室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2)

全文

(1)室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 研究人員：曹源暉、厲娓娓. 內政部建築研究所自行研究報告中華民國 99 年 12 月.

(2)

(3) (國科會 GRB 編號). PG9904-0377 (本部計畫編號). 099301070000G2033. 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 研究人員：曹源暉、厲娓娓. 內政部建築研究所自行研究報告中華民國 99 年 12 月.

(4)

(5) 目次. 目. 次. 目次•••••••••••••••••••••••I 表次•••••••••••••••••••••••III 圖次•••••••••••••••••••••••V 摘要••••••••••••••••••••••VII 第一章緒論••••••••••••••••••••1 第一節研究緣起與目的•••••••••••1 第二節研究內容與方法•••••••••••3 第二章文獻回顧與現況探討••••••••••••7 第一節奈米材料在塗料之應用••••••••7 第二節近期研究之彙整與探討••••••••10 第三節本所材料試驗儀器設備建置現況••••17 第三章奈米塗料檢驗方法與標準••••••••••25 第一節塗料一般檢驗法•••••••••••25 第二節奈米塗料特性驗證標準••••••••37 第三節耐久耐候試驗方法••••••••••41 第四章奈米塗料耐久耐候性能試驗規劃•••••••45 第一節市售奈米塗料概況••••••••••45 第二節試驗項目與試驗規劃•••••••••47 第三節試驗方法綜整•••••••••••51 第五章結論與建議••••••••••••••••61. I.

(6) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 附錄一期中審查會議紀錄•••••••••••••63 附錄二期末審查會議紀錄•••••••••••••65 參考書目•••••••••••••••••••••67. II.

(7) 表次. 表. 次. 表 2-1 CaCO3 添加量與接觸角之關係•••••••••10 表 2-2 戶外曝曬防污耐候試驗結果••••••••••11 表 2-3 光觸媒塗層自淨功能之檢驗項目••••••••12 表 2-4 塗膜耐久耐候性試驗相關標準•••••••••14 表 3-1 膜厚測定方法••••••••••••••••29 表 4-1 試片規劃與編號•••••••••••••••51. III.

(8) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). IV.

(9) 圖次. 圖次圖 1-1 研究計畫流程圖•••••••••••••••4 圖 2-1 電磁屏蔽效率量測架構•••••••••••13 圖 2-2 VO 2 顆粒之 SEM 圖•••••••••••16 圖 2-3 鹽霧複合耐候試驗機－SUGA CTP-96•••••18 圖 2-4 氙弧燈式日光模擬機－SUGA X75SC•••••21 圖 2-5 能量分散式 X 射線螢光光譜分析儀•••••22 圖 2-6 掃描試電子顯微鏡(SEM) ••••••••••23 圖 2-7 色差計••••••••••••••••••23 圖 2-7 接觸角計•••••••••••••••••24. V.

(10) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). VI.

(11) 摘要. 摘. 要. 關鍵詞：奈米塗料、耐久耐候試驗、實驗室認證. 一、研究緣起自從奈米科技發展以來，一般認為奈米材料所具備之表面效應、小尺寸效應和量子隧道效應等特性，使其與常規材料之區別不僅是尺度上的不同，更重要的是在物理、化學性能方面的變化。因此，當奈米材料與技術應用於塗料後，應可期望展現出兩種用途目的：一是提升傳統塗料之性能，二是製造出具有新功能的奈米塗料。然而，如何就奈米塗料功能性之提升或新增方面進行驗證，其耐久耐候性能又如何等之產品品質問題，皆需進行探討。由經濟部工業局推動之「奈米標章」制度，目的即在確保奈米產品之品質與形象。奈米標章對奈米技術產品之驗證，主要重點包括產品的奈米性、功能性及其他要求等三部份，另外，產品的耐久性亦須符合產業的一般要求。台灣屬於海島型氣候，並位處亞熱帶與熱帶交接區域，建築物長期處在高鹽分、高溫、潮濕與日照強烈的條件下，使得建材老、劣化情形加速。國內外目前已研發出的許多功能性奈米塗料，當其應用在台灣地區這樣的氣候條件之下，其耐久耐候性能如何，在長時間的環境作用力下，能保有幾成之功能性，皆值得進行探討與了解。然而，建材戶外曝曬試驗所需之劣化過程往往達數年之久，無法滿足業界研發需求，因此本研究以加速劣化試驗進行探討，藉由劣化前後各種材料特性之差異性分析，評估材料的耐久耐候性能，期能建立奈米塗料耐久耐候性能試驗方法及評估基準，提供產業界進行產品研發之參考，同時亦可逐步建立實驗室之檢測與驗證能力。. 二、研究方法及過程本研究之目的在於搜尋與瞭解國內產學研界在奈米塗料方面之技術發展現況，彙整國內外奈米塗料相關之檢驗方法與評估標準，最後，配合本所材料 VII.

(12) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 實驗中心已建置完成之儀器設備，針對市售用於戶外之奈米塗料進行耐久耐候性能檢驗，除建立材料實驗中心相關試驗之標準程序，做為未來實驗項目認證之基礎外，並藉以初步探討奈米塗料耐久耐候性能評估基準。本案基於人力之限制，將分為二年進行研究，第一年著重在試驗標準蒐集及試驗規劃與儀器調校整備，第二年將執行試樣製作及試驗執行與分析，並建立標準試驗程序。研究內容綜整如下：第一年： (一) 蒐集、彙整國內奈米塗料之發展與應用現況，了解各種功能性奈米塗料之特性、用途與施工方法。 (二) 蒐集、彙整國內外適用於塗料之相關試驗方法與檢測標準。 (三) 規劃本案之耐久耐候試驗計畫，檢討試驗項目與評估方法。 (四) 試驗相關之儀器設備調校與整備。第二年： (一) 試驗樣品製作。 (二) 利用本所材料實驗中心相關實驗設備進行檢測，評估奈米塗料之耐久耐候性能。 (三) 建立奈米塗料耐久耐候性試驗之標準程序，並初步探討奈米塗料耐久耐候性評估基準。 (四) 規劃與研擬未來本所於創新營建材料領域相關之研發議題。三、重要發現 (一) 蒐集國內奈米塗料之發展與應用現況，了解各種功能性奈米塗料之特性、用途與施工方法；並完成國內外適用於塗料之相關試驗方法與檢測標準之彙整。 (二) 就奈米標章中，有關塗料功能性之要求，完成本所材料實驗中心目前可執行檢驗項目之探討，包括奈米性檢測、耐候性試驗、自潔抗污性檢驗、黏 VIII.

(13) 摘要. 著性試驗等。 (三) 有關光觸媒塗料性能之檢測，奈米標章檢驗標準中多採用 UV 燈為光源，能否使用氙弧燈光源替代，尚需於後續之實驗研究過程中，進一步瞭解與探討。 (四) 現有奈米標章中，已制定之檢驗規範及已取得標章之產品多屬衛生器具、紡織品類，功能性奈米塗料之檢驗規範仍有待加強。而有關塗層產品之檢驗標準多為自潔防污、抗菌除臭等項目，針對市售或研究單位研發具防水、隔熱、控溫等功能性塗料之測試方法仍付之闕如，有待進一步建立檢驗標準。四、主要建議事項短期之建議－加強實驗人力培育工作、建立儀器設備之檢測與校正能力。主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：相關學術團體本年度之研究已依據 CNS 及 ASTM 等標準，以及奈米標章檢驗標準，完成奈米塗料相關試驗方法之彙整與探討，下年度應即著手進行相關實驗研究工作，藉此培育本所材料實驗中心之實驗人力，並建立實驗中心之檢測技術。. IX.

(14) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). X.

(15) 摘要. ABSTRACT Keywords：nano-painting、durability test、laboratory Accreditation. 1. OVERVIEW Since nano science and technology was developed in 1980, researchers believe that nano-materials possess some characteristics such as surface effect, small-size effect and quantum tunnel effect. These effects make nano-materials differ from traditional material not only on the content of constitutions; the more important things are the change in physics and chemical properties. When nano technology was applied in painting material, we expect that nano paint could show up two purposes － performance improved and new functions created. However, the improved performance and new functions as well as the durability need to be verified by experiments. In this research we are going to conduct some experiments for the nano paint by using the related instruments of Material Laboratory. 2. METHOD The purpose of this research lies in searching and understanding the current development of nano paint in domestic industry, and collects the related testing methods and assessment procedures. And then a lot of experiments will be conducted in the laboratory. The whole program will be accomplished in two years. In the first year we have finished collecting testing methods and planning schedule of the experiments. While in the second year we will conduct those experiments and establish the assessment method of nano paint. 3. SIGNIFICANT RESULTS Collect the development of nano paint in domestic industry and realize the various kinds of functionality and painting method of these so call “nano paint”. Finish gathering together the relevant test methods and standard suitable for the. XI.

(16) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). coating. 4. RECOMMENDATIONS Direct feasible recommendation: Strengthen training of experiment manpower. Establish ability of test and calibration technique. Auspices: the Architecture and Building Research Institute, Ministry of the Interior Collaborator: related associations. XII.

(17) 第一章緒論. 第一章緒論第一節. 研究緣起與目的. 奈米科技是 1980 年代末期迅速崛起之前瞻科技，它是一項深刻影響社會經濟發展的重大技術，促使幾乎所有工業領域產生一場革命性的變化，也因此受到各開發國家高度的關注。在 2000 年初，美國著手推動設立「國家奈米科技創新計畫(National Nanotechnology Initiative, NNI)」，進行奈米相關科技的研發，並列為聯邦研發科技重點之一。日本政府於 2001 年的科技基本計畫中，將奈米材料和奈米技術列為科技發展重點項目。大陸地區自 2000 年成立奈米技術中心後，即擬訂「奈米科技發展綱要」五年策略，並已發展出南、北兩大奈米發展中心。歐洲各國對奈米科技的投入更是不遺餘力，結合政府與企業出資合作，從事相關研究發展工作【1】【2】。我國則是在 2002 年由國科會等 25 個單位代表組成奈米國家型科技計畫工作小組，推動為期六年之「奈米國家型科技計畫」，如今已進入第二個六年期計畫。針對奈米國家型科技計畫中，有關傳統產業奈米應用技術發展項目，本所於 2004 年起，在「創新營建材料研發計畫」中，將奈米技術應用於營建產業列為研發重點之一，並已陸續執行多項與奈米塗料(膜)相關之技術研發工作。塗料通常由成膜物質、顏料、溶劑、助劑等成分組成，塗料的使用有兩個基本目的，即當塗料在被塗物表面形成薄膜後，可對被塗物產生保護作用，其亮麗的光澤與顏色則有美化效果。而所謂功能性塗料係指對某物體進行塗裝後，賦予該物體原先不具備之新功能的塗料，例如耐熱、絕緣、防水等性能，皆可以少量之塗料滿足被塗物特殊功能之需求，一般傳統塗料在經由不同化合物組成及配方後，可適當呈現塗料所需之功能性。而自從奈米科技發展以來，一般認為奈米材料所具備之表面效應、小尺寸效應和量子隧道效應等特性，使其與常規材料之區別不僅是尺度上的不同，更重要的是在物理、化學性能方面的變化。因此，當奈 1.

(18) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 米材料與技術應用於塗料後，應可期望展現出兩種用途目的：一是提升傳統塗料的性能，二是製造出具有新功能的奈米塗料。然而，就在產業界相繼投入開發奈米塗料之際，如何就奈米塗料功能之提升方面進行驗證，以及針對其耐久耐候性能進行檢測，其驗證、檢測之標準又如何訂定等等之產品品質問題，實亦需作同步之探討。國內在奈米國家型科技計畫的架構下，推動「奈米標章」制度，由經濟部工業局主辦，目的即在確保奈米產品之品質與形象，保障民眾消費權益，進而促成國內奈米產業之健全發展。目前奈米標章推行委員會已制定完成 29 項驗證規範(其中 3 項為塗料之驗證規範)，有 22 家廠商取得奈米標章(其中 4 家為塗料產品)，並有 11 間登錄實驗室(主要為奈米尺寸量測、抗菌率、脫臭率、耐磨耗)。奈米標章對奈米技術產品之驗證，主要重點包括產品的奈米性、功能性及其他要求等三部份，其中奈米性在確認是否為奈米技術產品，功能性在檢驗產品是否有增加新功能或增強原有功能，其他要求則包括產品安全等。另外，產品的耐久性亦須符合產業的一般要求【3】。由於台灣屬於海島型氣候，並位處亞熱帶與熱帶交接區域，建築物長期處在高鹽分、高溫、潮濕與日照強烈的條件下，加上許多人為的環境污染，使得建材老、劣化情形加速。雖然國內外目前已研發出許多功能性奈米塗料，例如防污性、防水性、隔熱性等奈米塗料，當應用在台灣地區這樣的氣候條件下，其耐久耐候性能如何，在長時間的環境作用力下，能保有幾成之功能性，皆值得進行探討與了解。一般而言，建材之耐久耐候性能評估，最直接的方法為戶外曝曬試驗，將待測材料置於戶外環境中，藉由大自然的日照、降雨、溫溼循環等環境作用力自然劣化，試驗結果可真實反應材料用於當地環境下耐候性能。然而，戶外曝曬試驗所需之劣化過程往往達數年之久，不同區域之氣候與環境條件亦有差異，在材料科技日進千里的今日，無法符合業界實際需求，因而有發展加速劣化試驗的必要性，將待測材料放置於比一般氣候更嚴苛的環境條件中，藉由劣化前後各種材料性質之差異性分析，評估材料的耐久耐候性能，目前國內外之規範標準與文獻. 2.

(19) 第一章緒論. 著述均有相關的試驗法則，惟加速劣化的評估結果與該材料在一般氣候環境下的劣化情形，尚無法有明確的對應關係，僅能用於特定測試條件下，不同材料間之耐久耐候性能比較。本所材料實驗中心於 97 年起正式營運，其中建置許多與材料耐久耐候性實驗及奈米性檢測之相關設備，包括鹽霧複合耐候試驗機、氙弧燈式日光模擬機等劣化試驗設備，以及壓汞孔隙量測儀、電子顯微鏡、BET 比表面積分析儀、色差儀、光澤度計、接觸角計等分析設備，此時此刻正可投入此領域之研究與檢測工作，對相關奈米塗料進行測試與驗證，建立奈米塗料耐久耐候性試驗方法及評估基準，提供產業界進行產品研發之參考，同時亦可逐步建立實驗室之檢測與驗證能力。. 第二節. 研究內容與方法. 自奈米技術及奈米材料問世以來，「奈米」象徵著先進科技的產物，市場上各類型的奈米產品日益增多，在塗料相關產品方面也不例外。以奈米的定義而言，奈米塗料應滿足兩個條件：(1)至少有一相顆粒尺寸為 1~100nm；(2)由於奈米晶相的存在，塗料性能能顯著提高或具備新功能。因此需導正的是，並非用了奈米材料的塗料都是奈米塗料，也並非性能很好的塗料就是奈米塗料。奈米技術及奈米材料應用於塗料之中，一則欲提升傳統塗料之性能，包括施工性、耐候性及力學性等，二則欲製成新功能性塗料，包括隔熱、抗菌、電磁屏蔽等。本研究之目的在於搜尋與瞭解國內產學研界在奈米塗料方面之技術發展現況，彙整國內外奈米塗料相關之檢驗方法與評估標準，最後，配合本所材料實驗中心已建置完成之儀器設備，針對市售用於戶外之奈米塗料進行耐久耐候性能檢測，除建立材料實驗中心相關試驗之標準程序，做為未來實驗項目認證之基礎外，並藉以初步探討奈米塗料耐久耐候性能評估基準。本案基於人力之限制，將分為二年進行研究，第一年著重在試驗標準蒐集及試驗規劃與儀器調校整備，第二年將執行試樣製作及試驗執行與分析，並建立標 3.

(20) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 準試驗程序。研究內容綜整如下，計畫工作流程則如圖 1-1 所示。第一年： (一) 蒐集、彙整國內奈米塗料之發展與應用現況，了解各種功能性奈米塗料之特性、用途與施工方法。 (二) 蒐集、彙整國內外適用於塗料之相關試驗方法與檢測標準。 (三) 規劃本案之耐久耐候試驗計畫，檢討試驗項目與評估方法。 (四) 試驗相關之儀器設備調校與整備。第二年： (一) 試驗樣品製作。 (二) 利用本所材料實驗中心相關實驗設備進行檢測，評估奈米塗料之耐久耐候性能。 (三) 建立奈米塗料耐久耐候性試驗之標準程序，並初步探討奈米塗料耐久耐候性評估基準。 (四) 規劃與研擬未來本所於創新營建材料領域相關之研發議題。. 初擬計畫目標. 資料蒐集彙整. 試驗規劃與準備. 評估方法探討. 研擬課題方向. 試驗執行與記錄. 試驗結果分析建立標準程序. 完成成果報告. 圖 1-1 研究計畫流程圖 4.

(21) 第一章緒論. (資料來源：本研究繪製). 在文獻資料收集方面，首先針對奈米材料之應用及奈米塗料之功能性進行說明；並參考塗料一般檢驗方法與奈米標章驗證規範之要求，彙集成本研究所需之試驗方法與標準，做為後續試驗之參考；另外，匯集本所歷年來在奈米材料與技術方面與相關耐久耐候試驗方面之執行成果，以及國內相關之研究內容，闡述目前國內之研究現況，最後就本所現有耐久耐候試驗相關儀器設備之性能進行說明。在耐久耐候試驗之規劃與執行上，先就本研究擬採用之試驗規範或標準進行說明，其次規劃試驗內容、步驟與試件數量，藉由試驗之執行，建立本實驗中心耐久耐候性能之試驗能力，並初步探討建材耐久性試驗評估指標。在試驗標準程序之建立方面，依循實驗室認證之相關規範，將試體準備、試驗過程、劣化前後之分析工作、以及試驗報告之產出等試驗內容予以文件化，建立標準作業程序；另針對試驗設備之維護保養與校正作業等，建立適宜之履歷制度。最後，因本所從民國 100 年起，將執行「建築先進技術創新開發與推廣應用計畫」中程科技計畫，其中將賡續推動創新營建材料研發子計畫，故在本研究案執行過程中，將蒐集國內外近年來在奈米科技方面之研發概況，用以規劃與研擬未來營建材料相關之研發議題。本研究計畫之預期成果與效益如下： (一) 瞭解奈米塗料之產製與應用現況，以及各項功能性之研發進程。 (二) 建立室外型奈米塗料之耐久耐候性能試驗及評估方法。 (三) 提升本所在建材耐久耐候性試驗之技術與能力，並以建立材料實驗中心耐久耐候性試驗方法為目標。. 5.

(22) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 6.

(23) 第二章文獻回顧與探討. 第二章文獻回顧與現況探討. 第一節. 奈米材料在塗料之應用. 1.1 奈米塗料定義奈米(nanometer, nm)為長度單位，1 nm = 10-9 m。在奈米尺度中，物質因量子尺寸效應及表面效應，而展現出許多特殊的物理與化學性質，而如何將物質微小化到奈米尺度，讓它產生很好應用的特性與機能，就是所謂的「奈米技術」。奈米塗料主要是由奈米材料與有機塗料合成之複合材料，一般而言，在定義上應具備兩個基本條件：(1)至少有一相之顆粒尺寸為 1~100nm；(2)由於奈米晶相的存在，塗料性能能顯著提高或具備新的功能。廣義上，奈米塗料還包括材料中含有奈米晶相的金屬奈米塗層材料，以及經奈米粒子之間的熔融、燒結複合得到的無機奈米塗層材料。惟當奈米材料與技術應用於塗料後，應可期望展現出兩種用途目的：一是提升傳統塗料之性能，二是製造出具有新功能的奈米塗料。奈米塗料有許多種類，性能也有許多不同之處，奈米技術因其獨到的性能而備受關注，世界各國也都投入相當經費進行塗料技術的創新研發，國內奈米塗料則主要集中在建築外牆塗料的耐候性及內牆塗料的抗菌性、耐沾汙等功能。奈米粒子所具備的特殊性能，可能使塗層的光學性能、磁性能、電性能、力學性能等大大提升，因此奈米塗料的研究可望成為塗料研究的重點。. 1.2 奈米材料由於奈米材料顆粒極小，比表面積甚大，導致奈米材料具有傳統材料所不具備之特殊性質，例如表面效應、小尺寸效應和量子隧道效應等特性，從而使奈米材料具有微波吸收性能、高表面活性、特殊光學性質、催化性質等。然而，並非所有的粉體粒子達到奈米化就能產生此特殊之功能性，且不同的奈米材料混入不同成份的塗料中，因極性、表面狀況不同，亦會有不同之影響。以下簡述幾種應. 7.

(24) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 用於塗料之奈米材料特性，包括：奈米碳酸鈣粉體、奈米矽氧化物、奈米二氧化鈦、奈米氧化鋅等【1】。 (一) 奈米碳酸鈣(CaCO3)粉體奈米碳酸鈣係指化學合成碳酸鈣的粒徑在 1~100nm 範圍內的產品，為 1920 年代開發出的新型超細固體材料，其晶體結構和表面電子結構因奈米化而發生變化，在磁性、催化性、光熱阻等方面與常規材料相比之下，顯現出優越之性能。在塗料工業中，奈米碳酸鈣不僅可做為增白的填料，還具有補強作用。 (二) 奈米矽氧化物(SiOx) 奈米 SiOx (x=1.2~1.6)係由矽或有機矽的氯化物高溫水解生成的白色超細微粉末，表面帶有羥基，粒徑通常為 20~60nm，化學純度高、分散性好、比表面積大，是一種無毒、無味、無污染的無機非金屬材料，具有很高的活性，以及獨特的光學特性，對中波紫外光(UVB, 280~320nm)及短波紫外光 (UVC, 200~280nm)之反射率在 70~85%之間。在塗料應用中，奈米 SiOx 可提供防結塊、防流掛、乳化、消光性、觸變性等功能，提升塗料之耐刷洗性及耐候性，亦可大幅提高塗膜與被塗物之結合強度、增加塗膜硬度，同時提升表面自潔能力。 (三) 奈米二氧化鈦(TiO2) TiO2 有板鈦礦、金紅石和銳鈦礦等三種晶型，其中金紅石型和銳鈦礦型 TiO2 應用較廣泛。奈米 TiO2 的粒徑為普通鈦白粉的 1/10，與常規材料相比，奈米 TiO2 具有比表面積大、磁性強、光吸收性佳、表面活性大、熱導性好、分散性佳等優點，用於塗料工業時，能提高塗料的抗老化性能，且因具有光半導體性質，能進行各種光催化反應，以及殺菌、除臭等功效。 (四) 奈米氧化鋅(ZnO) 奈米氧化鋅對紫外線的防護功能比奈米二氧化鈦要強，同時具有殺菌、抑菌的功能，性能穩定、對人體無害。 8.

(25) 第二章文獻回顧與探討. 1.3 奈米塗料之功能性奈米材料在塗料工業之應用可分為兩方面說明：(1)做為塗料之改質助劑，利用奈米粒子之高比表面積及高表面活性，改良塗料之流變性；利用奈米粒子與基材間之強大結合力，改良塗層之力學性能；利用奈米粒子之光吸收性，改良塗層之耐候性。(2)開發特殊功能性塗料，利用奈米材料之光吸收性、反射性、催化性等特質，賦予塗料自潔防污、防霉抗菌、隔熱調溫、電磁屏蔽等新功能【4】。以下簡要說明奈米塗料之幾項主要功能。 (一) 力學性能塗料中加入奈米 SiO2、CaCO3 等助劑，可以大幅提高塗層的耐磨性、硬度、強度及韌性等力學性能，可用於易磨損、易腐蝕金屬部件等的保護，有效延長產品的使用壽命。 (二) 耐候性能一般戶外用塗料因紫外光破壞基材之鍵結，導置發生褪色、失去光澤及粉化之耐候性問題，將對於紫外線有較強吸收能力的奈米粒子，例如奈米 TiO2、SiOx、ZnO 等顆粒，填充於塗料之中，可顯著提高塗料的紫外線吸收性，從而提高戶外用塗料的耐候性能。 (三) 自潔防污材料疏水性的高低可藉由接觸角的大小來判別，一般疏水性材料與水的接觸角約在 90~115 度之間。研究學者藉由微觀觀察蓮葉構造後，發現形成超疏水自潔表面，除包含疏水性化學物質外，更重要的是具備物理性之微細起伏的粗糙構造，與水的接觸角可達 150 度，此即一般所稱之「蓮花效應」。採用奈米技術可製成奈米介面塗料，其塗膜介面為既疏水又避油的超雙疏性介面，將其塗在建築材料上，任何油質、水、灰塵等都不會存留於表面【5】。 (四) 隔熱調溫性能利用奈米粒子對紅外線反射性能可製成隔熱塗料，用於玻璃幕牆、金屬牆板等的隔熱效能。而另一方面，研究學者亦發現二氧化釩(VO2)可利用溫 9.

(26) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 度差異來調節近紅外光(Near Infrared Ray, NIR)的穿透量，使得夏天溫度升高時，能阻擋紅外線的繼續射入，而在冬天溫度降低時，則不反射紅外光，達到控溫之目的。. 第二節. 近期研究之彙整與探討. 為使本計畫案之研究方向明確，成果具體可行，彙整本所近年來在奈米塗料技術及耐久耐候試驗方面之研究成果，以及國內學業界在相關領域之研究與論述，摘要說明如下：. 一、奈米自潔塗層技術與應用【5】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 2-1 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 2-1 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. 97 ﾟ. 96 ﾟ. 97 ﾟ. 97 ﾟ. 97 ﾟ. 99 ﾟ. 接觸角. (資料來源：參考書目【5】) 10. 6/4. 7/3. 8/2. 100 ﾟ 137 ﾟ 140 ﾟ.

(27) 第二章文獻回顧與探討. 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 2-2 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 2-2 戶外曝曬防污耐候試驗結果產品名稱. 試驗前接觸角. 戶外曝曬 6 個月後接觸角. 亮度差ΔL. 色差ΔE. MCL 雙疏型塗料. >155. >155. 0.4. 0.9. 市售自潔塗料. 144. 150. 10.2. 10.4. 市售乳膠漆. 90. 10. 8.2. 8.2. 市售油性水泥漆. 82. 58. 4.6. 7.2. 市售水性水泥漆. 80. 80. 7.7. 8.3. (資料來源：參考書目【5】). 11.

(28) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 二、奈米技術應用於建築物表面自淨功能【6】本案研擬光觸媒塗層自淨功能之檢驗項目，包括檢驗項目訂定、標準檢驗法及耐久性要求，以提供業界做為品質控制之參考。另一方面，於本所台南性能實驗中心之玻璃帷幕及鋁板牆實作塗佈光觸媒塗層，記錄施工前狀況及現地噴塗過程，並於完工後半年進行抗污檢驗、親水性檢驗及現地色差檢驗，以評估光觸媒塗層之效能。文中擬訂之室內檢驗項目計有 6 項，如表 2-3 所示，並述明檢驗目的及檢驗步驟。現地檢驗則包括：長期抗污檢驗、親水性檢驗及色差檢驗。. 表 2-3 光觸媒塗層自淨功能之檢驗項目項目. 檢驗名稱. 主要儀器設備及耗材. 檢驗目的. 1. 接觸角. 接觸角量測儀. 檢驗塗層接觸角之變化. 2. 色差. 色差量測儀. 檢驗塗層自淨功能. 3. 耐酸性. 濃度 5%硫酸溶液. 檢驗塗層之耐酸性. 4. 耐鹼性. 濃度 5%無水碳酸鈉溶液. 檢驗塗層之耐鹼性. 5. 耐鹽水性. 濃度 3%氯化鈉溶液. 檢驗塗層之耐鹽水性. 6. 耐反覆升降溫. 烘箱. 檢驗塗層之耐溫性. (資料來源：參考書目【6】) 三、建築物屋頂奈米級防水塗膜材料之開發應用【7】本案選用水溶性聚合材為研究對象，以奈米技術研發製造用於建築物屋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 12.

(29) 第二章文獻回顧與探討. 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。. 四、改質奈米塗料油漆對電磁波屏蔽之研究【8】由於通訊系統操作頻率越來越高，電磁波輻射的問題日益嚴重，困擾著人們的健康與生活，而抵抗電磁波的材料可分為兩種：屏蔽材料及吸波材料，其中屏蔽材料是目前有效的阻隔或衰減電磁波的方法，可以避免電磁干擾問題。本研究便以奈米碳管(CNT)為電磁屏蔽複合材料的基材，將其混入油漆塗料裡，並參雜加入活化劑(SDS)，使奈米碳管在油漆塗料中能夠更均勻的分散，進而探討此複合塗料在電磁屏蔽方面的效果。當材料屏蔽的輻射源為遠場平面電磁波時，電場與磁場在空間中的分佈比值一定，故依照電場或磁場量測的屏蔽效果相同。本研究遂以材料對電場強度的屏蔽效率來表示電磁屏蔽效率(SE)。量測設備包括：網路分析儀、50 歐姆阻抗匹配電纜線兩條、夾具一組，如圖 2-1 所示。. 圖 2-1 電磁屏蔽效率量測架構 (資料來源：參考書目【8】) 13.

(30) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 當奈米碳管/油漆(CNT/paint)之複合材料加入 SDS 且有液態球磨下，由 SEM 圖可以看出奈米碳管的分散性有明顯改善，經由網路分析儀量測得知，能夠大幅提升電磁波屏蔽效應，且當奈米碳管的比例越高時，所測得的電磁波屏蔽效應越好。. 五、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【9】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。 CNS 11607 中規範了塗膜硬固後的耐久耐候性質試驗，包含了加速劣化的鹽水噴霧試驗、利用氙弧燈或碳弧燈照射塗膜的加速耐候性試驗、長期自然曝曬耐候性試驗等。表 2-4 為耐久耐候性質相關標準與名稱。. 表 2-4 塗膜耐久耐候性試驗相關標準試驗項目. 中性鹽霧劣化試驗. 自然曝曬試驗加速耐候性及耐光性試驗. ASTM CNS 其他國際組織美國材料試驗中國國家標準試驗標準學會標準 CNS 11607 CNS 8886. ASTM B117. CNS 11607. ASTM D1006. JIS K5600-7-6 ISO 2810. CNS 11607 CNS 11232. ASTM D6695. JIS K5600-7-7 ISO 11341. (資料來源：參考書目【9】). 塗裝材料耐久耐候試驗規劃方面，摘要如下： 14. JIS K5600-7-1 ISO 7253 ISO 9227.

(31) 第二章文獻回顧與探討. (一) 試件規劃 1. 塗料種類：採用壓克力樹酯漆、環氧樹酯漆、PU 樹酯漆、防火漆。 2. 基材：(1)碳鋼－ASTM A36，鹽霧及自然曝曬試驗採用 100×150×6 mm 之試片，日光模擬試驗採用 70×150×6 mm 之試片；(2)水泥砂漿－水灰比 0.45，水泥與砂之比為 1：3，自然曝曬試驗與氯離子試驗採用直徑 10cm、高 20cm 之圓柱試體，日光模擬與鹽霧劣化試驗採用 70×150×6 mm 之平板試片；(3)木材－選用杉木，試片尺寸 70×150×6 mm。 (二) 試件處理：(1)碳鋼－噴砂除銹、編碼、秤重、塗裝；(2)水泥砂漿－以手刷方式均勻於試體表面塗刷 3 次；(3)木材－砂紙磨平後，進行手刷塗裝及乾燥後砂紙砂磨共 3 次。 (三) 試驗方法：(1)鹽霧加速劣化試驗－CNS 11607 第 3.1 節、ASTM B117 中性鹽霧試驗，試驗時間共 2000 小時；(2)日光加速劣化試驗－CNS 11607 第 3.8 節、ASTM D6695 Cycle 2 試驗法，試驗時間共 2000 小時；(3)自然曝曬試驗－CNS 11607 第 3.9 節、ASTM G50 開放式曝曬架 (四) 劣化分析：(1)鹽霧試驗－每 200 小時進行光澤度(CNS 10756-1 第 7 節)與色差(CNS 10756 第 5 節)分析，每 1000 小時進行腐蝕速率量測試驗(ASTM G1 重量損失法與電化學之交流阻抗法)與塗膜接觸角試驗(ASTM D5725)，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。 (五) 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。 15.

(32) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 六、使用奈米二氧化釩於建築材料中調溫性能之研究【10】根據調查，在住宅及商業用電所消耗的電力中，近 80-90%是來自空調與照明系統的耗損，因此，開發一種能有效阻隔近紅外線，並具有高可見光穿透率的功能性塗料，將可達成節能與美觀的雙重指標。本案旨在製備二氧化釩(VO2)粉末(如圖 2-2)，將其摻入透明塗料並塗佈於玻璃基材上，使於特定溫度能達到「抵抗紅外線」之效用。. 圖 2-2 VO2 顆粒之 SEM 圖 (資料來源：參考書目【10】) VO2 為一種具有金屬-絕緣體轉換（Metal-insulator Transition, MIT）變化的材料，這種 MIT 的性質會在特定的溫度時，晶體結構發生變化，使其由半導體變成導體，VO2 正屬於此類物質，其相轉變溫度 Tc 為 68°C。在溫度低於 Tc 時為半導體材料，其電子雲分佈較稀疏，紅外光(Infrared Ray, IR)可以穿透，當溫度高於 Tc 時為導電相，其電子雲分佈較緊密，以致 IR 光無法有效穿透。惟 VO2 的相轉變溫度 Tc 距離室溫還有一段距離，藉由加入其他金屬離子(例如 W6+)，可使 VO2 的 Tc 降至室溫附近。實驗結果顯示，塗有本案配製 VO2 之玻璃片的實驗環境箱可降低溫度約 15°C，未來期望 VO2 塗料可運用在玻璃表面或其他建築材料，經由控溫功能可使建築物達到節能效果。. 16.

(33) 第二章文獻回顧與探討. 第三節. 本所材料試驗儀器設備建置現況. 為能執行奈米塗料耐久耐候試驗，達到試驗室認證需求，本所現有試驗儀器與設備之性能必須符合相關試驗標準之要求。一、鹽霧複合耐候試驗機－SUGA CTP-96 (如圖 2-3) (一) 功能用途：模擬海域氣候環境，進行各種材料之加速劣化試驗，具備鹽水噴霧、乾燥、濕潤、浸漬及外氣導入等功能，以觸控式螢幕設定自動循環運轉程序。 (二) 性能規格：CNS 8886 鹽水噴霧試驗法、ASTM B117 Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus、ASTM G85 Standard Practice for Modified Salt Spray (Fog) Testing。裝置項目. 噴霧室. 試驗規範要求 (CNS 8886 鹽水噴霧試驗). SUGA CTP-96. 1. 噴霧裝置能在試片上均勻 1. 噴霧方式：噴霧塔，鹽霧噴霧。於試片表面分佈均勻。 2. 容積 0.2m3 以上。 2. 試驗槽淨尺寸為長 96×寬 3. 不得使用對腐蝕有影響之 61×高 86 cm。材料。 3. 槽內部採不銹鋼板片。 4. 噴霧以自由落下為原則，不 4. 噴霧方向可調整。直接朝向試片。. 試片應能固定於所定角度(例具備固定試片之支架。如與垂直線成 20±5°)。取樣面直徑 10cm、面積約噴霧量：1~2ml/80cm2/h。噴霧液取樣容 80cm2 之容器，至少兩處；每器小時平均收集 0.5~1.5 mL。試片支架. 1. 溫度測定位置須距槽壁 1. 控制溫度範圍+10℃~70 100mm 以上。 ℃，精度±1℃以內。溫度調節設備 2. 保溫設備，精確度±2℃。 2. 濕度設定範圍 0~95%、精 3. 溫溼度由外面讀取。度±5%以內。 1. 壓力 0.07~0.17 MPa，最適 1. 噴霧壓力：0.098±0.0025 壓縮空氣供給壓力 0.098±0.010 MPa。 MPa。設備 2. 噴霧噴出時之相對溼度為 95~98%。空氣飽和器. 去除水及空氣中的不純物。. 其他. 1. 排氣及排水裝置。 2. 試驗用含鹽液貯槽. 1. 具排氣及排水裝置。 2. 具噴霧液槽約 20L。 17.

(34) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 圖 2-3 鹽霧複合耐候試驗機－SUGA CTP-96 (資料來源：本研究拍攝). 二、氙弧燈式日光模擬機－SUGA X75SC (如圖 2-4) (一) 功能用途：模擬建材在日光照射環境下之加速劣化試驗，具備照射、照射及降雨、黑暗、黑暗及結露等功能，以觸控式螢幕設定自動循環運轉程序。 (二) 性能規格－CNS 11232 氙弧燈式耐光性及耐候性試驗器、ASTM G155 Practice for Operating Xenon-Arc Light Apparatus for Exposure of Nonmetallic Materials。裝置項目. 18. 試驗規範要求 (CNS 11232 氙弧燈式耐光性及 SUGA X75 Super Xenon 耐候性試驗器). 試驗槽. 內壁材料應採用 304 不銹鋼或經耐蝕處理之 A1100P 鋁板。. 發光部份. 1. 氙弧燈：詳附註表 1。 2. 光學濾光罩：詳附註表 2。. 1. 氙弧燈為 7.5KW，水冷式。 2. 內部濾光片為石英玻璃、外部濾光片為＃ 275(與硼矽玻璃相當)。 3. 波長範圍 300nm~400 nm，照度設定範圍為 40~80 W/m2。.

(35) 第二章文獻回顧與探討. 弧光安定裝置能以手動或自動方式調節弧燈具安定裝置。之電力，使放射照度保持一定。氙弧燈點量裝於 0.1~0.5 秒內產生點亮氙弧燈置所需之高電壓脈波。試片固定裝置 1. 試片架繞光源旋轉，詳附註表試片迴轉架為三段式傾 3。斜型可放置 150 mm×70 2. 採用 304 不銹鋼或經耐蝕處 mm 試片共 63 個，迴轉速理之 A1100P 鋁板等具耐蝕性度為 1 rpm。材料。 3. 旋轉機構以電動機驅動，並能以手動旋轉。噴霧裝置. 1. 週期開關：每 120 min 噴霧雨水產生器之壓力調整 18 min、每 60 min 噴霧 12 範圍為 0~4 kgf/cm2，有 3 min、無噴霧，精度±0.5 min。個 SUS 304 不鏽鋼噴嘴。 2. 減壓閥：供給水壓於 1.5~3.0 kgf/cm2 時，噴霧壓力 0.8~1.3 kgf/cm2。 3. 水壓計：最高刻度 3~6 kgf/cm2，最低刻度 0.2 kgf/cm2 以下。 4. 電磁閥 5. 噴霧嘴：自正向試片固定面之噴嘴，作圓錐狀且均勻之連續噴霧，詳附註表 4。. 冷卻裝置. 視需要，裝置 2 個以上噴嘴，向試片背面或槽內壁噴水霧冷卻。. 溫溼度調節裝 1. 黑嵌片溫度：50~70℃，設定 1. 連續照射試驗，在黑板置於 63℃時，變動範圍±3℃。溫度 63±3℃時，溼度調 2. 在波長 400~700nm 內，黑嵌節範圍 50~60% RH，精片之分光反射率在 7%以下。度為±5%RH。 3. 黑嵌片溫度計之最高刻度為 2. 晝光照射試驗，黑板溫 80~100℃，最小刻度為 1℃。度在 63~95±3℃時，溼 4. 溼度調節：黑嵌片溫度在 63 度調節範圍 50~60% ±3℃時，可調節試驗槽空氣 RH，精度為±5% RH。出口處之相對溼度為 50±5%。3. 暗黑試驗，黑板溫度在 5. 點燈時黑嵌板溫度 63±3℃， 30~50±3℃時，溼度調相對溼度 35±5%；熄燈時相節範圍 95% RH 以上，對溼度 90±5%。精度為±5% RH。儀表. 1. 電壓計：刻度範圍 0~300V(或 250V)，最小刻度 5V 或 10V。 2. 電流計：刻度範圍 0~30A(或 60A)，最小刻度 2A 以下。 3. 瓦特計：刻度範圍 0~10KW，最小刻度 0.25KW 以下。 19.

(36) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 4. 累積計時器：最高標示 9999.9 小時以上。 5. 定時開關：設定範圍 0~24 小時，最小刻度 30 分鐘以下。 1. 水冷式氙弧燈試驗器於冷水不足時，應能切斷電源。 2. 發生停電、溫度過度上升、過電流時之安全裝置。 3. 艙門開啟時，應使氙弧燈點亮裝置不動作。. 安全裝置. 1.放射照度量測系統。. 其他附註表 1 氙弧燈種類. 電流(A) (容許範圍). 電壓(V) (容許範圍). 電力(KW). 冷卻方式. 水冷 6.0KW. 45±2. 135±11. 6.0. 水冷. 水冷 6.5KW. 35±2. 190±15. 6.5. 水冷. 附註表 2 分波長. 光. 透. 過. %. 率. 275nm. 300nm. 320nm. 400nm. 700nm. 1000nm. 石英玻璃. 90 以上. 90 以上. 90 以上. 90 以上. 90 以上. 85 以上. 紫外線遮斷用玻璃製濾光罩(I). 2 以下. 35 以上. 75 以上. 90 以上. 90 以上. 90 以上. 紫外線遮斷用玻璃製濾光罩(II). 0. 0. 20 以下. 90 以上. 90 以上. 90 以上. 2 以上. 30 以上. 65 以上. 80 以上. 70 以下. 5 以下. 濾光罩種類. 紅外線遮斷用玻璃製濾光罩. 附註表 3 試驗器種類. 旋轉架外徑(mm). 轉數(rpm). 水冷 6KW 氙弧燈式耐光(候)性試驗器. 960±5. 1. 試片固定板安裝片數 38 76. 附註表 4. 20. 試驗器種類. 噴嘴數. 合計水量(l/min). 噴霧壓力(kgf/cm2). 水冷 6KW 氙弧燈式耐光(候)性試驗器. 4. 2.1±0.1. 水壓 1.0.

(37) 第二章文獻回顧與探討. 圖 2-4 氙弧燈式日光模擬機－SUGA X75SC (資料來源：本研究拍攝). 三、能量分散式 X 射線螢光光譜分析儀(EDXRF)－Skyray, EDX3600B(如圖 2-5) (一) 功能用途：分析塊狀、粉狀、與液態材料組成元素與特定元素之定量分析（至少可在大氣中分析原子序 Na 至 U 之元素），亦可提供特定元素之快速定量檢測要求（如 Cd/Pb/Hg/Cr/Br 分析）。 (二) 性能規格： 1. X 射線管與產生器 (1) 最大額定輸出功率達 50W，電壓調整為 5~ 50KV，最小設定刻度 1KV，電流調整可包含 0~1 mA 範圍。 (2) 靶材為銠金屬靶（Rh Target）。 (3) 測量點尺寸為 1.0、2.0、3.0、4.0、6.0、8.0mm 直徑圓孔 2. X 射線偵測器 (1) 為高純度矽偵測器，解析度可達小於 145 eV。 (2) 可檢出元素範圍為 Na 至 U。 3. 定量分析最低濃度 21.

(38) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). (1) 針對 Cd、Pb、Hg、Br、Cr 等五種元素建立檢量線後，可分析固體（如塑料）最低濃度為小於 5ppm。 (2) 針對 Cl 與 As 兩種元素建立檢量線後，可分析液體最低濃度 Cl≦ 100ppm，As≦10ppm。 4. 試樣室尺寸可放置 150mm 直徑×150mm 高度之試樣。. 圖 2-5 能量分散式 X 射線螢光光譜分析儀 (資料來源：本研究拍攝). 四、掃描試電子顯微鏡(SEM)－Hitachi, S-4300 w/ EMAX(如圖 2-6) (一) 功能用途：進行材料組成、結構之定性與定量之微觀分析 (二) 性能規格： 1. 解析度：5 nm at 1 kV and 1.5 nm at 15 kV。 2. 放大倍率：20x~500,000x 3. 鏡台 X 向移動：0~100mm、Y 向移動：0~50mm、Z 向移動：5~35mm、旋轉：360º、傾斜：-5º~60º。 4. 配備能量散佈光譜分析儀(EDS)，可進行材料成分之定量分析。. 22.

(39) 第二章文獻回顧與探討. 圖 2-6 掃描試電子顯微鏡(SEM) (資料來源：本研究拍攝). 五、色差計－SUGA, SM-T(如圖 2-7) (一) 功能用途：材料劣化前後之顏色度差異分析設備 (二) 性能規格： 1. 可進行反射測定（8° 照明，擴散受光(8/D、8/d)）與透過測定（0° 照明，全透過受光）等光學條件量測。 2. 可以直接讀取色的明暗度差、彩度差、色相差的分解，色的三屬性 HV/C、染色度等級(BLUE SCALE 值)等。 3. 積分球直徑為 150mm。. 圖 2-7 色差計 (資料來源：本研究拍攝). 23.

(40) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 六、接觸角計－FTA188(如圖 2-8) (一) 功能用途：利用懸滴法量測表面張力及接觸角 (二) 性能規格： 1. 水平式光學設計，可調整傾斜角度 0~6 度。 2. 定量滴定：容量 2.0ml、最小刻度 0.002ml。 3. 表面張力量測範圍；0~2000mN/m、精度±0.5%、解析度 0.1%。. 圖 2-8 接觸角計 (資料來源：本研究拍攝). 24.

(41) 第三章奈米塗料檢驗方法與標準. 第三章奈米塗料檢驗方法與標準塗料通常由成膜物質、顏料、溶劑、助劑等成分組成，塗料的使用有兩個基本目的，即當塗料在被塗物表面形成薄膜後，可對被塗物產生保護作用，其亮麗的光澤與顏色則有美化效果。而所謂功能性塗料係指對某物體進行塗裝後，賦予該物體原先不具備之新功能的塗料，例如耐熱、絕緣、防水等性能。而當奈米材料與技術應用於塗料後，應可期望展現出兩種用途目的：一是提升傳統塗料之性能，二是製造出具有新功能的奈米塗料。因此，塗料試驗可概分為兩類，其一為針對塗料製品本身的成分、性狀與安定性等進行檢驗，另外一類則針對塗裝後之塗膜性能進行測試。由於本研究的目的在於探討奈米塗料塗裝後之塗膜，經過長期外在天候環境外力作用後，其原有之奈米塗料功能性是否產生變化，藉以瞭解奈米塗料之耐久耐候性能，並藉此建立本所材料實驗中心在相關領域之實驗量能。因此本章僅針對塗膜的性能測試，彙整與探討相關之檢驗方法與標準。. 第一節. 塗料一般檢驗法. 塗料塗膜之性能檢測項目種類繁多，主要可分類為成膜機能、視覺特性、物理與化學抗性、以及耐久性試驗等，現行的中國國家標準(CNS)中即將前述檢測項目分別規定於 CNS 10756、CNS 10756-1、CNS 10757 及 CNS 11607，而為使各實驗室間之檢測條件趨於一致，以獲得相同之檢測結果，中國國家標準另於 CNS 13658 及 CNS 9007 訂定塗料用試驗板、取樣及試驗一般條件等方面之規定。相關標準名稱及主要項目條列如下：. CNS 9007 塗料一般檢驗法–取樣及試驗一般條件 (84/01/26) 主要項目：(1)取樣、(2)試驗之一般條件，包括試驗場所、共同事項、試片之. 25.

(42) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 製備、塗料層之厚度測定、塗膜厚度之測定。 CNS 10756 塗料一般檢驗法(有關塗料的塗膜形成機能試驗法) (83/11/02) 主要項目：(1)髹塗作業性、(2)塗佈面積、(3)坪坦性、(4)垂流性、(5)乾燥時間、(6)研磨容易性、(7)上塗適合性、(8)重塗適合性、(9)滲出性。 CNS 10756-1 塗料一般檢驗法(有關塗膜之視覺特性之試驗法) (83/11/02) 主要項目：(1)塗膜外觀、(2)隱蔽率、(3)遮蓋力、(4)顏色、(5)視感反射率、 (6)鏡面光澤度。 CNS 10757 塗料一般檢驗法(有關塗膜之物理、化學抗性之試驗法) (84/11/30) 主要項目：(1)耐屈曲性、(2)擠壓值、(3)耐衝擊性、(4)硬度(鉛筆法)、(5)附著性、(6)附著安定性、(7)附著強度、(8)抗拉強度及伸長率、(9)耐磨耗性、(10)耐污染性、(11)耐洗淨性、(12)不黏著性、(13)塗膜之加熱安定性、(14)耐過熱烘烤性、(15)阻抗、(16)透水度、(17) 水蒸氣透過度、(18)氯離子透過度、(19)耐水性、(20)耐沸騰水性、 (21)耐鹼性、(22)耐酸性、(23)耐鹽水性、(24)耐揮發油性。 CNS 11607 塗料一般檢驗法(有關塗膜之長期耐久性之試驗法) (84/11/30) 主要項目：(1)耐鹽水噴霧試驗、(2)耐濕性、(3)耐冷熱反覆性、(4)耐濕冷熱反覆性、(5)加速黃色度、(6)粉化度、(7)耐光性、(8)加速耐候性、 (9)耐候性、(10)防銹性。 CNS 13658 塗料用試驗板 (85/05/23) 主要項目：(1)鋼板、(2)鍍鋅鋼板、(3)鍍錫鋼片(馬口鐵)、(4)鋁板、(5)玻璃板、 (6)可撓板(平行石棉水泥板)、(7)水泥砂漿板、(8)石棉水泥珍珠岩板、(9)石膏板、(10)木材單板、(11)木材合板、(12)瀝青砌塊。. 民國 96 年以後，經濟部標準檢驗局又陸續編修制定了一套有關塗料檢驗之中國國家標準，編號為 CNS 15200「塗料一般試驗法」，共分為六大部份，條列如下。（前述之舊標準尚未廢止） 26.

(43) 第三章奈米塗料檢驗方法與標準. 第 1 部通則：CNS 15200-1-1~ CNS 15200-1-8 (96/10/12) 第 1-1 部：一般試驗(條件與方法)－包括(1)一般試驗條件，包括試驗場所、通則、試片之製作、(2)一般試驗方法，包括容器內狀態、塗裝作業性、乾燥時間、塗膜外觀。第 1-2 部：取樣－規定塗料、清漆及其原料之人工取樣方法。第 1-3 部：試驗用試樣之檢查與製備第 1-4 部：試驗用標準試驗板－包括(1)鋼板、(2)鍍錫鐵皮(馬口鐵)、(3)鍍鋅鋼板、(4)鋁板、(5)玻璃板、(6)硬質纖維板、(7)紙面化妝石膏板、 (8)纖維強化水泥板、(9)可撓水泥板、(10)水泥砂漿板、(11)鐵碳合金薄板(珠鐵薄板)、(12)木材單板及木材合板、(13)瀝青塊。第 1-5 部：試驗板之塗裝(刷塗) 第 1-6 部：調節與試驗之溫度及濕度第 1-7 部：膜厚測定－包括濕膜厚之評定、乾膜厚之測定。第 1-8 部：參比樣品第 2 部塗料性狀與安定性：CNS 15200-2-1~ CNS 15200-2-6 (97/07/21) (略) 第 3 部塗膜形成性：CNS 15200-3-1~ CNS 15200-3-6 (98/06/17) (略) 第 4 部塗膜視覺特性：CNS 15200-4-1~ CNS 15200-4-6 (99/05/10) 第 4-1 部：遮蓋力第 4-2 部：顏色之目視比較第 4-3 部：測色(原理) 第 4-4 部：測色(量測) 第 4-5 部：測色(色差計算) 第 4-6 部：鏡面光澤度第 5 部塗膜機械性質：CNS 15200-5-1~ CNS 15200-5-11 (99/05/18) 第 5-1 部：屈曲試驗(軸棒法) 第 5-2 部：凹壓試驗 27.

(44) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 第 5-3 部：衝擊試驗第 5-4 部：刮痕硬度(鉛筆法) 第 5-5 部：刮痕硬度(載重針法) 第 5-6 部：附著試驗(方格法) 第 5-7 部：附著試驗(拉脫法) 第 5-8 部：耐磨耗性(覆蓋砂紙之研磨輪法) 第 5-9 部：耐磨耗性(研磨輪法) 第 5-10 部：耐磨耗性(試片往復法) 第 5-11 部：耐擦洗性及耐洗淨性第 6 部塗膜化學性質：CNS 15200-6-1~ CNS 15200-6-3 (99/09/02) 第 6-1 部：耐液體性第 6-2 部：耐水性第 6-3 部：耐加熱性. 現行中國國家標準(CNS)中，有關塗料一般試驗方法之新舊版本內容存在許多差異，本節僅針對塗膜試驗方面，摘要說明幾項與建材塗料有關且較重要之試驗項目與內容 (相同項目之新舊版本內容有差異時，以新版本為主)。 (一) 試驗場所標準狀態：溫度 23±2°C、相對濕度 65±5%、不受日光直射，無影響試驗之氣體、蒸氣、塵埃等存在之室內。(CNS 9007) 一般狀態：在常溫(5~35°C)、不受日光直射，氣體、蒸氣、塵埃等不影響試驗之室內。噴塗場所：溫度 25±5°C、相對濕度在 78%以下、風速為 0.7 m/s 以下之場所，每次施行試驗應記錄溫濕度。 (二) 膜厚測定：包括濕膜厚及乾膜厚測定，測定方法如表 3-1 所示。. 28.

(45) 第三章奈米塗料檢驗方法與標準. 表 3-1 膜厚測定方法編號. 種類. 測定技術. 精密度. A.梳形濕膜厚計 1 2. 3. 4. 5. 6. 濕膜厚之評定乾膜厚之測定. 乾膜厚之測定 (機械式接觸). 乾膜厚之測定. 乾膜厚之測定 (顯微鏡法). 乾膜厚之測定 (磁力法). B.轉輪形濕膜厚計. 偏差：±2.5%+1µm. C.質量測定. 再現性：±15µm. 質量對面積之比 A.測微計. 偏差：±2µm 再現性：±30%(薄塗膜) ±20%(厚塗膜). B.針盤計量器. 再現性：±10% 測定下限：2µm. 塗膜輪廓測量法. 再現性：±10% 測定下限：2µm. A.剖面之顯微鏡觀察. 偏差：2µm 再現性：±10%. B.楔形切削法. 再現性：±10% 測定下限：2µm. C.表面輪廓測定法. 再現性：±10%. A.磁感應或電磁感應原理. 偏差：±2%+1µm 再現性：±10%. B.永久磁鐵拉脫原理. 偏差：±5%+1µm. 渦流原理. 偏差：±2%+1µm 再現性：±10%. 7. 乾膜厚之測定 (渦流法). 8. 乾膜厚之測定 (非接觸法). A.β粒子反散射原理. 再現性：±10%. B.X 線螢光原理. 再現性：±10%. 9. 乾膜厚之測定. 重量分析法. (資料來源：CNS 15200-1-7). (三) 塗膜視覺特性 1. 顏色測定 (1) 色座標量測：依下列方法之一，量測三刺激值X10、Y10及Z10，再計算色度座標x10、y10，或由該三刺激值計算近似均勻(L* a* b* )色度空間座標值。. 29.

(46) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). (a) 以分光光度計量測塗膜光譜測光特性（光譜反射率或光譜反射係數），並計算其三刺激值。 (b) 以三刺激值色彩計量測三刺激值。 (2) 色差計算：由在CIE 1976(L* a* b*)色空間之色座標，計算待測試樣與參比標準塗膜間之顏色差異，亦即明度、彩度及色相之差異，而明度差、彩度差及色相差的平方和，即等於色差之平方；兩顏色之總色差 ΔE*ab 為其在CIE 1976(L* a* b*)色空間之位置間的幾何距離。 (a) 若要量測待測試樣與參比標準間色差，而其色差起因於其著色材料時（例如因暴露於屋外所引起顏料之顏色變化），則須由包括鏡面反射所量測之三刺激值計算(L* a* b*)色座標。 (b) 若欲量測著色材料色差及表面反射之差異所引起之待測試樣及參比標準間色差（例如目視比較顏色時，可約略地感覺色差），(L* a* b*)色座標須排除鏡面反射量測之。 2. 光澤度測定 (1) 概述：使用幾何條件20°、60°或85°之反射率計，量測塗膜鏡面光澤度之試驗方法；鏡面光澤度定義為依所規定光源及受光器角度，在鏡面方向之對象所反射之光束，與在鏡面方向之玻璃（折射率1.567）所反射之光束比。 (a) 幾何條件60°可適用於所有塗膜，惟對於非常高光澤度及接近無光澤之塗膜，應採用幾何條件20°或85°。 (b) 幾何條件20°為使用較小受光器開口，予以辨別高光澤度塗膜之差異（即幾何條件60°之鏡面光澤度大於約70單位時使用）。 (c) 幾何條件85°為予以辨別低光澤塗膜間之差異（即幾何條件60°之鏡面光澤度小於約10單位時使用）。 (2) 方法：量測前，光澤度計應先行校正；在每一系列之量測後，用高光澤度工作標準件實施查核，以確認校正後並無漂移。 30.

(47) 第三章奈米塗料檢驗方法與標準. (a) 塗膜之光澤度量測：針對玻璃板上之待測塗膜，在與塗布方向平行之不同位置讀取3次，讀取值差距小於5單位時，以平均值作為鏡面光澤度，差距5單位以上時，再讀取3個值，報告總共6個值之平均值及全距。玻璃板以外之底材上塗膜的量測，係在互相直角之兩個方向各讀取3個值，共獲得6個讀取值，報告其平均值及全距。 (b) 底材之光澤度量測：與(a)同樣操作，在表面上之不同部分或不同方向共讀取6個值，並計算其平均值，若相差最大之兩個值間的變動幅度小於10單位或小於平均值之20%，則報告其平均值及全距。否則，該試驗板為無效，需予以丟棄。 (四) 塗膜機械性質 1. 硬度測試 (1) 概述：將已知硬度之鉛筆在塗膜上推動，以測定塗膜硬度之方法。適用於塗料類單一塗膜或多層塗膜之上層膜。 (2) 方法：使鉛筆與塗膜面成45°夾角，並於筆尖施加750 g載重壓在塗膜面上推動，測定其鉛筆硬度。逐漸增加鉛筆硬度直至塗膜產生刮痕。 (3) 步驟：於溫度23±2°C及相對濕度50±5 %之條件下進行試驗。 (a) 自鉛筆前端削除木質部分，使光滑筆心露出5~6 mm，並以砂紙將筆心前端研磨成平整之圓形截面。 (b) 將試片置於堅固平坦之水平面，使筆心前端接觸塗膜表面後，以 0.5~1 mm/s之速度，推進至少7 mm之距離。 (c) 以目視檢查塗膜是否產生刮痕。若未產生刮痕，提高鉛筆硬度反覆施行試驗，直至產生長度至少3 mm之刮痕，惟試驗部位不得重疊。若已產生刮痕，降低鉛筆硬度反覆施行試驗，直至不再產生刮痕。不使塗膜產生刮痕之最硬鉛筆硬度為所謂之鉛筆硬度。 (d) 施行本試驗兩次。若兩次之結果相差1個鉛筆硬度單位以上時，則應予以捨棄並重新試驗。 31.

(48) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 2. 附著性試驗 (1) 概述：以方格圖形切割並貫穿塗膜至底材時，評定塗膜自底材剝離之抵抗性的試驗方法。 (2) 方法：塗膜上之方格圖案各方向切割數為6條，方格上貼以透明感壓性黏膠帶後，撕開膠帶以檢測塗膜之剝離抵抗性。於試片上至少3處不同位置施予試驗。若結果相差超過1級時，另外在3處以上不同位置反覆實施試驗，必要時使用不同試片。 (3) 步驟：於溫度23±2°C及相對濕度50±5 %之條件下進行試驗。 (a) 放置試片於堅硬之平坦面上，以固定切割速率在塗膜上製作協議數目之切割。所有之切割應貫穿至底材表面。 (b) 於切割痕之垂直方向製作相同數目之平行切割，形成方格圖案。 (c) 切取黏膠帶約75 mm長，將黏膠帶中心以平行於切割方向置於方格上，並至少超過20 mm之長度，以手指使黏膠帶貼平。 (d) 黏膠帶黏著約5分鐘，以約60°角抓住膠帶端，在0.5~1.0秒內撕開。 (e) 以表3-2所示之分級記錄結果。. 表 3-2 附著試驗結果分級. (資料來源：CNS 15200-5-6) 32.

(49) 第三章奈米塗料檢驗方法與標準. 3. 耐洗刷性試驗 (1) 概述：規定塗膜耐擦洗性之加速試驗方法。而有關塗膜之洗淨性，僅規定其試驗方法而未規定沾污劑。本標準依據限定之底材、一定之塗布方法，規定乾燥條件及明確定義刷洗方法。 (2) 方法： (a) 耐擦洗性：使用施膜器以規定縫隙間隔塗布待測塗料於試驗板。在乾燥及狀態調節之後，將塗布試驗板秤重並以擦洗試驗裝置施予 200週期之擦洗。然後予以洗滌、乾燥並秤重以測定質量損失，再算出塗膜厚度平均損失量，即可評定塗膜之耐擦洗性等級。 (b) 耐洗淨性：為了洗淨性之測定，塗布沾污劑於同樣製備之試片。使所規定之沾污劑與塗膜接觸之情形下放置規定時間。然後對塗布並沾污之試片實施200週期之擦洗。目視已將所塗布之沾污劑去除且塗膜為耐擦洗性時，可稱該塗膜對所使用沾污劑為可洗淨。 (五) 塗膜化學性質 1. 耐液體性 (1) 概述：規定塗料之單一塗膜或多層塗膜系，對水以外之液體或糊狀製品（統稱為試驗液）之抵抗性的一般測定方法。可測定試驗液對塗膜之影響，且可評定對底材之損害。 (2) 方法：將塗裝試片浸漬於試驗液中之一定時間並使其暴露，依當事人協議評定暴露結果。除另有協議外，應使用一種以上之試驗液，並實施本試驗2次。 (3) 評定： (a) 試驗期終了後，以流水清洗試片，並立即評定試片與試驗液接觸之部份，是否有起泡及任何可視變化之等級。 (b) 使試片在乾燥條件下平衡24小時後，再評定暴露表面。 (c) 可實施試片之暴露及未暴露部份的進一步試驗，例如附著性試驗、 33.

(50) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 硬度試驗等。 2. 耐水性 (1) 概述：規定以部分或完全浸漬法，測定塗料之單一塗膜或多層塗膜對水作用的抵抗性。可測定水對塗膜之影響，且可評定對底材之損害。 (2) 方法：將塗裝試片浸漬於水（視塗膜使用情形，亦可使用海水）中之一定時間，水溫維持在40±1°C，依當事人協議評定浸漬之影響。除另有協議外，實施本試驗2次。 (3) 評定： (a) 試驗期間中，若有中間檢查的規定，在適當時期由浸漬槽取出各個試片，以吸水紙將試片水分吸乾。在1分鐘以內，檢查試片之起泡或其他損傷，檢查後立即將試片歸還浸漬槽內。 (b) 試驗期終了後，由浸漬槽取出各試片，以吸水紙將試片水分吸乾，乾燥1分鐘後，檢查各試片之整個試驗表面的起泡或其他塗膜損傷狀態。亦可在此階段實施附著力之評定。 (c) 於室溫下，將試片放置24小時，並再檢查試驗表面之附著性降低、生銹所引起之污染、顏色變化、脆化或所規定之其他特性。 (d) 若有規定，以非腐蝕性塗料剝離劑自試片小心剝離150 mm×50 mm 之塗膜，並檢查金屬面腐蝕程度。。 (六) 塗膜之長期耐久性(CNS 11607) 1. 耐鹽水噴霧試驗 (1) 概述：將試片置於鹽水噴霧試驗裝置內，保持所規定之時間，以目視檢查塗膜受鹽水噴霧作用後，有無發生銹污及塗膜之膨脹、剝離等現象。 (2) 方法： (a) 以美工刀刀尖於塗膜上刻劃2條交叉線，刻痕深度達試驗板底材。 (b) 鹽水噴霧之條件設定如下表所示。 34.

(51) 第三章奈米塗料檢驗方法與標準. 項. 目. 條. 件. 試驗槽內之溫度. 35±1°C. 試驗槽內之相對濕度. 99~98%. 加濕器之溫度. 47±1°C. 鹽水濃度(35°C). 5±0.5 W/V%. 噴霧用空氣壓力. 0.098±0.002 Mpa. 收集鹽水霧所得溶液量. 1.0~2.0 mL/h (於 80 cm2). 收集鹽水霧所得溶液 pH. 6.5~7.2 (33~35°C). 收集鹽水霧所得溶液密度. 1.022~1.036 (35°C). 2. 耐濕性 (1) 概述：將試片置於恆溫恆濕箱中，維持一定之溫度與相對濕度，經過規定時間後，觀察塗模有無皺紋、膨脹、龜裂、剝離等現象，以及有無霧化、白化及變色等。 (2) 方法： (a) 將試片置於恆溫恆濕箱中，恆溫恆濕箱之溫度維持在50±2°C、相對濕度為95%以上，並應防止結露現象發生。 (b) 經試驗規定時間後，取出試片立即與原狀試片比對，檢查塗膜有無皺紋、膨脹、龜裂、剝離等現象。 (c) 試片靜置於室內2小時後，再與原狀試片比對，檢查塗膜有無霧化、白化及變色等現象。 3. 粉化度 (1) 概述：將施以耐光性、加速耐候性、耐候性等試驗而粉化的塗模試樣，用濕潤的印相紙以一定之載重加壓於塗膜面，評定印相紙由粉化塗膜粉受污染之程度。 (2) 方法： (a) 將印相紙浸漬於水中約15分鐘後取出，以紗布輕壓吸收紙面水份。 35.

(52) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). (b) 將印相紙黑面朝下覆蓋在塗模試樣上，並將粉化度試驗器置於印相紙上垂直施壓196 N之載重約5秒鐘。 (c) 移除試驗器及印相紙，利用下圖以目視評定印相紙污染程度。. 0點. 4. 加速耐候性 (1) 概述：使用碳弧燈或氙弧燈光照射在室外用塗膜上進行加速耐候性試驗，並以一定時間間隔對試樣噴水霧，經過規定時間後，取出塗膜試樣與參比標準進行比對檢查。 (2) 評定：總計照射時間達試樣產品標準所規定的時間後，取下試片靜置 1小時後，對試樣及參比標準之個別試片與原狀試片，施行試樣產品標準所規定之項目的試驗，檢查由光照射的塗面變化程度。 5. 耐候性 (1) 概述：將塗膜試樣與參比樣品置於試驗架上進行戶外曝露試驗，以檢測自然環境對塗膜之影響。試驗期間，依一定時間間隔觀查塗膜並施行試驗，紀錄塗膜變化及試驗結果。 (2) 方法： (a) 戶外曝露試驗場需無妨礙日光直射、通風、降雨等情形，年平均日照時間為2000小時以上，年平均日射量4000 MJ/m2。 (b) 試驗期間，應依一定時間間隔觀查塗膜並施行必要之試驗，評定方法包括目視評定及數值評定，評定項目包括顏色、光澤之變化，龜裂、剝離、膨脹、粉化等大小程度。. 36.

(53) 第三章奈米塗料檢驗方法與標準. 第二節. 奈米塗料特性驗證標準. 奈米標章對奈米塗料相關之驗證標準，主要重點為產品的奈米性、功能性及其他要求等三部份，其中奈米性在確認材料是否為奈米技術產品，功能性在檢驗產品是否有增加新功能或增強原有功能，其他要求則包括產品安全及耐久性等之產業一般要求。一、奈米性奈米性試驗主要在檢測產品是否符合驗證標準奈米性之要求，即其奈米之粒徑尺度需小於 100 nm，或具有奈米結構者。檢測材料奈米尺度之儀器設備有許多種類，主要包括：掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)/能量散射光譜儀(Energy Dispersive Spectrometer, EDS)、光子相關法(Photon Correlation Spectroscopy)、穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope, TEM)。 (一) 掃描式電子顯微鏡(SEM)/能量散射光譜儀(EDS) 1. 概述：電子顯微鏡主要是利用高加速電壓之入射電子束打擊在試片後，產生相關二次訊號來分析各種特性，這些訊號由檢測器接收，經放大器放大後，送到顯像管上成像，可藉此量測、分析奈米材料粒徑大小、分布及型態等特性，並可廣泛應用於粒徑分布從數奈米至數微米大小的材質。EDS 的機制則是當原子的內層電子受到外來能量(如電子束等)的激發而脫離原子時，原子的外層電子將很快的遷降至內層電洞，並釋放出兩能階差能量。被釋出的能量可能以 X 光的形式釋出，或者轉而激發另一外層電子，使其脫離原子。由於各元素之能階差不同，因此分析此 X 光的能量或波長即可鑑定試樣的組成元素。 2. 操作說明： (1) 將試樣裁切成適當大小，以導電碳膠固定於樣品座，表面鍍導電層後. 37.

(54) 室外型奈米塗料耐久耐候性能之試驗研究(1/2). 進行分析。 (2) 本檢測法為乾式量測法，毋須浸泡於溶液中。 (3) 系統須抽真空，易污染真空室者，應作特殊處理。 (4) 檢測設備須使用具追溯性的標準樣本先行驗證，以確認檢測設備的準確性。 3. 參考規範： (1) ISO 16700:2004(E) Microbeam Analysis －. Scanning Electron. Microscopy – Guidelines for Calibrating Image Magnification (2) ISO 22309:2006：Microbeam Analysis － Quantitative Analysis Using Energy - Dispersive Spectrometry (EDS) (二) 光子相關法 1. 概述：本檢測法又稱為動態光散射法(Dynamic Light Scattering, DLS)或準彈性光散射法(Quasi-Elastic Light Scattering, QELS)，為目前最常用的奈米級粒徑量測方法之一。本檢測法可快速的提供試樣平均粒徑尺寸與粒徑分布的資訊，同時軟硬體設備建置成本相對較低，已有多種商用機型可供選擇，量測範圍從 1 nm 至 5,000 nm。 2. 操作說明： (1) 本檢測法為濕式量測法，樣本約為0.01~10%濃度的溶液，置於1 cm × 1 cm的方形檢測槽內。 (2) 測定溫度須控制在±0.3°C以內。 (3) 測試前須使用0.2 µm的過濾器過濾後再進行檢測。 (4) 檢測時須註明浸泡溶液的種類、黏度與折射率。 (5) 檢測設備須使用具追溯性的標準樣本先行驗證，以確認檢測設備的準確性。 3. 參考規範：ISO 13321:1996 Particle Size Analysis - Photon Correlation Spectroscopy 38.