多功能表面保潔試制

王明清

(兗礦國宏化工有限責任公司 山東 鄒城 273512)

0 前言

目前，玻璃防霧除污劑的研究處在積極開發的階段，國外在20 世紀60 年代就已掌握了一些簡單的技術。 而國內于80年代才開始防霧方面的研究工作，雖起步晚，但成績喜人[1]。 目前僅玻璃防霧方面的專利就有20 多項，包括防霧劑、防霧巾及汽車電熱防霧玻璃。 特別是隨著汽車行業的發展，各國都展開了對防霧劑新產品的研究。 因此研制出一種成本低、防霧效果好、除塵除污能力強，且使用方便，對玻璃表面無腐蝕，對人體無害的防霧除塵劑，是目前防霧工作的關鍵。

1 玻璃防霧機理

為了防止玻璃表面的結霧，通常按原理來分主要有以下三種途徑[1]：

1.1 使玻璃表面親水

玻璃表面的親水化， 主要是通過涂覆各種表面活性劑、混煉入表面活性劑的樹脂、親水高分子或形成磷酸鹽親水層實現。

1.2 使玻璃表面疏水

疏水性防霧涂層，就是在玻璃材料表面涂布一層疏水性物質，改善玻璃材料表面的濕潤狀態，使接觸角增大，當θ 趨于180°時，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，來達到防霧目的。最常見的疏水性防霧涂層的防霧組分是含F、Si 的高分子樹脂[3]。這些樹脂與水的接觸角較大(如聚四氟乙烯θ=114°,硅樹脂θ=103°)。 水在硅樹脂涂層表面上的接觸角與石蠟相當，吸水率僅為一般合成樹脂的1/5～1/3。 而且，有機硅產品對紫外光不敏感，是理想的耐侯產品。 盡管疏水性樹脂有上述優點，仍有兩大因素限制了它們的應用。 一方面，含F,Si 的高分子樹脂加工成膜困難，生產工藝要求高；另一方面，這些樹脂的造價品昂貴。目前，還難以做到完全不潤濕的涂層。這種疏水性防霧涂層還有一個缺陷，在高濕度環境下有大量水汽迅速冷凝時仍會出現霧化現象， 所以疏水性防霧涂層研究較少。

1.3 使玻璃表面溫度高于露點

這種防霧技術是利用熱力學原理，使基材表面溫度經常高于露點， 通過提高基材表面的溫度來得到不結露的表面，把水滴在較短的時間內變為水蒸氣。 用風力、電熱或微波能等來加速小水滴蒸發達到防霧效果。

2 實驗部分

2.1 本實驗的方案設計

本文選用丙烯酸樹脂制成親水性高分子涂層，在玻璃表面形成高分子防霧膜，可以防止結霧，同時，保護玻璃表面清潔，撕下覆膜之后，重新涂上防霧膜，達到防塵的效果。

對丙烯酸樹脂防霧膜的性能要求如下：

我國國家電網公司出于讓偏遠貧困農村地區也能用上優質電能的考慮，進行了金額高達300億元的投資，甚至由于實際情況的不同，投資額度可能尚有超出，這也意味著每戶農民均享受到三萬元左右的投資，然而同等的金額可以給每個農村居民安裝太陽能光伏電池系統，或是集資建設風能發電站，實現農村居民用電的綠色化，同時也大幅節省了國家在電網建設中的消耗。出于實際情況的考慮，在現有的基礎上，想要將城市的供電模式套用在偏遠的山區農村，就難以避免的要損耗極大的能源。據相關數據統計，當電力輸送達到一定距離之后，電能的損耗將會超過65%，也就是說偏遠山區的農村居民往往只能享受到剩下35%的電力，這一筆開銷不可謂不大。

①該產品用刷子刷在需要保潔的物品上，即會形成一層透明的保潔膜。 并可隨時方便的去除，用手一撕即除，像掀起一張紙一樣。

②保潔，可以長期保持物品的潔凈，塵土等不凈之物被隔離在外。

③在空氣濕度很大時，膜表面不會出現霧化現象。

④保持透明材料表面不被氧化。

丙烯酸樹脂是重要的涂料工業用成膜物質，具有結膜柔軟而堅韌，黏著力強，耐候、耐污染，透明性好，使用方便，低毒等性能，且生產成本較低。 近年來，國內外丙烯酸烯樹脂涂料的發展很快，目前已占涂料的1/3 以上，其今后的發展仍將呈加速增長趨勢。 從涂料劑型上分，主要有：溶劑型涂料、水性涂料、高固體組份涂料和粉末涂料。

2.2 聚丙烯酸酯的聚合機理

聚丙烯酸酯的聚合機理是自由基聚合， 經過鏈引發、鏈增長、鏈終止等基元反應組成。

由于引發劑的分子上有弱鍵， 在熱或輻射的作用下，弱鍵位置易斷裂，形成兩個自由基，使單體生成單體自由基，并不斷地和單體分子結合生成鏈自由基，最后鏈自由基失去活性形成穩定的聚合物分子，從而聚合成大分子。

2.3 丙烯酸樹脂的合成

（1）將水浴鍋升溫至80℃；

（2）在裝有滴液漏斗、攪拌器和冷凝管的三口燒瓶中，加入2g 乙醇；

（3）稱取甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯，將其1/3 倒入燒瓶中。 開啟攪拌；

（4）配制引發劑。 稱取0.1g 偶氮二異丁腈，使其溶于1g乙醇中。 待溫度升至80℃，向燒瓶中加入2/3 引發劑溶液，保溫15min；

（5）將剩余的甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯倒入滴液漏斗中，并將1g 丙烯酸倒入滴液漏斗，混合均勻，向燒瓶中滴加單體；

（6）單體滴加完后，保溫6 小時。 觀察體系黏度較大時，滴加適量乙醇，保持恒溫反應。 反應4 小時后補加引發劑。

2.4 水溶膠的制備

降溫到60℃，使反應停止。 滴加1g 氨水，劇烈攪拌2 小時。 反應結束后，加適量蒸餾水，使其固含量為40%，攪拌，將合成的樹脂制成水溶膠。

2.5 效果評價

2.5.1 防霧時間: 將實驗制得的防霧劑均勻涂敷在潔凈玻璃片的一側,自然晾干.將水加熱至80℃以使水面有一定的水蒸汽產生,并將涂有防霧劑的玻璃面正對水面,涂敷防霧劑的玻璃與水面的距離10cm, 玻璃片每次與水蒸氣接觸的時間為5min,然后自然晾干.每天進行兩次干/濕交替,兩次計為一個周期,每個周期相當于1d 防霧時間[3]。

2.5.2 透光率:在玻璃上施用防霧劑的主要目的，就是防止玻璃因結霧而透光率下降，故防霧劑本身對玻璃的透光率不應有明顯的影響。 將干燥的防霧膜剪成5cm×1cm 大小，貼在比色皿的內壁上， 用752N 紫外一可見分光光度計分別測量有防霧膜的比色皿的吸光度,波長范圍400～750nm。

結果表明，在可見光波長范圍（400～760nm），薄膜的吸光度均很小，因此可以認為這種防霧膜基本不影響玻璃的透光率。

3 結論

合成硅酸鹽玻璃表面用水溶性丙烯酸防霧樹脂時，溶液聚合法比較合適。 其共聚主單體分別為：以丙烯酸丁酯為軟單體，甲基丙烯酸甲酯為硬單體，官能單體則以丙烯酸為最佳，它不但可以提供給樹脂一定的水溶性還可以使樹脂的極性增加，從而得到親水性較高的涂膜。

通過一系列的試驗，以產物的外觀、水溶性及防霧時間、透光率等為衡量標準，運用表觀分析法確定最優的工藝參數如下：

（1） 甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯最佳配比的比值為1.7；官能單體丙烯酸占單體總量的12.5%；引發劑AIBN 用量為1.3%；溶劑為乙醇，約占單體質量的50%。

（2）中和劑為氨水。

（3）投料方式應為先加一部分MMA、BA，再滴加剩余單體的方法；反應溫度80℃；反應時間6～8h。

由此制備的防霧樹脂覆膜透明，防霧性、耐擦傷性和耐水性良好，在80℃下可保持12 天不結霧。 涂膜可方便的從玻璃上揭下，保證玻璃的表面清潔。

［1］單金環. 玻璃防霧劑的研制及性能研究[D]. 遼寧:遼寧師范大學化工學院，2007-06-03.

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

［3］王鳳平，單金環，劉照斌.長效玻璃防霧劑制備與性能研究[J].遼寧師范大學學報，2007，6（Vol.30):188-190.