一种防起雾玻璃清洁剂的研究

张世林 陆业昌 黄煜璇

（广州市浪奇实业股份有限公司研究所，广东 广州，510660）

汽车的前窗和后视镜都是玻璃制品，由于上述的多种原因引起玻璃透明度下降会严重影响驾驶员对汽车周围的行驶情况的判断，从而增加引发交通事故的风险；在露水蒸发后会留下的水痕，同样会降低玻璃的透明度。另外，对于乘坐汽车或列车的旅客而言，在乘车的过程中可以透过车窗欣赏窗外的风景，但如果由于车窗起雾妨碍了旅客对窗外景物的观察，则对这些气象条件下的乘车旅程的满意度大打折扣。除了车窗外，在各种工业仪器的镜片，多种使用玻璃建造的场所都有防雾的需求，因此，能够防止玻璃起雾的玻璃清洁剂是工业清洗中不可缺少的一类产品。本文中设计的防雾玻璃清洁剂具备下列的功能：1）喷涂后的玻璃表面不留水滴；2）喷涂后快速干燥；3）水在处理过的玻璃表面蒸发后不留水痕；4）具有一定的耐冲刷性能。

1 产品原理

玻璃防雾剂可以通过主要的防雾原料来划分，分别有表面活性剂，高分子聚合物和无机纳米材料[1]。

表面活性剂被喷涂在玻璃表面后，在玻璃表面吸附形成一层亲水分子层，降低水在玻璃表面的接触角，当接触角足够小时，水可以润湿玻璃表面而不会形成水滴，达到了防雾的目的。高分子聚合物与无机纳米材料都能够在玻璃表面形成一层透明的亲水膜，使得水能够润湿玻璃，而且这种膜具有一定的耐冲刷性能。

2 实验材料

Softanol-90，TO-7，TO-8，XP-80，巴斯夫（中国）有限公司； LKR-1，LKR-2，LKN，广州市浪奇实业股份有限公司；其他原料均为市售工业级原料。

3 实验方法

3.1 玻璃片的处理方法

把玻璃清洁剂样品均匀地喷涂到干净的玻璃片（80mm×25mm）上，并用干布在玻璃片表面轻轻地自上而下擦拭3遍，玻璃片上剩余一层很薄的清洁剂溶液，在30s内完全干燥，静置备用。

3.2 接触角

利用One attension Theta光学接触角仪进行测量，用Hamilton微量取样器挤出4mL的水滴，滴到处理好的玻璃片上，并在滴下的瞬间开始计时，用高速摄像机以20帧/s的速度拍摄液滴的接触角变化，取0.2s时的接触角为初始接触角。每片玻璃片样品上在间隔15mm以上取3个点测试，取其平均值。

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3.3 不留水痕的处理次数

用玻璃清洁剂样品处理干净的玻璃片后，以45o倾斜固定好，用10mL量筒量取10mL水，从玻璃片的上部倾倒而下，待玻璃片上的水不再向下流动后，移到40℃的恒温箱中干燥，干燥后取出观察玻璃片上是否有水痕，如果有水痕，则对该玻璃片重复喷涂处理ü倒水ü烘干ü观察4步操作，直至玻璃片上没有水痕，记录喷涂处理的次数。

3.4 防雾效果和耐冲刷的性能

在一处无风的位置，取一个1L的大烧杯，加入800mL水，加热至70℃，把处理好的玻璃片样品连同一张排满 米 字的白纸，与水面垂直固定在水面中央正上方，玻璃片底部离水面10cm处，30s后拍下玻璃表面的情况，分析玻璃表面的模糊情况，记录下模糊的 米 字的字数代表起雾程度。图1为空白玻璃片的起雾情况。

图1 空白玻璃片起雾情况

如果第一次测试时没有任何 米 字出现模糊，则按3.3小节中的倒水方法用50mL水分5次进行冲刷，然后再次测试防雾效果。

3.5 稳定性测试

3.5.1 高温稳定性

把玻璃清洁剂样品放在50℃恒温箱中静置一个月，恢复常温后观察样品的外观是否变化，测试样品陈化后的防水痕和防雾效果。

3.5.2 低温稳定性

把玻璃清洁剂样品放在0℃恒温箱中静置一个月，恢复常温后观察样品的外观是否有变化，测试样品陈化后的防水痕和防雾效果。

3.5.3 高-低温循环测试

把玻璃清洁剂样品放在50℃恒温箱中静置一天后，把样品转移到-18℃恒温箱中静置一天，此为一次循环，循环5次后在恢复常温后观察样品的外观是否有变化，测试样品陈化后的防水痕和防雾效果。

4 结果与讨论

为表述方便，本文中设计的配方基于一种基液进行调试，基液的具体组成如表1所示。

表1 玻璃清洁剂基液组成

4.1 表面活性剂对产品性能的影响

带侧链的烷基醇乙氧基化物比直链的烷基醇乙氧基化物的润湿性能更好[2]，因此，本文选用一系列带侧链的烷基醇醚作为表面活性剂组分。表面活性剂的作用在于降低水在固体表面的接触角，因此，用接触角来比较各种侧链烷基醇醚在配方中所起的作用。

配方组成为基液+0.2%非离子表面活性剂。

图2 表面活性剂对玻璃表面接触角的影响

从图2中可知：在各种表面活性剂中XP-80可使水的接触角降低程度最大化。因此，在接下来的实验中选择XP-80作为表面活性剂组分。

表面活性剂可以显著地降低水在玻璃表面的接触角，但是由于表面活性剂水溶性良好，在水的冲刷下很容易流失。通过实验证明：用10mL水冲洗本小节中的几块处理玻璃片后，其接触角都马上升高至35o附近，表明表面活性剂已被水冲走。

4.2 防雾助剂对产品性能的影响

为了使玻璃清洁剂的处理效果长效持久，减少用户的清洗次数，在配方中加入防雾助剂，使其在玻璃表面形成一层耐冲刷的透明薄膜。配方组成为基液+0.2% XP-80+0.3%防雾助剂。

图3 防雾助剂对玻璃表面接触角的影响

测试处理后玻璃片的接触角显示：加入防雾助剂不会使接触角进一步下降，在冲水后的接触角变化也不大，充分说明了防雾助剂能够在玻璃表面形成一层耐冲刷的薄膜。由于LKR-1处理的玻璃片接触角略大于LKR-2，因此，后续工作对LKR-2和LKN的效果进行比较。

4.3 成膜助剂对产品性能的影响

为了使防雾助剂的效果更佳，在配方中引入成膜助剂，以进一步提升配方的使用效果，以加入成膜助剂后玻璃表面不留水痕的处理次数进行评价，结果如表2所示。配方组成为基液+0.2%XP-80+0.3% 防雾助剂+3% 膜助剂。

从表2中可知：加入成膜助剂后有利于减少清洁剂的处理次数，更快形成不留水痕的薄膜。不同结构的成膜助剂之间的差别不太明显。

表2 成膜助剂对水痕的影响

4.4 防雾助剂使用浓度对产品性能的影响

为了进一步减少清洁剂的处理次数，使用1次即可达到理想的效果，对防雾助剂的使用量进行考察，用不留水痕的处理次数和防雾效果的耐冲刷性能进行评价。

配方设计：基液+0.2% XP-80+3%丙二醇正丙醚+防雾助剂。

从表3可知，从不留水痕的角度来看，LKR-2提高浓度后的效果不明显，而LKN的浓度提高至0.9%以上时可以在处理1次后就不留水痕。从防雾效果看，当防雾助剂浓度较低时，在玻璃片上用清洁剂处理一次后，玻璃片上仍然有部分起雾，提高防雾助剂的浓度后则可以保证整块玻璃不起雾；雾气在玻璃表面自动形成一层均匀的水膜，而不会令玻璃后方的图案模糊。比较冲刷后的防雾效果，提高防雾助剂的浓度可以提高防雾剂薄膜的耐冲刷能力。从整体效果来看，在相同的添加浓度下，LKN的处理效果要优于LKR-2。

4.5 稳定性测试

在本文的实验中优选两组配方进行稳定性测试。

经过一系列的稳定性测试，两组配方在恢复常温后的外观仍然保持澄清透明，然后对陈化后样品的防留痕和防雾效果进行测试。

表3 防雾助剂的使用浓度对产品性能的影响

表4 稳定性测试配方

从表5(1)中可知，配方A在各项稳定性测试中防水痕效果均保持稳定，而配方B在高温条件下防水痕效果减弱，在其余两项测试中效果不变。

从表5(2)中可知，配方A和B在各项稳定性测试中防雾效果均有下降的趋势，但下降的幅度不大。

表5 (1) 稳定性测试结果：防留痕效果

表5 (2) 稳定性测试结果：防雾效果

5 结论

本文考察了表面活性剂，防雾助剂，成膜助剂等在防雾型玻璃清洁剂中所起的作用，通过优化后的配方能够在玻璃表面喷涂处理一次后即可达到不留水痕，防止起雾，并且具备一定的耐冲刷性能。另外，本文所研制的配方经过极端环境陈化后，产品性能变化不大。因此，本文所开发的配方（最佳配方为表4中的配方A）非常适合对各种工业环境中的玻璃表面进行清洗，以保持玻璃的透明度。