專利名稱：通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法及利用該方法制備的超親水玻璃涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法及利用該方法制造的超親水玻璃涂層，涉及為了確保建筑物或室外廣告物等的清潔的外觀，并為了容易進行維護而執(zhí)行超親水涂敷處理，并賦予自凈效果的技術(shù)。
背景技術(shù)：
最近在建筑物的外飾收尾中，為了確保視野及采光，使用透光性好的窗戶用玻璃。但是因為這種高透光性，產(chǎn)生如下缺點:在附著有污染物的情況下，被容易看到而降低外觀的審美特性，或因附著大氣污染物質(zhì)嚴重而連透光性也降低。為了解決這種缺點，正試圖通過在玻璃表面采用特殊的涂敷來時常維持干凈的外觀。在這種嘗試中，從可期待通過雨水能夠達到污染物的自凈的方面出發(fā)，表面的親水性涂敷被廣為研究。因此，為了建筑物的外飾收尾而對玻璃進行親水性涂敷，以往的親水涂敷玻璃被設(shè)計為在表面涂敷光催化劑物質(zhì)，在紫外線(UV)照射的條件下體現(xiàn)親水性。但是，這種玻璃在被應(yīng)用到室外的情況下，因太陽光量不恒定，大氣中能夠照射到的UV的光量并不大，因此沒有表現(xiàn)出實驗室數(shù)據(jù)般的親水特性。因此，提出了應(yīng)用分形結(jié)構(gòu)理論的涂膜，在此情況下，即使在沒有照射紫外線的條件下也表現(xiàn)出了親水特性。但是，應(yīng)用分形結(jié)構(gòu)理論的涂敷方法與噴射(Spray)方式、浸潰(Dip)方式以及利用縫隙(Slit)的涂敷方式一樣采用了濕涂敷(wet-coating)工序。因為這種濕涂敷方式在大面積生產(chǎn)時存在難以確保涂膜的均勻的品質(zhì)的技術(shù)性困難，所以主要使用玻璃施工完成后直接往建筑物進行現(xiàn)場施工的方式。但是，在這種情況下，因很難順利形成基于現(xiàn)場施工的品質(zhì)管理，在長期性方面上存在耐久性不良的問題。并且，表現(xiàn)出表面感覺模糊的現(xiàn)象(foggy)，難以確保透明的外觀。。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于，提供在常溫下形成光催化劑物質(zhì)層后，在最佳溫度下進行短時間熱處理，由此提供既透明、UV依賴程度又低而始終能夠表現(xiàn)出表面接觸角30度以下的超親水性的通過表面形態(tài)處理來改善涂膜親水性的方法。進而，本發(fā)明的目的在于，提供能夠通過上述的表面形態(tài)處理來制造具有7以上的高鉛筆硬度的同時還具有高透過特性、超親水特性的涂敷玻璃的超親水玻璃涂層。解決問題的手段根據(jù)本發(fā)明的一實施例的通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法，其特征在于，包括如下步驟:在基板形成光催化劑物質(zhì)層的步驟；通過將上述形成有光催化劑物質(zhì)層的基板加熱至500°C 600°C以執(zhí)行后熱處理，并增加上述光催化劑物質(zhì)層的表面粗糙度的步驟；使上述光催化劑物質(zhì)層的表面接觸角成為30度以下。在這里，通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法，其特征在于，形成上述光催化劑物質(zhì)層的步驟以常溫射頻(RF)磁控派射(Magnetron sputter)蒸鍍方式來執(zhí)行。上述光催化劑物質(zhì)層優(yōu)選為氧化鈦、氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化銀、氧化銅、氧化鎢、鋅/錫合金氧化物、錫酸鋅、氧化鑰、氧化鋅、鈦酸鍶、氧化鈷以及氧化鉻中一種以上的氧化層。這時，通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法，其特征在于，在上述基板以及上述光催化劑物質(zhì)層之間還形成阻隔層。接下來，通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法，其特征在于，上述后熱處理的步驟執(zhí)行I分鐘 10分鐘。進而，根據(jù)本發(fā)明的一實施例的超親水玻璃涂層，其特征在于，利用上述改善親水性的方法，執(zhí)行表面形態(tài)處理，以使表面粗糙度(RMS)達到1.5nm以上。在這里，超親水玻璃涂層，其特征在于，上述超親水玻璃涂層的鉛筆硬度為7H 9H。有益效果`利用根據(jù)本發(fā)明的通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法，提供如下效果:不拘束于紫外線照射條件，觀察到30度以下的超親水性，因而能夠維持作為光催化劑的優(yōu)秀的活性。此外，提供如下效果:能夠體現(xiàn)出即使在親水化處理后表面硬度也不會發(fā)生變化而維持7H以上這樣的高強度特性。因此，根據(jù)本發(fā)明的超親水玻璃涂層作為可確保建筑物或者室外廣告物等的清潔的外觀的外飾材料等，能夠容易擴張其應(yīng)用范圍，作為容易進行維護維修的超親水涂層，可體現(xiàn)出自凈效果。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的超親水玻璃涂層的截面圖。圖2是表示在根據(jù)本發(fā)明的改善親水性的方法中、在各熱處理溫度下的水接觸角及鉛筆硬度的變化的曲線圖。圖3是表示在根據(jù)本發(fā)明的改善親水性的方法中、隨著各熱處理溫度下實施的紫外線照射而發(fā)生的水接觸角的變化的曲線圖。圖4至圖6是表示在根據(jù)本發(fā)明的改善親水性的方法中、隨著熱處理溫度增加而發(fā)生的表面粗糙度變化的截面照片。圖7至圖10是表示在根據(jù)本發(fā)明的改善親水性的方法中、隨著熱處理溫度增加而發(fā)生的表面粗糙度的變化的立體圖像。圖11是表示在根據(jù)本發(fā)明的改善親水性的方法中、隨著熱處理溫度而發(fā)生變化的表面粗糙度值的曲線圖。
具體實施方式
以下，將參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法及利用該方法制備的超親水玻璃涂層進行詳細說明。以下參照附圖詳細說明的實施例會讓本發(fā)明的優(yōu)點和特征以及實現(xiàn)這些優(yōu)點和特征的方法更加明確。但是，本發(fā)明不局限于以下所公開的實施例，能夠以互不相同的各種方式實施，本實施例只用于使本發(fā)明的公開內(nèi)容更加完整，有助于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員完整地理解發(fā)明的范疇，本發(fā)明根據(jù)權(quán)利要求書的范疇而定義。在說明書全文中，相同的附圖標記表示相同的結(jié)構(gòu)部件。根據(jù)本發(fā)明的一實施例的通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法，其特征在于，包括如下步驟:在基板形成光催化劑物質(zhì)層的步驟，通過將上述形成有光催化劑物質(zhì)層的基板加熱至500°C 600°C以執(zhí)行后熱處理，由此增加上述光催化劑物質(zhì)層表面粗糙度的步驟；使上述光催化劑物質(zhì)層的表面接觸角成為30度以下。根據(jù)本發(fā)明，為了實現(xiàn)親水化處理，首先在基板形成光催化劑物質(zhì)層。這時，為了形成具有高透過率和均勻的厚度的大面積涂層，利用如同常溫射頻磁控濺射(RFmagnetron sputter)的真空薄膜蒸鍍工序。在這里，特別是，根據(jù)本發(fā)明的射頻磁控濺射優(yōu)選在常溫下進行作業(yè)。這時，常溫的溫度范圍遵循一般通用的范圍，但在本發(fā)明中為18°C 25°C范圍。并且，濺射方式通常在超過常溫的范圍下進行，在將光催化劑涂層涂敷于基板的情況下，僅僅使光催化劑物質(zhì)的結(jié)晶性上升，而難以期待高親水效果。此外，為了調(diào)整高溫條件，只有具備對基板進行加熱的設(shè)備才有可能進行生產(chǎn)，因此存在制造復(fù)雜、費用增加的問題。相反，在本發(fā)明中，通過在常溫條件下執(zhí)行濺射工序，可經(jīng)濟、容易地形成光催化劑涂層，通過后續(xù)熱處理，可容易執(zhí)`行賦予結(jié)晶性以及基于表面粗糙度增加的形態(tài)控制，并可體現(xiàn)出優(yōu)秀的親水性。以下，可如下對根據(jù)本發(fā)明的超親水玻璃涂層及其親水化條件進行說明。圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的超親水玻璃涂層的截面圖。參照圖1，在基板玻璃100的上部形成經(jīng)過根據(jù)本發(fā)明的超親水化處理的涂層120。這時，在基板玻璃100和經(jīng)過超親水化處理的涂層120之間還可形成阻隔層110。使用阻隔層110的用途在于，防止在涂敷后隨著時間的經(jīng)過，基板玻璃100成分中的堿性物質(zhì)擴散到經(jīng)過超親水化處理的涂層120而起到雜質(zhì)的作用。在這里，基板玻璃為根據(jù)本發(fā)明的基板的一例，還可利用為汽車用內(nèi)飾材料、外飾材料或者建筑用窗戶玻璃產(chǎn)品等。此外，作為用于超親水化的涂層的基本原料，可利用氧化鈦、氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化銀、氧化銅、氧化鶴、鋅/錫合金氧化物、錫酸鋅、氧化鑰、氧化鋅、鈦酸銀、氧化鈷以及氧化鉻中一種以上的氧化層。這時，在本發(fā)明中優(yōu)選使用氧化鈦層。并且，還可以應(yīng)用上述所羅列的材料中的一種以上作為上述阻隔層。在本發(fā)明中，以射頻磁控濺射蒸鍍方式來形成如同上述結(jié)構(gòu)的光催化劑涂層，在此基礎(chǔ)上可通過如下的熱處理過程來形成經(jīng)過超親水化處理的涂層120。可以說，在本發(fā)明中最重要的核心工序是用于改善表面形態(tài)的熱處理及時間，參照以下多個實驗結(jié)果可知，在500°C 600°C的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出最佳的親水性。
首先，為了根據(jù)本發(fā)明的超親水化玻璃涂層的最佳化的實施例，實驗中所使用的基板利用具有IOOmmX IOOmm的面積、0.7t厚度的鈉I丐玻璃(Soda-Lime glass)。之后，在上述鈉鈣玻璃上形成氧化鈦層(TiO2)，使濺射裝置的功率維持在RF
4.3W/cm2,在100*%!! (Ar)氣環(huán)境下維持3毫托(mtorr)的壓力。之后，作為塑性熱處理條件，在空氣(Air)環(huán)境下以10°C /分鐘的升溫速度來增加溫度，并在常溫(Room temp或RT)、200°C、300°C、400°C、500°C、600°C時維持5分鐘熱處理時間，就可得到如同下述的實驗結(jié)果。圖2是表示在根據(jù)本發(fā)明的改善親水性的方法中、在各熱處理溫度下的水接觸角及鉛筆硬度的變化的曲線圖。首先，參照圖2可知，在形成光催化劑涂層后，后熱處理溫度(°C)在500°C 600°C的溫度范圍內(nèi)，水接觸角成為30度以下。并且，可知，鉛筆硬度維持7H 9H范圍中的8H。這時，可知，在熱處理溫度小于500°C的情況下，如圖所示，因水接觸角大于30度，而親水特性下降。并且，雖然未圖示，但是在熱處理溫度大于600°C的情況下，水接觸角為30度以上，有可能發(fā)生親水特性下降、硬度也變差的現(xiàn)象。此外，在熱處理溫度大于700°C的情況下，對玻璃基板而言有可能發(fā)生變形。因此，大于600°C的熱處理溫度范圍不夠經(jīng)濟。因此，可以說，考慮根據(jù)本發(fā)明的表面硬度及親水性，最佳熱處理(Annealing)條件為 500 °C 600 °C。
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圖3是表示在根據(jù)本發(fā)明的改善親水性的方法中、隨著各熱處理溫度下實施的紫外線照射而發(fā)生的水接觸角的變化的曲線圖。參照圖3，在UV照射時間及光量低的條件下，未觀察到一般的光催化劑物質(zhì)的親水性。但是，在本發(fā)明中，即使在根據(jù)隨著熱處理溫度而發(fā)生的表面形態(tài)的變化，沒有紫外線照射的室內(nèi)條件下也體現(xiàn)出超親水性，因此可以使以往光催化劑的應(yīng)用極大化。特別是，參照圖3可知，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的熱處理溫度為500°C時，表示(水)接觸角小于30度。因此，可知，根據(jù)本發(fā)明的表面形態(tài)處理，即使在沒有照射UV的室內(nèi)條件(UVOhr)下，也能提供優(yōu)秀的超親水化特性。此外，如圖3所示，在熱處理溫度小于500°C的情況下，表示水接觸角為30度以上，在熱處理溫度大于600°C的情況下，水接觸角同樣超過了 30度，由此可知，親水特性下降。并且，參照圖3可知，在本發(fā)明中，在I分鐘 2小時的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)UV照射時間的情況下，能夠體現(xiàn)接觸角為10度以下的超親水性。以下，參照如同上述進行實驗的試片的實際照片，察看根據(jù)本發(fā)明的超親水化玻璃涂層的特性。圖4至圖6是表示在根據(jù)本發(fā)明的改善親水性的方法中、隨著熱處理溫度增加而發(fā)生的表面粗糙度的變化的截面照片?？芍?，通常根據(jù)表面形態(tài)的變化來觀察超親水特性，并且根據(jù)粗糙度的增加及多孔性結(jié)構(gòu)的特性來分析接觸角減少。在這里，首先參照圖4，未執(zhí)行熱處理過程的氧化鈦涂層的表面厚度表示為97.3nm 以及 98.3nm。因此，可見幾乎沒有顯現(xiàn)出粗糙度以及結(jié)晶性，可知，在這種情況下并不顯現(xiàn)親水特性。
接著，參照圖5，圖5為在400°C下經(jīng)過熱處理的結(jié)果，在比較寬的區(qū)域內(nèi)表示出109nm以及105nm的厚度差異，由此可以確認，幾乎不顯現(xiàn)親水特性。此外，雖然未圖示，但在大于600°C的700°C下進行熱處理的結(jié)果，在比較寬的區(qū)域內(nèi)表示出小于IOOnm的厚度差異，由此可以確認，幾乎不顯現(xiàn)親水特性。相反，參照圖6，圖6為在本發(fā)明的600°C下進行熱處理的結(jié)果，即使在密集的相鄰區(qū)域內(nèi)也表示出113nm以及107nm的厚度差異，由此可知，顯現(xiàn)出高的表面粗糙度。因此，可知同樣顯現(xiàn)出高的親水化特性。并且，以更加立體的結(jié)果來察看如同上述的截面變化的話如下。圖7至圖10是表示在根據(jù)本發(fā)明的改善親水性的方法中、隨著熱處理溫度增加而發(fā)生的表面粗糙度的變化的立體圖像。圖7表示在室溫(RT)下沒有執(zhí)行熱處理的結(jié)果，可得到與上述圖4相同的結(jié)果。即，可以確認幾乎不顯現(xiàn)表面粗糙度，可知親水化效果也隨之變差。接著參照圖8，圖8為在400°C下進行熱處理的結(jié)果，可知，雖然表示出表面形態(tài)變化，但因所顯現(xiàn)的粗糙度并不高而使親水性變差。雖然未圖示，但大于600°C的700°C下進行熱處理的情況下，可知，因所顯現(xiàn)的粗糙度同樣并不高而使親水性變差。相反，圖9以及圖10表示的是分別在根據(jù)本發(fā)明的500°C以及600°C下進行熱處理的結(jié)果，可見，所顯現(xiàn)出的表面粗糙度高。圖11是表示在根據(jù)本發(fā)明的改善親水性的方法中、隨著熱處理溫度而發(fā)生變化的表面粗糙度值的曲線圖。參照圖11，圖11為在根據(jù)本發(fā)明的500°C以及600°C下進行熱處理的結(jié)果，可知，所顯現(xiàn)出的超親水玻璃涂層的表面粗糙度在1.5nm以上的范圍內(nèi)。相反，在脫離上述范圍的情況下進行熱處理的結(jié)果，所顯現(xiàn)出的超親水玻璃涂層的表面粗糙度通常在1.5nm以下，參照圖11，可知，在400°C下進行熱處理的情況下，雖然超親水玻璃涂層的表面粗糙度為1.5nm以上，但是并不至于對優(yōu)秀的親水性產(chǎn)生影響，在700°C下進行熱處理的情況下，超親水玻璃涂層的表面粗糙度(RMS)為1.5nm以下。如同上述，如果利用根據(jù)本發(fā)明的通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法，則不拘束于UV照射條件，并觀察到30度以下的超親水性，因而能夠維持作為光催化劑的優(yōu)秀的活性。并且，在親水化處理后，表面硬度也不會發(fā)生變化，能夠顯現(xiàn)出維持7H以上的高強度特性。因此，根據(jù)本發(fā)明的超親水玻璃涂層可作為可確保建筑物或者室外廣告物等的清潔的外觀的外飾材料等來容易擴張其應(yīng)用范圍，作為容易進行維護維修的超親水涂層，可體現(xiàn)出自凈效果。以上，以本發(fā)明的實施例為中心進行了說明，但在本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可實施各種變更或變形。在不脫離本發(fā)明所提供的技術(shù)思想的范圍的情況下，應(yīng)視為這些變更和變形屬于本發(fā)明。因此，應(yīng)根據(jù)所附的權(quán)利要求書來判斷本發(fā)明的權(quán)利范圍。
權(quán)利要求
1.一種通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法，其特征在于， 包括如下步驟: 在基板形成光催化劑物質(zhì)層的步驟；以及 通過將上述形成有光催化劑物質(zhì)層的基板加熱至500°C 600°C以執(zhí)行后熱處理，并增加上述光催化劑物質(zhì)層的表面粗糙度的步驟； 使上述光催化劑物質(zhì)層的表面接觸角成為30度以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法，其特征在于，形成上述光催化劑物質(zhì)層的步驟以常溫射頻磁控濺射蒸鍍方式來執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法，其特征在于，上述光催化劑物質(zhì)層為氧化鈦、氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化銀、氧化銅、氧化鎢、鋅/錫合金氧化物、錫酸鋅、氧化鑰、氧化鋅、鈦酸鍶、氧化鈷以及氧化鉻中一種以上的氧化層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法，其特征在于，在上述基板以及上述光催化劑物質(zhì)層之間還形成阻隔層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法，其特征在于，上述后熱處理的步驟執(zhí)行I分鐘 10分鐘。
6.一種超親水玻璃涂層，其特征在于，利用權(quán)利要求1至5中任一項所述的改善親水性的方法，進行表面形態(tài)處理，以使表面粗糙度RMS達到1.5nm以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超親水玻璃涂層，其特征在于，上述超親水玻璃涂層的鉛筆硬度為7H 9H。`
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過表面形態(tài)處理來改善涂膜的親水性的方法及利用該方法制造的超親水玻璃涂層，其特征在于，包括如下步驟在基板形成光催化劑物質(zhì)層的步驟；以及通過將上述形成有光催化劑物質(zhì)層的基板加熱至500℃～600℃以執(zhí)行1分鐘～10分鐘的后熱處理，并增加上述光催化劑物質(zhì)層的表面粗糙度的步驟；使上述光催化劑物質(zhì)層的表面接觸角成為30度以下。
文檔編號C23C14/35GK103108979SQ201180044749
公開日2013年5月15日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者趙錦悉, 李東一, 裵一駿 申請人:樂金華奧斯有限公司