具有自潔特性的抗反射性和抗污性涂料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的實(shí)施方案涉及涂料及其用途。更具體說(shuō)來(lái)，本發(fā)明的實(shí)施方案涉及包含用來(lái)通過(guò)溶膠-凝膠過(guò)程生成涂層的硅烷基前體的涂料組合物。這樣形成的涂層的特征在于抗反射性、耐磨損性和抗污性。涂料也對(duì)熱、潮濕具有增強(qiáng)的耐候性并防環(huán)境腐蝕物。由本文描述的組合物形成的涂料具有廣泛的應(yīng)用，包括，例如用作太陽(yáng)能電池的外層玻璃的涂料。
【專利說(shuō)明】具有自潔特性的抗反射性和抗污性涂料
[0001]發(fā)明背景。
發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明的實(shí)施方案涉及涂料及其用途。更具體說(shuō)來(lái)，本發(fā)明的實(shí)施方案涉及涂料組合物，其包含用來(lái)通過(guò)溶膠-凝膠過(guò)程生成涂層的硅烷基前體。生成的涂料的特征在于抗反射性、耐磨損性和抗污性。涂料還對(duì)熱和潮濕具有增強(qiáng)的耐候性和防環(huán)境腐蝕物。由本文描述的組合物形成的涂料具有廣泛的用途，包括，例如用作太陽(yáng)能電池或面板的外層玻璃的涂料。
[0003]相關(guān)領(lǐng)域的描述
抗反射涂料應(yīng)用于廣泛種類(lèi)的商業(yè)用途，范圍包括太陽(yáng)鏡、窗、汽車(chē)擋風(fēng)玻璃、相機(jī)鏡頭、太陽(yáng)能面板和建筑系統(tǒng)。當(dāng)光線通過(guò)不連續(xù)的介電常數(shù)梯度傳送時(shí)這些涂料使玻璃表面上的反射最小。光反射通常導(dǎo)致穿過(guò)透明材料的透光度減少。對(duì)于光學(xué)應(yīng)用而言，大部分入射光最高效地通過(guò)界面是重要的。在本上下文中，抗反射涂料在光學(xué)應(yīng)用方面提供有用的益處。
[0004]抗反射涂料通常用于玻璃、丙烯酸樹(shù)脂和用作與建筑結(jié)構(gòu)或能量發(fā)生和節(jié)能系統(tǒng)有關(guān)的窗和玻璃面板的其它透明材料。在建筑物窗方面，它們用來(lái)使入射光的射入最大，以保持適當(dāng)?shù)墓庹栈蛱烊粴夥找约笆箒?lái)自玻璃表面的散射最小。在能量產(chǎn)生和節(jié)能裝置，諸如太陽(yáng)能面板和集光器方面，對(duì)于相同的成本，由于更大的透光度，因此，增加的能量生成，抗反射涂料的效用在于這些裝置的增強(qiáng)的效能。
[0005]為使光學(xué)元件最佳地運(yùn)行，必須使它們免于可能減少透光率并因此降低涂料性能的表面污染和沉積(例如，污垢)。尤其是，對(duì)于暴露于外部環(huán)境的光學(xué)元件，諸如太陽(yáng)能面板和建筑物窗口，長(zhǎng)期暴露于環(huán)境中的化學(xué)或物理成分通常導(dǎo)致污垢沉積在光學(xué)元件的表面。污垢可包括沙粒、泥土、煙灰、粘土、地質(zhì)學(xué)礦物微粒、空氣攜帶的氣溶膠和有機(jī)顆粒諸如花粉、細(xì)胞殘骸、生物學(xué)和基于植物的粒狀廢物和存在于空氣中的粒狀冷凝物。隨著時(shí)間的過(guò)去，這樣的污垢的沉積顯著減少光學(xué)元件的光學(xué)透明度。結(jié)果，存在與這類(lèi)光學(xué)元件，諸如透明窗口和太陽(yáng)能面板的常規(guī)清潔相關(guān)的人力和財(cái)力的大量支出。
[0006]可將在這類(lèi)光學(xué)元件上的污垢沉積分為兩種類(lèi)型:物理結(jié)合和化學(xué)結(jié)合的顆粒物質(zhì)。由于微弱的物理的相互作用諸如物理纏結(jié)、裂縫捕集和在光學(xué)元件的粗糙表面，諸如窗戶表面上在毫微尺度(nanoscale)或微尺度的邊緣、階梯、臺(tái)階、露臺(tái)和邊界內(nèi)的微粒捕集，物理結(jié)合的顆粒松散地保持著?？捎眠m度能量的力量諸如風(fēng)、來(lái)自機(jī)械風(fēng)扇的空氣或者借助下雨產(chǎn)生的水流或其它人工產(chǎn)生的水流來(lái)源諸如水龍帶或噴霧器，排出這些顆粒。另一方面，化學(xué)結(jié)合的顆粒的特征在于顆粒本身之間和顆粒物質(zhì)和光學(xué)元件本身，諸如，在例如，窗戶中使用的玻璃或丙烯酸樹(shù)脂(例如， 樹(shù)脂玻璃)之間存在化學(xué)相互作用。在這些情況下，去除這些顆粒變得困難并通常需要采用物理手段諸如高壓水管沖洗或手工擦洗或者二者。作為選擇，可對(duì)光學(xué)元件采用化學(xué)手段諸如應(yīng)用強(qiáng)力的溶劑、表面活性劑或洗滌劑以使污垢顆粒從表面釋放。[0007]如所述，可根據(jù)天然清潔現(xiàn)象諸如降雨稍微除去環(huán)境暴露的光學(xué)元件，諸如窗戶和太陽(yáng)能面板上的污垢。然而，雨水僅有效除去松散(物理地)保留的顆粒物質(zhì)，而不能除去可能牢固(化學(xué)地)結(jié)合到光學(xué)元件，諸如玻璃或窗戶表面的顆粒物質(zhì)。此外，雨水通常含有在其下落期間從環(huán)境吸收的溶解物質(zhì)，當(dāng)干燥時(shí)，其可留下可見(jiàn)膜。
[0008]其中最佳光透射是重要的所有外部暴露的光學(xué)元件，諸如窗戶材料和太陽(yáng)能面板本身需要涉及其維護(hù)方案的某種形式的常規(guī)清潔工作。事實(shí)上，在制備期間以及常規(guī)地在使用期間，清潔這些部件的表面。通常用水、洗滌劑或其它工業(yè)清潔劑清洗這些部件，諸如太陽(yáng)能面板的表面。因此，施加于這些光學(xué)元件的抗反射涂料需要能承受普通清潔劑包括洗滌劑、酸、堿、溶劑、表面光潔劑和保持其抗反射效果的其它研磨料的使用。由于污垢或其它環(huán)境微粒的清潔和沉積隨著時(shí)間的過(guò)去對(duì)這些涂料的磨蝕會(huì)降低其性能。因此，抗反射涂料的耐磨損性是重要的考量。例如，尤其就太陽(yáng)能面板的長(zhǎng)期的功能性而言，針對(duì)太陽(yáng)能面板采用的涂料，抗磨蝕性是重要的考量。
[0009]大多數(shù)抗反射涂料基于作為優(yōu)選材料的氧化物。某些抗反射涂料或者由基于極多孔的氧化物涂料構(gòu)成，或者作為選擇，由不同氧化物堆積而成。根據(jù)涂料和污垢顆粒的類(lèi)型，這些氧化物材料借助氫鍵、靜電和/或共價(jià)相互作用與污垢顆粒進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。因此，這些基于氧化物的涂料具有天然的親和力以連接在其表面的分子。進(jìn)一步地，高度多孔性涂料可將污垢納米顆粒物理地捕集在其多孔結(jié)構(gòu)中。因此，當(dāng)前的抗反射涂料的特征在于，與污垢納米顆粒和環(huán)境中的其它化學(xué)物質(zhì)的物理和/或化學(xué)相互作用的固有親和力，并在其使用壽命期間受要保持表面清潔的嚴(yán)重缺點(diǎn)的困擾。 [0010]進(jìn)一步地，具體就太陽(yáng)能面板而言，一個(gè)涉及抗反射涂料的最常見(jiàn)的問(wèn)題是其覆蓋整個(gè)太陽(yáng)光譜的性能。盡管有僅在太陽(yáng)光譜的窄區(qū)域中有效的數(shù)種抗反射涂料，為效能最大，合乎需要的是在從300 nm至1100 nm的整個(gè)陽(yáng)光區(qū)域，抗反射涂料同樣地表現(xiàn)優(yōu)異。
[0011]因此，本領(lǐng)域存在對(duì)這樣的涂料的需求，即所述涂料可提供包括抗反射性(諸如可減少來(lái)自適當(dāng)光學(xué)表面的光反射和散射的涂料)；抗污性或自凈化性質(zhì)(諸如抗污垢顆粒的結(jié)合(例如，抗污垢顆粒的化學(xué)和物理結(jié)合)和吸附的涂料表面)；耐磨損性(諸如對(duì)普通清潔劑諸如洗滌劑、溶劑、表面活性劑和其它化學(xué)和物理研磨劑的穩(wěn)定性)；和紫外線穩(wěn)定性或覆蓋整個(gè)太陽(yáng)光區(qū)域的適用性能的組合益處。
[0012]此外，有益的是這樣的涂料通過(guò)呈現(xiàn)足以經(jīng)受環(huán)境中的物理對(duì)象諸如沙子、卵石、樹(shù)葉、樹(shù)枝和其它天然存在的物體的沖擊的強(qiáng)度、耐磨損性和硬度而為機(jī)械上堅(jiān)固的。有益的將是，這樣的涂料還要呈現(xiàn)機(jī)械穩(wěn)定性以致新制備的涂層或薄膜會(huì)更少可能出現(xiàn)限制其最佳性能的裂縫和擦痕，從而使這樣的涂料在相對(duì)更長(zhǎng)的使用期更加有效。此外，有益的將是，這樣的涂料要能承受其它環(huán)境因素或條件諸如熱和潮濕和要對(duì)環(huán)境中存在的氣體和其它分子在化學(xué)上是不相互影響或?yàn)槎栊缘模覍?duì)光、水、酸、堿和鹽不起反應(yīng)。也就是說(shuō)，迫切需要提供具有能減少涂料與外源顆粒(例如，污垢)的相互作用，以改善涂料的長(zhǎng)期性能的化學(xué)結(jié)構(gòu)的涂料。
[0013]還優(yōu)選能采用普通技術(shù)諸如旋涂；浸涂；淋涂；噴涂；噴霧沉積；超聲、熱或電沉積方式；微沉積技術(shù)諸如噴墨、噴霧射流或靜電印刷術(shù)；或者工業(yè)打印技術(shù)諸如絲印、點(diǎn)陣打印等，在光學(xué)表面，諸如窗戶表面或太陽(yáng)能面板表面沉積這樣的涂料。
[0014]也優(yōu)選能在相對(duì)低的溫度，諸如低于150°C下干燥和固化這樣的涂料，以致涂料能在事先已經(jīng)附加于其它溫度敏感材料的底物例如完全裝配好的太陽(yáng)能面板上施加、干燥和固化。
[0015]發(fā)明概述
本發(fā)明提供包含硅烷前體或硅烷前體的組合、溶劑、任選的酸催化劑或堿催化劑和任選的另一種添加劑的涂料組合物。水解涂料組合物以得到能被涂布在底物上、形成凝膠的溶膠，隨后使其干燥并固化，形成具有抗反射性、抗污性或自潔性和耐磨損性的組合的涂層。因此，本發(fā)明提供的抗反射涂層在物理上、機(jī)械上、結(jié)構(gòu)上和化學(xué)上是穩(wěn)定的。
[0016]在某些實(shí)施方案中，涂料組合物包括含有能用來(lái)構(gòu)成透明底物諸如太陽(yáng)能面板的涂料的四烷氧基硅烷、有機(jī)硅烷和有機(jī)氟代硅烷的溶膠的組合。在某些實(shí)施方案中，涂料組合物的組成基于溶劑、pH、溶劑對(duì)水之比和溶劑對(duì)硅烷之比的精確選擇，這使生成的溶膠在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間段保持穩(wěn)定，而不在其化學(xué)或物理性質(zhì)方面表現(xiàn)出變化。
[0017]本發(fā)明還提供涂布本發(fā)明涂料和采用這樣的涂料的方法。在某些實(shí)施方案中，底物處理的方法包括底物的預(yù)處理的方法，所述方法基于化學(xué)處理、蝕刻和/或打磨或清潔步驟，這使得溶膠均勻擴(kuò)散生成厚度介于50 nm-200 nm的薄膜或涂層。之后，在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明包括將溶膠施加至底物并使溶膠膠化，以形成具有想要的性質(zhì)的涂層。在某些實(shí)施方案中，向底物施加溶膠包括棍涂(drop rolling coating)和/或淋涂,其導(dǎo)致溶膠均勻沉積以形成平順、均勻和無(wú)裂縫的涂層。在某些實(shí)施方案中，本方法包括在高溫和濕潤(rùn)的特定條件下熱處理涂布的物品，以形成強(qiáng)力粘附到底物、無(wú)裂縫和/或剝落的化學(xué)上耐久的涂層。
[0018]在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明通過(guò)提供抗反射益處和/或通過(guò)提供抗污性益處以加強(qiáng)抗反射益處，提供涂料組合物作為建筑物和房屋中的建筑上的窗戶的性能加強(qiáng)輔助的用途。在其它實(shí)施方案中，本發(fā)明提供涂料組合物作為在透明表面的處理方面(其需要常規(guī)清潔)的性能加強(qiáng)輔助使其自潔的用途。
[0019]在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供適于用作太陽(yáng)能模塊裝置的外覆蓋層的經(jīng)鍍膜玻璃基物品，其具有抗反射性、疏水性和/或疏油性的，并表現(xiàn)出抗磨損、紫外光、高溫、濕潤(rùn)、腐蝕物諸如酸、堿、鹽和清潔劑諸如洗滌劑、表面活性劑、溶劑和其它磨蝕劑性。
[0020]附圖的幾個(gè)視圖的簡(jiǎn)述
圖1說(shuō)明表示由實(shí)施例1中給出的組合物制備的在玻片上的涂料帶來(lái)的2%最大透射增強(qiáng)的紫外可見(jiàn)光透射光譜；
圖2說(shuō)明表示由實(shí)施例2中給出的組合物制備的在玻片底物上的涂料帶來(lái)的3.4%最大透射增強(qiáng)紫外可見(jiàn)光透射光譜；
圖3a是由實(shí)施例1的組合物制備的在玻片底物上的涂料的SEM橫截面視圖；
圖3b是由實(shí)施例1的組合物制備的玻璃底物上的涂料的SEM斜視圖；
圖4a是由實(shí)施例2的組合物制備的在玻片底物上的涂料的SEM橫截面視圖；
圖4b是由實(shí)施例2的組合物制備的玻璃底物上的涂料的SEM斜視圖；
圖5表示由實(shí)施例1的組合物制備的涂料的XPS光譜；
圖6表示由實(shí)施例2的組合物制備的涂料的XPS光譜；
圖7a說(shuō)明表示 由實(shí)施例1的組合物制備的在玻片底物上的涂料的壓痕深度剖面圖和硬度的納米壓痕數(shù)據(jù)；圖7b說(shuō)明表示由實(shí)施例1的組合物制備的在玻片底物上的涂料的壓痕深度剖面圖和楊氏模量的納米壓痕數(shù)據(jù)；
圖8a說(shuō)明表示由實(shí)施例2的組合物制備的在玻片底物上的涂料的壓痕深度剖面圖和硬度的納米壓痕數(shù)據(jù)；
圖8b說(shuō)明表示由實(shí)施例2的組合物制備的在玻片底物上的涂料的壓痕深度剖面圖和楊氏模量的納米壓痕數(shù)據(jù)；
圖9說(shuō)明對(duì)根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方案制備的涂料的光透射快速沾污研究結(jié)果；和 圖10說(shuō)明對(duì)根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方案制備的涂料的污垢粘附的快速沾污研究結(jié)
果O
[0021]發(fā)明詳述
下面結(jié)合各附圖描述本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方案；然而，該描述不應(yīng)被視作對(duì)本發(fā)明范圍的限制。而是應(yīng)將其視作落入如權(quán)利要求書(shū)中所限定的本發(fā)明范圍內(nèi)的各實(shí)施方案的示例。此外，還應(yīng)意識(shí)到，不應(yīng)將對(duì)“發(fā)明”或“本發(fā)明”的提及解釋為表示，描述僅涉及一個(gè)實(shí)施方案，或者每一實(shí)施方案必須包含與特定實(shí)施方案相關(guān)而描述的或與這類(lèi)短語(yǔ)的使用相關(guān)而描述的給定的特征。事實(shí)上，本文描述具有共同和不同特征的各種實(shí)施方案。
[0022]本發(fā)明一般涉及提供各益處包括抗反射性、抗污性、自潔性和加工靈活性以及其它益處的組合的涂料。因此，本發(fā)明涂料可用在底物，諸如透明底物上，以增加穿過(guò)底物的透光性。尤其是，涂料可用在透明底物諸如玻璃或太陽(yáng)能面板的前面板玻璃上。
[0023]本發(fā)明特別地完全適于與用于太陽(yáng)能發(fā)電(“太陽(yáng)能玻璃”)的玻璃一起使用。應(yīng)理解，太陽(yáng)能發(fā)電包括太陽(yáng)能光伏和太陽(yáng)能熱，其中日照或者作為用來(lái)產(chǎn)生熱的終點(diǎn)或者作為中間步驟，以產(chǎn)生電流。此外，應(yīng)理解，太陽(yáng)能玻璃可用于任何用途，例如，其中期望穿過(guò)玻璃的太陽(yáng)能的最大透射，諸如用于溫室。通常太陽(yáng)能玻璃是高透光低鐵玻璃。其可為或者浮法玻璃，即熔融錫浴上形成的平板玻片，或者為壓延玻璃，其中通過(guò)輥?zhàn)拥淖饔眯纬善桨宀Ａ?。浮法玻璃往往具有在玻璃底部存在錫污染的特征(“錫面”)。壓延玻璃通常在一面上有紋理以改善其在太陽(yáng)能面板方面的性能。例如，也使其形成管狀諸如在太陽(yáng)能熱能產(chǎn)生中或在某些形式的太陽(yáng)能光伏發(fā)電中用作接收器諸如，Solyndra提供的那些。本發(fā)明也應(yīng)用于用作在太陽(yáng)能發(fā)電諸如拋物線槽(parabolic trough)系統(tǒng)中或定日鏡中的反光鏡的玻璃表面。其也可用來(lái)涂覆各種玻璃透鏡諸如用于太陽(yáng)能熱能產(chǎn)生的菲涅耳透鏡。此外，太陽(yáng)能玻璃可具有施加的各種涂料。例如常用涂料是在玻璃的一面上的透明導(dǎo)電氧化物諸如氧化銦錫(ITO)。該涂料用來(lái)為許多薄膜太陽(yáng)能面板技術(shù)提供前電極。可存在其它涂料，諸如密封用來(lái)制備玻璃但當(dāng)經(jīng)水濾出時(shí)會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)期可靠性問(wèn)題的堿離子諸如Na+和Ca+的涂料。解決該問(wèn)題的其它技術(shù)是減少在玻璃表面的薄層中的這些離子。太陽(yáng)能玻璃也可涂以反光表面以形成反光鏡。太陽(yáng)能玻璃可回火或不回火?；鼗鸩Ａ黠@更堅(jiān)固，且用其制備的太陽(yáng)能面板通常只需要一塊玻璃。用未回火的前部的玻璃制備的太陽(yáng)能面板通常需要后部的回火玻璃塊以滿足強(qiáng)度和安全要求。許多薄膜太陽(yáng)能光伏技術(shù)也采用前部玻璃作為底物，包括太陽(yáng)能電池的材料在其上沉降。在太陽(yáng)能電池的制備期間所采用的工藝可能不利地影響玻璃上的任何現(xiàn)有涂料的性質(zhì)，或者現(xiàn)有涂料可能干擾到太陽(yáng)能電池的制備工藝。本發(fā)明完全接受太陽(yáng)能面板廠商選擇的玻璃的類(lèi)型。其對(duì)浮法玻璃或壓延玻璃起完全同樣的作用。其不受錫對(duì)浮法玻璃的污染的影響。[0024]采用ITO (或類(lèi)似的)涂布玻璃的太陽(yáng)能面板制造商的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是回火。要得到低成本、質(zhì)量的ITO涂布的回火玻璃是極為困難的。因此，回應(yīng)ITO鍍膜玻璃的太陽(yáng)能面板制造商采用未回火玻璃，需要在太陽(yáng)能面板的背面上采用第二塊回火玻璃。此外，即使可得到適用的ITO涂布的回火玻璃，某些薄膜太陽(yáng)能制備工藝在制備期間加熱玻璃至退火的程度。市場(chǎng)上所有現(xiàn)有的抗反射玻璃都經(jīng)回火，因?yàn)榭狗瓷湫酝苛蠈?shí)際上在回火加工期間形成?；鼗鹗遣ＡЫ?jīng)其從600°c加熱至700°C，然后，快速冷卻的工藝。該高回火溫度有效燒結(jié)抗反射性涂料，賦予其最終的機(jī)械強(qiáng)度。因此，不能采用回火玻璃的太陽(yáng)能面板制造商通常不能采用抗反射玻璃。本發(fā)明可在20°C _200°C之間和20°C _130°C之間并進(jìn)一步在80°C -200°C之間的低溫下施加并固化。該低溫促進(jìn)完整的太陽(yáng)能面板的涂布而不損壞面板。因此其是未回火太陽(yáng)能玻璃的使用者的抗反射性的解決方案。
[0025]本發(fā)明涂料的低溫固化也為太陽(yáng)能面板制造商提供超出未回火抗反射玻璃之外的實(shí)質(zhì)的益處。由于能無(wú)須回火步驟涂布玻璃，太陽(yáng)能面板制造商可應(yīng)用其所有的抗反射性涂料。目前，對(duì)大回火爐的需要意味著太陽(yáng)能面板制造商局限于從玻璃制造商購(gòu)買(mǎi)抗反射玻璃。這意味著，他們必須保持抗反射性鍍膜玻璃和非鍍膜玻璃兩種存貨(inventory)。由于這些不能交換使用，存貨的靈活性下降，手頭需要保持更大量的存貨。太陽(yáng)能面板制造商施加其擁有的涂料的能力意味著他們恰恰能擁有更少的非涂布玻璃庫(kù)存，到時(shí)按需要向其施加抗反射涂料。
[0026]此外，現(xiàn)有的抗反射涂料在太陽(yáng)能面板制備過(guò)程期間易于刮壞。通常太陽(yáng)能面板制造商必須使用塑料片或紙片保護(hù)涂層。由于本發(fā)明涂料可施加于完全制備好的太陽(yáng)能面板，其可在制備過(guò)程的最后應(yīng)用，從而在制備過(guò)程中無(wú)須保護(hù)片并消除對(duì)涂料的損傷機(jī)會(huì)。
[0027]來(lái)自不同制造商的現(xiàn)有抗反射涂料趨于具有柔和的色彩、紋理和光學(xué)差異。這就給想要其產(chǎn)品具有完全一致的裝飾表面的太陽(yáng)能面板制造商帶來(lái)難題。如果他們制造大量的太陽(yáng)能 面板，幾乎不可避免地他們將不得不從不同的供應(yīng)商訂購(gòu)抗反射玻璃，致使最終產(chǎn)品的外觀有些微差異。然而，本發(fā)明涂料使太陽(yáng)能面板制造商能運(yùn)用其擁有的涂料，從而使超過(guò)無(wú)限量的太陽(yáng)能面板裝飾一致。
[0028]此外，對(duì)于其抗反射性，本文描述的涂料表現(xiàn)出抗污性和/或自潔性，因?yàn)槠淇刮酃刚掣讲⒂欣谕ㄟ^(guò)水的作用去除任何粘附的污垢。更具體地說(shuō)來(lái)，本文描述的涂料的特征在于使污垢經(jīng)物理方式沉積最小化的極微孔性。此外，這些涂料的特征在于抗化學(xué)和物理相互作用并使其易于去除顆粒的低能量表面，從而使表面基本抗污。與環(huán)境(諸如污垢)減少的物理和/或化學(xué)相互作用使得這些涂料的暴露的表面更不易于結(jié)合污垢，也使其更容易以最小的力量或能量花費(fèi)來(lái)清潔。
[0029]通常，為徹底清潔普通玻璃，需要機(jī)械作用，例如刷子或高壓噴嘴以去除堅(jiān)固地粘附到表面的污垢。然而，本發(fā)明涂料所呈現(xiàn)出的表面使污垢更加被水而不是被表面所吸收。因此，在水的存在下，無(wú)須機(jī)械作用可高效除去停留在表面上的任何污垢。這意味著在天然或人工降雨的存在下，無(wú)須人或機(jī)械介入，鍍膜玻璃會(huì)實(shí)現(xiàn)高水平的清潔。此外，清潔玻璃所需要的水量得以大大減少。假定太陽(yáng)能發(fā)電的最有效的位置趨于陽(yáng)光明媚下的暖和與干燥，這具有特別的意義。因此，在恰恰是太陽(yáng)能最起作用的地方，水是特別昂貴和稀缺的資源。
[0030]本發(fā)明使太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)者能顯著減少水準(zhǔn)化(Levelized)能源成本(LCOE)。首先，抗反射性提高了太陽(yáng)能面板的效能。在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的建造方面，增加的功效使系統(tǒng)平衡(BOS)成本中的成本下降。因此，對(duì)于給定規(guī)模的系統(tǒng)，投資成本和建造人工成本更低。其次，抗污性通過(guò)減少由于變臟產(chǎn)生的損失增加太陽(yáng)能面板的能量輸出。第三，由于需要更少的洗滌或完全無(wú)需洗滌，削減了與洗滌相關(guān)的人工和水的成本，使運(yùn)行和維護(hù)(0&M)成本下降。
[0031]本文描述的涂料也含有防水和防油的氫氟烴(hydro/fluoro-carbon)基團(tuán)，使其化學(xué)上不具反應(yīng)性和不相互作用。當(dāng)與玻璃底物組合使用時(shí)，采用使其強(qiáng)烈粘附并使其堅(jiān)固、耐久和耐磨損和耐刮擦的硅氧烷鍵結(jié)，將涂料結(jié)合至玻璃表面。總之，這些涂料在物理上和化學(xué)上不反應(yīng)，機(jī)械和結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定，疏水、疏油和遍及紫外光譜的穩(wěn)定。因此，應(yīng)意識(shí)到，本文描述的涂料特別適用于暴露于環(huán)境的透明底物，諸如外窗和太陽(yáng)能面板的面板玻璃。
[0032]通常，通過(guò)溶膠-凝膠過(guò)程制備本文描述的涂層。起始組合物，稱為“涂料混合物”或“涂料組合物”，包括當(dāng)水解和濃縮時(shí)在液體溶膠中形成顆粒的微粒懸液的硅烷前體或硅烷前體的組合?？刹捎帽绢I(lǐng)域已知的涂布技術(shù)將該溶膠涂布在底物上，膠化成凝膠，并干燥成具有上述性質(zhì)的硬層或涂層。固化干燥的凝膠的工藝進(jìn)一步使其硬化。
[0033]通常，通過(guò)采用最終涂料的形成中的各組分的特定組合，提供上述涂料的產(chǎn)生的性質(zhì)。尤其是，在提供具有想要的性質(zhì)的涂料方面，在與涂料混合物中的其它組分的組合中選擇特定的硅烷前體或硅烷前體的混合物是重要的。例如，在某些實(shí)施方案中，由包括烷氧基硅烷、有機(jī)硅烷和有機(jī)氟代硅烷的硅烷前體的混合物制備涂料。在某些實(shí)施方案中，單獨(dú)的涂料混合物或硅烷前體的混合物可用來(lái)形成單獨(dú)的溶膠，然后可將其合并，形成應(yīng)用于要涂布的底物的最終溶膠。此外，合并在一起的單一的溶膠或分開(kāi)制備的溶膠，可與另一種硅烷前體合并，形成應(yīng)用于要涂布的底物的最終溶膠。
[0034]應(yīng)意識(shí)到，除了任何硅烷前體外，涂料混合物還可包括其它組分。例如，硅烷前體可與水或者混有水、酸或堿催化劑和賦予、提供、調(diào)整和/或調(diào)節(jié)生成的涂料的內(nèi)在結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能和性能的一種或多種組合物修飾添加劑的溶劑混合。組合物修飾添加劑可包括粒度修飾添加劑、交聯(lián)添加劑和表面修飾添加劑。以下更詳細(xì)地描述涂料混合物中這些組分的每一種。
[0035]應(yīng)意識(shí)到，長(zhǎng)期溶膠穩(wěn)定性，如無(wú)凝膠或沉降的液態(tài)的保留所定義的，在實(shí)際使用中是重要的。因此，在環(huán)境貯存條件下在約3個(gè)月-約6個(gè)月的時(shí)間范圍內(nèi)，本發(fā)明提供的溶膠在化學(xué)和物理上是穩(wěn)定的。在某些實(shí)施方案中，當(dāng)于4°C下貯存時(shí)，溶膠在介于約6個(gè)月-約9個(gè)月的時(shí)間范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。溶膠的穩(wěn)定性取決于幾個(gè)因素，包括硅烷前體的具體組合、溶膠的PH控制、具平衡氫鍵的溶劑的選擇、極性和非極性基團(tuán)、在涂料混合物中溶劑對(duì)水之比的平衡和硅烷對(duì)溶劑比例的平衡，下文更詳細(xì)地描述它們中的每一個(gè)因素。
[0036]現(xiàn)在描述用于涂料混合物的各具體組分。如所述，硅烷前體或硅烷前體的組合被用于涂料混合物，以生成本發(fā)明的涂料?？筛鶕?jù)想要賦予生成的涂料的性質(zhì)選擇用于制備涂料的硅烷前體。在某些實(shí)施方案中，由于玻璃表面和涂料組合物的各組分之間的強(qiáng)S1-O-Si鍵的形成，根據(jù)其粘附玻璃的趨勢(shì)，選擇硅烷前體。
[0037]例如，當(dāng)水解時(shí)，由于圍繞各硅原子的四個(gè)S1-O-Si連鍵的形成，四烷氧基硅烷形成廣泛交聯(lián)的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的特征在于機(jī)械穩(wěn)定性和耐磨損性。為賦予最終涂料的疏水性，除四烷氧基硅烷之外還可采用經(jīng)有機(jī)修飾的硅烷(諸如甲基三甲氧基硅烷)。此外，為賦予疏油性和抗污性特征，除四烷氧基硅烷外，還可采用有機(jī)氟代硅烷。
[0038]在某些實(shí)施方案中，硅烷如體可為烷基二烷氧基硅烷、四烷氧基硅烷、有機(jī)硅烷、有機(jī)氟代硅烷或這些中的任何一種或多種的組合物。烷基三烷氧基硅烷的烷基可為甲基、乙基或丙基。四烷氧基硅烷是具有(OR)4Si型，其中R = H、甲基、乙基、異丙基或叔丁基。四烷氧基硅烷可為甲氧基、乙氧基或異丙氧基或叔丁氧基類(lèi)似物。有機(jī)硅烷具有(0R)3S1-R’型，其中R = H、甲基、乙基、異丙基或叔丁基，和R’ =甲基、乙基或丙基。有機(jī)硅烷前體甲基三甲氧基硅烷可經(jīng)三乙氧基或三異丙氧基衍生物取代。有機(jī)氟代硅烷具有(OR)3S1-Rf,型，其中R = H、甲基、乙基、異丙基或叔丁基，和Rf’ = 3，3，3_三氟代丙基或十三氟_1，1，2，2-四氫辛基。有機(jī)氟代硅烷前體可為(3，3，3-三氟代丙基)三甲氧基硅烷或(十二氟_1，I, 2, 2-四氫羊基)二甲氧基硅烷。
[0039]在其它實(shí)施方案中，涂料混合物可包括有機(jī)二氧化硅單體、低聚物、顆粒、聚合物和/或由具有通式》nSi(R)4_n和/或(X)nS1-(R)4_n-Si (X)n的起始原料的單一組分或混合物制備的有機(jī)硅酸鹽材料的凝膠，其中X包括鹵化物、醇鹽、羧化物、磷酸鹽、硫酸鹽、氫氧化物和/或氧化物；n= 1、2或3 ;和R是烷基、鏈烯基、炔基、苯基或次芐基烴和/或具有1-20個(gè)碳原子的氟代烴鏈，和要溶解或分散有機(jī)硅烷的溶劑。
[0040]如所述，在某些實(shí)施方案中，硅烷前體的組合可用于涂料混合物。這些硅烷前體之比可獨(dú)立地有所不同，以細(xì)微地調(diào)節(jié)和修飾最終涂料的總體特性。對(duì)于由這些前體制備的溶膠的穩(wěn)定性以及對(duì)于由這些溶膠制備的薄膜和涂層的功能和性能，硅烷前體的化學(xué)計(jì)量比本身是重要的。例如，為機(jī)械穩(wěn)定性和耐磨損性而形成穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這些前體中的每一種的相對(duì)比例是重要的。
[0041 ] 在某些實(shí)施方案中，采用三種硅烷前體。在某些實(shí)施方案中，所用的三種硅烷前體可包括烷氧基硅烷、有機(jī)硅烷和有機(jī)氟代硅烷。在某些實(shí)施方案中，烷氧基硅烷可為烷基三烷氧基硅烷或四烷氧基硅烷。烷基二烷氧基硅烷的烷基可為甲基、乙基或丙基。四烷氧基硅烷具有(OR)4Si型,其中R = H、甲基、乙基、異丙基或叔丁基。四烷氧基硅烷可為甲氧基、乙氧基或異丙氧基或叔丁氧基類(lèi)似物。有機(jī)硅烷可具有(0R)3S1-R’型，其中R = H、甲基、乙基、異丙基或叔丁基，和R’ =甲基、乙基或丙基。有機(jī)硅烷如體甲基二甲氧基硅烷可經(jīng)二乙氧基或三異丙氧基衍生物取代。有機(jī)氟代硅烷可具有(OR)3S1-Rf,型，其中R = H、甲基、乙基、異丙基或叔丁基，和Rf’ = 3，3，3-三氟代丙基或十三氟-1，1，2，2-四氫辛基。有機(jī)氟代硅烷前體可為(3，3，3-三氟代丙基)三甲氧基硅烷或(十三氟-1，1，2，2-四氫辛基)三甲氧基硅烷。在某些實(shí)施方案中，所用的三種硅烷前體可包括四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷(作為四烷氧基硅烷)、甲基二甲氧基硅烷(作為有機(jī)硅烷)和二氣代丙基二甲氧基娃烷或(十三氟-1，1，2，2-四氫辛基)三甲氧基硅烷(作為有機(jī)氟代硅烷)。在某些實(shí)施方案中，所有硅烷前體的總濃度可在約1%重量-約10%重量范圍內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，所有硅烷前體的總濃度可在約1% 重量-約4%重量范圍內(nèi)。
[0042]除采用的所有硅烷前體的總濃度之外，每一種的相對(duì)量也是重要的。例如，在用三種硅烷前體的實(shí)施方案中，要加至涂料混合物中的每一種的相對(duì)量取決于數(shù)個(gè)因素，包括涂料混合物中的視覺(jué)上的溶膠均一性、薄膜或涂層一經(jīng)沉積在底物上的均勻性和想要的涂料的耐磨損性。更具體地說(shuō)，調(diào)整三種硅烷中每一種的相對(duì)量，以細(xì)微地調(diào)整溶膠的均一性、調(diào)整薄膜或涂層的均勻性和控制最終涂料的耐磨損性。應(yīng)意識(shí)到，無(wú)論硅烷前體是否被加至同一涂料混合物或是否采用單獨(dú)涂料混合物生成單獨(dú)的溶膠，然后將其合并以形成要應(yīng)用于給定底物的最終溶膠，都要確定所用各種硅烷的相對(duì)量。也就是說(shuō)，根據(jù)要應(yīng)用于給定底物的最終溶膠中存在的每種硅烷前體的量，確定各硅烷前體的相對(duì)量。
[0043]關(guān)于溶膠的均一性，如果采用三種硅烷前體，則會(huì)將每一種在溶劑介質(zhì)中水解而形成溶膠。然而，烷氧基硅烷諸如四烷氧基硅烷具有極性且親水，而有機(jī)硅烷和有機(jī)氟代硅烷是疏水的。因此，它們互相之間和與溶劑基質(zhì)之間呈現(xiàn)出不同的相同作用。大用量的有機(jī)官能團(tuán)硅烷(其中的“有機(jī)官能團(tuán)”指帶R基團(tuán)的任何三烷氧基硅烷，其包括有機(jī)和有機(jī)氟代硅烷二者)導(dǎo)致相分離和聚集，而較少量的有機(jī)官能團(tuán)硅烷產(chǎn)生具有差的抗反射性和抗污性特征的薄膜。因此，為在底物上的由溶膠制備的涂料組合物的想要的功能和用途，必須采用適當(dāng)?shù)南鄬?duì)量的每一種硅烷前體。
[0044]對(duì)于薄膜或涂層的均一性，將最終的溶膠施加到底物，隨后凝膠化并蒸發(fā)溶劑，形成二氧化硅基涂料。由于其與溶劑基質(zhì)的差異性的相互作用，由不同的硅烷前體制備的顆粒在其溶解性上有所不同。由于在溶劑蒸發(fā)期間其有限的溶解度和相分離，大用量的有機(jī)官能化硅烷(有機(jī)硅烷加有機(jī)氟代硅烷)導(dǎo)致不一致的不透明薄膜的發(fā)展。另一方面，大用量的四烷氧基硅烷導(dǎo)致呈現(xiàn)出不充分的抗反射性或抗污性特征的薄膜形成。
[0045]關(guān)于耐磨損性，有機(jī)硅烷和有機(jī)氟代硅烷分別能形成三種S1-O-Si鍵，而四烷氧基硅烷可形成四種S1-O-Si鍵。因此，這些前體的每一種的相對(duì)比例對(duì)于機(jī)械穩(wěn)定性和耐磨損性而形成穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是重要的。薄膜中的大用量的有機(jī)官能化硅烷(有機(jī)硅烷加有機(jī)氟代硅烷)生成機(jī)械穩(wěn)定性不足和缺乏足夠耐磨損性的薄膜。
[0046]在某些實(shí)施方案中，烷氧基硅烷，諸如四烷氧基硅烷對(duì)官能化硅烷(有機(jī)硅烷加有機(jī)氟代硅烷)總量的相對(duì)重量百分比介于約0.2-約2范圍內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，該比率在約0.2-約I范圍內(nèi)，和在某些實(shí)施方案中，其在約0.5-約I范圍內(nèi)。
[0047]類(lèi)似地，在得到可均勻地涂在底物上并不會(huì)生成可減少透過(guò)涂料的透光性的穩(wěn)定溶膠的沉淀或聚集方面，例如，如果涉及太陽(yáng)能面板蓋的使用時(shí)，有機(jī)硅烷對(duì)有機(jī)氟代硅烷的相對(duì)比例是重要的。有機(jī)硅烷和有機(jī)氟代硅烷的相對(duì)量也決定了疏水性和抗污性特征。相對(duì)于如下文所述用于涂料混合物的任何溶劑，這兩種前體的結(jié)構(gòu)相似性及其相對(duì)溶劑化作用及其分子間的相互作用控制著其互相之間的相互作用。例如，在確定這些組分的比例，有機(jī)硅烷和氟代硅烷的鏈長(zhǎng)是重要的。通常，如果這些前體上的所述側(cè)鏈過(guò)大，那末大量的這些前體會(huì)產(chǎn)生不透明薄膜。因此，對(duì)于在有機(jī)硅烷上具有大R基團(tuán)的前體，需要減少其相對(duì)于氟代硅烷和烷氧基硅烷的量。這對(duì)于氟代硅烷也是同樣適用的。
[0048]在某些實(shí)施方案中，有機(jī)硅烷對(duì)有機(jī)氟代硅烷的相對(duì)重量百分比在約0.5-約1.5范圍內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，該比率在約0.75-約1.25范圍內(nèi)，和在某些實(shí)施方案中，其在約0.5-約I范圍內(nèi)。根據(jù)最終生成的涂料的用途，在某些實(shí)施方案中，有機(jī)硅烷或有機(jī)硅烷混合物的量通常可在約0.1%-約90%、約10%-約65%和約10%-約25%重量涂料組合物或混合物的范圍內(nèi)變化?？刹捎玫挠袡C(jī)氟代硅烷的實(shí)例包括十三氟-(1，1,2, 2-四氫辛基)二乙氧基硅烷；十二氟-(1，I, 2, 2-四氫羊基)二甲基氯代硅烷；3，3, 3- ( 二氟代丙基)二甲氧基硅烷；3，3，3-三氟代丙基)三氯代硅烷；和3，3，3-三氟代丙基)甲基二甲氧基硅烷?？刹捎玫挠袡C(jī)硅烷的實(shí)例包括甲基三氯代硅烷、甲基三甲氧基硅烷、苯基甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和正丙基甲基二氯代硅烷。應(yīng)意識(shí)到，可單獨(dú)或以任何組合采用iu述氣代硅烷和有機(jī)硅烷。
[0049]如上所述，在某些實(shí)施方案中，溶劑可與上述硅烷前體或硅烷前體的組合一起用于涂料混合物。例如，用來(lái)生成單一溶膠的溶劑可用于涂料混合物，或者可經(jīng)合并形成涂布給定底物的最終溶膠的溶劑可用于形成單獨(dú)的溶膠。
[0050]通常地，溶劑是是與水混合的有機(jī)溶劑。在溶膠的穩(wěn)定性方面，以及在賦予由含有水解硅烷前體制備的涂料的特定功能和性能方面，除溶劑/水比例和溶劑/硅烷前體比例之外，用于涂料混合物的溶劑的性質(zhì)和量也是重要的。溶劑的選擇也影響到溶膠的粘度或溶膠在要被涂布的底物的鋪展性，以及溶膠顆粒的分子間相互作用和它們與要涂布的底物表面之間的相互作用。除了提供進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)的基質(zhì)之外，溶劑還影響到溶膠形成步驟的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。下文更詳細(xì)地描述對(duì)溶劑的選擇和要采用的溶劑的量的各種這些影響。
[0051]一個(gè)因素是溶劑對(duì)硅烷前體的水解和縮合的影響。在溶膠-凝膠過(guò)程中，硅烷被水解硅烷醇，其進(jìn)一步縮合以形成硅氧烷鍵。溶膠的粒度和隨之產(chǎn)生的粘度取決于溶膠中顆粒的數(shù)量及其聚集狀態(tài)。表現(xiàn)出強(qiáng)氫鍵結(jié)合并具有親水性的溶劑可使單一的溶膠顆粒穩(wěn)定，使溶膠粘性更小并更穩(wěn)定更長(zhǎng)的時(shí)間段。更少粘性的溶膠可形成約50-200 nm薄膜，其有益于提供能產(chǎn)生抗反射性效果的涂料。
[0052]另一因素是溶劑的沸點(diǎn)和蒸發(fā)速度對(duì)在源自溶膠的底物上形成均勻薄膜的的影響。在由涂料混合物或溶膠形成均勻薄膜方面，具有相對(duì)低的沸點(diǎn)并因而具有相當(dāng)大的蒸發(fā)速度的溶劑是更令人滿意的。隨著溶劑蒸發(fā)，硅酸鹽顆粒緊密匯集在一起并形成網(wǎng)絡(luò)。如果溶劑蒸發(fā)太快，薄膜就不可 能均勻。同樣地，具有高沸點(diǎn)的溶劑不會(huì)在環(huán)境條件下以相當(dāng)大的速度蒸發(fā)，從而導(dǎo)致具有更大顆粒的更不想要的不透明薄膜的形成。
[0053]在底物上施加溶膠期間，由于溶劑影響溶膠的表面能，溶劑也影響溶膠的綜合鋪展性。具有更低的表面張力的溶劑使溶膠能更加均勻地鋪展在底物上。因此，在某些實(shí)施方案中，溶劑提供疏水和親水基團(tuán)二者的平衡，以穩(wěn)定溶膠并提供最佳溶膠粘度。例如，具有3-6個(gè)碳原子的適度鏈長(zhǎng)的醇特別有利于降低溶膠的表面張力。
[0054]另一因素是氫鍵和其它的分子間相互作用對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響。當(dāng)溶膠沉積在底物上時(shí)，能參與氫鍵相互作用的溶劑通過(guò)預(yù)防聚集和沉淀來(lái)穩(wěn)定溶膠顆粒。含有氫鍵供體-OH官能團(tuán)的溶劑，諸如醇和二醇，與含有氫鍵受體R-O-R連鍵的溶劑諸如醚一起特別有利于穩(wěn)定溶膠的制備。
[0055]另一因素是溶劑的毒性、揮發(fā)性和可燃性的影響。溶劑的毒性和可燃性可涉及到溶膠的長(zhǎng)期貯存和運(yùn)輸。因此，優(yōu)選具有低毒性、揮發(fā)性和可燃性的溶劑。在這點(diǎn)上，醇、二醇和二醇醚是特別有利的。
[0056]在溶劑的選擇中考慮以上因素，在某些實(shí)施方案中，可采用的有機(jī)溶劑是含有氫鍵供體基團(tuán)的那些，諸如具有-OH基團(tuán)的醇和二醇，和含有氫鍵受體基團(tuán)的那些，如酯(-C00R)、醚(R-O-R)、醛(RCHO)和酮(R2C=O)?？刹捎玫牧硪唤M溶劑包括醇醚和二醇醚酯。這些溶劑提供上述因素關(guān)于溶膠的穩(wěn)定性、粘度和鋪展性的平衡。在某些實(shí)施方案中，可用于涂料混合物的溶劑包括甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇(異丙醇)、正丁醇、異丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、環(huán)己醇、乙二醇、丙二醇、乙二醇單甲基醚、乙二醇二甲基醚、丙二醇單甲基醚、二甘醇二甲醚、丙酮、甲基乙基酮(丁酮)、戊酮、甲基叔丁基醚(MTBE)、乙基叔丁基醚(ETBE)、乙醛、丙醛、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乳酸乙酯和前述的任一種的任何組合。在其它實(shí)施方案中，有機(jī)溶劑可為酮。在其它實(shí)施方案中，溶劑可為丙酮、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、叔丁醇等。應(yīng)意識(shí)到，可單獨(dú)或以任何組合采用前述溶劑。
[0057]如所述的，溶劑可與水組合使用。為得到想要的粒度的溶膠，溶劑對(duì)水的相對(duì)比例是重要的，其依次決定溶膠的粘度和由一經(jīng)涂覆到底物上的溶膠形成的薄膜的最終厚度。如上所述，在提供具有適當(dāng)?shù)目狗瓷湫缘耐苛戏矫?，薄膜的厚度是重要的?br> [0058]此外，溶劑對(duì)水的相對(duì)量和溶膠的組成在穩(wěn)定溶膠顆粒，使顆粒在溶劑基質(zhì)中保持有效懸浮而不聚集方面起關(guān)鍵作用。具體說(shuō)來(lái)，為提供延長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間(在某些實(shí)施方案中，其可能超過(guò)4個(gè)月)穩(wěn)定的溶膠，疏水和親水基團(tuán)的平衡是必須的，以致溶膠在其性質(zhì)方面變化不大并仍能在底物，諸如玻璃表面上均勻鋪展。這種穩(wěn)定性對(duì)在其施加至底物期間令溶膠適當(dāng)鋪展也是重要的。
[0059]溶劑對(duì)水之比基本決定溶膠和溶劑在基質(zhì)中的疏水和親水位點(diǎn)的平衡。硅烷前體的水解形成含有硅烷醇基團(tuán)的羥基化顆粒。這些硅烷醇基團(tuán)被提供氫鍵的親水溶劑有效溶解并減少由縮合反應(yīng)引起的交聯(lián)。這些硅烷醇基團(tuán)的縮合生成非極性S1-O-Si鍵，導(dǎo)致顆粒的交聯(lián)，并且由于表面羥基的減少，交聯(lián)結(jié)構(gòu)在更加疏水的介質(zhì)中被積極促成。同樣地，縮合反應(yīng)導(dǎo)致水分子的釋放，這在高水含量的介質(zhì)中受到阻礙。相反地，含高水含量的介質(zhì)促成硅烷前體的水解，生成可合并以形成沉淀的水解溶膠顆粒。因此，溶劑對(duì)水之比對(duì)生成穩(wěn)定的溶膠是重要的。
[0060]尤其是，溶劑對(duì)水之比在含有例如，由硅烷、有機(jī)硅烷和有機(jī)氟代硅烷前體產(chǎn)生的那些的溶膠顆粒的溶解中起重要作用。硅烷前體的性質(zhì)決定一系列溶膠顆粒表面上的官能團(tuán)，它們從親水和提供氫鍵的S1-OH基團(tuán)到極性和從接受氫鍵的S1-O-Si基團(tuán)到非極性和疏水有機(jī)和氟代烷基基團(tuán)不等。如所述，溶解度和顆粒間的相互作用極其強(qiáng)烈地取決于溶劑基質(zhì)的組成，特別是溶劑基質(zhì)的疏水和親水平衡。
[0061]因此，在某些實(shí)施方案中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)溶膠的穩(wěn)定性和鋪展性最有利的涂料混合物中的溶劑對(duì)水的重量百分比在約5-約20范圍內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，溶劑對(duì)水的重量百分比在約6-約12范圍內(nèi)，和在某些實(shí)施方案中，其在約7-約10范圍內(nèi)。
[0062]包括還有水的情況的溶劑(即，有機(jī)溶劑加上水)的合并重量百分比對(duì)硅烷前體(即，用于涂料混合物的全部的所有硅烷前體，如果采用不止一種硅烷前體，無(wú)論是否一起加入硅烷前體生成一種溶膠或者無(wú)論是否先形成單獨(dú)的溶膠，然后將其合并)的合并重量百分比之比在由涂料混合物制備的涂料的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和功能有效性方面起重要的作用。具體說(shuō)來(lái)，該比例可影響溶膠的數(shù)個(gè)方面，包括溶膠粒度、粘度和穩(wěn)定性。
[0063]采用溶劑溶解硅烷前體以及有效分散溶膠顆粒。含有大量硅烷前體的反應(yīng)介質(zhì)具有高有效濃度的硅烷，其能加速水解反應(yīng)，以形成更小的顆粒，同時(shí)含有更低的硅烷前體濃度的反應(yīng)介質(zhì)能在溶膠中形成更大的顆粒。含有極小顆粒，諸如大小低于10 nm的顆粒的溶膠，產(chǎn)生透明薄膜；然而，它們不呈現(xiàn)任何抗反射效果。含有更大的顆粒，諸如大小大于100 nm的顆粒的溶膠生成的薄膜趨于半透明或不透明。因此，在某些實(shí)施方案中，具有大小在10-50 nm范圍內(nèi)的溶膠顆粒是合乎需要的。
[0064]溶劑對(duì)硅烷的相對(duì)比例也影響溶膠的粘度和表面張力。具有更小的溶劑對(duì)硅烷前體比例的高粘度溶膠可能產(chǎn)生過(guò)厚的涂料，而具有極高的溶劑對(duì)硅烷前體比例的極低粘度的溶膠產(chǎn)生不一致的薄膜和涂層。因此，溶膠中溶劑對(duì)硅烷前體的相對(duì)量在保持溶膠的適當(dāng)一致性和為提供足量硅烷以形成具有想要的厚度的薄膜和涂層方面是重要的。在某些實(shí)施方案中，控制溶劑對(duì)硅烷前體之比以生成具有約60 nm-約150 nm厚度的涂層，這對(duì)提供抗反射效果是重要的。
[0065]在控制溶膠顆粒的隔離和分離，以防止顆粒間的聚集和結(jié)塊方面，溶劑對(duì)硅烷前體的相對(duì)比例也是重要的。在溶劑對(duì)硅烷前體的高比例下(即相對(duì)于溶劑的低濃度硅烷前體)，顆粒被溶劑基質(zhì)有效分散，這可保持其分開(kāi)并減少或防止聚集。然而，由這樣的溶膠制成的薄膜缺乏適當(dāng)?shù)暮穸葋?lái)賦予抗反射、防污和耐磨損性的有用的功能性益處。在溶劑對(duì)硅烷前體的低比例下(即，硅烷相對(duì)于溶劑的高濃度)，顆粒未有效溶解并懸浮在溶劑基質(zhì)中，導(dǎo)致聚集和沉淀。由這些溶膠制備的涂料是不透明或半透明的，且通常不適于用作抗反射涂料。
[0066]因此，應(yīng)意識(shí)到，溶劑對(duì)硅烷前體的精確平衡對(duì)于溶膠的穩(wěn)定性以及由溶膠制備的涂料的功能和性能是重要的。在某些實(shí)施方案中，總?cè)軇?即，水加上有機(jī)溶劑)對(duì)總的硅烷前體 的該有效重量百分比的比率在約25-約125范圍內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，該比例在約40-約99范圍內(nèi)，和在某些實(shí)施方案中，該比率在約50-約75范圍內(nèi)。該比例范圍適用于用來(lái)生成溶膠的各涂料混合物，該溶膠可經(jīng)合并以形成施加到給定底物的最終溶膠。
[0067]根據(jù)上述考慮和比例，在生成溶膠的整個(gè)涂料混合物中還包括水的情況下的溶劑(即，有機(jī)溶劑加上水)的量可在約50%-約90%重量之間變化。在某些實(shí)施方案中，該混合物中溶劑的量可在約80%-約90%重量范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，可與作為作為在水中的有機(jī)溶劑異丙醇一起使用包括四烷氧基硅烷、有機(jī)硅烷和有機(jī)氣代硅烷的硅烷如體混合物。在這種情況下,異丙醇和水的量可介于約80%-約90%重量范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，可與作為在水中的有機(jī)溶劑異丙醇一起使用包括四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷和二氣代丙基二甲氧基硅烷的硅烷如體混合物，溶劑的量可為86.4%重量。該比例范圍也適用于用來(lái)生成溶膠的各涂料混合物，溶膠經(jīng)合并生成施加于給定底物的最終溶膠。
[0068]硅烷前體和溶劑也可與作為催化劑的酸或堿混合，加速硅烷前體的水解。采用的酸或堿的性質(zhì)和量對(duì)溶膠的穩(wěn)定性以及由含有水解硅烷前體的溶膠制成的涂料的功能和性能是重要的。
[0069]當(dāng)用酸作為催化劑時(shí)，其可為或者弱酸或者強(qiáng)酸。它們也可為有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸。當(dāng)采用堿作為催化劑時(shí)，其可為或者弱堿或者強(qiáng)堿。同樣地，它們也可為有機(jī)堿或無(wú)機(jī)堿。反應(yīng)后酸和堿存留于溶膠中。強(qiáng)酸的實(shí)例包括鹽酸和硝酸。弱酸的實(shí)例包括乙酸、三氟代甲磺酸和草酸。強(qiáng)堿的實(shí)例包括氫氧化鉀、氫氧化鈉和氨水。弱堿的實(shí)例包括吡啶、氫氧化四
乙基銨和氫氧化芐基三乙基銨。
[0070]既然酸或堿催化劑存留于溶膠中，其在介質(zhì)的濃度控制系統(tǒng)的最終pH。為使溶膠的穩(wěn)定性最大，應(yīng)控制最終溶膠的PH以避免聚集和沉淀，因?yàn)槿苣z顆粒具有聚集和形成粘性凝膠或沉淀的趨勢(shì)。同樣地，已經(jīng)確定溶膠的pH對(duì)使pH為溶膠的長(zhǎng)期穩(wěn)定性而保持在適當(dāng)范圍內(nèi)是重要的。在低PH下，硅烷顆粒帶有正電，并因此，由于顆粒間的靜電排斥而保持分開(kāi)。在高PH下，存在形成不產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)的陰離子硅酸鹽的趨勢(shì)。[0071]已經(jīng)確定了促進(jìn)溶膠長(zhǎng)期穩(wěn)定性和耐久性的兩個(gè)明顯的pH穩(wěn)定性區(qū)域。在酸催化劑下，在某些實(shí)施方案中，有效的PH在約1-約4范圍內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，該有效的pH在約2-約4范圍內(nèi)，和在某些實(shí)施方案中，該有效的pH在約2.5-約3.5范圍內(nèi)。在堿催化劑下，在某些實(shí)施方案中，有效的PH在約7-約10范圍內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，該有效的pH在約7-約9范圍內(nèi)，和在某些實(shí)施方案中，該有效的pH在約7.5-約8.5范圍內(nèi)。
[0072]在某些實(shí)施方案中，根據(jù)使用的溶膠，催化劑的量可在0.001%-約2%、約0.1%-約1%和約0.01%-約0.1%重量涂料混合物范圍內(nèi)變化，溶膠由涂料混合物制備。有用的催化劑的非限制性實(shí)例有HC1、HNO3' H2SO4' H3PO4、質(zhì)子化胺諸如N(H/R) 3_n[HX]，其中的X包括鹵化物、硝酸鹽、磷酸鹽或硫酸鹽；n = 0、1或2 ;和R包括烷基烴鏈，和前述的組合。
[0073]在一個(gè)實(shí)施方案中，包括四烷氧基硅烷、有機(jī)硅烷和有機(jī)氟代硅烷的硅烷前體的混合物可與作為在水中的溶劑異丙醇和與作為催化劑的0.04 M HCl (酸)或0.05 M NH4OH(堿)一起使用。在一個(gè)實(shí)施方案中，包括四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷和三氟代丙基三甲氧基硅烷的硅烷前體的混合物可與作為在水中的溶劑異丙醇和與作為催化劑的0.04 M HCl (酸)或0.05 M NH4OH (堿)一起使用。在含有作為硅烷前體的預(yù)水解的有機(jī)硅烷的某些實(shí)施方案中，可采用酸催化劑。在這種情況下，溶膠是粘性液體，其可通過(guò)輥壓、網(wǎng)印或通過(guò)采用刷子或?qū)⑷苣z均勻鋪展在底物表面上的其它機(jī)械工具制備或應(yīng)用涂料。
[0074]涂料混合物也可任選包括在其應(yīng)用在底物上之前改善最終涂料的性能或改善溶膠混合物穩(wěn)定性和保存期的其它組分。這些額外的組分可包括低分子量聚合物、粒度調(diào)整添加劑、交聯(lián)添加劑和表面修飾添加劑。應(yīng)意識(shí)到，可單獨(dú)或以任何組合將這些任選的添加劑應(yīng)用于涂料混合物。此外，應(yīng)意識(shí)到，這些額外的組分可與任何硅烷前體和與溶劑的任何組合和上述的酸可堿以任何組合一起使用。
[0075]在某些實(shí)施方案中，生成溶膠的涂料混合物可任選包括低分子量聚合物。聚合物為涂料的機(jī)械穩(wěn)定性起粘合劑的作用。其也有助于溶膠液體在底物上的均一鋪展，以提供均勻的涂料。在某些實(shí)施方案中，根據(jù)預(yù)期采用的最終涂料，聚合物的量可在0.1%-約10%、約0.1%-約1%和約0.2%-約0.5%重量的涂料混合物之間變化，溶膠由涂料混合物制備?？刹捎玫木酆衔锏膶?shí)例包括聚(3，3，3-三氟代丙基甲基硅氧烷)、十三氟辛基甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷共聚物以及這些聚合物的組合。還應(yīng)意識(shí)到，可采用聚合物和酸催化劑的組合。
[0076]在某些實(shí)施方案中，制備溶膠的涂料混合物可任選包括粒度調(diào)整添加劑。由于涂料的折射率(“RI”)影響通過(guò)涂料的光透射或涂料的抗反射性，加向涂料混合物加入組分以調(diào)整溶膠中的粒度分布，調(diào)節(jié)涂料的折射率，增加透過(guò)涂料的光透射，從而增加涂料的抗反射能力。
[0077]粒度調(diào)整添加劑的非限制性實(shí)例包括乙酸鈉、三(羥甲基)氨基甲烷(“TRIS”)、N-(2-乙酰氨基)亞氨基二乙酸、(4-(2-羥乙基)-1-哌嗪乙磺酸)(“HEPES”)、2-(N-嗎啉代)乙磺酸(“MES”)、咪唑、丙醇胺、乙二胺、二乙三胺和3-氨基丙基三甲氧基硅烷。在某些實(shí)施方案中，與無(wú)粒度調(diào)整添加劑的涂料相比，采用粒度調(diào)整添加劑增加透光率約0.5%-約2.0%。采用的粒度調(diào)整添加劑的量可介于約0.01%-約10%重量涂料混合物的范圍內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，該范圍在約0.1%-約2%重量的涂料混合物。下文實(shí)施例1描述粒度調(diào)整添加劑的使用。
[0078]應(yīng)意識(shí)到，最終涂料的抗反射特性由涂料組成和涂料厚度二者決定。采用粒度調(diào)整添加劑的特別驚人和有利的特征在于除提高涂料的抗反射性外，它還促進(jìn)溶膠的鋪展性，這導(dǎo)致更好質(zhì)量的薄膜的形成。這些粒度調(diào)整添加劑上的氫鍵作用基團(tuán)通過(guò)預(yù)防顆粒間的聚集有效地穩(wěn)定溶膠顆粒。由于其氫鍵作用性質(zhì)，其改變?nèi)苣z的粘度，并使其適于形成具有想要的厚度的薄膜，在某些實(shí)施方案中，厚度在100-150 nm范圍內(nèi)。由于其極性和親水性，其還改變?nèi)苣z與玻璃底物之間的相互作用，并因此，降低溶膠的表面張力，以便能更好地鋪展。粒度調(diào)整添加劑還與溶劑分子氫鍵結(jié)合，因而降低蒸發(fā)速度，使得能夠形成均一和均勻的涂層。
[0079]在某些實(shí)施方案中，制備溶膠的涂料混合物可任選包括增加最終涂料的耐磨損性的交聯(lián)添加劑?？狗瓷渫苛系哪湍p性對(duì)涂料的總體穩(wěn)定性和對(duì)長(zhǎng)期性能是必須的。涂料的耐磨損性涉及其經(jīng)受可導(dǎo)致刻痕和擦痕、缺口、剝落和相關(guān)的涂料材料損失的外部機(jī)械力的作用的能力。在整體水平上，耐磨損性涉及涂料的硬度和/或剛度，其依次涉及溶膠經(jīng)交聯(lián)形成延伸的網(wǎng)絡(luò)的能力。因此，可借助能通過(guò)形成共價(jià)鍵增加顆粒之間的相互作用的交聯(lián)添加劑提聞最終涂料的耐磨損性。
[0080]這些任選的交聯(lián)添加劑包括α，ω-雙(三烷氧基硅烷)型的硅烷偶合劑。這種類(lèi)型的交聯(lián)劑的具體實(shí)例包括雙(三甲氧基甲硅烷基)甲烷、雙(三甲氧基甲硅烷基)乙烷、雙(三甲氧基甲硅烷基)己烷、雙(三甲氧基甲硅烷基)辛烷、雙(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯、雙[(3-甲基二甲氧基甲硅烷基)丙基]環(huán)氧丙烷。任選地，交聯(lián)劑可具有三官能團(tuán)類(lèi)型諸如三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)異氰尿酸鹽。不受理論的束縛，認(rèn)為當(dāng)加至涂料混合物時(shí)這些添加劑增加顆粒之間的交聯(lián)并提高涂料的機(jī)械性能。
[0081]這些交聯(lián)添加劑可加至生成溶膠的涂料混合物中，或者，在將單獨(dú)的溶膠合并以形成最終溶膠的情況下，可將交聯(lián)添加劑加至那最終溶膠中。所用的交聯(lián)添加劑的量取決于所用的硅烷前體的量并涉及所用的全部硅烷前體的總量。交聯(lián)添加劑對(duì)全部硅烷之比可在約0.1-約I之間變化。在某些實(shí)施方案中，交聯(lián)添加劑對(duì)全部硅烷之比為約0.2-約0.8。對(duì)于三官能團(tuán)硅烷交聯(lián)添加劑，交聯(lián)添加劑對(duì)全部硅烷之比在這些范圍的較低一側(cè)，而對(duì)于雙官能團(tuán)交聯(lián)添加劑，交聯(lián)添加劑對(duì)全部硅烷之比在較高一側(cè)。以下的實(shí)施例2描述交聯(lián)添加劑的用途。
[0082]涂料組合物還可任選包括表面修飾添加劑。通常地，會(huì)用表面修飾添加劑代替交聯(lián)添加劑。表面修飾添加劑包括帶能相互反應(yīng)以形成共價(jià)鍵的補(bǔ)充官能團(tuán)的兩個(gè)組分系統(tǒng)。通過(guò)兩步驟方法進(jìn)行涂料的表面修飾。首先，使帶交聯(lián)官能團(tuán)的活性前體(例如，帶反應(yīng)性官能團(tuán)的硅烷偶合劑)結(jié)合進(jìn)溶膠混合物，生成含有官能團(tuán)的涂料。第二，用能與內(nèi)含的官能團(tuán)反應(yīng)的疏水性反應(yīng)劑處理涂料。在溶膠已經(jīng)膠凝后隨著任何溶劑蒸發(fā)進(jìn)行該第二個(gè)步驟。在某些實(shí)施方案中，這可能耗費(fèi)約30秒-約2分鐘。凝膠一經(jīng)凝固，將凝膠浸入疏水性反應(yīng)劑，以啟動(dòng)帶可交聯(lián)官能團(tuán)的活性前體(例如，帶反應(yīng)性官能團(tuán)的硅烷偶合劑)和疏水性反應(yīng)劑之間的反應(yīng)。因此，將帶可交聯(lián)官能團(tuán)的活性前體結(jié)合進(jìn)涂料，接著用可與涂料中的官能團(tuán)反應(yīng)的疏水性反應(yīng)劑處理涂料，形成在表面上帶疏水基團(tuán)的表面層。
[0083]帶可交聯(lián)官能團(tuán)的活性前體可為被結(jié)合進(jìn)溶膠的硅烷偶合劑，其具有官能團(tuán)諸如醇或硅烷醇(-0Η)、醛(-CH0)或異氰酸酯(-NC0)，而疏水性反應(yīng)劑具有胺(-NH或-NH2基團(tuán))、硅烷醇(-OH)或烷氧基硅烷基團(tuán)。硅烷偶合劑可為帶有能與疏水性反應(yīng)劑反應(yīng)的官能團(tuán)的烷氧基硅烷前體。硅烷偶合劑的非限制性實(shí)例包括三乙氧基甲硅烷基丁醛、羥甲基三乙氧基硅烷、3-異氰酰丙基三乙氧基硅烷、3-異氰酰丙基三甲氧基硅烷、異氰酰甲基二甲氧基硅烷和異氛酸甲基二乙氧基硅烷。疏水性反應(yīng)劑的實(shí)例包括TK甲基二娃氣燒、TK甲基環(huán)三硅氮烷和二氯六甲基三硅氧烷。所用的帶可交聯(lián)官能團(tuán)的活性前體的量取決于存在于涂料混合物中的全部硅烷前體?；钚郧绑w對(duì)全部硅烷前體之比可在約0.1-約I之間變化。在某些實(shí)施方案中，活性前體對(duì)全部硅烷前體之比在約0.2-約0.8之間變化。
[0084]由于將疏水性反應(yīng)劑施加于凝膠狀態(tài)的涂料混合物，在凝膠表面象征性地發(fā)生反應(yīng)。因此，按化學(xué)計(jì)量比施加疏水性反應(yīng)劑。通常地，將約1%_約5%重量的異丙醇(“IPA”)溶液施加至凝膠表面。在某些實(shí)施方案中，將約1%_約2%重量的IPA溶液施加于凝膠表面。
[0085]以下的實(shí)施例4描述表面修飾添加劑的用途。應(yīng)意識(shí)到，在某些實(shí)施方案中，涂料的表面修飾保留涂料的光學(xué)和機(jī)械性質(zhì)，但增加表面接觸角不超過(guò)15度，這改善涂料的抗污性或自潔性。
[0086]表1列出根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案的各種涂料混合物。
[0087]表1
【權(quán)利要求】
1.一種涂料，其包括: 由含有水解烷氧基硅烷、水解有機(jī)硅烷和水解有機(jī)氟代硅烷的溶膠生成的干凝膠； 其中所述干凝膠包括抗反射性、耐磨損性和防水性。
2.權(quán)利要求1的涂料，其中所述烷氧基硅烷包括四甲氧基硅烷，所述有機(jī)硅烷包括甲基三甲氧基硅烷，和所述有機(jī)氟代硅烷包括三氟代丙基三甲氧基硅烷。
3.權(quán)利要求1的涂料，其中所述烷氧基硅烷包括四乙氧基硅烷，所述有機(jī)硅烷包括甲基三甲氧基硅烷，和所述有機(jī)氟代硅烷包括三氟代丙基三甲氧基硅烷。
4.權(quán)利要求1的涂料，其中所述烷氧基硅烷包括四甲氧基硅烷，所述有機(jī)硅烷包括甲基三甲氧基硅烷，和所述有機(jī)氟代硅烷包括(十三氟_1，1，2，2-四氫辛基)三甲氧基硅烷。
5.權(quán)利要求1的涂料，其中所述烷氧基硅烷包括四乙氧基硅烷，所述有機(jī)硅烷包括甲基三甲氧基硅烷，和所述有機(jī)氟代硅烷包括(十三氟_1，1，2，2-四氫辛基)三甲氧基硅烷。
6.權(quán)利要求1的涂料，其中所述溶膠包括包含水解烷氧基硅烷的第一種溶膠和包含水解有機(jī)硅烷和水解有機(jī)氟代硅烷的混合物的第二種溶膠的混合物。
7.權(quán)利要求1的涂料，其中所述溶膠包含的所述四烷氧基硅烷對(duì)全部所述有機(jī)硅烷和所述有機(jī)氟代硅烷的相對(duì)重量百分比為約0.2-約2。
8.權(quán)利要求1的涂料，其中所述溶膠包含的所述有機(jī)硅烷對(duì)所述有機(jī)氟代硅烷的相對(duì)重量百分比為約0.5-約 1.5。
9.權(quán)利要求1的涂料，其中所述干凝膠由含有所述溶膠；選自醇、酯、醚、醛和酮的有機(jī)溶劑；和水的混合物形成，其中所述混合物中所述溶劑和所述水的量為約50%-約99.5%重量。
10.權(quán)利要求9的涂料，其中所述溶液對(duì)所述水之比為基于重量計(jì)的約5-約20。
11.權(quán)利要求9的涂料，其中所述干凝膠包括當(dāng)于低于150°C下固化時(shí)足以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)EN1096.2磨損試驗(yàn)的耐磨損性。
12.權(quán)利要求1的涂料，其中所述溶膠進(jìn)一步包括約0.001%-約2%重量的量的酸催化劑和其中所述溶膠的PH為約1-約4。
13.權(quán)利要求1的涂料，其中所述溶膠進(jìn)一步包括約0.001%-約2%重量的量的堿催化劑和其中所述溶膠的PH為約7-約10。
14.權(quán)利要求1的涂料，其中所述溶膠進(jìn)一步包括約0.1%_約10%重量的量的低分子量聚合物。
15.權(quán)利要求1的涂料，其中所述溶膠進(jìn)一步包括約0.1%-約2%重量的量的粒度調(diào)整添加劑，與無(wú)所述粒度調(diào)整添加劑的相同涂料相比，其提供約0.5%-約2.0%的透射增加。
16.權(quán)利要求1的涂料，其中所述溶膠進(jìn)一步包括交聯(lián)添加劑。
17.權(quán)利要求1的涂料，其中所述溶膠進(jìn)一步包括攜帶能與疏水性反應(yīng)劑反應(yīng)的官能團(tuán)的烷氧基硅烷前體和其中所述干凝膠暴露于疏水性反應(yīng)劑，以致與沒(méi)有攜帶官能團(tuán)的所述烷氧基硅烷前體和所述疏水性反應(yīng)劑的相同涂料相比，所述干凝膠具有最高約15度的增加的表面接觸角。
18.權(quán)利要求1的涂料，其進(jìn)一步包括具有表面的底物，所述干凝膠附著在其表面上，以及其中所述干凝膠的厚度為約80 nm-約I微米。
19.權(quán)利要求1的涂料，其進(jìn)一步包括表面的太陽(yáng)能面板，所述干凝膠附著在其表面上。
20.一種涂料，其包括: 由含有水解烷氧基硅烷、水解有機(jī)硅烷和水解有機(jī)氟代硅烷的溶膠形成的干凝膠； 其中與無(wú)所述涂料的底物相比，所述涂料具有約90度-約178度的接觸角，約2H-約9H的鉛筆硬度，和約1 %_約3.5%的增加的透射性。
【文檔編號(hào)】C04B41/50GK103917503SQ201280045439
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月18日
【發(fā)明者】B.C.戴夫 申請(qǐng)人:南伊利諾伊州卡本代爾大學(xué)