TWI734914B - 同時具有自潔性與抗反射性的塗料及玻璃與其製作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種同時具有自潔性與抗反射性的塗料與基板。該同時具有自潔性與抗反射性的塗料，包含：多孔隙材料，高分子基材料，與添加劑；其中該多孔隙材料之結構末端具有一反應官能基來與該高分子基材料形成一聚合反應。本發明也使用該同時具有自潔性與抗反射性的塗料與基板的製程方法。

Description

同時具有自潔性與抗反射性的塗料及玻璃與其製作方法
本發明係有一種塗料與基板，其特別有關於使用具有自潔性與抗反射性的塗料與基板，與其製程方法。
塗料發展面臨的一挑戰是對塗料性能上的要求越來越高。隨著生產和科技的發展，塗料被用於條件更為嚴苛的環境中，因此要求塗料在性能上要有更進一步的提高，例如石油工業需求的防腐蝕塗料、各種低表面能材料用之塗料、微電子需求之耐高溫/導熱佳/具絕緣性之塗料、光電元件需求用之抗反射塗料，以及其他種種具有特殊功能性之專用塗料。發展這些高功能性的塗料是塗料界研究的首要任務。
玻璃是一種日常生活中常用的產品。玻璃一般而言是透明、脆性、不透氣、並具一定硬度的物料。實用上玻璃亦有許多種類，如夾層玻璃、強化玻璃、調光玻璃、自潔玻璃、鐳射玻璃、雕花玻璃、鉛玻璃夜、光玻璃與鐵絲網玻璃等。日常生活中常見的玻璃窗戶的清潔常常必須徒手或使用 工具與清潔劑，尤其是都市中密布的高樓，其玻璃窗清潔常需雇請工人從事高空危險的清潔工作，意外時有所聞。因此近年來業者運用奈米科技開發了奈米塗層自潔玻璃，具有自潔或抗菌功能，目前自潔玻璃主要應用在建築物和汽車上。
奈米塗層自潔玻璃兩大作用原理為蓮葉效應與光觸媒作用。蓮葉效應建材是利用奈米結構所造成的超低表面能的特性，讓髒污不容易附著，且雨水很容易在表面滾動順便帶走髒污，達成淨潔的目的。由於是以天然的雨水清洗表面，不需要人工。另一種為光觸媒作用，是利用陽光中較高能量的部分，在光觸媒材料表面吸收一定光線中的能量，讓電子脫離。典型的光觸媒材料是奈米二氧化鈦，可分解一般的有機物質如油污、有機臭味、生物細菌等，而無法分解無機物質，因此玻璃不會被分解。另外在產生自由基同時，表面會形成超親水特性，水滴與玻璃表面的接觸角幾乎為零度，所以水分很容易附著在二氧化鈦表面，很容易的與空氣中水氣形成水膜，髒污會直接附著於水膜上，而不會附著於玻璃上，在下雨時將水膜與髒污帶走，因此光觸媒玻璃具有光分解與超親水兩種不同的自潔功效。
近年來光電元件之進步，例如可攜式電子資訊產品(筆記型電腦、行動電話、PDA)之盛行、太陽能等產業需求，均對具備各種光學特性來增強既有效益及品質之塗層有極大的需求及興趣。尤其在太陽能產業部分，許多國外(歐美)知名材料商皆已開發出可使用於太陽能產業的相關應用塗料。例如，抗反射塗料除可應用於顯示器/面板上來增加使用電源效率外，未來在太陽能產業部分對抗反射塗料將有更大需求。
先前技術中，中華民國專利第100104862號，發明名稱為「抗反射膜」，其揭示組成為(a)多官能(甲基)丙烯酸酯、(b)中空矽石微粒子及(c)由π共軛系導電性高分子與摻雜物構成之複合體之低折射率層用塗液之硬化物。又，中華民國專利第101121793號，發明名稱為「抗反射塗膜」，揭示組成為選用中空二氧化矽顆粒及甲基)丙烯酸酯系黏結劑導入氟基(甲基)丙烯酸酯化合物或(甲基)丙烯酸酯系化合物之塗層，此塗層折射率為1.45或以下。又，中華民國專利第097121040號，發明名稱為「具疏水性光可硬化型壓克力樹脂」，其揭示一種具疏水性光可硬化型壓克力樹脂。上述壓克力樹脂包含一高分子主鏈、至少一連結結構與至少一疏水性側鏈，上述高分子主鏈係衍生自一含羥基環氧丙烯酸酯(Epoxy acrylate；EA)，而上述連結結構係衍生自一種二異氰酸鹽(Diisocyanate)，且該連結結構之一端係與該高分子主鏈形成氨基甲酸酯(Urethane)鍵結，並且，衍生自一含單一異氰酸酯反應性官能基(isocyanate-reactive functional group)之多氟烷基化合物之疏水性側鏈與上述連結結構之另一端形成氨基甲酸酯(Urethane)鍵結。
為拓展塗料應用一途，藉由使塗料具有低表面能特性與多孔隙特徵，能達成具自清潔性之抗反射塗料商品之開發，完成將可有效應用在現行太陽能模組、顯示器、觸控面板等產業上。
有鑑於此，有必要提出一種同時具有自潔性與抗反射性的塗料與基板，以解決上述問題。
本發明主要在提供一種同時具有自潔性與抗反射性的塗料與其製程方法，藉由導入低表面能特性與多孔隙特徵到塗料中，能在簡單製程下提升塗料的性能。
本發明主要在提供一種同時具有自潔性與抗反射性的基板與其製程方法，藉由導入低表面能特性與多孔隙特徵到塗料中，能使基板同時在簡單製程下提升基板的性能，能使基板同時具有自潔與抗反射的作用。
為達本發明之主要目的，本發明提出一種具有自潔性與抗反射性的塗料組合物，包含：一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑；其中，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
根據本發明之一特徵，該多孔隙材料佔該具有自潔性與抗反射性的塗料組合物的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該具有自潔性與抗反射性的塗料組合物的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料。
根據本發明之一特徵，該多孔隙材料主要是一矽氧烷基物，該矽氧烷基物係為矽氧烷基寡聚物、矽氧烷基單體或其組合。
根據本發明之一特徵，該矽氧烷基物係選自一籠狀(Cage structures)多面體矽氧烷寡聚物與一部分籠狀(Partial cage structures)多面體矽氧烷寡聚物之一。
根據本發明之一特徵，該矽氧烷基物係為以一溶膠-凝膠(sol-gel)方式所製備的含有奈米孔隙材料(Nano-porous materials)之多面體矽氧烷寡聚物，其孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
根據本發明之一特徵，該高分子基材料係選自環氧樹脂、壓克力樹脂、矽氧樹脂、氟碳樹脂、酸醇樹脂、氨基樹脂、酚醛樹脂與丙烯酸樹脂及其組合物。
根據本發明之一特徵，該高分子基材料係選自下列組合之一：環氧丙烯酸酯(epoxy acrylate,EA)、聚氨酯丙烯酸酯(polyurethane acrylate,PUA)、聚酯丙烯酸酯(polyester acrylate,PEA)、環氧樹脂、不飽和聚酯、聚醚丙烯酸酯、與丙烯酸酯化聚丙烯酸樹脂。
根據本發明之一特徵，該矽氧烷系列單體係選自下列組合之一：(甲基)丙烯酸酯類、乙烯基類、乙烯基醚類、環氧類。
根據本發明之一特徵，該添加劑係選自一流平劑、一除泡劑、一引發劑、一穩定劑與一光吸收劑與其組合。
為達本發明之另一目的，本發明提出一種同時具有自潔性與抗反射性的塗料之製作方法，包含下列步驟：步驟一：製備一多孔隙材料；步驟二：混合一高分子基材料、該矽氧烷基物與一添加劑形成一複合材料；步驟三：將該複合材料溶於一溶劑中形成一塗料溶液； 其中，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
為達本發明之又一目的，本發明提出一種具有自潔性與抗反射性的基板，包含：一基板；以及一具有自潔性與抗反射性的塗層，披覆在該基板之一表面上；其中，該具有自潔性與抗反射性的塗層主要包含一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
根據本發明之一特徵，該多孔隙材料佔該具有自潔性與抗反射性的塗料組合物的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該具有自潔性與抗反射性的塗料組合物的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料。
根據本發明之一特徵，該多孔隙材料主要是一矽氧烷基物，該矽氧烷基物係為矽氧烷基寡聚物、矽氧烷基單體或其組合。
根據本發明之一特徵，該矽氧烷基物係選自一籠狀(Cage structures)多面體矽氧烷寡聚物與一部分籠狀(Partial cage structures)多面體矽氧烷寡聚物之一。
根據本發明之一特徵，該矽氧烷基物係為以一溶膠-凝膠(sol-gel)方式所製備的含有奈米孔隙材料(Nano-porous materials)之多面體矽氧烷寡聚物。
根據本發明之一特徵，該高分子基材料係選自環氧樹脂、壓克力樹脂、矽氧樹脂、氟碳樹脂、酸醇樹脂、氨基樹脂、酚醛樹脂與丙烯酸樹脂及其組合物。
根據本發明之一特徵，該高分子基材料係選自下列組合之一：環氧丙烯酸酯(epoxy acrylate,EA)、聚氨酯丙烯酸酯(polyurethane acrylate,PUA)、聚酯丙烯酸酯(polyester acrylate,PEA)、環氧樹脂、不飽和聚酯、聚醚丙烯酸酯、與丙烯酸酯化聚丙烯酸樹脂。
根據本發明之一特徵，該矽氧烷系列單體係選自下列組合之一：(甲基)丙烯酸酯類、乙烯基類、乙烯基醚類、環氧類。
根據本發明之一特徵，該添加劑係選自一流平劑、一除泡劑、一引發劑、一穩定劑與一光吸收劑與其組合。
為達本發明之再一目的，本發明提出一種一種同時具有自潔性與抗反射性的基板的製作方法，包含下列步驟：步驟一：製備一多孔隙材料；步驟二：混合一高分子基材料、該多孔隙材料與一添加劑形成一複合材料；步驟三：將該複合材料溶於一溶劑形成一塗料溶液；步驟四：使用該塗料溶液在一基板之一表面上披覆出一塗層；以及步驟五：對該塗層進行一固化製程； 其中，該具有自潔性與抗反射性的塗層主要包含一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
本發明之同時具有自潔性與抗反射性的塗料與基板具有以下功效：
1.該塗層經由多孔隙材料與高分子材料化學接合所形成，能夠良好溶於溶劑中，形成分散性非常高的塗料。
2.該塗層具有多孔隙材料與高分子基材料一聚合反應，基板不需要額外的表面處理，該塗層與該基板即能具有良好的接合性。
3.本發明之塗層，能使基板的表面具有自潔作用，並產生抗反射的效果。
10:多孔隙材料
20:孔洞
100:同時具有自潔性與抗反射性的基板
110:基板
120:塗層
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1顯示本發明之多孔隙材料的特徵結構示意圖。
圖2顯示根據本發明之多孔隙材料的矽氧烷聚合物結構。
圖3顯示本發明之一種同時具有自潔性與抗反射性的塗料的製程方法流程圖。
圖4顯示本發明之一種同時具有自潔性與抗反射性的基板結構一實施例示意圖。
圖5顯示本發明之一種同時具有自潔性與抗反射性的基板的製程方法流程圖。
雖然本發明可表現為不同形式之實施例，但附圖所示者及於本文中說明者係為本發明可之較佳實施例。熟習此項技術者將瞭解，本文所特定描述且在附圖中繪示之裝置及方法係考量為本發明之一範例，非限制性例示性實施例，且本發明之範疇僅由申請專利範圍加以界定。結合一例示性實施例繪示或描述之特徵可與其他實施例之諸特徵進行結合。此等修飾及變動將包括於本發明之範疇內。
本發明提出一種具有自潔性與抗反射性的塗料組合物，包含：一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑；其中，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
在導入多孔隙材料特徵結構/材料於具有自潔性與抗反射性的塗料組合物中，其多孔性之孔隙度大小、分散均勻性等皆會影響後續加工塗層均勻性以及材料特性(機械性能與硬度)，故在配方組成相容性、混合方式以及其他所需之添加助劑等原料皆需有適當的選擇。
該多孔隙材料佔該具有自潔性與抗反射性的塗料組合物的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該具有自潔性與抗反射性的塗料組合物的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料。
較佳地，該多孔隙材料佔該具有自潔性與抗反射性的塗料組合物的重量分比係介於10%至30%之間，該添加劑佔該具有自潔性與抗反射性的塗料組合物的重量分比係介於0.1%至2%之間，其餘為該高分子基材料。
請參照第1圖，其顯示為本發明之多孔隙材料的特徵結構示意圖。該多孔隙材料10的特徵結構，具有複數孔洞20，其孔洞的孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。該多孔隙材料10具有低表面能的性質，特別是低的薄膜表面能，其達因等級(dyne level)係小於20達因。
該多孔隙材料10可由多種金屬和合金以及難熔金屬的碳化物、氮化物、硼化物和多孔矽化物等製成。該多孔隙材料10的孔隙度一般在15%以上，最高可達80%。較佳地，該多孔隙材料10的孔隙度介於30%至60%之間。該多孔隙材料10的孔隙尺寸可分為微孔(孔隙大小小於2nm)材料、介孔(孔隙大小2-50nm)材料和大孔(孔隙大小大於50nm)材料。
由於該多孔隙材料10之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間，所以係包含了微孔(孔徑小於2nm)材料與部分的介孔範圍。較佳地，由於該多孔隙材料130之孔隙大小介於0.1nm至2nm之間，係在於微孔(孔徑小於2nm)範圍。
該多孔隙材料10選用少氟、低表面能結構分子，如脂肪族化合物、矽氧烷類等之具有低表面能特性之分子結構，並搭配合適之樹脂及其他單體來進行。較佳地，該同時具有自潔性與抗反射性的塗料組合物不含氟化物，或含有少量氟化物，可以大量提升接觸的水滴角。該氟化物主要是有機氟材料，其具有低表面能，含氟基團的有機氟材料包含具有CH2、CH3、CF2、CF2H、CF3等基團。
在本發明中，該多孔隙材料10主要是一矽氧烷基物，該矽氧烷基物係為矽氧烷基寡聚物、矽氧烷基單體或其組合。矽氧烷矽氧烷(siloxane)是以矽-氧-矽鍵為骨架的一類化合物。這類以的H(OSiH2)nOH母體(鏈矽氧烷)，或者是環狀的(OSiH2)n的衍生物(環矽氧烷)，其含有單個矽原子的官能團(RO)3Si則稱烷氧矽基(siloxy)。
請參照第2圖，為顯示根據本發明之多孔隙材料的矽氧烷聚合物結構。該矽氧烷基物係選自一籠狀(Cage structures)多面體矽氧烷寡聚物與一部分籠狀(Partial cage structures)多面體矽氧烷寡聚物之一。該矽氧烷基物係為以一溶膠-凝膠(sol-gel)方式所製備，其含有奈米孔隙材料(Nano-porous materials)之多面體矽氧烷寡聚物，其孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
較佳地，該矽氧烷系列單體係選自下列組合之一：(甲基)丙烯酸酯類、乙烯基類、乙烯基醚類、環氧類。
在一實施例中，具有多孔性特徵之結構處理方式，例如添加多面體矽氧烷寡聚物原料為其中一種方式。多面體矽氧烷寡聚物同樣是以溶膠-凝膠(sol-gel)方式所製備而得之多孔性聚矽氧烷寡聚物，其末端具有反應官能基來與高分子結合或與高分子進行聚合反應，故無需經過高溫燒結，即可具有中空核殼型的奈米二氧化矽(SiO2)粒子之特性以及與高分子材料結合之強度。
較佳地，該反應官能基通式可為R-(COOH)、(HO)-R-(COOH)、(HOOC)-R-(COOH)及(R1O),(R2O)-(POOH)。R可為烷基、烯基、芳香基、鹵烷基或氫或炔基之一。若R為烷基，該有機酸為烷酸；若R為烯基，該有機酸為烯酸；若R為芳香基，該有機酸為芳香酸；若R為鹵烷基，該有機酸為鹵烷酸；若R為氫，該有機酸為甲酸；若R為炔基，該有機酸為炔酸。而該無機酸可為鹽酸、硝酸或硫酸之一。
綜合上述，多面體矽氧烷寡聚物具備與高分子之、高相容性以及奈米級孔洞等兩種特性。
在本發明中，該高分子基材料係選自環氧樹脂、壓克力樹脂、矽氧樹脂、氟碳樹脂、酸醇樹脂、氨基樹脂、酚醛樹脂與丙烯酸樹脂及其組合物。
在本發明之一實施例中，該高分子基材料係選自下列組合之一：環氧丙烯酸酯(epoxy acrylate,EA)、聚氨酯丙烯酸酯(polyurethane acrylate,PUA)、聚酯丙烯酸酯(polyester acrylate,PEA)、環氧樹脂、不飽和聚酯、聚醚丙烯酸酯、與丙烯酸酯化聚丙烯酸樹脂。
在本發明之另一實施例中，該高分子基材料係選自下列組合之一：聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)與聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
在本發明中，藉由導入溶膠-凝膠製備的多孔隙材料到高分子材料中，而製備出高透光、疏水性、低折射率的抗反射塗層材料。
在本發明中，該添加劑係選自一流平劑、一除泡劑、一引發劑、一穩定劑與一光吸收劑與其組合。流平劑是一種常用的塗料助劑，它能促使塗料在乾燥成膜過程中形成一個平整、光滑、均勻的塗膜。流平劑能有效降低塗料表面張力，提高其流平性和均勻性的一類物質。主要是表面活性劑，有機溶劑等。在溶劑型塗料中可用高沸點溶劑或丁基纖維素。在水性塗料中則用表面活性劑或聚丙烯酸、羧甲基纖維素等。除泡劑是在塗層過程中降低表面張力，抑制泡沫產生或消除已產生泡沫的塗層。典型除泡劑有乳化矽油、高碳醇脂肪酸酯複合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基矽氧烷等。引發劑，特別是光引發劑，其係為1-羟基-环己基-苯基-酮(184)(1-Hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone(184))，二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-氧化膦(Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide,TPO)，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanone(1173))，2-(4-甲硫基)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙酮氧化膦，苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)(2-Methyl-1-[4-(methylthio)phenyl]-2-(4-morpholinyl)-1-propanone Phosphine oxide)，2-苄基-2-(二甲基氨基)1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮(Phenyl bis(2,4,6-trimethyl benzoyl),2-Benzyl-2-(dimethylamino)-1-[4-(4- morpholinyl)phenyl]-1-butanone)。熱穩定劑包括各種流基有機錫化合物和波基鹽(化合物)以及輔助的添加劑，如鋅皂，亞磷酸鹽，環氧化物，甘油酯，紫外線吸收劑，抗氧劑等。光穩定劑的類別有紫外光吸收劑(UVA)與受阻胺光穩定劑(HALS)。其中，紫外線吸收劑(UVA)保護塗料物質阻止光降解，吸收劑與聚合物吸收紫外線。紫外線吸收劑經由結構的改變(異構化)有效地吸收激發能量。受阻胺光穩定劑(HALS)是另外一種光穩定技術的選擇。光吸收劑，特別是紫外光(UV)吸收劑，可吸收紫外線(尤其是波長為290-400nm)；熱穩定性好，即使在加工中也不會因熱而變化，熱揮發性小；化學穩定性好，不與製品中材料組分發生不利反應；混溶性好，可均勻地分散在材料中；本身的光化學穩定性好，不分解，不變色；無色、無毒、無臭。紫外線吸收劑按化學結構可分為以下幾類：水楊酸酯類、苯酮類、苯並三唑類、取代丙烯腈類、三嗪類和受阻胺類。
在本發明中，該流平劑有很多種類，可以不添加或添加一種以上的種類；該除泡劑有很多種類，可以不添加或添加一種以上的種類；該引發劑有很多種類，可以不添加或添加一種以上的種類；該穩定劑有很多種類，可以不添加或添加一種以上的種類；該光吸收劑有很多種類，可以不添加或添加一種以上的種類。
現請參考第3圖，其顯示為根據本發明同時具有自潔性與抗反射性的塗料之製程方法。該同時具有自潔性與抗反射性的塗料，包含：多孔隙材料，高分子基材料，與添加劑；其中該多孔隙材料具有孔隙特徵結構， 其末端具有一反應官能基來與高分子基材料一聚合反應。該同時具有自潔性與抗反射性的塗料之製作方法，包含下列步驟：步驟一：製備一多孔隙材料；步驟二：混合一高分子基材料、該矽氧烷基物與一添加劑形成一複合材料；步驟三：將該複合材料溶於一溶劑中形成一塗料溶液；其中，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
亦即在製程過程中，導入(1)孔隙特徵結構/材料；(2)特殊官能基來確保與樹脂系統之相容性及塗膜之均勻性；(3)特殊官能基產生化學鍵結以提升樹脂特性(機械性能、硬度)；(4)具低表面能之原料。考量透明性以及其他所需特性，以得到具實用性之低表面能透明塗料。
在本發明中，由於本發明之多面體矽氧烷寡聚物是使用溶膠凝膠法所製備，且該粉體尺寸係介於10奈米至100奈米之間，因此在該多面體矽氧烷寡聚物之表面上具有良好的反應能力能夠與高分子材料化學接枝的接枝共聚物。
本發明將揭示一種同時具有自潔性與抗反射性的基板。請參照第4圖，其顯示為本發明之同時具有自潔性與抗反射性的基板100之結構一實施例示意圖。該基板100使用根據本發明同時具有自潔性與抗反射性的塗料作為塗層。
該同時具有自潔性與抗反射性的基板100其至少包含：一基板110；以及一塗層120，披覆在該基板110之一表面上。需注意的是，在第1圖中，披覆該塗層120的該基板110之表面是平滑的，但事實上，該基板 110之表面可以是經過粗糙(texture)化的。在此，披覆(coat)是指塗佈或沈積一層薄膜或塗層的意思。
較佳地，該基板110是玻璃，是由砂、石灰、蘇打和少量鋁與其他材料經熱熔後而製成的。一般有著厚度與種類上的分別。較常用到的為普通平板玻璃，又可分為：
1.透明平板玻璃〈clear window glass〉，即俗稱的清玻璃，其外觀表面平滑透明。
2.磨砂平板玻璃〈ground glass〉，即俗稱的霧玻璃，是用透明平板玻璃的一面，以磨砂、噴砂的方式使其喪失原有的光澤與透明度，而形成透光但卻無法透視的玻璃。
而平板玻璃再經加工，又可分為強化玻璃、膠合玻璃、強化膠合玻璃、彎曲玻璃、白膜玻璃、裂紋玻璃、烤漆玻璃...等等。其他還有像是反射玻璃、鐵絲網玻璃、鑲崁玻璃、壓花玻璃、玻璃磚...等等。
在本發明的一實施例中，該基板110係用於太陽能電池的光伏基板，包含一般包括超薄玻璃、表面鍍膜玻璃、低鐵含量的(超白)玻璃或透明軟性基板等類型。根據使用的性質和製造方法不同，該基板110又可分為3種產品，1.在平板型太陽能電池的蓋板，一般為壓延玻璃；2.在薄膜型太陽能電池的導電基板，亦即表面鍍上通常厚度只有幾百奈米的半導體透明導電薄膜；3.集熱式光伏系統使用的透鏡或反光鏡類的玻璃。這3種產品的特性和作用完全不同，其附加值也有很大的差別。
該塗層120之厚度介於10奈米至100奈米之間，能得到足夠的強度，並且能夠具有好的光穿透度。較佳地，該塗層之厚度介於10奈米至50奈米之間，已經能得到足夠的強度，並且能夠具有良好的光穿透度。
現請參考圖5，其顯示上述同時具有自潔性與抗反射性的基板的製程方法流程圖。該製作方法包含下列步驟：步驟一：製備一矽氧烷基物；步驟二：混合一高分子基材料、該矽氧烷基物與一添加劑形成一複合材料；步驟三：將該複合材料溶於一溶劑中形成一塗料溶液；步驟四：使用該塗料溶液在一基板之一表面上披覆出一塗層；以及步驟五：對該塗層進行一固化製程；其中，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
在步驟三中，該溶劑係選自下列族群：水、醇類或酮類之組合。醇類包含：甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇之組合。酮類包含丙酮與丁酮。較佳地，酮類是丁酮，亦稱為甲乙酮(Methyl Ethyl Ketone，簡稱MEK)，是一種有機化合物。該複合材料可以完全地溶於該溶劑中形成溶液狀態之該塗料溶液。
在步驟四，披覆方式包含滾塗法、旋塗法、浸塗法或噴塗法之一。例如，滾鍍法為利用滾印塗佈機(roller coating)將該塗料溶液均勻的披覆在該基板110上以形成該塗層。另一種常見之浸鍍法為將該基板110浸泡入含有該塗料溶液之槽來進行塗層披覆的一種方法，當浸泡完成後再將該基板110以懸臂或者是托盤將多餘的披覆溶液滴回槽中，以達到回收的效果，且此種披覆方式可以利用運輸帶來作批次處理，相當的便利。但使用此種方式則需相當注意控制披覆溶液的循環、過濾以及溫度和粘度。
在步驟五中，固化製程包含經由一加熱固化製程或一照光固化製程來固化該塗層120，並接合該塗層120於該基板110。
該加熱固化製程或該照光固化製程，可使得該塗層120與該基板110間產生分子鍵結，進而使得該塗層溶液能順利固化接合於該基板110之表面上形成層塗層120。
該添加劑係選自一流平劑、一除泡劑、一引發劑、一穩定劑與一光吸收劑與其組合，針對該加熱固化製程或該照光固化製程，而有不同的組合搭配。
在一實施例中，在步驟五中，該固化製程為熱固化製程，熱固化製程的溫度係介於50度至200之間。較佳地，該加熱製程溫度範圍係為80□至150□之間。
在另一實施例中，在步驟五中，該固化製程為照射一UV光於該塗層120上以將該塗層120固化於該基板110之上。本發明之重要特徵係在於：該塗層120藉由照射一UV光來進行固化。該UV光的波長係介於240奈米(nm)至400奈米(nm)之間。該UV光的照射強度係介於0.1焦耳/平方公分(J/cm2)至1焦耳/平方公分(J/cm2)之間。該UV光的照射時間係介於0.5秒至5秒之間。
該塗層120經由該固化製程後形成一具有奈米孔隙的透明塗層，其表面的接觸角大於100度，且其折射率小於1.5，其光穿透度在可見光波長介於80%至98%；較佳地，該塗層120經由該固化製程後形成一具有奈米孔隙的透明塗層，其表面的接觸角大於100度，且其折射率小於1.5，其光穿透度在可見光波長介於88%至98%，且具有自潔性與抗反射性的功能。
在製作該同時具有自潔性與抗反射性的基板100之一實施例中，可以先將該基板110，經過脫脂處理以去除表面油污，並經過水洗後讓該基板110表面保持清潔。將該基板110浸鍍本發明該塗層液料1-5分鐘，以使該塗層溶液披覆於該基板110表面上。該基板110表面以150□烘乾約20 分鐘。由於該複合材料具有奈米材料結構，具有特殊化學能力，該基板110不需要額外複雜的表面處理，該塗層120與該基板110即能具有良好的接合性。
較佳地，進行步驟四之前，該基板110僅需要先簡單表面處理，提供一底漆(primer)，該塗層120可以與該基板110形成良好的接合性，藉由該底漆，該塗層120亦可以軟性基板或塑膠基板等形成良好的接合性。該塗層120附著性的百格測試可以達到4B以上。典型的底漆由20%-30%人工樹脂、60%-80%溶劑、以及2%-5%添加劑所形成。本發明之塗層，已經在合成固化形成強度非常高的性質，因此能夠提升各種基板表面的強度。
此外，該同時具有自潔性與抗反射性的塗料組合物不含氟化物，或含有少量氟化物，以大量提升接觸的水滴角。該氟化物主要是有機氟材料，其具有低表面能，含氟基團的有機氟材料包含具有CH2、CH3、CF2、CF2H、CF3等基團。
該同時具有自潔性與抗反射性的基板100，同時具有自潔性與抗反射性的功能，可用於觸控面板、液晶顯示器、太陽能電池產業，及民生產業，包含：各類眼鏡片、鏡片、玩具、車窗玻璃、建築玻璃和其它有需求的元件等。
本發明之同時具有自潔性與抗反射性的塗料與基板具有以下功效：
1.該塗層經由多孔隙材料與高分子材料化學接合所形成，能夠良好溶於溶劑中，形成分散性非常高的塗料。
2.該塗層具有多孔隙材料與該高分子基材料一聚合反應，各種基板不需要額外複雜的表面處理，該塗層與該基板即能具有良好的接合性。
3.本發明之塗層，能使基板的表面具有自潔作用，並產生抗反射的效果。
雖然本發明已以前述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。如上述的解釋，都可以作各型式的修正與變化，而不會破壞此發明的精神。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:同時具有自潔性與抗反射性的基板
110:基板
120:塗層

Claims (14)

  1. 一種具有自潔性與抗反射性的塗料組合物，包含：一多孔隙材料、一高分子基材料與一添加劑；其中，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間且包括具低表面能結構之有機氟化物；該多孔隙材料包括矽氧烷基物或脂肪族化合物，並以樹脂進行混合，該矽氧烷基物係為矽氧烷基寡聚物、矽氧烷基單體或其組合；其中，該多孔隙材料佔該具有自潔性與抗反射性的塗料組合物的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該具有自潔性與抗反射性的塗料組合物的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料；其中，該添加劑係選自一穩定劑與一光吸收劑與其組合。
  2. 如請求項1所述之具有自潔性與抗反射性的塗料組合物，其中該多孔隙材料結構末端具有一反應官能基，藉此與該高分子基材料進行一聚合反應。
  3. 如請求項1所述之具有自潔性與抗反射性的塗料組合物，其中該矽氧烷基物係選自一籠狀(Cage structures)多面體矽氧烷寡聚物與一部分籠狀(Partial cage structures)多面體矽氧烷寡聚物之一。
  4. 如請求項1所述之具有自潔性與抗反射性的塗料組合物，其中該矽氧烷基物係為以一溶膠-凝膠(sol-gel)方式所製備的含有奈米孔隙材料(Nano-porous materials)之多面體矽氧烷寡聚物。
  5. 如請求項1所述之具有自潔性與抗反射性的塗料組合物，其中該高分子基材料係選自環氧樹脂、壓克力樹脂、矽氧樹脂、氟碳樹脂、酸醇樹脂、氨基樹脂、酚醛樹脂及其組合物。
  6. 如請求項1所述之具有自潔性與抗反射性的塗料組合物，其中該高分子基材料係選自下列組合之一：環氧丙烯酸酯(epoxy acrylate,EA)、聚氨酯丙烯酸酯(polyurethane acrylate,PUA)、聚酯丙烯酸酯(polyester acrylate,PEA)、環氧樹脂、不飽和聚酯、聚醚丙烯酸 酯、與丙烯酸酯化聚丙烯酸樹脂。
  7. 一種同時具有自潔性與抗反射性的塗料之製作方法，包含下列步驟：步驟一：製備一多孔隙材料；該多孔隙材料主要是一矽氧烷基物，該矽氧烷基物係為矽氧烷基寡聚物、矽氧烷基單體或其組合且包括具低表面能結構之有機氟化物，並以樹脂進行混合；步驟二：混合一高分子基材料、該多孔隙材料與一添加劑形成一具有自潔性與抗反射性的塗料組合物；該多孔隙材料佔該具有自潔性與抗反射性的塗料組合物的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該具有自潔性與抗反射性的塗料組合物的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料；該添加劑係選自一穩定劑與一光吸收劑與其組合；步驟三：將該複合材料溶於一溶劑中形成一塗料溶液；其中，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
  8. 一種具有自潔性與抗反射性的玻璃，包含：一玻璃板；以及一具有自潔性與抗反射性的塗層，披覆在該玻璃板之一表面上，其中，該具有自潔性與抗反射性的塗層主要包含一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間且包括具低表面能結構之有機氟化物；其中，該多孔隙材料包括矽氧烷基物或脂肪族化合物，並以樹脂進行混合，該矽氧烷基物係為矽氧烷基寡聚物、矽氧烷基單體或其組合；該多孔隙材料佔該具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料，該添加劑係選自一穩定劑與一光吸收劑與其組合。
  9. 如請求項8所述之具有自潔性與抗反射性的玻璃，其中 該矽氧烷基物係為以一溶膠-凝膠(sol-gel)方式所製備的含有奈米孔隙材料(Nano-porous materials)之多面體矽氧烷寡聚物。
  10. 如請求項8所述之具有自潔性與抗反射性的玻璃，其中該塗層經由一固化製程後，其表面的接觸角大於100度，其折射率小於1.5，光穿透度在可見光波長介於80%至98%。
  11. 如請求項8所述之具有自潔性與抗反射性的玻璃，其中該塗層之厚度介於10奈米至100奈米之間。
  12. 一種同時具有自潔性與抗反射性的玻璃的製作方法，包含下列步驟：步驟一：製備一多孔隙材料；該多孔隙材料包括一矽氧烷基物或脂肪族化合物，並以樹脂進行混合，該矽氧烷基物係為矽氧烷基寡聚物、矽氧烷基單體或其組合；步驟二：混合一高分子基材料、該多孔隙材料與一添加劑形成一具有自潔性與抗反射性的塗料組合物；該多孔隙材料佔該具有自潔性與抗反射性的塗料組合物的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該具有自潔性與抗反射性的塗料組合物的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料；其中，該添加劑係選自一穩定劑與一光吸收劑與其組合；步驟三：將該具有自潔性與抗反射性的塗料組合物溶於一溶劑形成一塗料溶液；步驟四：使用該塗料溶液在一玻璃板之一表面上披覆出一塗層；以及步驟五：對該塗層進行一固化製程；其中，該塗層主要包含一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間且包括具低表面能結構之有機氟化物。
  13. 如請求項12所述之同時具有自潔性與抗反射性的玻璃的製作方法，其中，該固化製程包含經由一加熱固化製程或一照光固 化製程來固化該塗層，並接合該塗層於該玻璃板。
  14. 如請求項12所述之同時具有自潔性與抗反射性的玻璃的製作方法，其中，進行步驟四之前，該玻璃板使用一底漆(primer)做表面處理。
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