國內近期研究之彙整

為使本計畫案之研究方向具體可行，除上年度所彙集之文獻資料外，本年度 持續蒐集與彙整國內近年來在奈米塗料技術及相關檢測試驗方面之研究成果，摘 要說明如下：

一、奈米材料應用於水性水泥漆防水性之研究【6】

兼具環保、永續之高機能水性塗料為近年來塗料業界之發展趨勢，以往

市售水性塗料為達防水功能，常於塗料中添加對人體有害之介面活性劑，如 撥水劑等。本研究嘗試運用奈米材料之特性，藉以改善塗料之疏水性能，研 發出兼具環保性之防水塗層。

本文在奈米塗料之實驗規劃方面，係應用田口實驗設計法，建立奈米防 水塗層之控制因子水準配置表(如表 2-1)，選用水泥砂漿板為基材，於塗佈 市售水性水泥漆後，再噴塗奈米防水塗層，以接觸角量測數據，預估最佳配 比組合，而後再進行驗證實驗，以獲取奈米防水塗層之最佳參數設計。

表 2-1 控制因子水準配置表

編號 控制因子 水準1 水準2

A 奈米材料種類 TiO2 ZnO

B 奈米材料含量(wt %) 1 6

C 分散混合時間(min) 20 60

D 黏著劑含量(wt %) 3 8

E 噴塗距離(cm) 15 30

F 噴塗方向 水平向 垂直向

G 噴塗層數(來回) 1 3

(資料來源：參考書目【6】)

經由試樣實際檢測及再現性驗證結果，可獲得接觸角最高達 166°之超 疏水奈米塗層，其最佳配比組合為 A1、B2、C1、D2、E2、F2、G2，證實 奈米材料可有效改善塗料之防水性能。

二、奈米光觸媒功能檢測法之研究【7】

光觸媒材料具有除污、抗菌之能力已眾所皆知，然而在各國標準檢驗方 法尚未完全確立之際，國內缺乏一種比較精確、簡單且公正之測試方法以驗 證產品品質。本研究也認為目前光觸媒塗料之一般檢測方法存在一些盲點，

因此試圖利用光譜分析儀建立一種新的檢測方式，可用於判定可見光型光觸

媒材料及不可見光型光觸媒材料成分，並經由實際檢測結果之分析比較，評

本研究利用新穎奈米草技術，仿製蓮葉表面之微奈米構造，以製造超疏

B-ala Polybenzoxazine 濃度 (%)

四、建築設施空調節能設計新思維－市售隔熱漆產品遮熱性能之再思考【9】

位於熱帶與亞熱帶地區的建築物，如何有效降低太陽熱量進入建築物內 是節能的首要做法。目前市面上標榜具遮熱/隔熱性能之塗料品牌眾多，將 隔熱漆塗在建築物外表時，其能降低室內溫度的能力，各產品間也有頗大的 差異。本文旨在探討在建築物外表面塗上隔熱漆對室內溫度與室外表面溫度 之影響，主要針對基礎熱傳性質中之熱導係數、熱擴散係數與熱傳透率、反 射率與吸收率等進行了解，並對其隔熱能力之緣由透過理論探討與實驗驗證 提出解釋。

本文針對市售隔熱漆進行熱導係數、反射率之量測，並計算建築物外牆 塗佈隔熱漆前後之熱傳透率變化，以及外牆輻射能吸收率變化對表面溫度之 影響等。研究結果顯示，建築物外牆在塗佈隔熱漆之後，雖然對混凝土或磚 牆之熱傳透率的改善頗為有限，對鐵皮屋外牆之隔熱效果較佳，然而，整體 而言，確實可降低進入室內的熱量，主因在於該隔熱漆兼具隔熱與遮熱功 能，由於具有高的短波反射率及高的長波放射率，可大幅降低室外太陽輻射 熱傳入室內的量。另外，文中亦提醒隔熱塗料於施工作業中，加強附著力的 底漆與增加表面光滑度的面漆是必要的，有助於耐久性與耐候性的提升。

五、奈米自潔塗層技術與應用【10】

本研究以蓮花效應為基礎，利用奈米粒子表面改質技術及有機/無機混 成技術，增加塗層之耐磨程度及其與基材之附著強度，以達到高耐久、高防 污、超疏水性之奈米塗料。

由微觀蓮葉構造得知，當粗糙微結構加入疏水物質中時，將使塗層表面 達到超疏水現象。粗糙微結構之形成，係根據顏料體積濃度(Pigment Volume Concentration, PVC)之變化來控制其表面結構，其中 PVC 代表粉體佔全部(粉 體與樹脂)體積的比例。當 PVC 增加(即粉體量增加)至臨界值時，代表粉體 粒子正要突出塗層表面，當 PVC 超過臨界值後，即可製造出粗糙微結構表

面，此時塗層物性便產生重大變化。文中以 CaCO3 粉體為例，當添加於 PU-silicone 樹脂中，調整 CaCO3含量，其接觸角之變化如表2-4 所示，顯見 PVC 超過臨界值(約 6/4~7/3 之間)後，接觸角快速跳升，達到高疏水表面。

表 2-4 CaCO₃添加量與接觸角之關係

CaCO3/PU 0/10 1/9 2/8 3/7 4/6 5/5 6/4 7/3 8/2 接觸角 97 ﾟ 96 ﾟ 97 ﾟ 97 ﾟ 97 ﾟ 99 ﾟ 100 ﾟ 137 ﾟ 140 ﾟ (資料來源：參考書目【10】)

文中以人工合成方式製作超疏水性自潔塗料，藉由奈米粉體化學改質方 法，形成所需的表面有機官能化，接著將此奈米粒子進行微結構控制，形成 所需的奈米-微米表面，最後經由加入低表面能樹脂、壓克力或是環氧樹脂、

添加劑，並進行自組裝製程，仿造出如蓮葉般的特性，水接觸角高達160 度、

耐刷洗超過2000 次。

在自潔性測試上，採用三種塗料分別為自製塗料、市售水性乳膠漆、油 性水泥漆，以碳黑做為污染物，並以灑水方式進行測試，結果顯示自製塗料 經由20ml 水噴灑後，碳黑污物可完全被帶走，而水性乳膠漆及油性水泥漆 經由100ml 水噴灑後仍有許多碳黑殘留。

在防污功能及耐候性能試驗方面，選取自製雙疏型自潔塗料與數種市售 塗料，以戶外曝曬方式進行檢驗。防污功能方面，以亮度差ΔL 做為量測指 標，曝曬前後亮度差距越大，代表塗料附著較多之髒污。於耐候性能方面，

則以色差ΔE 做為量測指標，若塗料之耐候性較差，易產生黃變或光澤下降 現象，造成色差ΔE 值上升。經過 6 個月之戶外曝曬，試驗結果如表 2-5 所 示，由亮度差ΔL 值之差異，可證實該自製雙疏型自潔塗料確有自潔防污能 力，且優於市售塗料；色差ΔE 值之差異，亦證實該自製雙疏型自潔塗料之 耐候性能優於市售塗料，具有長時間自潔防污效果。

表 2-5 戶外曝曬防污耐候試驗結果

頂及外牆防水之創新奈米級防水材料，並檢測其各項性能，而由於塗料與基 材間之附著力為塗料之重要性質之一，研究內容中亦針對防水塗料與基材界 面之性質進行理論分析與測試，探討廣義附著力破壞現象。

由於水性塗料存在一些缺點，使其無法被廣泛應用，例如：懸浮穩定性 差、觸變性差、不耐老化等，而新功能之提升，包括抗菌、防污、耐洗刷性 等亦較溶劑型塗料差，因此，本案針對奈米矽氧顆粒進行表面改性，研發出 水性奈米塗料之製造方法，藉此增進防水塗層之自潔性、防霉抗菌、耐刷洗、

抗老化等性能。另外，文中針對水溶性之高分子防水塗料，歸納出建築物屋 頂及外牆防水塗料之功能性質及相關試驗規範，並選擇主要功能性質進行測 試，包括力學性質、耐光性與耐候性、鹽水噴霧試驗、以及附著性與附著強 度等，藉以比較本案研發之奈米塗料與一般市售防水塗料之差異性。

本案研發之水性奈米級防水塗料經過測試後，結果顯示已達預期特性 者，包括：斥水性、低表面能、耐鹼性、吸水率、附著強度、耐冷熱反覆性 等，需改善之性質則為：伸長率、抗拉強度、撕裂強度、耐酸性等。

八、塗裝材料耐久性試驗研究－戶外曝曬與加速劣化試驗方法之探討【13】

本計畫主要在進行塗裝材料耐久耐候性之試驗研究。研究內容包括：(1) 塗裝材料文獻之蒐集與整理，除對塗裝材料分類與常見劣化情形進行說明，

亦整理分類各種塗裝材料之試驗標準；(2)塗裝材料耐久耐候試驗，將常見 的壓克力樹脂漆、環氧樹脂漆、PU 樹脂漆、與防火漆四種塗裝材料運用於 碳鋼、水泥砂漿、與木材基材上，進行2000 小時的鹽霧與日光加速劣化試 驗及6 個月的自然曝曬劣化試驗，探討塗裝材料的耐久耐候性。

在塗裝材料耐久耐候試驗方面，摘要如下：

(一) 試驗方法：(1)鹽霧加速劣化試驗－中性鹽霧試驗，試驗時間共 2000 小 時；(2)日光加速劣化試驗－ASTM D6695 Cycle 2 試驗法，試驗時間共 2000 小時；(3)自然曝曬試驗－開放式曝曬架。

(二) 劣化分析：(1)鹽霧試驗－每 200 小時進行光澤度與色差分析，每 1000 小時進行腐蝕速率量測試驗與塗膜接觸角試驗，水泥砂漿試體每 1000 小時進行氯離子侵入深度與透水試驗；(2)日光加速劣化試驗－每 200 小 時進行光澤度與色差量測，每 1000 小時進行塗膜接觸角試驗；(3)自然 曝曬試驗－於第3 個月與 6 個月進行上述量測實驗。

(三) 試驗結果：(1)由鹽霧試驗發現，經 200 小時劣化後，裸鋼試片已嚴重腐 蝕，其他塗料對基材仍具良好的保護性能，惟防火漆碳鋼試片表面已有 剝離龜裂現象。(2)於日光模擬劣化試驗中，未塗裝及防火漆塗裝的木材 試片經200 小時劣化後，已從木紋處開裂，顯示防火漆已失去保護木板 的功能；(3)試驗前環氧樹脂塗膜的光澤度最佳，但經 200 小時日光模擬 劣化後，其光澤度驟降至30%以下，2000 小時後，表面有粗糙情形產生。