王琦 呂宜超 高新平 張放 熊建

（1.中國南玻集團開發(fā)研究院 深圳 518067；2.南玻集團咸寧南玻節(jié)能玻璃有限公司 咸寧 437000）

0 引言

普通幕墻玻璃表面易產生靜電，吸收空氣中的浮塵、汽車尾氣，時間一長極容易臟污。當下雨時，普通幕墻玻璃與水的接觸角為30°～40°，在玻璃表面很容易形成水珠，且水珠不易滑落，在水珠干燥過程中，又極容易吸附空氣中的灰塵，干燥后形成水痕，天長日久易形成污垢，導致幕墻玻璃出現(xiàn)色澤不均、波紋各異、光反射環(huán)境雜亂，影響城市景觀，因此，幕墻玻璃通常需要定期清洗。而清洗很多玻璃幕墻，需要在室外和高空作業(yè)，必須使用高空吊籃、吊板、升降臺等工具，作業(yè)難度大，危險性大，清洗費用也較高。所以，具有自我清潔功能的玻璃（或稱“易潔玻璃”）成為當前玻璃行業(yè)的熱門課題。

“易潔玻璃”，通常在商業(yè)上也被形象地稱為“自潔玻璃”，泛指在玻璃表面上涂抹一層特殊的涂料后，使得灰塵或者污濁液體（包括含水，甚至含油的液體）都難以附著在玻璃的表面，或者比較容易地被雨水在自然力作用下沖洗掉，這樣玻璃表面非常容易保持清潔，減少了清潔玻璃表面的麻煩和費用。

近年，易潔技術迅速應用于玻璃行業(yè)，其特點是不沾污、易清潔、綠色環(huán)保，能在雨水自然力的沖洗下就可達到理想的清潔效果，有效延長保潔時間。本文介紹一種成本相對低廉、高耐候、持久疏水的“疏水型易潔玻璃”。

1 疏水型易潔玻璃主要特點

1.1 定義

疏水型易潔玻璃是一種具有高疏水性的玻璃，類似于蓮花效應，使得水無法完全附著在玻璃表面上。這種特性使得水以水滴狀的形態(tài)自然滑落，帶走塵埃，從而實現(xiàn)了玻璃的易潔效果，避免了水漬的積累，與普通玻璃相比，效果更加明顯。

超疏易潔玻璃，包括玻璃基片層、附著力增強層和超疏水功能層，附著力增強層位于玻璃基片層和功能層之間；附著力增強層與玻璃表面以化學鍵結合，膜層厚度20～35 nm，功能層位于附著力增強層上方與附著力增強層以分子間作用力及化學鍵結合，膜層厚度65～85 nm。附著力增強層與玻璃基材界面和功能層界面都具備非常好的相容性及結合力，可給功能層提供持久附著力。功能層膜具有超低表面能，表觀結構為特殊微納米級粗糙結構可起到超疏水狀態(tài)，水滴接觸角可達105°以上，并且可以持久抗灰易潔。

當納米疏水涂層通過化學氣相沉積工藝施工在玻璃表面后，隨著溶劑的揮發(fā)，納米顆粒被自動組裝到玻璃的表面，而疏水基團自動朝著空氣一側展開，在空隙內壁形成如圖1所示三層結構。這種結構，不僅在玻璃與空氣之間設置一層極其致密的硬質“納米水晶膜”，防止氣態(tài)水及污跡與玻璃界面的接觸；并且，朝向外側的有序、密集的疏水基團也進一步賦予了玻璃表面超強的疏水性，防止了水與玻璃表面的接觸。從而實現(xiàn)了對玻璃界面防水、防酸、防堿、防灰及增強表面硬度的高效防護。

圖1 疏水型易潔玻璃結構示意

1.2 作用原理

疏水易潔產品的作用原理是通過表面處理和微納米結構設計，使液滴在表面上形成較大的接觸角和較小的滾動角，從而實現(xiàn)疏水性和易潔性。

疏水易潔產品經過特殊處理，使得表面能量降低，增加了液體與其相互作用的力，使得液滴在表面上形成較大的接觸角。當液滴接觸角超過90°時，液體更傾向于成球狀，不容易附著在表面上。這種疏水性質使得液體在產品表面形成水珠狀，而不是擴展開來。

目前疏水易潔產品的水滴接觸角可達到102°～105°，水滴滾動角可達到18°～25°，通過提供較大的接觸角和較小的滾動角，疏水易潔產品可以快速滾落水滴，將表面的污漬和灰塵隨之帶走。這種特性使得產品表面保持清潔，減少了清潔的頻率和工作量。

2 疏水型易潔玻璃生產工藝流程

超疏易潔玻璃的加工流程有8個主要環(huán)節(jié)，分別為：玻璃基材清洗、玻璃等離子體轟擊、輥涂、UV固化處理、冷卻、超聲波玻璃噴涂、膜層的固化、玻璃冷卻。

（1）玻璃基材清洗

先使用油墨清洗劑除去玻璃表面的油膜，然后通過清洗機進行深層次清洗，清洗的走速控制在2.5～3.2 m/min，清洗機高度根據產品厚度調試：玻璃厚度±0.2 mm。

（2）玻璃等離子體轟擊

清洗后呈現(xiàn)親水狀態(tài)的玻璃表面經過四組等離子體轟擊，使玻璃界面形成超親水狀態(tài)并激發(fā)玻璃表面產生自由基，輥涂輔助層時材料與玻璃表面自由基形成化學鍵。

（3）輥涂

采用濕化學鍍膜方式在玻璃表面輥涂一層納米材料，具體過程如下：首先按照產品工藝要求調試輥涂機輥輪到玻璃界面的高度：-0.5 mm、輥涂機滾輪：320～340 r/min、玻璃在輥涂機腔體傳送過程皮帶走速：12～15 m/min；輥涂機腔體內的進出風調試參數(shù)：進風風速控制在1.9～3.0 m/s，抽風風速：2.2～3.5 m/s。調試完成后，輔助層納米材料會被裝入料桶中，并通過管道輸送至輥輪上。一旦涂料接觸到輥輪，根據預先設定的工藝參數(shù)，涂料將會均勻的注入輥輪中。玻璃傳送至滾輪位置，與輥輪接觸后，涂料會均勻地涂布在玻璃表面上。涂料與玻璃界面初步形成化學鍵，并且依靠其良好的流平性，在玻璃界面上形成均勻的膜層。

（4）UV固化處理

根據玻璃版面調試UV開啟汞燈數(shù)量，每組汞燈數(shù)量12盞，每盞汞燈的功率最大功率12 kW，為了保證材料充分固化，需保證每個區(qū)域的膜面輻射的能量為450～620 mJ。通過UV爐玻璃表面的附著力增強層在紫外線照射后進行聚合交聯(lián)反應形成一定硬度、致密的膜層并在玻璃基材界面形成牢固的化學鍵。

（5）冷卻

UV固化完進入風柵段進行吹風冷卻至30 ℃以下。

（6）超聲波噴涂

采用超聲波噴涂工藝方式在玻璃表面噴涂一層超疏水納米材料，具體過程：首先按照產品工藝要求調試噴槍距離玻璃界面高度：6～7 cm，噴槍的流量：3～6 g/min，噴槍霧化：280～300 kPa，霧化形狀呈現(xiàn)金字塔形狀，玻璃在噴涂腔體傳送過程皮帶走速：2.0～2.5 m/min，防止玻璃背污卷膜走速：2.0～2.5 m/min，噴槍行程根據玻璃寬度進行調試：100～2500 mm，噴槍停頓時間設定：2～5 ms，噴槍組數(shù)確定：4個，調試完成后，將超疏水納米材料放入藥水罐內，并密封罐體。通過加壓，超疏水納米材料會通過藥水管輸送到超聲波噴槍。噴槍內的頂針受到壓力控制后開啟，將超疏水納米材料高度霧化，并以金字塔形狀均勻噴涂在附著力增強層上。超疏水納米材料與附著層結合，形成牢固的化學鍵。

（7）膜層的固化

中空玻璃或者夾層玻璃固化方式是先將固化爐溫度設置在50～60 ℃、固化爐傳動速度為5 m/min，固化爐溫度到達設定溫度之后玻璃進入固化爐內進行低溫固化，固化時間為5～8 min；而單片玻璃固化時，固化爐的溫度設置在250～260 ℃，固化爐傳動速度：2.0～2.5 m/min，固化爐溫度到達設定溫度后玻璃進入固化爐進行高溫固化，固化時間為25～30 min；對于低溫固化的產品需靜置24 h讓其內部聚合物緩慢交聯(lián)聚合形成長鏈聚合物，且在24 h內不可沾水及受到較強外力沖擊破壞膜層。

（8）玻璃冷卻

玻璃固化后進入風機段，風柵高度按照玻璃厚度±10 mm，風機的吹風功率控制在最大功率的40%～60%。

3 疏水型易潔玻璃的性能優(yōu)勢

南玻易潔玻璃性能比對團標（T/ZBH 008—2019易潔玻璃計量標準），見表1。

表1 南玻易潔玻璃性能與團標（T/ZBH 008—2019易潔玻璃計量標準）比對

由表1可以看出，該易潔玻璃耐酸堿、耐劃傷、不易被機械及化學試劑剝離，并可以達到易清潔的效果。

4 結語

超疏易潔玻璃先在玻璃表面施工一層附著力增加層，此層與玻璃界面和超疏水層都具備較好的結合力，然后通過超聲噴涂工藝將超疏納米材料均勻噴涂在附著力增加層，在其表面生長≤15 nm 的隱形納米網狀晶格多層結構。通過化學鍵牢固結合，成為玻璃表面的一部分。納米晶格降低了玻璃表面張力，產生強疏水性，使玻璃像荷葉般拒水防污，“出污泥而不染”，杜絕了水、污漬污液、有機清潔劑與玻璃表面的直接接觸，也無法滲入玻璃內部，有效阻止了腐蝕老化，防磨損劃傷，有效延長了保潔時間和使用壽命。此產品的水滴接觸角可達到150°，水滴滾動角小于5°，解決即使是小水珠也可以自然滑落帶走玻璃表面的灰塵達到易潔功效。

采用在玻璃表面鍍上防靜電的疏水涂層，并在高溫下使得涂層與玻璃表面的活潑羥基進行化學反應而得疏水易潔玻璃，生產工藝流程簡單、效率高、成本低、適合連續(xù)大規(guī)模生產。