超親水透明防霧涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種防霧涂層，特別涉及一種超親水透明防霧涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]玻璃、塑料等透明的材料是人們?nèi)粘５纳畈豢苫蛉钡牟牧?，但是?dāng)其相互隔開(kāi)的兩側(cè)出現(xiàn)一定的溫差，溫度低的表面水分的飽和蒸汽壓低于周圍環(huán)境的蒸汽壓，水汽就在物體表面上聚集形成微小的水珠，這些水珠對(duì)光線形成漫反射，降低這些材料的透光率，給人們帶來(lái)諸多不便。比如眼鏡表面的霧化使人的視界模糊；汽車擋風(fēng)玻璃的霧化給交通事故帶來(lái)大量的隱患；對(duì)于太陽(yáng)能裝置，霧化現(xiàn)象可嚴(yán)重降低對(duì)太陽(yáng)光的利用率；對(duì)于一些光譜儀器，霧化可以影響儀器的精密度。因此這些玻璃、塑料等透明的材料的防霧研宄尤為重要。
[0003]由霧化產(chǎn)生的機(jī)理可以得到防霧技術(shù)和防霧途徑。目前，防霧的途徑主要有兩種:
(I)熱力學(xué)的角度，使水蒸氣霧化產(chǎn)生的小露珠在極短的時(shí)間揮發(fā)為水蒸氣；(2)材料的結(jié)構(gòu)機(jī)理，改變基材表面的化學(xué)成分以及基材的微結(jié)構(gòu)，從而改變材料表面的潤(rùn)濕狀態(tài)。對(duì)于第一種途徑，是采用熱力學(xué)原理，通過(guò)升溫使基材的表面溫度始終高于水汽的露點(diǎn)。在實(shí)際運(yùn)用中，如飛機(jī)、火車的除霜玻璃、平板液晶顯示器、太陽(yáng)能電池、紅外輻射反射鏡就是采用這些原理來(lái)達(dá)到防霧的目的，但存在造價(jià)昂貴，浪費(fèi)能源，并且有一定的使用限制。對(duì)于第二種原理，改變基材表面的潤(rùn)濕性質(zhì)，目前的途徑有兩種:超疏水和超親水。超疏水的機(jī)理是水汽在超疏水的涂層上冷凝，形成的小水珠不能附著在基材上而是形成水滴因自身的重力而滾落達(dá)到防霧的功能(Jeong H-J., Kim D-K., Lee S-B et al.Preparat1nof water-repellent glass by sol—gel process using perfluoroalkysilane andtetraethoxysilane[J].J Colloid Interface.Sc1.2001, 235, 130-134) o 超疏水涂層防霧的功效還令人滿意，但目前沒(méi)有大量推廣主要是由于:超疏水選用低表面能的F、Si聚合物、單體的價(jià)格昂貴、合成工藝繁瑣；其次由于是低表面能與基材的附著力較低，機(jī)械性能差。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外主要集中在超親水的研宄，如涂層表面引入能形成氫鍵的基團(tuán)羧基、氨基、巰基、羥基，或是一些離子基團(tuán):羧酸根、磺酸根、銨基、磷酸根等，當(dāng)引入這些基團(tuán)或是離子時(shí)，涂層的表面達(dá)到超親水的狀態(tài)，水汽冷凝后在基材表面高度鋪展，形成一層均勻的水膜，消除了微小水珠對(duì)光線的漫反射而達(dá)到防霧的目的。目前制備超親水的途徑主要是通過(guò)物理共混、化學(xué)表面修飾、化學(xué)鍵接法。對(duì)于物理共混，主要是將親水的試劑與聚合物通過(guò)物理共混，將親水試劑引入基材表面，方法簡(jiǎn)便易行，但是涂膜清洗時(shí)容易脫落，耐水性差，使用周期短(Plasman V., Caulier T., Boulos N.Polyglycerol esters demonstratesuper1r antifogging properties for films.Plast.Addit.Compd.2005, 7, 30-33);基材表面修飾法，可以提高涂層與基底的結(jié)合力和表面的親水性，但是由于親水基團(tuán)的存在使涂層柔軟，不耐機(jī)械摩擦，而且涂層柔軟，不耐摩擦(Howarter J-A., Youngblood J-P.Self-cleaning and ant1-fog surfaces via stimul1-responsive polymer brushes.Adv.Mater.2007, 19，3838-3843);對(duì)于化學(xué)鍵接法，通過(guò)化學(xué)合成的方式引入親水官能團(tuán)，但由于在涂層中引入親水基團(tuán)，但要考慮涂層的耐水性，可通過(guò)適度交聯(lián)提高涂層的綜合性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種超親水透明防霧涂層的制備方法，本發(fā)明制備的超親水透明防霧涂層不僅可在玻璃、塑料等制品表面施工以達(dá)到防霧的功效，而且透光率高、耐水性好。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種超親水透明防霧涂層的制備方法，它包含以下步驟:
[0006](I)、制備聚氨酯預(yù)聚體:
[0007]將二異氰酸單體、丙烯酸羥酯和有機(jī)溶劑A加入反應(yīng)容器中，其中二異氰酸單體與丙烯酸羥酯的摩爾比為0.7:1-1:1，丙烯酸羥酯與有機(jī)溶劑A的摩爾比為3:7-1:1，然后加入二月桂酸二丁基錫作為催化劑，催化劑的用量為二異氰酸單體質(zhì)量的0.1-1%，將以上的混合物在50-70°C反應(yīng)2-4h，得到聚氨酯預(yù)聚體；
[0008](2)、制備聚山梨酯改性的超親水預(yù)聚體:
[0009]將聚山梨酯用有機(jī)溶劑B溶解并添加到上述制備的聚氨酯預(yù)聚體中，其中，在聚山梨酯與有機(jī)溶劑B的混合溶解液中，聚山梨酯的質(zhì)量濃度為50-80%，聚山梨酯與二異氰酸的單體的摩爾比0.5:1-1:1，將以上混合物在50-70°C反應(yīng)2-4h，得到聚山梨酯改性的超親水預(yù)聚體；
[0010](3)、制備超親水透明抗霧涂層:
[0011]將上述制備的聚山梨酯改性的超親水預(yù)聚體與活性稀釋劑、光引發(fā)劑均勻混合；光引發(fā)劑為聚山梨酯改性的超親水預(yù)聚體質(zhì)量的1_2%，添加適量的活性稀釋劑以保證體系的粘度在25°C下測(cè)試為3000-6000cpS ;混合均勻后涂覆在基材上烘干，經(jīng)紫外線輻射交聯(lián)固化5-lOs，即得到超親水透明抗霧涂層；
[0012]所述有機(jī)溶劑A為酯類或是碳原子數(shù)為3-10的酮、醚、醇、烷烴中的一種；有機(jī)溶劑B為酯類或是碳原子數(shù)為3-10的酮、醚、醇、烷烴中的一種。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)化方案為:所述二異氰酸單體為1，6_己二異氰酸酯(HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、4，4，-二環(huán)己基甲基二異氰酸酯(HMDI)或者苯二亞甲基二異氰酸酯(XDI)中的一種。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)化方案為:所述丙烯酸羥酯為甲基丙烯酸羥甲酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯或者甲基丙烯酸羥丁酯中的一種。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)化方案為:所述聚山梨酯為聚山梨酯20、聚山梨酯40、聚山梨酯60或者聚山梨酯80中的一種。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)化方案為:所述活性稀釋劑為丙烯酸酯類。如單官能團(tuán)和雙官能團(tuán)以及多官能團(tuán)的丙烯酸酯酯類:丙烯酸酯類為丙烯酸異冰片酯、二縮三羥基丙烷四丙烯酸酯、二縮三羥基丙烷四丙烯酸酯或者甲氧基聚乙二醇單丙烯酸中的一種。
[0017]進(jìn)一步優(yōu)化方案為:所述光引發(fā)劑為2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮(I 173)、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮(184)、2_甲基-2-(4-嗎啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]_1_丙酮(907)或者雙甲基氮-對(duì)氧氮環(huán)丁酮(369)中的一種。
[0018]本發(fā)明優(yōu)選乙酸乙酯作為有機(jī)溶劑A與有機(jī)溶劑B。優(yōu)選苯二亞甲基二異氰酸酯(XDI)作為二異氰酸酯單體來(lái)制備聚氨酯預(yù)聚體。優(yōu)選聚山梨酯20作為親水改性劑來(lái)制備超親水預(yù)聚體。優(yōu)選甲基丙烯酸羥乙酯作為丙烯酸羥酯單體來(lái)制備聚氨酯預(yù)聚體。優(yōu)選甲氧基聚乙二醇單丙烯酸作為活性稀釋劑。優(yōu)選1-羥基環(huán)己基苯基甲酮(184)為光引發(fā)劑。
[0019]本發(fā)明制備的超親水透明防霧涂層的制備方法具有如下優(yōu)點(diǎn):采用本發(fā)明所述制備方法制備的超親水透明防霧涂層不僅可在玻璃、塑料等制品表面施工以達(dá)到防霧的功效，而且涂層對(duì)水的接觸角為3°，透光率高達(dá)91 %，硬度為2H，在25°C自來(lái)水中浸泡4天，涂層無(wú)剝落、無(wú)氣泡，耐水性好。
[0020]本發(fā)明以丙烯酸羥酯與而異氰酸酯反應(yīng)形成聚氨酯預(yù)聚體，聚氨酯具有耐磨、較高的附著力、耐一定的化學(xué)腐蝕，而選用世界公認(rèn)安全的乳化劑聚山梨酯進(jìn)行改性形成超親水預(yù)聚體，引入大量的親水基團(tuán)-OH。改性后的預(yù)聚體與活性稀釋劑、光引發(fā)劑均勻混合后，經(jīng)UV(紫外線)輻射固化提高涂層的機(jī)械性能以及耐水性，操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)周期短，可以在玻璃、塑料等制品表面是施工，具有較廣的運(yùn)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0021]下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0022]圖1是本發(fā)明超親水透明防霧涂層的聚山梨酯改性的超親水預(yù)聚體的制備方程式。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0024](一 )【具體實(shí)施方式】如下:
[0025]一種超親水透明防霧涂層的制備方法，它包含以下步驟:
[0026](I)、制備聚氨酯預(yù)聚體:
[0027]將二異氰酸單體、丙烯酸羥酯和有機(jī)溶劑A加入反應(yīng)容器中，其中二異氰酸單體與丙烯酸羥酯的摩爾比為0.7:1-1:1，丙烯酸羥酯與有機(jī)溶劑A的摩爾比為3:7-1:1，然后加入二月桂酸二丁基錫作為催化劑，催化劑的用量為二異氰酸單體質(zhì)量的0.1-1%，將以上的混合物在50-70°C反應(yīng)2-4h，得到聚氨酯預(yù)聚體；
[0028](2)、制備聚山梨酯改性的超親水預(yù)聚體:
[0029]將聚山梨酯用有機(jī)溶劑B溶解并添加到上述制備的聚氨酯預(yù)聚體中，其中，在聚山梨酯與有機(jī)溶劑B的混合溶解液中，聚山梨酯的質(zhì)量濃度為50-80%，聚山梨酯與二異氰酸的單體的摩爾比0.5:1-1:1，將以上混合物在50-70°C反應(yīng)2-4h，得到聚山梨酯改性的超親水預(yù)聚體；
[0030](3)、制備超親水透明抗霧涂層:
[0031]將上述制備的聚山梨酯改性的超親水預(yù)聚體與活性稀釋劑、光引發(fā)劑均勻混合；光引發(fā)劑為聚山梨酯改性的超親水預(yù)聚體質(zhì)量的1_2%，添加適量的活性稀釋劑以保證體系的粘度在25°C下測(cè)試為3000-6000cpS ;混合均勻后涂覆在基材上烘干，經(jīng)紫外線輻射交聯(lián)固化5-lOs，即得到超親水透明抗霧涂層。
[0032]本發(fā)明優(yōu)選乙酸乙酯作為有機(jī)溶劑A與有機(jī)溶劑B。優(yōu)選苯二亞甲基二異氰酸酯(XDI)作為二異氰酸酯單體來(lái)制備聚氨酯預(yù)聚體。優(yōu)選聚山梨酯20作為親水改性劑來(lái)制備超親水預(yù)聚體。優(yōu)選甲基丙烯酸羥乙酯作為丙烯酸羥酯單體來(lái)制備聚氨酯預(yù)聚體。優(yōu)選甲氧基聚乙二醇單丙烯酸作為活性稀釋劑。優(yōu)選1-羥基環(huán)己基苯基甲酮(184)為光引發(fā)劑。
[0033]( 二)實(shí)施例如下:
[0034]實(shí)施例1:一種超親水透明防霧涂層的制備方法，它包含以下步驟:
[0035](I)、制備聚氨酯預(yù)聚體:
[0036]在250ml的四口瓶中，將4，4，- 二環(huán)己基甲基二異氰酸酯單體與甲基丙烯酸羥甲酯混入有機(jī)溶劑乙二醇甲醚當(dāng)中，其中4，4，-二環(huán)己基甲基二異氰酸酯單體與甲基丙烯酸羥甲酯的摩爾比例為0.7:1，然后加入催化劑二月桂酸二丁基錫，二月桂酸二丁基錫的用量為甲基丙烯酸羥甲酯質(zhì)量的0.1%，甲基丙烯酸羥甲酯與有機(jī)溶劑乙二醇甲醚的摩爾比為3:7，將以上的混合物在600C反應(yīng)2h，得