[发明专利]一种防雾涂层及其专用防雾涂料组合物与防雾制品

说明书

技术领域

本发明涉及一种防雾涂层及其专用防雾涂料组合物与防雾制品。

背景技术

生活中有大量与光学相关的物件或材料，例如，汽车玻璃，建筑物的窗玻璃，浴室镜子，仪表仪盘，眼镜，防护眼镜等等。然而，在高湿度或者存在较大温差的地方，这些或透光或反光的光学表面上就会容易形成影响视线的雾。雾给人们的日常生活带来了很多的不便，有时甚至是灾难性的。例如在行驶着汽车的车窗，通常在雨季或者低温的冬季，表面结雾是不可避免的。现在一般的做法是利用空调吹风加热车窗表面，提高水的凝点，从而使车窗表面处于干燥的状态，以此来防止结雾确保能见度。

雾的形成是由于水汽在温差的驱动下于物体表面凝结形成了直径100nm至400nm的水珠。这些水珠因其尺寸可以与可见光的波长发生衍射和干涉，影响到光的传播，从而致使清晰的视觉表面发生模糊。表面结雾无疑给生产和生活带来了很多的不便，因此近年来防雾技术逐步受到人们的重视。防雾的方法目前来讲主要分为电热法和使用防雾功能涂层法。前者效果好，但造价高，且需要以消耗额外的能源为代价，这与当今节能环保的主题有悖。因此，目前更多的工作集中在对功能防雾涂料的开发研究。而对于防雾功能涂层又可分为疏水型和亲水型两种。然而迄今为止疏水型的防雾涂层还停留于概念的阶段，现实之中很难实现，即便可以实现也由于成本太高，工艺太复杂而无法应用于实际生产生活中。亲水型的防雾涂料研究非常之多。从原理上讲可以分为两种：1、表面活性剂法；2、亲水分子涂层。表面活性剂法：可以是表面活性剂直接涂覆或者通过将表面活性剂共混于其它的成膜基质中。成膜基质可以是有机材料也可以是无机材料，其工作原理都是源于表面活性剂分子的“溶出”。由于表面活性剂分子的溶出于冷凝在其表面的水中，从而降低了该水的表面张力(减小了水在表面的接触角)，使水珠更易于在表面铺展形成水膜而非水珠。因无法形成纳米级的小水珠，就不会影响到表面的光学性能。这种方法固然效果很好，可是源于它这种“牺牲”式的方式——不断将表面活性剂分子溶出，注定了这种防雾涂层的效果一定是不持久的，即非永久性的防雾。如果说表面活性剂是通过降低对手——水的表面能，那么亲水分子涂层法则是通过提高自身的表面能来实现表面冷凝水的铺展(水在高表面能表面接触角小，而低表面能表面接触角大)，效果一样也是让水珠转变成水膜，但是这种方法得到的确是一种永久性的防雾功能涂层。所以亲水分子涂层的方法被认为是一种最为实际的方法而受到了最广泛的关注与研究。

亲水分子通常可分为无机亲水分子，有机亲水高分子和有机/无机杂化的亲水分子三类。无机亲水分子可以是二氧化硅或二氧化钛。二氧化硅的亲水性因其表面极性基团硅羟基数量有限，使得其防雾效果非常一般。通过已有的一些专利可以了解到其往往需要配合表面活性剂使用才能得到较好的防雾效果，例如：WO1996018691、US 20050163924、JP2007126672 A、US005997621A、JP2007126672、US005873931A2和US005753373A，但随着表面活性剂分子的流走，其防雾性也逐渐降低。另外，二氧化钛表面在紫外线辐照下可以产生非常活泼的自由基，(US6013372)这些自由基可以将表面的水分子键合到它的表面从而提高表面的表面能，可一旦紫外停止辐照，该表面将逆行回原来较低表面能的状态。所以这种具有较高依赖性的物质在实际应用中也往往难以推广。目前来说，在防雾功能涂层领域研究最多的还是亲水性高分子聚合物。这些聚合物通常都带有一些极性基团，例如羟基、羧基、氨基、酰胺基、磺酸基等等。高分子成膜基质可以分为丙烯酸酯或聚氨酯系列。这类专利有WO 1993023471 A1、US 3700487、US4567221 A、US 3484157、US 6531215 B、EP 770658 B1、JP10212471 A、CN 1265408A、CN1662466A、CN 1472268A、CN 1070219C、CN 101238187A、CN 1098429A、CN1724608A和CN 1158881A等等。另外一类有机/无机杂化的亲水分子防雾涂层也同样有非常多的专利。例如：US4478909 A、EP52427 A1和US3773776等等。