新型玻璃防雾涂料的制备与性能

新型玻璃防雾涂料的制备与性能 刘宣国 楼白杨 摘要：制备了一种新型吸、亲水聚丙烯酸酯树脂防雾涂料。实验结果表明，该涂料具有优良的防雾性能，以及优良的透明性和抗擦伤性。 关键词：防雾涂料；聚丙烯酸酯树脂；防雾性；接触角 引言 结雾是人们生活和工作中经常遇到的问题，其 最简单、有效的解决方法是采用防雾涂料。防雾涂料应具有防雾、耐摩擦和耐水性能。防雾原理及方法有2种：(1)表面吸、亲水化；(2)表面疏水化。目前所采用的亲、吸水性防雾涂料既有小分子防雾剂， 又有各种具有长效防雾效果的高分子涂料。小分子防雾剂时效短，很难长时间保持防雾效果。丙烯酸 酯树脂防雾涂料是目前较为理想的有效减小玻璃材料与水接触角的长效高分子防雾涂料，具有广泛的应用前景。本试验采用丙烯酸树脂共聚物为亲、吸水主体，添加表面活性剂十二烷基苯磺酸钠以改善 涂膜表面的湿润性，制得的涂膜具有优良的防雾性 能和较好的机械性能。 1、实验部分 1.1 聚合物的合成 将装有搅拌器、冷凝管的磨口四颈烧瓶置于水浴中，加入丁酮、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、十二烷基苯磺酸钠和部分引发剂偶氮二异丁腈 (AIBN) ，在氮气的保护下，于 65条件下反应4.5h，反应中加入剩余的引发剂，再加入N、N-亚甲基双丙烯酸铵反应2h后停止反应，保温lh即可。 1.2 防雾膜的制备 将反应所得粘稠液体均匀涂布在洁净的玻璃表面上，使其厚度均匀，中间不得有气泡，在通风处晾干，再移入120的烘箱中烘烤1h，涂膜完全固化后取出，放在干燥的地方待用。 1.3 性能测试 对制得的样片进行防雾性、抗擦伤性以及透明 性的测试。 2、结果与讨论 2.1 聚合单体的选择选用多种单体接枝共聚，主要是综合利用各自的特点，使制得的防雾涂料能满足各方面的要求。 考虑到官能团单体带有一定的COOH、OH ， 能有效提高涂膜的吸、亲水性能、附着力和耐溶剂 性。含有羟烷基的丙烯酸或甲基丙烯酸-羟基酯合成的聚合物因含有亲水性羟基而亲水性更高，但 这些单体通常难以获得，需要自制，不适于大规模生产及应用，同时市场价格很高。试验中选用通用的丙烯酸为吸水单体，也能达到同样的防雾效果。考 虑到对树脂的玻璃化温度、抗张强度、柔韧性和附着力的影响，将软、硬单体匹配使用。丙烯酸丁酯为软单体，可以提高附着力和柔韧性；甲基丙烯酸甲酯为硬单体，可以提高涂膜的硬度、耐水性和拉 伸强度。 2.2 单体用量对树脂性能的影响 2.2.1 丙烯酸用量的影响 改变亲水官能单体丙烯酸的用量，其它配比不变，合成一系列丙烯酸树脂，观察功能单体含量对树脂防雾性、接触角和附着力的影响，结果如表1所示。 表l 丙烯酸用量对树脂性能的影响从表1中可见，丙烯酸含量越高，固化成膜防雾性能越好，但附着力略有下降。因为随着丙烯酸的加入，强极性的羧基含量提高，可提高树脂的亲水性。所以从附着力和防雾性平衡的角度考虑，丙烯酸用量应以单体总量的20左右为宜。 2.2.2 软硬组分比例的影响 改变软单体甲基丙烯酸甲酯和硬单体丙烯酸丁酯的配比，合成一组丙烯酸树脂。软硬单体配比与防雾膜性能的关系如表 2 所示。 表2 软硬单体配比对防雾膜性能的影响从表2中可以看出，不同配比的树脂产物玻璃 化温度差别较大，软硬组分比值越大，玻璃化温度越低；软硬组分比值越小，玻璃化温度越高。软硬单体配比为7：3时，树脂的玻璃化温度仅20左右，室温下易发粘，性能不好。软硬单体配比为4：6时，树脂玻璃化温度大于40 ，硬度大，涂膜比较脆，附着力不好。软硬单体配比为6：4时，树脂玻璃化温度为35左右，附着力也较好，硬度适中，故软硬单体配比以6：4为宜。 2.3 引发剂的影响 引发剂影响树脂的相对分子质量及转化率，最 终影响到涂膜的性能。 2.3.1 引发剂种类的影响 常用的引发剂有过氧化物类和偶氮类。过氧化物不稳定，遇热、还原剂、强碱 ( 或强酸 ) 和金属杂质会加速分解，产生暴聚等现象。偶氮二异丁腈因分解时只形成一种自由基而无其它副作用，且比较稳定，引发剂采用偶氮二异丁腈为宜。 2.3.2 引发剂用量的影响 引发剂用量过少，树脂相对分子质量大，反应时间长，粘度大；引发剂用量过多，引发剂分解速度就 太快，产生自由基聚合，导致聚合物相对分子质量降低或转化率不高，反应易暴聚，引发剂与转化率的关系见图 1 。要保持反应体系中有恒定的引发剂摩尔 浓度，并且在加完单体后再补加1416的引发剂。引发剂的用量一般选择单体总量的0.24 ，在该试验中采用分批量加入引发剂，可以得 到较高的转化率，同时树脂具有适当的粘度和相对分子质量，能有效满足涂布工艺要求，同时又能达到较好的防雾效果。 图l 引发剂用量与转化率的关系2.4 反应时间与反应温度的影响 自由基反应对温度的变化很敏感，聚合反应的温度越高，引发剂分解的速度越快，聚合速度也越 快，但是聚合物的相对分子质量降低，树脂易变黄，同时反应时易暴聚1 。反之，聚合度大，反应时间延长。同时聚合温度的选择还需要考虑引发剂的半衰期和溶剂的沸点。聚合反应的最低温度必须保持在引发剂分解诱发温度之上，以保证游离基的不断供 给及反应的连续进行，否则会发生“停聚”现象，导致整个聚合反应失败。综合几方面的因素，引发剂用量为0.2，反应温度65 ，反应时间为68h 。 3、涂膜的性能指标 3.1 机械性能 涂膜的机械性能指标见表 3 。 表 3 涂膜的性能指标3.2 防雾性能 根据文献报道，固体表面与水的接触角在 10cm10cm以下时，一般情况下，可以认为固体表面不结雾。把面积为10cm10cm 的平板玻璃洗净烘干，一半均匀涂上透明涂料，一半不涂涂料，晾干，置于120烤箱中烘烤1h。 用-82型接触角测定仪(承德试验机厂)测量涂有防雾涂料的样品与空白样品对水(自制去离子水)的接触角。试验结果表明：20d以后，施涂防雾 涂料的样片表面与水的接触角仍保持在l0。以下，具有很好的亲水性，而空白样片不能长期保持高度的亲水性。 3.3 透明性 将涂有防雾涂料的玻璃样板与没涂防雾涂料的样板进行对比，涂布防雾涂料的玻璃样板透明性没 有明显的下降。 4、结语 采用溶液聚合方法合成吸、亲水共聚物丙烯酸酯，通过改变单体的配比，得到防雾性能优良的树脂，官能团、交联剂和表面活性剂的加入改善了涂膜的透明性、防雾性及耐磨性。 通过多种单体的共聚制得的丙烯酸酯树脂防雾 涂料柔韧性、耐擦伤性好，克服了丙烯酸涂料的脆 性，提高了附着力，同时具备丙烯酸涂料的优点，各 项性能均有不同程度的改善，大大提高了防雾涂料的应用范围和适用价值。 本方案选用丁酮为溶剂，也尝试选用乙酸乙酯-二甲苯的混合溶剂，其毒性小，在溶剂挥发的同时保证了良好的溶解力，干燥时，不需要加入其它任何助剂，表干时间快，溶剂挥发后双键氧化聚合，大大缩短了干燥时间，固化后涂膜丰满度高、耐化学品性好，不失为一种理想的溶剂。 好瑞佳超亲水自洁剂与水的接触角为10度以下，水与纳米二氧化钛薄膜超强亲和，超强亲和力远大于一般灰尘和污垢与玻璃的亲和力，从而，形成非常均一，均匀的水膜将玻璃表面灰尘，污垢浮起，并随着重力水膜很快滑落玻璃，同时，带走玻璃表面灰尘和大部份污垢，玻璃表面不留水痕，玻璃表面洁净如新，自清洁能力超强。 目前市场上一般采用CVD（化学气相沉积）方式制作的自清洁玻璃，接触角为20度左右，亲水性一般，携带灰尘和污垢的能力较弱，自清洁能力弱。 据专家介绍，由于疏水产品一般亲油，现有大气尘埃中含有相当的类有机物，在夏天及玻璃化温度低的弹性涂层上较易粘灰，且不易去除；而玻璃自洁涂料中含有一种具有光催化活性的纳米材料，它能吸收一定波长的光，产生自由电子和空穴，使涂料膜表面吸咐的污染物发生氧化还原分解而除去并杀死表面微菌，达到自洁的目的，已有研究表明空气中有机物和氮化物等有害污染分子的除去，一般的室内光线就可以启动的自洁功能；而玻璃自洁涂料膜的超亲水性要归结于表面双亲区域的形成，当光照射在涂料膜表面，表面涂料膜中的桥氧键吸收能量发生断裂形成氧的空缺和低价金属离子，后者离解空缺周围的化学吸咐水而形成亲水区域，其它的表面区域则保持疏水状态，而水滴总大于(几个数量级)这些亲水区或疏水区，因此，水滴在经过一定时间光照后的膜表面会完全铺展开来，这种情况类似于二维毛细管现象。所以，从微观来说，膜表面存在亲水区和疏水区，而宏观上表现出超亲水性。 好瑞佳自洁玻璃（涂料），其特点如下： 1. 好瑞佳自洁玻璃（涂料）自清洁效果非凡在下雨,流水的情况下就能使污染物脱落； 2. 好瑞佳自洁玻璃（涂料）防静电效果出色由日本公司提供的纳米防静电材料，表面抵抗值 ，防灰尘效果出色； 3. 好瑞佳自洁玻璃（涂料）无需保养无机氧化硅涂层能长期保持美观,长期发挥自清洁作用； 4. 好瑞佳自洁玻璃（涂料）对环境有利只需雨水冲洗无需任何清洁剂； 5. 好瑞佳