TW202344638A - 透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料、其用途及透明亞光抗污耐腐蝕表面層與透明亞光抗污耐腐蝕金屬 - Google Patents

透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料、其用途及透明亞光抗污耐腐蝕表面層與透明亞光抗污耐腐蝕金屬 Download PDF

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一種透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料、其用途及透明亞光抗污耐腐蝕表面層與透明亞光抗污耐腐蝕金屬，該透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料包含：氟化改質聚矽氮烷及溶劑，其中氟化聚矽氮烷含量佔總重量百分比約為5%至80%。據此，該塗料可塗於易腐蝕金屬板或具有保護塗層底塗之易腐蝕金屬板(被塗物)，具有抗污、疏水、抗塗鴉、耐腐蝕、透明、透明亞光、耐冷熱變化衝擊、具韌性等特性，且能不改變原有被塗物之顏色或光澤，常溫可硬化可於戶外直接使用，且或能加熱固化而於工廠內加工使用。此外，該塗料亦可直接塗佈於不易生鏽的金屬表面，可於添加消光粉後直接塗佈，或無須消光粉，而能同樣具有透明亞光等前述特性。

Description

透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料、其用途及透明亞光抗污耐腐蝕表面層與透明亞光抗污耐腐蝕金屬
本發明係關於一種表面塗料、其用途及其成品，尤其是一種透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料、其用途及透明亞光抗污耐腐蝕表面層與透明亞光抗污耐腐蝕金屬。
聚偏二氟乙烯（polyvinylidene difluoride，簡稱PVDF）是一種高度非反應性熱塑性含氟聚合物。PVDF主要被使用於需要抗溶劑及耐酸鹼腐蝕的場合。例如，PVDF可用於生產管材、板材、薄膜、基板以及線纜的絕緣外皮，還可進行注射成型或焊接。
PVDF亦可用於製造高端金屬塗料，在世界各地許多著名建築中，比如馬來西亞的雙峰塔以及台灣的台北101，都有使用這種塗料。商用建築以及住宅的鋪金屬屋面也可用到這種塗料。在一般傳統建築外牆使用上，耐候材料使用PVDF氟碳烤漆時，其優點在於耐用性及耐侵蝕性，不論是日曬雨淋都不會褪色或變質。此外，PVDF氟碳烤漆耐鹽霧性良好，擁有相當強的耐侵蝕特性。
然而，其缺點在於，若在戶外使用，例如在鍍鋅鋼板的PVDF塗層上打釘子固定，其破壞區域會生鏽。此外，PVDF氟碳烤漆需高溫(240-300度)加溫，故僅能在工廠內加工無法在戶外直接使用，且因加工溫度高，而無法塗佈應用在鈦板上。除了加工不易，其加工溫度也會造成鈦板變色或變型等問題。此外，PVDF的硬度偏軟，僅約HB左右硬度，且其水接觸角(疏水角)約80-90度，水滑動角約40-50度，因此其抗汙能力亦偏弱，而無法達到抗塗鴉標準，或不易清潔。
不易清潔的問題在於，清潔人員需要花費很多時間來達成清潔效果，若追求效率的情況下，清潔人員可能會使用強酸或強鹼來清潔，而縮短建築物的壽命，或浪費能源、資源。
因此，若能提供一種表面塗料塗佈於PVDF氟碳烤漆上，或直接塗佈於受塗材料上，進而保留原本光澤、避免生鏽、增加表面硬度、避免底塗粉化，且能減少加工難度，避免變色、變形等問題，同時容易水洗、清潔，為本創作的創作原因。
為解決上述及其他問題，本創作之一目的在於提供一種透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料、其應用及透明亞光抗污耐腐蝕表面層與透明亞光抗污耐腐蝕金屬。
本創作之再一目的在於提供一種透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，可直接塗於具有保護塗層底塗之易腐蝕金屬板，具有抗污、疏水、抗塗鴉、耐腐蝕、透明、透明亞光、耐冷熱變化、耐衝擊、具韌性等特性，且能不改變原有被塗物之顏色或光澤，常溫可硬化可於戶外直接使用，且或能加熱固化而於工廠內加工使用。
本創作之再一目的在於提供一種透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，可直接塗佈於不易生鏽的金屬表面，具有抗污、疏水、抗塗鴉、耐腐蝕、透明、透明亞光、耐冷熱變化、耐衝擊、具韌性等特性，且能不改變原有被塗物之顏色或光澤，常溫可硬化可於戶外直接使用，且或能加熱固化而於工廠內加工使用。
為達成上述及其他目的，本創作實施例提供一種透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，包含：氟化改質聚矽氮烷及溶劑，其中氟化聚矽氮烷含量佔總重量百分比約為5%至80%。
在一實施例中，該氟化改質聚矽氮烷由氟化物、矽氧烷、矽氮烷共聚組成。
在一實施例中，以重量百分比計，該氟化物約為10%至30%，該矽氧烷約為20%至30%，該矽氮烷約為40%至70%。
在一實施例中，該矽氮烷包括但不限於：聚-十七氟葵基-甲基矽氧烷、聚-九氟己基-矽氧烷、聚甲基-三氟丙基-矽氧烷、聚二甲基矽氧烷、六氟環氧丙烷、全氟聚醚磺酸、全氟甲基乙烯基醚、聚四氟乙烯全氟甲基乙烯基醚、全氟丙基乙烯基醚、全氟磺酰基乙烯基醚、六氟异丁烯、全氟乙基乙烯基醚、全氟-3-5-氧雜己基乙烯基、或六氟環氧丙烷三聚体乙烯基醚。
在一實施例中，該矽氧烷包括但不限於：聚二甲基矽氧烷(PDMS)、甲基矽氧烷樹脂(Methyl silicone resins)、環戊矽氧烷(cyclopentasiloxane)、苯基三甲基聚矽氧烷(phenyl trimethicone)、氨基封端聚二甲基矽氧烷(amodimethicone)、環聚二甲基矽氧烷(cyclomethicone)。
本創作之目的另在於提供一種透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料之用途。
在一實施例中，該透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，可作為頂塗以塗佈於表面塗有金屬保護塗層的易腐蝕金屬板應用。藉此，以提供額外的保護與功效。
在一實施例中，該金屬保護塗層包括但不限於(PVDF)、氟碳樹脂、或矽改質強化聚酯樹脂塗料(Silicone Modified Polyester，SMP)或矽改質強化氟碳樹脂(silicone-modified PVDF，SMPF) 或聚酯樹脂烤漆(PE)。為提供額外的保護，以PVDF或SMP或SMPF舉例，該透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料可以阻止其粉化，減少其退色、變質等問題。該透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料亦可以阻止其他含有壓克力成分的塗料粉化。除了阻止粉化或提供額外的保護，該透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料更可以額外提供如抗塗鴉、容易清潔等功效。
在一實施例中，該易腐蝕金屬包括但不限於鐵板、鋼板、鍍鋅鋼板、鍍鎳鐵板、鎂鋁鋅合金或鋁合金。
在一實施例中，該透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，可作為頂塗以直接塗佈於不易腐蝕金屬板應用。
在一實施例中，該不易腐蝕金屬為鈦合金金屬。
本創作之目的另在於提供一種透明亞光抗污耐腐蝕表面層，藉由將一實施例所述之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料經過塗佈後，以常溫濕氣或熱固化硬化成層。
本創作之目的另在於提供一種透明亞光抗污耐腐蝕金屬，藉由將一實施例所述之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料結合於一不易腐蝕金屬之表面。該不易腐蝕金屬包括但不限於鈦合金金屬。
本創作之目的另在於提供一種透明亞光抗污耐腐蝕金屬，藉由將一實施例所述之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料結合於一具有具有金屬保護塗層之易腐蝕金屬之表面。該金屬保護塗層包括但不限於：氟碳樹脂烤漆、矽改質強化聚酯烤漆、矽改質強化氟碳樹脂烤漆或聚酯樹脂烤漆。該易腐蝕金屬包括但不限於鐵板、鋼板、鍍鋅鋼板、鍍鎳鐵板、鎂鋁鋅合金或鋁合金。
為讓上述及其他目的、功效、特徵更明顯易懂，下文特舉部分較佳實施例，並參照所附圖式，作詳細說明。在不背離創作精神下，本案具有多種實施方式，並不受限於下文實施方式所具體描述的細節，且圖式未必按照實際比例繪製，僅為說明實施例而提供。
比較例1：
取德亞樹脂Gamet Primer W作為底塗，取德亞樹脂Gamet #1000作為頂塗(或稱上塗)，塗佈於鍍鋅鋼板(燁輝Z27)上，其中，底塗(或稱下塗)乾膜厚度為5um，頂塗乾膜厚度為20um，加熱溫度240度各別10分鐘，得到成品板。以螺絲將該成品板鎖於木板上後，經水接觸角、滑動角、耐鹽霧測試，水接觸角為85±5度，滑動角為55±5度，耐鹽霧測試結果為螺絲周圍生鏽。
比較例2：
以經矽質強化聚酯樹脂塗料(silicon modify polyester)預塗佈之燁輝2C節能烤漆鋼做為板材，底塗乾膜厚度、加熱條件同比較例1。以螺絲將成品板鎖於木板上後，經水接觸角、滑動角、耐鹽霧測試，水接觸角為75±5度，滑動角為50±5度，耐鹽霧測試結果為螺絲周圍生鏽。
實施例1：
取比較例1完成之成品板，塗佈本創作之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料(型號：HyperDurays CP系列)後，以常溫濕氣硬化，經1小時表面乾燥，及4小時硬化後完成。以螺絲將實施例1成品板鎖於木板上，進行水接觸角、滑動角、耐鹽霧測試。測試結果得到，水接觸角為107±5度，滑動角為15±5度，耐鹽霧測試結果無生鏽。
實施例2：
取比較例2完成之成品板，塗佈本創作之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料(型號：HyperDurays CP系列)後，以常溫濕氣硬化，經1小時表面乾燥，及4小時硬化後完成。以螺絲將實施例1成品板鎖於木板上，進行水接觸角、滑動角、耐鹽霧測試。測試結果得到，水接觸角為107±5度，滑動角為15±5度，耐鹽霧測試結果無生鏽。
換句話說，本創作實施例1、實施例2均具有較高疏水性(水接觸角、滑動角)，且具有更高耐鹽霧能力。
據此，本創作揭露之該透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，適合作為頂塗以塗佈於表面塗有金屬保護塗層的金屬板應用。該金屬保護塗層可為PVDF氟碳樹脂烤漆、SMPF矽改質氟碳樹脂烤漆、SMP矽改質聚酯樹脂烤漆、或PE聚酯樹脂烤漆。該金屬可為鐵板、鋁板、鋼板、鍍鋅鋼板、鍍鎳鐵板、或是各式適於用於金屬帷幕牆的金屬板。
比較例3：
取重量百分比10%之易潔樹脂(Merck 1500RC)搭配重量百分比90%丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)溶劑，作為易潔塗層塗佈於鈦板(合強鈦業TC4)表面。經過常溫濕氣硬化，1小時表面乾燥，4小時硬化完成後，乾膜厚度為1um。進行水接觸角、滑動角、紫外線加速老化(QUV耐候)、光澤度、彎曲(0T “T” Bend)等測試。測試結果為水接觸角100±5度、滑落角55±5度、60度光澤度數值640、T bend對折結果塗層破裂。QUV前後接觸角為：200小時，小於100度；400小時，小於90度；2000小時，小於80度。
分析比較例3結果，原本未塗之鈦金屬板60度光澤度為800，塗完後60度光澤度為640，因此仍會反光，有對建築物外牆產生光害的問題。雖然接觸角增加有易潔效果，但是並不耐候，而且實際應用在戶外彎折鈦板時角度過大膜層容易斷裂。
比較例4：
取重量百分比約10%之易潔樹脂(Merck 1800RC)搭配重量百分比約90%丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)溶劑，加入重量百分比0.03%消光粉(Fuji SylysiaSY-350)，作為易潔塗層塗佈於鈦板(合強鈦業TC4)表面。經過常溫濕氣硬化，1小時表面乾燥，4小時硬化完成後，乾膜厚度為1um。進行水接觸角、滑動角、光澤度、彎曲(0T “T” Bend)等測試。測試結果為水接觸角100±5度、滑落角55±5度、60度光澤度數值318、T bend對折結果塗層破裂。
分析比較例4結果，原本未塗之鈦金屬板60度光澤度為800，塗完後60度光澤度為318。雖然不會反光，但是因為消光粉是不透明白色，反而無法展現鈦板原本金屬光澤，而且實際應用在戶外彎折鈦板時仍有角度過大膜層容易斷裂的問題。此外，加入消光粉也可能因為熱漲冷縮的問題，反而破壞金屬結構。
實施例3：
取本創作之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料(型號：HyperDurays CP系列)，塗佈於鈦板(合強鈦業TC4)表面。經過常溫濕氣硬化，1小時表面乾燥，4小時硬化完成後，乾膜厚度為1um。進行水接觸角、滑動角、光澤度、彎曲(0T “T” Bend)等測試。測試結果為水接觸角107±5度、滑落角15±5度、60度光澤度數值540、T bend對折結果塗層完整無破裂。QUV前後接觸角為：200小時，小於112度；400小時，小於110度；2000小時，小於108度。
分析實施例3結果，原本未塗之鈦金屬板60度光澤度為800，塗完後60度光澤度為540，已對建築物外牆不產生光害，且可保有啞光金屬光澤，同時具有易潔效果且耐候，而且實際應用在戶外彎折鈦板時角度足夠大，膜層不易斷裂。
據此，本創作揭露之該透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，適合作為頂塗以直接塗佈於金屬板應用。其中，該金屬為鈦合金金屬。值得一提的是，該透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料之亞光功效，並不需要添加消光粉等材料。
為驗證上述實施例之技術功效，本創作再委託SGS材料暨工程實驗室，配合台灣塗料同業公會、財團法人工業技術研究院等單位驗證，進行項目包含：光澤度、乾膜硬度、密著性、耐衝擊性、耐磨性、耐化學藥品性、乾膜厚度、耐濕性、水接觸角、循環腐蝕試驗、耐候性及鹽霧試驗等項目。
表一為試驗設備。表二為試驗條件。表三為試驗結果。
名稱 廠牌 型號
micro-TRI-gross光澤計 BYK 4446
鉛筆 MITSU-BISHI uni N/A
Impact Tester BYK 5512
耐濕試驗機 專機 JTM-1274
循環式腐蝕試驗機 Q-LAB Q-Fog/CRH1100HSC
膜厚計 QuaNix 8500 Basic C
Q-SUN Xe-3 氙弧燈試驗箱 Q-LAB Q-SUNXe-3-HBS
Spectrophotometer MINOLTA CM-3600d
接觸角測定儀 ASTP VCA Optima XE
鹽霧試驗機 ERICHSEN 606/400I
表一：試驗設備
循環腐蝕試驗
試驗溶液 0.05% NaCl + 0.35% (NH 4) 2SO 4
每一循環條件 1小時噴霧+一小時乾燥
噴霧時試驗室溫度( oC) 24 ± 3
乾燥時試驗室溫度( oC) 35 ± 1.5
噴霧量(ml/hr/80cm 2) 1.0 ~ 2.0
收集鹽霧pH值 5.0 ~ 5.4
試片擺放角度 15 ~ 30
耐候性
燈管 氙弧燈
濾鏡 Daylight
照射能量 0.35W/m 2/nm @340nm
每一循環條件 102分鐘照光(@黑板溫度63 oC)+18分鐘照光灑水
鹽霧試驗
鹽溶液 5 wt.% 氯化鈉溶液
鹽溶液pH值 6.5 ~ 7.2
噴霧室溫度( oC) 35 ± 2
噴霧量(ml/hr/80cm 2) 1.0 ~ 2.0
表二：試驗條件
試驗項目 試驗方法 試驗結果
光澤度(60 o) ASTM D523-14(2018) 47
乾膜硬度(刮傷法) ASTM D3363-05(2011) 4H
密著性 AAMA 2605-17a、ASTM D3359-17  
a.乾膜 5B
b.濕膜 5B
c.沸騰水 5B
耐衝擊性(變形3±0.3mm、5/8"、134 in-lb) AAMA 2605-17a、ASTM D2794-93(2019) 漆面無剝落現象
耐磨耗(L/mil.) ASTM D968-17 A 28
耐化學性 AAMA 2605-17a、ASTM D2244-16  
a.耐鹽酸(15mins) 表面無水泡的產生及明顯的外觀變化
b.耐灰泥 塗層無剝落的產生以及明顯的外觀變化
c.耐清潔劑(3%、72h) 塗層無剝落的產生以及明顯的外觀變化、密著性100%無剝離
d.耐硝酸(30mins) 外觀無明顯變化且△E=1.15
e.耐玻璃清潔劑(24h) 塗層無剝落的產生以及明顯的外觀變化、密著性100%無剝離
乾膜厚度 ASTM D7091-13 16.2
耐濕性 AAMA 2605-17a 目視外觀無異常
水循環角 ASTM D7334-08(2013) 111.1±1.2
循環腐蝕試驗(2000h) AAMA 2605-17a、ASTM G85-11、ASTM D7334-08(2013)  
a.外觀 目視外觀無異常
b.水接觸角(度) 105.3±0.6
耐候性 ASTM G155-13、ASTM D523-14(2018)、ASTM D4214-07(2015)、ASTM D7334-08(2013)  
a.外觀 目視外觀無異常
b.光澤保持率(%) 76.6
c.粉化 無粉化
d.水接觸角(度) 103.8±1.3
鹽霧試驗(4000h) ASTM B117-18、ASTM D7334-08(2013) 目視外觀無生鏽現象
表三：試驗結果
綜上所述，本創作實施例之透明亞光抗污抗塗鴉耐腐蝕表面塗料，透過包含氟化改質聚矽氮烷，可直接塗於具有保護塗層底塗之易腐蝕金屬板具有抗污、疏水、抗塗鴉、耐腐蝕、透明、透明亞光、耐冷熱變化、耐衝擊、具韌性等特性，且能不改變原有被塗物之顏色或光澤，常溫可硬化可於戶外直接使用，且或能加熱固化而於工廠內加工使用。此外，本創作實施例之透明亞光抗污抗塗鴉耐腐蝕表面塗料，亦可直接塗佈於不易生鏽的金屬表面，可於添加消光粉後直接塗佈，或無須消光粉，而能同樣具有透明亞光等前述特性。
本創作已利用上述較佳實施例揭示，惟其並非用以限定本創作。本創作所屬技術領域中具有通常知識者，可清楚了解本創作並不受限於上述說明性實施方式的細節。實施方式僅為說明本創作，而非限制本創作，本創作以申請專利範圍為依據，而非以上述說明為依據。申請專利範圍之文義及其均等範圍均屬本創作之專利權範圍。
無
無

Claims (13)

  1. 一種透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，包含：氟化改質聚矽氮烷及溶劑，其中，該氟化聚矽氮烷含量佔總重量百分比約為5%至80%。
  2. 依請求項1所述之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，其中，該氟化改質聚矽氮烷由氟化物與矽氧烷、矽氮烷共聚組成。
  3. 依請求項2所述之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，其中，以重量百分比計，該氟化物約為10%至30%，該矽氧烷約為20%至30%，該矽氮烷約為40%至70%。
  4. 依請求項2所述之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，其中，該矽氮烷包括但不限於：聚-十七氟葵基-甲基矽氧烷、聚-九氟己基-矽氧烷、聚甲基-三氟丙基-矽氧烷、聚二甲基矽氧烷、六氟環氧丙烷、全氟聚醚磺酸、全氟甲基乙烯基醚、聚四氟乙烯全氟甲基乙烯基醚、全氟丙基乙烯基醚、全氟磺酰基乙烯基醚、六氟异丁烯、全氟乙基乙烯基醚、全氟-3-5-氧雜己基乙烯基、或六氟環氧丙烷三聚体乙烯基醚。
  5. 依請求項2所述之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，其中，該矽氧烷包括但不限於：聚二甲基矽氧烷、甲基矽氧烷樹脂、環戊矽氧烷、苯基三甲基聚矽氧烷、氨基封端聚二甲基矽氧烷、環聚二甲基矽氧烷。
  6. 依請求項1至5任一項所述之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，作為頂塗以塗佈於表面塗有金屬保護塗層的金屬板之用途。
  7. 依請求項6所述之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，其中，該金屬保護塗層包括但不限於：氟碳樹脂烤漆、矽改質強化聚酯烤漆、矽改質強化氟碳樹脂烤漆或聚酯樹脂烤漆。
  8. 依請求項6所述之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，其中，該金屬包括但不限於鐵板、鋼板、鍍鋅鋼板、鍍鎳鐵板、鎂鋁鋅合金或鋁合金。
  9. 依請求項1至5任一項所述之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，作為頂塗以直接塗佈於金屬板之應用。
  10. 依請求項10所述之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料，其中，該金屬包括但不限於鈦合金金屬。
  11. 一種透明亞光抗污耐腐蝕表面層，包含將依請求項1至5任一項所述之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料經過塗佈後，以常溫濕氣或熱固化硬化成層。
  12. 一種透明亞光抗污耐腐蝕金屬，包含將依請求項1至5任一項所述之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料結合於一金屬表面，其中，該金屬包括但不限於鈦合金金屬。
  13. 一種透明亞光抗污耐腐蝕金屬，包含將依請求項1至5任一項所述之透明亞光抗污耐腐蝕表面塗料結合於一具有金屬保護塗層之金屬表面，其中，該金屬保護塗層包括但不限於：氟碳樹脂烤漆、矽改質強化聚酯烤漆、矽改質強化氟碳樹脂烤漆或聚酯樹脂烤漆，且其中，該金屬包括但不限於鐵板、鋼板、鍍鋅鋼板、鍍鎳鐵板、鎂鋁鋅合金或鋁合金。
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