CN101210155B - 材料表面处理组合物及用其制备的材料和疏水性膜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种材料表面处理组合物以及用其制备的具疏水性表面的材料和疏水性膜，该材料表面处理组合物包含蜡、硅油、C6至C30的碳氢混合物油、纳米粉体和树脂，利用本发明的组合物中的纳米粉体可使受改质的材料表面具有因低表面能、粗糙而对水的留滞阻力低的特性。
Description
技术领域
本发明提供一种材料表面处理组合物，更进一步地，本发明还提供一种含有该材料表面处理组合物的材料表面疏水性膜。
背景技术
表面处理科学为材料科学中重要的一门学科，通过表面处理可改变材料的表面特性，使其可应用于其它领域。表面处理的方式可分为永久性和暂时性的表面处理。永久性表面处理的代表例为电镀，透过电化学的方法于材料表面沉积金属或合金膜，使材料表面产生长效性的性质改变。然而此类处理需要特定的设备方得以进行，并非一般民众易于操作。
暂时性表面处理指通过人工或机械的方式，于材料表面形成改变材料表面特性的膜，由于膜本身与材料表面的结合力不如电镀等永久性表面处理强，因此容易与材料分离。然而因为操作容易，无需特定或大型设备，因此形成暂时性表面处理薄膜的材料的开发仍具有相当的商业价值，例如一些油漆涂料、防雾剂、亮光蜡配方等。
以亮光蜡为例，其可使用于家俱，特别是木质家俱表面，除了达到美化的效果，更可以延长木质的寿命，此外，将亮光蜡应用于汽车美容，也属常见而广泛的应用。目前全世界使用的车辆估计约有5亿辆，以台湾而言，每年新车销售约50万辆，估计在台湾就有超过300万辆汽车，有汽车美容的需求。汽车蜡的使用量之大不可言喻。坊间虽已有诸多厂牌的汽车蜡，大都着重在施工性、光亮性和耐久性、拨水性，但却未着重于水珠的滑动性和驱猫狗的功能。由于保持车辆光亮清洁是车主愿意花费的投资，因此，汽车美容所用的蜡，每年的产值也跟着逐年增大。由需求面的角度综观目前市售的汽车蜡，其性能仍有待加强改善之处，坊间所用的汽车蜡，其配方组成是以蜡为主，添加溶剂、助剂、填充物等混合形成，其功能是涂布于汽车烤漆表面时，可补平烤漆上的不平整，达到光亮及保护的目的，虽然有些产品有使用纳米技术及造成约106度接触角的水珠效果，然而水珠流动性则无预期那么好的效果。
因此，开发出高拨水性以及滑动性好的表面处理材料，即为本技术领域的目标和研究方向。
发明内容
有鉴于现有技术的缺失，本发明的目的在于开发一种用于材料表面处理的组合物，可使经其处理后的材料表面具有高拨水性(疏水性)和滑动性好的特性。
此外，本发明的目的还在于提供一种疏水性膜，其形成于材料的表面，具有高拨水性和滑动性好的特性。
为达上述目的，本发明提供的材料表面处理组合物，其包含：100重量份的蜡；0.1至40重量份的硅油；10～500重量份的C6至C30的碳氢混合物油；1至200重量份的纳米粉体；和1至40重量份树脂。
在部分实施例中，本发明的材料表面处理组合物可进一步包含驱除试剂0.1至30重量份。
此外，在部分实施例中，本发明的材料表面处理组合物中的纳米粉体可部分以微米粉体取代。
本发明提供的具疏水性表面的材料，其包含：材料，其具有表面；和疏水性膜，该疏水性膜位于前述表面上；其中，前述疏水性膜是取本发明的材料表面处理组合物并将该组合物涂布于该材料的表面所形成。
因此，本发明进一步包含疏水性膜，其为取本发明的材料表面处理组合物并将其涂布于表面成膜所形成。
本发明的材料表面处理组合物和应用其形成的疏水性膜具有高拨水性和水珠流动性佳的优点，并可应用于各种材料的表面达到防潮和保护的效果。
附图说明
图1：市售商品(620元、698元、700元、620元)与本发明相比较的水珠滚动实际影像图；
图2：本发明的材料表面处理组合物施用于实际车辆引擎盖的实际影像图；
图3A：不具有烤漆层的不锈钢表面经本发明的材料表面处理组合物处理(右)与未处理(左)的实际影像图；
图3B：图3A的不锈钢表面的水珠接触角影像图；
图3C：图3A的不锈钢表面未经本发明组合物处理的表面电子显微影像图；
图3D：图3A的不锈钢表面经本发明组合物处理后的表面电子显微影像图；
图4A：木材表面经本发明的材料表面处理组合物处理(右)与未处理(左)的实际影像图；
图4B：图4A的木材表面的水珠接触角影像图；
图5A：瓷砖表面经本发明的材料表面处理组合物处理(右)与未处理(左)的实际影像图；
图5B：图5A的瓷砖表面的水珠接触角影像图；
图6A：玻璃表面经本发明的材料表面处理组合物处理(右)与未处理(左)的实际影像图；
图6B：图6A的玻璃表面的水珠接触角影像图；
图7：皮鞋(皮革)表面经本发明的材料表面处理组合物处理(左)与未处理(右)的实际影像图；
图8A：实质上非球形的纳米粉体态样的电子显微影像图；
图8B：实质上非球形的纳米粉体态样(不同粒径)的电子显微影像图；
图8C：实质上非球形的纳米粉体态样(不同粒径)的电子显微影像图
图8D：实质上非球形的纳米粉体态样(不同形状)的电子显微影像图。
具体实施方式
本发明的材料表面处理组合物，其包含100重量份的蜡；0.1至40重量份的硅油；10～500重量份的C6至C30的碳氢混合物油；1至200重量份的纳米粉体；和1至40重量份树脂。
在优选实施例中，本发明所述的材料表面处理组合物，其包含100重量份的蜡；0.1至20重量份的硅油；10～400重量份的C6至C30的碳氢混合物油；1至100重量份的纳米粉体；和1至20重量份树脂。
本发明的材料表面处理组合物，可应用于各类欲进行表面处理的材料表面，适用的种类包含，但不限于表面不具烤漆层的金属、表面具烤漆层的金属、木质材料、陶瓷、皮革或玻璃等。
本发明的材料表面处理组合物中所包含的蜡，指一般家用或汽车用蜡制品中所含的天然或合成的蜡，其包含，但不限于石油系蜡、蜜蜡、巴西蜡、棕榈蜡或其混合物，其为可降低表面处理后的材料表面的表面能。
本发明的材料表面处理组合物中所包含的硅油，为工业上或材料技术中做为组合物配方中的填充剂所选用的硅油皆可，并无需特别限定，在本发明的优选实施例中，所选用硅油进一步具有帮助蜡软化的效果。
本发明的材料表面处理组合物中所包含的C6至C30的碳氢混合物油，其做为组合物调合的基质之用，功能等同液态组合物的溶剂，C6至C30的碳氢混合物油可为具有化学式CnH2n+2，n＝6～30所示的直链烷类或分支烷类化合物，也可为6至30个碳的环烷类、芳香类化合物或不饱和碳氢化合物，诚如前述，其功能为基质的调和之用，因此凡本技术领域已使用于蜡配方中的调和基质用的碳氢混合物油当皆可适用于本发明中，C6至C30的碳氢化合物油的具体实施例包含，但不限于去渍油、甲苯、二甲苯、汽油、柴油、煤油、干洗油等。
本发明的材料表面处理组合物中所包含的纳米粉体是指粒径在1nm至100nm的粉体，在部分优选实施例中，该纳米粉体具有实质上非球形的外观，更进一步地，该纳米粉体为可包含二种或两种以上不同粒径或形状，例如图8A、图8B、图8C所示的不同粒径大小的纳米粉体，以及图8D所示的不同形状的纳米粉体。由于纳米粉体较一般粉体更具高表面积，可形成致密的保护层，加上掺混不同尺寸粒径或形状的纳米粉体形成不连续的粗糙表面，如图3D所示，上述纳米粉体的施用除可增强利用此组合物形成的膜的高拨水性外，并可增强粗糙效果，增加流动性，目前已知可用于形成纳米粉体的材料包含，但不限于二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、氧化铝、碳酸钙、硅酸镁或其混合物。
在部分的实施例中，本发明的材料表面处理组合物中所包含的纳米粉体可部分利用微米粉体取代，例如包含，但不限于二氧化硅、氧化锌、二氧化钛或碳酸钙、氧化铝、硅酸镁或其混合物的微米粉体。透过纳米粉体与微米粉体的混掺，可使材料表面具有利用本发明组合物形成的膜产生不规则的粗糙效果，藉此在降低表面能所产生的高拨水性性质外，更增加良好的水珠流动性。可理解的是，取代纳米粉体的微米粉体为进一步为混合两种或两种以上的微米粉体混合物，其目的和效果当与纳米粉体的混用相同。
在部分实施例中，本发明的组合物中所包含的纳米粉体和/或微米粉体其表面为可进一步具有氟修饰，由于具有氟修饰的材料表面具有良好的拨水拨油特性属本技术领域的公知常识，因此其它可用以在纳米粉体和/或微米粉体表面形成氟修饰的材料或技术为可应用于本发明中而无需赘述，例如以聚四氟乙烯修饰的纳米粉体和/或微米粉体为可应用于本技术领域的组合物中。
本发明的材料表面处理组合物中所包含的树脂，为一般家用或汽车用蜡中，用来提供成膜后的膜的耐久度的效果，已知可使用的树脂包含，但不限于压克力树脂、环氧树脂或硅树脂其混合物。
在部分的实施例中，本发明的材料表面处理组合物中可进一步包含0.1至30重量份的水溶性物质，在优选的实施例中，水溶性物质包含0.1至20重量份，水溶性物质的种类包含，但不限于盐类(例如碳酸钙或硫酸钠)、糖类或其混合物，其目的在于提供利用本材料表面处理组合物成膜后的膜与水接触后，可因为水溶性物质的溶解而产生孔隙，加强膜表面的粗糙度。
在部分的实施例中，本发明的材料表面处理组合物中可进一步包含驱除试剂0.1至30重量份，驱除试剂的施用目的在于使本材料表面处理组合物成膜后的膜保护的车辆可散发动物(例如：猫、狗)厌恶的气味使之不欲靠近，减少猫于引擎上方烤漆钢板或狗于车体侧身表面便溺的机会，进一步延长车体材料与膜的寿命，适用于本发明添加的驱除试剂如多碳酮。
将本发明的材料表面处理组合物施用于欲成膜的材料表面，通过软性材料的擦拭使其达到肉眼观察均匀的状态后，即于材料表面生成疏水性膜。因此，本发明还提供一种具疏水性表面的材料，其包含材料，该材料具有表面；及疏水性膜，该膜位于前述表面上；其中，前述疏水性膜是将本发明的材料表面处理组合物处理前述材料的表面所形成。然而当可轻易理解的是，利用本发明的材料表面处理组合物所形成的膜，其组成会因涂布过程的溶剂的挥发、所添加的水溶性物质受雨水溶解等作用，最终表面组成成份与原始组合物产生差异，同时可进一步产生表面的粗糙度，而维持其疏水的效果。因此本发明具疏水性表面的材料，其包含表面不具烤漆层的金属、表面具烤漆层的金属、木质材料、陶瓷、皮革或玻璃的材料与疏水性膜所构成，该疏水性膜，其为取本发明的材料表面处理组合物并将其涂布于表面成膜所形成。
以下实施例用于进一步了解本发明优点，并非用于限制本发明保护范围。
实施例1.本实施例的材料表面处理组合物
为进一步说明并验证本发明的材料表面处理组合物的效果，依以下比例取用配制本实施例的组合物：100重量份的蜡；20重量份的硅油；200重量份的C6至C30的碳氢混合物油；10重量份的经聚四氟乙烯修饰的微米二氧化钛；190重量份纳米二氧化钛；和5重量份树脂，之后将各组成混掺后均匀后，即可进行后续实施例的测试。
实施例2.本实施例的材料表面处理组合物的检测
将本发明上述实施例的材料表面处理组合物施用于具烤漆涂层的汽车钢板表面，以ASTM D3836-94Standard Practice for Evaluation of Automotive Polish(波兰汽车评估与检测标准ASTM D3836-94)检测标准检测其表面特性，所得结果如下表1：
表1、ASTM D3836-94检测结果
| 测试项目\样品编号 | 检测结果 |
| 9.2.1车蜡好不好推会不会粘滞(不好推＝1...很好推＝5) | 3.9 |
| 9.2.2漆面上蜡后会不会变色(变色＝1...不变色＝5) | 4.1 |
| 9.2.3车蜡干燥速度快慢(慢＝1...快＝5) | 3.7 |
| 9.2.4多余的车蜡是否容易抹掉(不容易＝1...容易＝5) | 4.4 |
| 测试项目\样品编号 | 检测结果 |
| 9.2.5擦拭过程有没有抹出粉状物(有＝1...没＝5) | 4.9 |
| 9.2.6将漆面擦亮所需抹的次数多寡(多＝1...寡＝5) | 3.6 |
| 9.3.1光泽度(暗＝1...亮＝5) | 3.6 |
| 9.3.2均匀度(不均匀＝1...均匀＝5) | 4.1 |
| 9.3.3漆面镜像成型度(镜像破碎＝1...完全镜像＝5) | 3.8 |
| 9.3.4漆面是否油腻是否可用手指画出S记号(是＝1...否＝5) | 4.4 |
| 9.3.5用手指画出S记号是否自然消失(否＝1...是＝5) | 3.2 |
| 9.3.6用手指画出S记号用棉球擦是否回复光亮(否＝1...是＝5) | 3.8 |
| 9.3.7油污是否容易去除(否＝1...是＝5) | 3.5 |
| 9.3.8漆面沾水后数分钟用卫生纸将水吸干蜡膜是否破坏(是＝1否＝5) | 4.0 |
| 9.3.9光泽持久度(不光亮＝1..........光亮＝5) | 2.9 |
| 9.3.10是否容易吸附灰尘(灰尘多＝1.....灰尘少＝5) | 2.5 |
| 总分 | 60.3 |
由上表1可知，利用本发明实施例的材料表面处理组合物于材料表面形成的疏水性膜确实具有符合检测标准的特性，符合汽车美容的需要。
实施例3.本发明实施例的材料表面处理组合物的拨水性与市售商品的比较
下表2为市售商品与本发明实施例的材料表面处理组合物的拨水性的比较，商品名称列于表2后的注1：
表2、市售商品与本发明实施例的性能比较表
| 市售商品A | 市售商品B | 市售商品C | 市售商品D | 本实施例 | |
| 水珠滚动 | 4 | 2 | 2 | 3 | 5 |
| 水痕测试 | 4 | 2 | 2 | 3 | 5 |
| 接触角 | 107 | 100 | 98 | 95 | 106 |
| 水渍测试 | 无 | 多 | 多 | 多 | 多 |
| 擦拭性 | 4 | 2 | 2 | 4 | 5 |
注1：市售商品A为SOFT+99滑水力、市售商品B为3M ultra highglass finish paste waxhard、市售商品C为Turtle wax Ultragloss paste wax Platinum series、市售商品D为SONAXXxtreme polish wax
由上表2中可知，本发明实施例在各项测试性能中皆较市售商品具有更优异的性能。而为更进一步显示本发明实施例的水珠滚动性能，可参考图1的市售商品与本发明实施例的水珠滚动实际影像。
由图中可发现，在同一块汽车烤漆钢板上施以四种市售商品与本发明实施例后，比较其表面的水珠残余最少者为施用本发明实施例的组合物，显示本发明的组合物所形成的疏水性膜的水珠滚动能力最佳。
实施例4.本发明实施例的材料表面处理组合物应用于不同材料
更进一步地，本发明实施例尝试将材料表面处理组合物应用于各种不同的材料表面，其由图2至图7来说明。
图2为将本发明的材料表面处理组合物施用于实际车辆引擎盖上的实际影像图，其中右方影像为左方影像的局部放大图。由图中可见水分子在影像中因引擎盖的高拨水性而内聚为可清晰分辨的水珠。
图3A为不具有烤漆层的不锈钢表面经本发明的材料表面处理组合物处理(右)与未处理(左)的实际影像图，由图中可见影像中的水分子在经处理后的不锈钢表面具有较佳的内聚效果。
图3B相对图3A的不锈钢表面的水珠进行接触角的量测，其中图3B左侧的影像是未经处理的不锈钢表面的水珠接触角影像，右侧则为利用本发明的材料表面处理组合物处理过的不锈钢表面的水珠接触角影像，由图中可见影像中的水分子在经处理后的不锈钢表面具有较大的接触角，拨水效果较佳。
图3C为未经本发明材料处理的不锈钢表面电子显微镜影像图，表面显示为不具纳米结构的粗糙表面。图3D为相对图3C的不锈钢表面经本发明材料表面处理组合物处理过的表面电子显微影像图，表面结构形成类似纤毛状凹凸不平的纳米疏水结构。
图4A为一般木材表面经本发明的材料表面处理组合物处理(右)与未处理(左)的实际影像图，由图中可见影像中的水分子在经处理后的木材表面具有较佳的内聚效果。
图4B相对图4A的木材表面的水珠进行接触角的量测，其中图4B左侧的影像为未经处理的木材表面的水珠接触角影像，右侧则为利用本发明的材料表面处理组合物处理过的木材表面的水珠接触角影像，由图中可见影像中的水分子在经处理后的木材表面具有较大的接触角，拨水效果较佳。
图5A为瓷砖表面经本发明的材料表面处理组合物处理(右)与未处理(左)的实际影像图，由图中可见影像中的水分子在经处理后的瓷砖表面具有较佳的内聚效果。
图5B为相对图5A的瓷砖表面的水珠进行接触角的量测，其中图5B左侧的影像为未经处理的瓷砖表面的水珠接触角影像，右侧则为利用本实施例的材料表面处理组合物处理过的瓷砖表面的水珠接触角影像，由图中可见影像中的水分子在经处理后的瓷砖表面具有较大的接触角，拨水效果较佳。
图6A为玻璃表面经本发明的材料表面处理组合物处理(右)与未处理(左)的实际影像图，由图中可见影像中的水分子在经处理后的玻璃表面具有较佳的内聚效果。
图6B为相对图6A的玻璃表面的水珠进行接触角的量测，其中图6B左侧的影像是未经处理的玻璃表面的水珠接触角影像，右侧则为利用本发明的材料表面处理组合物处理过的玻璃表面的水珠接触角影像，由图中可见影像中的水分子在经处理后的玻璃表面具有较大的接触角，拨水效果较佳。
图7为皮鞋(皮革)表面经本发明的材料表面处理组合物处理(左)与未处理(右)的实际影像图，由图中可见经处理后的皮革表面呈现较为平整光亮的视觉效果。
由这些图式和实施例可知，本发明的材料表面处理组合物确实可应用于各类材料的表面处理，在各类材料表面形成高拨水性与水流动性好的疏水性膜。
综合上述，利用本发明的材料表面处理组合物可在材料表面制得高低不平、或扭曲皱折的薄膜，同时，由于粉体的添加，可制作出纤毛状的凹凸不平的疏水结构，以达到高疏水的功效。本发明通过组合物组成的设计，可稳定蜡成份中的纳米粉体，并可进一步协助驱猫狗试剂的溶解，而在蜡的配方中，加入高分子化合物，使蜡在烤漆表面成膜时，高分子膜也因与空气接触而形成完整的光亮膜。
其它实施例
在本说明书中所揭露的所有特征都可能与其它方法结合，本说明书中所揭露的每一个特征都可能选择性的以相同、相等或相似目的特征所取代，因此，除了特别显著的特征之外，所有本说明书所揭露的特征仅是相等或相似特征中的一个例子。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。
Claims (24)
1.一种材料表面处理组合物，其包含：
100重量份的蜡；
0.1至40重量份的硅油；
10～500重量份的C6至C30的碳氢混合物油；
1至200重量份的纳米粉体；和
1至40重量份树脂。
2.如权利要求1所述的组合物，其包含：
100重量份的蜡；
0.1至20重量份的硅油；
10～400重量份的C6至C30的碳氢混合物油；
1至100重量份的纳米粉体；和
1至20重量份树脂。
3.如权利要求1所述的组合物，其中所述材料包括表面不具烤漆层的金属、表面具烤漆层的金属、木质材料、陶瓷、皮革或玻璃。
4.如权利要求1所述的组合物，其中所述蜡包括石油系蜡、蜜蜡、棕榈蜡或其混合物。
5.如权利要求4所述的组合物，其中所述棕榈蜡为巴西蜡。
6.如权利要求1所述的组合物，其中所述C6至C30的碳氢混合物油为具有化学式CnH2n+2，n＝6～30的直链烷类或分支烷类化合物或其混合物。
7.如权利要求1所述的组合物，其中所述C6至C30的碳氢混合物油为具有6至30个碳的环烷类、芳香类化合物、不饱和碳氢化合物或其混合物。
8.如权利要求6或7所述的组合物，其中所述C6至C30的碳氢混合物油包含去渍油、甲苯、二甲苯、汽油、柴油、煤油、干洗油或其混合物。
9.如权利要求1所述的组合物，其中所述纳米粉体的材料包括二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、碳酸钙、氧化铝、硅酸镁或其混合物。
10.如权利要求1所述的组合物，其中所述纳米粉体的表面进一步以氟修饰。
11.如权利要求1所述的组合物，其中所述纳米粉体具有两种或两种以上不同的形状和/或粒径。
12.如权利要求1所述的组合物，其中所述纳米粉体为部分以微米粉体取代。
13.如权利要求12所述的组合物，其中所述微米粉体的材料包括二氧化硅、氧化锌、二氧化钛、碳酸钙、氧化铝、硅酸镁或其混合物。
14.如权利要求12所述的组合物，其中所述微米粉体的表面进一步以氟修饰。
15.如权利要求1所述的组合物，其中所述树脂包括压克力树脂、环氧树脂、硅树脂或其混合物。
16.如权利要求1所述的组合物，其进一步包含0.1至30重量份的水溶性物质。
17.如权利要求16所述的组合物，其中所述水溶性物质为0.1至20重量份。
18.如权利要求16所述的组合物，其中所述水溶性物质包括盐类、糖类或其混合物。
19.如权利要求18所述的组合物，其中所述盐类包括碳酸钙、硫酸钙或其混合物。
20.如权利要求1所述的组合物，其进一步包含0.1～30重量份的驱除试剂。
21.如权利要求20所述的组合物，其中所述驱除试剂为多碳酮。
22.一种具疏水性表面的材料，其包含：
材料，其具有表面；和
疏水性膜，其位于所述表面上；
其中，所述疏水性膜为取权利要求1至21中任一项所述的材料表面处理组合物并将其涂布于所述材料的表面所形成。
23.如权利要求22所述的具疏水性表面的材料，其中所述材料包括表面不具烤漆层的金属、表面具烤漆层的金属、木质材料、陶瓷、皮革或玻璃。
24.一种疏水性膜，其为取前述权利要求1至21中任一项所述的材料表面处理组合物并将其涂布于表面成膜所形成。
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| CN1061234A (zh) * | 1990-11-05 | 1992-05-20 | 广东省测试分析研究所 | 透明的液体去污上光蜡 |
| EP1557435A1 (en) * | 2002-10-16 | 2005-07-27 | Mitsui Chemicals, Inc. | Olefin wax, silicone-modified olefin waxes, silicone -base cold-setting compositions made by using the same, and cosmetics containing the same |
-
2006
- 2006-12-28 CN CN2006101714771A patent/CN101210155B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1033555A (zh) * | 1987-12-24 | 1989-07-05 | 陈刚 | 车辆清洁上光增亮擦净纸巾 |
| CN1061234A (zh) * | 1990-11-05 | 1992-05-20 | 广东省测试分析研究所 | 透明的液体去污上光蜡 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101210155A (zh) | 2008-07-02 |
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