超亲水透明防雾涂层的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种防雾涂层，特别涉及一种超亲水透明防雾涂层的制备方法。
【背景技术】
[0002]玻璃、塑料等透明的材料是人们日常的生活不可或缺的材料，但是当其相互隔开的两侧出现一定的温差，温度低的表面水分的饱和蒸汽压低于周围环境的蒸汽压，水汽就在物体表面上聚集形成微小的水珠，这些水珠对光线形成漫反射，降低这些材料的透光率，给人们带来诸多不便。比如眼镜表面的雾化使人的视界模糊；汽车挡风玻璃的雾化给交通事故带来大量的隐患；对于太阳能装置，雾化现象可严重降低对太阳光的利用率；对于一些光谱仪器，雾化可以影响仪器的精密度。因此这些玻璃、塑料等透明的材料的防雾研宄尤为重要。
[0003]由雾化产生的机理可以得到防雾技术和防雾途径。目前，防雾的途径主要有两种:
(I)热力学的角度，使水蒸气雾化产生的小露珠在极短的时间挥发为水蒸气；(2)材料的结构机理，改变基材表面的化学成分以及基材的微结构，从而改变材料表面的润湿状态。对于第一种途径，是采用热力学原理，通过升温使基材的表面温度始终高于水汽的露点。在实际运用中，如飞机、火车的除霜玻璃、平板液晶显示器、太阳能电池、红外辐射反射镜就是采用这些原理来达到防雾的目的，但存在造价昂贵，浪费能源，并且有一定的使用限制。对于第二种原理，改变基材表面的润湿性质，目前的途径有两种:超疏水和超亲水。超疏水的机理是水汽在超疏水的涂层上冷凝，形成的小水珠不能附着在基材上而是形成水滴因自身的重力而滚落达到防雾的功能(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 超疏水涂层防雾的功效还令人满意，但目前没有大量推广主要是由于:超疏水选用低表面能的F、Si聚合物、单体的价格昂贵、合成工艺繁琐；其次由于是低表面能与基材的附着力较低，机械性能差。现在国内外主要集中在超亲水的研宄，如涂层表面引入能形成氢键的基团羧基、氨基、巯基、羟基，或是一些离子基团:羧酸根、磺酸根、铵基、磷酸根等，当引入这些基团或是离子时，涂层的表面达到超亲水的状态，水汽冷凝后在基材表面高度铺展，形成一层均匀的水膜，消除了微小水珠对光线的漫反射而达到防雾的目的。目前制备超亲水的途径主要是通过物理共混、化学表面修饰、化学键接法。对于物理共混，主要是将亲水的试剂与聚合物通过物理共混，将亲水试剂引入基材表面，方法简便易行，但是涂膜清洗时容易脱落，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);基材表面修饰法，可以提高涂层与基底的结合力和表面的亲水性，但是由于亲水基团的存在使涂层柔软，不耐机械摩擦，而且涂层柔软，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);对于化学键接法，通过化学合成的方式引入亲水官能团，但由于在涂层中引入亲水基团，但要考虑涂层的耐水性，可通过适度交联提高涂层的综合性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种超亲水透明防雾涂层的制备方法，本发明制备的超亲水透明防雾涂层不仅可在玻璃、塑料等制品表面施工以达到防雾的功效，而且透光率高、耐水性好。
[0005]本发明是这样实现的:一种超亲水透明防雾涂层的制备方法，它包含以下步骤:
[0006](I)、制备聚氨酯预聚体:
[0007]将二异氰酸单体、丙烯酸羟酯和有机溶剂A加入反应容器中，其中二异氰酸单体与丙烯酸羟酯的摩尔比为0.7:1-1:1，丙烯酸羟酯与有机溶剂A的摩尔比为3:7-1:1，然后加入二月桂酸二丁基锡作为催化剂，催化剂的用量为二异氰酸单体质量的0.1-1%，将以上的混合物在50-70°C反应2-4h，得到聚氨酯预聚体；
[0008](2)、制备聚山梨酯改性的超亲水预聚体:
[0009]将聚山梨酯用有机溶剂B溶解并添加到上述制备的聚氨酯预聚体中，其中，在聚山梨酯与有机溶剂B的混合溶解液中，聚山梨酯的质量浓度为50-80%，聚山梨酯与二异氰酸的单体的摩尔比0.5:1-1:1，将以上混合物在50-70°C反应2-4h，得到聚山梨酯改性的超亲水预聚体；
[0010](3)、制备超亲水透明抗雾涂层:
[0011]将上述制备的聚山梨酯改性的超亲水预聚体与活性稀释剂、光引发剂均匀混合；光引发剂为聚山梨酯改性的超亲水预聚体质量的1_2%，添加适量的活性稀释剂以保证体系的粘度在25°C下测试为3000-6000cpS ;混合均匀后涂覆在基材上烘干，经紫外线辐射交联固化5-lOs，即得到超亲水透明抗雾涂层；
[0012]所述有机溶剂A为酯类或是碳原子数为3-10的酮、醚、醇、烷烃中的一种；有机溶剂B为酯类或是碳原子数为3-10的酮、醚、醇、烷烃中的一种。
[0013]进一步优化方案为:所述二异氰酸单体为1，6_己二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4，4，-二环己基甲基二异氰酸酯(HMDI)或者苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)中的一种。
[0014]进一步优化方案为:所述丙烯酸羟酯为甲基丙烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯或者甲基丙烯酸羟丁酯中的一种。
[0015]进一步优化方案为:所述聚山梨酯为聚山梨酯20、聚山梨酯40、聚山梨酯60或者聚山梨酯80中的一种。
[0016]进一步优化方案为:所述活性稀释剂为丙烯酸酯类。如单官能团和双官能团以及多官能团的丙烯酸酯酯类:丙烯酸酯类为丙烯酸异冰片酯、二缩三羟基丙烷四丙烯酸酯、二缩三羟基丙烷四丙烯酸酯或者甲氧基聚乙二醇单丙烯酸中的一种。
[0017]进一步优化方案为:所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(I 173)、1-羟基环己基苯基甲酮(184)、2_甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]_1_丙酮(907)或者双甲基氮-对氧氮环丁酮(369)中的一种。
[0018]本发明优选乙酸乙酯作为有机溶剂A与有机溶剂B。优选苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)作为二异氰酸酯单体来制备聚氨酯预聚体。优选聚山梨酯20作为亲水改性剂来制备超亲水预聚体。优选甲基丙烯酸羟乙酯作为丙烯酸羟酯单体来制备聚氨酯预聚体。优选甲氧基聚乙二醇单丙烯酸作为活性稀释剂。优选1-羟基环己基苯基甲酮(184)为光引发剂。
[0019]本发明制备的超亲水透明防雾涂层的制备方法具有如下优点:采用本发明所述制备方法制备的超亲水透明防雾涂层不仅可在玻璃、塑料等制品表面施工以达到防雾的功效，而且涂层对水的接触角为3°，透光率高达91 %，硬度为2H，在25°C自来水中浸泡4天，涂层无剥落、无气泡，耐水性好。
[0020]本发明以丙烯酸羟酯与而异氰酸酯反应形成聚氨酯预聚体，聚氨酯具有耐磨、较高的附着力、耐一定的化学腐蚀，而选用世界公认安全的乳化剂聚山梨酯进行改性形成超亲水预聚体，引入大量的亲水基团-OH。改性后的预聚体与活性稀释剂、光引发剂均匀混合后，经UV(紫外线)辐射固化提高涂层的机械性能以及耐水性，操作简便，生产周期短，可以在玻璃、塑料等制品表面是施工，具有较广的运用前景。
【附图说明】
[0021]下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0022]图1是本发明超亲水透明防雾涂层的聚山梨酯改性的超亲水预聚体的制备方程式。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体实施例来对本发明进行详细的说明。
[0024](一 )【具体实施方式】如下:
[0025]一种超亲水透明防雾涂层的制备方法，它包含以下步骤:
[0026](I)、制备聚氨酯预聚体:
[0027]将二异氰酸单体、丙烯酸羟酯和有机溶剂A加入反应容器中，其中二异氰酸单体与丙烯酸羟酯的摩尔比为0.7:1-1:1，丙烯酸羟酯与有机溶剂A的摩尔比为3:7-1:1，然后加入二月桂酸二丁基锡作为催化剂，催化剂的用量为二异氰酸单体质量的0.1-1%，将以上的混合物在50-70°C反应2-4h，得到聚氨酯预聚体；
[0028](2)、制备聚山梨酯改性的超亲水预聚体:
[0029]将聚山梨酯用有机溶剂B溶解并添加到上述制备的聚氨酯预聚体中，其中，在聚山梨酯与有机溶剂B的混合溶解液中，聚山梨酯的质量浓度为50-80%，聚山梨酯与二异氰酸的单体的摩尔比0.5:1-1:1，将以上混合物在50-70°C反应2-4h，得到聚山梨酯改性的超亲水预聚体；
[0030](3)、制备超亲水透明抗雾涂层:
[0031]将上述制备的聚山梨酯改性的超亲水预聚体与活性稀释剂、光引发剂均匀混合；光引发剂为聚山梨酯改性的超亲水预聚体质量的1_2%，添加适量的活性稀释剂以保证体系的粘度在25°C下测试为3000-6000cpS ;混合均匀后涂覆在基材上烘干，经紫外线辐射交联固化5-lOs，即得到超亲水透明抗雾涂层。
[0032]本发明优选乙酸乙酯作为有机溶剂A与有机溶剂B。优选苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)作为二异氰酸酯单体来制备聚氨酯预聚体。优选聚山梨酯20作为亲水改性剂来制备超亲水预聚体。优选甲基丙烯酸羟乙酯作为丙烯酸羟酯单体来制备聚氨酯预聚体。优选甲氧基聚乙二醇单丙烯酸作为活性稀释剂。优选1-羟基环己基苯基甲酮(184)为光引发剂。
[0033]( 二)实施例如下:
[0034]实施例1:一种超亲水透明防雾涂层的制备方法，它包含以下步骤:
[0035](I)、制备聚氨酯预聚体:
[0036]在250ml的四口瓶中，将4，4，- 二环己基甲基二异氰酸酯单体与甲基丙烯酸羟甲酯混入有机溶剂乙二醇甲醚当中，其中4，4，-二环己基甲基二异氰酸酯单体与甲基丙烯酸羟甲酯的摩尔比例为0.7:1，然后加入催化剂二月桂酸二丁基锡，二月桂酸二丁基锡的用量为甲基丙烯酸羟甲酯质量的0.1%，甲基丙烯酸羟甲酯与有机溶剂乙二醇甲醚的摩尔比为3:7，将以上的混合物在600C反应2h，得