超疏水自洁粉体及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种具有纳米／微米二元结构的超疏水自洁粉体，其具有微米级粒径并具有纳米级表面粗糙结构。在一实施例中，其平均粒径为约１～２５μｍ，表面粗糙度Ｒ↓［ａ］为约３～１００ｎｍ。超疏水自洁粉体的材质可选自：二氧化硅、金属氧化物、或前述的组合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米结构粉体，且特别涉及一种超疏水自洁粉体及其制造 方法。
技术介绍
自然界许多植物的叶面上因具有独特的微结构及表面化性而展露超疏 水性，当近似球状液滴在叶面上滚动时，可将灰尘带走，使叶面保持清洁 亮丽。莲叶具有出污泥不染的能力，是典型的代表。这种不需人工清洗，只需经由雨水的冲刷就可保持表面的清洁，我们称其具有自洁(self-cleaning) 功能或r莲花效应」(lotus effect)。造成荷叶表面的这种现象因素有二个 一、低表面张力，二、表面粗糙度。当液体滴在固体表面上时，固体表面和液滴切线的夹角，即是所谓的 接触角e。当气一固的界面张力(亦即固体表面能)越大，接触角就会越小， 此时表示固体表面较易被湿润；当接触角为0度时，表示液体能完全湿润 固体表面。相反，当气一固的界面张力越低，接触角就会越大，代表固体表 面越不易被湿润；当接触角为180度时，代表液体形成球状液滴而完全不 能湿润于固体表面。此外，当固体表面变得较粗糙时，也会使液体在表面上的接触角变大。 表面粗糙度对沾湿性的效应为(纳米)尺寸低凹的表面可使吸附气体原子稳 定存在，在宏观表面上相当于有一层稳定的气体薄膜，使液体无法与材料 的表面直接接触，即液体与材料的接触表面为一种混合界面部分为固体 表面，部分为气体；由于液滴与粗糙孔隙间的空气无黏着湿润的现象，使 接触角变大。目前已有许多制作具有疏水性的涂料或是具有疏水性的表面的方法， 例如美国专利第5,693,236号提供了一种制作疏水性表面的方法，其步骤包 括制备针状材料与可固型化液体的混合物，将此混合物涂覆在物体表面 并固型化液体，接着形成含有针状材料以及固型化液体基材的涂层。当基 材被蚀刻速率大于针状材料被蚀刻速率的情况下，通过蚀刻层而在表面形 成针状材料的凹处与凸出物，最后将此层表面镀上疏水物质。自洁的特性可以实施于许多应用，包括建筑外墙及玻璃、木(石)材、瓷 砖等各种建材、汽车烤漆及玻璃、塑料等，不但可减少清洁用水，还可随 时保持这些表面的清洁。然而，目前一般所使用的涂料，在涂装后，表面 虽可具有防水的性质，但是灰尘沾上后，水滴不能有效滚动并将灰尘移动 清除，所以无自洁的效果。因此必须开发出低表面能且具有粗糙表面结构 的疏水性涂层表面，才可获得如莲叶般具有超疏水自洁的效果。
技术实现思路
本专利技术提供一种超疏水自洁粉体，包括纳米/微米二元结构的球状粉 体，其具有微米级粒径并具有纳米级表面粗糙结构，该球状粉体的平均粒 径为约1 25pm,表面粗糙度Ra为约3 100nm, 5求状粉体的材质包括二 氧化硅、金属氧化物、或前述的组合。本专利技术还提供一种超疏水自洁粉体的制造方法，包括下列步骤提供 一种或一种以上的纳米级和/或次微米级原料粉体，原料粉体包括二氧化 硅、金属氧化物、或前述的组合；将原料粉体与溶剂混合形成浆料；以及， 将含有原料粉体的桨料在100 2500。C下造粒锻烧形成纳米/微米二元结构 的球状粉体，其具有微米级粒径与纳米级表面粗糙结构，其中该球状粉体 的平均粒径为约1 25(im,表面4:M造度Ra为约3 1 OOnm。为使本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特列 举以下实施例，并结合附图进行详细说明如下附图说明图1为本专利技术一实施例的超疏水自洁粉体的示意图。 图2为本专利技术另一实施例的超疏水自洁粉体的示意图。 图3为电子显微镜照片，其显示由SiO/Ti02核壳结构粉体与八1203粉 体所形成的超疏水自洁粉体。图4为图3的超疏水自洁粉体的局部放大图。图5为电子显微镜照片，其显示表面镀有Si02的四足锥状(Tetrapod) ZnO粉体与Si02粉体所形成的超疏水自洁粉体。图6为图5的超疏水自洁粉体表面的局部放大图。 图7为电子显微镜照片，其显示由Si02粉体所形成的超疏水自洁粉体。 图8为电子显微镜照片，其显示由SiO/Ti02核壳结构粉体与Si02粉体 所形成的超疏水自洁粉体。图9为图8的超疏水自洁粉体表面的局部放大图。主要附图标记说明 100~自洁粉体 100a 洁粉体表面 d 自洁粉体粒径 200~自洁粉体 200a 洁粉体表面具体实施方式本专利技术提供一种具有纳米/微米二元结构的自洁粉体，将此自洁粉体加 入涂料、汽车蜡、塑料等材料中，或直接涂布在一般材料表面上，可使材 料达到超疏水自清洁的功能。图1为本专利技术的自洁粉体示意图。如图中所示，本专利技术的自洁粉体100 为表面具有纳米级粗糙结构的孩支米颗粒，因此可一见为纳米/微米二元结构粉 体(nano/micron binary structured powders)。 实验显示粉体的粒径大小与粉体 表面的粗糙度均会影响其疏水能力。 一般而言，当自洁粉体100的平均粒 径d为约1 25jam,且其表面100a的平均粗糙度(Ra, Average roughness)为约 3~100nm时可达到理想的疏水性(水接触角>120°)。在一实施例中，平均粒 径d为约5~20|im，平均粗糙度(Ra)为约5~50nm。虽然图l所示的自洁粉体100表面100a为颗粒状结构，但由以下说明 可知，当其原料粉体为四足锥状时，所形成的自洁粉体200的表面200a可 具有针状结构，如图2所示。除此之外，自洁粉体的表面亦可为其它型态 的结构，只要其表面粗糙度及平均粒径在上述范围即可。应注意的是，虽 然图示中的颗粒为完美的球状颗粒，但本专利技术并非以此为限，本领域技术 人员应可理解，实际上所形成的颗粒可能有各种突起或凹入而呈现为不规 则的球状。本专利技术的自洁粉体可为单一材质或由两种以上的材料所构成，包括 二氧化硅(Si02)、各种金属氧化物，例如Ti02、 ZnO、 A1203、 Zn2Sn04等任 一种或一种以上的任意组合。自洁粉体的表面可利用各种疏水剂改性来进 一步降低粉体的表面能，以增加其化学上的疏水性。现有技术中任何用来 增加颗粒表面化学疏水性的疏水剂均可适用于本专利技术，较常用的疏水剂包 括硅系疏水剂如硅氧烷、硅烷、或聚硅氧烷(silicone);氟系疏水剂如氟硅 烷、全氟烷基硅烷(FAS， perfluoroalkyl silane)、 聚四氟乙烯(PTFE， Polytetrofluoro ethylene)、聚三氟乙烯、聚乙烯基氟、或官能性氟烷化合物； 烃系疏水剂如活性蜡(reactivewax)、聚乙烯、或聚丙烯等。以下就自洁粉体的制作方法进行详细说明。本专利技术的自洁粉体是由以 一种或 一种以上的纳米级和/或次微米级原料粉体在温度100 2500 °C下造 粒锻烧而成。原料粉体的平均粒径可从10nm至500nm,材质可选自二氧 化硅(SiO。、各种金属氧化物，例如Ti02、 ZnO、 A1203、 Zn2Sn04、或前述 的组合。详言之，本专利技术所使用的原料粉体可选自下列各种组合(i)单一材质 的纳米级粉体、(ii)相同材质的纳米级粉体与次微米级粉体、(iii)不同材质的 纳米级粉体、或(vi)不同材质的纳米级粉体与次微米级粉体。举例而言，(i) 单一材质的纳米级粉体，例如是10nmSiO2、 30-100nm ZnO或Zn2Sn04。 (ii) 相同材质，但具有纳米级与次微米级两种粒径范围的粉体，例如是粒径范 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水自洁粉体，包括：　纳米／微米二元结构的球状粉体，其具有微米级粒径并具有纳米级表面粗糙结构，该球状粉体的平均粒径为约１～２５μｍ，表面粗糙度Ｒ↓［ａ］为约３～１００ｎｍ，该球状粉体的材质包括：二氧化硅、金属氧化物、或前述的组合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廖世杰，林秀芬，陈金铭，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]