[发明专利]具有自清洁减反射涂层的基材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及同时表现出自清洁和减反射性质的基材涂层。

背景技术

减反射涂层(ARC)

薄涂布层在基材上的存在提供了两个界面，第一个界面是在空气和该薄层之间，第二个界面是在该薄层和基材之间。这些界面各自反射光束并产生反射束。如果涂层的厚度为波长的四分之一并具有低于基材的折射率，则两种反射在相位上相差180°，因此可以通过相消性干涉而彼此抵消。

基材上的薄涂布层的折射率应实质上低于(其所涂布于其上的)基材的折射率，并且其厚度应约为所需非反射波长的1/4，以获得减反射涂层。在更复杂的情况中，ARC由包含多个折射率形成反差的薄交替层的膜构成。

减反射涂层广泛用于如显示面板、太阳能电池和光学器件等各种应用中。根据应用，可以使用各种类型的ARCs。通常，存在至少两类可获得的ARC，其中包括：

(i)消除基本上单色波长的反射的四分之一波长的ARC。

作为实例，Tustison等在US 4,907,846中描述了红外(IR)透明光学元件用ARC，其中，减反射层的厚度为必须最高程度地透过光学元件的波长的四分之一。

(ii)适合光谱的宽波长区域的多个涂层(多涂层)构造。

作为实例，Biteau、John等和Arrouy Frederic等分别在美国专利申请第2006/275627号公报和US 2008/0002260中描述了减反射多涂层的应用。

减反射性可能受到其表面上污垢积聚的干扰。ARC表面上的污垢会吸收一部分本应透过ARC和基材的光。当ARC具有通过静电力吸引污垢的极性表面时，该问题会特别显著。因此，需要经常清洁ARC以保持其为应用所提供的减反射优点。

自清洁表面或涂层(SCC)

固体表面可以根据其接触角而分类。具有大于90°接触角的表面被认为是疏水性的，大于150°被认为是超疏水性的；小于90°被认为是亲水性的；接近零度被认为是超亲水性的。

自清洁表面天然存在。即使出于泥水，莲花也能保持清洁，不受污染的影响。为实现此天然的自清洁效果，莲花具有两个基本特征：(a)超疏水性表面化学性质，即莲花具有大于150°的接触角，使得水滴滚落而不在表面上蒸发，因而不会留下污迹；(b)特殊的纳米形貌，其类似“Fakir bed”而减少水滴与表面之间的接触面积，由此降低二者之间的附着力并使水滴滑落莲叶表面并清洁莲叶上的污垢。

疏水性涂层主要是硅或氟化涂层。硅涂层大多基于有机硅氧烷聚合物(聚硅氧烷)。它们是由附着于无机硅氧烷骨架上的有机侧基构成的杂化材料，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)。聚硅氧烷通常具有约22达因/cm～23达因/cm的低表面自由能和90°～100°的接触角。

氟化涂层具有非常低的表面能(18达因/cm)、耐化学物质并具有良好的热稳定性。聚四氟乙烯(Teflon)涂层显示了接近110°的接触角。

一些专利涉及了疏水性表面的主题。Smith等在美国专利第5,736,249号、第6,084,020号、第6,120,849号和第6,153,304号中描述了借助于两个涂布层的用于无机、有机和金属基材的不粘、无垢和防冰疏水性涂层体系。第一层是对于基材具有良好附着性的氟共聚物，第二层是具有疏水性的含硅聚合物，例如其表面能为18达因/cm～21达因/cm并且接触角为90°。

Arpac等在美国专利第6,291,070号中描述了一种利用包含自由流动组合物的湿式化学工艺来生产纳米结构化成型件和层的方法，所述组合物含有具有可聚合性和/或可缩聚性的有机疏水表面基团的固体纳米尺度无机颗粒。该成型件很容易清洁。

Hashimoto等在美国专利第6,524,664号中描述了一种以在暴露区域中产生亲水区和疏水区的镶嵌的方式光激发光催化金属氧化物的涂布层的方法。根据Hashimoto等所述，所获得的表面是两亲性的，使得可以通过用水冲洗容易地除去沉积于其上的油，并且可以通过用油冲洗容易地除去沉积于其上的水(或水类液体)。

Yamazaki等在美国专利第6,420,020号和第6,531,215号中描述了一种由基材上的防雾膜制得的防雾制品。该防雾膜含有吸水性有机聚合物(乙缩醛化聚乙烯醇)的第一层和无机拒水性硅化合物的第二层。