一种有机无机复合超亲水自清洁涂膜及其制备方法和应用与流程

本发明属于超亲水自清洁材料，具体涉及到一种有机无机复合超亲水自清洁涂膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光伏发电是太阳能利用的一种主要方式，在长期能源战略中具有重要地位。目前各国的太阳能光伏发电站建设与运营也进入了高峰。然而，在光伏发电系统运营中除光伏组件本身性能外，光伏玻璃表面的污染物对发电效率产生极大影响。据统计：灰尘等污染物每累5g/m2,光伏面板的发电效率下降幅度23.24％。为维持光伏发电的效率以及光伏面板的寿命，需要对其进行清洗。现有的人工清洗、机器人清洗、高压水枪清洗等方式，不仅成本高，而且会对太阳能光伏发电板表面的增透涂层造成磨损从而使光伏面板的使用寿命下降。因此，在光伏面板上制备具有自清洁涂膜是光伏面板上防污的首选方式。

2、现有的自清洁涂膜主要是超疏水自清洁涂膜和超亲水自清洁涂膜。其中，超疏水涂层是通过类似荷叶效应，表面形成水滴带走灰尘来实现自清洁目的，但水在表面形成水滴的过程中使光伏面板的透光率下降，而且超疏水自清洁涂膜的耐久性不理想，无法保证具有长期的自清洁寿命。超亲水涂层引起表面亲水，当水接触到光伏面板表面时，迅速在其表面铺展形成水膜后将灰尘带走，同时对透光率的影响大大下降。

3、目前普遍采用的超亲水涂层为无机涂层，现有技术大多使用tio2纳米颗粒制备超亲水涂层，但是由于tio2纳米颗粒的折射率为2.5，通常与sio2纳米颗粒结合调节折射率并构建不同微观结构，但纳米颗粒之间的交联度太弱通常需要较高的温度使颗粒在基材上有较好的粘附力，温度较高难以在现存的光伏面板上应用。为解决上述问题，科研人员进行了大量创新性研究：

4、中国专利cn110093050a通过固态溶胶法制备了一种改性sio2/tio2复合涂料，在常温下通过涂布工艺在玻璃基板上制备超亲水涂层。该涂层具有优异的超亲水性和光催化性能，但是，使用溶胶法制备的涂层与玻璃基材的结合力较弱，在水环境中稳定性差；在制备工艺上，手工涂布法对施工人员的技术要求高，易使涂层制备不均匀，导致涂层超亲水性下降，且手工涂布法工作效率低，难以实现大规模应用。

5、中国专利cn114772942a通过采用有机无机掺杂技术，形成具有三维交联网络结构，同时构建具有核壳微结构的sio2/tio2纳米颗粒，实现超亲水自清洁界面的制备。但由于有机水性聚氨酯将具有核壳结构的sio2/tio2纳米颗粒包裹，使纳米颗粒的微结构难以发挥作用，同时，具有核壳结构的sio2/tio2纳米颗粒制备过程复杂，难以大规模工业化生产。此外，该涂层耐紫外线性能较差，使聚氨酯树脂降解粉化造成本征污染。

6、综上所述，目前的这些技术的自清洁以及耐久性能还不理想，且制备过程复杂，同时通常需要在高温下制备超亲水自清洁涂膜。因此，研制和开发一种具有优异的超亲水性能、耐磨性、耐候性、水环境稳定性的有机无机复合超亲水自清洁涂膜，且采用超微双喷法制备，制备过程简单、成本低、适用已使用的光伏系统是十分有必要且有意义的。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种有机无机复合超亲水自清洁涂膜。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：所述有机无机复合超亲水自清洁涂膜由有机层以及无机层共同构成，厚度为1～10μm；

5、其中，所述有机层材料为改性羟基树脂制备的水性透明聚氨酯树脂；所述无机层材料为硅烷偶联剂改性的氧化锌溶胶。

6、作为本发明所述有机无机复合超亲水自清洁涂膜的一种优选方案，其中：所述改性羟基树脂制备的水性透明聚氨酯树脂由主剂和固化剂按照10:2.8～3.0的质量比构成，其中，所述主剂以质量份数计，包括，

7、10.0～30.0份去离子水，0.4～3份消泡剂，0.1～2份多功能助剂，4.0～10.0份丙二醇甲醚，2.0～8.0份二丙二醇甲醚，40.0～60.0份羟基树脂，20.0～35.0份生物基改性的羟基树脂，0.5～2.0份流平剂。

8、作为本发明所述有机无机复合超亲水自清洁涂膜的一种优选方案，其中：以质量份数计，所述固化剂包括，

9、24.0～52.0份丙二醇甲醚醋酸酯，48.0～76.0份bayhydur xp。

10、作为本发明所述有机无机复合超亲水自清洁涂膜的一种优选方案，其中：所述生物基改性的羟基树脂，其中，所述生物基包括多巴胺或柠檬酸中的一种。

11、作为本发明所述有机无机复合超亲水自清洁涂膜的一种优选方案，其中：

12、以质量份数计，所述硅烷偶联剂改性的氧化锌溶胶包括，

13、45.0～60.0份无水乙醇，45.0～60.0份去离子水，1.8～9.0份硅烷偶联剂kh560，0.6～3.0份硅烷偶联剂gptms，4～20.0份zno溶胶；

14、其中，以质量份数计，所述zno溶胶包括，

15、30.0～40.0份去离子水，5.0～20.0份醋酸锌，0.4～2.0份柠檬酸三铵表面活性剂，48.0～68.0份无水乙醇，4.0～10.0份草酸。

16、本发明的再一目的是，提供一种有机无机复合超亲水自清洁涂膜的制备方法，所述有机无机复合超亲水自清洁涂膜通过超微双喷工艺制得，包括，

17、有机层材料稀释后置于喷枪i中，无机层材料稀释后置于喷枪ii中，枪头垂直于待喷涂样品表面，平行于待喷涂样品同时移动喷枪i和喷枪ii进行喷涂，在待喷涂样品表面快速成膜后固化处理，即得到有机无机复合超亲水自清洁涂膜。

18、作为本发明所述有机无机复合超亲水自清洁涂膜的制备方法的一种优选方案，其中：所述有机层材料通过去离子水稀释，去离子水重量为有机层材料的10～30％；

19、所述无机层材料通过丙酮稀释，丙酮重量为无机层材料的85～95％。

20、作为本发明所述有机无机复合超亲水自清洁涂膜的制备方法的一种优选方案，其中：所述喷涂的压力为0.2～0.6mpa，喷涂距离为10～30cm，涂层厚度为1～10μm。

21、作为本发明所述有机无机复合超亲水自清洁涂膜的制备方法的一种优选方案，其中：所述固化处理的温度为20～30℃，固化处理的时间为12～36h。

22、本发明的再一目的是，提供一种有机无机复合超亲水自清洁涂膜在光伏面板上的应用。

23、本发明有益效果：

24、(1)与现有技术相比，本发明有机涂层采用水性透明聚氨酯树脂，其原料羟基树脂是经过生物基改性后，可以提高水性透明聚氨酯树脂的亲水性能，同时能够提高涂膜与玻璃基板的结合力和涂层在水环境中稳定性。

25、(2)本发明无机纳米材料选用氧化锌，一方面，氧化锌可以光催化诱导超亲水性能，利于水冲洗自清洁，另一方面，氧化锌给涂膜提供硬度，增加了涂膜耐磨性能。除此之外，与传统材料二氧化硅相比，氧化锌能级跃迁可以提供耐紫外性防护性，防止有机树脂降解粉化导致涂膜本征污染，同时纳米氧化锌能够抑菌，可以防止微生物滋生造成涂膜表面污染，进而防止涂膜失去超亲水性能。

26、(3)本发明的有机无机复合超亲水涂膜采用双喷工艺，克服原有采用单喷工艺制备的有机无机复合涂膜无法体现无机颗粒的微观结构与粗糙度的难题。采用两把喷枪同时喷涂，一个超细喷枪喷涂聚氨酯雾化料，挥发雾化度极高，另一个超微细喷嘴喷枪喷涂氧化锌溶胶凝胶，溶剂挥发，与涂料雾化和流化状态下混合，加快传质反应、交联成膜，快速形成粗糙度的超亲水膜。

27、(4)本发明的涂膜制备工艺经济、简单、环境友好、易于大规模工业化生产。且本发明实现了常温固化，交联网络的形成可以在常温中进行，突破了传统产品需在高温条件下才能使官能团反应交联固化，突破了传统固化方式对实际应用领域的限制，相较于传统产品更易于应用于在已投入运行中的光伏面板。