CN103360792A - 具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，包含有：氧化锌粉体；及透光阻绝层，由透光阻绝材镀于该氧化锌粉体表面而形成；及高分子镀层，由高分子材料对该透光阻绝层做表面改质而形成。本发明包含有氨基，对该透光阻绝层做表面改质，该透光阻绝材为二氧化硅，而形成ZnO-SiO2核壳结构纳米粉体。本发明使用具碳氟官能基（CFX）、碳氢官能基（CHX）或以上两种官能基的高分子材料对纳米氧化锌粉体表面进行改质，形成具有微细纤毛状的粗糙表面结构，而且具有遮蔽紫外光及疏水/油的功能的透明镀膜。

Description

具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构
本申请是申请日为2005年12月23日、申请号为200510132398.5的“具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构”的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种镀膜结构，特别是一种利用具碳氟（CFX）、碳氢（CHX）或以上两种官能基的高分子材料对纳米氧化锌粉体表面改质，形成具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构。
背景技术
自然界许多植物叶面上因具有独特微结构及表面化性而展露其超疏水性，超疏水性表面的特征为水在其上会形成近似球状液滴，例如自然界中的莲花叶，当水滴在叶面上形成并滚动，可同时将灰尘带走，使叶面能保持清洁亮丽，而具有自洁(self-cleaning)功能。造成荷叶表面的自洁现象为莲花叶的低表面张力及表面粗糙度。
当液体滴在固体表面上时，固体表面和液滴切线的夹角，即是所谓的接触角θ。当气-固的界面张力(也即固体表面能)越大，接触角就会越小，此时表示固体表面较易被湿润；当接触角为0度时，表示液体形成水膜而能完全的湿润固体表面。相反地，当气-固的界面张力越低，接触角就会越大，代表固体表面越不易被湿润；当接触角为180度时，代表液体形成球状液滴而完全不能湿润于固体表面。
另外，当固体具有粗糙表面时，也会使液体在表面上的接触角变大。表面粗糙度对沾湿性的效应为尺寸低凹的表面可使吸附气体原子稳定存在，在宏观表面上相当于有一层稳定的气体薄膜，使液体无法与固体的表面直接接触，即液体与固体的接触表面包含有固体及气体的混合界面。
现今已有许多制作具有疏水性的涂料或是具有疏水性的表面的方法，例如美国专利第5,693,236号是提供一种制作具有疏水性表面的方法，其步骤包含有：首先，制备针状材料与可固形化液体的混合物，将此混合物涂覆在物体表面并固型化液体，接着形成含有针状材料及以固型化液体基材的涂层。当基材被蚀刻速率大于针状材料被蚀刻速率的情况下，通过蚀刻层而在表面形成针状材料的凹处与凸出物，最后将此层表面镀上疏水物质。
一般将具有疏水性涂料涂布于固体表面后，虽可具有防水的性质，但是灰尘沾上固体表面后，液体不能有效率的在固体表面上滚动来清除灰尘，因此无法有效达到自洁功能。再者，以疏水性涂料涂布于固体表面后，也无法有效防止紫外光对人体及有机物的侵害。
因此，提供一种低表面能、具有粗糙表面结构、遮蔽紫外线的疏水性涂层，其可克服现有技术的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜，使用具碳氟官能基（CFX）、碳氢官能基（CHX）或以上两种官能基的高分子材料对纳米氧化锌粉体表面进行改质，形成具有微细纤毛状的粗糙表面结构，而且具有遮蔽紫外光及疏水/油的功能的透明镀膜。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，包含有：氧化锌粉体；及高分子镀层，以高分子材料对该氧化锌粉体表面改质而形成。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该高分子材料为含碳氟官能基的聚合物。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该高分子材料为含碳氢官能基的聚合物。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该氧化锌粉体为纳米氧化锌粉体。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该氧化锌粉体具有纤维锌矿结构。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该氧化锌粉体为四足锥状的粉体。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该四足锥状的氧化锌粉体的每一支棒状晶体的直径为10nm至100nm之间，长度50nm至1000nm之间。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该氧化锌粉体为棒状的粉体。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该棒状的氧化锌粉体的每一支棒状晶体的直径为10nm至100nm之间，长度50nm至1000nm之间。
本发明还提供一种具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，包含有：氧化锌粉体，该氧化锌粉体为四足锥状的粉体；；及透光阻绝层，由透光阻绝材镀于该氧化锌粉体表面而形成；及高分子镀层，由高分子材料对该透光阻绝层做表面改质而形成，其中，该透光阻绝材为二氧化硅，而形成ZnO-SiO2核壳结构纳米粉体。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，还包含有氨基，对该透光阻绝层做表面改质。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该透光阻绝材为二氧化硅，而形成ZnO-SiO2核壳结构纳米粉体。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该ZnO-SiO2核壳结构纳米粉体的壳厚度为1nm至20nm之间。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该高分子材料为含碳氟官能基的聚合物。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该高分子材料为含碳氢官能基的聚合物。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该氧化锌粉体为纳米氧化锌粉体。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该氧化锌粉体具有纤维锌矿结构。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该氧化锌粉体为四足锥状的粉体。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该四足锥状的氧化锌粉体的每一支棒状晶体直径为10nm至100nm之间，长度50nm至1000nm之间。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该氧化锌粉体为棒状的粉体。
上述具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特点在于，该棒状的氧化锌粉体的每一支棒状晶体直径为10nm至100nm之间，长度50nm至1000nm之间。
本发明的功效，在于使用具碳氟官能基（CFX）、碳氢官能基（CHX）或以上两种官能基的高分子材料对纳米氧化锌粉体表面进行改质，形成具有微细纤毛状的粗糙表面结构，而且具有遮蔽紫外光及疏水/油的功能的透明镀膜。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1A为四足锥形状的纳米氧化锌粉体的电子显微镜照片；
图1B为棒状的纳米氧化锌粉体的电子显微镜照片；
图2为依据本发明的透明镀膜结构的第一具体实施例；
图3为依据本发明的透明镀膜结构的第二具体实施例；及
图4为依据本发明的纳米ZnO-SiO2核壳结构粒子的电子显微镜照片。
其中，附图标记：
10    米氧化锌粉体          15    透光阻绝层
20    高分子镀层
具体实施方式
依据本发明提供的透明镀膜结构，系利用四足锥状（Tetrapod）或棒状（rod）的纳米氧化锌粉体10来达到吸收及遮蔽紫外光效果，再通过含有碳氟官能基（CFX）、碳氢官能基（CHX）或以上两种官能基的高分子材料对纳米氧化锌粉体10表面进行改质，以形成具有微细纤毛状的粗糙表面结构，而且具有遮蔽紫外光及疏水/油的功能的透明镀膜结构。
并且，四足锥状或棒状的纳米氧化锌粉体10的制造方式，是采用在常压及含有氮气的气氛控制下，以非消耗电极式直流等离子，将固态锌原料导入等离子区（plasma zone）使之汽化，再以大量含氧及氮气体使汽化的金属微粒以均质成核方式氧化、并且通过控制等离子喷出口的大小的方式，形成高速的等离子射流，再以大量空气冷却，来防止粒子粗化及凝结团聚，而生成具有纤维锌矿（HCP Wurztite）结构的四足锥状（Tetrapod）或棒状（rod）的纳米氧化锌粉体10，如台湾专利号I233321及200528186中所示。
另外，在本发明提供的透明镀膜结构中的四足锥（Tetrapod）状的纳米氧化锌粉体10是由四支截面呈六角形的棒状的纳米氧化锌粉体10所构成，参照图1A所示，每一支棒状（rod）纳米氧化锌粉体10直径大小为10nm至100nm之间，长度为50nm至1000nm之间。参照图1B为棒状（Rod）的纳米氧化锌粉体10中，每一支棒状（rod）纳米氧化锌粉体10直径大小为10nm至100nm之间，长度为50nm至1000nm之间。
依据本发明提供的具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，将通过以下具体实施例配合所附图式，予以详细说明如下。
请参阅「第2图」系为依据本发明提供之第一具体实施例的透明镀膜结构。此透明镀膜结构系包含有：可吸收及遮蔽紫外光，且具有纤维锌矿（HCPWurztite）结构的四足锥状（Tetrapod）或棒状（rod）的纳米氧化锌粉体10，及以高分子材料（例如碳氟官能基（CFX）、碳氢官能基（CHX）或以上两种官能基的聚合物）对纳米氧化锌粉体10表面改质而形成的高分子镀层20。此透明镀膜结构为遮蔽紫外光及疏水/油的功能的粗糙表面结构。
图3为依据本发明提供的第二具体实施例的透明镀膜结构。此透明镀膜结构包含有纳米氧化锌粉体10、透光阻绝层15及高分子镀层20。纳米氧化锌粉体10以金属锌为原料，且通过直流电浆技术生成具有纤维锌矿（HCP Wurztite）结构的四足锥状（Tetrapod）或棒状（rod）的纳米氧化锌粉体10。
接着，为了避免光触媒效应，在纳米氧化锌粉体10镀上透光阻绝材（例如二氧化硅（SiO2））形成透光阻绝层20，其厚度约为1nm至20nm之间，而形成ZnO-SiO2核壳（core-shell）结构纳米粉体。
接下来，以氨基对透光阻绝层15表面改质，也是对ZnO-SiO2核壳（core-shell）结构粉体表面改质，改变ZnO-SiO2核壳（core-shell）结构粒子的表面电性，也即是为了进一步增加高分子材料对ZnO-SiO2核壳（core-shell）结构粉体的兼容性。
但是，此氨基表面改质并非一定需要，而是以后续的高分子材料性质来决定是否需以氨基作表面改质。
最后，再以具碳氟官能基（CFX）、碳氢官能基（CHX）或以上两种官能基的高分子材料对经氨基改质的透光阻绝层15的表面进行表面改质而形成高分子镀层20。
请参阅图4是通过场发射电子显微镜所拍摄的微观相片，在纳米氧化锌粉体10上镀上二氧化硅（SiO2）而形成的ZnO-SiO2核壳（core-shell）结构纳米粒子，此结构的SiO2壳厚度约为5nm。
通过前述得知，本发明的透明镀膜结构利用具碳氟官能基（CFX）、碳氢官能基（CHX）或以上两种官能基的高分子材料对纳米氧化锌粉体10表面改质；或以具碳氟官能基（CFX）、碳氢官能基（CHX）或以上两种官能基的高分子材料对表面镀有透光阻绝层15的纳米氧化锌粉体10表面改质，来形成具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构。
另外，若以不同形状的纳米氧化锌粉体分别涂布于木材基板上，再以具碳氟官能基（CFX）、碳氢官能基（CHX）或以上两种官能基的高分子材料涂布于粉体表面，形成透明镀膜，而后测量此透明镀膜的静态接触角。结果显示四足锥状的纳米氧化锌粉体10比棒状及球状的纳米氧化锌粉体有较佳的疏水/油功能。此外，本发明提供的透明镀膜结构可运用于玻璃、木材、瓷砖及汽车烤漆等。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特征在于，包含有：
氧化锌粉体，该氧化锌粉体为四足锥状的粉体；
透光阻绝层，由透光阻绝材镀于该氧化锌粉体表面而形成；及
高分子镀层，由高分子材料对该透光阻绝层做表面改质而形成；
其中，该透光阻绝材为二氧化硅，而形成ZnO-SiO2核壳结构纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特征在于，还包含有氨基，对该透光阻绝层做表面改质。
3.根据权利要求1所述的具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特征在于，该高分子材料为含碳氟官能基的聚合物。
4.根据权利要求1所述的具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特征在于，该高分子材料为含碳氢官能基的聚合物。
5.根据权利要求1所述的具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特征在于，该氧化锌粉体为纳米氧化锌粉体。
6.根据权利要求5所述的具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特征在于，该氧化锌粉体具有纤维锌矿结构。
7.根据权利要求1所述的具遮蔽紫外光及疏水/油功能的透明镀膜结构，其特征在于，该四足锥状的氧化锌粉体的每一支棒状晶体直径为10nm至100nm之间，长度50nm至1000nm之间。
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