專利名稱：基材表面的疏水結(jié)構(gòu)及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種疏水結(jié)構(gòu)及其制法，特別是關(guān)于一種形成于基材表面的疏水結(jié)構(gòu)及其制法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于人們對(duì)于日常生活用品薄型化與微小化的要求，促使多數(shù)產(chǎn)業(yè)邁入納米科技的時(shí)代。除了生活周圍的家電用品外，自清潔(self-cleaning)產(chǎn)品的功能及應(yīng)用，也對(duì)一般民用生產(chǎn)品降低維護(hù)成本及提高產(chǎn)品品質(zhì)上的要求，大幅地提高了市場(chǎng)需求，使自清潔涂層材料的發(fā)展在市場(chǎng)上備受矚目。自清潔涂層材料的用途，例如用于大樓玻璃帷幕、廚房衛(wèi)浴等的涂層，可降低維護(hù)成本；應(yīng)用在太陽(yáng)能電池、衛(wèi)星天線表面、汽車前擋玻璃的自清潔疏水涂層可提高產(chǎn)品品質(zhì)及效能；應(yīng)用在船艦與飛行器外殼上可降低因阻力造成的燃料消耗及產(chǎn)生的廢氣污染。自清潔涂層材料的研究中，借由粗糙表面局限空氣分子形成氣墊的蓮花效應(yīng)(Lotus Effect)，再加上低表面能材料的表面特性，可使涂層材料的水滴接觸角大于100°，因而降低水滴及油滴的沾附。
現(xiàn)有技術(shù)在自清潔涂層材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，多是利用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)達(dá)到疏水自清潔的功能。多層結(jié)構(gòu)分別具備粘著性、粗糙表面結(jié)構(gòu)、超低表面能等不同特性，但目前此超疏水結(jié)構(gòu)多數(shù)面臨粘著性差、硬度不足、透明性差及耐久性不足的問(wèn)題。
例如第5,413,865號(hào)、第5,674,625號(hào)及第6,623,863號(hào)美國(guó)專利揭示利用溶膠-凝膠(sol-gel)的方式制作無(wú)機(jī)物溶液，經(jīng)涂布形成粗糙結(jié)構(gòu)表面。上述方法中除了溶膠-凝膠需制作兩種以上溶液的繁瑣工序外，其余工序，如凝膠的形成與干燥的過(guò)程，需費(fèi)力地將條件控制好以防止相分離(phase separation)的發(fā)生，且其制品的疏水角不足。又溶膠-凝膠涂液系統(tǒng)本質(zhì)上為松散結(jié)構(gòu)，在較厚薄膜溶劑去除過(guò)程中，若控制不當(dāng)，薄膜極易因表面張力不平衡而破裂，或是析出的金屬氧化物發(fā)生聚集現(xiàn)象(gelation)，無(wú)法獲得納米級(jí)結(jié)構(gòu)薄膜。
第5,250,322號(hào)及第6,623,863號(hào)美國(guó)專利揭示使用溶膠-凝膠法及將矽氧烷化合物與氟矽化合物混合后涂布形成疏水表面，但是此制法存在接著性不佳的問(wèn)題。美國(guó)專利第5,296,282號(hào)是利用添加絲狀物(filament)增加粗糙度，然而此制法會(huì)造成粗糙結(jié)構(gòu)的不連續(xù)，進(jìn)而造成疏水性不足。
第5,693,236號(hào)美國(guó)專利揭示將針狀結(jié)構(gòu)材料的外層涂布一層疏水物質(zhì)并與粘著劑混合，再將其涂布在基材上達(dá)到超疏水效果。但是其制造成本較高，因?yàn)獒槧罱Y(jié)構(gòu)材料較為昂貴，而且針狀結(jié)構(gòu)的粒徑較大，易造成不透明或低透明度的表面。
第6,306,506號(hào)美國(guó)專利揭示利用氬(Ar)電漿的方式制作粗糙表面。該工序較為復(fù)雜不易控制，且所需費(fèi)用昂貴。
綜上所述，現(xiàn)有疏水性納米粗糙表面制造的技術(shù)瓶頸在于由于多層結(jié)構(gòu)中各層的界面多為不同性質(zhì)材料所結(jié)合(高分子、無(wú)機(jī)氧化物、低表面能分子)，無(wú)法制成具備粘著、粗糙表面結(jié)構(gòu)、超低表面能等不同特性的粗糙表面，特別是含有低表面能特性的分子通常粘著性也相對(duì)欠佳；另外目前使用在自清潔表面的氟是樹脂或疏水性矽氧烷偶合劑或高分子在無(wú)粗糙結(jié)構(gòu)的搭配下，單一材料的疏水性能約僅能水滴接觸角約90°，無(wú)法達(dá)到水滴接觸角100°以上的疏水特性；一般利用溶膠-凝膠法制作的微米級(jí)結(jié)構(gòu)粗糙表面，在未經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)的過(guò)程無(wú)法具備足夠硬度，因此長(zhǎng)期使用下容易發(fā)生脆裂的情形；再有，由于可見光波長(zhǎng)約為400nm，因而利用微米級(jí)粉體或溶膠-凝膠技術(shù)制成的粗糙表面容易造成可見光無(wú)法穿透或散射，因而如何在不影響透光度的前提下，制作納米等級(jí)的連續(xù)相粗糙表面結(jié)構(gòu)是技術(shù)上的一大挑戰(zhàn)；低表面能材料除了具有低表面能特性外，相對(duì)也具有化學(xué)不活潑性及不易接著等缺點(diǎn)，使得現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法達(dá)到優(yōu)異的透光度、良好的接著特性或長(zhǎng)期的產(chǎn)品耐用性。
由于現(xiàn)有技術(shù)存在上述問(wèn)題，為了適應(yīng)自清潔涂層材料的市場(chǎng)需求研發(fā)，希望開發(fā)一種具有優(yōu)異疏水性、高硬度、高透明及耐磨耗等特性的疏水結(jié)構(gòu)及其制法，解決上述現(xiàn)有技術(shù)的各種缺點(diǎn)，實(shí)為目前亟待解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基材表面的疏[A1]水結(jié)構(gòu)及其制法，提供疏水結(jié)構(gòu)的高硬度特性。
本發(fā)明的次一目的在于提供一種基材表面的疏水結(jié)構(gòu)及其制法，以提供疏水結(jié)構(gòu)的高透明特性。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種基材表面的疏水結(jié)構(gòu)及其制法，提供疏水結(jié)構(gòu)的耐磨耗特性。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種基材表面的疏水結(jié)構(gòu)及其制法，提供疏水結(jié)構(gòu)的優(yōu)異疏水性。
為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提供一種基材表面的疏水結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括納米粗糙層，形成在該基材表面，是由混合的納米無(wú)機(jī)物與有機(jī)物經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成；以及疏水涂層，形成在該納米粗糙層表面。
上述該納米無(wú)機(jī)物是金屬氧化物。較佳地，該金屬氧化物是選自例如二氧化矽的矽氧化物、例如二氧化鈦的鈦氧化物及例如二氧化鋯的鋯氧化物其中之一。
該納米無(wú)機(jī)物的顆粒間是連續(xù)相結(jié)構(gòu)，且借由有機(jī)物例如矽氧鍵的化學(xué)鍵鍵結(jié)。該納米粗糙層與該基材表面的界面，是借由有機(jī)物例如矽氧鍵的化學(xué)鍵鍵結(jié)。該納米粗糙層與該疏水涂層的界面，是借由有機(jī)物例如矽氧鍵的化學(xué)鍵鍵結(jié)。
該納米粗糙層的平均粗糙度介于1nm至100nm之間。該納米粗糙層的厚度介于1nm至150nm之間，優(yōu)選介于1nm至100nm之間。該納米無(wú)機(jī)物的粒徑是介于10nm至100nm之間，優(yōu)選介于10nm至50nm之間。
該疏水涂層是由低表面能材料所構(gòu)成。優(yōu)選是選自含氟及矽的高分子其中之一，例如含烷基的氯矽烷化合物(alkyl group-containingchlorosilanes)、含氟烷基的三氯矽烷化合物(fluoroalkyl group-containingtrichlorosilanes)、含氟烷基的三烷氧矽烷化合物(fluoroalkylgroup-containing trialkoxysilanes)、含氟烷基的三酰氧矽烷化合物(fluoroalkyl group-containing triacyloxysilanes)、含氟烷基的三異氰酸酯矽烷化合物(fluoroalkyl group-containing triisocyanatesilanes)、含烷基的烷氧矽烷化合物(alkyl group-containing alkoxysilanes)、含烷基的酰氧矽烷化合物(alkyl group-containing acyloxysilanes)及含烷基的異氰酸酯矽烷化合物(alkyl group-containing isocyanatesilanes)其中之一。
本發(fā)明還提供一種基材表面的疏水結(jié)構(gòu)制法，該制法包括提供基材、有機(jī)-無(wú)機(jī)摻混材料及低表面能材料；涂布有機(jī)-無(wú)機(jī)摻混材料在該基材表面，并經(jīng)高溫?zé)Y(jié)在該基材表面形成納米粗糙層；以及涂布低表面能材料，在該納米粗糙層表面形成疏水涂層。
上述該有機(jī)-無(wú)機(jī)摻混材料是混合納米無(wú)機(jī)物與有機(jī)聚合物。優(yōu)選地該納米無(wú)機(jī)物可以是金屬氧化物與無(wú)機(jī)化合物其中之一。金屬氧化物可選自例如二氧化矽的矽氧化物、例如二氧化鈦的鈦氧化物及例如二氧化鋯的鋯氧化物其中之一。無(wú)機(jī)化合物選自三甲基乙氧基矽烷(TMOS)、四乙氧基矽烷(TEOS)及三乙氧基鈦(TEOTi)其中之一。該納米無(wú)機(jī)物的粒徑介于10nm至100nm之間，優(yōu)選是介于10nm至50nm之間。
該有機(jī)聚合物是具有烯基的高分子化合物，且其分子量范圍是500至100000，優(yōu)選是5000至75000，最佳是10000至55000。該高分子化合物是選自聚乙烯基吡[A2]咯烷酮及聚乙烯醇其中之一。該有機(jī)-無(wú)機(jī)摻混材料含有1至50重量％的有機(jī)聚合物。該有機(jī)-無(wú)機(jī)摻混材料涂布在基材表面的濕膜厚度介于100nm至1000nm之間，優(yōu)選是介于100nm至500nm之間。
該納米無(wú)機(jī)物是經(jīng)由酸堿度控制其氧化物粒徑，經(jīng)產(chǎn)生溶膠凝膠反應(yīng)而與有機(jī)聚合物形成微相分離結(jié)構(gòu)。該酸堿度控制可介于pH 3至13之間，優(yōu)選是介于pH 7至13之間。
該高溫?zé)Y(jié)的溫度是介于300℃至800℃之間。優(yōu)選地，是在300℃至600℃之間的溫度烘烤達(dá)成。
該低表面能材料是選自含氟及矽的高分子其中之一。優(yōu)選地，該高分子是選自含烷基的氯矽烷化合物(alkyl group-containingchlorosilanes)、含氟烷基的三氯矽烷化合物(fluoroalkyl group-containingtrichlorosilanes)、含氟烷基的三烷氧矽烷化合物(fluoroalkylgroup-containing trialkoxysilanes)、含氟烷基的三酰氧矽烷化合物(fluoroalkyl group-containing triacyloxysilanes)、含氟烷基的三異氰酸酯矽烷化合物(fluoroalkyl group-containing triisocyanatesilanes)、含烷基的烷氧矽烷化合物(alkyl group-containing alkoxysilanes)、含烷基的酰氧矽烷化合物(alkyl group-containing acyloxysilanes)及含烷基的異氰酸酯矽烷化合物(alkyl group-containing isocyanatesilanes)其中之一。
該基材是選自玻璃基材、陶瓷基材或金屬基材其中之一。在高溫?zé)Y(jié)之前還可包括進(jìn)行約20小時(shí)的室溫熟化步驟。
根據(jù)本發(fā)明的方法所制成的疏水結(jié)構(gòu)，其無(wú)機(jī)化合物界面為化學(xué)鍵鍵結(jié)，且該化學(xué)鍵為矽氧鍵。該納米無(wú)機(jī)物間為連續(xù)相結(jié)構(gòu)，因此，本發(fā)明的疏水結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異疏水性、耐磨耗、高透明、高硬度及顆粒均一性等優(yōu)點(diǎn)，且其制法可將工序簡(jiǎn)單化、成本經(jīng)濟(jì)化及加工有效化等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而提高產(chǎn)業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力。另一方面，本發(fā)明的疏水結(jié)構(gòu)是利用納米復(fù)合材料的復(fù)合特性制成，因此提高了無(wú)機(jī)材料的剛性卻也能同時(shí)提高有機(jī)材料的韌性。


圖1為實(shí)施例1所制得的疏水結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡圖(SEM)。
圖2為實(shí)施例1所制得的疏水結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡圖(AFM)。
圖3為實(shí)施例2所制得的疏水結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。
圖4為實(shí)施例3所制得的疏水結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。
具體實(shí)施例方式
以下借由具體實(shí)施例，進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的特點(diǎn)及功效。但是該實(shí)施細(xì)節(jié)僅用于說(shuō)明本發(fā)明的特點(diǎn)，而非用于限制本發(fā)明的范疇.
實(shí)施例納米粗糙層的制造方法與其涂布方法在室溫中，依摩爾數(shù)比38∶1∶2.37在雙頸圓底瓶中依次置入125克的乙醇、15克的四乙氧矽烷(tetraethoxysilane)及4.15克(36wt％)的氫氧化銨，并將其攪拌均勻30分鐘使其成為透明溶液。接著，在90℃的條件下，進(jìn)行回流反應(yīng)8小時(shí)。當(dāng)該反應(yīng)完成后，將其置于室溫下，持續(xù)攪拌20小時(shí)，制得無(wú)機(jī)粉體分散液。
另外，將10克的聚乙烯基吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone；分子量55000)與190克的乙醇在室溫下攪拌30分鐘使其完全溶解，制得有機(jī)溶液。
接著，按照7∶3的體積比將無(wú)機(jī)溶液與有機(jī)溶液在室溫下均勻攪拌60分鐘，使生成涂布所需的有機(jī)-無(wú)機(jī)混合溶液。
利用旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)以轉(zhuǎn)速1100rpm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間15sec，每次吸取1.5毫升的有機(jī)-無(wú)機(jī)混合溶液的條件下，在玻璃試片上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂布1次。接著，將該試片置于室溫下20小時(shí)進(jìn)行室溫熟化。
接著，將熟化后的玻璃試片置于高溫烘箱內(nèi)，并從25℃至加熱100℃，在100℃下維持1小時(shí)；接著再?gòu)?00℃加熱至600℃，再將其自然冷卻至室溫形成具有納米粗糙層的玻璃片。上述加熱步驟是以每分鐘上升1.5℃的升溫方式達(dá)成。
疏水涂層的制造方法與低表面能材料涂布方法在室溫下，在雙頸圓底瓶中依次置入23.7克的異丙醇(isopropylalcohol)、1克的正十七氟十烷基三甲氧基矽烷(heptadecafluorodecyltrimethoxysilane)及0.3克的純水及75毫克的硝酸(0.1N)，并將其攪拌均勻2小時(shí)，進(jìn)行水解反應(yīng)。
反應(yīng)完成后加入5克的4A分子篩，進(jìn)行脫水、縮合聚合反應(yīng)，并將其置于室溫下18小時(shí)。反應(yīng)完成后用濾紙過(guò)濾分子篩，形成氟烷矽化合物溶液(FAS溶液)。
利用旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)以轉(zhuǎn)速1100rpm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間15sec，每次吸取1.5毫升的FAS溶液滴在具有納米粗糙層的玻璃片上，每次涂布間隔5分鐘的條件下，在玻璃試片上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂布3次。
將涂布完成的玻璃片置于烘箱中以140℃烘烤1小時(shí)。取出的試片，即是具有疏水結(jié)構(gòu)的基材。所形成包括納米粗糙層及疏水涂層的疏水結(jié)構(gòu)掃描電子顯微鏡圖(SEM)見圖1，其原子力顯微圖(AFM)見圖2。由圖1及圖2可知，根據(jù)本發(fā)明的方法，確認(rèn)可在基材上形成納米等級(jí)的疏水結(jié)構(gòu)，且該疏水結(jié)構(gòu)的納米粗糙層是連續(xù)相的。
實(shí)施例2重復(fù)實(shí)施例1的步驟，將聚乙烯基吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone)置換為分子量10000，其余步驟同實(shí)施例1。其SEM結(jié)果見圖3。
實(shí)施例3在室溫下，在雙頸圓底瓶中依次置入50克的乙醇、5克的四乙氧矽烷(tetraethoxysilane)及3.027克(36wt％)的濃鹽酸，并將其用磁石攪拌均勻19小時(shí)，制得無(wú)機(jī)溶液。
另外，將10克的聚乙烯基吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone；分子量55000)與190克的乙醇在室溫下攪拌30分鐘使其完全溶解，制得有機(jī)溶液。
接著，依7∶3的體積比將無(wú)機(jī)溶液與有機(jī)溶液在室溫下均勻攪拌60分鐘，使生成涂布所需的有機(jī)-無(wú)機(jī)混合溶液。
利用旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)以轉(zhuǎn)速1100rpm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間15sec，每次吸取1.5毫升的有機(jī)-無(wú)機(jī)混合溶液的條件下，在玻璃試片上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂布1次。接著，將該試片置于室溫下20小時(shí)進(jìn)行室溫熟化。
接著，將熟化后的玻璃試片置于高溫烘箱內(nèi)，并從25℃至加熱到100℃，在100℃下維持1小時(shí)；接著再?gòu)?00℃加熱至600℃，再將其自然冷卻至室溫形成具有納米粗糙層的玻璃片。上述加熱步驟是以每分鐘上升1.5℃的升溫方式達(dá)成。
低表面能材料的制造方法與其涂布方法在室溫下，在雙頸圓底瓶中依次置入23.7克的異丙醇(isopropylalcohol)、1克的正十七氟十烷基三甲氧基矽烷(heptadecafluorodecyltrimethoxysilane)及0.3克的純水及75毫克的硝酸(0.1N)，并將其攪拌均勻2小時(shí)，進(jìn)行水解反應(yīng)。
反應(yīng)完成后加入5克的4A分子篩，進(jìn)行脫水、縮和聚合反應(yīng)，并將其置于室溫下18小時(shí)。反應(yīng)完成后用濾紙過(guò)濾分子篩，形成氟烷矽化合物溶液(FAS溶液)。
利用旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)以轉(zhuǎn)速1100rpm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間15sec，每次吸取1.5毫升的FAS溶液滴在具有納米粗糙層的玻璃片上，每次涂布間隔5分鐘的條件下，在玻璃試片上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂布3次。
將涂布完成的玻璃片置于烘箱中以140℃烘烤1小時(shí)。取出的試片，即為具有疏水結(jié)構(gòu)的基材。其SEM結(jié)果見圖4。
疏水結(jié)構(gòu)的特性分析將實(shí)施例1、2、3的試片用下述方法作接觸角、透明度及鉛筆硬度的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表一。
接觸角的測(cè)試-ASTM C 813-90使基材保持水平(試片需為平坦，無(wú)扭曲，且無(wú)污物)。將水滴(去離子水或純水，2μL)從微量針筒滴出(盡量靠近表面)，水滴碰觸表面時(shí)，針的尖端仍在水滴的內(nèi)部(水滴上方正中央)，慢慢移離針筒(針筒不可收縮、劇烈移動(dòng)，否則會(huì)造成水滴體積/位置變化)。測(cè)量水滴的左右兩側(cè)的接觸角，各兩次，共四個(gè)數(shù)據(jù)。在同一基材表面上，另找四個(gè)不同的位置，重復(fù)上述步驟，進(jìn)行測(cè)量，總共20個(gè)數(shù)據(jù)，求其平均值。
透明度測(cè)試-ASTM D 1747-97使用試片尺寸為50mm*100mm，試片先用有積分球的色差計(jì)，測(cè)得可見光透光率(％)。在溫度45±5℃下，將試片置于裝置內(nèi)，使試片(A)與Blank(B)距離光源230mm，用CNS 10986的UV照射裝置，照射1000小時(shí)。再測(cè)量可見光透光率(％)。計(jì)算測(cè)試前后的可見光透光率(％)的差值(絕對(duì)值)。
鉛筆硬度測(cè)試ASTM 3363-92a在環(huán)境溫度23±2℃，相對(duì)濕度50±5％下，將試片放置超過(guò)16小時(shí)。將鉛筆用削鉛筆機(jī)削成尖頭，平滑，橢圓形狀。再用砂紙?jiān)诖怪狈较蚰ャU筆頭，使呈平坦無(wú)破損、圓形、無(wú)碎裂的筆頭(5～6mm)。從最硬的鉛筆開始進(jìn)行測(cè)試。使鉛筆與基材呈45度，用手(或固定在電動(dòng)輔助的推具)先向前推(遠(yuǎn)離自己的方向)，再向后推(向自己的方向)力道向下，且所施用力量需固定，長(zhǎng)度至少畫6.5mm，速率0.5至1mm/s。測(cè)試至鉛筆無(wú)法畫穿涂層碰到基材(距離＞3mm，可用放大鏡輔助；鉛筆頭在過(guò)程中破損時(shí)，需重新測(cè)試)。無(wú)法將涂層畫出痕跡的最硬的鉛筆，其硬度即為該涂層的硬度。至少重復(fù)測(cè)試一次至結(jié)果相同。
表1

由表1可得知，發(fā)明的制法其所制成的基材表面的疏水結(jié)構(gòu)除了具有良好的疏水性(水接觸角大于90°)，其透明度及硬度也比其它現(xiàn)有的產(chǎn)品更為優(yōu)異。
權(quán)利要求
1.一種基材表面的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括納米粗糙層，形成在該基材表面，是由混合的納米無(wú)機(jī)物與有機(jī)物經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成；以及疏水涂層，形成在該納米粗糙層表面。
2.如權(quán)利要求1所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該納米無(wú)機(jī)物是金屬氧化物。
3.如權(quán)利要求2所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該金屬氧化物選自矽氧化物、鈦氧化物及鋯氧化物其中之一。
4.如權(quán)利要求3所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該矽氧化物是二氧化矽。
5.如權(quán)利要求3所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該鈦氧化物是二氧化鈦。
6.如權(quán)利要求3所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該鋯氧化物是二氧化鋯。
7.如權(quán)利要求1所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該納米無(wú)機(jī)物的顆粒間是連續(xù)相結(jié)構(gòu)，且借由無(wú)機(jī)物的化學(xué)鍵鍵結(jié)。
8.如權(quán)利要求1所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該納米粗糙層與該基材表面的界面，是借由無(wú)機(jī)物的化學(xué)鍵鍵結(jié)。
9.如權(quán)利要求1所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該納米粗糙層與該疏水涂層的界面，是借由有機(jī)物的化學(xué)鍵鍵結(jié)。
10.如權(quán)利要求7、8或9所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該化學(xué)鍵是矽氧鍵。
11.如權(quán)利要求1所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該納米粗糙層的平均粗糙度是介于1nm至100nm之間。
12.如權(quán)利要求1所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該納米粗糙層的厚度介于1nm至150nm之間。
13.如權(quán)利要求12所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該厚度是介于1nm至100nm之間。
14.如權(quán)利要求1所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該納米無(wú)機(jī)物的粒徑是介于10nm至100nm之間。
15.如權(quán)利要求14所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該粒徑是介于10nm至50nm之間。
16.如權(quán)利要求1所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該疏水涂層是由低表面能材料所構(gòu)成。
17.如權(quán)利要求16所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該低表面能材料是選自含氟或矽的高分子其中之一。
18.如權(quán)利要求17所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該高分子是選自含烷基的氯矽烷化合物、含氟烷基的三氯矽烷化合物、含氟烷基的三烷氧矽烷化合物、含氟烷基的三酰氧矽烷化合物、含氟烷基的三異氰酸酯矽烷化合物、含烷基的烷氧矽烷化合物、含烷基的酰氧矽烷化合物或含烷基的異氰酸酯矽烷化合物其中之一。
19.如權(quán)利要求1所述的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，該基材是選自玻璃基材、陶瓷基材或金屬基材其中之一。
20.一種基材表面的疏水結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該制法包括提供基材、有機(jī)-無(wú)機(jī)摻混材料及低表面能材料；在該基材表面涂布有機(jī)-無(wú)機(jī)摻混材料，并經(jīng)高溫?zé)Y(jié)在該基材表面形成一納米粗糙層；以及涂布低表面能材料，在該納米粗糙層表面形成疏水涂層。
21.如權(quán)利要求20所述的制法，其特征在于，該有機(jī)-無(wú)機(jī)摻混材料是混合納米無(wú)機(jī)物與有機(jī)聚合物。
22.如權(quán)利要求21所述的制法，其特征在于，該納米無(wú)機(jī)物是金屬氧化物與無(wú)機(jī)化合物其中之一。
23.如權(quán)利要求22所述的制法，其特征在于，該金屬氧化物是選自矽氧化物、鈦氧化物或鋯氧化物其中之一。
24.如權(quán)利要求23所述的制法，其特征在于，該矽氧化物是二氧化矽。
25.如權(quán)利要求23所述的制法，其特征在于，該鈦氧化物是二氧化鈦。
26.如權(quán)利要求23所述的制法，其特征在于，該鋯氧化物是二氧化鋯。
27.如權(quán)利要求22所述的制法，其特征在于，該無(wú)機(jī)化合物是選自三甲基乙氧基矽烷、四乙氧基矽烷或三乙氧基鈦其中之一。
28.如權(quán)利要求21所述的制法，其特征在于，該納米無(wú)機(jī)物的粒徑是介于10nm至100nm之間。
29.如權(quán)利要求28所述的制法，其特征在于，該粒徑是介于10nm至50nm之間。
30.如權(quán)利要求21所述的制法，其特征在于，該有機(jī)聚合物是具有烯基的高分子化合物，且其分子量范圍是500至100000。
31.如權(quán)利要求30所述的制法，其特征在于，該分子量范圍是5000至75000。
32.如權(quán)利要求31所述的制法，其特征在于，該分子量范圍是10000至55000。
33.如權(quán)利要求30所述的制法，其特征在于，該高分子化合物是選自聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇其中之一。
34.如權(quán)利要求21所述的制法，其特征在于，該有機(jī)-無(wú)機(jī)摻混材料含有1至50重量％的有機(jī)聚合物。
35.如權(quán)利要求21所述的制法，其特征在于，該有機(jī)-無(wú)機(jī)摻混材料涂布于基材表面的濕膜厚度介于100nm至1000nm之間。
36.如權(quán)利要求35所述的制法，其特征在于，該厚度介于100nm至500nm之間。
37.如權(quán)利要求21所述的制法，其特征在于，該納米無(wú)機(jī)物是經(jīng)由酸堿度控制其氧化物粒徑，經(jīng)產(chǎn)生溶膠凝膠反應(yīng)而與有機(jī)聚合物形成微相分離結(jié)構(gòu)。
38.如權(quán)利要求37所述的制法，其特征在于，該酸堿度控制是介于pH 3至13之間。
39.如權(quán)利要求38所述的制法，其特征在于，該酸堿度控制是介于pH 7至13之間。
40.如權(quán)利要求38所述的制法，其特征在于，該高溫?zé)Y(jié)的溫度是介于300℃至800℃之間。
41.如權(quán)利要求38所述的制法，其特征在于，該溫度是介于300℃至600℃之間。
42.如權(quán)利要求20所述的制法，其特征在于，該納米粗糙層的平均粗糙度是介于1nm至100nm之間。
43.如權(quán)利要求20所述的制法，其特征在于，該納米粗糙層的厚度介于1nm至150nm之間。
44.如權(quán)利要求43所述的制法，其特征在于，該厚度是介于1nm至100nm之間。
45.如權(quán)利要求20所述的制法，其特征在于，該低表面能材料是選自含氟或矽的高分子其中之一。
46.如權(quán)利要求45所述的制法，其特征在于，該高分子是選自含烷基的氯矽烷化合物、含氟烷基的三氯矽烷化合物、含氟烷基的三烷氧矽烷化合物、含氟烷基的三酰氧矽烷化合物、含氟烷基的三異氰酸酯矽烷化合物、含烷基的烷氧矽烷化合物、含烷基的酰氧矽烷化合物或含烷基的異氰酸酯矽烷化合物其中之一。
47.如權(quán)利要求20所述的制法，其特征在于，該基材是選自玻璃基材、陶瓷基材或金屬基材其中之一。
48.如權(quán)利要求43所述的制法，其特征在于，在高溫?zé)Y(jié)之前，還包括進(jìn)行室溫熟化的步驟。
49.如權(quán)利要求48所述的制法，其特征在于，該室溫熟化是進(jìn)行20小時(shí)。
50.如權(quán)利要求48所述的制法，其特征在于，該高溫?zé)Y(jié)的步驟是以介于300℃至600℃之間的溫度烘烤達(dá)成。
全文摘要
一種基材表面的疏水結(jié)構(gòu)及其制法，主要是在該基材表面涂布有機(jī)－無(wú)機(jī)摻混材料，經(jīng)由高溫?zé)Y(jié)在該基材表面形成納米粗糙層，并涂布低表面能材料，在該納米粗糙層表面形成疏水涂層；因此本發(fā)明的疏水結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異疏水性、耐磨耗、高透明、高硬度及顆粒均一性等優(yōu)點(diǎn)，且其制法可將工序簡(jiǎn)單化、成本經(jīng)濟(jì)化及加工有效化等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而提高產(chǎn)業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力，另外，本發(fā)明的疏水結(jié)構(gòu)是利用納米復(fù)合材料的復(fù)合特性制成，因此提高了無(wú)機(jī)材料的剛性卻也能同時(shí)提高有機(jī)材料的韌性。
文檔編號(hào)B05D7/24GK1827237SQ20051005114
公開日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2005年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月28日
發(fā)明者鄭總輝, 陳致源, 鄭欽峰 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院