低表面能之自洁性涂料的发展 the development of self-cleaning .pptVIP

低表面能之自潔性塗料的發展The development of self-cleaning coatings having low free surface energies 班級:四化四甲 姓名:李哲維 學號 各式材料表面的自潔功能，近來已成為熱門的研究方向。 具有自潔性質可使被塗佈基材的表面常保乾淨、清潔與美觀，同時兼具環保、省時與節能的概念。 眾所週知的超疏水材料，雖然具有某些自潔的功能，但是在抗污與抗溶劑上的成效卻不如疏水性的顯著。 低表面材料不但兼具疏水性與疏油性質，對抗污、抗溶劑有更強的能力。 本文針對低表面能之概念、量測與計算方式做一介紹，並探究未來可能應用的領域 。 Abstract Self-cleaning coatings have become very important because they can be used to make clean and substrates. Various research centers and companies have also been attracted to its potential markets and have made much effort to develop them. Super-hydrophobic materials are well know to exhibit self-cleaning functionality, but not to be able sufficiently to resist corrosion by grease and solvents. Materials with a low free surface energy have several of the characteristics and meet many of the requirements for use as self-cleaning materials. The concepts, measurements and calculations of surface energies will be introduced herein, and possible applications and relevant results will be presented. 前言 長久以來，人們總得面對做不完的家事，而其中一大部分就是清潔工作；為了解決這些費時的清潔工作，紛紛開發出各式各樣能幫助我們快速清潔的用品。 如果能讓這些東西能輕易就被清理乾淨，甚至不做就能常保潔淨，這將會是多大的一次產業革命！且將為人類帶來更大的便利性。 蓮花效應(Lotus Effect, 圖一)是由Barthlott教授研究植物的接觸角大小後所提出。 研究發現某些植物的接觸角高於傳統疏水塗料120°，而且接觸角大的植物具有自潔(self-cleaning)的能力 。 藉由電子顯微鏡觀察的佐證發現，接觸角較大的植物，表面皆具有較粗糙的物理結構；接觸角較小的植物，表面則較平坦。 此理論的提出，不但可以提供物質解決表面因表面能、靜電等因素所造成的髒污，也成為日後超疏水與超低表面材料發展的起源。 低表面能疏水性材料與自潔效應 PTFE、PE、Wax等為一般人所熟知的疏水性材料，其疏水性的優劣可藉由接觸角的量測來判別，而一般疏水性材料與水的接觸角約在90~115°，如表一所示。 物質表面可構成最低表面能與最高接觸角的材料，是以－CF3形成六方最密堆積之分子薄膜，其接觸角可達到120°，換句話說，所有平坦表面結構的材料與水接觸角不會超過120°，對於具有粗糙結構材料而言則不在此限，甚至可大幅的超越此一極限值。 解釋這些微結構疏水材理論中，最廣為接受的為Cassie’s model 。 其接觸角與接觸面積可以用cosθ’=f1cosθ1+f2cosθ2，其中，θ2為液體與空氣之接觸角，其值為180°，因此此式可改寫為cosθ’=Xcosθ+(1-X)cos180°，其中，θ’為具有表面粗糙之接觸角，X為液體與固體接觸面積分率，θ為固體表面無粗糙結構時之接觸角。 自潔的定義 能在此材料表面形成一超疏水塗層，使雨水或是其它油性污垢會在其表面上滾動(rolling)，並能輕易地將髒污帶走，達到自我清潔的功效，此現象稱之為自潔。 透明自潔塗料相較於一般自潔塗料，具有高光穿透特性，可應用範圍極廣，因此在透明自潔塗料設計上，就必須注意光學理論中，影響薄膜透明性如吸收、反射與散射等因素，在均勻材質中透光性決定因素在於吸收與反射，若牽涉到粗糙微結構表面，薄膜的透光性則以散射為其關鍵。 根據散射理論