四乙基矽氧烷水解對超疏水薄膜性質之影響

Abstract

近年來，超疏水薄膜之應用和研究越來越受到重視。蓮花超疏水自潔之特性可藉由仿生技術套用到各個不同應用領域上。當雨滴在自潔薄膜表面自由滾動帶走髒污時，不僅可大幅減少薄膜表面清洗之次數，最終更能達到環保和省能的效果。目前的研究雖能使自潔玻璃表面達到超疏水性和高透光率，但由於薄膜的附著性和穩定性仍不足，仍無法廣泛應用。因此，本研究之重點在於加強自潔薄膜之附著性，使其能達到更長的使用期限。 本研究以溶膠凝膠法製備前驅混合溶液，再利用沉浸塗佈法將溶液塗佈於玻璃基板上形成薄膜。實驗上，在前驅混合溶液中添加奈米級SiO2顆粒作為等級化粗糙度之來源，並以四乙基矽氧烷(TEOS)水解所生成之矽醇扮演結構穩定性之角色，最後在薄膜表面塗佈一自組裝單分子PFOTS層使表面改質為低表面能而完成超疏水薄膜之製作。本研究分別針對水解水量、乙醇稀釋比例、水解初始pH值、水解時間、外加顆粒濃度等和TEOS水解有關之參數來討論薄膜性質之變化。實驗結果顯示，提高水解水量在高乙醇稀釋比例下，附著性略有提升，而在低乙醇稀釋比例下卻會導致附著性下降。隨著乙醇稀釋比例和外加顆粒濃度下降，附著性也會有顯著上升。若改變水解初始pH值和水解時間條件下，則會在某區間得到較佳的附著性。薄膜之附著性和四乙基矽氧烷水解所生成之矽醇濃度有關，混合溶液中的矽醇濃度越大越能提升其附著性，但同時也必須犧牲疏水性和透光率作為其代價。 以目前製程條件下，自潔薄膜可以達到水接觸角為157.46°，遲滯角3.74°，透光率近90 %，以及經過一輪750 ml的滴水試驗下，水接觸角差值僅有2.79°。顯示此薄膜可以同時達到自潔、透光、穩固附著之效果。