多功能表面保洁试制

王明清

(兖矿国宏化工有限责任公司 山东 邹城 273512)

0 前言

目前，玻璃防雾除污剂的研究处在积极开发的阶段，国外在20 世纪60 年代就已掌握了一些简单的技术。 而国内于80年代才开始防雾方面的研究工作，虽起步晚，但成绩喜人[1]。 目前仅玻璃防雾方面的专利就有20 多项，包括防雾剂、防雾巾及汽车电热防雾玻璃。 特别是随着汽车行业的发展，各国都展开了对防雾剂新产品的研究。 因此研制出一种成本低、防雾效果好、除尘除污能力强，且使用方便，对玻璃表面无腐蚀，对人体无害的防雾除尘剂，是目前防雾工作的关键。

1 玻璃防雾机理

为了防止玻璃表面的结雾，通常按原理来分主要有以下三种途径[1]：

1.1 使玻璃表面亲水

玻璃表面的亲水化， 主要是通过涂覆各种表面活性剂、混炼入表面活性剂的树脂、亲水高分子或形成磷酸盐亲水层实现。

1.2 使玻璃表面疏水

疏水性防雾涂层，就是在玻璃材料表面涂布一层疏水性物质，改善玻璃材料表面的湿润状态，使接触角增大，当θ 趋于180°时，水汽冷凝生成的小水珠不能吸附在基材上，而是形成水滴，水滴在其自身重力的作用下滑落，来达到防雾目的。最常见的疏水性防雾涂层的防雾组分是含F、Si 的高分子树脂[3]。这些树脂与水的接触角较大(如聚四氟乙烯θ=114°,硅树脂θ=103°)。 水在硅树脂涂层表面上的接触角与石蜡相当，吸水率仅为一般合成树脂的1/5～1/3。 而且，有机硅产品对紫外光不敏感，是理想的耐侯产品。 尽管疏水性树脂有上述优点，仍有两大因素限制了它们的应用。 一方面，含F,Si 的高分子树脂加工成膜困难，生产工艺要求高；另一方面，这些树脂的造价品昂贵。目前，还难以做到完全不润湿的涂层。这种疏水性防雾涂层还有一个缺陷，在高湿度环境下有大量水汽迅速冷凝时仍会出现雾化现象， 所以疏水性防雾涂层研究较少。

1.3 使玻璃表面温度高于露点

这种防雾技术是利用热力学原理，使基材表面温度经常高于露点， 通过提高基材表面的温度来得到不结露的表面，把水滴在较短的时间内变为水蒸气。 用风力、电热或微波能等来加速小水滴蒸发达到防雾效果。

2 实验部分

2.1 本实验的方案设计

本文选用丙烯酸树脂制成亲水性高分子涂层，在玻璃表面形成高分子防雾膜，可以防止结雾，同时，保护玻璃表面清洁，撕下覆膜之后，重新涂上防雾膜，达到防尘的效果。

对丙烯酸树脂防雾膜的性能要求如下：

我国国家电网公司出于让偏远贫困农村地区也能用上优质电能的考虑，进行了金额高达300亿元的投资，甚至由于实际情况的不同，投资额度可能尚有超出，这也意味着每户农民均享受到三万元左右的投资，然而同等的金额可以给每个农村居民安装太阳能光伏电池系统，或是集资建设风能发电站，实现农村居民用电的绿色化，同时也大幅节省了国家在电网建设中的消耗。出于实际情况的考虑，在现有的基础上，想要将城市的供电模式套用在偏远的山区农村，就难以避免的要损耗极大的能源。据相关数据统计，当电力输送达到一定距离之后，电能的损耗将会超过65%，也就是说偏远山区的农村居民往往只能享受到剩下35%的电力，这一笔开销不可谓不大。

①该产品用刷子刷在需要保洁的物品上，即会形成一层透明的保洁膜。 并可随时方便的去除，用手一撕即除，像掀起一张纸一样。

②保洁，可以长期保持物品的洁净，尘土等不净之物被隔离在外。

③在空气湿度很大时，膜表面不会出现雾化现象。

④保持透明材料表面不被氧化。

丙烯酸树脂是重要的涂料工业用成膜物质，具有结膜柔软而坚韧，黏着力强，耐候、耐污染，透明性好，使用方便，低毒等性能，且生产成本较低。 近年来，国内外丙烯酸烯树脂涂料的发展很快，目前已占涂料的1/3 以上，其今后的发展仍将呈加速增长趋势。 从涂料剂型上分，主要有：溶剂型涂料、水性涂料、高固体组份涂料和粉末涂料。

2.2 聚丙烯酸酯的聚合机理

聚丙烯酸酯的聚合机理是自由基聚合， 经过链引发、链增长、链终止等基元反应组成。

由于引发剂的分子上有弱键， 在热或辐射的作用下，弱键位置易断裂，形成两个自由基，使单体生成单体自由基，并不断地和单体分子结合生成链自由基，最后链自由基失去活性形成稳定的聚合物分子，从而聚合成大分子。

2.3 丙烯酸树脂的合成

（1）将水浴锅升温至80℃；

（2）在装有滴液漏斗、搅拌器和冷凝管的三口烧瓶中，加入2g 乙醇；

（3）称取甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯，将其1/3 倒入烧瓶中。 开启搅拌；

（4）配制引发剂。 称取0.1g 偶氮二异丁腈，使其溶于1g乙醇中。 待温度升至80℃，向烧瓶中加入2/3 引发剂溶液，保温15min；

（5）将剩余的甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯倒入滴液漏斗中，并将1g 丙烯酸倒入滴液漏斗，混合均匀，向烧瓶中滴加单体；

（6）单体滴加完后，保温6 小时。 观察体系黏度较大时，滴加适量乙醇，保持恒温反应。 反应4 小时后补加引发剂。

2.4 水溶胶的制备

降温到60℃，使反应停止。 滴加1g 氨水，剧烈搅拌2 小时。 反应结束后，加适量蒸馏水，使其固含量为40%，搅拌，将合成的树脂制成水溶胶。

2.5 效果评价

2.5.1 防雾时间: 将实验制得的防雾剂均匀涂敷在洁净玻璃片的一侧,自然晾干.将水加热至80℃以使水面有一定的水蒸汽产生,并将涂有防雾剂的玻璃面正对水面,涂敷防雾剂的玻璃与水面的距离10cm, 玻璃片每次与水蒸气接触的时间为5min,然后自然晾干.每天进行两次干/湿交替,两次计为一个周期,每个周期相当于1d 防雾时间[3]。

2.5.2 透光率:在玻璃上施用防雾剂的主要目的，就是防止玻璃因结雾而透光率下降，故防雾剂本身对玻璃的透光率不应有明显的影响。 将干燥的防雾膜剪成5cm×1cm 大小，贴在比色皿的内壁上， 用752N 紫外一可见分光光度计分别测量有防雾膜的比色皿的吸光度,波长范围400～750nm。

结果表明，在可见光波长范围（400～760nm），薄膜的吸光度均很小，因此可以认为这种防雾膜基本不影响玻璃的透光率。

3 结论

合成硅酸盐玻璃表面用水溶性丙烯酸防雾树脂时，溶液聚合法比较合适。 其共聚主单体分别为：以丙烯酸丁酯为软单体，甲基丙烯酸甲酯为硬单体，官能单体则以丙烯酸为最佳，它不但可以提供给树脂一定的水溶性还可以使树脂的极性增加，从而得到亲水性较高的涂膜。

通过一系列的试验，以产物的外观、水溶性及防雾时间、透光率等为衡量标准，运用表观分析法确定最优的工艺参数如下：

（1） 甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯最佳配比的比值为1.7；官能单体丙烯酸占单体总量的12.5%；引发剂AIBN 用量为1.3%；溶剂为乙醇，约占单体质量的50%。

（2）中和剂为氨水。

（3）投料方式应为先加一部分MMA、BA，再滴加剩余单体的方法；反应温度80℃；反应时间6～8h。

由此制备的防雾树脂覆膜透明，防雾性、耐擦伤性和耐水性良好，在80℃下可保持12 天不结雾。 涂膜可方便的从玻璃上揭下，保证玻璃的表面清洁。

［1］单金环. 玻璃防雾剂的研制及性能研究[D]. 辽宁:辽宁师范大学化工学院，2007-06-03.

［2］Kagara Yauyuki, Ito Ryuichi, Tsunekawa Toshio. Durable antifogging agents comprising anionic group containing organo polysiloxanes[P]Japan, JP 09193333.

［3］王凤平，单金环，刘照斌.长效玻璃防雾剂制备与性能研究[J].辽宁师范大学学报，2007，6（Vol.30):188-190.