TWI662009B - 具加濕功能的親水性陶瓷片材的製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種具加濕功能的親水性陶瓷片材的製造方法，包含：將無機充填材料、水以及無機溶膠混合調製成一無機漿料；將複數個無機纖維薄片堆疊成為一無機纖維基材，並將該無機纖維基材的孔隙率控制在50~90%；將該無機纖維基材，經噴塗、塗佈或含浸該無機漿料處理，以使該無機纖維基材成為孔隙率介於30~70%的無機纖維中間材；將該無機纖維中間材予以加工成型為平整狀或波浪狀的無機纖維片材，然後對該無機纖維片材進行乾燥處理；將無機纖維片材在350~1500℃的溫度下烘烤2~6小時。藉此，本發明可具有優良的親水性，無需耗費大量能源將水霧化即能提供高液氣比，並可於高溫煅燒製程中去除細菌等有機物，以製成全無機無菌的片材，從而可具有良好的耐水性並大幅提高產品使用壽命。
Description
本發明係關於一種親水性陶瓷片材，特別是關於一種具加濕功能的親水性陶瓷片材的製造方法。
按，在許多產業如半導體業中，其對於各種(例如於製程中所產生的)氣狀分子汙染物(Airborne Molecular Contamination，AMC)通常皆有較高的去除需求，對此，現有或已知的AMC去除或處理方式中，其中之一是採用化學濾網，但化學濾網具有成本較高且使用壽命較短的問題；另外，也有利用水霧噴頭產生水霧化的方式來處理，然此種方式對於具有高AMC去除需求的公司而言，為了提高液氣比，就需要用到較大的水泵，如此一來，就會造成難以忽視的耗能問題，此外，此種水霧噴頭亦需定期保養，以避免阻塞。
此外，業界也有採用非霧化的水洗設備來去除AMC，此種設備通常係使用由有機材或紙質所製成的水簾片來作為淋水板，但是，此種水簾片的耐水性不佳，在一段時間的淋水使用後，即容易造成釋氣(outgassing)及滋生細菌等問題，降低了產品的壽命(約僅有1~2年)，因此，如何針對上述問題加以改進，即為本案創作人欲解決之技術困難點所在。
有鑑於習知AMC去除方案的上述問題，因此本發明之目的在於發展一種具有良好親水性與耐水性之陶瓷片材的製造方法。
為達成以上之目的，本發明係提供一種具加濕功能的親水性陶瓷片材的製造方法，包含：無機漿料製備步驟，係將無機充填材料、水以及無機溶膠混合調製成一無機漿料；無機纖維基材堆疊步驟，係將複數個無機纖維薄片堆疊成為一無機纖維基材，並將該無機纖維基材的孔隙率控制在50~90%；無機纖維上漿步驟，係將該無機纖維基材，經噴塗、塗佈或含浸該無機漿料處理，使該無機纖維基材完全濕潤並軟化，並使該無機纖維基材成為孔隙率介於30~70%的無機纖維中間材；成型及乾燥步驟，係將完成無機纖維上漿步驟之後的無機纖維中間材予以加工成型為平整狀或波浪狀的無機纖維片材，然後對該無機纖維片材進行乾燥處理，以去除該無機纖維片材中的水分，進而使該無機纖維片材固化定型；高溫煅燒步驟，係將完成成型及乾燥步驟後的無機纖維片材，在350~1500℃的溫度下烘烤2~6小時，以除去該無機纖維片材中的雜質及有機物。
其中，該無機充填材料為氧化鋁、氫氧化鋁、二氧化矽、沸石、矽藻土、二氧化鈦、矽酸鈣、雲母、黏土礦物或上述之組合。
進一步的，該無機充填材料的平均粒徑為0.1~150μm。
其中，該無機溶膠為二氧化矽溶膠、二氧化鈦溶膠、氧化鋁溶膠、磷酸鹽溶膠、硼酸鹽溶膠、水玻璃、矽酸鹽溶膠或上述之組合。
其中，該無機溶膠的濃度為15~40wt%。
其中，該無機纖維薄片中的纖維為玻璃纖維、陶瓷纖維、
氧化鋁纖維或上述之組合。
其中，該無機纖維基材的厚度為0.3~1.5mm，且該無機纖維薄片中的纖維之平均直徑係介於1~50μm。
其中，在高溫煅燒步驟中，進行烘烤之前，先對該無機纖維片材進行裁切作業。
藉此，本發明的陶瓷片材具有優良的親水性，無需耗費大量能源將水霧化即能提供高液氣比，從而能有效地去除AMC等汙染物；又藉由高溫煅燒程序，而可於製程中去除細菌等有機物，以製成全無機無菌的片材，從而可具有良好的耐水性並大幅提高產品使用壽命。
第一圖係本發明之一實施例的步驟流程方塊示意圖。
請參閱第一圖所示，本發明係提供一種具加濕功能的親水性陶瓷片材的製造方法，其步驟包含：無機漿料製備步驟S1，係將無機充填材料、水以及無機溶膠等原料混合調製成一無機漿料。
其中，該無機充填材料可以是氧化鋁、氫氧化鋁、二氧化矽、沸石、矽藻土、二氧化鈦、矽酸鈣、雲母、黏土礦物或上述之組合，該無機充填材料的平均粒徑係控制在0.1~150μm，該無機溶膠(即無機黏著劑)具體可以是二氧化矽溶膠、二氧化鈦溶膠、氧化鋁溶膠、磷酸鹽溶膠、硼酸鹽溶膠、水玻璃、矽酸鹽溶膠或上述之組合，又，該無機溶膠的濃度可
為15~40wt%(其餘成分為水)，以在無機纖維基材的纖維孔隙與固化定型效果等考量因素之間取得較佳之平衡。
此外，在本發明的一些實施例中，該無機漿料可以依實際需求，而進一步包含有一種以上的添加劑，具體而言，該添加劑可以是濕潤劑、分散劑、消泡劑、流平劑、快乾劑、增稠劑或紙強度提高劑。
無機纖維基材堆疊步驟S2：係將複數個無機纖維薄片堆疊成為一無機纖維基材，並將該無機纖維基材的孔隙率控制在50~90%，其中，該無機纖維薄片中的纖維可以是玻璃纖維、陶瓷纖維、氧化鋁纖維或上述之組合，該無機纖維薄片的厚度係控制在0.1~1mm，且該無機纖維薄片中的纖維之平均直徑係介於1~50μm，又該堆疊後的無機纖維基材的厚度係控制在0.3~1.5mm(因實際上每一片無機纖維薄片的厚度不一定是相同的，而本發明並不限定只能堆疊具有相同厚度的無機纖維薄片)，在此，該無機纖維基材的厚度須適當地設計，若太薄，則成型後的成品其強度不足，不僅容易損壞，且吸水量也較少而會導致加濕功能減弱，反之，若太厚，則成品在彎折處容易出現斷裂或者使上、下纖維層變形，因而，本發明在經過多次實驗後，方能找出如上面所限定的該無機纖維基材之最佳厚度範圍。
此外，可以一提的是，本發明藉由將複數個無機纖維薄片堆疊起來以形成該無機纖維基材，而非僅使用單一個無機纖維薄片，如此可增加該無機纖維基材的網狀結構，從而提升成品的吸水量。
此外，同樣可以一提的是，上述的無機漿料製備步驟S1與無機纖維基材堆疊步驟S2等兩個工序，實際上並無實施之先後順序的限
制，亦即，可以先調製無機漿料，再堆疊無機纖維基材；也可以反過來，先堆疊無機纖維基材，再調製調製無機漿料；或者，也可以兩者同時進行。
無機纖維上漿步驟S3：係將該無機纖維基材，經噴塗、塗佈或含浸該無機漿料處理，以使該無機纖維基材成為孔隙率介於30~70%的無機纖維中間材。
在此可以一提的是，經過上漿處理後的無機纖維基材(即該無機纖維中間材)，其孔隙率可適度降低，且纖維的厚度可因無機漿料的附著或包覆而增厚，以上特性將可有助於提升吸水力或吸水量，這是因為上漿處理前的無機纖維基材其孔隙率較大，導致纖維的網格較大，故反而較不易含水。
此外，在進行此一步驟時，應令該無機纖維基材的纖維被無機漿料完全濕潤，以使纖維軟化，如此可有利於後續的成型，並確保無機漿料可附著覆蓋於該無機纖維基材的表面，具體而言，此步驟中使纖維接觸漿料而達完全濕潤軟化所需的時間約在1~300秒，其實際所需時間以前述能夠滿足使纖維完全濕潤的需求為準，其中，可以一提的是，在無機纖維基材的製造過程中，為了使纖維不鬆散，有時會在作為原料的纖維表面沾有有機黏著劑(該有機黏著劑的含量通常不會超過原料總重量的20wt%)，這樣一來，會使該無機纖維表面形成疏水性質，對此，可以適度增加無機漿料與無機纖維基材的接觸(濕潤)時間，以確保無機漿料可充分地浸潤於無機纖維基材的表面，當然，在本發明的至少一些實施態樣中，若是該無機漿料內添加有如濕潤劑這樣的添加劑，將可以減少或節省所需的濕潤時間。
接下來，成型及乾燥步驟S4：係將經過無機漿料處理後的無機纖維中間材予以加工成型為平整狀或波浪狀的無機纖維片材，然後對該無機纖維片材進行乾燥處理，以去除該無機纖維片材中的水分，進而使該無機纖維片材固化定型。
其中，相較於平整狀的無機纖維片材，波浪狀的無機纖維片材可增加片材的表面積，從而可有效增加液氣比，上述無機纖維片材的加工成型可利用模具或瓦楞轆等工具或設備來實現，相關工藝均屬本領域的公知常識，於此不再贅述，此外，有關乾燥之具體操作方式或工藝參數也可採用本領域的常規方法來實施，舉例而言，在本發明的一個實施例中，可以使用在50℃~180℃下靜置一段時間的方式來乾燥，惟實際上並不以此為限，例如也可以採用常溫自然風乾等方式，只要能達到將無機纖維片材中的水分去除並使其定型或成型的程度即可。
接下來，高溫煅燒步驟S5：係將經過成型及乾燥處理後的無機纖維片材，在350~1500℃的溫度下烘烤2~6小時(一般而言，溫度越高時，烘烤時間可縮短)，如此即可得到本發明的親水性陶瓷片材，此一步驟可具有以下的效果或目的：提高無機充填材料與無機溶膠等材料之附著度與耐水性、除去該無機纖維片材中的雜質(包含添加劑)及有機物(如有機黏著劑)、使無機充填材料(實際上為多孔粉材料)的孔洞發育更完整，以及提高陶瓷片材的濕潤性能(吸水力)等等。
其中，可以一提的是，在進行高溫煅燒步驟S5時，對於在無機纖維基材的製作階段即含有有機黏著劑的無機纖維片材，應將烘烤的溫度設定在可以使該有機黏著劑氧化分解的溫度以上，以確保該有機成分
可於高溫處理後被去除，藉此，利用無機黏著劑與無機纖維的親和力較佳，且與有機物之親和力較弱的特性，即可使覆蓋在無機纖維表面的無機黏著劑在有機物被去除後仍可維持纖維不鬆散，如此一來，藉由無機黏著劑與水分具有良好親和力，且孔洞發育完整的無機充填材料也具有更佳之吸水性，進而可提高本發明之陶瓷片材的親水性或吸水性，此外，可以一提的是，由於本發明使用的原料皆以無機物為主，所含的有機物成分極低，因而在經過高溫處理後，仍可確保成品的強度不受影響。
準備數份分別在不同的煅燒溫度下所製得的本發明之陶瓷片材作為試體(試體中還包括僅完成該成型及乾燥步驟S4，但尚未經過高溫煅燒步驟S5處理的無機纖維片材，以作為對照組)，再對這些試體分別進行耐水性或吸水力的試驗，其中，耐水性可以用失重率此一指標來衡量，其具體實驗方法如下：將各試體分別以純水沖淋2週後，再分別計算各試體之損失重量與各試體之初始重量的比值；關於吸水力，其具體實驗方法如下：將試體自然垂掛於水面使之自然吸水10分鐘，再測量試體的水痕高度，所得到的實驗結果如下表一所示：
由上表一即可看出，隨著煅燒溫度的升高，本發明的陶瓷片材之失重率會顯著降低，同時吸水力則可明顯提升，如此即可證明，本發明的陶瓷片材於經過高溫煅燒製程後，確實可大幅提高耐水性與吸水力。
另外，可以一提的是，在本發明的一個實施例中，在高溫煅燒步驟S5中，進行烘烤之前，可以視情況或需要而先對該無機纖維片材(不論此時該無機纖維片材是平整狀或波浪狀)進行裁切作業，以將該無機纖維片材裁切成適當或所需的尺寸，俾利於後續的烘烤作業。
藉由上述工藝步驟，本發明的陶瓷片材可具有優良的親水性，當應用於如外氣空調箱(Make-up Air Unit，MAU)、空氣微汙處理設備或空氣加濕機等設備時，無需耗費大量能源將水霧化，即能提供高液氣比，從而能有效地去除AMC等汙染物；此外，又藉由高溫處理程序，本發明可於製程中去除細菌等有機物，而成為全無機無菌材料所製成的片材，不利於細菌或黴菌生長，從而可具有良好的耐水性並大幅提高產品使用壽命，進而可大幅提高本發明的實用性。
惟上列詳細說明係針對本發明之較佳實施例的具體說明，該等實施例並非用以限制本發明之專利範圍，而凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
Claims (8)
- 一種具加濕功能的親水性陶瓷片材的製造方法，包含：無機漿料製備步驟，係將無機充填材料、水以及無機溶膠混合調製成一無機漿料；無機纖維基材堆疊步驟，係將複數個無機纖維薄片堆疊成為一無機纖維基材，並將該無機纖維基材的孔隙率控制在50~90%；無機纖維上漿步驟，係將該無機纖維基材，經噴塗、塗佈或含浸該無機漿料處理，使該無機纖維基材完全濕潤並軟化，並使該無機纖維基材成為孔隙率介於30~70%的無機纖維中間材；成型及乾燥步驟，係將完成無機纖維上漿步驟之後的無機纖維中間材予以加工成型為平整狀或波浪狀的無機纖維片材，然後對該無機纖維片材進行乾燥處理，以去除該無機纖維片材中的水分，進而使該無機纖維片材固化定型；高溫煅燒步驟，係將完成成型及乾燥步驟後的無機纖維片材，在350~1500℃的溫度下烘烤2~6小時，以除去該無機纖維片材中的雜質及有機物。
- 如申請專利範圍第1項所述之具加濕功能的親水性陶瓷片材的製造方法，其中該無機充填材料為氧化鋁、氫氧化鋁、二氧化矽、沸石、矽藻土、二氧化鈦、矽酸鈣、雲母、黏土礦物或上述之組合。
- 如申請專利範圍第2項所述之具加濕功能的親水性陶瓷片材的製造方法，其中該無機充填材料的平均粒徑為0.1~150μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之具加濕功能的親水性陶瓷片材的製造方法，其中該無機溶膠為二氧化矽溶膠、二氧化鈦溶膠、氧化鋁溶膠、磷酸鹽溶膠、硼酸鹽溶膠、水玻璃、矽酸鹽溶膠或上述之組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之具加濕功能的親水性陶瓷片材的製造方法，其中該無機溶膠的濃度為15~40wt%。
- 如申請專利範圍第1項所述之具加濕功能的親水性陶瓷片材的製造方法，其中該無機纖維薄片中的纖維為玻璃纖維、陶瓷纖維、氧化鋁纖維或上述之組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之具加濕功能的親水性陶瓷片材的製造方法，其中該無機纖維基材的厚度為0.3~1.5mm，且該無機纖維薄片中的纖維之平均直徑係介於1~50μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之具加濕功能的親水性陶瓷片材的製造方法，其中在高溫煅燒處理步驟中，進行烘烤之前，先對該無機纖維片材進行裁切作業。
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