TWI832426B - 疏水塗料組成物及其製作方法、和織品材料 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種疏水塗料組成物，其包含：無機粒子；多孔隙粒子；樹脂，其占前述疏水塗料組成物的15~35重量%；溶劑，其占前述疏水塗料組成物的45~70重量%；硬化劑，其占前述疏水塗料組成物的5~10重量%；其中，前述無機粒子和前述多孔隙粒子的重量比為2：1~2，前述無機粒子和前述多孔隙粒子占前述疏水塗料組成物的重量比為5~10%，且前述疏水塗料組成物所形成之塗層的接觸角為150度以上。藉由本發明的疏水塗料組成物，能夠賦予表面超疏水性。又，前述疏水塗料組成物係能夠適用於作為棉布、尼龍或聚酯布料等織品材料的塗層。
Description
本發明係關於一種疏水塗料組成物及其製作方法、和織品材料。
近年來，具有疏水性的表面受到重視的情況逐漸升高。其原因在於，若表面為疏水性，則當水滴落在表面時，水會呈現水珠狀。此時，只要將表面稍微傾斜，水珠就會滾離表面，並同時將表面上之髒污一併帶離表面，而達到表面自潔的效果。
表面的疏水程度通常係由接觸角來決定的。接觸角係用於描述固體表面的潤濕行為，一般來說，當接觸角小於90度時，稱為親水表面；接觸角介於90~150度之間時，稱為疏水表面；接觸角大於150度時，稱為超疏水表面。
然而，並非任意的表面皆具有疏水性，像是棉布、尼龍等具有親水基的織品材料之表面則通常具有親水性。為了使表面產生疏水性，通常會在表面上塗布能夠賦予疏水性的塗層，且前述塗層包含疏水塗料組成物。
然而，本發明人們發現，目前開發的疏水塗料組成物以能夠使表面產生疏水性為主，但針對能夠使表面產生超疏水性(即接觸角大於150度)之疏水塗料組成物仍有進一步開發的空間。
為了解決上述問題，本發明一態樣的疏水塗料組成物，其包含：無機粒子；多孔隙粒子；樹脂，其占前述疏水塗料組成物的15~35重量%；溶劑，其占前述疏水塗料組成物的45~70重量%；硬化劑，其占前述疏水塗料組成物的5~10重量%；其中，前述無機粒子和前述多孔隙粒子的重量比為2：1~2，前述無機粒子和前述多孔隙粒子占前述疏水塗料組成物的重量比為5~10%，且前述疏水塗料組成物所形成之塗層的接觸角為150度以上。
在一實施例中，前述樹脂選自由聚胺脂樹脂、氟碳樹脂、矽改質壓克力樹脂及乙二醇甲醚醋酸酯所組成的群組中至少任一者。
在一實施例中，前述無機粒子的粒徑範圍為0.01~10μm，且選自由二氧化矽、二氧化鈦-二氧化矽核殼粒子及氧化鋅所組成的群組中至少任一者。
在一實施例中，前述多孔隙粒子係氣相式二氧化矽。
在一實施例中，前述疏水塗料組成物還包含分散劑，其占前述疏水塗料組成物的1~4重量%。
為了解決上述問題，本發明一態樣的疏水塗料組成物的製作方法，其包含：混合步驟，其係將無機粒子與樹脂在溶劑中混合，以形成混合溶液；超音波震盪步驟，其係針對前述混合溶液進行超音波震盪；攪拌步驟，其係於經超音波震盪的前述混合溶液加入多孔隙粒子與硬化劑，並進行機械攪拌，以形成疏水塗料組成物；其中，在前述疏水塗料組成物中，前述樹脂占15~35重量%、前述溶劑占45~70重量%、前述硬化劑占5~10重量%；又，在前述疏水塗料組成物中，前述無機粒子和前述多孔隙粒子的重量比為2：1~2，前
述無機粒子和前述多孔隙粒子占前述疏水塗料組成物的重量比為5~10%，且前述疏水塗料組成物所形成之塗層的接觸角為150度以上。
在一實施例中，在震盪頻率為20~100KHz的條件下，進行前述超音波震盪10~20分鐘。
在一實施例中，在200~3000RPM的條件下，進行前述機械攪拌30~40分鐘。
在一實施例中，於攪拌步驟中加入分散劑，其占前述疏水塗料組成物的1~4重量%。
為了解決上述問題，本發明一態樣的織品材料，其包含：基材，其選自棉布、尼龍或聚酯布料；塗層，其係被塗布於前述基材，且前述塗層係包括前述疏水塗料組成物。
本發明一態樣是鑒於上述習知的問題點所完成者，其目的是，提供一種疏水塗料組成物。因為此疏水塗料組成物係為低表面自由能的高分子材料，故能夠賦予表面超疏水性。又，前述疏水塗料組成物係能夠適用於作為棉布、尼龍或聚酯布料等織品材料的塗層。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容瞭解本發明之其他優點與功效。本發明也可藉由其他不同的具體實施例加以實施或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
除非文中另有說明，否則說明書及所附申請專利範圍中所使用之術語「或」包括「及/或」之含義。
除非文中另有說明，否則說明書及所附申請專利範圍中所使用之術語「A~B」係包括「A以上且B以下」之含義。例如，術語「10~40重量%」係包括「10重量%以上且40重量%以下」之含義。
<疏水塗料組成物>
本發明的疏水塗料組成物係包含：無機粒子、多孔隙粒子、樹脂、溶劑和硬化劑，且因應必要，還可包含分散劑和其他成分。又，本發明的疏水塗料組成物的接觸角為150度以上，且較佳係160度以上。
(無機粒子)
就無機粒子而言，可使用市售品，並可選自由二氧化矽、二氧化鈦-二氧化矽核殼粒子及氧化鋅所組成的群組中至少任一者。此等當中，無機粒子較佳係二氧化矽。又，無機粒子的中位粒徑(D50)為0.01~10μm。具體來說，無機粒子可為ACEMATT® OK412、ACEMATT® OK520、ACEMATT® OK607、ACEMATT® OK 900、ACEMATT® 790、ACEMATT®3300、ACEMATT® 3600、石原公司製的FZO-50、Tipaque® PFR404、SPHERILEX® 60AB和SPHERILEX® 30AB等。
(多孔隙粒子)
就多孔隙粒子而言，可使用市售品，可例如為AEROSIL® E805、AEROSIL® R812等氣相二氧化矽(fumed silica)。又，在疏水塗料組成物中，前述無機粒子和前述多孔隙粒子的重量比為2：1~2，且前述無機粒子和前述多孔隙粒子占前述疏水塗料組成物的重量比(以下簡稱為固含量)為5~10%。若固含量小於5%，則不易
達成高疏水角；若固含量大於10%，則粒子容易聚集。藉由包含特定之無機粒子和多孔隙粒子的組成，能夠提供疏水塗料組成物充分的疏水特性。
(樹脂)
就樹脂而言，可選自由聚胺脂樹脂、氟碳樹脂、矽改質壓克力樹脂及乙二醇甲醚醋酸酯所組成的群組中至少任一者。前述樹脂可使用市售品，例如聚胺脂樹脂(例如BASF公司製的Efka® PU4010、Efka® PU4046)、氟碳樹脂(長興公司製，ETERFLON 41060)、矽改質壓克力樹脂(Evonik EF)及乙二醇甲醚醋酸酯(國精公司製)等。樹脂的添加量並未特別限制，其可為疏水塗料組成物的15~35重量%。
(硬化劑)
就硬化劑而言，只要是賦予讓疏水塗料組成物能夠被硬化的性能即可，可使用市售品，可例如為脂肪族聚異氰酸酯硬化劑(Bayer公司製的N3390)。硬化劑的添加量並未特別限制，其可為疏水塗料組成物的5~10重量%。
(溶劑)
就溶劑而言，只要能夠讓上述各成分溶解即可，可例如為聚氨基甲酸酯或乙酸乙酯，且溶劑亦可使用市售品。溶劑的添加量並未特別限制，其可為疏水塗料組成物的45~70重量%，較佳為60~70重量%。
(分散劑)
就分散劑而言，能夠使用市售品，例如使用潤濕分散劑(例如TEGO® Dispers 655、670、685、689、715、740、750、747、755、1010)。藉由添加適當的分散劑，能夠讓接觸角上升，並提升疏水塗料組成物的耐用性。又，分散劑的添加量較佳係疏水塗料組成物的1~4重量%，更佳係2重量%。若分散劑的添加量大於疏水塗料組成物的4重量%，則有可能會導致所形成之塗層的接觸角下降。
(其他成分)
就其他成分而言，只要在不減損本發明疏水塗料組成物的功效之情況下，能夠添加消泡劑(例如BYK®-1799的有機矽)、紫外線吸收劑(例如TINUVINR®-400的三嗪)及撥水劑(例如台氟公司的氟素聚合物，產品名11D20)等作為其他成分。
[疏水塗料組成物的製作方法]
針對本發明疏水塗料組成物的製作方法，其較佳係包含混合步驟、超音波震盪步驟和攪拌步驟。
前述混合步驟係將無機粒子與樹脂在溶劑中混合，以形成混合溶液。前述超音波震盪步驟係針對前述混合溶液進行超音波震盪，且較佳係在震盪頻率為20~100KHz條件下，進行超音波震盪10~20分鐘。又，可使用鋒鑫公司的超音波震盪裝置。
前述攪拌步驟係於經超音波震盪的前述混合溶液加入多孔隙粒子與硬化劑，並進行機械攪拌，以形成疏水塗料組成物。又，因應必要，亦可於此步驟添加前述分散劑。此外，能夠使用YAMATO公司的機械攪拌裝置。
[實施例]
以下，雖然藉由各實施例和比較例來具體的說明本發明，但本發明並不限於此等實施例和比較例。
(接觸角的測定)
接觸角(Contact Angle)是液體接觸到表面時所形成的角度，其介於0度到180度之間。能夠使用習知的接觸角分析儀(OCA 15EC)來測量(靜態)接觸角。具體來說，先在微量注射器的針頭前端形成一定量射器的針頭前端形成一定量(2μL)的
水滴，再將待檢測材料放置於分析平台後調整成可與水滴接觸的位置，再緩緩下降使水滴離開針頭後，此時就能進行接觸角的檢測。接觸角的判斷方法為氣相、液相、固相三個點完全接觸時，沿著液、氣界面之切線方向形成的夾角就是所謂的接觸角。
就前述待檢測材料而言，其係塗布有疏水塗料組成物的測試片，且測試片可例如為廣柏實業公司製的Q-PANEL測試鋼板。又，能夠使用自動塗布機(富全科技公司製，PFA-2010S)並搭配4號塗布棒，將疏水塗料組成物塗布在Q-PANEL測試鋼板上，完成後獲得約8μm厚的待檢測材料(塗布有疏水塗料組成物的測試片)。
(耐用性測試)
以100g的砝碼壓住裁剪成3x6cm2的待檢測材料於1000網孔(mesh)的砂紙上，並以來回10cm為一個循環，每2次循環記錄一次接觸角。
<實施例1>
在實施例1中，使用氟碳樹脂(長興公司製，ETERFLON 41060)作為樹脂、使用乙酸乙酯作為溶劑、使用Bayer公司製的N3390作為硬化劑、使用AEROSIL® E805作為多孔隙粒子、使用ACEMATT® 790作為無機粒子。其中，AEROSIL® E805為氣相式二氧化矽。又，ACEMATT® 790為二氧化矽粒子，其中位粒徑(D50)為7.0μm。
接著，基於下述表1中各成分的添加量，以及上述疏水塗料組成物的製作方法，來製作實施例1的疏水塗料組成物1。又，針對疏水塗料組成物1，進行上述接觸角的測試，並將結果整理於表1。此外。若未特別指明，表1中的數字為添加量(g)。
<實施例2>
在實施例2中，所使用的多孔隙粒子和硬化劑與實施例1相同，且各成分添加量如下述表1所示。又，實施例2中使用氟碳樹脂(長興公司製，ETERFLON 41060)、聚胺脂樹脂(例如BASF公司製的Efka® PU4010)和乙二醇甲醚醋酸酯(國精公司製)作為樹脂、使用聚氨基甲酸酯(PU)作為溶劑、使用ACEMATT® 3300作為無機粒子。其中，ACEMATT® 3300為二氧化矽粒子，其中位粒徑(D50)為10.0μm。
接著，以與實施例1相同的方式，製作實施例2的疏水塗料組成物2。又，針對疏水塗料組成物2，進行上述接觸角的測試，並將結果整理於表1。
<實施例3>
在實施例3中，所使用的多孔隙粒子、溶劑、無機粒子和硬化劑皆與實施例2相同，且各成分添加量如下述表1所示。又，實施例3中使用氟碳樹脂(長興公司製，ETERFLON 41060)和聚胺脂樹脂(例如BASF公司製的Efka® PU4010)作為樹脂。
接著，以與實施例1相同的方式，製作實施例3的疏水塗料組成物3。又，針對疏水塗料組成物3，進行上述接觸角的測試，並將結果整理於表1。
<實施例4>
基於實施例1的組成，進一步添加0.5重量份(0.5g)的分散劑。又，使用TEGO® Dispers 670作為分散劑。接著，以與實施例1相同的方式，製作實施例4
的疏水塗料組成物4。又，針對疏水塗料組成物4，進行上述接觸角的測試，並將結果整理於表1。
<實施例5>
基於實施例1的組成，進一步添加1.0重量份(1.0g)的分散劑。又，使用TEGO® Dispers 670作為分散劑。接著，以與實施例1相同的方式，製作實施例5的疏水塗料組成物5。又，針對疏水塗料組成物5，進行上述接觸角的測試，並將結果整理於表1。
<實施例6>
實施例6所使用的多孔隙粒子、溶劑、樹脂和硬化劑與實施例1相同，且各成分添加量如下述表1所示。又，實施例6中使用Tipaque® PFR404作為無機粒子。其中，Tipaque® PFR404為二氧化鈦粒子，其長徑為2.0~4.0μm，短徑為0.3~0.5μm。
<實施例7>
實施例7所使用的多孔隙粒子、溶劑、樹脂和硬化劑與實施例1相同，且各成分添加量如下述表1所示。又，實施例7中使用石原公司製的FZO-50作為無機粒子。其中，FZO-50為氧化鋅粒子，其中位粒徑(D50)為0.01~0.03μm。
<比較例1>
在比較例1中，使用與實施例1相同的樹脂、溶劑、硬化劑、多孔隙粒子和無機粒子，比較例1和實施例1的差異僅在基於下述表2來調整比較例1中各成分的含量。接著，以與實施例1相同的方式，製作比較例1的疏水塗料組成物A。又，針對疏水塗料組成物A，進行上述接觸角的測試，並將結果整理於表2。
<比較例2>
在比較例2中，除了無機粒子以外，其餘成分皆與實施例3相同。又，使用ACEMATT® OK520和ACEMATT® 3600和SPHERILEX® 30AB作為無機粒子，並基於下述表2來調整比較例3中各成分的含量。接著，以與實施例1相同的方式，製作比較例2的疏水塗料組成物B。又，針對疏水塗料組成物B，進行上述接觸角的測試，並將結果整理於表2。
其中，ACEMATT® OK520為二氧化矽粒子，其中位粒徑(D50)為6.5μm。ACEMATT® 3600為二氧化矽粒子，其中位粒徑(D50)為5.0μm。SPHERILEX® 30AB為二氧化矽粒子，其中位粒徑(D50)為10.0μm。
<比較例3>
在比較例3中，除了未添加無機粒子以外，其餘成分皆與實施例3相同。又，基於下述表2來調整比較例3中各成分的含量。接著，以與實施例1相同的方式，製作比較例3的疏水塗料組成物C。又，針對疏水塗料組成物C，進行上述接觸角的測試，並將結果整理於表2。
<比較例4>
基於實施例1的組成，進一步添加1.5重量份(1.5g)的分散劑。又，使用TEGO® Dispers 670作為分散劑。接著，以與實施例1相同的方式，製作比較例4的疏水塗料組成物D。又，針對疏水塗料組成物D，進行上述接觸角的測試，並將結果整理於表2。
<比較例5>
在比較例5中，除了未添加多孔隙粒子和將溶劑的比例調整為10重量份以外，其餘成分和含量皆與實施例7相同。接著，以與實施例1相同的方式，製作比較例5的疏水塗料組成物E。又，針對疏水塗料組成物E，進行上述接觸角的測試，並將結果整理於表2。
<比較例6>
比較例6所使用的成分皆與實施例1相同，比較例6和實施例1的差異僅在基於下述表2來調整比較例6中各成分的含量。接著，以與實施例1相同的方式，
製作比較例6的疏水塗料組成物F。又，針對疏水塗料組成物F，進行上述接觸角的測試，並將結果整理於表2。
從上述表1和表2能夠得知，實施例1~7藉由使無機粒子和多孔隙粒子的重量比為2：1~2，且固含量為5~10%，能夠獲得一種疏水塗料組成物，其係能夠使所形成之塗層的接觸角成為150度以上，以賦予表面超疏水性。
接著，如實施例4所示，藉由適當地添加分散劑(約占疏水塗料組成物的2重量%)，能夠進一步提升塗層的接觸角至160度以上。然而，如比較例4所示，若過度地添加分散劑(約占疏水塗料組成物的5重量%)，則反而會使塗層的接觸角下降至小於150度，不利於形成超疏水表面。
此外，如實施例7所示，藉由使用小粒徑(0.01~0.03μm)的無機粉末，能夠使接觸角提高到167度。
再者，如比較例1所示，雖然無機粒子和多孔隙粒子的重量比為2：1，但因為固含量為15.8重量%，使得塗層的接觸角小於150度，不利於形成超疏水表面。又，如比較例2所示，因為無機粒子和多孔隙粒子的重量比以及固含量皆不在本發明的範圍內，使得塗層的接觸角小於150度，不利於形成超疏水表面。
此外，如比較例3所示，因其僅含有多孔隙粒子而未含有無機粒子，且固含量僅為3重量%，故使得塗層的接觸角僅為91度，幾乎成為親水表面。
接著，如比較例5所示，在未添加多孔隙粒子的情況下，縱然其固含量為6重量%在本發明的範圍內，仍然使得塗層的接觸角小於150度。又，如比較例6所示，雖然其固含量為6.3重量%在本發明的範圍內，但因其無機粒子和多孔隙粒子的重量比為2：2.67，不在本發明的範圍內，故仍然使得塗層的接觸角小於150度。
[耐用性測試]
針對實施例1和實施例4的疏水塗料組成物進行耐用性測試。如下述表3所示，實施例1的疏水塗料組成物在第10次循環後，所形成之塗層的接觸角即下降至150度，而在循環第20次後，接觸角則下降至138度，無法形成超疏水性的表面。相對於此，實施例4的疏水塗料組成物在第10次循環後，所形成之塗層的接觸角仍有157度，而在循環第30次後接觸角下降至150度，仍可形成超疏水性的表面。而在循環第40次後，接觸角始下降至147度(小於150度)。由此可知，藉由添加適當的分散劑，能夠提升疏水塗料組成物的耐用性。
[織品材料]
使用本發明的疏水塗料組成物，並將其塗布於基材上以形成塗層，能夠獲得本發明的織品材料。又，就基材而言，可為棉布、尼龍或聚酯布料等，並未特別限制。接著，就塗布方法而言，可例如為噴塗法、輥塗法等習知的塗布方法，亦未特別限制。
藉由本發明的疏水塗料組成物，能夠賦予表面超疏水性。又，前述疏水塗料組成物係能夠適用於作為棉布、尼龍或聚酯布料等織品材料的塗層。
本發明並不限定於上述各實施形態，可在請求項所示之範圍內做各種的變更，且將不同的實施形態中所揭示之技術手段適宜地組合而得之實施形態亦包含在本發明的技術範圍內。
Claims (10)
- 一種疏水塗料組成物，其包含：無機粒子；多孔隙粒子；樹脂，其占前述疏水塗料組成物的15~35重量%；溶劑，其占前述疏水塗料組成物的45~70重量%；及硬化劑，其占前述疏水塗料組成物的5~10重量%；其中，前述無機粒子和前述多孔隙粒子的重量比為2：1~2，前述無機粒子和前述多孔隙粒子占前述疏水塗料組成物的重量比為5~10%，且前述疏水塗料組成物所形成之塗層的接觸角為150度以上。
- 如請求項1所述之疏水塗料組成物，其中，前述樹脂選自由聚胺脂樹脂、氟碳樹脂、矽改質壓克力樹脂及乙二醇甲醚醋酸酯所組成的群組中至少一者。
- 如請求項1所述之疏水塗料組成物，其中，前述無機粒子的中位粒徑(D50)為0.01~10μm，且選自由二氧化矽、二氧化鈦-二氧化矽核殼粒子及氧化鋅所組成的群組中至少一者。
- 如請求項1所述之疏水塗料組成物，其中，前述多孔隙粒子係氣相式二氧化矽。
- 如請求項1~4中任一項所述之疏水塗料組成物，其中，前述疏水塗料組成物還包含分散劑，其占前述疏水塗料組成物的1~4重量%。
- 一種疏水塗料組成物的製作方法，其包含：混合步驟，其係將無機粒子與樹脂在溶劑中混合，以形成混合溶液；超音波震盪步驟，其係針對前述混合溶液進行超音波震盪；攪拌步驟，其係於經超音波震盪的前述混合溶液加入多孔隙粒子與硬化劑，並進行機械攪拌，以形成疏水塗料組成物；其中，在前述疏水塗料組成物中，前述樹脂占15~35重量%、前述溶劑占45~70重量%、前述硬化劑占5~10重量%；又，在前述疏水塗料組成物中，前述無機粒子和前述多孔隙粒子的重量比為2：1~2，前述無機粒子和前述多孔隙粒子占前述疏水塗料組成物的重量比為5~10%，且前述疏水塗料組成物所形成之塗層的接觸角為150度以上。
- 如請求項6所述之疏水塗料組成物的製作方法，其中，在震盪頻率為20~100KHz的條件下，進行前述超音波震盪10~20分鐘。
- 如請求項6所述之疏水塗料組成物的製作方法，其中，在200~3000RPM的條件下，進行前述機械攪拌30~40分鐘。
- 如請求項6~8中任一項所述之疏水塗料組成物的製作方法，其中，於攪拌步驟中加入分散劑，其占前述疏水塗料組成物的1~4重量%。
- 一種織品材料，其包含：基材，其選自棉布、尼龍或聚酯布料； 塗層，其係被塗布於前述基材，且前述塗層係包括如請求項1~5中任一項所記載的疏水塗料組成物。
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|---|---|---|---|---|
| CN105419450A (zh) * | 2015-11-30 | 2016-03-23 | 东南大学 | 一种高耐磨超疏水复合涂层及其制备方法 |
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| CN115003731A (zh) * | 2020-01-27 | 2022-09-02 | 迈图高新材料公司 | 基于有机粘合剂的疏水性涂料组合物 |
-
2022
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