TWI426954B - 一種用以抗生物附著之光觸媒薄膜及其用途 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種用以抗生物附著的薄膜，該薄膜結合於一物件之表面，使該物件能夠用以抗生物附著。
習用抗生物附著之薄膜如中華民國第200923037號「防污塗料組成物、防污塗膜、附塗膜之基材、防污性基材、於基材表面形成塗膜之方法及基材的防污方法」專利申請案，揭示一種防污塗料組成物係能夠塗覆於任何船舶外板、漁網或漁具等水中構造物，於該水中構造物之表面形成抗生物附著之薄膜，使該等水中構造物不會被海中生物如石蓴、藤壺、苔蘚蟲等附著，而能避免該等水中構造物之強度或功能降低，或減少該水中構造物使用壽命之問題。然而，該防污塗料組成物雖具有減低水中構造物被生物附著之功能，卻無法抑制該附著性生物之生長，以加強其抗生物附著之功效。
光觸媒材料由於具有氧化還原之特性，一般已廣泛使用於各種領域中，例如利用光觸媒材料進行空氣淨化、去除臭味或淨水作用。舉例而言，習知銳鈦礦相二氧化鈦(anatase TiO2
)係一種光觸媒材料，再藉由一特定光源照射該光觸媒材料，而產生自由電子洞對，當空氣或水等介質與該光觸媒材料接觸，可將介質內的有害物質(有機或無機物)進行氧化還原反應，因此，習知TiO2
具有抑制細菌、黴菌生長之功效。
請參照中華民國第350752號「水生動物養殖箱之水質淨化方法」專利案，係揭示一種藉由TiO2
之氧化還原反應使水生動物養殖箱水質淨化之方法。然而，習知銳鈦礦相TiO2
雖然能夠抑制細菌生長，但由於銳鈦礦相TiO2
係親水性物質(其接觸角近乎為0°)，附著性生物如青苔、藻類等可以藉由其黏膜、生物膜或固著組織與銳鈦礦相TiO2
之親水性相近的特性，而附著於該水槽表面，因此，銳鈦礦相TiO2
無法做為抗青苔或其他附著性生物之用，僅能用於抑制水槽內細菌之生長，使用者需耗費時間、勞力進行水槽表面之清理作業，以保持養殖槽內壁面的清潔，造成使用者之工作負擔增加。
本發明之主要目的乃改良上述缺點以提供一種用以抗生物附著之光觸媒薄膜，係能夠應用於任何與水接觸之物件表面，避免該物件被生物附著，同時可抑制該附著性生物之生長。
本發明之次一目的係提供一種用以抗生物附著之光觸媒薄膜之用途，係應用於任何與水接觸之物件表面，用以提高該物件表面抗生物附著之效果。
為達到前述發明目的，本發明之用於沉水結構物之光觸媒薄膜，係包含ZnTiO3
、Zn2
TiO4
及Zn2
Ti3
O8
中之至少一種；以及，一種用以抗生物附著之光觸媒薄膜之用途，該光觸媒薄膜係結合於一物件之一觸水表面，以防止生物附著於該觸水表面上。
其中，水於該光觸媒薄膜之接觸面較佳係具有50~90°之接觸角。
其中，該光觸媒薄膜較佳係另包含有金紅石相之TiO2
。
其中，該光觸媒薄膜之厚度較佳係10~300奈米；若該物件係由一透光性材質所構成，則該光觸媒薄膜之厚度較佳係10~100奈米。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，作詳細說明如下：
本發明之用以抗生物附著之光觸媒薄膜係包含ZnTiO3
、Zn2
TiO4
及Zn2
Ti3
O8
之至少一種，該光觸媒薄膜與水之接觸面係具有50~90°之接觸角，為一疏水性薄膜而能夠用以抗生物附著，特別係能夠抵抗具親水性的生物附著組織的附著，例如水生生物的黏膜、生物膜、固著組織等。
本實施例之光觸媒薄膜係藉由將氧化鋅(ZnO)及二氧化鈦(TiO2
)之混合物以濺鍍法、溶膠-凝膠法或其他習知方法製成之鈦酸鋅，該鈦酸鋅係藉由不同退火溫度而生成不同晶相之ZnTiO3
、Zn2
TiO4
或Zn2
Ti3
O8
薄膜，該光觸媒薄膜係具有50~90°之接觸角，該光觸媒薄膜具有疏水性而能夠抗生物附著，同時又能接受一激發光源而活化該光觸媒薄膜之抑制細菌、微生物等生長之功效，進一步強化本發明抗生物附著之效果。
此外，該光觸媒薄膜所沉積之厚度較佳為10~300奈米(nm)，該光觸媒薄膜之厚度若小於10 nm，則抗生物附著之效果不佳，若厚度大於300 nm，則沉積不均勻，降低該光觸媒薄膜與該物件之結合強度。
本發明之用以抗生物附著之光觸媒薄膜係可結合於一物件之一觸水表面，藉以防止該物件被生物附著。該物件係指任何內壁面或外壁面與水接觸之任何材質的物件，該物件係可完全或部分浸於水下，或用以盛裝水體，該物件係不限定為塑膠、玻璃、纖維、金屬等材質，較佳係由具透光性之材質所構成，如玻璃或塑膠，該觸水表面則係指與水接觸之表面，例如：水槽之盛水用的內壁面、水管之內外壁面、船板、沉水馬達之表面等。
該物件選擇由一具透光性材質所製成者，則該光觸媒薄膜之厚度較佳為10~100 nm，如此，可使光線能夠同時穿透該具透光性之物件及該光觸媒薄膜，應用於如水族缸、養殖槽等物件，又能使該物件之觸水表面具有抗生物附著之效果。
本實施例將ZnO及TiO2
以重量比例為1：1之條件，藉由濺鍍法將該鈦酸鋅製備成薄膜型態之光觸媒，並鍍於一玻璃基板上，且控制不同的退火溫度以形成具有不同晶相之光觸媒薄膜，如ZnTiO3
、Zn2
TiO4
或Zn2
Ti3
O8
。更詳言之，該光觸媒薄膜係必須以1100℃以上之溫度對ZnO及TiO2
之混合物進行燒結，燒結後需經過一退火程序(annealing)以得到不同鈦酸鋅晶相之光觸媒，當退火溫度為700~800℃時可形成ZnTiO3
之晶相，退火溫度為800~820℃時可形成Zn2
Ti3
O8
之晶相，退火溫度為900~945℃時可形成Zn2
TiO4
之晶相，且形成各晶相時，由於退火溫度高於700℃，使該光觸媒薄膜通常包含有少許金紅石相(rutile)TiO2
，該金紅石相TiO2
係具疏水性之光觸媒材料，不會降低本發明之光觸媒薄膜的疏水性，又有助於提高本發明光觸媒薄膜之抑制細菌生長之功效。
為證實本實施例不同晶相之光觸媒薄膜皆具有抗生物附著之功效，本實施例將一玻璃基板(其面積為10 mm2
)以上述之方式，製備成具有不同鈦酸鋅晶相之玻璃基板，請參照第1表所示，(A)為未經任何處理之玻璃基板，(B)為具ZnTiO3
薄膜之玻璃基板、(C)為具ZnTiO3
及TiO2
(rutile)薄膜之玻璃基板、(D)為具Zn2
Ti3
O3
薄膜之玻璃基板、(E)為具Zn2
TiO4
及TiO2
(rutile)薄膜之玻璃基板，以上述不同鈦酸鋅晶相之玻璃基板置於一以藍光(波長為470 nm)照射之自來水體中，並經過一預定時間(20天)後，以顯微鏡觀察各玻璃基板上的藻類附著情形。
該(A)玻璃基板之接觸角為38.76°，而該(B)至(E)玻璃基板之接觸角係落於50~90°之間，藉此確認本實施例之各玻璃基板確實具有不同光觸媒薄膜，且藉由各晶相之光觸媒薄膜的疏水性，達到抗生物附著之功效。
根據第1表所示之各玻璃基板(A至E)，在經過20天後，以顯微鏡觀察其藻類附著情形，以放大倍率100×之單位視野下進行藻類之計數，該(A)玻璃基板所觀察到之藻類包含有柵藻、集星藻、球藻等，並計算一單位視野下的藻類，以該(A)玻璃基板之藻類數量做為基準，計算該(B)至(E)之抗附著百分率，皆能達到40%以上之抗附著效果，其中又以(D)之抗附著效果最好(抗附著百分率為78.1%)，此係由於該(D)之玻璃基板上除了ZnTiO3
薄膜外，另包含有金紅石相TiO2
，係能夠使微生物生長緩慢，因此，藉由ZnTiO3
薄膜之疏水性可防止生物附著，又能藉由金紅石相TiO2
之抑制藻類生長效果，降低藻類於該玻璃基板上生長、繁殖的速率，具有加強本發明抗生物附著之功效。
此外，本實施例除了能夠應用於養殖或水族用具上，亦可應用於其他船舶用具、水下用具、漁具等，例如：船底、船板、沉水馬達、水管、水箱、水缸或漁網等，使該等用具不會因生物附著而減低其作動效率，又能幫助使用該等用具者不需時常進行清理作業，具有降低使用者工作負擔之功效。
本發明之用以抗生物附著之光觸媒薄膜，係能夠應用於任何與水接觸之物件表面，避免該物件被生物附著，同時可抑制該附著性生物之生長，具有較佳之抑制生物附著之功效。
本發明之用以抗生物附著之光觸媒薄膜之用途，係應用於任何與水接觸之物件表面，用以提高該物件表面抗生物附著之效果，可以減輕使用者清理附著性生物之工作負擔，具有提高工作效率之功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (9)
- 一種用以抗生物附著之光觸媒薄膜，係包含ZnTiO3 、Zn2 TiO4 及Zn2 Ti3 O8 中之至少一種，其中，水於該光觸媒薄膜之接觸面係具有50~90°之接觸角。
- 依申請專利範圍第1項所述之用以抗生物附著之光觸媒薄膜，其中，該光觸媒薄膜係另包含有金紅石相之TiO2 。
- 依申請專利範圍第1項所述之用以抗生物附著之光觸媒薄膜，其中，該光觸媒薄膜之厚度係10~300奈米。
- 一種用以抗生物附著之光觸媒薄膜之用途，該光觸媒薄膜係結合於一物件之一觸水表面，以防止生物附著於該觸水表面上，其中，水於該光觸媒薄膜之接觸面係具有50~90°接觸角。
- 依申請專利範圍第4項所述之用以抗生物附著之光觸媒薄膜之用途，其中，該光觸媒薄膜係包含ZnTiO3 、Zn2 TiO4 及Zn2 Ti3 O8 之至少一種。
- 依申請專利範圍第4項所述之用以抗生物附著之光觸媒薄膜之用途，其中，該光觸媒薄膜係另包含有金紅石相之TiO2 。
- 依申請專利範圍第4項所述之用以抗生物附著之光觸媒薄膜之用途，其中，該光觸媒薄膜之厚度係10~300奈米。
- 依申請專利範圍第4項所述之用以抗生物附著之光觸媒薄膜之用途，其中，該物件係由具透光性材質所構成。
- 依申請專利範圍第8項所述之用以抗生物附著之光觸媒薄膜之用途，其中，該光觸媒薄膜之厚度係10~100奈米。
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