TWI356102B - - Google Patents

Description

1356102 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及-種複合膜的形成方法及其裝置，尤其是一種具有 夕孔塗層之複合膜的形成方法及其裝置。 【先前技術】 . 帛膜分離為—省能源且又經濟之分離技術，因此薄膜分離程序 •已經逐漸成為化學工業、水處理、食品加工、生醫科技及電子產單 .等方面的重要分離過程。在薄膜分離程序中，薄膜的材料可分為有 .機薄膜、無機薄臈和有機\無機混合薄膜，其中，無機材料的轨釋定 性、機械穩定性和化學穩定性都相當好，因此無機薄膜在分離程序 上有相當廣泛的應用，不論是在微_、超猶到氣體分離技術甚 至疋薄膜反應器上都扮演重要角色。 • 域薄膜依其表面層的形態可大致分為緻密膜和多孔膜兩種， 多孔膜由於其渗透量較緻密膜高，因此在工業上的使用比較廣泛， 且多孔無機薄膜使用上的功能亦較多，例如氣體分離，固液分離中 的微贼、超職，甚至是奈米猶，都是其應用範圍。 在多孔無機賴的製備方法中，—般常見的有溶豕凝膠法 (s〇l-gel)> m vapor deposition, CVD)等’但上賴程之程序繁複、製備触冗長、祕種類受限等 缺，、’i P艮制其於工業上之應用。有鐵於此，仍有必要開發新的薄膜 6 裝置與錄’轉；4具有乡孔塗狀複合膜，並降财產成本。 【發明内容】 黎於上述之發明背景中’為了符合產業上之需求，本發明提供 -種具有多孔塗層之複合膜_成方法及其裝置，可㈣解決上述 傳統技術未能達成之標的。 本發明之—目的在於藉由㈣受熱汽化之顧，赠備多孔無 機薄膜。首先，將熔融液滴喷塗至充填有液體之多孔基板表面，藉 由液滴之高溫統纽基板孔时讀體並形絲汽，蒸汽貫穿液 滴’使液滴濺射成不同的區塊，冷卻固化後形成不規則且分散狀的 扁平粒子，持續形成與堆疊扁平粒子，藉此形成—具有多孔塗層之 複合膜。 θ 本發明之另一目的在於使用有機高分子原料且/或無機原料以形 成有機/無機塗層，傳統技術如溶膠_凝膠法、固態粒子燒結法與化學 氣相沉積法，僅能製備無機多孔薄膜，並不適有機多孔薄膜或 有機/無機複合多孔薄膜之形成。據此，本發明可符合經濟上之效益 與產業上的利用性。 【實施方式】 本發明在此所探討的方向為一種具有多孔塗層之複合膜的形成 方法及其裝置。為了能徹底地瞭解本發明，將在下列的描述中提出 1356102 絆盡的裝置及_ i然地，本發賴施行並未限定於該領域之 技藝者所熟習的特殊細節。另—方面，糾周知的步驟錄置並未 描述於細料，纖她辦，。姻的較佳實 施例會詳細描述如下，然猶了這些詳細描述之外，本發明還可以 廣泛地施行在其他的實施财，且本發明的範圍不受限定，其以之 後的專利範圍為準。 〃 、本發明之第-實施例揭露一種具有多孔塗層之複合膜的形成方 法首先提供夕孔基板’此多孔基板係為孔徑小於或等於1〇〇微 米之陶枝金屬多孔基板，對多孔基板進行填充程序，使—液體充 滿於多孔基板孔隙卜其中，上述之㈣可為水、類或其 組合’此填充程序可為加壓式填充、噴淋式填充、真空吸 或浸入式填充。接著，進行一熔融程序，利用一熱源（例如：火焰、 電弧或電衆）將一原料轉換成炫融或半溶融液滴，再將液滴喷塗於 充滿有液體之多孔基㈣表面，並完成程序。於上述嘴塗程 序中，錢縣於乡絲絲面後向四職散並形辭坦化之液 滴’藉由液滴之高溫（即大於該液體之彿點溫度）氣化該多孔基板 孔隙中的液魅形錢汽’蒸汽貫穿平坦化之麵峨薄處，使液 滴前成不_區塊，冷卻固化後形衫規則且分散狀的扁平粒 子’重複進行數次嘴塗程序，以持續形成與堆疊扁平粒子，藉此形 成-具有多孔塗層之複合膜。於多孔塗層之複合膜製程後，若欲增 8 加塗層厚度’可重新進行·、舰射塗程序。除此之外，上述 之無機材料係為下列鱗巾之—者或其組合：驗金屬、驗土金屬、 此口的驗金屬及驗土金屬石夕酸鹽类員、石夕酸賴、石夕酸鋪、經水合 的石夕酸鹽類、峨鹽類、氧化物類、氮化物類、氧氮化物類、碳化 物類、氧碳化物類、硼酸鹽、鈦酸鹽、磷酸鹽、鹵素化合物，及其 何生物。於本實施例之一較佳範例，係為將熔融程序與噴塗程序合 併為熱熔射製程或大氣電漿熔射製程。 本發明之第二實施例揭露一種用以形成具有多孔塗層之複合膜 的裝置，其包含-熱魅生裝置，-雜觀裝置，—充填裝置與 一噴塗裝置。上述之原料輸送裝置偏以將—原料送人熱源產生裝 置中’並藉由-熱源（例如：火焰、電弧或電漿）使原料轉換成溶 融或半縣狀液滴；另外，充填裝置用以使—多孔基板之孔隙充填 一液體，此多孔基板之材質可為陶瓷或金屬，液體可為水、醇類、 酮類或其混合物，喷塗裝置用以將液滴喷塗至充填有液體之多孔基 板表面。藉由液滴之高溫（即大於液體之沸點溫度）氣化多孔基板 孔隙中之液體並形成蒸》又，蒸汽貫穿液滴，使液滴濺射成不同的區 塊，冷卻固化後形成不規則且分散狀的扁平粒子，持續形成與堆疊 扁平粒子’藉此形成一具有多孔塗層之複合膜。其中，上述之充填 裝置可為加壓式充填裝置、喷淋式充填裝置、真空吸引式充填裝置 或浸入式充填裝置。除此之外’上述之熱源產生裝置依據一第一訊 1356102 號調整電能供應與熱源溫度，原料輸送裝置依據一第二訊號調整原 料輸送速度，喷塗裝置依據一第三訊號調整喷塗速度，第一訊號、 第二訊號與第三訊號係由一控制裝置所產生。 本發明之第三實施例揭露一種用以形成具有多孔塗層之複合膜 的大氣電漿熔射製程裝置，其包含一電源產生器，一高頻產生器， 一電漿噴搶’一送粉機與一充填裝置。上述之高頻產生器利用電源 鲁 產生益所&供之電能產生尚頻火花並引燃電弧，而電弧能量則由電 衆噴槍利用，並用以離子化一惰性氣體，且在搶體内產生一電漿射 _流’送粉機則將一粉體送入該電漿喷槍中，利用電漿射流的溫度將 粉體轉換成熔融或半炫融液滴，充填裝置係用以使一多孔基板之孔 隙充填一液體，其中，電漿射流將液滴喷塗至充填有液體之多孔基 板表面，並藉由電漿射流與液滴之高溫（即大於液體之沸點溫度） ^ 氣化多孔基板孔隙中之液體並形成蒸汽，蒸汽貫穿液滴，使得液滴 濺射成不同的區塊，冷卻固化後形成不規則且分散狀的扁平粒子， 持續形成與堆疊扁平粒子，藉此形成一具有多孔塗層之複合膜。上 述之多孔基板材質、液體種類與充填裝置類型以第二實施例所提及 者為主。除此之外，電源產生器依據一第一訊號調整電源供應，高 頻產生器依據一第二訊號調整起動點火，電漿喷搶依據一第三訊號 調整嘴搶速度，送粉機依據一第四訊號調整粉體輸送速度，第一訊 號、第二訊號、第三訊號與第四訊號係由一控制器所產生。 10 !3561〇2 熱熔射法是近年來最新的製膜技術，目前常用以製備緻密無機 薄膜’而傳統的大氣電漿熔射技術是指在大氣環境下進行溶射製 裎’所形成的塗層孔隙率較高，所以對於利用電漿熔射喷塗保護表 層的應用者來說’大氣電漿熔射的緻密度是不足的，因此才陸續研 發出不同製程的電漿熔射技術。長久以來，傳統大氣電漿熔射技術 所製造出之尚孔隙率塗層被認定為失敗的技術參數，並沒有使用者 • 將此一特性應用於多孔無機薄膜的製備方法中。本發明克服該所屬 技術領域中具有通常知識者長久以來根深抵固之技術偏見，而採用 .因技術偏見而被捨棄之技術，並加以改良以符合高孔隙度，佐證本 發明並非能輕易完成。 顯然地’依照上面實施例中的描述，本發明可能有許多的修正 與差異。因此需要在其附加的權利要求項之範圍内加以理解，除了 • 述詳、项恤耕’本發縣可以廣泛地在其他的實關中施行。 上述僅為本發明之健實_耐，並_雜定本發明之申請專 1圍凡其匕未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或 修飾，均應包含在下述申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 【主要元件符號說明】 11

Claims (1)

1. 丄J 丄v/厶 十、申睛專利範® : >、有夕孔塗層之複合膜的形成方法，該具有多孔塗層之複合 膜的形成方法包含： 提供一多孔基板； 、’亍λ充程序’該填充程序係使一液體充滿於該多孔基板 孔隙中； 、’亍溶融程序’利用一熱源將一原料轉換成熔融或半嫁融 液滴； 對該夕孔基板進行—喷塗程序，使該液滴撞擊於該多孔基板 表β亥液滴於撞擊後向四周擴散並形成平坦化之液滴，藉由該 液滴之高溫氣化該多孔基板孔隙中之該液體並形成蒸汽，蒸汽貫 穿該平坦化之液滴馳薄處，使該液誠射成不_區塊，冷卻 固化後形成不規則且分散狀的扁平粒子；與 重複進行該噴塗程序’以持續形成與堆疊扁平粒子，藉此形 成一具有多孔塗層之複合膜。 2·如申請專利細第丨項所述之具有多孔塗層之複合膜的形成方 法，該填充程序係包含下列之一者：加壓式填充程序、噴淋式填 充程序、真空吸引式填充程序、浸入式填充程序。 3.如f請專概㈣1項所述之具有多孔塗層之複合膜的形成方 法’該多孔基板係為陶瓷或金屬。 12 .如申請專利制第〗項所述之具有多孔塗層之複合膜的方 法，該原料係為有機高分子材料與無機材料。 ^ 5.如申請專利範圍第4項所述之具有多孔塗層之複合膜的形成方 法，該無機材料係包含下列族群中之一者或其組合：驗金屬、驗 土金屬、混合的驗金屬及驗土金屬石夕酸鹽類、石夕_類、石夕酸錯 類、經水合的魏鹽類、贿鹽類、氧化物類、氮化物類、氧氣 化物類、碳化物類、氧碳化物類、猶鹽、鈦酸鹽、鱗酸鹽、齒 素化合物，及其衍生物。 6_如申請專利範圍第1項所述之具有多孔塗層之複合膜的形成方 法孩夕孔基板之孔徑係小於或等於1⑻微米。 7.如申請專利制第！項所叙具有纽塗層之複合麟形成方 法，該液體係包含下顺群中之—者或其組合：水、醇類或嗣類。 8·如申請專職圍第丨項所述之具有纽塗層之複合麟形成方 法’雜融程序所使用之熱源係包含下顺群中之一者：火焰、 電弧或電漿。 9.如申請專利細第1項所述之具有纽塗狀複合膜的形成方 法’該熔融程序與該程序係合併為緣射製程。 1〇.如申請專利第1 述之具有多孔㈣之複合膜的形成方 法’ 雜雜該噴塗料係合併為域電齡射製程。 13 1356102 11. 如申請專利範圍第丨項所述之具有多孔塗層之複合膜的形成方 法，該喷塗程序中該液滴之溫度係大於該液體之彿點溫度。 12. 如申請專利_第丨項所述之具有多孔塗層之複合膜的形成方 法’該多孔狀塗層之塗層厚度小於等於5〇微米。 13· -種肋形成具有多孔㈣之複合_裝置，_以形成具有多 孔塗層之複合膜的裝置包含： 一熱源產生裝置，· -原料輸钱置，該原料輸送裝置_以將—猶送入該熱 源產生裝置中，並藉由—熱源使該補轉換姐融或德融狀液 滴； 一充難置，該充填裝㈣肋使—纽基板之孔隙充填 一液體；與 喷塗裝置’該喷塗裝置係用以將該液滴喷塗至充填有該液 體之該多孔基板表面，其中，藉由該液滴之高溫氣化該多孔基板 孔隙中之雜體並形成航’蒸汽貫穿該液滴，使織滴麵成 不同的區塊，冷卻固化後形成不規則且分散狀的扁平粒子，持續 形成與堆疊扁平粒子，藉此形成一具有多孔塗層之複合膜。 η.如申請私細第13項所述之用鄉成具有纽塗層之複合膜 ，置該熱源產生裝置依據一第一訊號調整電能供應與熱源溫 度’該原料輸送襄置依據一第二訊號調整原料輸送速度，該喷塗 14 1356102 裝置依據一第三訊號調整喷塗迷度，該第一訊號、該第二訊號與 該第三訊號係由一控制裝置所產生。 一 15. 如申請專利範圍第13項所述之用以形成具有多孔塗層之複合膜 的裝置，該熱源產生裝置所產生之熱源係包含下列族群中之一 者：火焰、電弧或電漿。 16. 如申請專利範圍第13項所述之用以形成具有多孔塗層之複合膜 的裝置，該多孔基板材質係為陶瓷或金屬。 17. 如申請專利範圍第13項所述之用以形成具有多孔塗層之複合膜 的裝置，該液體係包含下列族群中之一者或其組合：水、醇類或 酮類。 18·如申請專利範圍第13項所述之用以形成具有多孔塗層之複合膜 的裝置，該充填裝置係包含下列族群中之一者：加壓式充填裝 置、喷淋式充填裝置、真空吸引式充填裝置、浸入式充填裝置。 19. 如申請專利範圍第13項所述之用以形成具有多孔塗層之複合膜 的裝置’該液滴之溫度係大於該液體之沸點溫度。 20. —種用以形成具有多孔塗層之複合膜的大氣電漿溶射製程裝 置，該用以形成具有多孔塗層之複合膜的大氣電漿熔射製程裝置 包含： 一電源產生器，該電源產生器係用以提供電能； 一高頻產生器，該高頻產生器係利用該電能產生高頻火花並 15 1356102 引燃電弧； 一電漿噴搶，該電漿喷搶係利用該電弧能量離子化一惰性氣 體’在搶體内產生一電毁射流； 一送粉機，該送粉機係用以將一粉體送入該電漿喷搶中，利 用電漿射流的溫度將該粉體轉換成熔融或半熔融液滴；與 一充填裝置，該充填裝置係用以使一多孔基板之孔隙充填一 液體，其中，該電漿射流將該液滴喷塗至充填有該液體之該多孔 基板表面’並藉由該液滴之高溫氣化該多孔基板孔隙中之該液體 並形成蒸汽，蒸汽貫穿該液滴，使該液滴濺射成不同的區塊，冷 卻固化後形成不規則且分散狀的扁平粒子，持續形成與堆疊扁平 粒子，藉此形成一具有多孔塗層之複合膜。 21. 如申請專利範圍第20項所述之一種用以形成具有多孔塗層之複 合膜的大氣電漿熔射製程裝置，該電源產生器依據一第一訊號調 整電源供應，該尚頻產生器依據一第二訊號調整起動點火，該電 漿喷槍依據一第三訊號調整喷搶速度，該送粉機依據一第四訊號 調整粉體輸送速度，該第一訊號、該第二訊號、該第三訊號與該 第四訊號係由一控制器所產生。 22. 如申請專利範圍第20項所述之一種用以形成具有多孔塗層之複 合膜的大氣電漿熔射製程裝置，該多孔基板材質係為陶瓷或金 屬。 16 % 23.如申請專利範圚 項所述之一種用以形成具有多孔塗層之複 、的大魏魏料轉置，該液祕包含頂鱗t之-者 或其組合：水、醇類或_貝。 24.如申明專利範圍第20項所述之-種用以形成具有多孔塗層之複 合膜的大氣電㈣㈣雜置，減狀溫度係大機液體之滞 點溫度。 25.如申請專利範圍第％項所述之用以形成具有多孔塗層之複合膜 的裝置’該充填裝置係包含下列族群中之一者：加壓式充填裳 置噴淋式充填農置、真空吸引式充填裂置、浸入式充填裝置。 17