CN108516696A - 一种高强度防雾玻璃的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度防雾玻璃的制备方法，属于功能材料制备技术领域。本发明首先以甘油、硝酸钾、硫酸铵等混合制得培养液，将红平红球菌引入培养液中制得海藻糖脂，然后以氧化铈为原料制得纳米氧化铈材料，最后将海藻糖脂、纳米氧化铈、硅烷偶联剂混合制得防雾涂料，将防雾涂料涂抹于玻璃上制得高强度防雾玻璃，海藻糖酯对酸碱都具有很好的耐受性，同时具有很低的表面能，降低对光线传播的影响，氧化铈比表面积增大，能够有效吸收紫外线和具有自清洁的能力，同时能够很好的分散于有机硅烷中，提高了防雾层对玻璃的粘性，同时金属氧化物与有机硅烷具有良好的力学性质和耐化学腐蚀性能，内部空间结构致密稳定，具有广阔的应用前景。

Description

一种高强度防雾玻璃的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度防雾玻璃的制备方法，属于功能材料制备技术领域。
背景技术
在秋冬季或者湿度大的区域，由于温差或湿度较大的原因会导致汽车玻璃、眼镜、玻璃窗户等表面产生雾气，极大的影响视线或光线照射。汽车玻璃表面的雾气会迫使驾驶员不断去擦拭玻璃，容易导致交通事故的发生，眼镜、玻璃窗户表面的水雾或液滴对人们的生活工作和生产带来不便。
玻璃表面结雾，大大影响了光的透射。其原因是小水滴凝结在玻璃表面就形成了许多球状的微小水滴，而每一小水滴都起着透镜的作用，将光线向着各个方向散射或不规则地反射，从而使外来光线不能直接透过。因此外部的物像便产生了一个不能看清的模糊影像，并且水滴的曲率越大，光的散射和不规则反射越明显。
目前汽车玻璃防止玻璃起雾的方法通常有开空调或热风驱雾、手工擦拭、镀导电膜加热除雾以及使用防雾剂。这些方法如开空调、加热除雾既耗费大量的能源又增加了尾气排放；手工擦拭或者使用防雾剂则防雾时效短、防雾效果差，且不耐擦拭，需要经常反复使用；镀导电膜则成本昂贵，维修不便。
防雾玻璃分为涂层防雾玻璃、电热防雾玻璃和纳米复合防雾。涂层防雾玻璃：通过涂层微孔阻止雾层的形式，防雾涂层一般富含导电材料ITO和氧化硅，可于镜面和玻璃做封孔处理，形成一种超亲水防静电抗菌剂，具有出色的防污、防雾、防静电效果。电热防雾玻璃：通过电加热使镜面湿度升高，雾气快速蒸发，从而形成不了雾层。除此之外，市面上还有其他类型的防雾镜。纳米复合防雾玻璃：纳米玻璃防雾膜利用物理和化学相与玻璃牢固的结合在一起，经过处理的玻璃表面具有亲水功能，由于水无法在基材表面形成水珠，而是形成均匀的水膜，从而达到防雾的效果。
从改变材料表面浸润性出发，玻璃防雾技术分为疏水性防雾和亲水性防雾。疏水性防雾是使基材表面高度疏水化，使微小水滴聚集成大水珠。当水珠达到一定尺寸时，会借助自身重力下滑，或通过外力如风吹、雨刷等方式被除去。该方法效果明显，但是时效性差，由于小水滴的聚集或吹干、蒸发都需要一段时间，所以水滴会长时间留在玻璃制品上，限制了使用范围。亲水性防雾是使基材表面高度亲水化，让水蒸气在基材表面不易凝结成小水珠而是形成透明的水膜。其方法是在玻璃基材的表面形成具有催化作用的光催化剂透明涂层，再在光催化剂透明涂层的表面形成具有亲水性的透明多孔无机氧化物薄膜。然而这些技术都利用了TiO2光催化特性促使表面达到超亲水，需要有光照的环境才能进行催化作用，适用条件会受到限制，而且这种孔状结构表面虽可以提高亲水性，但很容易被难挥发的物质或者纳米尘埃堵住孔口，耐久性不理想。
因此，研究开发一种能够有效防雾的玻璃及其制备方法具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前防雾玻璃防雾层力学性质差、防雾效果不佳的缺陷，提供了一种高强度防雾玻璃的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种高强度防雾玻璃的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，称取12～15份甘油、10～12份硝酸钾、18～20份硫酸铵、18～20份磷酸二氢钾、5～7份氯化钠、1～2份氯化铁、80～85份蒸馏水放入反应釜中，升温并恒温静置，制得预制培养液；
（2）按重量份数计，称取10～12份上述预制培养液、1.0～1.2份红平红球菌菌粉、30～40份蒸馏水放入玻璃皿中，将玻璃皿放入摇床中培养制得发酵液，将氯仿与甲醇按质量比2:1混合制得提取液；
（3）将上述发酵液与上述提取液按质量比1：5混合投入分液漏斗中，提取上层液体放入旋转蒸发仪，减压蒸发直至恒重，制得预聚液，备用；
（4）称取1～3份氧化铈、5～8份硝酸、13～15份水和7～9份柠檬酸溶液搅拌混合投入烧瓶中，升温，温度达到后静置5～10min，制得反应凝胶，将反应凝胶投入马弗炉中，焙烧制得焙烧粉末；
（5）按重量份数计，称取3～4份上述焙烧粉末、6～8份备用的预聚液、5～7份无水乙醇、3～4份异丙醇、15～18份去离子水以及5～7份3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷投入烧杯中混合1～2h后，涂抹于玻璃上，静置固化12～14h并放入烘箱中，以200～240℃的温度烘烤制得高强度防雾玻璃。
步骤（1）中所述的反应釜中升高温度至120～125℃，恒温静置时间为20～30min。
步骤（2）中所述的摇床中温度为30～35℃，转速为140～150r/min，培养发酵时间为72～78h。
步骤（3）中所述的旋转蒸发仪中真空度为2000～3000Pa，温度为55～60℃。
步骤（4）中所述的双氧水的质量分数为8～12%和柠檬酸溶液的质量分数为40～45%，升温速率为1.0～1.2℃/min，升温温度至70～75℃，马弗炉中温度为480～500℃，焙烧时间为60～70min。
步骤（5）中所述的静置固化时间为12～14h，烘箱中温度为200～240℃。
本发明的有益技术效果是：
（1）本发明首先以甘油、硝酸钾、硫酸铵、磷酸二氢钾、氯化钠和氯化铁混合制得培养液，将红平红球菌引入培养液中制得海藻糖脂，然后以氧化铈为原料，在硝酸和双氧水的反应作用和高温煅烧下，制得纳米氧化铈材料，最后将海藻糖脂、纳米氧化铈、硅烷偶联剂以及其它助剂混合制得防雾涂料，将防雾涂料涂抹于玻璃之上烘干制得高强度防雾玻璃，本发明通过红平红球菌发酵分解甘油制得海藻糖酯，海藻糖酯对酸碱都具有很好的耐受性，同时具有很低的表面能，使水滴接触到玻璃后产生的表面张力大大降低，海藻糖脂中具有的羟基、烃基以及环氧基团可以吸附水分使水分在接触玻璃后，水在玻璃表面铺展开形成均匀的水膜，降低对光线传播的影响；
（2）本发明中将氧化铈纳米化使氧化铈比表面积增大，提高粒子活性，增加表面活性中心数量，这种高效的表面活性使水分子接触张力降低，只能平铺于防雾玻璃表面上，且能够有效吸收紫外线和具有自清洁的能力，同时能够很好的分散于有机硅烷中，有机硅烷可以与纳米氧化铈颗粒互相形成共价键和分子间作用力吸附，与海藻糖酯结合生成新的化学键，提高了防雾层对玻璃的粘性，同时金属氧化物与有机硅烷具有良好的力学性质和耐化学腐蚀性能，内部空间结构致密稳定，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
按重量份数计，称取12～15份甘油、10～12份硝酸钾、18～20份硫酸铵、18～20份磷酸二氢钾、5～7份氯化钠、1～2份氯化铁、80～85份蒸馏水放入反应釜中，升高温度至120～125℃，恒温静置20～30min，制得预制培养液；按重量份数计，称取10～12份上述预制培养液、1.0～1.2份红平红球菌菌粉、30～40份蒸馏水放入玻璃皿中，将玻璃皿放入摇床中，在温度为30～35℃，转速为140～150r/min的条件下，培养72～78h制得发酵液，将氯仿与甲醇按质量比2:1混合制得提取液；将上述发酵液与上述提取液按质量比1：5混合投入分液漏斗中，提取上层液体放入旋转蒸发仪，在真空度为2000～3000Pa，温度为55～60℃的条件下减压蒸发直至恒重，制得预聚液，备用；称取1～3份氧化铈、5～8份质量分数为5～8%的硝酸、13～15份质量分数为8～12%的双氧水和7～9份质量分数为40～45%的柠檬酸溶液搅拌混合投入烧瓶中，以1.0～1.2℃/min的速率升温至70～75℃，温度达到后静置5～10min，制得反应凝胶，将反应凝胶投入马弗炉中，在温度为480～500℃的条件下焙烧60～70min制得焙烧粉末；按重量份数计，称取3～4份上述焙烧粉末、6～8份备用的预聚液、5～7份无水乙醇、3～4份异丙醇、15～18份去离子水以及5～7份3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷投入烧杯中混合1～2h后，涂抹于玻璃上，静置固化12～14h并放入烘箱中，以200～240℃的温度烘烤制得高强度防雾玻璃。
实例1
按重量份数计，称取12份甘油、10份硝酸钾、18份硫酸铵、18份磷酸二氢钾、5份氯化钠、1份氯化铁、80份蒸馏水放入反应釜中，升高温度至120℃，恒温静置20min，制得预制培养液；按重量份数计，称取10份上述预制培养液、1.0份红平红球菌菌粉、30份蒸馏水放入玻璃皿中，将玻璃皿放入摇床中，在温度为30℃，转速为150r/min的条件下，培养72h制得发酵液，将氯仿与甲醇按质量比2:1混合制得提取液；将上述发酵液与上述提取液按质量比1：5混合投入分液漏斗中，提取上层液体放入旋转蒸发仪，在真空度为2000Pa，温度为55℃的条件下减压蒸发直至恒重，制得预聚液，备用；称取1份氧化铈、5份质量分数为5%的硝酸、13份质量分数为8%的双氧水和7份质量分数为40%的柠檬酸溶液搅拌混合投入烧瓶中，以1.0℃/min的速率升温至70℃，温度达到后静置5min，制得反应凝胶，将反应凝胶投入马弗炉中，在温度为480℃的条件下焙烧60min制得焙烧粉末；按重量份数计，称取3份上述焙烧粉末、6份备用的预聚液、5份无水乙醇、3份异丙醇、15份去离子水以及5份3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷投入烧杯中混合1h后，涂抹于玻璃上，静置固化12h并放入烘箱中，以200℃的温度烘烤制得高强度防雾玻璃。
实例2
按重量份数计，称取13份甘油、11份硝酸钾、19份硫酸铵、19份磷酸二氢钾、6份氯化钠、1份氯化铁、83份蒸馏水放入反应釜中，升高温度至123℃，恒温静置25min，制得预制培养液；按重量份数计，称取11份上述预制培养液、1.1份红平红球菌菌粉、35份蒸馏水放入玻璃皿中，将玻璃皿放入摇床中，在温度为33℃，转速为150r/min的条件下，培养75h制得发酵液，将氯仿与甲醇按质量比2:1混合制得提取液；将上述发酵液与上述提取液按质量比1：5混合投入分液漏斗中，提取上层液体放入旋转蒸发仪，在真空度为2500Pa，温度为57℃的条件下减压蒸发直至恒重，制得预聚液，备用；称取2份氧化铈、6份质量分数为6%的硝酸、14份质量分数为10%的双氧水和8份质量分数为43%的柠檬酸溶液搅拌混合投入烧瓶中，以1.1℃/min的速率升温至73℃，温度达到后静置7min，制得反应凝胶，将反应凝胶投入马弗炉中，在温度为490℃的条件下焙烧65min制得焙烧粉末；按重量份数计，称取3份上述焙烧粉末、7份备用的预聚液、6份无水乙醇、3份异丙醇、17份去离子水以及6份3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷投入烧杯中混合1h后，涂抹于玻璃上，静置固化13h并放入烘箱中，以220℃的温度烘烤制得高强度防雾玻璃。
实例3
按重量份数计，称取15份甘油、12份硝酸钾、20份硫酸铵、20份磷酸二氢钾、7份氯化钠、2份氯化铁、85份蒸馏水放入反应釜中，升高温度至125℃，恒温静置30min，制得预制培养液；按重量份数计，称取12份上述预制培养液、1.2份红平红球菌菌粉、40份蒸馏水放入玻璃皿中，将玻璃皿放入摇床中，在温度为35℃，转速为150r/min的条件下，培养78h制得发酵液，将氯仿与甲醇按质量比2:1混合制得提取液；将上述发酵液与上述提取液按质量比1：5混合投入分液漏斗中，提取上层液体放入旋转蒸发仪，在真空度为3000Pa，温度为60℃的条件下减压蒸发直至恒重，制得预聚液，备用；称取3份氧化铈、8份质量分数为8%的硝酸、15份质量分数为12%的双氧水和9份质量分数为45%的柠檬酸溶液搅拌混合投入烧瓶中，以1.2℃/min的速率升温至75℃，温度达到后静置10min，制得反应凝胶，将反应凝胶投入马弗炉中，在温度为500℃的条件下焙烧70min制得焙烧粉末；按重量份数计，称取4份上述焙烧粉末、8份备用的预聚液、7份无水乙醇、4份异丙醇、18份去离子水以及7份3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷投入烧杯中混合2h后，涂抹于玻璃上，静置固化14h并放入烘箱中，以240℃的温度烘烤制得高强度防雾玻璃。
对比例
以南京市某公司生产的防雾玻璃作为对比例 对本发明制得的高强度防雾玻璃和对比例中的防雾玻璃进行检测，检测结果如表1所示：
防雾效果测试
将本发明制得的高强度防雾玻璃和对比例中的防雾玻璃作为样品，在90℃热水上方5cm处保持15s不起雾，在-20℃保持2h，然后升温30min至70℃，并将相对湿度控制在95%，保持2h，此低温和高温过程为一个循环，循环三次。
在90℃热水上方5cm处保持15s不起雾，将试样放于80℃热水上5cm处（盛放热水的烧杯为50mL烧杯），测试过程中每隔10s用洁净的干布擦拭一次，每擦拭4次更换一杯热水，擦拭8次不起雾。
将试样放于80℃热水上方5cm处（盛放热水的烧杯为50mL烧杯），在测试过程中，每6min更换一杯热水，观察样品起雾情况。
表1性能测定结果
根据表1中数据可知，本发明制得的防雾玻璃力学性能好，在高、低温条件下具有良好的防雾性能，且防雾持续时间长，稳定性好，具有广阔的使用前景。

Claims (6)

1.一种高强度防雾玻璃的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，称取12～15份甘油、10～12份硝酸钾、18～20份硫酸铵、18～20份磷酸二氢钾、5～7份氯化钠、1～2份氯化铁、80～85份蒸馏水放入反应釜中，升温并恒温静置，制得预制培养液；
（2）按重量份数计，称取10～12份上述预制培养液、1.0～1.2份红平红球菌菌粉、30～40份蒸馏水放入玻璃皿中，将玻璃皿放入摇床中培养制得发酵液，将氯仿与甲醇按质量比2:1混合制得提取液；
（3）将上述发酵液与上述提取液按质量比1：5混合投入分液漏斗中，提取上层液体放入旋转蒸发仪，减压蒸发直至恒重，制得预聚液，备用；
（4）称取1～3份氧化铈、5～8份硝酸、13～15份水和7～9份柠檬酸溶液搅拌混合投入烧瓶中，升温，温度达到后静置5～10min，制得反应凝胶，将反应凝胶投入马弗炉中，焙烧制得焙烧粉末；
（5）按重量份数计，称取3～4份上述焙烧粉末、6～8份备用的预聚液、5～7份无水乙醇、3～4份异丙醇、15～18份去离子水以及5～7份3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷投入烧杯中混合1～2h后，涂抹于玻璃上，静置固化12～14h并放入烘箱中，以200～240℃的温度烘烤制得高强度防雾玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种高强度防雾玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的反应釜中升高温度至120～125℃，恒温静置时间为20～30min。
3.根据权利要求1所述的一种高强度防雾玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的摇床中温度为30～35℃，转速为140～150r/min，培养发酵时间为72～78h。
4.根据权利要求1所述的一种高强度防雾玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的旋转蒸发仪中真空度为2000～3000Pa，温度为55～60℃。
5.根据权利要求1所述的一种高强度防雾玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的双氧水的质量分数为8～12%和柠檬酸溶液的质量分数为40～45%，升温速率为1.0～1.2℃/min，升温温度至70～75℃，马弗炉中温度为480～500℃，焙烧时间为60～70min。
6.根据权利要求1所述的一种高强度防雾玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的静置固化时间为12～14h，烘箱中温度为200～240℃。
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CN111876353A (zh) * 2020-07-30 2020-11-03 董丁 一种生产生物破乳剂的菌株及利用其生产的生物破乳剂

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