CN102260482A - 一种高分子型光学镜片防雾剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料化学领域，主要提供一种高分子型光学镜片防雾剂及其制备方法。本发明的技术方案为：先用1-2质量份的仲辛基酚聚氧乙烯醚无色透明液体，缩写为TX-10、8-12质量份的异丙醇、28-32质量份的无水乙醇和45-50质量份的双蒸水，混合组成100mL基础液；然后称取2-6份十二烷基苯磺酸钠白色固体粉末，缩写为SDBS，加入约100质量份的双蒸水，配制浓度为4.0％的水溶液作为添加剂，与基础液按照1∶1体积比(100mL∶100mL)混合均匀即得防雾剂。

Description

一种高分子型光学镜片防雾剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料化学领域，主要涉及一种高分子型光学镜片防雾剂及其制备方法。

背景技术

在使用玻璃和透明塑料时，如果其两侧存在一定的温差，空气中的水汽就会在其表面凝聚成小水滴而结雾，小水滴的曲率半径不同，对光产生的漫反射也不同，显著降低了透明材料的透光率、影响视线，带来诸多不便，甚至引起重大的损失。如果能用防雾剂来解决雾化问题，使镜片基材(玻璃或透明塑料)表面得到改性、修饰，从而获得良好的防雾效果，将带来巨大的经济效益。

防雾途径按原理来分主要有三种：①使玻璃表面亲水：降低玻璃表面对水的接触角，使凝聚在表面的小水滴不形成微小的水珠而是在表面铺展开而薄膜化，减少光线的漫射，从而保证了材料的透明度。玻璃表面的亲水化，主要是通过涂覆各种表面活性剂、掺入表面活性剂的树脂、亲水高分子或形成磷酸盐亲水层实现。②使玻璃表面疏水：提高玻璃表面与水之间的接触角，使水滴在重力的作用下滑落。这类方法主要是在玻璃表面涂覆有机硅类或含氟材料。③使玻璃表面温度高于露点：目前已有汽车挡风玻璃上增加发热装置来防雾的专利报道。

当前，国内外都在积极探索研发防雾剂的新产品，各种不同的方法和原理都有各自的优点和利弊。理想的防雾剂应具备成本低、防雾效果好、防雾时间长的特点，且使用方便，对镜片无腐蚀，对人体无害。因此，研制高效实用的防雾剂新产品并推广使用，是目前防雾研究的重点。国外在20世纪60年代就已掌握了一些简单的防雾技术，尤其日本在这方面处于领先地位。国内于80年代开始防雾方面的研究，目前已有一些专利报道，包括防雾剂、防雾巾及汽车电热防雾玻璃等，其中以表面活性剂类防雾剂的报道居多。表面活性剂类防雾剂主要由表面活性剂、溶剂、润湿剂、分散剂等组成。此类防雾剂配制简单，但由于玻璃表面凝结水分，表面活性剂易流失，故防雾持久性差，一般防雾持续时间为2～7天。亲水性高分子膜(涂层)是由含有大量亲水性基团(-OH、-COOH、-NH₂等)的聚合物制备的，具有亲水、吸水性质。常用的成膜物有聚丙烯酸酯、有机聚硅氧烷、聚氧乙烯多元醇类、纤维素酯、氨基树脂、不饱和聚酯、聚脲烷等。高分子材料来源丰富，种类繁多，性能良好，成型简便，成本低廉，正成为防雾膜的主要组分，其防雾效果好、效力长、机械性能好、较为耐磨擦、耐溶剂。

目前，制备高分子型防雾剂的常用方法基本上是基础液+添加剂的方式。基础液由高分子表面活性剂作为主剂，其他是辅剂，配制好基础液后，将基础液与添加剂按照一定比例混合，即得到防雾剂。制备防雾剂的高分子表面活性剂应该符合以下要求：①高分子表面活性剂的HLB值应该在10～18；②所选择的高分子表面活性剂可以与一些小分子表面活性剂进行复配；③高分子表面活性剂溶液必须是透明的，而且涂在玻璃上不影响玻璃的透光性。常用于配制防雾剂的高分子表面活性剂有4种类型：阴离子型、阳离子型、两性离子型、非离子型。

本发明采用的制备方法亦为基础液+添加剂，采用的高分子成膜剂为仲辛基酚聚氧乙烯醚(TX-10)。TX-10属于非离子型聚合物，是一种通用有机试剂，可溶于各种硬度水，扩散力强，耐酸碱，成本低。本发明采用第一种途径进行防雾，即改变玻璃表面的亲水性，小分子表面活性剂与亲水性高分子复合，在玻璃表面形成防雾效果好、耐磨擦、无腐蚀的透明薄膜，大大延长了防雾时间。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服多数防雾剂的不足，提供一种防雾效果理想、功能持久的高分子型光学镜片防雾剂。

本发明中一种高分子型光学镜片防雾剂，其组成如下：

仲辛基酚聚氧乙烯醚，缩写为TX-10        1-2份；

异丙醇                                 8-12份；

无水乙醇                               28-32份；

双蒸水                                 145-155份；

十二烷基苯磺酸钠，缩写为SDBS           2-6份；

以上份数均为各物质的质量份。

其中优选配方配比为：

仲辛基酚聚氧乙烯醚，缩写为TX-10        1.54份；

异丙醇                                 10份；

无水乙醇                               30份；

双蒸水                                 148份；

十二烷基苯磺酸钠，缩写为SDBS           4份；

以上份数均为各物质的质量份。

本发明中本发明中一种高分子型光学镜片防雾剂，该防雾剂的粒径范围在106.8～215.0nm。[(145.0±15.6)nm是均数，见步骤2(1)部分]。

制备本发明所述一种高分子型光学镜片防雾剂的具体方案为：先用1-2质量份的仲辛基酚聚氧乙烯醚无色透明液体缩写为TX-10、8-12质量份的异丙醇、28-32质量份的无水乙醇和45-50质量份的双蒸水，混合组成100mL基础液；然后称取2-6份十二烷基苯磺酸钠白色固体粉末缩写为SDBS，加入约100质量份的双蒸水，配制浓度为4.0％的水溶液作为添加剂，与基础液按照1∶1体积比(100mL∶100mL)混合均匀即得防雾剂。

本发明与现有技术相比具有下列特点：

1、首次将仲辛基酚聚氧乙烯醚(TX-10)用于制备防雾剂，经过优选的TX-10符合上述作为防雾剂的高分子表面活性剂的所有条件(HLB值：12～13)，TX-10是配方主剂，其余为辅剂。

2、制备简易，反应迅速，在不影响光学镜片的透光性的情况下，防雾时间更长，并有防霜效果，适合常温和低温下使用；由于其酸碱度适中(pH＝7.0～8.0)，对基材没有腐蚀作用，经过安全性评价，证实对人体无害。

附图说明

图1是防雾剂的粒径分布情况：显示粒径分布约(145.0±15.6)nm。

图2是防雾膜的扫描电子显微镜照片；其中，图2-a是防雾剂涂片的扫描电子显微镜图像(SEM×2000)；图2-b，空白玻片的扫描电子显微镜图像(SEM，×2000)；图2-c是小分子表面活性剂涂片的扫描电子显微镜图像(SEM，×2000)。

图3是防雾剂涂片与空白玻片的透光率比较。

图4是不同配方防雾剂的防雾时间比较。

具体实施方式

实施例1

配方筛选：

透光率(transmittancy，T)和防雾时间(antifogging time，AT)是评价高分子防雾膜质量的重要指标，影响的因素较多，选取对评价指标影响较大的4个主要因素，每个因素取3个水平，见表1，按L₉(3⁴)安排正交试验，为减少试验误差，每组试验随机进行3次，取平均值分析，并对最佳处方进行质量鉴定。

表1水平-因素指标

注：A-仲辛基酚聚氧乙烯醚(TX-10)浓度(％)；B-十二烷基苯磺酸钠(SDBS)：异丙醇(wt.％)；C-异丙醇：乙醇(wt.％)；D-水的百分含量(wt.％)。

表2正交试验的分析结果

表3透光率(％)方差分析表

表4防雾时间(d)方差分析表

处方筛选结果表明，最佳处方为A₂B₂C₃D₁，见表2。

通过正交试验和试验观察得到最佳防雾剂配方为见表3。优化处方经三批试验，结果稳定。

表5防雾剂最佳配方

注：添加剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)

实施例2

高分子型光学镜片防雾膜的制备

试剂与材料：

仲辛基酚聚氧乙烯醚(TX-10)     国药集团

十二烷基苯磺酸钠(SDBS)        国药集团

异丙醇                        国药集团

乙醇                          国药集团

步骤1：高分子防雾剂的制备

本防雾剂是由基础溶液和添加剂按一定比例混合而成的。先用1.5质量份的仲辛基酚聚氧乙烯醚无色透明液体，缩写为TX-10、10质量份的异丙醇、30质量份的无水乙醇和48质量份的双蒸水，混合组成100mL基础液；然后称取2-6份十二烷基苯磺酸钠白色固体粉末，缩写为SDBS，加入约100质量份的双蒸水，配制浓度为4.0％的水溶液作为添加剂，与基础液按照1∶1体积比(100mL∶100mL)混合均匀即得防雾剂。

溶液的pH为7.0～8.0，处于中性，对玻璃无腐蚀作用。采用玻棒刮涂法将防雾剂涂于普通玻璃片表面(10cm×4cm)。

步骤2：高分子防雾剂的物性分析：

(1)激光粒度分析仪：取1mL高分子防雾剂以双蒸水稀释10倍，在激光粒度分析仪下测粒径大小为(145.0±15.6)nm，如图1所示。

(2)扫描电子显微镜：将一面涂有本防雾剂的玻片(5mm×5mm)自然晾干后，对表面进行喷金处理，然后在扫描电镜下进行扫描，结果表明，涂有本防雾剂的玻片表面形成了均匀的薄膜，而涂有小分子表面活性剂的玻片则无薄膜形成，与空白玻片相当如图2-a、b、c所示。

(3)分光光度计测透光率：将防雾剂涂于玻片(5cm×1cm)上，置于UV-2000型分光光度计的光路中，在可见光范围(波长为400nm～750nm)测量透光率，结果显示，防雾剂涂片与空白玻片的透光率十分接近，说明本防雾剂对玻璃的透光性影响很小，如图3所示。

(4)防雾时间测定：在洁净玻片(10cm×4cm)的单面涂防雾剂，晾干。将水加热至50℃，使涂有防雾剂那面正对水面，距离约10cm，每次与水蒸气接触的时间为5min，然后自然晾干。用约有10％的玻璃表面出现雾化前的“反复次数”来进行判断。1天早晚两次干湿交替，两次计为一个周期即防雾时间计为1d。如表2，正交试验的分析结果显示，对9种配方的防雾时间进行比较，得到防雾时间较长的配方(图4)。其中配方5和配方8的防雾时间明显大于其他配方。参考主要观察指标——透光率T(％)，配方5略优于配方8(配方8的透光率太低：72.35％)，配方5为最佳配方(表2：A₂B₂C₃D₁)，然后通过试验观察，对配方5进行改进得到最佳配方如表6。

(5)低温防霜试验：在洁净玻片的两面涂防雾剂，自然晾干后放入冰箱中，分别在-5℃、-20℃时保持30min，观察玻璃表面是否有结霜现象。取出放在室温下，观察玻璃表面变化。如果玻片表面无结霜现象，说明本防雾剂具有防霜性能。见表6。

表6低温防霜试验结果

注：^*即4.00％的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)

步骤3：安全性评价：

(1)皮肤刺激性试验

选择SD大鼠12只，体重120g左右，雌雄各半，禁食16h，不禁水。左侧和右侧背部皮肤作为药物试验组和空白对照组。药物试验组用防雾剂浸提液0.1mL涂于大鼠背部左侧皮肤，对照组用双蒸水涂抹右侧皮肤。定期观察皮肤表面出现的现象，观察是否出现红肿、充血、渗出、变性或坏死等局部反应。结果表明，本防雾剂对动物皮肤无刺激性。

(2)皮肤致敏试验

12只大鼠分成两组，分别隔日腹腔注射0.5mL的浸提液(激发抗原)和生理盐水0.5mL，隔日1次，连续3次。末次致敏后10～14d左右采血，2000r/min离心10min，分离血清，-20℃保存，将上述血清稀释成1∶2、1∶4、1∶8、1∶16、1∶32备用。

在大鼠背部预先脱毛3×4cm²的皮内注射各对应组的抗血清0.1mL，进行被动致敏。被动致敏24h后，各组静脉注射与致敏剂量相同的激发抗原加等量的0.5～1％染料共1mL，进行激发。30min后处死各组动物，剪取背部皮肤，测量皮肤内层的斑点大小，直径大于5mm者判定为阳性。不规则斑点的直径为长径与短径之和的一半。

结果显示，所有大鼠在连续3次隔日腹腔注射浸提液后，均没有出现异常呼吸和活动。在2周后，将老鼠脱毛后，皮内注射抗原和染料，未见明显的红斑及其他过敏反应，在被动致敏24h后，在注射激发抗原的大鼠中有1只出现了呼吸急促，并有喷嚏和快速甩头现象，30min后处死两组动物，剪取背部皮肤，测量皮肤内层的斑点大小，观察注射部位皮肤，无红斑、硬结形成。

参考文献

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Claims (3)

1.一种高分子型光学镜片防雾剂，其特征在于，组成如下：

仲辛基酚聚氧乙烯醚，缩写为TX-10     1-2份；

异丙醇                              8-12份；

无水乙醇                            28-32份；

双蒸水                              145-155份；

十二烷基苯磺酸钠，缩写为SDBS        2-6份；

以上份数均为各物质的质量份。

2.根据权利要求1所述的一种高分子型光学镜片防雾剂，其特征在于，组成如下：

仲辛基酚聚氧乙烯醚，缩写为TX-10         1.54份；

异丙醇                                  10份；

无水乙醇                                30份；

双蒸水                                  148份；

十二烷基苯磺酸钠，缩写为SDBS            4份；

以上份数均为各物质的质量份。

3.根据权利要求1所述一种高分子型光学镜片防雾剂，其特征在于，该防雾剂的粒径范围在106.8～215.0nm。

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