低成本水基硅溶膠增透鍍膜液及其制備和應用
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學元件的增透技術(shù)領域，尤其涉及一種玻璃的水基硅溶膠增透鍍膜 液及其制備和應用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在光學元件表面鍍制適當?shù)脑鐾改た蓽p小光學元件表面的反射損耗。例如在玻璃 表面涂覆鍍膜液制成增透玻璃可以在許多領域有應用，例如用于太陽能電池的保護玻璃面 板可以提高太陽能電池的發(fā)電效率，用于顯示器的保護玻璃可以提高顯示器的顯示效果和 節(jié)能。
[0003] 目前市場上的增透膜鍍膜液基本上都是采用有機溶劑為介質(zhì)的，在生產(chǎn)增透玻璃 時會產(chǎn)生大量的廢氣，對環(huán)境及人體產(chǎn)生嚴重危害，而且也增加了增透玻璃的制作成本，而 水性增透膜鍍膜液以水為溶劑，經(jīng)濟、環(huán)保，并適合采用輥涂工藝鍍膜，所以增透膜鍍膜液 水性化具有重大現(xiàn)實意義，也是市場大勢所趨。增透膜鍍膜液的主要成分是硅溶膠，由于納 米二氧化硅粒子比表面積大，表面硅羥基活潑，粒子間很容易團聚而使溶液不穩(wěn)定；另外， 硅溶膠單獨做成膜物質(zhì)時，成膜性不好、容易開裂掉粉。為解決這些問題一般都是添加硅烷 偶聯(lián)劑對其表面進行改性修飾，使硅溶膠膠粒表面帶上有機交聯(lián)鏈段，對納米粒子進行包 覆作用，阻止納米粒子之間的團聚，從而提高溶液穩(wěn)定性，并改善其成膜性能。然而硅烷偶 聯(lián)劑一般對水敏感，直接將硅烷偶聯(lián)劑加入水基硅溶膠中很容易發(fā)生脫水縮合反應形成交 聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，從而會影響鍍膜液的穩(wěn)定性。
[0004] 有文獻（CN103013189A)報道用水性納米硅溶膠制備水性增透膜鍍膜液，具體實 施方式為將兩種或兩種以上性質(zhì)不同的水性納米硅溶膠直接混合，再添加多元酸或咪唑等 小分子有機添加劑，制得了水性增透膜鍍膜液。該方案制備的水性鍍膜液，由于納米硅溶膠 未經(jīng)改性，納米二氧化硅粒子表面含有大量的活性硅羥基，穩(wěn)定性較差，而且僅添加小分子 有機添加劑成膜性能較差且增透膜增透率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 以往技術(shù)中，增透膜鍍膜液的主要成分是硅溶膠，其存在的主要問題是以往的硅 溶膠鍍膜液涂敷在玻璃上形成的鍍膜的透光率比較低，不理想；而水性硅溶膠中直接加入 硅烷偶聯(lián)劑容易發(fā)生脫水縮合形成交聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)從而會影響鍍膜液的穩(wěn)定性。
[0006] 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)問題，提高增透膜鍍膜的透光率，制成水基增透膜，在有 機溶劑型硅溶膠中加入一定量的交聯(lián)樹脂，然后再加入流平劑、潤濕劑、消泡劑、耐磨抗刮 劑和或揮發(fā)控制劑中的一種或多種，然后再加入大量溶劑水稀釋，從而得到水性鍍膜液。
[0007] 另外，本發(fā)明為了得到成膜性更優(yōu)異、且性能更穩(wěn)定的二氧化硅水性鍍膜液，還優(yōu) 選，在上述溶劑型硅溶膠中加入交聯(lián)樹脂之前加入一定比例的硅烷偶聯(lián)劑改性（用硅烷偶 聯(lián)劑對溶劑型硅溶膠改性的目的是對二氧化硅粒子進行表面改性，提高二氧化硅粒子與樹 脂的相容性及分散穩(wěn)定性），然后，再加入交聯(lián)樹脂、以及各種助劑，最后再稀釋從而得到鍍 膜液。
[0008] 此外，本發(fā)明還提供一種二氧化硅鍍膜液，其是在溶劑型二氧化硅溶膠中加入硅 烷偶聯(lián)劑進行改性，利用水含量可調(diào)性控制硅烷偶聯(lián)劑的水解及與二氧化硅粒子硅羥基的 縮合反應速度，從而減小凝膠的可能性，并增大對二氧化硅粒徑大小的可控。優(yōu)選地，還可 以在用硅烷偶聯(lián)劑改性之后，加入大量水以及各種助劑制成水性鍍膜液。更優(yōu)選的是，在用 硅烷偶聯(lián)劑改性之后，還加入交聯(lián)劑樹脂進行改性，再根據(jù)需要加入各種助劑（也可以不 加入助劑，基本不影響形成的鍍膜液的透光性等性能），最后再加大量水稀釋制成水性鍍膜 液。
[0009] 具體來說，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
[0010] 一種水基硅溶膠增透鍍膜液，其通過含有pH值為2~5的有機溶劑型硅溶膠、水、 磷酸、樹脂和根據(jù)需要添加的助劑的原料混合制成，其中上述各組分的質(zhì)量份分別如下：有 機溶劑型硅溶膠9~15份、優(yōu)選11-13份，水78-92份，磷酸0. 01~0. 5份、優(yōu)選0. 1-0. 3 份，樹脂〇. 2~1. 5份、優(yōu)選0. 8-1. 2份，和根據(jù)需要添加的助劑0~2份、優(yōu)選0. 01~2 份。
[0011] 優(yōu)選的，對于所述的鍍膜液，所述原料中還含有硅烷偶聯(lián)劑〇. 1-1. 5份、優(yōu)選 0· 8-1. 2 份。
[0012] 優(yōu)選的，對于所述的鍍膜液，所述助劑選自流平劑、潤濕劑、消泡劑、耐磨抗刮劑和 揮發(fā)控制劑中的一種或幾種。
[0013] 優(yōu)選的，對于所述的鍍膜液，所述流平劑選自BYK333、DC29、BNK-A900、TEG0410、 TEG0482、TEG04000 或 HP-855 中的一種或二種以上；潤濕劑選自 BYK-378、BNK-NSF067 或 EW718、EW332 中的一種或二種以上，消泡劑選自 HI-MAR-DFC12、HI-MAR-DFC503、BYK-016、 DC62、DC65、RB3200、DF-18等中的一種或二種以上；耐磨抗刮劑選自DC14、DC51、DC57等中 的一種或二種以上；揮發(fā)控制劑選自N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇、丙三醇 等中的一種或二種以上。
[0014] 優(yōu)選的，對于所述的鍍膜液，所述有機溶劑型硅溶膠的分散介質(zhì)（即有機溶劑）選 自選自甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、丁酮和或乙二醇甲醚中的一種或二種以上。
[0015] 優(yōu)選的，對于所述的鍍膜液，所述硅烷偶聯(lián)劑選自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧 基硅烷、γ -（2, 3-環(huán)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 中的一種或幾種。
[0016] 優(yōu)選的，對于所述的鍍膜液，所述樹脂選自可分散于水的氨基樹脂、丙烯酸樹脂、 環(huán)氧樹脂、聚氨酯中的一種或幾種。
[0017] 優(yōu)選的，對于所述的鍍膜液，所述有機溶劑型硅溶膠中，硅溶膠的質(zhì)量百分含量為 20 ~40%。
[0018] 本發(fā)明還提供一種所述的硅溶膠增透減反水性鍍膜液的制備方法，其通過包括下 述步驟的方法制備得到：
[0019] ⑴向裝有有機溶劑型硅溶膠的反應器中加入稀磷酸以及根據(jù)需要加入7Κ，調(diào)節(jié) 溶膠pH值至2~5,得到混合溶液A ;
[0020] (2)向步驟⑴得到的混合溶液A中添加樹脂進行交聯(lián)，攪拌均勾，得混合溶液C ;
[0021] 以及根據(jù)需要選擇進行或者不進行如下步驟（3):將作為助劑的流平劑、潤濕劑、 消泡劑、耐磨抗刮劑和揮發(fā)控制劑中的一種或幾種緩慢加入混合溶液C中進行反應，
[0022] 并且最后進行4)用水將溶液稀釋至固含量5~10重量％，從而制得水性鍍膜液。
[0023] 優(yōu)選的，對于所述的制備方法，其中，該方法在步驟（2)之前，步驟（1)之后還進行 如下步驟（I):
[0024] (I)將硅烷偶聯(lián)劑按照混合溶液A質(zhì)量的1 %~10 %，優(yōu)選3 % -7 %添加入混合溶 液A中，攪拌得到改性硅溶膠B，這種情況下，所述步驟（2)是指在所述改性硅溶膠B中加入 樹脂進行步驟（2);并且在這種情況下，所述步驟（1)是指向裝有有機溶劑型硅溶膠的反應 器中加入稀磷酸以及加入水，調(diào)節(jié)溶膠pH值至2~5,得到混合溶液A。
[0025] 優(yōu)選的，對于所述的制備方法，其中，步驟（1)中，所述稀磷酸的質(zhì)量濃度為 15-25%，優(yōu)選 20%。
[0026] 優(yōu)選的，對于所述的制備方法，其中，當步驟（1)中加入水的情況下，所述有機溶 劑型硅溶膠、水和稀磷酸的質(zhì)量配比為100 :2~10 :0. 1~2 ;優(yōu)選為100 :4~7 :0. 15~ 1. 5 ;當步驟（1)中不加入水的情況下，所述有機溶劑型硅溶膠和稀磷酸的質(zhì)量配比為100 : 0· 1 ~2 ;優(yōu)選為 100 :0· 15 ~1. 5。
[0027] 優(yōu)選的，對于所述的制備方法，其中所述各種助劑的添加量為溶液總質(zhì)量的0~ 2%、優(yōu)選0.01%~2%，更優(yōu)選為0.9%~1.5%。
[0028] 優(yōu)選的，對于所述的制備方法，其中，所述步驟（2)中樹脂添加量為所述有機溶劑 硅溶膠的質(zhì)量的2%~10%，優(yōu)選為4% -7%。
[0029] 優(yōu)選的，對于所述的鍍膜液在用于制備光學器件或太陽能器件的增透降低反射率 膜中的應用。
[0030] 其中，在本領域中術(shù)語"硅溶膠"是指納米級的二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分 散液。分散介質(zhì)為有機溶劑時為溶劑型硅溶膠，也稱有機溶劑型硅溶膠，分散介質(zhì)為水時則 為水性硅溶膠，在本發(fā)明中所用的有機溶劑型硅溶膠可以采用市購的也可以是自行按照期 望的硅溶膠質(zhì)量含量在有機溶劑即分散介質(zhì)中進行配制。由于硅溶膠中的Si(V#有大量 的水及羥基，故硅溶膠也可以表述為Si0 2 · ηΗ20。
[0031] 通過本發(fā)明的上述方案可以提供一種硅溶膠鍍膜液，其涂覆玻璃等光學儀器或者 太陽能器件表面上形成對光透射率高、反射率低的鍍膜，其與沒有涂膜之前的玻璃相比，透 光率增加了 2.0%以上。
【附圖說明】
[0032] 圖1是用本發(fā)明的實施例5的鍍膜液涂覆于玻璃上得到的透光率曲線圖。
【具體實施方式】
[0033] 本發(fā)明為了對有機溶劑型硅溶膠進行改性以制成增透減反性能良好的水基鍍膜 液，通過在有機溶劑型硅溶膠中添加交聯(lián)劑樹脂來改性。
[0034] 在本發(fā)明中在有機溶劑型硅溶膠中添加樹脂主要目的是①成膜階段，利用有機樹 脂良好的成膜性，改善硅溶膠成膜容易出現(xiàn)龜裂等缺點，使膜層均勻連續(xù)；②鋼化階段，利 用高溫將樹脂煅燒分解從而產(chǎn)生空隙，減小膜層折射率，提高膜層透光性，并且，添加可與 硅羥基反應的樹脂主要是為了提高樹脂與硅溶膠的相容性，使之成膜時不出現(xiàn)相分離情 況，而且用交聯(lián)劑樹脂與硅溶膠反應后，再加入大量水稀釋獲得了意料不到的性能優(yōu)異的 水性鍍膜液。
[0035] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明的水基增透膜鍍膜液的制備，包括如下 步驟：
[0036] (1)在裝有有機溶劑型硅溶膠的反應器中，用質(zhì)量百分濃度20%的稀磷酸調(diào)節(jié)溶 膠pH至2~5,優(yōu)