的光伏电站的光伏玻璃施工，同时该涂层不具有耐酸的特性。

6、美国专利us9580807b2描述了一种在其至少一面上提供有涂层基材的方法，所述方法包括沉积所述涂层的步骤，然后所述涂层使用主要激光辐射的热处理步骤。该方法主要针对在光伏玻璃出厂前进行表面沉积处理，工艺复杂，设备成本高，无法在已经安装的光伏电站光伏玻璃施工，同时该涂层不具有耐酸的特性。

7、美国专利us20170121531a1描述了一种通过单层溶胶-凝胶沉积工艺(包括低温固化步骤)制备的低温固化抗反射(ar)涂层，其中温度远低于100℃，持续8小时，产生具有优异透射率和耐磨性的高度坚固ar涂层。可通过调整湿涂层溶液的配方来调节光学、机械和化学性能。该方法适合在光伏玻璃制造阶段进行涂布施工，无法在已经安装的光伏电站光伏玻璃施工，同时该涂层也不具有耐酸的特性。

8、美国专利us8864897b2描述了一种实施方案，包含用来通过溶胶-凝胶过程生成涂层的硅烷基前体的涂料组合物。这样形成的涂层特征在于抗反射性、耐磨损性和抗污性。涂料也对热、潮湿具有增强的耐候性并防环境腐蚀物。由本文描述的组合物形成的涂料具有广泛的应用，例如用作太阳能电池的外层玻璃涂料。该涂层需要在加热固化，因此也不适合在已安装好的光伏电站光伏玻璃上施工，具有一定的耐酸性，但没有描述是否耐氢氟酸。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂料，该涂料组合物是具有高耐候性、高耐酸性、优良的抗静电性能；能广泛用于已经装机的分布式光伏电站的光伏玻璃表面处理，达到耐大气污染物侵蚀、不沾灰等功能，降低人工清洗频率，保护光伏组件，降低光伏组件的自身衰减，提升3-5％的发电量。

2、本发明的第二个目的是提供该光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂料的制备方法。

3、本发明的第三个目的是提供该光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂料的施工方法。

4、为此，本发明提供的第一个技术方案是这样的：

5、一种光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂料，所述自清洁耐酸纳米防护涂层由a组份和b组份；

6、所述a组份包括如下重量份组分：含氟共聚物树脂20-40份，亲水化助剂1-1.5份，耐磨助剂0.25-6.5份，紫外线吸收剂0.15-0.35份，抗静电剂1-3.5份，纳米二氧化硅分散液2-7.5份，混合溶剂a40-61份；

7、所述b组份包括如下重量份组分：固化剂40份，混合溶剂b 60份。

8、进一步的，上述的光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂料，所述含氟共聚物树脂通过下述方法制备的：向高压釜中，加入正丁基乙烯基醚、醋酸丁酯、乙烯基三甲氧基硅烷、2，2，-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)，放置在冰浴冷却30分钟；再向其中加入异丁烯和四氟乙烯，然后加热到65℃，维持该温度，反应24小时，当反应釜中压力从2mpag降到1mpag时，停止反应，制备了含氟共聚物树脂；所述含氟共聚物树脂的含氟率为34wt％，数均分子量为3700。

9、其中：所述的正丁基乙烯基醚、醋酸丁酯、乙烯基三甲氧基硅烷、2，2，-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)、异丁烯、四氟乙烯的质量比为：25∶270∶34.5∶4∶37.5∶129。

10、进一步的，上述的光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂料，所述混合溶剂a由丁酮、醋酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯按重量比5∶10∶25-46组成；所述混合溶剂b由醋酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯按重量比1∶1组成。

11、进一步的，上述的光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂料，所述亲水化助剂为亲水化助剂为gh701，来源于日本大金公司；所述的耐磨助剂为纳米氧化锆分散液为，源于日产化学株式会社；所述的紫外光吸收剂为tinuvin 479；所述的抗静电剂为纳米氧化锡pma分散液；紫外线吸收剂为tinuvin 479；纳米二氧化硅分散液为mek-st-up；

12、进一步的，上述的光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂料，所述固化剂有两种，分别为mhg-80b和mfa-75b，其中mhg-80b固体含量为80wt％、nco％为15.1wt％，mfa-75b固体含量为75wt％、nco％为13.7wt％，使用的固化剂可单独为以上两种固化剂中的一种，也可为以上两种固化剂的混合物，只要固化剂的总用量量达到所需的用量即可。

13、进一步地，上述的光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂料中，所述混合溶剂a由丁酮、醋酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯按重量比5∶10∶25-46组成。

14、进一步地，上述的光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂料中，所述混合溶剂b由醋酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯按重量比1∶1组成。

15、本发明提供的第二个技术方案是上述光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂料的制备方法，分别制备并且包装a组分和b组份；

16、其中：所述a组份的制备方法为：

17、将含氟共聚物树脂放入容器中，加入混合溶剂a，在高速搅拌机上采用500r/min搅拌10min，混合均匀后，继续加入亲水化助剂、纳米氧化锆分散液、紫外线吸收剂、纳米氧化锡pma分散液、纳米二氧化硅分散液，转速调整到1500r/min继续搅拌30-60分钟即得；

18、所述b组份的制备方法为：

19、将固化剂放入容器中，加入混合溶剂b，在高速搅拌机上采用500r/min搅拌20min混合均匀即得。

20、本发明提供的第三个技术方案是述光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂料的施工方法，依次包括下述步骤：

21、1)光伏玻璃预先除尘除灰，并用脱脂剂进行脱脂除油处理，待干燥后；

22、2)采用辊涂的工艺进行施工，先进行底涂剂的施工，施工完毕后，等待30-60分钟，将a组份∶b组份＝5∶1的比例混合后进行辊涂施工，控制涂层厚度：3-5微米；施工温度：10-30℃，相对湿度：45％-75％，放置8小时，进行性能测试。

23、进一步的，上述的光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂料的施工方法所述底涂剂包括如下重量份组分：四甲氧基硅烷1-5份，kbm403硅烷偶联剂31-5份，异丙醇40-60份，乙醇30-40份，丁酮1-3份，5wt％盐酸0.5-1份，水5-10份。

24、进一步的，上述的光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂料的施工方法，所述的脱脂剂由异丙醇和水按照重量比80∶20混合而成。

25、进一步的，上述的光伏玻璃用的自清洁耐酸纳米防护涂料的施工方法，所述的底涂剂是通过下述方法制备的：在装有一个温度计、回流冷凝器和搅拌器三口烧瓶中，加入tmos、kbm403、异丙醇、乙醇和丁酮；反应温度控制在50-60℃，搅拌30分钟，继续加入水，5％浓度的盐酸，控制滴加速度在30-40滴/分钟；滴加完毕后，维持温度在50-60℃搅拌6-8个小时，冷却到室温即可得到固含为3.0-4.0％的底涂剂。

26、相对于现有技术，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

27、1、本发明提供的技术方案是基于四氟乙烯/乙烯基单体的共聚物作为成膜物，能抵抗氢氟酸的侵袭，对光伏组件玻璃在酸性环境下有优秀的防护作用，尤其是在电解铝生产车间的屋顶光伏尤其有效；复配纳米二氧化硅和纳米氧化锆，固化后的涂层具有一定的硬度和优秀的耐磨性能，能经受酸雨、风沙等冲击，涂层依然保持完整；复配纳米二氧化锡后，涂层具有非常优秀表面电阻率，为107-109ω之间，抗静电性能好，表面不容易吸附灰尘；复配亲水化助剂，涂层表面具有低的水接触角，降雨或者雪水能带走表面的油性污垢和灰尘，提升光伏组件的玻璃的透光率，进而提升3％以上的发电量。

28、2、本发明提供的技术方案底涂层采用正硅酸甲酯和环氧类硅烷偶联剂在酸性体系共同水解，生成线性低聚物作为粘结剂，对玻璃基材具有超强的附着力，形成的20-40nm尺寸的超薄涂层并具有高透光性，不影响透光率。

29、3、本发明提供的技术方案涂层增透性能优秀，施工后的光伏玻璃，透光率增加2.2-2.6％。

30、4、本发明提供的技术方案可采用喷涂、辊涂等工艺进行施工，涂层固化速度快，表干时间在1-3分钟，实干时间在8-12小时，适合光伏电站大规模施工。