一种汽车玻璃用高性能防水喷剂的研制

杨小业，翟杰辉，邓志海

(广州保赐利化工有限公司，广东 广州 510940)

作为代步工具的汽车，为人们的生活增添了诸多便利。随着我国私家车保有量的逐年增长，行车安全问题日益突出。特别是雨天行驶，雨水冲刷于车窗和后视镜上，严重影响驾驶员的视线，最终威胁到司乘人员的人身安全。因而，玻璃表面的防水变得尤为重要。

本试验以纳米气相二氧化硅为基础[1]，通过使用十七氟癸基三乙氧基硅烷对其进行疏水改性[2-3]，并用氟硅树脂[4]提高其附着力，辅以其它助剂，最终得到的产品可在玻璃表面形成顽固的高透光率超疏水涂层。该防水喷剂具有优异的疏水性能，用于汽车玻璃，可将滴向玻璃表面的水珠迅速弹开，让玻璃表面无水珠残留，从而保持良好的视野，提高雨天行车安全。

本试验研制出的防水喷剂使用气雾剂的包装形式[5]，具有施工简便、分散均匀等优势，且其施工后的涂层具有疏水角大、附着力强、透光率高等特点，可切实解决用户在雨天驾车中出现的视野模糊问题的困扰，有良好的应用前景。

1 实 验

1.1 试验试剂

气相二氧化硅，瓦克化学(中国)有限公司；十七氟癸基三乙氧基硅烷、氟硅树脂，方舟(佛冈)化学材料有限公司；异丙醇、异己烷，中国石化齐鲁石油化工公司；丙二醇丙醚、2-氨基-2-甲基-1-丙醇，陶氏化学公司；二甲醚，盘锦辽河油田广茂油气工程有限公司；柠檬酸，天津市广成化学试剂有限公司；去离子水，自制。

1.2 试验仪器

JJ224BC型电子天平，常熟市双杰测试仪器厂；SDF400实验室多用高速分散机，佛山市顺德区伦教甲乙化工机械经营部；接触角测量仪，东莞市晟鼎精密仪器有限公司；透光率测试仪，深圳市林上科技有限公司。

1.3 配方设计

表1 玻璃用高性能防水喷剂浓缩液的基础配方Table 1 The basis formula of high-performance waterpro of spray concentrate for automobile glass

确定本配方中可变因素及每个因素所取的水平数，进行正交试验，通过对正交试验制得的试样进行测试，以实测参数等作为指标进行评判筛选。最终确定防水喷剂典型配方见表1和表2所示。

料液制备：启动搅拌机，按配比将异丙醇、气相二氧化硅、去离子水、柠檬酸投入反应釜中，在1000～1200 r/min转速下搅拌均匀；将转速调整800～1000 r/min，分多次少量将十七氟癸基三乙氧基硅烷加入反应釜中，直至添加完毕，后匀速搅拌2 h；将转速调至500～800 r/min，边搅拌边投入2-氨基-2-甲基-1-丙醇，搅拌10～15 min，中和柠檬酸；将转速调至1000～1500 r/min，边搅拌边投入氟硅树脂，搅拌30 min，制得防水剂浓缩液。

表2 玻璃用高性能防水喷剂的基础配方Table 2 The basis formula of high-performance waterpro of spray for automobile glass

产品制备：启动搅拌机，按配比将防水剂浓缩液、异己烷、丙二醇丙醚投入反应釜中，在500～800 r/min转速下搅拌均匀，即的防水剂稀释液；将制得的防水剂稀释液灌装到气雾剂铁罐内，再将阀门放入气雾剂铁罐中，加入一颗玻璃珠(有助于产品使用前摇匀)，封口，最后将抛射剂二甲醚(按质量分数m防水剂稀释液:m二甲醚=3:2)充入气雾剂铁罐内，即得到玻璃用高性能防水喷剂。

1.4 性能指标

将产品施工于10 cm×15 cm规格的玻璃试块中，该试块施工前的透光率为80.2%。

1.4.1 附着力

按照GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜划格试验》中的方法测定。

1.4.2 疏水角

使用接触角测量仪测定。

1.4.3 透光率

使用透光率测试仪测定。

2 结果与讨论

2.1 稀释剂的选择

因配方中同时存在水溶性和油溶性物质，所用稀释剂需要同时满足这两个要求。且异丙醇挥发速率较为适中，是本试验中稀释剂的较佳选择。

2.2 有机酸的选择

有机酸是分子结构中含有羧基的化合物，具有酸的通性。考虑到在水中的溶解度以及气味等因素，选用柠檬酸作为气相二氧化硅改性的催化剂。本试验中，柠檬酸的添加量控制在0.5%～1.5%。

2.3 中和剂的选择

2-氨基-2-甲基-1-丙醇是一种多功能胺助剂，除了具有较强的碱性，中和效率高外，还有润湿、分散的作用，对气相二氧化硅的分散无疑是有促进作用的。本试验中，2-氨基-2-甲基-1-丙醇的添加量控制在0.5%～1.5%。

2.4 分散剂的选择

分散剂的先决条件是分散效果要好，且考虑到其挥发速率对产品施工的影响，本试验选择将异己烷和丙二醇丙醚复配，且当含量比例m异己烷:m丙二醇丙醚=8:3时，挥发速率较为合适。

2.5 抛射剂的选择

抛射剂是气雾剂产品中必不可少的成分之一，从与原液的相容性作为出发点，本试验中选用二甲醚显然是很合适的。考虑到产品的喷出率及内压力，当含量比例m防水剂稀释液:m二甲醚=3:2时，产品内压力在气雾罐的安全范围，且能够完全将产品喷完。

2.6 气相二氧化硅的改性

气相二氧化硅是一种白色、无毒、无味、无定形的无机精细化工产品。其原子粒径在7～40 nm，比表面积在70～400 m2/g，表面吸附力强、表面能大、分散性能好、稳定性高，且带有较多的硅羟基，极其容易在酸的催化下与硅烷偶联剂发生交联反应，接上该硅烷偶联剂的功能性基团，从而得到该硅烷偶联剂的部分性能。

十七氟癸基三乙氧基硅烷具有较长的碳氟链，具有较强的憎水和憎油性能。且其乙氧基具有较高的反应活性，容易在酸的催化下水解释放出低分子硅醇，由此产生的活泼性硅醇能与许多无机和有机基材中的羟基、羧基和含氧基团产品发生键合反应，从让基材接上其独特的碳氟链。

本次试验选用十七氟癸基三乙氧基硅烷对气相二氧化硅进行改性，旨在利用十七氟癸基三乙氧基硅烷的憎水性和气相二氧化硅的分散性，并将它们有机结合起来从而得到性能更加优越的产品。

2.7 配方设计

按照表1的基础配方，进行变量法试验，设计出的试验组如表3所示。

表3 玻璃用高性能防水喷剂浓缩液的试验配方Table 3 The test formula of high-performance waterpro of spray concentrate for automobile glass

2.8 性能测试

按表3试验配方分别按表2的抛射剂充填比例配制出成品，并测试其性能，其结果见表4所示。

表4 玻璃用高性能防水喷剂性能Table 4 The performance of high-performance waterpro of spray concentrate for automobile glass

由表4可以看出：

(1)随着气相二氧化硅用量的增加，产品的疏水效果逐渐加强，但通透度会降低，且其含量在8%时，疏水效果和透光率综合较好；

(2)随着十七氟癸基三乙氧基硅烷用量的增加，产品的疏水效果逐渐加强，但附着力会变差，且其含量在4%时，疏水效果和附着力综合较好；

(3)随着氟硅树脂用量的增加，产品的附着力逐渐加强，但疏水效果会减弱，且其含量在2%时，附着力和疏水效果综合较好；

(4)气相二氧化硅和十七氟癸基三乙氧基硅烷的含量比例对产品性能亦有影响，当含量比例m气相二氧化硅:m十七氟癸基三乙氧基硅烷=2:1时，综合性能较好；

(5)气相二氧化硅和氟硅树脂的含量比例对产品性能亦有影响，当含量比例m气相二氧化硅:m氟硅树脂=4:1时，综合性能较好。

3 结 论

(1)本试验制得了一种汽车玻璃用高性能防水喷剂，当配方中气相二氧化硅的用量在5%～8%，且质量分数m气相二氧化硅:m十七氟癸基三乙氧基硅烷=2:1，m气相二氧化硅:m氟硅树脂=4:1时，制得的防水喷剂使用效果较佳，其疏水角为160°，附着力为1级，透光率为72%。

(2)本试验研制的汽车玻璃用高性能防水喷剂具有疏水效果好，附着力强，透光率高的特点。是真正可以做到“滴水不沾”的汽车玻璃用防水剂。

(3)试验研制的汽车玻璃用高性能防水喷剂是气雾剂的包装形式，使用方便快捷，可弥补传统洗车玻璃防水剂施工耗时耗力的缺点，值得推广。