CN121108405A - 双离子高分子、其制造方法、含其的防尘涂料组成物及防尘太阳能板 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种双离子高分子、其制造方法、含其的防尘涂料组成物及防尘太阳能板。双离子高分子包含特定结构，具疏水性，而可作为防尘涂料组成物，其涂布于基材后，所形成的防尘涂层具防尘性及耐久性，而可应用于制造防尘太阳能板。

Description

双离子高分子、其制造方法、含其的防尘涂料组成物及防尘太 阳能板

技术领域

本发明是有关于一种双离子高分子，特别是关于具疏水性的双离子高分子、其制造方法、含其的防尘涂料组成物及防尘太阳能板。

背景技术

随着绿能的兴起，利用太阳能光电的发电系统广泛设立。太阳能光电的发电系统的核心元件是太阳能板，其包含多层结构，由下层至上层包含背板、第一抗反射镀膜、太阳能电池、第二抗反射镀膜及玻璃，其中玻璃可保护太阳能电池不受天气及外力的破坏。然而，玻璃的透光度会影响太阳能电池的光电转换效率。

详细而言，太阳能板通常安装于室外、空旷的环境。当空气流动时，空气中的微粒会摩擦太阳能板的玻璃的表面，导致玻璃的表面堆积静电电荷，使得更多微粒(如：灰尘及/或沙尘)积聚于太阳能板的表面上。此些微粒会遮蔽阳光，从而减少太阳能板中的太阳能电池所接收到的光能，进而降低太阳能电池的光电转换效率。

其次，水气凝结及/或降水附着于太阳能板的玻璃的表面上后，会形成水滴。当水分蒸发后，原先溶于水滴中的矿物盐类及/或微粒会沾附于太阳能板的玻璃的表面上，从而留下水渍。水渍不仅会遮蔽阳光，从而降低太阳能电池的光电转换效率，还可能导致太阳能板局部发热，进而阻碍太阳能板的正常运作。

太阳能板的玻璃的表面的现有清洁方法是使用自来水以人工冲刷的方式进行。然而，此方法不仅耗费人力，还续要定期清洗，非长久之计。在太阳能板表面上涂布防尘涂布层或许可避免频繁清洗的问题，目前的防尘涂布层的耐久性不佳，暴露于阳光下，容易因紫外线及/或高温而导致透光度降低。

因此，亟需一种双离子高分子及含其的防尘涂料组成物，以解决上述种种问题。

发明内容

因此，本发明的一态样是提供一种双离子高分子，其具有特定结构，而具疏水性。

本发明的又一态样是提供一种双离子高分子的制造方法，包含使用硅烷偶联剂，以获得上述双离子高分子。

本发明的另一态样是提供一种防尘涂料组成物，包含上述双离子高分子。

本发明的再一态样是提供一种防尘太阳能板，包含由防尘涂料组成物所形成的防尘涂层，其中此防尘涂层具防尘性及耐久性。

根据本发明的上述态样，提出一种双离子高分子，包含第一聚合物及第三单体单元，且第一聚合物包含第一单体单元、第二单体单元。上述第一单体单元具有如式1所示的结构，其中R¹表示羧基、酯基或羟基。

在上述实施例中，第二单体单元具有如式2所示的二价伸乙基。R²表示-COOR’或-CONR”H，其中R’及R”表示甜菜碱基、磺基甜菜碱基或羧基甜菜碱基。

第三单体单元具有硅侧链基团，其中硅侧链基团的硅原子与至少一个氯基或至少一个-O-Z，其中Z代表SiM_aL_(3-a)，M代表碳数为1至3的烷基，a代表1至3的整数，L代表氢原子。

在本发明的一实施例中，第一单体单元、第二单体单元及第三单体单元的重复单元数比例是1～10：5～20：15～30。

在本发明的一实施例中，第三单体单元是硅烷偶联剂经聚合步骤后形成，其中硅烷偶联剂包含3-[三(三甲基硅氧基)硅烷基]甲基丙烯酸丙酯、3-(三氯硅基)丙基甲基丙烯酸酯及/或3-(二甲基氯硅基)丙基甲基丙烯酸酯。

在本发明的一实施例中，双离子高分子的分子量是5000kDa至15000kDa。

在本发明的一实施例中，双离子高分子涂布于基材后，所形成的防尘涂层对水的接触角是120°至140°。

根据本发明的另一态样，提出一种双离子高分子的制造方法。首先，提供第一聚合物，其中第一聚合物包含第一单体单元及第二单体单元。第一单体单元具有如式1所示的结构。

R¹表示羧基、酯基或羟基。第二单体单元具有如式2所示的二价伸乙基。

R²表示-COOR’或-CONR”H，其中R’及R”表示甜菜碱基、磺基甜菜碱基或羧基甜菜碱基。接着，于醇类溶剂中对第一聚合物及硅烷偶联剂进行聚合步骤，以获得双离子高分子，其中硅烷偶联剂具有含硅基团及丙烯酸基团，且含硅基团的硅原子与至少一氯基或-O-Z，其中Z代表SiM_aL_(3-a)，M代表碳数为1至3的烷基，a代表1至3的整数，L代表氢原子键结。

在本发明的一实施例中，进行该聚合步骤时，硅烷偶联剂形成与第一聚合物键结的第三单体单元，其中第一单体单元、第二单体单元及第三单体单元的重复单元数比例是1～10：5～20：15～30。

在本发明的一实施例中，硅烷偶联剂包含3-[三(三甲基硅氧基)硅烷基]甲基丙烯酸丙酯、3-(三氯硅基)丙基甲基丙烯酸酯及/或3-(二甲基氯硅基)丙基甲基丙烯酸酯。

根据本发明的又一态样，提出一种防尘涂料组成物，包含上述双离子高分子。

根据本发明的再一态样，提出一种防尘太阳能板。此防尘太阳能板包含太阳能板及防尘涂层，其中防尘涂层是设置于太阳能板的表面上，且此防尘涂层是以上述防尘涂料组成物所形成。

应用本发明的双离子高分子，其包含特定的结构，而具疏水性，可作为防尘涂料组成物，涂布于基材后，所形成的防尘涂层具防尘性及耐久性，而应用于制造防尘太阳能板。

具体实施方式

以下仔细讨论本发明实施例的制造和使用。然而，可以理解的是，实施例提供许多可应用的发明概念，其可实施于各式各样的特定内容中。所讨论的特定实施例仅供说明，并非用以限定本发明的范围。

如前所述，本发明提供一种双离子高分子、其制造方法、含其的防尘涂料组成物及防尘太阳能板，其中双离子高分子包含特定结构，而具疏水性。将双离子高分子作为防尘涂料组成物涂布于基材的表面上，所形成的防尘涂层可具防尘性及耐久性，故可应用于制备防尘太阳能板。在一些实施例中，基材可为如玻璃等光学材料。

本文所述的“疏水性”是双离子高分子与水互相排斥的性质。在一些实施例中，双离子高分子的疏水性可通过双离子高分子所形成防尘涂层对水的接触角评估。当由双离子高分子所形成的防尘涂层对水的接触角为大于90°且小于150°，如：120°至140°，表示双离子高分子具疏水性。如此一来，水将难以贴附并浸润防尘涂层的表面，反而可形成水珠，其受外力驱使(如：地心引力、空气流动)，可在防尘涂层的表面上滚动，不仅可避免水珠停留于防尘涂层的表面上而形成水渍，还可滚动的同时，带走沾附于防尘涂层的表面的微粒，从而达到洁净的效果。

本文所述的“防尘性”是指利用双离子高分子所形成的防尘涂层的表面上难以积聚微粒(如：灰尘及/或沙尘)。防尘性的评估方法没有特别限制，可例如通过放置太阳能板于室外一段时间后的光电转换效率来评估。相较于玻璃未涂布双离子高分子的太阳能板，当玻璃上涂布有双离子高分子的太阳能板放置于室外一段时间后，若其光电转换效率较佳，表示双离子高分子所形成的防尘涂层具防尘性。

本文所述的“耐久性”是利用双离子高分子所形成的防尘涂层暴露于紫外线、高温及/或高湿的环境下一段时间后，防尘涂层的透光度不变。在一些实施例中，耐久性可通过防尘涂层经老化试验后的透光度的变化评估。在一些具体例中，老化试验可包含但不限于紫外线老化试验、高温高湿老化试验及/或高温储存老化试验。

紫外线老化试验的进行方式可为暴露涂布双离子高分子的光学材料(即具防尘涂层的光学材料)于紫外线下一段时间。在一些具体例中，紫外线的波长可例如为10nm至400nm，或者300nm至400nm，抑或320nm至360nm。在一些具体例中，紫外线的照度可例如为0.49W/m²/nm至2.00W/m²/nm，或者1.50W/m²/nm至1.60W/m²/nm，抑或1.55W/m²/nm。在一些具体例中，紫外线老化试验的时间可例如为960小时至3000小时(相当于40天至125天)。

高温高湿老化试验的进行方式可为暴露涂布双离子高分子的光学材料(即具防尘涂层的光学材料)在大于或等于50℃且小于70℃、相对湿度为85％至95％的环境下。高温储存老化试验的进行方式可为暴露涂布双离子高分子的光学材料(即具防尘涂层的光学材料)在大于或等于70℃且小于100℃的环境下进行。高温高湿老化试验及高温储存老化试验进行的时间可例如为120小时至360小时，如：200小时至300小时。

在一些实施例中，如果防尘涂层经老化试验后的透光度与经老化试验后的透光度没有统计上的显著差异，即表示防尘涂层的品质通过耐久性的测试。补充说明的是，透光度越低，表示防尘涂层的析出物越多，或者产生越多白雾。

本发明的双离子高分子包含特定结构，而具疏水性，所形成的防尘涂层具防尘性及耐久性。详细而言，双离子高分子包含第一聚合物及第三单体单元，其中第一聚合物包含第一单体单元及第二单体单元。第一单体单元具有如式1所示的结构。

R¹表示羧基、酯基或羟基。在一些具体例中，第一单体单元可为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯及/或甲基丙烯酸丁酯(butyl methacrylate，BMA)经聚合步骤后形成。较佳地，双离子高分子的第一单体单元是甲基丙烯酸丁酯所形成，而具较佳的疏水性。

第二单体单元具有如式2所示的二价伸乙基。

R²表示-COOR’或-CONR”H，其中R’及R”表示甜菜碱基、磺基甜菜碱基或羧基甜菜碱基。甜菜碱基、磺基甜菜碱基或羧基甜菜碱基同时带有正电荷及负电荷，故双离子高分子所形成的防尘涂层可避免由微粒摩擦表面所产生的静电电荷堆积，进而阻止防尘涂层的表面吸附更多微粒。换言之，第二单体单元可使双离子高分子所形成的防尘涂层具防尘性。较佳地，R’及R”是磺基甜菜碱基，以使双离子高分子的疏水性较佳。

第三单体单元由硅烷偶联剂经反应所形成，其中硅烷偶联剂具有含硅基团及丙烯酸基团，且含硅基团的硅原子与至少一个氯基或至少一个硅氧基键结，以使得双离子高分子可以较低温(如：140℃至小于190℃，如140℃至180℃)及/或较短时间(如：15分钟至40分钟)进行烘烤步骤，而避免取代基为甲氧基时，光学材料需长时间(40分钟至60分钟)放置在高温(190℃至220℃)的问题。硅烷偶联剂可提供双离子高分子含硅基团，故涂布于玻璃后，所形成的防尘涂层可与玻璃产生Si-O-Si的键结，使得烘干步骤所需的时间较短，且所形成的防尘涂膜可通过国际标准ASTM D3363的硬度测试(4H、750g)，进而具较佳耐久性，且经紫外线曝晒、高温及/或高湿后，透光度不变。其次，此些硅烷偶联剂可溶于醇类溶剂中，故可以醇类溶剂为溶剂，与上述第一聚合物进行聚合步骤。

在一些具体例中，醇类溶剂可包含但不限于甲醇、乙醇及/或异丙醇。补充说明的是，上述聚合步骤可例如为以过氧化丁酮作为触媒，于30℃至210℃的氮气环境下，进行自由基聚合反应。

在一些具体例中，第三单体单元是硅烷偶联剂经聚合步骤后所形成，其与第一聚合物键结。在一些具体例中，硅烷偶联剂包含3-[三(三甲基硅氧基)硅烷基]甲基丙烯酸丙酯、3-(三氯硅基)丙基甲基丙烯酸酯及/或3-(二甲基氯硅基)丙基甲基丙烯酸酯。

在一些实施例中，第一单体单元、第二单体单元及第三单体单元的重复单元数比例可例如为1～10：5～20：15～30，以使双离子高分子具较佳的疏水性，且形成的防尘涂层可具较佳的防尘性及耐久性。在一些实施例中，双离子高分子的分子量可例如为5000kDa至15000kDa，以使双离子高分子具较佳的疏水性。

如前所述，本发明的双离子高分子具有如式3所示的结构。

于式3中，R¹与R²的定义如前所述，X代表碳数为1至10的直链状的伸烷基、分支链状的伸烷基、伸环基或伸苯基；M代表氯原子或-O-Z，其中Z代表SiM_aL_(3-a)，M代表碳数为1至3的烷基，a代表1至3的整数，L代表氢原子；n代表1至3的整数；K代表碳数为1至3的烷基。在一些实施例中，硅氧基可为单烷基硅氧基、双烷基硅氧基或三烷基硅氧基。

于式3中，当M代表氯原子时，n较佳代表1或3，且K代表甲基；当M代表-O-Z时，Z较佳代表三甲基硅氧基。当M代表氯原子或-O-Z时，可达到较快的反应速率，故可降低烘干温度及烘干时间。

此双离子高分子可作为防尘涂料组成物，并经涂布于基材上形成防尘涂层。涂布的方式没有特别限制，可例如为刮刀涂布及/或浸渍，再于烘箱中烘烤。在一些实施例中，防尘涂层的厚度可例如为0.05μm至50.00μm。

经实验证实，防尘涂层对水的亲水角为120°至140°，表示双离子高分子具疏水性。其次，相较于玻璃未涂布双离子高分子的太阳能板，玻璃涂布双离子高分子，而有防尘涂层形成的防尘太阳能板，放置于室外一段时间后的光电转换效率较高，表示双离子高分子所形成的防尘涂层具防尘性。再者，防尘涂层经老化实验后，透光度仍佳，表示具耐久性。因此，此双离子高分子可作为防尘涂料组成物，并应用于制造防尘太阳能板。此防尘太阳能板包含太阳能板及防尘涂层，防尘涂层设置于太阳能板的表面上，且防尘涂层是以上述防尘涂料组成物所形成。

以下利用数个实施例以说明本发明的应用，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。

制备例1

首先，对甲基丙烯酸丁酯及磺基甜菜碱基进行第一自由基聚合步骤，从而获得第一聚合物，其中磺基甜菜碱基是甲基丙烯酸2-(2-二甲基胺基)与1,3-丙磺酸内酯在丙酮溶剂中经甜菜碱化反应24小时后制得。第一自由基聚合步骤是在甲醇中，添加偶氮二异丁腈(AIBN)作为聚合起始剂，以于50℃至70℃的氮气环境下进行。

然后，混合第一聚合物及硅烷偶联剂，并在甲醇中，以过氧化丁铜作为触媒，在30℃至60℃的氮气环境下，进行第二自由基聚合步骤，借以获得制备例1的双离子高分子。制备例1的硅烷偶联剂是3-(三氯硅基)丙基甲基丙烯酸酯。

接着，涂布双离子高分子于玻璃上，并经140℃至180℃烘烤达15分钟至40分钟，以于玻璃的表面上形成涂膜。以下简称为涂布双离子高分子而有涂膜形成于表面上的玻璃为片材。

制备例2及制备例3

制备例2及制备例3的双离子高分子及片材的制造方法与制备例1相同，差异在于制备例2的双离子高分子是使用3-[三(三甲基硅氧基)硅烷基]甲基丙烯酸丙酯作为硅烷偶联剂，且制备例3的双离子高分子是使用3-(二甲基氯硅基)丙基甲基丙烯酸酯作为硅烷偶联剂。

制备比较例

制备比较例的片材是未涂布任何涂料组成物的玻璃。

评估方法与结果

1.涂膜对水的接触角

将一滴5μL的水滴加在制备例1至制备例3及制备比较例1的片材表面上，并于25℃下，利用接触角自动测量仪测量涂膜对水的接触角。将接触角的结果记录于表1中，其中“〇”表示涂膜对水的接触角是大于或等于120°，且“╳”表示涂膜对水的接触角是小于120°。

2.紫外线老化试验

暴露制备例1至制备例3及制备比较例1的片材于波长为340nm、照度1.55W/m²/nm的紫外线下达3000小时，再利用色差计测量试片的穿透度评估片材的透光度。将经紫外线老化试验的片材的透光度记录于表1中，其中“〇”表示片材的穿透度大于或等于94％，且“╳”表示片材的穿透度小于94％。

3.高温高湿老化试验

静置制备例1至制备例3及制备比较例1的片材于温度为60℃、相对湿度为90％的环境下达240小时，再利用上述方法，评估片材的透光度。将经高温高湿老化试验的片材的透光度记录于表1中，其中“〇”表示穿透度大于或等于94％，且“╳”表示穿透度小于94％。

4.高温储存老化试验

静置制备例1至制备例3及制备比较例1的片材于温度为80℃的环境下达240小时，再利用上述方法，评估片材的透光度。将经高温储存老化试验的片材的透光度记录于表1中，其中“〇”表示穿透度大于或等于94％，且“╳”表示穿透度小于94％。

5.太阳能板的光电转换效率

将制备例1至制备例3及制备比较例的片材安装在太阳能板上，依照国际电工委员会(International Electrotechnical Commission，IEC)所订定的标准IEC 61215：2021和IEC 61730：2016进行测试，并评估制备例1至制备例3及制备比较例的太阳能板光电转换率。相较于制备比较例的太阳能板光，制备例1及制备例3的太阳能板光的太阳能板光电转换率较高。将结果记录于表1中，其中“〇”表示光电转换效率提高0.5％至10％，且“╳”表示无法提高光电转换效率，或者光电转换效率仅提高小于0.5％。

6.太阳能板表面涂膜的铅笔硬度测试

利用国际标准ASTM D3363所规范的《铅笔试验法测定涂层硬度的标准试验方法》，其为在涂层的表面上，以固定的角度(45°)及恒定的负重(750g)推开具特定硬度(4H)的铅笔达一定的距离(如：0.256英寸)后，检视涂膜的表面上是否出现肉眼可见的划痕。将结果记录于表1中，其中“〇”表示经铅笔硬度测试后，涂层上没有肉眼可见的划痕，且“╳”表示经铅笔硬度测试后，涂层上出现肉眼可见的划痕。

表1

注：N/A表示未测试

如表1所示，双离子高分子于制备例1至制备例3的玻璃于基材上所形成的涂膜的对水的接触角大于或等于120°(120°至140°)，表示此双离子高分子具疏水性。其次，制备例1至制备例3及制备比较例的片材经紫外线老化试验、高温高湿老化试验及高温储存老化试验后，透光度相较于上述试验前没有显著差异，表示双离子高分子所形成的涂膜具耐久性。再者，相较于安装制备比较例的片材的太阳能板，安装制备例1至制备例3的片材的太阳能板放置室外一段时间后，光电转换率较佳，表示双离子高分子所形成的涂膜具防尘性。

由上述实施例可知，本发明双离子高分子、其制造方法、含其的防尘涂料组成物及防尘太阳能板，其优点在所使用的双离子高分子包含特定结构，而具防尘性，涂布于基材后，所形成的防尘涂层可具防尘性及耐久性，故可作为防尘涂料组成物，并应用于制造防尘太阳能板。

虽然本发明已以数个特定实施例揭露如上，但可对前述揭露内容进行各种润饰、各种更动及替换，而且应可理解的是，在不脱离本发明的精神和范围内，某些情况将采用本发明实施例的某些特征但不对应使用其他特征。因此，本发明的精神和权利要求范围不应限于以上例示实施例所述。

Claims (10)

1.一种双离子高分子，其特征在于，包含：

第一单体单元，具有如式1所示的结构；

R¹表示羧基、酯基或羟基；以及

第二单体单元，具有如式2所示的二价伸乙基；

R²表示-COOR’或-CONR”H，其中R’及R”表示甜菜碱基、磺基甜菜碱基或羧基甜菜碱基；以及

第三单体单元，具有含硅侧链基团，其中该硅侧链基团的硅原子与至少一个氯基或-O-Z，Z代表SiM_aL_(3-a)，M代表碳数为1至3的烷基，a代表1至3的整数，L代表氢原子。

2.根据权利要求1所述的双离子高分子，其特征在于，其中该第一单体单元、该第二单体单元及该第三单体单元的重复单元数比例是1～10：5～20：15～30。

3.根据权利要求1所述的双离子高分子，其特征在于，其中该第三单体单元是硅烷偶联剂经聚合步骤后所形成，且该硅烷偶联剂包含3-[三(三甲基硅氧基)硅烷基]甲基丙烯酸丙酯、3-(三氯硅基)丙基甲基丙烯酸酯及/或3-(二甲基氯硅基)丙基甲基丙烯酸酯。

4.根据权利要求1所述的双离子高分子，其特征在于，其中该双离子高分子的分子量是5000kDa至15000kDa。

5.根据权利要求1所述的双离子高分子，其特征在于，其中该双离子高分子涂布于基材后，所形成的防尘涂层对水的接触角是120°至140°。

6.一种双离子高分子的制造方法，其特征在于，包含：

提供第一聚合物，其中该第一聚合物包含第一单体单元及第二单体单元，该第一单体单元具有如式1所示的结构，

R¹表示羧基、酯基或羟基，且

该第二单体单元具有如式2所示的二价伸乙基；

R²表示-COOR’或-CONR”H，其中R’及R”表示甜菜碱基、磺基甜菜碱基或羧基甜菜碱基；以及

于醇类溶剂中对该第一聚合物及硅烷偶联剂进行聚合步骤，以获得该双离子高分子，其中该硅烷偶联剂具有含硅基团及丙烯酸基团，该含硅基团的硅原子与至少一个氯基或至少一个-O-Z键结，Z代表SiM_aL_(3-a)，M代表碳数为1至3的烷基，a代表1至3的整数，且L代表氢原子。

7.根据权利要求6所述的双离子高分子的制造方法，其特征在于，其中进行该聚合步骤时，该硅烷偶联剂形成与该第一聚合物键结的第三单体单元，且该第一单体单元、该第二单体单元及该第三单体单元的重复单元数比例是1～10：5～20：15～30。

8.根据权利要求6所述的双离子高分子的制造方法，其特征在于，其中该硅烷偶联剂包含3-[三(三甲基硅氧基)硅烷基]甲基丙烯酸丙酯、3-(三氯硅基)丙基甲基丙烯酸酯及/或3-(二甲基氯硅基)丙基甲基丙烯酸酯。

9.一种防尘涂料组成物，其特征在于，包含根据权利要求1至5任一项所述的双离子高分子。

10.一种防尘太阳能板，其特征在于，包含太阳能板及防尘涂层，其中该防尘涂层设置于该太阳能板的表面上，且该防尘涂层是以根据权利要求9所述的防尘涂料组成物所形成。