TWI516555B

TWI516555B - 具有抗指紋特性的非氟化塗佈材料及其評估方法

Info

Publication number: TWI516555B
Application number: TW102135021A
Authority: TW
Inventors: 今榮東洋子; 安波芳西蕊維蕊雅南
Original assignee: 國立臺灣科技大學
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2016-01-11
Also published as: TW201512341A

Description

具有抗指紋特性的非氟化塗佈材料及其評估方法

本發明是有關於一種抗指紋塗佈材料，且本發明特別是有關於一種具有抗指紋特性的非氟化塗佈材料、所述非氟化塗佈材料的製作方法以及所述塗佈材料的抗指紋特性的評估方法。

對於有觸控螢幕顯示器之電子產品(例如遊戲機、智慧型手機和平板電腦等)而言，其是透過手指之觸控來操作觸控螢幕。然而，觸控螢幕表面上的指紋是一個嚴重的問題，通常是藉由使用保護性塗佈材料來解決這個問題。

由於指紋問題是由從使用者的手指轉移之汗水和皮脂所造成的，因此用於維持電子產品表面清潔的保護性塗佈材料必須具有抗水性以及抗油性。先前技術揭示各種開發保護性塗佈材料之方法，希冀達到電子產品透明外觀的目的。

至少有兩個因素對於表面的疏水性與疏油性(oleophobic) 有正面影響：化學組成與凹凸形狀(topography)(亦即粗糙度(roughness))。為了滿足疏水性與疏油性，常用的方法是使用全氟烷基類(perfluoroalkyl-based)化合物來改質表面，以賦予表面疏水性與疏油性。此外，亦使用存在於表面改質組成物中的二氧化矽粒子建立粗糙度來使表面呈疏水性。另外，已將具有氟烷基矽烷(fluoroalkylsilane)之膠體二氧化矽奈米粒子佈於玻璃表面上，以建構具有超強拒液性之矽氧烷膜。此外，製作由含氟聚合物與二氧化矽粒子所組成的混合膜(hybrid film)，以在玻璃表面上產生草莓狀或梅花形狀(quincunx-shaped)的複合二氧化矽粒子而實現疏水性。

雖然含氟化合物為保證抗指紋特性最有利的化學物質之一，其卻無法解決高成本與高環境風險的問題。為了避免對環境造成污染，在先前技術中已敎示了各種塗佈材料。

美國專利第2008/0131706號公開了聚矽氮烷類(polysilazane-based)組成物作為永久的抗指紋塗層(coating)。組成物中不包含鉻，因此避免了對環境的污染問題。然而，有機樹脂是特有的所以很難產生。此外，此組成物僅被用來施加於金屬表面。

美國專利第2006/0110537號公開了抗指紋塗佈構成物，此結構具有抗腐蝕、抗塵與抗指紋特性。當表面上採用此塗佈構成物時，使用者手指上的汗水不易黏附於表面。此外，此塗佈構成物不包含鉻，也不需要酸性溶液或鹼性溶液的處理，這使得此塗佈構成物較為環保。雖然此塗佈構成物有性能頗佳，但其最大意義是不造成重金屬污染的環保型塗佈材料。

本發明可提供不含鹵素的抗指紋塗佈材料。此外，本發明的抗指紋塗佈是從無生態風險的製作過程(例如紫外線或高溫處理)中來產生。

在本發明的上下文中，抗指紋塗佈材料是經由簡易且普及的自組裝(self-assembly)方法來製作。已知自組裝的驅動力來自於聚矽氧烷(polysiloxane)之原位(in-situ)形成，其是經由Si-O-Si鍵與表面的矽烷醇基(silanol group)(-SiOH)連結。自組裝分子一般由三個部分組成：頭部基、烷基鏈以及末端基。頭部基(即三氯矽烷(trichlorosilane)、三甲氧基矽烷(trimethoxysilane)或三乙氧基矽烷(triethoxysilane))負責將分子定向(anchor)於基板上；烷基鏈提供單分子層(monolayer)的穩定性；而末端基則將化學官能性引入單分子層系統中。自組裝分子的頭部基經由親核取代反應形成Si-O-Si鍵，此反應可發生在有具電負性(electronegative)之原子或基團鍵結至sp3混成碳之有機化合物中。且由於鹵素之電負性大於碳，因此鹵素有較大的電子共用。此具極性的碳-鹵素鍵造成自組裝分子的頭部基發生取代反應。由於碳-鹵素鍵之電負性有助於SiOH表面的鍵結，因此需要更精確地控制反應條件以使有機矽烷SAM的分子自我組裝。

高品質的自組裝單分子層(self-assembly monolayers，SAMs)不易獲得，此乃肇因於需要相當謹慎地控制溶液中的水量方能得到。在無水的情況下，會形成不完全的單分子層，過量的水則會導致在溶液中不當的聚合反應而使聚矽氧烷沉積在表面上。視矽烷溶液中的水含量而定，已觀察到兩種SAM成長行為：均相(homogeneous)成長以及島型(island-type)成長(Vallant等人)。據觀察，SAM之反應環境中存在愈多的水含量，則會形成愈多的矽氧烷預組織(preorganized)聚集。SAM的島型成長可使塗佈之表面高低不平(bumpy)，故而預期可藉由控制反應環境中的水含量來調整表面粗糙度。

已發現溫度在單分子層形成中發揮重要的作用。在不同的溫度下，可造成水解反應基團(例如三氯甲矽基(trichlorosilyl))與溶液中其他反應基團或Si-OH表面之其他反應基團有不同的反應。此外，Wasserman等人(1989)、Silberzan等人(1991)、Grange等人(1993)、Rye(1997)、Sagiv(2009)亦描述了其他參數的影響，這些參數例如溶劑、溶液的熟化(age)、末端官能基、烷基鏈長度、表面Si-OH基濃度與沉積時間。

除了抗指紋塗佈材料之外，申請人還發現傳統的抗指紋表面特性之評估方法是不足夠的。由於人類指紋的化學組成主要由水與油酸及油酸衍生物所構成，因此使用水滴測試來檢驗疏水性之表面特性是無法代表抗指紋特性的。所以本發明提供了玻璃基板表面之表面特性的系統性評估方法。

本發明提供具有抗指紋特性的塗佈材料。並且，本發明還提供將油酸於目標表面上的接觸角用於有效地評估目標表面之抗指紋特性的應用。

在本發明中，將矽烷偶合劑的自組裝單分子層(SAMs)經由溶膠凝膠反應(Sol-gel reaction)製作於玻璃表面上形成疏水性/疏油性(疏溶劑性(solvophobic))以達到檢驗抗指紋效果的目的。玻璃表面的疏溶劑性是藉由接觸角的量測來表徵。結果指出玻璃上矽氧烷SAMs的製作顯示出玻璃表面在疏溶劑性上有顯著的變化。根據本發明之實施例，可在提供玻璃基板之前，以有機基氧基矽烷(organooxysilane)化合物來改質玻璃基板表面，使經改質的玻璃基板表面成為經改質的表面。

根據本發明之實施例，有機基氧基矽烷化合物是三甲氧基甲基矽烷(trimethoxymethylsilane，TMS)或三甲氧基甲基矽烷(TMS)與十八烷基三甲氧基矽烷(octadecyltrimethoxysilane，ODS)的混合物(hybrid)。

本發明提供玻璃基板表面的一個或多個表面特性的評估方法。在提供具有表面的玻璃基板之後，將一個或多個水滴滴於表面上。量測水在玻璃基板表面上的第一接觸角，並比較第一接觸角與第一參考角，決定表面的第一表面特性。同樣地，將一個或多個油酸的液滴滴於表面上。量測油酸在玻璃基板表面上的第二接觸角，並比較第二接觸角與第二參考角，決定表面的第二表面特性。

根據本發明之實施例，第一表面特性是親水性/疏水性且第一參考角是40度。第二表面特性是抗指紋特性且第二參考角是40度。

根據本發明之實施例，將一個或多個正十六烷液滴亦滴於表面上。量測正十六烷在玻璃基板表面上的第三接觸角，並比較第三接觸角與第三參考角，決定表面的第三表面特性。

根據本發明之實施例，第三表面特性是親油性(oleophilic)/疏油性，且第三參考角是40度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是顯示根據本發明之實施例的一個或多個表面特性的評估方法之處理步驟流程圖。

圖2是經有機基氧基矽烷SAMs改質之玻璃的反應方案。

圖3呈現根據本發明之實施例的TMS-玻璃表面、ODS-玻璃表面、TMFS-玻璃表面、PFDES-玻璃表面、TMFS/TMS-玻璃表面與ODS/TMS-玻璃表面上之水、十六烷以及油酸的接觸角。

圖4呈現ODS-玻璃表面、TMS-玻璃表面、TMFS-玻璃表面、ODS/TMS-玻璃表面與TMFS/TMS-玻璃表面之原子力顯微鏡(atomic force microscopy，AFM)影像。

在所有圖式與詳細說明中，使用常用的元件符號來指示相同的元件，並將以下的詳細描述配合所附圖式使本發明更為清楚。

在本發明中，目標表面上的油酸接觸角是用於評估目標表面的抗指紋特性。一般而言，抗指紋特性被認為與疏水性及/或疏油性有關。然而，如申請人所指出，從傳統有機溶劑得到的抗指紋特性未必與疏水性一致，因此，僅使用水或有機溶劑來評估抗指紋特性可能不準確。而使用額外的測試液(油酸)，則可用油酸的接觸角來強化目標表面抗指紋特性之評估。因此，可更精確並準確地決定目標表面之表面特性。

此外，可用此方法來評估塗佈於目標表面上之特定化合物或材料的疏水性或抗指紋性。除了使用水的接觸角來決定親水性/疏水性以及使用正十六烷的接觸角來決定親油性/疏油性之外，還可用經改質的玻璃表面上之油酸接觸角來作為評估經特定化合物改質的表面之抗指紋特性的實際量測。

本發明提供玻璃基板表面的一個或多個表面特性的評估方法。首先，提供具有表面的玻璃基板(步驟102)。將一個或多個水滴滴於表面上(步驟104)。量測水在玻璃基板表面上的第一接觸角(步驟106)，並比較第一接觸角與第一參考角以決定表面的第一表面特性(步驟108)。同樣地，將一個或多個油酸的液滴滴於表面上(步驟110)。量測油酸在玻璃基板表面上的第二接觸角(步驟112)，並比較第二接觸角與第二參考角以決定表面的第二表面特性(步驟114)。

可選擇地，將一個或多個正十六烷液滴亦滴於表面上(步驟120)。量測正十六烷在玻璃基板表面上的第三接觸角(步驟122)，並比較第三接觸角與第三參考角以決定表面的第三表面特性(步驟124)。

根據本發明之實施例，第一表面特性是親水性/疏水性且第一參考角可為40度。第二表面特性是抗指紋特性且第二參考角可為40度。第三表面特性是親油性/疏油性，且第三參考角可為40度。

此外，藉由使用上述方法，可進一步評估適用於改質或塗佈玻璃基板表面的抗指紋化合物或抗指紋材料，以決定用於抗指紋或防污目的之最佳化合物或材料。

舉例而言，可在提供玻璃基板之前，使用有機基氧基矽烷化合物來改質玻璃基板表面，並用上述方法來評估經改質的表面，以決定經改質的表面的第一表面特性以及第二表面特性。

在下文中，使用不同種類的有機基氧基矽烷化合物來改質玻璃表面來作為實驗樣品。研究這些經改質的玻璃表面(目標表面)來證明油酸的接觸角是評估經不同有機基氧基矽烷化合物改質的這些表面之抗指紋特性的有效量測。

有機基氧基矽烷是矽氧烷類(silicone-based)化合物，其可與無機基板(例如玻璃)反應而形成穩定的共價鍵(矽氧烷，Si-O-Si鍵)並於基板上提供官能性(例如胺、苯基、烷基、氟基團等)。這種官能化可以改變基板表面的特性。一般來說，有機基氧基矽烷傾向於基板上形成自組裝單分子層(SAMs)。可將具有適當有機官能性(即官能基)的有機基氧基矽烷SAMs施加於基板表面上，以使表面呈現雙疏性(amphiphobic)。

在本實施例中，藉由使用溶膠凝膠法，將具有多種有機官能基的有機基氧基矽烷SAMs施加於玻璃表面上，並研究玻璃表面的雙疏性。本發明提供了直接的方法來研究表面的雙疏性。藉由量測表面上水滴以及正十六烷液滴之接觸角來決定經有機矽氧烷(organosiloxane)改質之表面的疏水性和疏油性。由於油酸是雙親性(amphiphilic)不飽和脂肪酸並且是人類指紋的主成分，因此也可以量測油酸液滴之接觸角來評估經改質之玻璃表面上的抗指紋特性。此外，藉由原子力顯微鏡(AFM)來研究經改質之玻璃的表面型態(morphology)或表面粗糙度(roughness)。從超薄有機膜的雙疏性與粗糙度上來評估其抗指紋特性。

實驗

[由有機基氧基矽烷SAMs進行之玻璃表面改質]

基於圖2所示之可能的反應方案來製備經有機基氧基矽烷SAMs改質的玻璃。

首先，將玻璃基板浸於piranha溶液(H₂SO₄：H₂O₂=3：1)中30分鐘以清洗玻璃基板，並將羥基引入玻璃表面上。然後，用水沖洗玻璃基板數次。將有機基氧基矽烷與水、乙醇(10%體積/體積)以及0.1M的鹽酸(3.3%體積/體積)混合來製備有機基氧基矽烷水溶液(2%體積/體積)，並將水溶液的pH值調整到3.5，以於室溫下水解有機基氧基矽烷1.5小時。接著，將乾淨的玻璃基板浸泡於水解之有機基氧基矽烷水溶液中，並在室溫下於攪拌中與此溶液反應24小時。將獲得的經有機基氧基矽烷SAMs改質(經有機基氧基矽烷SAMs塗佈)之玻璃基板用乙醇清洗，以移除未反應之化學物質，並在110℃的烘箱中乾燥過夜。

一般來說，是將玻璃表面在pH值為3.5的酸性有機含水溶劑環境中改質。相對於混合物溶液的總體積而言，酸性有機含水溶劑環境包括有機溶劑(5-30%體積/體積)、游離氫化物離子源(1-5%體積/體積)以及水(70-95%體積/體積)。

藉由將具有各種有機官能基的有機基氧基矽烷SAMs施加於玻璃表面上，製備出經改質的玻璃基板之不同樣品。舉例而言，使用具有親水性部分(moieties)的有機基氧基矽烷(例如3-胺基丙基三乙氧基矽烷(3-aminopropyltriethoxysilane，APTES)和3-縮水甘油氧基三甲氧基矽烷(3-glycidoxypropyl trimethoxysilane，GPS))或具有疏水性部分的有機基氧基矽烷(例如三甲氧基甲基矽烷(TMS)、異丁基三甲氧基矽烷(isobutyl(trimethoxy)silane，ITMS)、矽酸四乙酯(tetraethyl orthosilicate，TEOS)和十八烷基三甲氧基矽烷(ODS))來改質玻璃基板，並量測獲得之樣品的特性。此外，施加具有苯基部分的有機基氧基矽烷(例如三甲氧基苯基矽烷(trimethoxyphenylsilane，TMPS)和三甲氧基(2-苯乙基)矽烷(trimethoxy(2-phenylethyl)silane，TMPES))或具有氟化部分的有機基氧基矽烷(例如三甲氧基(3,3,3-三氟丙基)矽烷(trimethoxy(3,3,3-trifluoropropyl)silane，TMFS)和1H,1H,2H,2H-過氟癸基三乙氧矽烷(1H,1H,2H,2H-perfluorodecyltriethoxysilane，PFDES))來製備經改質之玻璃表面，並量測獲得之樣品的特性。水解之烷氧基部分(例如甲氧基和乙氧基)的矽烷醇基與玻璃表面上之羥基的聚縮合反應(polycondensation)導致了穩定的矽氧烷(Si-O-Si)鍵並在玻璃表面上提供了有機部分。實驗中所用的化學品和試劑描述如下。TMS、PFDES、TMPES、TMFS、TMPS、ITMS以及油酸購自Aldrich化學有限公司。TEOS(98%)、APTES(99%)、3-縮水甘油氧基三甲氧基矽烷(GPS)以及正十六烷購自AcrosOrganics有限公司。十八烷基三甲氧基矽烷(ODS)購自WakoChemicals有限公司。

[量測]

使用傳統的數位相機來量測經改質之玻璃基板上的水、正十六烷以及油酸的接觸角。將測試液的等分試樣(aliquot)(10μL) 滴於經改質之玻璃表面上，並在滴完的幾秒鐘後量測接觸角。使用數位儀器奈米級III(Digital Instruments NanoScope)裝置進行AFM觀察。

圖3呈現在根據本發明之實施例的TMS-玻璃表面、ODS-玻璃表面、TMFS-玻璃表面、PFDES-玻璃表面、TMFS/TMS-玻璃表面與ODS/TMS-玻璃表面上之水、十六烷以及油酸的接觸角。將在各種玻璃樣品的經改質之玻璃表面上之水、十六烷以及油酸的接觸角與在裸露的玻璃表面上之水、十六烷以及油酸的接觸角比較(如圖3所示)，並將獲得的接觸角列於表1中，評估在表面改質後之表面特性的改變。同樣地，將這些玻璃樣品的表面張力和表面粗糙度列於表1中。

由水的接觸角證實了有機矽氧烷SAMs形成於玻璃表面上。可將親水性歸類為水的接觸角小於40度，而疏水性則由水的接觸角大於40度來表示。裸露的玻璃表面之水的接觸角是37度，此表示中度的(moderate)親水性。在此期間，於將有機矽氧烷SAMs塗佈於玻璃表面後，取決於矽氧烷的有機部分，水的接觸角明顯地增加到74度至93度(總結於表1中)。此結果顯示經改質之表面依照親水性部分<苯基部分氟化部分的順序而變為疏水性。此外，經具有疏水性部分的矽氧烷改質之玻璃表面的疏水性視所使用的有機部分而略為有所改變，一般來說，經具有疏水性部分的矽氧烷改質之玻璃表面之水的接觸角之間的差異並不顯著(74度至92度)。

對於疏油性的評估，使用正十六烷作為測試液。將經有機基氧基矽烷改質之玻璃表面上的正十六烷接觸角(十六烷接觸角)總結於表1中。裸露的玻璃表面上之正十六烷的接觸角是14度，此表示其為中度的(moderate)疏油性。經有機矽氧烷SAMs改質之表面的疏油性可能與SAMs的疏水性有關。據觀察，經APTES處理之玻璃表面以及經GPS處理之玻璃表面表現出高度的親油性(正十六烷的接觸角是0度)，而經疏水性的ODS處理之玻璃表面也一樣表現出高度的親油性(正十六烷的接觸角是0度)。這些經改質之表面易於被正十六烷潤濕的結果與經具有疏水性部分的有機矽烷(organosilane)改質之同一類玻璃表面之水的接觸角結果一致。儘管經APTES處理之玻璃表面以及經GPS處理之玻璃表面具有親水性部分，靠近親水性玻璃表面之APTES的胺基末端可能與羥基形成氫鍵而使疏水性的丙基暴露在經改質的玻璃表面上。同樣地，對於經GPS處理之玻璃表面而言，疏水性的烷基暴露在經改質的玻璃表面上。正十六烷的接觸角之觀察結果顯示，苯基-SAM玻璃之疏油性與裸露的玻璃之疏油性幾乎相同，而氟化-SAM玻璃是相當疏油的。經具有各種部分的矽氧烷改質之玻璃表面的疏油性順序是親水性部分<苯基部分<氟化部分，與從水的接觸角來決定的疏水性相同。這表明雙疏性是以此順序增加的。具有疏水性部分的SAMs之拒油性(oil-repellency)取決於其化學結構，而與從水的接觸角來決定的疏水性之差異無關。雖然經TEOS處理之玻璃表面與經ITMS處理之玻璃表面具備中度的疏油性，然而經TMS處理之表面卻是相當疏油的。

具有小於基板臨界表面張力之表面張力的液體可以濕潤基板的表面。有機矽氧烷SAMs之臨界表面張力(γ_c)列於表1中。由於正十六烷之表面張力(γ_c=27.6mN/m)小於具有親水性部分的SAMs之臨界表面張力(γ_c=35-42.5mN/m)，十六烷易於在這些經改質的玻璃表面上擴散。另一方面，因為正十六烷之表面張力大於TMS-玻璃表面與TMPES-玻璃表面之表面張力，十六烷無法容易地在這些經改質的玻璃表面上擴散。

具有氟化部分的玻璃基板(TMFS-玻璃表面與PFDES-玻璃表面)呈現明顯大的十六烷接觸角，其分別是51度與69度。由於-CF₃與-CF₂基團的存在，經氟化之玻璃表面可以具備非常低的表面能量，而此造成了十六烷以及水的大接觸角並意味著雙疏性的行為。獲得的結果顯示PFDES-玻璃表面由於具有數個CF₂基團的存在而呈現較TMFS-玻璃還要高的疏油性，且PFDES-玻璃表面的臨界表面張力是18mN/m。應注意的是，造成氟化表面的高疏油性(或雙疏性)不僅是因為C-F鍵的極性與氟化化合物之弱分子間作用力，而更是因為官能性CF₃末端的緊密堆積。

由於人類指紋的主成分是油酸(40.6%)及/或其衍生物，因此可使用油酸作為指紋的替代物。因為油酸是具有疏水性油烯基(oleyl)部分與親水性羧酸部分的雙親性不飽和脂肪酸，因此經改質之玻璃基板上之油酸接觸角可能與水的接觸角及/或十六烷的接觸角不同。

本發明中，使用油酸作為測試液來證明經改質之玻璃表面的抗指紋特性。純油酸的表面張力是31.8mN/m，其屬於媲美人類指紋之表面張力(20-50mN/m)以及媲美經有機矽烷改質之玻璃表面之表面張力(表1中的20.9-42.5mN/m)(除了經PFDES處理之玻璃(18mN/m)之外)的類別。

如表1所示，裸露的玻璃上之油酸接觸角最小(18度)。對於以親水性部分與苯基部分來改質的經改質之玻璃表面而言，於其表面上之油酸接觸角為中等的(25度至31度)。對於以氟化部分來改質的經改質之玻璃表面而言，於其表面上之油酸接觸角最大(48度和74度)。以疏水性部分來改質的經改質之玻璃表面，其取決於表面上之有機部分而呈現不同的接觸角(26度至41度)。抗指紋特性之傾向(順序)幾乎與從十六烷的接觸角來決定的疏油性順序一致。然而，由於油酸的表面張力大於十六烷，使得經改質之玻璃表面上的油酸接觸角大於十六烷的接觸角。如所預期的是，PFDES-玻璃上油酸的接觸角最大，且第二大的油酸接觸角是在TMFS-玻璃上。應注意，TMS-玻璃上的油酸接觸角僅略小於TMFS-玻璃上的油酸接觸角。考慮到TMS-玻璃之表面張力僅為22.5mN/m(表1)，使得TMS表面被認為可與氟化表面一樣為雙疏性的，如同TMS-玻璃表面抵抗碳氫化合物油的潤濕。

結合使用兩類的有機基氧基矽烷作為塗佈於玻璃表面之混合SAMs，以研究其對於經SAMs塗佈之玻璃表面的雙疏性上的效果。使用溶膠凝膠法，在玻璃表面上塗佈下列混合之SAMs：具有親水性部分/疏水性部分(APTES/TMS)之SAMs、具有疏水性部分/疏水性部分(ODS/TEOS與ODS/TMS)之SAMs以及具有氟化部分/疏水性部分(TMFS/TMS)之SAMs。將獲得的接觸角列於表1中。結果顯示，對於將疏水性(TMS)部分與親水性(APTES)部分以及疏水性(ODS)部分混合而言，協同效應(synergistic effect)顯示在使水接觸角增加的方面上。亦即，APTES/TMS-玻璃表面以及ODS/TMS-玻璃表面之水的接觸角(皆為90度)明顯地大於單獨塗佈有對應部分的玻璃表面之水的接觸角。TMFS/TMS-玻璃具有與TMFS-玻璃相似而非與TMS-玻璃相似之水的接觸角，其表示TMFS佔主要的貢獻。然而，十六烷的接觸角似乎是由改質化合物如以下的方式來主導：APTES>TMS、TEOS>ODS、TMS>ODS、TMS>TMFS。考慮到油酸之接觸角，應注意TMFS以及TMS在混合後其抗指紋效果下降。同時，TMS在與ODS的混合中主導，且 ODS/TMS-玻璃的抗指紋效果相同於或優於TMS-玻璃的抗指紋效果。另一方面，在為APTES/TMS-玻璃的情況下，APTES主導控制此表面特性。

表面粗糙度可能也會造成雙疏性的改變。圖4呈現ODS-玻璃表面、TMS-玻璃表面、TMFS-玻璃表面、ODS/TMS-玻璃表面與TMFS/TMS-玻璃表面之原子力顯微鏡(AFM)影像。如圖4所示，觀察ODS-玻璃表面、TMS-玻璃表面、TMFS-玻璃表面、ODS/TMS-玻璃表面與TMFS/TMS-玻璃表面之AFM影像來評估經改質之玻璃表面的形態。將觀察到的經改質之玻璃表面的粗糙度亦列於表1中。粗糙度小於5nm之APTES-玻璃表面、ITMS-玻璃表面、ODS-玻璃表面以及TMFS-玻璃表面比粗糙度可達30nm的其他表面平滑。對於經混合SAMs塗佈之玻璃表面而言，表面形態是由其一成分來主導，亦即，對於APTES/TMS-玻璃、TMFS/TMS-玻璃、ODS/TEOS-玻璃以及ODS/TMS-玻璃而言，分別是由APTES、TMFS、TEOS以及TMS來主導。此現象與上述對應成分對油酸接觸角的主導地位一致。

另一方面，ODS/TMS-玻璃以及TMS-玻璃的AFM影像顯示在玻璃表面上有高度低於10nm之突起(protrusion)。ODS/TMS-玻璃以及TMS-玻璃於其表面上竟呈現了大的油酸接觸角，且其油酸接觸角媲美TMFS-玻璃之油酸接觸角。這表示此兩種經改質之玻璃表面(經非氟化TMS處理或經非氟化TMS與ODS之混合處理)於玻璃表面上提供了奈米尺度的「顛簸結構(bumpy structures)」而增強了拒油酸性或雙疏性。

從上面的實驗中，不考慮不環保的氟化有機基氧基矽烷化合物的話，三甲氧基甲基矽烷(TMS)或三甲氧基甲基矽烷(TMS)與十八烷基三甲氧基矽烷(ODS)的混合是用於抗指紋目的之合適的有機基氧基矽烷化合物。

這裡所列出的實例僅僅是用於說明，而並非用於限制本發明的範圍。

由於抗指紋特性未必與疏水性及/或疏油性一致，因此，僅僅使用水或有機溶劑來評估抗指紋特性可能不準確。使用額外的測試液(油酸)，則可用油酸的接觸角來強化目標表面之抗指紋特性之評估。

綜上所述，不使用水的接觸角來決定親水性/疏水性，也不使用正十六烷的接觸角來決定親油性/疏油性，而是利用經改質之玻璃表面上油酸的接觸角作為實際量測，來評估目標表面之抗指紋特性。藉此，可更精確與準確地決定目標表面之表面特性。

雖然已參照具體實施例來描述和說明本發明，然此描述和說明並不限制本發明。本領域中具有通常知識者應當理解，在不脫離由所附申請專利範圍所限定的本發明真實精神和範圍的情況下，可以做出各種改變且可用等同物來取代。圖式可以不需要按比例繪製。製作過程與公差可能造成實際裝置與本發明之藝術樣式的差異。可具有未具體說明的本發明的其它實施例。本說明書和圖式應被理解是說明性的而非限制性的。可以進行修改以使特定情況、材料、物質組成、方法、或過程適合本發明的目的、精神與範圍。所有這些修改意旨在所附的申請專利範圍的所請範圍之內。雖然本文所公開的方法已描述了以特定的順序來進行特定操作，但應理解，在不脫離本發明之教示的情況下，可將這些操作加以組合、拆開或重新排列而形成等效的方法。因此，除非有特別指出，否則操作的順序和分組是並非本發明的限制。

Claims

一種塗佈材料，用於改質玻璃表面以提供抗指紋特性，所述塗佈材料至少包括自組裝單分子層，其藉由使用有機基氧基矽烷化合物作為前驅物而形成於所述玻璃表面上，其中所述玻璃表面在酸性有機-含水溶劑環境中經改質，其中所述前驅物成分不含氟，且所述有機基氧基矽烷化合物包括三甲氧基甲基矽烷(TMS)或三甲氧基甲基矽烷(TMS)與十八烷基三甲氧基矽烷(ODS)的混合物。
如申請專利範圍第1項所述的塗佈材料，其中所述有機-含水溶劑環境包括有機溶劑(5-30%體積/體積)、游離氫化物離子源(1-5%體積/體積)以及水(70-95%體積/體積)。
如申請專利範圍第2項所述的塗佈材料，其中所述有機含水溶劑環境的pH值是3.5。
一種評估方法，用以評估玻璃基板表面的一個或多個表面特性，包括：提供具有所述表面的所述玻璃基板，所述表面是藉由使用有機基氧基矽烷化合物作為前驅物，並在酸性有機-含水溶劑環境中進行改質，其中所述前驅物成分不含氟，且所述有機基氧基矽烷化合物包括三甲氧基甲基矽烷(TMS)或三甲氧基甲基矽烷(TMS)與十八烷基三甲氧基矽烷(ODS)的混合物；提供一個或多個水滴於所述表面上；量測水在所述玻璃基板的所述表面上的第一接觸角；比較所述第一接觸角與第一參考角，決定所述表面的第一表面特性；提供一個或多個油酸的液滴於所述表面上；量測油酸在所述玻璃基板的所述表面上的第二接觸角；以及比較所述第二接觸角與第二參考角，決定所述表面的第二表面特性。
如申請專利範圍第4項所述的評估方法，更包括：提供一個或多個正十六烷液滴於所述表面；量測正十六烷在所述玻璃基板的所述表面上的第三接觸角；以及比較所述第三接觸角與第三參考角，決定所述表面的第三表面特性。