王明清

(兗礦國(guó)宏化工有限責(zé)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(kāi)發(fā)的階段，國(guó)外在20 世紀(jì)60 年代就已掌握了一些簡(jiǎn)單的技術(shù)。 而國(guó)內(nèi)于80年代才開(kāi)始防霧方面的研究工作，雖起步晚，但成績(jī)喜人[1]。 目前僅玻璃防霧方面的專利就有20 多項(xiàng)，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(yè)的發(fā)展，各國(guó)都展開(kāi)了對(duì)防霧劑新產(chǎn)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(qiáng)，且使用方便，對(duì)玻璃表面無(wú)腐蝕，對(duì)人體無(wú)害的防霧除塵劑，是目前防霧工作的關(guān)鍵。

1 玻璃防霧機(jī)理

為了防止玻璃表面的結(jié)霧，通常按原理來(lái)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(guò)涂覆各種表面活性劑、混煉入表面活性劑的樹(shù)脂、親水高分子或形成磷酸鹽親水層實(shí)現(xiàn)。

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(zhì)，改善玻璃材料表面的濕潤(rùn)狀態(tài)，使接觸角增大，當(dāng)θ 趨于180°時(shí)，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(lái)達(dá)到防霧目的。最常見(jiàn)的疏水性防霧涂層的防霧組分是含F(xiàn)、Si 的高分子樹(shù)脂[3]。這些樹(shù)脂與水的接觸角較大(如聚四氟乙烯θ=114°,硅樹(shù)脂θ=103°)。 水在硅樹(shù)脂涂層表面上的接觸角與石蠟相當(dāng)，吸水率僅為一般合成樹(shù)脂的1/5～1/3。 而且，有機(jī)硅產(chǎn)品對(duì)紫外光不敏感，是理想的耐侯產(chǎn)品。 盡管疏水性樹(shù)脂有上述優(yōu)點(diǎn)，仍有兩大因素限制了它們的應(yīng)用。 一方面，含F(xiàn),Si 的高分子樹(shù)脂加工成膜困難，生產(chǎn)工藝要求高；另一方面，這些樹(shù)脂的造價(jià)品昂貴。目前，還難以做到完全不潤(rùn)濕的涂層。這種疏水性防霧涂層還有一個(gè)缺陷，在高濕度環(huán)境下有大量水汽迅速冷凝時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)霧化現(xiàn)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(diǎn)

這種防霧技術(shù)是利用熱力學(xué)原理，使基材表面溫度經(jīng)常高于露點(diǎn)， 通過(guò)提高基材表面的溫度來(lái)得到不結(jié)露的表面，把水滴在較短的時(shí)間內(nèi)變?yōu)樗魵狻?用風(fēng)力、電熱或微波能等來(lái)加速小水滴蒸發(fā)達(dá)到防霧效果。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 本實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)

本文選用丙烯酸樹(shù)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(jié)霧，同時(shí)，保護(hù)玻璃表面清潔，撕下覆膜之后，重新涂上防霧膜，達(dá)到防塵的效果。

對(duì)丙烯酸樹(shù)脂防霧膜的性能要求如下：

我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司出于讓偏遠(yuǎn)貧困農(nóng)村地區(qū)也能用上優(yōu)質(zhì)電能的考慮，進(jìn)行了金額高達(dá)300億元的投資，甚至由于實(shí)際情況的不同，投資額度可能尚有超出，這也意味著每戶農(nóng)民均享受到三萬(wàn)元左右的投資，然而同等的金額可以給每個(gè)農(nóng)村居民安裝太陽(yáng)能光伏電池系統(tǒng)，或是集資建設(shè)風(fēng)能發(fā)電站，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村居民用電的綠色化，同時(shí)也大幅節(jié)省了國(guó)家在電網(wǎng)建設(shè)中的消耗。出于實(shí)際情況的考慮，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，想要將城市的供電模式套用在偏遠(yuǎn)的山區(qū)農(nóng)村，就難以避免的要損耗極大的能源。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)電力輸送達(dá)到一定距離之后，電能的損耗將會(huì)超過(guò)65%，也就是說(shuō)偏遠(yuǎn)山區(qū)的農(nóng)村居民往往只能享受到剩下35%的電力，這一筆開(kāi)銷不可謂不大。

①該產(chǎn)品用刷子刷在需要保潔的物品上，即會(huì)形成一層透明的保潔膜。 并可隨時(shí)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(zhǎng)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(shí)，膜表面不會(huì)出現(xiàn)霧化現(xiàn)象。

④保持透明材料表面不被氧化。

丙烯酸樹(shù)脂是重要的涂料工業(yè)用成膜物質(zhì)，具有結(jié)膜柔軟而堅(jiān)韌，黏著力強(qiáng)，耐候、耐污染，透明性好，使用方便，低毒等性能，且生產(chǎn)成本較低。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外丙烯酸烯樹(shù)脂涂料的發(fā)展很快，目前已占涂料的1/3 以上，其今后的發(fā)展仍將呈加速增長(zhǎng)趨勢(shì)。 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(jī)理

聚丙烯酸酯的聚合機(jī)理是自由基聚合， 經(jīng)過(guò)鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止等基元反應(yīng)組成。

由于引發(fā)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(gè)自由基，使單體生成單體自由基，并不斷地和單體分子結(jié)合生成鏈自由基，最后鏈自由基失去活性形成穩(wěn)定的聚合物分子，從而聚合成大分子。

2.3 丙烯酸樹(shù)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(kāi)啟攪拌；

（4）配制引發(fā)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(fā)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(shí)。 觀察體系黏度較大時(shí)，滴加適量乙醇，保持恒溫反應(yīng)。 反應(yīng)4 小時(shí)后補(bǔ)加引發(fā)劑。

2.4 水溶膠的制備

降溫到60℃，使反應(yīng)停止。 滴加1g 氨水，劇烈攪拌2 小時(shí)。 反應(yīng)結(jié)束后，加適量蒸餾水，使其固含量為40%，攪拌，將合成的樹(shù)脂制成水溶膠。

2.5 效果評(píng)價(jià)

2.5.1 防霧時(shí)間: 將實(shí)驗(yàn)制得的防霧劑均勻涂敷在潔凈玻璃片的一側(cè),自然晾干.將水加熱至80℃以使水面有一定的水蒸汽產(chǎn)生,并將涂有防霧劑的玻璃面正對(duì)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(shí)間為5min,然后自然晾干.每天進(jìn)行兩次干/濕交替,兩次計(jì)為一個(gè)周期,每個(gè)周期相當(dāng)于1d 防霧時(shí)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(jié)霧而透光率下降，故防霧劑本身對(duì)玻璃的透光率不應(yīng)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(nèi)壁上， 用752N 紫外一可見(jiàn)分光光度計(jì)分別測(cè)量有防霧膜的比色皿的吸光度,波長(zhǎng)范圍400～750nm。

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

3 結(jié)論

合成硅酸鹽玻璃表面用水溶性丙烯酸防霧樹(shù)脂時(shí)，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(shù)脂一定的水溶性還可以使樹(shù)脂的極性增加，從而得到親水性較高的涂膜。

通過(guò)一系列的試驗(yàn)，以產(chǎn)物的外觀、水溶性及防霧時(shí)間、透光率等為衡量標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用表觀分析法確定最優(yōu)的工藝參數(shù)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(fā)劑AIBN 用量為1.3%；溶劑為乙醇，約占單體質(zhì)量的50%。

（2）中和劑為氨水。

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

由此制備的防霧樹(shù)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(jié)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(huán). 玻璃防霧劑的研制及性能研究[D]. 遼寧:遼寧師范大學(xué)化工學(xué)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(huán)，劉照斌.長(zhǎng)效玻璃防霧劑制備與性能研究[J].遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，6（Vol.30):188-190.