专利名称：通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法及利用该方法制备的超亲水玻璃涂层的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法及利用该方法制造的超亲水玻璃涂层，涉及为了确保建筑物或室外广告物等的清洁的外观，并为了容易进行维护而执行超亲水涂敷处理，并赋予自净效果的技术。
背景技术：
最近在建筑物的外饰收尾中，为了确保视野及采光，使用透光性好的窗户用玻璃。但是因为这种高透光性，产生如下缺点:在附着有污染物的情况下，被容易看到而降低外观的审美特性，或因附着大气污染物质严重而连透光性也降低。为了解决这种缺点，正试图通过在玻璃表面采用特殊的涂敷来时常维持干净的外观。在这种尝试中，从可期待通过雨水能够达到污染物的自净的方面出发，表面的亲水性涂敷被广为研究。因此，为了建筑物的外饰收尾而对玻璃进行亲水性涂敷，以往的亲水涂敷玻璃被设计为在表面涂敷光催化剂物质，在紫外线(UV)照射的条件下体现亲水性。但是，这种玻璃在被应用到室外的情况下，因太阳光量不恒定，大气中能够照射到的UV的光量并不大，因此没有表现出实验室数据般的亲水特性。因此，提出了应用分形结构理论的涂膜，在此情况下，即使在没有照射紫外线的条件下也表现出了亲水特性。但是，应用分形结构理论的涂敷方法与喷射(Spray)方式、浸溃(Dip)方式以及利用缝隙(Slit)的涂敷方式一样采用了湿涂敷(wet-coating)工序。因为这种湿涂敷方式在大面积生产时存在难以确保涂膜的均匀的品质的技术性困难，所以主要使用玻璃施工完成后直接往建筑物进行现场施工的方式。但是，在这种情况下，因很难顺利形成基于现场施工的品质管理，在长期性方面上存在耐久性不良的问题。并且，表现出表面感觉模糊的现象(foggy)，难以确保透明的外观。。
发明内容
技术问题本发明的目的在于，提供在常温下形成光催化剂物质层后，在最佳温度下进行短时间热处理，由此提供既透明、UV依赖程度又低而始终能够表现出表面接触角30度以下的超亲水性的通过表面形态处理来改善涂膜亲水性的方法。进而，本发明的目的在于，提供能够通过上述的表面形态处理来制造具有7以上的高铅笔硬度的同时还具有高透过特性、超亲水特性的涂敷玻璃的超亲水玻璃涂层。解决问题的手段根据本发明的一实施例的通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法，其特征在于，包括如下步骤:在基板形成光催化剂物质层的步骤；通过将上述形成有光催化剂物质层的基板加热至500°C 600°C以执行后热处理，并增加上述光催化剂物质层的表面粗糙度的步骤；使上述光催化剂物质层的表面接触角成为30度以下。在这里，通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法，其特征在于，形成上述光催化剂物质层的步骤以常温射频(RF)磁控派射(Magnetron sputter)蒸镀方式来执行。上述光催化剂物质层优选为氧化钛、氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化银、氧化铜、氧化钨、锌/锡合金氧化物、锡酸锌、氧化钥、氧化锌、钛酸锶、氧化钴以及氧化铬中一种以上的氧化层。这时，通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法，其特征在于，在上述基板以及上述光催化剂物质层之间还形成阻隔层。接下来，通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法，其特征在于，上述后热处理的步骤执行I分钟 10分钟。进而，根据本发明的一实施例的超亲水玻璃涂层，其特征在于，利用上述改善亲水性的方法，执行表面形态处理，以使表面粗糙度(RMS)达到1.5nm以上。在这里，超亲水玻璃涂层，其特征在于，上述超亲水玻璃涂层的铅笔硬度为7H 9H。有益效果`利用根据本发明的通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法，提供如下效果:不拘束于紫外线照射条件，观察到30度以下的超亲水性，因而能够维持作为光催化剂的优秀的活性。此外，提供如下效果:能够体现出即使在亲水化处理后表面硬度也不会发生变化而维持7H以上这样的高强度特性。因此，根据本发明的超亲水玻璃涂层作为可确保建筑物或者室外广告物等的清洁的外观的外饰材料等，能够容易扩张其应用范围，作为容易进行维护维修的超亲水涂层，可体现出自净效果。
图1是表示根据本发明的一实施例的超亲水玻璃涂层的截面图。图2是表示在根据本发明的改善亲水性的方法中、在各热处理温度下的水接触角及铅笔硬度的变化的曲线图。图3是表示在根据本发明的改善亲水性的方法中、随着各热处理温度下实施的紫外线照射而发生的水接触角的变化的曲线图。图4至图6是表示在根据本发明的改善亲水性的方法中、随着热处理温度增加而发生的表面粗糙度变化的截面照片。图7至图10是表示在根据本发明的改善亲水性的方法中、随着热处理温度增加而发生的表面粗糙度的变化的立体图像。图11是表示在根据本发明的改善亲水性的方法中、随着热处理温度而发生变化的表面粗糙度值的曲线图。
具体实施方式
以下，将参照附图对根据本发明的通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法及利用该方法制备的超亲水玻璃涂层进行详细说明。以下参照附图详细说明的实施例会让本发明的优点和特征以及实现这些优点和特征的方法更加明确。但是，本发明不局限于以下所公开的实施例，能够以互不相同的各种方式实施，本实施例只用于使本发明的公开内容更加完整，有助于本发明所属技术领域的普通技术人员完整地理解发明的范畴，本发明根据权利要求书的范畴而定义。在说明书全文中，相同的附图标记表示相同的结构部件。根据本发明的一实施例的通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法，其特征在于，包括如下步骤:在基板形成光催化剂物质层的步骤，通过将上述形成有光催化剂物质层的基板加热至500°C 600°C以执行后热处理，由此增加上述光催化剂物质层表面粗糙度的步骤；使上述光催化剂物质层的表面接触角成为30度以下。根据本发明，为了实现亲水化处理，首先在基板形成光催化剂物质层。这时，为了形成具有高透过率和均匀的厚度的大面积涂层，利用如同常温射频磁控溅射(RFmagnetron sputter)的真空薄膜蒸镀工序。在这里，特别是，根据本发明的射频磁控溅射优选在常温下进行作业。这时，常温的温度范围遵循一般通用的范围，但在本发明中为18°C 25°C范围。并且，溅射方式通常在超过常温的范围下进行，在将光催化剂涂层涂敷于基板的情况下，仅仅使光催化剂物质的结晶性上升，而难以期待高亲水效果。此外，为了调整高温条件，只有具备对基板进行加热的设备才有可能进行生产，因此存在制造复杂、费用增加的问题。相反，在本发明中，通过在常温条件下执行溅射工序，可经济、容易地形成光催化剂涂层，通过后续热处理，可容易执`行赋予结晶性以及基于表面粗糙度增加的形态控制，并可体现出优秀的亲水性。以下，可如下对根据本发明的超亲水玻璃涂层及其亲水化条件进行说明。图1是表示根据本发明的一实施例的超亲水玻璃涂层的截面图。参照图1，在基板玻璃100的上部形成经过根据本发明的超亲水化处理的涂层120。这时，在基板玻璃100和经过超亲水化处理的涂层120之间还可形成阻隔层110。使用阻隔层110的用途在于，防止在涂敷后随着时间的经过，基板玻璃100成分中的碱性物质扩散到经过超亲水化处理的涂层120而起到杂质的作用。在这里，基板玻璃为根据本发明的基板的一例，还可利用为汽车用内饰材料、外饰材料或者建筑用窗户玻璃产品等。此外，作为用于超亲水化的涂层的基本原料，可利用氧化钛、氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化银、氧化铜、氧化鹤、锌/锡合金氧化物、锡酸锌、氧化钥、氧化锌、钛酸银、氧化钴以及氧化铬中一种以上的氧化层。这时，在本发明中优选使用氧化钛层。并且，还可以应用上述所罗列的材料中的一种以上作为上述阻隔层。在本发明中，以射频磁控溅射蒸镀方式来形成如同上述结构的光催化剂涂层，在此基础上可通过如下的热处理过程来形成经过超亲水化处理的涂层120。可以说，在本发明中最重要的核心工序是用于改善表面形态的热处理及时间，参照以下多个实验结果可知，在500°C 600°C的温度范围内表现出最佳的亲水性。
首先，为了根据本发明的超亲水化玻璃涂层的最佳化的实施例，实验中所使用的基板利用具有IOOmmX IOOmm的面积、0.7t厚度的钠I丐玻璃(Soda-Lime glass)。之后，在上述钠钙玻璃上形成氧化钛层(TiO2)，使溅射装置的功率维持在RF
4.3W/cm2,在100*%!! (Ar)气环境下维持3毫托(mtorr)的压力。之后，作为塑性热处理条件，在空气(Air)环境下以10°C /分钟的升温速度来增加温度，并在常温(Room temp或RT)、200°C、300°C、400°C、500°C、600°C时维持5分钟热处理时间，就可得到如同下述的实验结果。图2是表示在根据本发明的改善亲水性的方法中、在各热处理温度下的水接触角及铅笔硬度的变化的曲线图。首先，参照图2可知，在形成光催化剂涂层后，后热处理温度(°C)在500°C 600°C的温度范围内，水接触角成为30度以下。并且，可知，铅笔硬度维持7H 9H范围中的8H。这时，可知，在热处理温度小于500°C的情况下，如图所示，因水接触角大于30度，而亲水特性下降。并且，虽然未图示，但是在热处理温度大于600°C的情况下，水接触角为30度以上，有可能发生亲水特性下降、硬度也变差的现象。此外，在热处理温度大于700°C的情况下，对玻璃基板而言有可能发生变形。因此，大于600°C的热处理温度范围不够经济。因此，可以说，考虑根据本发明的表面硬度及亲水性，最佳热处理(Annealing)条件为 500 °C 600 °C。
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图3是表示在根据本发明的改善亲水性的方法中、随着各热处理温度下实施的紫外线照射而发生的水接触角的变化的曲线图。参照图3，在UV照射时间及光量低的条件下，未观察到一般的光催化剂物质的亲水性。但是，在本发明中，即使在根据随着热处理温度而发生的表面形态的变化，没有紫外线照射的室内条件下也体现出超亲水性，因此可以使以往光催化剂的应用极大化。特别是，参照图3可知，当根据本发明的热处理温度为500°C时，表示(水)接触角小于30度。因此，可知，根据本发明的表面形态处理，即使在没有照射UV的室内条件(UVOhr)下，也能提供优秀的超亲水化特性。此外，如图3所示，在热处理温度小于500°C的情况下，表示水接触角为30度以上，在热处理温度大于600°C的情况下，水接触角同样超过了 30度，由此可知，亲水特性下降。并且，参照图3可知，在本发明中，在I分钟 2小时的范围内调节UV照射时间的情况下，能够体现接触角为10度以下的超亲水性。以下，参照如同上述进行实验的试片的实际照片，察看根据本发明的超亲水化玻璃涂层的特性。图4至图6是表示在根据本发明的改善亲水性的方法中、随着热处理温度增加而发生的表面粗糙度的变化的截面照片。可知，通常根据表面形态的变化来观察超亲水特性，并且根据粗糙度的增加及多孔性结构的特性来分析接触角减少。在这里，首先参照图4，未执行热处理过程的氧化钛涂层的表面厚度表示为97.3nm 以及 98.3nm。因此，可见几乎没有显现出粗糙度以及结晶性，可知，在这种情况下并不显现亲水特性。
接着，参照图5，图5为在400°C下经过热处理的结果，在比较宽的区域内表示出109nm以及105nm的厚度差异，由此可以确认，几乎不显现亲水特性。此外，虽然未图示，但在大于600°C的700°C下进行热处理的结果，在比较宽的区域内表示出小于IOOnm的厚度差异，由此可以确认，几乎不显现亲水特性。相反，参照图6，图6为在本发明的600°C下进行热处理的结果，即使在密集的相邻区域内也表示出113nm以及107nm的厚度差异，由此可知，显现出高的表面粗糙度。因此，可知同样显现出高的亲水化特性。并且，以更加立体的结果来察看如同上述的截面变化的话如下。图7至图10是表示在根据本发明的改善亲水性的方法中、随着热处理温度增加而发生的表面粗糙度的变化的立体图像。图7表示在室温(RT)下没有执行热处理的结果，可得到与上述图4相同的结果。即，可以确认几乎不显现表面粗糙度，可知亲水化效果也随之变差。接着参照图8，图8为在400°C下进行热处理的结果，可知，虽然表示出表面形态变化，但因所显现的粗糙度并不高而使亲水性变差。虽然未图示，但大于600°C的700°C下进行热处理的情况下，可知，因所显现的粗糙度同样并不高而使亲水性变差。相反，图9以及图10表示的是分别在根据本发明的500°C以及600°C下进行热处理的结果，可见，所显现出的表面粗糙度高。图11是表示在根据本发明的改善亲水性的方法中、随着热处理温度而发生变化的表面粗糙度值的曲线图。参照图11，图11为在根据本发明的500°C以及600°C下进行热处理的结果，可知，所显现出的超亲水玻璃涂层的表面粗糙度在1.5nm以上的范围内。相反，在脱离上述范围的情况下进行热处理的结果，所显现出的超亲水玻璃涂层的表面粗糙度通常在1.5nm以下，参照图11，可知，在400°C下进行热处理的情况下，虽然超亲水玻璃涂层的表面粗糙度为1.5nm以上，但是并不至于对优秀的亲水性产生影响，在700°C下进行热处理的情况下，超亲水玻璃涂层的表面粗糙度(RMS)为1.5nm以下。如同上述，如果利用根据本发明的通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法，则不拘束于UV照射条件，并观察到30度以下的超亲水性，因而能够维持作为光催化剂的优秀的活性。并且，在亲水化处理后，表面硬度也不会发生变化，能够显现出维持7H以上的高强度特性。因此，根据本发明的超亲水玻璃涂层可作为可确保建筑物或者室外广告物等的清洁的外观的外饰材料等来容易扩张其应用范围，作为容易进行维护维修的超亲水涂层，可体现出自净效果。以上，以本发明的实施例为中心进行了说明，但在本发明所属技术领域的普通技术人员可实施各种变更或变形。在不脱离本发明所提供的技术思想的范围的情况下，应视为这些变更和变形属于本发明。因此，应根据所附的权利要求书来判断本发明的权利范围。
权利要求
1.一种通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法，其特征在于， 包括如下步骤: 在基板形成光催化剂物质层的步骤；以及 通过将上述形成有光催化剂物质层的基板加热至500°C 600°C以执行后热处理，并增加上述光催化剂物质层的表面粗糙度的步骤； 使上述光催化剂物质层的表面接触角成为30度以下。
2.根据权利要求1所述的通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法，其特征在于，形成上述光催化剂物质层的步骤以常温射频磁控溅射蒸镀方式来执行。
3.根据权利要求1所述的通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法，其特征在于，上述光催化剂物质层为氧化钛、氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化银、氧化铜、氧化钨、锌/锡合金氧化物、锡酸锌、氧化钥、氧化锌、钛酸锶、氧化钴以及氧化铬中一种以上的氧化层。
4.根据权利要求1所述的通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法，其特征在于，在上述基板以及上述光催化剂物质层之间还形成阻隔层。
5.根据权利要求1所述的通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法，其特征在于，上述后热处理的步骤执行I分钟 10分钟。
6.一种超亲水玻璃涂层，其特征在于，利用权利要求1至5中任一项所述的改善亲水性的方法，进行表面形态处理，以使表面粗糙度RMS达到1.5nm以上。
7.根据权利要求6所述的超亲水玻璃涂层，其特征在于，上述超亲水玻璃涂层的铅笔硬度为7H 9H。`
全文摘要
本发明涉及一种通过表面形态处理来改善涂膜的亲水性的方法及利用该方法制造的超亲水玻璃涂层，其特征在于，包括如下步骤在基板形成光催化剂物质层的步骤；以及通过将上述形成有光催化剂物质层的基板加热至500℃～600℃以执行1分钟～10分钟的后热处理，并增加上述光催化剂物质层的表面粗糙度的步骤；使上述光催化剂物质层的表面接触角成为30度以下。
文档编号C23C14/35GK103108979SQ201180044749
公开日2013年5月15日 申请日期2011年9月16日 优先权日2010年9月17日
发明者赵锦悉, 李东一, 裵一骏 申请人:乐金华奥斯有限公司