王琦 呂宜超 高新平 張放 熊建

（1.中國(guó)南玻集團(tuán)開(kāi)發(fā)研究院 深圳 518067；2.南玻集團(tuán)咸寧南玻節(jié)能玻璃有限公司 咸寧 437000）

0 引言

普通幕墻玻璃表面易產(chǎn)生靜電，吸收空氣中的浮塵、汽車(chē)尾氣，時(shí)間一長(zhǎng)極容易臟污。當(dāng)下雨時(shí)，普通幕墻玻璃與水的接觸角為30°～40°，在玻璃表面很容易形成水珠，且水珠不易滑落，在水珠干燥過(guò)程中，又極容易吸附空氣中的灰塵，干燥后形成水痕，天長(zhǎng)日久易形成污垢，導(dǎo)致幕墻玻璃出現(xiàn)色澤不均、波紋各異、光反射環(huán)境雜亂，影響城市景觀，因此，幕墻玻璃通常需要定期清洗。而清洗很多玻璃幕墻，需要在室外和高空作業(yè)，必須使用高空吊籃、吊板、升降臺(tái)等工具，作業(yè)難度大，危險(xiǎn)性大，清洗費(fèi)用也較高。所以，具有自我清潔功能的玻璃（或稱(chēng)“易潔玻璃”）成為當(dāng)前玻璃行業(yè)的熱門(mén)課題。

“易潔玻璃”，通常在商業(yè)上也被形象地稱(chēng)為“自潔玻璃”，泛指在玻璃表面上涂抹一層特殊的涂料后，使得灰塵或者污濁液體（包括含水，甚至含油的液體）都難以附著在玻璃的表面，或者比較容易地被雨水在自然力作用下沖洗掉，這樣玻璃表面非常容易保持清潔，減少了清潔玻璃表面的麻煩和費(fèi)用。

近年，易潔技術(shù)迅速應(yīng)用于玻璃行業(yè)，其特點(diǎn)是不沾污、易清潔、綠色環(huán)保，能在雨水自然力的沖洗下就可達(dá)到理想的清潔效果，有效延長(zhǎng)保潔時(shí)間。本文介紹一種成本相對(duì)低廉、高耐候、持久疏水的“疏水型易潔玻璃”。

1 疏水型易潔玻璃主要特點(diǎn)

1.1 定義

疏水型易潔玻璃是一種具有高疏水性的玻璃，類(lèi)似于蓮花效應(yīng)，使得水無(wú)法完全附著在玻璃表面上。這種特性使得水以水滴狀的形態(tài)自然滑落，帶走塵埃，從而實(shí)現(xiàn)了玻璃的易潔效果，避免了水漬的積累，與普通玻璃相比，效果更加明顯。

超疏易潔玻璃，包括玻璃基片層、附著力增強(qiáng)層和超疏水功能層，附著力增強(qiáng)層位于玻璃基片層和功能層之間；附著力增強(qiáng)層與玻璃表面以化學(xué)鍵結(jié)合，膜層厚度20～35 nm，功能層位于附著力增強(qiáng)層上方與附著力增強(qiáng)層以分子間作用力及化學(xué)鍵結(jié)合，膜層厚度65～85 nm。附著力增強(qiáng)層與玻璃基材界面和功能層界面都具備非常好的相容性及結(jié)合力，可給功能層提供持久附著力。功能層膜具有超低表面能，表觀結(jié)構(gòu)為特殊微納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)可起到超疏水狀態(tài)，水滴接觸角可達(dá)105°以上，并且可以持久抗灰易潔。

當(dāng)納米疏水涂層通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝施工在玻璃表面后，隨著溶劑的揮發(fā)，納米顆粒被自動(dòng)組裝到玻璃的表面，而疏水基團(tuán)自動(dòng)朝著空氣一側(cè)展開(kāi)，在空隙內(nèi)壁形成如圖1所示三層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)，不僅在玻璃與空氣之間設(shè)置一層極其致密的硬質(zhì)“納米水晶膜”，防止氣態(tài)水及污跡與玻璃界面的接觸；并且，朝向外側(cè)的有序、密集的疏水基團(tuán)也進(jìn)一步賦予了玻璃表面超強(qiáng)的疏水性，防止了水與玻璃表面的接觸。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)玻璃界面防水、防酸、防堿、防灰及增強(qiáng)表面硬度的高效防護(hù)。

圖1 疏水型易潔玻璃結(jié)構(gòu)示意

1.2 作用原理

疏水易潔產(chǎn)品的作用原理是通過(guò)表面處理和微納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使液滴在表面上形成較大的接觸角和較小的滾動(dòng)角，從而實(shí)現(xiàn)疏水性和易潔性。

疏水易潔產(chǎn)品經(jīng)過(guò)特殊處理，使得表面能量降低，增加了液體與其相互作用的力，使得液滴在表面上形成較大的接觸角。當(dāng)液滴接觸角超過(guò)90°時(shí)，液體更傾向于成球狀，不容易附著在表面上。這種疏水性質(zhì)使得液體在產(chǎn)品表面形成水珠狀，而不是擴(kuò)展開(kāi)來(lái)。

目前疏水易潔產(chǎn)品的水滴接觸角可達(dá)到102°～105°，水滴滾動(dòng)角可達(dá)到18°～25°，通過(guò)提供較大的接觸角和較小的滾動(dòng)角，疏水易潔產(chǎn)品可以快速滾落水滴，將表面的污漬和灰塵隨之帶走。這種特性使得產(chǎn)品表面保持清潔，減少了清潔的頻率和工作量。

2 疏水型易潔玻璃生產(chǎn)工藝流程

超疏易潔玻璃的加工流程有8個(gè)主要環(huán)節(jié)，分別為：玻璃基材清洗、玻璃等離子體轟擊、輥涂、UV固化處理、冷卻、超聲波玻璃噴涂、膜層的固化、玻璃冷卻。

（1）玻璃基材清洗

先使用油墨清洗劑除去玻璃表面的油膜，然后通過(guò)清洗機(jī)進(jìn)行深層次清洗，清洗的走速控制在2.5～3.2 m/min，清洗機(jī)高度根據(jù)產(chǎn)品厚度調(diào)試：玻璃厚度±0.2 mm。

（2）玻璃等離子體轟擊

清洗后呈現(xiàn)親水狀態(tài)的玻璃表面經(jīng)過(guò)四組等離子體轟擊，使玻璃界面形成超親水狀態(tài)并激發(fā)玻璃表面產(chǎn)生自由基，輥涂輔助層時(shí)材料與玻璃表面自由基形成化學(xué)鍵。

（3）輥涂

采用濕化學(xué)鍍膜方式在玻璃表面輥涂一層納米材料，具體過(guò)程如下：首先按照產(chǎn)品工藝要求調(diào)試輥涂機(jī)輥輪到玻璃界面的高度：-0.5 mm、輥涂機(jī)滾輪：320～340 r/min、玻璃在輥涂機(jī)腔體傳送過(guò)程皮帶走速：12～15 m/min；輥涂機(jī)腔體內(nèi)的進(jìn)出風(fēng)調(diào)試參數(shù)：進(jìn)風(fēng)風(fēng)速控制在1.9～3.0 m/s，抽風(fēng)風(fēng)速：2.2～3.5 m/s。調(diào)試完成后，輔助層納米材料會(huì)被裝入料桶中，并通過(guò)管道輸送至輥輪上。一旦涂料接觸到輥輪，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的工藝參數(shù)，涂料將會(huì)均勻的注入輥輪中。玻璃傳送至滾輪位置，與輥輪接觸后，涂料會(huì)均勻地涂布在玻璃表面上。涂料與玻璃界面初步形成化學(xué)鍵，并且依靠其良好的流平性，在玻璃界面上形成均勻的膜層。

（4）UV固化處理

根據(jù)玻璃版面調(diào)試UV開(kāi)啟汞燈數(shù)量，每組汞燈數(shù)量12盞，每盞汞燈的功率最大功率12 kW，為了保證材料充分固化，需保證每個(gè)區(qū)域的膜面輻射的能量為450～620 mJ。通過(guò)UV爐玻璃表面的附著力增強(qiáng)層在紫外線(xiàn)照射后進(jìn)行聚合交聯(lián)反應(yīng)形成一定硬度、致密的膜層并在玻璃基材界面形成牢固的化學(xué)鍵。

（5）冷卻

UV固化完進(jìn)入風(fēng)柵段進(jìn)行吹風(fēng)冷卻至30 ℃以下。

（6）超聲波噴涂

采用超聲波噴涂工藝方式在玻璃表面噴涂一層超疏水納米材料，具體過(guò)程：首先按照產(chǎn)品工藝要求調(diào)試噴槍距離玻璃界面高度：6～7 cm，噴槍的流量：3～6 g/min，噴槍霧化：280～300 kPa，霧化形狀呈現(xiàn)金字塔形狀，玻璃在噴涂腔體傳送過(guò)程皮帶走速：2.0～2.5 m/min，防止玻璃背污卷膜走速：2.0～2.5 m/min，噴槍行程根據(jù)玻璃寬度進(jìn)行調(diào)試：100～2500 mm，噴槍停頓時(shí)間設(shè)定：2～5 ms，噴槍組數(shù)確定：4個(gè)，調(diào)試完成后，將超疏水納米材料放入藥水罐內(nèi)，并密封罐體。通過(guò)加壓，超疏水納米材料會(huì)通過(guò)藥水管輸送到超聲波噴槍。噴槍內(nèi)的頂針受到壓力控制后開(kāi)啟，將超疏水納米材料高度霧化，并以金字塔形狀均勻噴涂在附著力增強(qiáng)層上。超疏水納米材料與附著層結(jié)合，形成牢固的化學(xué)鍵。

（7）膜層的固化

中空玻璃或者夾層玻璃固化方式是先將固化爐溫度設(shè)置在50～60 ℃、固化爐傳動(dòng)速度為5 m/min，固化爐溫度到達(dá)設(shè)定溫度之后玻璃進(jìn)入固化爐內(nèi)進(jìn)行低溫固化，固化時(shí)間為5～8 min；而單片玻璃固化時(shí)，固化爐的溫度設(shè)置在250～260 ℃，固化爐傳動(dòng)速度：2.0～2.5 m/min，固化爐溫度到達(dá)設(shè)定溫度后玻璃進(jìn)入固化爐進(jìn)行高溫固化，固化時(shí)間為25～30 min；對(duì)于低溫固化的產(chǎn)品需靜置24 h讓其內(nèi)部聚合物緩慢交聯(lián)聚合形成長(zhǎng)鏈聚合物，且在24 h內(nèi)不可沾水及受到較強(qiáng)外力沖擊破壞膜層。

（8）玻璃冷卻

玻璃固化后進(jìn)入風(fēng)機(jī)段，風(fēng)柵高度按照玻璃厚度±10 mm，風(fēng)機(jī)的吹風(fēng)功率控制在最大功率的40%～60%。

3 疏水型易潔玻璃的性能優(yōu)勢(shì)

南玻易潔玻璃性能比對(duì)團(tuán)標(biāo)（T/ZBH 008—2019易潔玻璃計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)），見(jiàn)表1。

表1 南玻易潔玻璃性能與團(tuán)標(biāo)（T/ZBH 008—2019易潔玻璃計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)）比對(duì)

由表1可以看出，該易潔玻璃耐酸堿、耐劃傷、不易被機(jī)械及化學(xué)試劑剝離，并可以達(dá)到易清潔的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

超疏易潔玻璃先在玻璃表面施工一層附著力增加層，此層與玻璃界面和超疏水層都具備較好的結(jié)合力，然后通過(guò)超聲噴涂工藝將超疏納米材料均勻噴涂在附著力增加層，在其表面生長(zhǎng)≤15 nm 的隱形納米網(wǎng)狀晶格多層結(jié)構(gòu)。通過(guò)化學(xué)鍵牢固結(jié)合，成為玻璃表面的一部分。納米晶格降低了玻璃表面張力，產(chǎn)生強(qiáng)疏水性，使玻璃像荷葉般拒水防污，“出污泥而不染”，杜絕了水、污漬污液、有機(jī)清潔劑與玻璃表面的直接接觸，也無(wú)法滲入玻璃內(nèi)部，有效阻止了腐蝕老化，防磨損劃傷，有效延長(zhǎng)了保潔時(shí)間和使用壽命。此產(chǎn)品的水滴接觸角可達(dá)到150°，水滴滾動(dòng)角小于5°，解決即使是小水珠也可以自然滑落帶走玻璃表面的灰塵達(dá)到易潔功效。

采用在玻璃表面鍍上防靜電的疏水涂層，并在高溫下使得涂層與玻璃表面的活潑羥基進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而得疏水易潔玻璃，生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單、效率高、成本低、適合連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)。