防冰霧汽車風窗玻璃清洗液的研制

劉曉磊

中國石油大連潤滑油研究開發中心

背景簡介

汽車風窗玻璃清洗液的定義、用途和執行標準

汽車風窗玻璃清洗液俗稱玻璃水，通常由水、一元醇（如甲醇、乙醇）、二元醇（如乙二醇）、緩蝕劑及多種表面活性劑組成，主要用于清除汽車風窗玻璃表面的灰塵、污漬。市場上汽車風窗玻璃清洗液品牌眾多，產品質量良莠不齊[1]。為規范市場產品質量，我國于2009年實施了GB/T 23436—2009《汽車風窗玻璃清洗液》標準。該標準參照日本的JIS K 2398:2001制定，主要有冰點、pH值、外觀、洗凈力、相容性、金屬腐蝕試驗，以及對橡膠、塑料、汽車漆膜及高低溫穩定性等技術檢測[2，3]。冰點數據的高低反映了產品的防凍能力，冰點越低防凍能力越強。汽車風窗玻璃清洗液體系中的醇有效提升了產品的防凍能力，在一定范圍內冰點隨醇含量的上升而降低，甲醇降低冰點的能力強于乙醇、乙二醇。-40 ℃的汽車風窗玻璃清洗液產品基本滿足我國大部分地區冬季的使用需求。冬季噴刷具有良好性能的汽車風窗玻璃清洗液產品，可有效去除車窗表面污漬及已凝結的冰霜。

汽車風窗玻璃清洗液冰霧問題的由來

據煙臺、大連、撫順等地部分車主反映，在冬季，室外停放的汽車啟動后直接噴刷-40 ℃的汽車風窗玻璃清洗液產品時，雨刮停止擺動后數秒，車窗外表面有冰霧產生，影響駕乘人員視野（如圖1所示）。

圖1 車窗外表面產生的冰霧現象

產生冰霧問題的原因分析

為研究冰霧產生的原因，開展了實地調研，并做了多次實車模擬試驗，對比研究了市場常見的A、B、C、D、E、F六個品牌的-40 ℃汽車風窗玻璃清洗液產品在冰霧現象上的差異。結果表明，環境濕度較大，氣溫一般低于-10 ℃的條件下，啟動汽車后直接噴刷汽車風窗玻璃清洗液易產生冰霧現象，且F品牌-40 ℃產品在防冰霧性能上優于其他五款產品。

產生冰霧的原因為：汽車在低溫環境中停放，車窗表面溫度很低，如啟動車后直接噴刷清洗液，其中的一元醇會快速揮發，使殘留的清洗液的冰點大幅度升高，同時醇的揮發也會降低車窗表面的溫度，當環境中濕度較大時，空氣中的水蒸氣也會凝結在車窗外表面，從而增加了殘留液中的水分含量，進一步升高了冰點，因此會形成冰霧。

針對上述冰霧問題，為確保汽車風窗玻璃清洗液的全天候使用，本文研制了一款可滿足GB/T 23436—2009《汽車風窗玻璃清洗液》標準要求的防冰霧型汽車風窗玻璃清洗液產品。

汽車風窗玻璃清洗液防冰霧性能的測試方法

車窗產生冰霧現象的自然環境條件不易控制和重現，為便于防冰霧產品的研發及檢測，試驗室采用加濕器、低溫冰箱等設備模擬低溫及高濕度環境，進而建立汽車風窗玻璃清洗液防冰霧性能的測試方法。主要選取（-15±2）℃、（-30±2）℃兩種有代表性的溫度環境進行測試。經過多次試驗對比、分析，最終確定試驗過程，具體內容如下：

方法概要

將浸泡樣品后的玻璃片在指定溫度的低溫冰箱中放置一定時間后取出，立即放入（20±2) ℃，相對濕度大于60%的有機玻璃罩內，觀察玻璃片表面現象。

設備及材料

◇低溫冰箱：能控溫（-15±2) ℃、（-30±2) ℃，且有玻璃觀察窗，能監測冰箱內的試驗現象；

◇加濕器：能有效控制局部環境，保證相對濕度大于60%；

◇溫濕度表：要求溫度測量范圍（-10～+50）℃，相對濕度范圍0～100%RH；

◇燒杯：容積250 mL；

◇量筒：容積500 mL；

◇玻璃片：滿足GB 4871標準要求，厚4 mm，長50 mm，寬50 mm普通硅酸鹽玻璃片；

◇硅藻土：滿足GB 14936標準要求；

◇水：符合GB/T 6682規定的三級水要求；

◇秒表：分度值0.2 s；

◇有機玻璃罩：采用滿足GB/T 7134中3 mm厚的無色有機玻璃制成。玻璃罩的一面留有直徑大于15 cm的孔洞，玻璃罩的體積能有效容納加濕器，且加濕器的體積小于有機玻璃罩總體積的50%。

操作過程

清洗玻璃片

按照GB/T 23436—2009中B.5.2操作過程處理玻璃片。將10 g硅藻土和2 g水混合均勻作為拋光劑，用它清除玻璃片表面的污物，然后再用水清洗玻璃片表面。若一次操作不能完全清除污物，可重復操作，直到玻璃表面的水膜均勻一致后（玻璃片表面上的水既不聚成水滴，也不成股流下)，自然晾干玻璃片。

環境控制

打開空調及加濕器，用有機玻璃罩罩住加濕器及溫濕度表。當溫濕度表的顯示溫度為（20±2) ℃，相對濕度大于60%時開始試驗。

試樣防冰霧性能的考察

取150 mL樣品倒入燒杯中，將事先準備好的玻璃片放入樣品中浸泡1 min后用鑷子夾住玻璃片邊緣取出，待玻璃片表面不再有液體滴下時放入低溫冰箱，同時按下秒表開始計時。通過低溫冰箱的觀察窗觀測玻璃片表面是否產生冰霧，記錄玻璃片表面開始產生冰霧的時間，精確至±1 s。一定時間后（經過多次試驗，結果如下：玻璃片在-15 ℃環境中放置1 min，或在-30 ℃環境中放置30 s，玻璃片表面的試驗現象即會有效呈現)用鑷子夾住玻璃片邊緣取出，并立即放入有機玻璃罩內，觀察玻璃片表面變化。每個樣品進行3次重復測試，取3次結果的平均值為報告值。

防冰霧性能優異的產品，其浸泡后的玻璃片在-15 ℃環境中放置1 min，或在-30 ℃環境中放置30 s玻璃片表面無冰霧產生，同時要求玻璃片放入有機玻璃罩內表面仍無冰霧產生。

方法的重復性、區分性測試

為保證試驗數據的有效性，首先進行方法重復性、區分性測試。經計算，樣品1、2、3結冰時間數據的標準偏差均小于5%，且樣品1、2的試驗現象與樣品3有明顯差別。具體試驗結果見表1。

表1 防冰霧性能測試試驗方法重復性、區分性試驗數據

由表1可見，方法的重復性、區分性較好，達到了汽車風窗玻璃清洗液防冰霧性能的測試要求。

不同品牌產品的防冰霧性能分析

按照前述防冰霧性能測試方法中的要求，對A、B、C、D、E、F六款-40 ℃產品進行防冰霧性能測試，結果見表2。通過試驗結果可以看出，-40 ℃產品F與其余幾種產品的試驗現象具有明顯的差異性，該產品的防冰霧能力優于其他產品，此結果與實車試驗測試結果一致。

表2 不同品牌產品（-40 ℃）防冰霧性能分析

研制過程

通過氣相色譜儀分析A-F 共6種產品的溶劑成分，體系中醇的種類見表3。

表3 不同品牌產品（-40 ℃）體系中醇種類信息

目前，市售汽車風窗玻璃清洗液產品溶劑以甲醇為主，同時為避免干擾因素，本文以產品E為基礎，通過溶劑、添加劑等的考察提升其防冰霧性能，進而開發性能優異的防冰霧汽車風窗玻璃清洗液產品。

溶劑考察

汽車風窗玻璃清洗液冰霧問題的主要原因是體系中一元醇的揮發快。采用揮發性較低的溶劑α、β、γ代替產品E（-40 ℃）中的部分甲醇，對替換溶劑后的樣品按照防冰霧試驗方法進行了測試，具體操作方案及結果見表4。結果顯示，采用溶劑γ取代部分甲醇的產品，隨著溶劑γ含量的增高，產品在冰箱中的結冰時間明顯延長。但玻璃片在冰箱中放置一段時間后取出后放置有機玻璃罩內，玻璃片表面有冰霧產生。產品的防冰霧性能與F產品（-40 ℃)仍有一定的差距，需進一步考察添加劑等成分，使產品的防冰霧性能達到理想效果。

表4 產品E（-40 ℃)體系中溶劑的考察

添加劑考察

表面活性劑是汽車風窗玻璃清洗液常見的添加成分之一，可分為非離子型、陰離子型、陽離子型和兩性離子表面活性劑[4,5]。其中，非離子型、陰離子型和兩性離子表面活性劑在清洗劑領域中得到了廣泛應用[6]。表面活性劑種類的合理選擇與添加，給產品提供良好的濕潤性及鋪展性，清洗過程中可在擋風玻璃表面形成一層薄薄的保護層，提升汽車風窗玻璃清洗液產品的防冰霧效果。

在E（-40 ℃）產品中，分別添加1%的不同種類的1#～6#添加劑，并對其防冰霧性能進行考察。1#、2#；3#、4#；5#、6#分 別 為非離子型、陰離子型及兩性離子表面活性劑結果顯示，添加了2#添加劑的樣品，玻璃片表面的結冰時間顯著延長，且試驗現象與F（-40 ℃）產品的防冰霧試驗現象相似，產品的防冰霧性能提升。具體信息見表5。

表5 添加劑的考察

溶劑與添加劑互配

以甲醇、γ（a+)、水為溶劑，1%的2#添加劑為溶質，調配冰點為-40 ℃試驗樣品I，對其進行防冰霧性能測試，結果見表6。結果顯示，樣品在-15 ℃、-30 ℃條件下均具有優異的防冰霧能力。

表6 溶劑與添加劑的互配

防冰霧產品性能考察

金屬腐蝕性考察

金屬防腐蝕性是汽車風窗玻璃清洗液的重要指標之一，反映了產品的防金屬腐蝕能力的大小。對所調配的樣品I進行了金屬腐蝕性測試。結果表明，產品對鋁腐蝕嚴重，且鍍鋅鋼片表面變花。為使產品具有優異的防金屬腐蝕性能及洗凈力，在I樣品體系中加入一定的汽車風窗玻璃清洗液復合劑調配Ⅱ樣品，Ⅱ樣品防金屬腐蝕性能優異，滿足GB/T 23436—2009標準要求。兩種樣品的金屬腐蝕性能試驗數據見表7。

表7 金屬腐蝕性能試驗數據

pH值、洗凈力、穩定性考察

pH值即氫離子濃度指數，其高低取決于產品的配方體系。GB/T 23436—2009標準要求汽車風窗玻璃清洗液產品pH 6.5～10。同時，為確保產品能有效清除車窗表面污漬，為司機提供清晰的視野；防止產品在保質期內出現變質，產生沉淀等問題，進而對產品進行了pH值、洗凈力、穩定性考察，結果見表8。結果顯示，各項指標滿足標準要求。

表8 pH值、洗凈力、穩定性試驗數據

對橡膠、塑料、汽車有機涂膜影響的考察

汽車風窗玻璃清洗液存儲在汽車的塑料噴壺內，通過管路經由噴嘴將其噴到車窗表面（部分還會噴濺到車身上），經雨刮膠條擺動，去除車窗表面的污物，因此清洗液會長期接觸塑料、膠條及汽車漆膜等部件。產品與塑料、橡膠、汽車涂膜兼容性優異可有效防止相關部件的老化速度，降低車主保養費用。參照GB/T 23436—2009附錄E、F、G要求，考察了樣品Ⅱ對橡膠、塑料試片及汽車有機涂膜的影響，結果見表9。結果顯示，各項指標均能滿足標準要求。

表9 對橡膠、塑料、汽車有機涂膜的影響試驗數據

使用試驗

在相同的自然條件下（同一天的平行試驗，試驗時環境溫度：-13 ℃，相對濕度：55%；汽車在室外放置12 h，窗外表面掛有大量冰霜，見圖2、圖3中的圖片A），分別在兩輛汽車上進行使用試驗，對比-40 ℃樣品E和試驗室開發的樣品Ⅱ的防冰霧性能，結果如圖2和圖3所示。結果表明，樣品Ⅱ的防冰霧性能更優異。

圖2 噴刷汽車風窗玻璃清洗液前后車窗表面現象（-40 ℃E樣品）-洗凈后有明顯冰霧

圖3 噴刷汽車風窗玻璃清洗液前后車窗表面現象（樣品Ⅱ）-洗凈后無明顯冰霧

結論

隨著汽車保有量的逐年增長和車主對汽車保養需求意識的提升，研發具有細分功能的產品將是未來的發展趨勢。本文通過采用揮發性相對較低的醇取代部分甲醇，同時結合添加劑的合理互配，大幅度提升了產品的防冰霧性能，可有效解決冬季寒冷高濕條件下噴刷汽車風窗玻璃清洗液后車窗外表面產生冰霧的問題，滿足客戶對防冰霧類產品特殊性能的使用需求。