多功能表面保洁试制
时间：2020-12-29 00:03:13 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
0 前言
玻璃和透明材料是人们生活中不可缺少的材料,然而这些玻璃制品的表面很容易雾化，给人们的生产、生活和工作带来诸多不便，甚至引起重大的损失。防雾化是一个与生产、生活密切相关的课题。另外，材料的表面易沾染灰尘、污垢，很难清洗。国内外在建筑物外墙污染问题上，还停留在先污染后治理的观念上，很少涉及到对建筑物外墙进行防污处理方面的研究。
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：
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。
【参考文献】
［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.
［责任编辑：汤静］
