TWI461243B - 光觸媒溶液以及紡織物的製造方法 - Google Patents

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光觸媒溶液以及紡織物的製造方法
本發明是有關於一種光觸媒溶液的製造方法以及使用此光觸媒溶液的紡織物的製造方法，且特別是有關於一種穩定性高的光觸媒溶液的製造方法以及具有防污以及自潔性質的紡織物的製造方法。
一般來說，防污自潔材料可分為疏水型(接觸面大於110°)與親水型(接觸角小於5°)兩種，其中疏水型自潔原理是藉由疏水層的低表面能特性，使污染物不容易附著物體表面，具有防指紋與防油污的功效，適合室內用。而親水型自潔方式是光觸媒在陽光(UV)照射下，產生自由基，這些自由基會破壞分子結構，而在下大雨時可輕易的將髒污移除。為了實現產品本身的防污效果，必須衡量使用環境與需求，然後選擇合用的自潔材料。
以包括氟系樹脂的疏水型自潔材料而言，氟系樹脂可以透過雨水清洗表面附著的髒污，但是對於沾黏於表面的油污或是環境中的廢氣並無分解的能力。另外，以包括光觸媒的親水型自潔材料而言，光觸媒在光照的情況下可以產生自由基，並藉由自由基與有機物反應，並藉以分解有機物。當下雨或是以人工沖洗親水型自潔材料時，這些被分解後的有機物可以被輕易地被去除。
本發明提供一種光觸媒溶液的製造方法，其可製造出具有防污以及自潔功效的光觸媒溶液。
本發明提供一種紡織物的製造方法，以製造出具有防污以及自潔功效的紡織物。
本發明提出一種光觸媒溶液的製造方法。將矽氧烷化合物以及光觸媒混合，以使得矽氧烷化合物之烷氧基以及光觸媒之羥基反應。加入氟碳樹脂，以使得矽氧烷化合物之環氧基與氟碳樹脂之羥基反應。
在本發明之一實施例中，上述矽氧烷化合物包括官能基化的烷氧基矽烷(functional alkoxysilane)，且所述官能基化之官能基包含OH、COOH、NH2 、NCO、乙烯基或環氧基。
在本發明之一實施例中，上述矽氧烷化合物包括3-環氧丙醇三甲氧基矽烷(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane)、胺基三烷氧基矽烷(amino trialkoxysilane)、環氧基三烷氧基矽烷(epoxy trialkoxysilane)或(3-胺丙基)三乙氧基矽烷(3-aminopropyl)triethoxysilane。
在本發明之一實施例中，上述光觸媒之化學式為TiRx 或TiORx ，且R表示OH、COOH、CONH2 、NCO、乙烯基或環氧基，x為1~4。
在本發明之一實施例中，上述光觸媒包括TiO(OH)2 或Ti(OH)4 。
在本發明之一實施例中，上述氟碳樹脂包括以四氟乙烯為主要成份之樹脂。
在本發明之一實施例中，上述矽氧烷化合物之烷氧基與該光觸媒之羥基反應是以溶膠凝膠(sol gel)方法進行反應。
在本發明之一實施例中，上述矽氧烷化合物之烷氧基與該光觸媒之羥基反應是在室溫條件下攪拌30分鐘。
在本發明之一實施例中，上述氟碳樹脂以使得該矽氧烷化合物之烷氧基與該氟碳樹脂之羥基反應包括攪拌30分鐘之後，在攝氏80度條件加熱3天。
在本發明之一實施例中，上述矽氧烷化合物、該光觸媒以及該氟碳樹脂混合在一溶劑中。
在本發明之一實施例中，上述溶劑包括乙酸乙酯。
在本發明之一實施例中，上述光觸媒溶液的製造方法，更包括加入一疏水劑。
在本發明之一實施例中，上述疏水劑包括四氟乙烯細粉。
本發明再提出一種具有防污以及自潔性質之紡織物的製造方法。首先，製備光觸媒溶液，其是以申請專利範圍第1項所述之方法製得。接著，將光觸媒溶液塗佈於紡織物上。之後，進行烘乾步驟。
在本發明之一實施例中，上述具有防污以及自潔性質之紡織物的製造方法，更包括進行光降解測試步驟。
在本發明之一實施例中，上述具有防污以及自潔性質之紡織物的製造方法，更包括進行表面接觸角測試步驟。
在本發明之一實施例中，上述具有防污以及自潔性質之紡織物的製造方法，更包括進行抗污能力測試步驟。
基於上述，本發明之光觸媒溶液的製造方法是利用矽氧烷化合物同時與光觸媒以及氟碳樹脂反應，以使得光觸媒與氟碳樹脂之間具有穩定的化學鍵結，因此本發明之光觸媒溶液同時具有疏水型防污自潔以及親水型防污自潔的功效。另外，本發明之具有防污以及自潔性質之紡織物的製造方法是利用前述的光觸媒溶液塗佈於紡織物上，因此紡織物可具有良好的防污以及自潔的功效。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明一實施例之具有防污以及自潔性質的紡織物的製造方法的流程示意圖。請參考圖1，進行步驟S120，將矽氧烷化合物與光觸媒混合，以使得矽氧烷化合物之烷氧基以及光觸媒之羥基反應。矽氧烷化合物與光觸媒的反應例如是以溶膠凝膠方法，溶劑例如是乙酸乙酯，且前述反應例如是於室溫條件下攪拌30分鐘。
矽氧烷化合物例如是官能基化的烷氧基矽烷，且官能基化之官能基包含OH、COOH、NH2 、NCO、乙烯基或環氧基。在本實施例中，上述矽氧烷化合物包括3-環氧丙醇三甲氧基矽烷、胺基三烷氧基矽烷、環氧基三烷氧基矽烷或(3-胺丙基)三乙氧基矽烷。
光觸媒之化學式為TiRx 或TiORx ，且R表示OH、COOH、CONH2 、NCO、乙烯基或環氧基，x為1~4。在本實施例中，上述光觸媒例如是TiO(OH)2 或Ti(OH)4 。
接著，進行步驟S140，加入氟碳樹脂，以使得矽氧烷化合物之環氧基與氟碳樹脂之羥基反應，且矽氧烷化合物與氟碳樹脂的反應包括攪拌30分鐘之後，在攝氏80度條件下加熱3天。
氟碳樹脂包括以四氟乙烯為主要成份之樹脂。在本實施例中，氟碳樹脂為市售品，其商品型號為DAIKIN/ZEFFLETM GK570。另外，在其他實施例中，氟碳樹脂也可以是DAIKIN/ZEFFLETM GK-Series，例如是GK500、GK510、GK550或GK580。
在此說明的是，矽氧烷化合物可以透過化學鍵結同時與光觸媒以及氟碳樹脂鍵結在一起。換言之，光觸媒可以透過矽氧烷化合物穩定地鍵結到氟碳樹脂上。再者，由於光觸媒是透過化學鍵結的方式鍵結到氟碳樹脂上，因此光觸媒不會有物理性分散不均的問題產生，而且光觸媒也不會影響氟碳樹脂的黏性。
至此，完成本實施例之光觸媒溶液的製備步驟S220。然而，本發明不限於此，在其他實施例中，光觸媒溶液的製造方法更包括加入疏水劑，疏水劑例如是四氟乙烯細粉。疏水劑有助於讓光觸媒溶液塗佈於物品表面後，在光觸媒溶液成膜的表面形成抗水結構，而具有良好的疏水性。
接著，進行步驟S240，將上述的光觸媒溶液塗佈於紡織物上。然後，進行步驟S260，進行烘乾步驟。至此，完成本實施例之具有防污以及自潔性質之紡織物。
在一實施例中，上述具有防污以及自潔性質之紡織物的製造方法可以更包括進行光降解測試步驟，其有助於了解紡織物的自潔能力。
另外，上述具有防污以及自潔性質之紡織物的製造方法可以更包括進行表面接觸角測試步驟，其有助於了解污染物於紡織物表面的附著程度。
再者，上述具有防污以及自潔性質之紡織物的製造方法可以更包括進行抗污能力測試步驟，其有助於了解紡織物的自潔能力。
在前述實施例中，是先混合矽氧烷化合物以及光觸媒以使得矽氧烷化合物之烷氧基以及光觸媒之羥基反應。然後，再加入氟碳樹脂以使得矽氧烷化合物之環氧基與氟碳樹脂之羥基反應。然而，本發明不限於此。
圖2為本發明另一實施例之具有防污以及自潔性質的紡織物的製造方法的流程示意圖。請參考圖2，本實施之製造方法與圖1之製造方法相似，其不同之處在於：在製備光觸媒溶液的步驟S220中，矽氧烷化合物、光觸媒以及氟碳樹脂是混合在一起並同時進行反應。詳細而言，矽氧烷化合物之烷氧基與光觸媒之羥基的反應以及矽氧烷化合物之環氧基與氟碳樹脂之羥基的反應彼此之間不會互相干擾，因此，也可以同時將上述三種材料一起混合在溶劑中進行反應以得到本實施例之光觸媒溶液。
實驗例
為了解以本發明之製造方法所製得的紡織物的性質，以下將以數個實驗例來說明其功效。在此，先說明實例1以及實例2之紡織物的製造方法。
以實例1之紡織物而言，是先於紡織物上塗佈氟碳樹脂，進行烘乾步驟後。之後，將光觸媒溶液塗佈於紡織物上，其中光觸媒溶液中的矽氧烷化合物為3-環氧丙醇三甲氧基矽烷，光觸媒為TiO(OH)2 ，氟碳樹脂為GK570，溶劑為乙酸乙酯。再進行烘乾步驟後，進行各項性質的測試。
以實例2之紡織物而言，是將紡織物浸漬在聚四氟乙烯(polytetrafluoethylene，PTFE)分散液中，再進行烘乾步驟。之後，將光觸媒溶液塗佈於紡織物上，其中光觸媒溶液中的矽氧烷化合物為3-環氧丙醇三甲氧基矽烷，光觸媒為TiO(OH)2 ，氟碳樹脂為GK570，溶劑為乙酸乙酯。再進行烘乾步驟後，進行各項性質的測試。
FT-IR樹脂鑑定
為了確定實例1之光觸媒溶液是否有成功合成，可進行傅立葉紅外線光譜儀(FT-IR)的鑑定。圖3為氟碳樹脂、光觸媒與矽氧烷化合物的初步產物以及光觸媒溶液的FT-IR光譜圖。請參考圖3，曲線a代表氟碳樹脂GK570，曲線b代表3-環氧丙醇三甲氧基矽烷與TiO(OH)2 反應後的初步產物、曲線c代表實例1之光觸媒溶液。曲線b具有環氧基(910 cm-1 )以及SiOCH3 (700-900 cm-1 )的訊號峰。曲線c則不具有環氧基以及SiOCH3 的訊號峰，由此可以推定氟碳樹脂GK570有與3-環氧丙醇三甲氧基矽烷與TiO(OH)2 產生反應。
亞甲基藍光降解測試
亞甲基藍光降解的測試方法為將實例之紡織物放入亞甲基藍水溶液中，接著，進行紫外光照射程序。由於光觸媒在照光後會產生自由基而與亞甲基藍發生反應，以使亞甲基藍於水溶液中的含量減少，造成水溶液的顏色慢慢消失。之後，再進行紫外光可見光吸收光譜的鑑定，以測得亞甲基藍的吸收率。對照組則是不放置任何光觸媒，單純以亞甲基藍水溶液進行相同的紫外光照射程序，再進行紫外光可見光吸收光譜的鑑定，其中亞甲基藍的吸收峰為609 nm。
之後，由對照組以及實例1的亞甲基藍吸收峰的強度差異來推定光降解程度，圖4為實例1與對照組的紫外光可見光吸收光譜圖。請參考圖4，曲線d為對照組的紫外光可見光吸收光譜，曲線e為實例1的紫外光可見光吸收光譜，由吸收峰609 nm的吸收度變化可以了解光降解情形。
表一為亞甲基藍光降解測試結果，其中比較例1為僅以玻璃纖維布進行光降解測試，比較例2為以氟碳樹脂GK570塗佈在玻璃纖維布上並進行光降解測試。
由表一可知，實例1以及實例2之紡織物確實具有較佳的亞甲基藍降解率。換言之，實例1以及實例2之紡織物具有較佳的分解亞甲基藍的效果。
抗污能力測試
將醬油以及紅墨水滴至紡織物上，並以肉眼觀察醬油以及紅墨水的著墨現象來測試抗污能力。表二是抗污能力測試結果。
由表二可知，醬油以及紅墨水均不易附著在實例之紡織物的表面上，因此實例1以及實例2之紡織物具有良好的抗污能力。
表面接觸角測試
表面接觸角測試是利用水滴接觸角量測法，其可以作為表面自潔能力的測試。比較例3為氟碳樹脂GK570的薄膜，比較例4為市售PTFE的薄膜。
由表三可知，實例1以及實例2之紡織物具有較大的表面接觸角，因此其具有良好的自潔能力。
活性官能基含量測試
以下是用SEM-EDS對實例所使用的光觸媒溶液進行Ti元素分析，以了解活性官能基的含量。
氮化物去污率測試(JIS R 1701-1)
一般來說，氮化物(例如是NO、NO2 )被光觸媒分解後的最終產物為NO3 - 或NO2 - ，且會附著在光觸媒的表面。藉由雨水或是人工清洗，可以將光觸媒表面的NO3 - 或NO2 - 洗下，而這些微量的硝酸或亞硝酸可以與地面中的鈣結合以形成硝酸鈣或亞硝酸鈣等鹽類，不會對環境造成二次污染。比較例5是將光觸媒加入氟碳樹脂中且不添加矽氧烷化合物以形成物理性光觸媒溶液，並將物理性光觸媒溶液塗佈於紡織物上進行測試。
由表五可知，實例1之紡織品具有良好氮化物去污率。
耐候性測試(ISO 4892-2)
由表六可知，實例之紡織物的強度保持率大於95%。
拉 伸強度及撕裂強度測試
由表七可知，實例之紡織物的撕裂強度優於市售品，換言之，實例之紡織品中光觸媒溶液與紡織物的牢固性優於市售品。
撥 油測試(JIS L 1096)
綜上所述，本發明之光觸媒溶液的製造方法是利用矽氧烷化合物同時與光觸媒以及氟碳樹脂反應，以使得光觸媒與氟碳樹脂之間具有穩定的化學鍵結，因此本發明之光觸媒溶液同時具有疏水型防污自潔以及親水型防污自潔的功效。另外，本發明之具有防污以及自潔性質之紡織物的製造方法是利用前述的光觸媒溶液塗佈於紡織物上，因此紡織物可具有良好的防污以及自潔的功效。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S120、S140、S220、S240、S260．．．步驟
a、b、c、d、e．．．曲線
圖1為本發明一實施例之光觸媒溶液的製造方法的流程示意圖。
圖2為本發明另一實施例之具有防污以及自潔性質的紡織物的製造方法的流程示意圖。
圖3為氟碳樹脂、光觸媒與矽氧烷化合物的初步產物以及光觸媒溶液的FT-IR光譜圖。
圖4為實例與對照組的紫外光可見光吸收光譜圖。
S120、S140、S220、S240、S260．．．步驟

Claims (17)

  1. 一種光觸媒溶液的製造方法，包括：將一矽氧烷化合物以及一光觸媒混合，以使得該矽氧烷化合物之烷氧基以及一光觸媒之羥基反應；以及加入一氟碳樹脂，以使得該矽氧烷化合物之環氧基與該氟碳樹脂之羥基反應。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒溶液的製造方法，其中該矽氧烷化合物包括官能基化的烷氧基矽烷，且所述官能基化之官能基包含OH、COOH、NH2 、NCO、乙烯基或環氧基。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光觸媒溶液的製造方法，其中該矽氧烷化合物包括3-環氧丙醇三甲氧基矽烷、胺基三烷氧基矽烷、環氧基三烷氧基矽烷或(3-胺丙基)三乙氧基矽烷。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒溶液的製造方法，其中該光觸媒之化學式為TiRx 或TiORx ，且R表示OH、COOH、CONH2 、NCO、乙烯基或環氧基，x為1~4。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之光觸媒溶液的製造方法，其中該光觸媒包括TiO(OH)2 或Ti(OH)4 。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒溶液的製造方法，其中該氟碳樹脂包括以四氟乙烯為主要成份之樹脂。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒溶液的製造方法，其中該矽氧烷化合物之烷氧基與該光觸媒之羥基反應是以溶膠凝膠方法進行反應。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒溶液的製造方法，其中該矽氧烷化合物之烷氧基與該光觸媒之羥基反應是在室溫條件下攪拌30分鐘。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒溶液的製造方法，其中加入該氟碳樹脂以使得該矽氧烷化合物之烷氧基與該氟碳樹脂之羥基反應包括攪拌30分鐘之後，在攝氏80度條件加熱3天。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒溶液的製造方法，其中該矽氧烷化合物、該光觸媒以及該氟碳樹脂混合在一溶劑中。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之光觸媒溶液的製造方法，其中該溶劑包括乙酸乙酯。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒溶液的製造方法，更包括加入一疏水劑。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之光觸媒溶液的製造方法，其中該疏水劑包括四氟乙烯細粉。
  14. 一種具有防污以及自潔性質之紡織物的製造方法，包括：製備一光觸媒溶液，其是以申請專利範圍第1項所述之方法製得；將該光觸媒溶液塗佈於一紡織物上；以及進行一烘乾步驟。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之具有防污以及自潔性質之紡織物的製造方法，更包括進行一光降解測試步驟。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之具有防污以及自潔性質之紡織物的製造方法，更包括進行一表面接觸角測試步驟。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之具有防污以及自潔性質之紡織物的製造方法，更包括進行一抗污能力測試步驟。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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