TWI327156B - - Google Patents

Description

1327156 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 尤其是指一種具有 本發明係一種自潔性超疏水塗料 高度疏水性及具有自潔效果的塗料。 【先前技術】 龜

在目前奈米科技進步的時代，奈米科技常常被使用在 物體’如從小面積的眼鏡表面、光學儀器之鏡頭到大面積 的汽車擒風玻璃、後照鏡、大樓外牆、飛機表面、衛星接 受器表面等的表面處理’而最常希望經由表面處理達到的 效果係使該物體表面能具有疏水性以及自我清潔的功能， -方面可保持物體表面的清潔性、降低清潔維護的成:， 另一方面亦可提高產品的品質及效能。 為達到物體自我清潔的效果，物體的表面粗糙度及表 面能係為關鍵，表面粗糙度高且表面能低，則疏水角度便 可提高，並且能使自我清潔的功能提高。 目前產業界生產之疏水性塗料大多係單獨採用氟系撥 水樹脂，但其表面硬‘度低、疏水角度低，且其無法自行分 解有機污染物，故其自潔性差，而且若單獨使用氟系撥水 樹脂還會有成本過高的情形。 而在日本的研究方面，Nakajima等人利用軟鋁石 (boehmite)或二氧化矽溶膠（silica s〇1〉及乙醯丙酮鋁 (aluminum acetyiacetonate，A1(C5H7〇2)3)於酒精中混合 得到前驅液，將其塗佈於玻璃基板上，藉著加熱到5〇〇<t 持溫20秒後，就可以得到透明的薄膜，再將此薄膜浸入 5 1327156 含有 heptadeCailu〇r〇deCyltrimethoxy-silane 疏水劑之 甲醇的溶液中，經14(TC乾燥後，即可得到透明且具超疏 水性的薄膜，而該疏水性薄膜的疏水角度約為】Μ 5。爪 表面粗糙度約為95nm，然而，該疏水性薄膜需要經過高2 熱處理’故使其可利用的物體材料及大小受到限制，例皿 U膜無法使用在大樓玻璃或其他無法經高溫熱處理的大 型物體’ Λ外’該疏水性薄膜的製程需要經過兩次塗佈， 因此其製造成本高。 ’ 另外，其他仿效蓮花效應的表面處理方法，係利用高 分子樹脂與奈米金眉氧化物混合，藉由高分子樹月旨硬化: 作為介面而將奈米金屬氧化物設置於物體表面，藉此得到 如連花表面的自潔與疏水效果’然而，由於大多仿效蓮花 效應的表面處理方法並無控制奈米金屬氧化物粉末粒徑的 比率，而使粉末之微孔洞比率低矣 由· 午低且表面粗糙度以及疏水角 又小，故其疏水效果較差，而且益法 ώ , ，，去自仃分解有機污染物， 故其自潔性較差。 另外，許多研究發現塗佈於物體表面的塗料層中 分佈的情形對於該塗料的疏水 。 礼评藉α μ 心“文果有很大的影響，尤其是 孔洞體積<2mn的微孔洞所佔比率 干日加時，其疏水性質亦增 口，而習用之塗料層經過長時 月白咎.主如a ]嗥路於戶外，其疏水性質 及自我h泳的效果皆會慢慢減少，而日 藉由添加適量的光觸媒來改盖 ，aajima等人 兀蜩琛果改善疏水塗料 因Nakajima笤人肼铱山从分， 町双炫r。！喊，但

Jima寺人研發出的疏水薄膜還 高製作忐士十从L 有而要熱處理以及 同裝作成本之缺點，故本發明之 曰/系丨生超疏水塗料係改善 6 1327156 上述疏水塗料或疏水薄膜的缺點，並利 j用先觸媒效應來使 本發明之自潔性超疏水塗料具有自潔效 洛w * 且能改善疏水 塗料之時效性問題，以使該塗料不僅具 n /、力喫疏水性質，尚 具有長效性的自潔效果。 【發明内容】 本發明人有鑒於習用之疏水塗料有表面粗糙度小、疏 水角度小及製作成本過高的缺點’以及了解塗料之微孔洞

分佈會影響疏水性質，故經過不斷的研究與努力，終於發 明出此自潔性超疏水塗料。 本發明之目的係發明出一種具有高度附著力、高表面 硬度以及咼疏水角冑’並能提昇塗料之疏水性質並提供物 體良好硬度的自潔性超疏水塗料。 本發明之自潔性超疏水塗料，係包括一基材以及至少 兩種之不同平均粒徑（<1〇〇nm)的奈米粉體組合而成，而其 中至J 一奈米粉體為奈米光觸媒粉體。 t藉由不同粒徑的奈米粉體可提升粉體間微孔洞的體積 】乂提间表面粗輪度，而疏水角度可達16〇。以上，故可 /超疏水的效果，本發明亦可不需高溫製程，因而降低 成本、施工容易，即可達到超疏水的效果。 【實施方式】 發明之自潔性超疏水塗料，係包括一丞材以及至少 兩種之τ 中 同平均粒徑（〈1 的奈米粉體組合而成，而其 至^ 一奈米粉體為奈米光觸媒粉體。 上述之奈米光觸媒粉體可為Ti〇2-xNx(x^〇)，當χ>0 7 1327156 .%，其係利用濺鍍（sputtering)的方式將氮原子（N)摻雜 (doping)於二氧化鈦（Ti〇2)中。 上述之基材係至少選自於以下群組：全氟烷基酯類、 全氟燒基醇類、全氟燒基石夕燒、全氟烧基驗類、氟石夕聚合 物。 。 . 上述之奈米光觸媒粉體可為Ti〇2_xNx (x2〇)，以使塗 料^用光觸媒效應來分解較不親水的有機污染物，而達到 自冻的效此，並能利用光觸媒來解決自潔性質的時效性問 P題，而其他奈米粉體之平均粒徑與二氧化敛之平均粒經必 須相互有兩倍以上的差距，故其他奈米粉體之平均粒徑與 二氧化鈦粉體之平均粒徑的比值為2以上或〇.5以下/而 除了一氧化鈦粉體之其他奈米粉體可為氧化鋁、氫氧化 紹、氧化鐵、氧化石夕等無機粒子或聚合物等奈米粒子所組 其最粗粒徑之粉體體積 7〇%-95%，而最佳體積 上述之不同粒徑之奈米粉體，

佔全部組成粉體體積的比例範圍為 比例係90%。 本發明之製作方法係將平均粒徑小於H 粉體與其餘平均粒徑與二氧化鈦粒徑比值纟2以上或= 以下之奈米粉趙在水中混合，經調整PH“4或在不調整 y的情況下添加分散劑，經超音波震錢使全部粉 之後再加入基材及其餘如有機聚合物、.、亩 泡劑、流變劑等的載體，經3 ^ 潔性超疏水塗料。 ’ U後即可得到自 8 丄 W/156 上述之自办性超疏水塗料製作完成後，可將其塗佈於 物組表面’靜置30分鐘後，再置於溫度在12(TC的環境中 乾燥後即可付到具有自潔性超疏水性質的物體。 本發明之最佳實施例係將軟鋁石（1.75 g)(平均粒徑為 Onm)與一氧化欽（〇 25 g)(平均粒徑為_)和2()毫升⑷) 的水混合’全部奈米粉體之添加量固Μ整體疏水性汾料 重量的8WU’經調整ρΗ值為2_4或添加分散劑經超=波 震堡後，使全部粉體達到分散的狀態，之後再加入為整體 疏水性塗料重量的6wt%之低表面能之全減基S旨類聚合材 料及其餘載體後’㉟3個小時的混合後即可得到自潔性超 =水塗料，之後可將自潔性超疏水塗料塗佈於物體表面，° :置30分鐘後’再置於溫度在12〇充的環境中乾燥後即可 得到具有自潔性超疏水性質的物體。 ^請參考第一圖所示，係以高倍率的高解析掃描電子顯 微鏡（Scanning Electr〇n micr〇sc〇pe，sem)所觀察到的微 结構大比例為30K)，其係含有總含量為整體疏水性塗 料重量的8wt%之軟鋁石與二氧化鈦粉體的塗料之微觀結 構八中（a)、（b)、（c)圖係分別顯示軟鋁石中分別添加 5vol%、l〇vol%、15v〇1%的二氧化鈦奈米粉體，顯示於較粗 之軟鋁石中填入較細的二氧化鈦奈米粉體，在塗料塗佈於 物體後即可提昇該物體的表面粗糙度，而該表面結構近似 於蓮花結構而具有蓮花效應。 °月參考第一圖所示，其係為軟铭石添加不同比例之二 氧化鈦對於具塗料之物體在戶外暴露一個月後對水接觸角 9 1327156 . 度的變化情形，顯示藉由二氧化鈦的光觸媒效應可有效解 決自潔性超疏水塗料的時效性問題。 上述之基材係具有較低的表面能，可讓該自潔性超疏 水重料塗抹於物體表面以後，使該物體具有低表面能的表 . 面’而該自潔性超疏水塗料經實驗過後，根據astm D3359-02：standard test methods for measuring by tape test ’以3M膠帶（強度為1 · 5kg/cm3)配合百格測試量測塗 料附著力，該附著力可達5B ’因此該自潔性超疏水塗料與 物體之間的接合強度提尚’另外’利用不同粒徑的奈米粉 體可提升微孔洞的體積比例及提高表面粗縫度，而疏水角 度可達1 60。以上’因此達到超疏水的效果，該自潔性超疏 水塗料經過 ASTM D3363-〇0:standard test method for film hardness by pencii test’以鉛筆硬度計量測塗料硬度， 所測得表面硬度可達2H，在將該塗料塗佈於物體以後，有 耐刮的效果，本發明不需高溫製程，因而降低成本、施工 _ 合易’而且利用奈米光觸媒有效降解有機化合物以達到自 序' 的效果並且可使產品使用壽命增加，故可減少物體表 面的維護費用，達到一舉數得的效果。 【圖式簡單說明】 第一圖係本發明之粉體為軟鋁石及二氧化鈦的表面微 觀結構放大圖。 第一圖係本發明之粉體為軟鋁石及二氧化鈦塗佈於物 體表面於戶外暴露一個月後對水之接觸角的變化情形。 .【主要元件符號說明】無 10

Claims (1)

1327156 . 十、申請專利範圍： --- 1 · 一種自潔性超疏水塗料，係包括一基材以及至少 兩種之不同平均粒徑（<10 0nm)的奈米粉體組合而成，而其 中至少一種奈米粉體為奈米光觸媒粉體。 . 2 ·如申請專利範圍第1項所述之塗料，其中該基材 係至少選自於以下群組：全氟烷基酯類、全氟烷基醇類、 « 全氟烧基妙烷、全氟烷基醚類、氟矽聚合物。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之塗料，其中奈米粉 # 體最粗粒徑之粉體體積佔全部之粉體的體積比例範圍為 70°/〇-95°/〇 〇 4 ·如申請專利範圍第1項所述之塗料，其中奈米粉 體最粗粒徑之粉體體積佔全部之粉體體積的最佳體積比 係 90% 。 ' 5 .如申請專利範圍第1項所述之塗料，其中該奈米 光觸媒粉體係二氧化鈦（Ti〇2)。 ；； 6 .如申請專利範圍第5項所述之塗料，其中二氧化 ® 鈦之平均粒禋與其他粉體之平均粒徑之比值為0.5以下。 十一、囷式： 如次頁