專利名稱：疏水結(jié)構(gòu)及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基材表面改質(zhì)技術(shù)，特別涉及一種利用大氣等離子鍍膜而成的疏水結(jié)構(gòu)及其制法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于人們對(duì)于各種日常生活用品薄型化與微小化的普遍需求，促使多數(shù)產(chǎn)業(yè)邁入納米科技的時(shí)代，因此發(fā)現(xiàn)許多產(chǎn)品的物理特性轉(zhuǎn)變，連帶地也造就許多產(chǎn)品的創(chuàng)新功能，以及激勵(lì)研發(fā)創(chuàng)新技術(shù)。以一般民生用品為例，除了熱門的信息、家電用品之外，自清潔(self-cleaning)產(chǎn)品的功能及應(yīng)用，也由于對(duì)一般民生產(chǎn)品降低維護(hù)成本及提高產(chǎn)品質(zhì)量的要求，而大幅地提升其市場(chǎng)所需，因此造成自清潔涂層材料的發(fā)展在市場(chǎng)上備受矚目。
自清潔涂層材料的用途廣泛，例如用于大樓帷幕玻璃、廚房衛(wèi)浴等的涂層可降低維護(hù)成本；應(yīng)用在太陽(yáng)能電池、衛(wèi)星天線表面、汽車前擋玻璃的自清潔疏水涂層可提高產(chǎn)品質(zhì)量及效能；應(yīng)用在船艦與飛行器外殼上可降低因阻力造成的燃料消耗及產(chǎn)生的廢氣污染。自清潔涂層材料的研究中，通過粗糙表面局限空氣分子形成氣墊的蓮花效應(yīng)(Lotus Effect)，再加上低表面能材料的表面特性，可使涂層材料的水滴接觸角大于100°，因而降低水滴及油滴的沾附。
現(xiàn)有技術(shù)在自清潔涂層材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，多半是利用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)以達(dá)到疏水性自清潔功能，其多層結(jié)構(gòu)分別具備粘著、粗糙表面結(jié)構(gòu)、超低表面能等不同特性，但是此種疏水結(jié)構(gòu)目前仍普遍面臨粘著性差、硬度不足、透明性差及耐久性不足等問題，歸咎其原因是在于結(jié)構(gòu)特性不佳，而造成結(jié)構(gòu)特性不佳的主要原因則在于現(xiàn)有制造方法技術(shù)的限制，其中，在基材表面上制作疏水結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)，多半實(shí)行濕式(Wet Process)疏水溶液制備或干式(Dry Process)真空鍍膜制造方法兩種。
實(shí)行疏水溶液制備疏水涂層的現(xiàn)有技術(shù)，包含疏水材料制備、疏水材料涂布及后加工熟化制造方法等三步驟，一般疏水材料制作時(shí)間快則1至2天，慢則5至7天甚至更久，制作過程不僅耗時(shí)且設(shè)備需求昂貴，所制成疏水涂層的結(jié)構(gòu)脆弱故耐磨耗性差，或過于粗糙而造成涂層不透明，況且尚需考慮性質(zhì)再現(xiàn)性、溶液穩(wěn)定性，故而不利于實(shí)際應(yīng)用。另外，疏水溶液涂布于基材后，尚需進(jìn)一步進(jìn)行例如光照或加熱的固化(Curing)步驟，除需購(gòu)置涂布及烘烤相關(guān)設(shè)備等額外成本支出之外，設(shè)備所占空間亦不符成本考慮。
實(shí)行真空鍍膜制造方法的現(xiàn)有技術(shù)，已公開于第5,230,929號(hào)、第5,334,454號(hào)、第5,298,587號(hào)、第5,320,857號(hào)、第5,718,967號(hào)、以及第6,667,553號(hào)等專利前案，但是所制得鍍膜的疏水性普遍不佳，即使少數(shù)硬度可達(dá)9H，但因制造方法不易控制而造成厚度太厚，致使透明度明顯下降，況且抽真空極為費(fèi)時(shí)，且鍍層面積受限于設(shè)備尺寸，無(wú)法符合市場(chǎng)的大面積需求。
美國(guó)第5,230,929號(hào)、第5,334,454號(hào)專利前案所公開的，是以真空等離子技術(shù)進(jìn)行化學(xué)汽相沉積，選用材料主要為經(jīng)氟化的環(huán)狀硅氧烷(Fluoronated Cyclic Siloxanes)，測(cè)得疏水角最高可達(dá)91度，鉛筆硬度最高為9H，壓力為0.1托(Torr)，鍍層厚度1至2μm，但是其采用真空制造方法不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、昂貴，且所制成的鍍膜不透明，疏水性不佳。
美國(guó)第5,298,587號(hào)、第5,320,857號(hào)及第5,718,967號(hào)專利前案所公開的，是利用真空等離子技術(shù)將SiOxCyHz(主要為四甲基二硅氧烷(Tetramethyldisiloxane))蒸鍍于聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)基材上，壓力為27毫托(mTorr)，但是其采用真空制造方法不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、昂貴，且所制成鍍膜的疏水性及硬度不佳。
美國(guó)第6,667,553號(hào)專利前案所公開的，是在小于5托的壓力中，并控制氧含量的環(huán)境下，將三甲基硅烷(Trimethylsilane)在硅基材上進(jìn)行化學(xué)汽相沉積，鍍層厚度小于2μm，透明度95％以上，主要應(yīng)用于顯示器面板，但是其采用真空制造方法不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、昂貴。
為了改善前述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，美國(guó)專利第5,733,610號(hào)案提出一種采用大氣等離子(Atmospheric pressure plasma，或稱常壓等離子)反應(yīng)形成疏水薄膜的方法，其制造方法步驟是以四氟化碳(CF4)為反應(yīng)氣體，采用大氣等離子方式直接于PET基材表面蒸鍍形成疏水角度最高為98度的疏水薄膜。由于所制成鍍膜的疏水角度最高僅98度，故而疏水性不足，且鍍膜的硬度低、耐磨耗性不足，無(wú)法提供底層基材的保護(hù)。
此外，美國(guó)公開第2004/0022945號(hào)案公開一種以大氣等離子將CF3(CF2)5CH＝CH2(1H，1H，2H-全氟-1-辛烯)單體沉積于玻璃基材上的技術(shù)，形成鍍層的疏水角度最高為119度。雖然所制成鍍膜的疏水角度最高可達(dá)119度，然而鍍膜的硬度低、耐磨耗性不足，同樣無(wú)法提供底層基材的保護(hù)。
由前述的各種已公開的現(xiàn)有技術(shù)可知，實(shí)行低壓或真空鍍膜制造方法所制得鍍膜的疏水性普遍不佳，即使少數(shù)硬度可達(dá)9H，但因制造方法不易控制而造成厚度太厚，致使透明度明顯下降，況且抽真空極為費(fèi)時(shí)，且鍍層面積受限于設(shè)備尺寸，無(wú)法符合市場(chǎng)的大面積需求。而大氣等離子采用干式制造方法雖可簡(jiǎn)化鍍膜時(shí)間、設(shè)備空間等成本，但是目前并無(wú)任何公開文獻(xiàn)或?qū)＠_過大氣等離子在疏水結(jié)構(gòu)鍍膜方面的直接應(yīng)用，雖然前述采用大氣等離子方式的專利前案曾提及所制成的鍍膜分別具有不同疏水角度的疏水性，然而鍍膜硬度均低而不耐磨，無(wú)法提供對(duì)于底層基材的保護(hù)。
因此，如何有效解決前述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，成為目前業(yè)界亟待克服的課題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種疏水結(jié)構(gòu)，是運(yùn)用大氣等離子鍍膜于基材表面而成，該疏水結(jié)構(gòu)包括硬鍍層以及疏水鍍層，所述硬鍍層形成于該基材表面且具有粗糙面，而所述疏水鍍層則形成于所述粗糙面上。
前述硬鍍層的厚度范圍可為20nm至5000nm。優(yōu)選地，該硬鍍層可為氧化物鍍層、氮化物及其衍生物鍍層的其中之一，其中，氧化物鍍層的材料選自氧化硅(silicon oxide)、二氧化鈦、氧化鋯、及氧化鋁的其中之一；所述氮化物及其衍生物選自氮化硅(SiNx、Si3N4)、氮化鈦(TiNx)、及氮化鉭(TaNx)的其中之一。而其粗糙面的平均表面粗糙度范圍優(yōu)選可為5nm至3μm，更優(yōu)選為300nm至1μm。
所述疏水鍍層的厚度范圍可為5nm至3000nm，且優(yōu)選地該疏水鍍層可為含氟的硅烷化合物鍍層。此外，所述基材表面預(yù)先經(jīng)過活化處理，以向基材表面提供例如清潔、活化的作用。該基材的材料可為選自玻璃、金屬、陶瓷、橡膠、塑料、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯對(duì)苯二甲酸脂(PET)、壓克力(PMMA)及布料所組群組的其中之一。
本發(fā)明復(fù)提供一種疏水結(jié)構(gòu)制法，是在一基材表面依序運(yùn)用大氣等離子鍍膜技術(shù)形成具有粗糙面的硬鍍層，以及在該粗糙面上形成疏水鍍層，從而在所述基材表面制成含有硬鍍層及疏水鍍層的疏水結(jié)構(gòu)。
前述制法中，在所述基材表面形成硬鍍層之前，該基材表面可預(yù)先施以活化處理，以向基材表面提供例如清潔、活化的作用，其中，所述活化處理可采以空氣或壓縮干燥空氣(Compressed Dry Air，CDA)所產(chǎn)生的大氣等離子清潔并活化基材表面。優(yōu)選地，所述基材的材料可為選自玻璃、金屬、陶瓷、橡膠、塑料、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯對(duì)苯二甲酸脂(PET)、以及壓克力(PMMA)所組群組的其中之一。
形成該硬鍍層的厚度范圍可為20nm至5000nm。優(yōu)選地，該硬鍍層可為金屬氧化物鍍層，其中，所述金屬氧化物鍍層的材料可選自氧化硅(silicon oxide)、氮化硅(silicon nitride)、二氧化鈦、氧化鋯、及氧化鋁的其中之一，而其粗糙面的平均表面粗糙度范圍為5nm至1μm。
形成所述疏水鍍層的厚度范圍為5nm至1000nm，且優(yōu)選地該疏水鍍層為含氟烷基的硅化合物鍍層。另外，本發(fā)明所運(yùn)用的大氣等離子鍍膜技術(shù)，是利用壓力及溫度控制混合氣體經(jīng)噴嘴產(chǎn)生等離子進(jìn)行噴鍍，其中，其壓力范圍可為1托至760托，而該混合氣體可為選自含氟烷基的三氯硅烷(fluoroalkyl group-containing trichlorosilanes)、含氟烷基的三烷氧硅烷(fluoroalkyl group-containing trialkoxysilanes)、含氟烷基的三酰氧硅烷(fluoroalkyl group-containing triacyloxysilanes)、含氟烷基的三異氰酸酯硅烷(fluoroalkyl group-containing triisocyanatesilanes)、以及含氟烷基的酯丙烯酸酯硅烷(fluoroalkyl group-containingacrylatesilanes)所組群組的其中之一。其中，所述混合氣體包括進(jìn)料氣體及前驅(qū)物。
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提出的疏水結(jié)構(gòu)及其制法，主要是運(yùn)用大氣等離子鍍膜技術(shù)在基材表面依序形成具有粗糙面的硬鍍層、以及在所述粗糙面上形成疏水鍍層，所制得的疏水結(jié)構(gòu)含有硬鍍層及疏水鍍層，因此可提升所述疏水結(jié)構(gòu)的硬度與耐磨性，同時(shí)通過硬度與耐磨性的提升而可保護(hù)底層基材，并且降低疏水結(jié)構(gòu)所需的厚度故而提升其透明度。此外，由于所述硬度層的粗糙面設(shè)計(jì)，可提升疏水結(jié)構(gòu)的疏水性，而運(yùn)用大氣等離子的鍍膜技術(shù)，則可比一般真空等離子省去抽真空的時(shí)間、設(shè)備空間、簡(jiǎn)化鍍層步驟、極易與現(xiàn)有生產(chǎn)線制造方法相結(jié)合，故可大量降低制造成本，相對(duì)已解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題。


圖1圖是顯示本發(fā)明疏水結(jié)構(gòu)的側(cè)剖構(gòu)造示意圖；圖2A至2C是顯示本發(fā)明疏水結(jié)構(gòu)的制法流程示意圖；圖3A是顯示本發(fā)明疏水結(jié)構(gòu)的硬鍍層粗糙面的原子力顯微鏡示意圖；圖3B是顯示本發(fā)明疏水結(jié)構(gòu)的硬鍍層粗糙面的表面粗糙度曲線圖；圖4A是顯示本發(fā)明疏水結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡示意圖；圖4B是顯示本發(fā)明疏水結(jié)構(gòu)的表面粗糙度曲線圖；以及圖4C是顯示本發(fā)明疏水結(jié)構(gòu)的疏水角度測(cè)試示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所公開的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明也可通過其它不同的具體實(shí)例加以施行或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。
須注意的是，所附圖式均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)。因此，在所述圖式中僅標(biāo)示與本發(fā)明有關(guān)的組件，且所顯示的組件并非以實(shí)際實(shí)施時(shí)的數(shù)目、形狀、尺寸比例等加以繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)的規(guī)格尺寸實(shí)為一種選擇性的設(shè)計(jì)，且其組件布局形態(tài)可能更為復(fù)雜，先予說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖1，是顯示本發(fā)明疏水結(jié)構(gòu)的側(cè)剖構(gòu)造示意圖，如圖所示的疏水結(jié)構(gòu)1，是運(yùn)用大氣等離子鍍膜于基材10表面而形成，該疏水結(jié)構(gòu)1包括硬鍍層11以及疏水鍍層13，所述硬鍍層11是形成于該基材10表面且具有粗糙面111，而所述疏水鍍層13則是形成于所述粗糙面111上。
由于疏水結(jié)構(gòu)1是運(yùn)用大氣等離子鍍膜于基材10表面而成，而大氣等離子的操作溫度低，又被稱做低溫等離子或冷等離子(ColdPlasma)，故而所適用的基材10種類廣泛，例如該基材10的材料可為玻璃、金屬、陶瓷、橡膠、塑料、布料、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯(PET)、以及壓克力(PMMA)等。此外，所選用的該基材10表面，可預(yù)先經(jīng)過活化處理，以向基材10表面提供例如清潔、活化的作用。
該硬鍍層11為一種例如為二氧化硅的氧化物鍍層，且其厚度范圍為20nm至5000nm，而其粗糙面111的平均表面粗糙度范圍優(yōu)選為5nm至3μm。雖于本實(shí)施例中是以特定的厚度范圍、粗糙鍍范圍與材料說(shuō)明所述硬鍍層11，但是在其它實(shí)施例中，該硬鍍層11也可由其它氧化物鍍層所構(gòu)成，例如氧化硅(silicon oxide)、氮化硅(silicon nitride)、二氧化鈦、氧化鋯、或氧化鋁等，也可為氮化物及其衍生物；所述氮化物及其衍生物選自氮化硅(Si3N4、SiNx)、氮化鈦(TiNx)、及氮化鉭(TaNx)的其中之一。另外，所述疏水鍍層13為一種含氟的硅烷化合物鍍層，且其厚度范圍為5nm至1000nm。
由于本發(fā)明所提供的疏水結(jié)構(gòu)1含有硬鍍層11及疏水鍍層13，因此可提升該疏水結(jié)構(gòu)1的硬度與耐磨性，同時(shí)通過硬度與耐磨性的提升而可保護(hù)底層基材10，并且降低疏水結(jié)構(gòu)1所需的厚度故而提升其透明度。此外，由于所述硬度層11的粗糙面111設(shè)計(jì)，可使疏水結(jié)構(gòu)1表面的疏水角度(水接觸角)大于100度，因而提升疏水結(jié)構(gòu)1的疏水性，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題。
請(qǐng)參閱圖2A至2C，是顯示本發(fā)明疏水結(jié)構(gòu)的制法流程示意圖，其中主要是以使用德國(guó)Plasma Treat所生產(chǎn)的大氣噴射等離子設(shè)備(如美國(guó)專利第6,800,336號(hào)案所示)為例說(shuō)明制造流程，除所述大氣噴射等離子(Atmospheric Pressure Plasma Jet)設(shè)備之外，其次可配合使用進(jìn)行二維或三維涂布的裝置、連接至大氣噴射等離子設(shè)備的材料儲(chǔ)存與釋放裝置、以及控制運(yùn)行該涂布工作與材料釋放的控制裝置。
如圖2A所示，根據(jù)本發(fā)明所提供的疏水結(jié)構(gòu)制法，首先制備基材10，且基材10表面預(yù)先以壓縮干燥空氣(Compressed Dry Air，CDA)進(jìn)行清潔與活化處理，其中，所述壓縮干燥空氣的流量約為每小時(shí)2立方米，而大氣噴射等離子設(shè)備的噴嘴鍍頭與基材10表面的距離則維持約10mm左右。在本實(shí)施例中所使用的基材10為玻璃基材，但是在其它實(shí)施例中也可使用例如為金屬、陶瓷、布料、橡膠、塑料、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯(PET)、以及壓克力(PMMA)基材。
接著，如圖2B所示，在該基材10表面運(yùn)用大氣等離子鍍膜技術(shù)形成具有粗糙面111的硬鍍層11，其中，以氦氣(He)為載體、以四乙氧硅烷(Tetraethoxysilane，簡(jiǎn)稱TEOS)為前驅(qū)物所形成的混合氣體，經(jīng)導(dǎo)入等離子作用后直接進(jìn)行鍍膜，而大氣噴射等離子設(shè)備的噴嘴鍍頭與基材10表面的距離則維持約10mm左右。
最后，如圖2C所示，在硬鍍層11的粗糙面111上運(yùn)用大氣等離子鍍膜技術(shù)形成疏水鍍層13，而在基材表面10制成含有硬鍍層11及疏水鍍層13的疏水結(jié)構(gòu)1。在此制造方法步驟中，同樣是以氦氣(He)為載體、以十七氟癸基三甲氧硅烷(Heptadecafluorodecyltrimethoxysilane，簡(jiǎn)稱FAS)為前驅(qū)物所形成的混合氣體，經(jīng)導(dǎo)入等離子作用后直接進(jìn)行鍍膜，而大氣噴射等離子設(shè)備的噴嘴鍍頭與基材10表面的距離則維持約12mm左右，并且重復(fù)進(jìn)行約六次左右的處理。
雖然在本實(shí)施例中是以FAS為前驅(qū)物，但是在其它實(shí)施例中，也可采以六甲基二硅氮烷(Hexamethyldisilazane，簡(jiǎn)稱HMDS)作為前驅(qū)物。此外，由載體與前驅(qū)物所形成的混合氣體中，也可為含氟烷基的三烷氧硅烷(fluoroalkyl group-containing trialkoxysilanes)、含氟烷基的三酰氧硅烷(fluoroalkyl group-containing triacyloxysilanes)、含氟烷基的三異氰酸酯硅烷(fluoroalkyl group-containing triisocyanatesilanes)、或含氟烷基的丙烯酸酯硅烷(fluoroalkyl group-containing acrylatesilanes)的其中一種。
實(shí)施例下述各具體實(shí)施例是以德國(guó)Plasma Treat所生產(chǎn)的大氣噴射等離子設(shè)備來(lái)操作，其中該儀器在5安培的電流與240伏特的電壓下進(jìn)行。
實(shí)施例一準(zhǔn)備面積尺寸為6.5cm×6.5cm的玻璃基材，先以流速為2立方米/小時(shí)的經(jīng)壓縮干燥空氣所產(chǎn)生的等離子預(yù)處理。接著，以四乙氧硅烷(TEOS)為前驅(qū)物，以氦氣(He)為載體經(jīng)由導(dǎo)入系統(tǒng)引入，并與等離子作用后直接在上述該經(jīng)預(yù)處理的基材表面進(jìn)行鍍層，此時(shí)在玻璃上所形成的SiO2鍍層的水接觸角為18度。結(jié)果請(qǐng)參閱圖3A及圖3B，分別顯示本發(fā)明疏水結(jié)構(gòu)1的硬鍍層11粗糙面111的原子力顯微鏡示意圖、及其表面粗糙度曲線示意圖，在所述基材10表面鍍膜而成的硬鍍層11中，其粗糙面11的平均表面粗糙度(Ra)可達(dá)16.6nm。
實(shí)施例二重復(fù)實(shí)施例一的步驟后，在所述SiO2鍍層上，以十七氟癸烷基三甲氧基硅烷(FAS)為前驅(qū)物先置于三頸瓶中，再以氦氣為載體經(jīng)該三頸瓶的瓶口導(dǎo)入瓶?jī)?nèi)，將上述兩氣體的混合氣體從另一瓶口引出，并與等離子作用后直接在基材表面進(jìn)行鍍層。結(jié)果請(qǐng)參閱如圖4A至圖4C，分別顯示本發(fā)明疏水結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡示意圖、表面粗糙度曲線圖、及其疏水角度測(cè)試示意圖，在硬鍍層11的粗糙面上鍍膜而成疏水鍍層13后，形成包含硬鍍層11及疏水鍍層13的疏水結(jié)構(gòu)1，而該疏水結(jié)構(gòu)1(疏水鍍層13表面)的平均表面粗糙度(Ra)可達(dá)9.2nm、疏水角度可達(dá)115度，且該疏水角度于測(cè)試七天之后仍維持115度。另外，其它性質(zhì)如油接觸角為59度、透明度為92％、硬度為2H及粘著度為91/100。
前述實(shí)施例中用于測(cè)定制品的疏水角度(水接觸角)、油接觸角及透明度的方法如下所述。
水接觸角的測(cè)試水接觸角的測(cè)試是依照ASTM C 813-90的方法進(jìn)行，其包括下述步驟
1.將基材保持水平(試片平坦，無(wú)扭曲，無(wú)污物)；2.將2μL的去離子水或純水水滴從微量針筒滴出(盡量靠近表面)，水滴碰觸表面時(shí)，針的尖端仍于水滴內(nèi)部(水滴上方正中央)時(shí)慢慢移離針筒(針筒不可收縮，劇烈移動(dòng)，造成水滴體積/位置變化)；3.測(cè)量水滴的左右兩側(cè)的接觸角各兩次，共四個(gè)數(shù)據(jù)；以及4.在同一基材表面上，另找四個(gè)不同的位置，依照上述步驟重復(fù)進(jìn)行測(cè)量。如此重復(fù)測(cè)量，總共獲得20個(gè)數(shù)據(jù)，求其平均值。
油接觸角的測(cè)試油接觸角的測(cè)試步驟與水接觸角的測(cè)試相同，除了將測(cè)試液體(去離子水或純水)置換成正十六烷即可。
鉛筆硬度測(cè)試鉛筆硬度測(cè)試依照ASTM 3363-92a的方法進(jìn)行。
1.環(huán)境溫度23±2℃，相對(duì)濕度50±5％。
2.試片需置放超過16小時(shí)。
3.鉛筆硬度最軟至最硬的順序?yàn)樽钴?B-5B-4B-3B-2B-B-HB-F-H-2H-3H-4H-5H-6H-7H-8H-9H最硬。
4.鉛筆以削鉛筆機(jī)削成尖頭、平滑、橢原形狀，再以砂紙?jiān)诖怪狈较蚰ャU筆頭，以呈現(xiàn)平坦、無(wú)破損、圓形、無(wú)碎裂的筆頭(5～6mm)。
5.步驟從最硬的鉛筆開始測(cè)試。鉛筆與基材呈45度，以手(或固定于電動(dòng)輔助的推具)先往前推(遠(yuǎn)離自己)，再往后推(向自己)力道向下，且要大力、固定、長(zhǎng)度至少畫6.5mm、速率0.5～1mm/s。測(cè)試至鉛筆無(wú)法畫穿鍍層碰到基材(距離＞3mm，可利用放大鏡輔助)(鉛筆頭于過程中破損時(shí)，需重新測(cè)試)。
6.無(wú)法將鍍層畫出痕跡的最硬的鉛筆，其硬度即為此鍍層的硬度。
7.至少重復(fù)測(cè)試一次(至結(jié)果相同)。
透明度測(cè)試透明度測(cè)試依照ASTM D 1747-97的方法進(jìn)行。
1.試片50mm×100mm。
2.裝置CNS 10986的UV照射裝置。
3.步驟試片先以具有積分球的色差計(jì)測(cè)得可見光透光率(％)。在溫度為45±5℃(試片置于裝置內(nèi))，試片(A)及對(duì)照試片(B)與光源相距230mm并照射光1000小時(shí)的條件下，再測(cè)量可見光透光率(％)。
4.計(jì)算測(cè)試前后的可見光透光率(％)的差值(絕對(duì)值)。透明度以該可見光透光率(％)的差異表示。
粘著測(cè)試粘著測(cè)試依照ASTM D3359-95的方法進(jìn)行。
1.膠帶25mm寬、半透明、壓力敏感型(pressure-sensitive)，粘著力為10±1N/25mm。
2.試片150mm×100mm，要平坦、無(wú)扭曲、無(wú)污物，且固定于平臺(tái)上。
3.適于鍍膜厚度小于50(60)μm的硬/軟基材割痕間距1mm(25格)；適于鍍膜厚50(60)μm～120μm的硬/軟基材割痕間距2mm(25格)；適于鍍膜厚120μm～250μm的硬/軟基材割痕間距3mm。
4.適于硬基材膜厚需大于0.25mm；適于軟基材膜厚需大于10mm。
5.刮刀尖端以0.05mm寬為主，若大于0.1mm則要再磨過。
6.環(huán)境將試片置于溫度23±2℃，相對(duì)濕度50±5％。
7.割劃刮刀與基材呈45度，割劃長(zhǎng)度＞20mm，且要割到基材(力道要夠、要均一)，割劃兩刀且其垂直交叉90度。割完后試片以軟刷或棉布輕輕擦拭，膠帶粘著時(shí)，以手用力壓。膠帶拔取時(shí)，與基材呈180度，速率0.5～1mm/s。(可以外加光源或放大鏡幫助檢視，膠帶的沾付物亦可參考)8.測(cè)試結(jié)果等級(jí)測(cè)量試片測(cè)試前后的疏水角度，若測(cè)試前疏水角度為100度，測(cè)試后為90度，則判定其粘著測(cè)試結(jié)果為90/100。測(cè)試結(jié)果最佳為100/100，最差為0/100。
9.測(cè)試3個(gè)位置，彼此間距大于5mm，且每個(gè)位置均需離試片邊緣大于5mm。
承前實(shí)施例及測(cè)試?yán)觯捎诒景l(fā)明運(yùn)用的大氣等離子技術(shù)采用干式制造方法，直接將疏水材料鍍于基材表面，可節(jié)省許多時(shí)間、空間，且大氣等離子又比一般真空等離子省去抽真空的時(shí)間、設(shè)備空間，大大降低制造方法的成本，簡(jiǎn)化鍍層步驟，極易與現(xiàn)有生產(chǎn)的現(xiàn)制造方法相結(jié)合，所需花費(fèi)相對(duì)較低，卻可制造更高附加價(jià)值。同時(shí)，大氣等離子因其操作溫度低因此除了玻璃、陶瓷、金屬等耐高溫基材外，更可應(yīng)用于PC、PMMA、PI、PU、TAC等塑料基材，應(yīng)用范圍廣大(3C、民生、生醫(yī)、工業(yè))，其快速、連續(xù)、易操作、適用3D曲面及大面積基材等優(yōu)點(diǎn)亦可迅速導(dǎo)入市場(chǎng)現(xiàn)有制造方法。
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提出的疏水結(jié)構(gòu)及其制法，主要是運(yùn)用大氣等離子鍍膜技術(shù)在基材表面依序形成具有粗糙面的硬鍍層、以及在所述粗糙面上形成疏水鍍層，所制得的疏水結(jié)構(gòu)含有硬鍍層及疏水鍍層，因此可提升所述疏水結(jié)構(gòu)的硬度與耐磨性，同時(shí)通過硬度與耐磨性的提升而可保護(hù)底層基材，并且降低疏水結(jié)構(gòu)所需的厚度故而提升其透明度。此外，由于該硬度層的粗糙面設(shè)計(jì)，可提升疏水結(jié)構(gòu)的疏水性，而運(yùn)用大氣等離子的鍍膜技術(shù)，則可比一般真空等離子省去抽真空的時(shí)間、設(shè)備空間、簡(jiǎn)化鍍層步驟、極易與現(xiàn)有生產(chǎn)線制造方法相結(jié)合，故可大量降低制造成本，相對(duì)已解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題。
上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾與改變。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如后述的申請(qǐng)專利范圍所列。
權(quán)利要求
1.一種疏水結(jié)構(gòu)制法，包含下列步驟提供一基材；在該基材表面運(yùn)用大氣等離子鍍膜技術(shù)形成具有粗糙面的硬鍍層，所述粗糙面的平均表面粗糙度范圍為5nm至3μm；以及在該硬鍍層上運(yùn)用大氣等離子鍍膜技術(shù)形成疏水鍍層，從而在該基材表面制成含有硬鍍層及疏水鍍層的疏水結(jié)構(gòu)，所述疏水鍍層為含氟烷基的硅化合物鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的疏水結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，所述基材表面被預(yù)先施以活化處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的疏水結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，所述活化處理是以壓縮干燥空氣所產(chǎn)生的大氣等離子清潔并活化所述基材表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的疏水結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，形成所述硬鍍層的厚度范圍為20nm至5000nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的疏水結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，所述硬鍍層選自氧化物鍍層、氮化物鍍層及其衍生物鍍層所組群組的其中之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的疏水結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，所述氧化物鍍層選自氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯及氧化鋁所組群組的其中之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述氮化物鍍層及其衍生物的材料選自氮化硅(Si3N4、SiNx)、氮化鈦(TiNx)、及氮化鉭(TaNx)所組群組的其中之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的疏水結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，形成所述疏水鍍層的厚度范圍為5nm至1000nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的疏水結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，所述大氣等離子鍍膜技術(shù)是利用壓力及溫度控制混合氣體經(jīng)噴嘴產(chǎn)生等離子進(jìn)行噴鍍。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的疏水結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，所述壓力范圍為100托至760托。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的疏水結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，所述前驅(qū)物為選自含氟烷基的三氯硅烷、含氟烷基的三烷氧硅烷、含氟烷基的三酰氧硅烷、含氟烷基的三異氰酸酯硅烷、以及含氟烷基的丙烯酸酯硅烷所組群組的其中之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的疏水結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，所述基材選自玻璃、金屬、陶瓷、橡膠、塑料、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯(PET)、壓克力(PMMA)及布料所組群組的其中之一。
13.一種疏水結(jié)構(gòu)，是運(yùn)用大氣等離子鍍膜于基材表面而成，所述疏水結(jié)構(gòu)包括硬鍍層，形成于所述基材表面，且具有粗糙面，所述粗糙面的平均表面粗糙度范圍為5nm至3μm；以及疏水鍍層，形成于所述硬鍍層上，所述疏水鍍層為含氟烷基的硅化合物鍍層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述硬鍍層的厚度范圍為20nm至5000nm。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述硬鍍層選自氧化物鍍層、氮化物鍍層及其衍生物鍍層所組成組群的其中之一。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述氧化物鍍層的材料選自氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯及氧化鋁所組群組的其中之一。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述氮化物鍍層及其衍生物是選自氮化硅(Si3N4、SiNx)、氮化鈦(TiNx)、及氮化鉭(TaNx)所組群組的其中之一。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述疏水鍍層的厚度范圍為5nm至1000nm。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的疏水結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基材的材料自玻璃、金屬、陶瓷、布料、橡膠、塑料、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯(PET)、以及壓克力(PMMA)所組群組的其中之一。
全文摘要
一種疏水結(jié)構(gòu)及其制法，主要是運(yùn)用大氣等離子鍍膜技術(shù)在基材表面依序形成具有粗糙面的硬鍍層、以及形成于該粗糙面上的疏水鍍層，相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的疏水結(jié)構(gòu)是含有硬鍍層及疏水鍍層，因此可提升該疏水結(jié)構(gòu)的硬度與耐磨性、保護(hù)底層基材、提升透明度、提升疏水性，而運(yùn)用大氣等離子的鍍膜技術(shù)，則可大幅降低制造成本，因此克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)C03C17/00GK1990899SQ20061014850
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者陳志瑋, 林春宏, 鄭總輝, 陳致源, 楊德輝, 蔡陳德, 吳清吉, 涂運(yùn)泉, 張加強(qiáng) 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院