臺灣博碩士論文加值系統

本研究以自行研發之電弧奈米流體合成系統製備出水性二氧化鈦奈米木器塗料，以及商用奈米粒子與水性樹脂之混合塗料，並將此奈米塗料塗佈於中密度纖維板上，以檢測木器塗膜之性質。此電弧奈米流體合成系統以水性塗料作為介電液，正負電極使用純鈦棒；當電極受高溫電弧作用下瞬間汽化，此汽化之鈦金屬隨即受低溫介電液之冷卻作用迅速冷凝成奈米級微粒，形成懸浮性良好之鈦奈米塗料，經二週靜置後即可轉變成二氧化鈦奈米塗料。接著將所製備出之二氧化鈦奈米塗料塗佈至中密度纖維板，以比較塗膜在加入二氧化鈦奈米顆粒後與原有之木器塗料之差異性。經實驗結果顯示，二氧化鈦奈米顆粒之粒徑平均為20 nm，界面電位值可達60 mV，奈米粒子均勻分散於水性塗料中，含有奈米二氧化鈦之塗膜明度可由49.7提升至69.7增加40 %，以自製奈米二氧化鈦塗料相較於商用奈米塗料，明度有顯著的提升，塗膜視覺效果更為明亮；自製奈米二氧化鈦塗料比商用二氧化鈦塗料之木器塗膜硬度有顯著的提升；而商用氧化鋅塗料比商用三氧化二鋁塗料之硬度提升趨勢較大，在機械性質方面，對於木器提供良好的防護效果；色差性、光澤度以商用二氧化鈦、商用氧化鋅、商用三氧化二鋁和自製二氧化鈦之奈米木器塗料相較下並無多大差異性；以自製奈米二氧化鈦塗料相較於商用塗料之塗膜耐溶劑性有顯著的提升；商用奈米三氧化二鋁塗料比商用奈米氧化鋅塗料，耐溶劑性提升的幅度稍為高一點，可以得知自製奈米二氧化鈦塗料之塗膜抗溶劑之性質佳。以自製奈米二氧化鈦塗料相較於商用塗料，彩度下降的趨勢較為平緩；商用氧化鋅塗料比商用三氧化二鋁塗料下降彩度幅度較小，不論自製奈米二氧化鈦塗料和三種商用塗料，色相角都很接近無添加奈米粉體之色相角度，色相無顯著差異性，塗膜顏色對人眼視覺影響有偏往中性色的趨勢；當所有測試之奈米粉體在含量1 %時，所有的奈米塗料都達到5B級，表示塗膜附著性佳，就是塗層與木材表面之間的結合力(附著力)和塗層內部分子之間的結合力(內聚力)優良。根據測試結果，奈米塗料受切割破壞時，塗膜提供附著力、分子內聚力，顯示良好的附著效用。

This study self-develops submerged-arc nanofluid synthesis system (SANSS) to prepare for water-based TiO2 woodenware nano-coating and applies the nano-coating to medium density fiberboard (MDF) to measure the characteristics of the coatings on the woodenwares. For SANSS, water-based coating serves as dielectric fluid and anode and cathode electrodes use titanium rod. Electrodes soon vaporize under the influence of high-temperature plasma arc and instantly condense into nanoparticles under the cool effect of low-temperature dielectric fluid to form Ti nano-coating of good suspension. Placed for two weeks, Ti nano-coating has transformed into TiO2 nano-coating. TiO2 nano-coating is applied to MDF to compare the coating of added into and without TiO2 nanoparticles. Results show that TiO2 nanoparticles with average particle size of 20 nm and belong to the structure of anatase phase. For the test of coating properties, compared with the coatings with and without TiO2 nanoparticles, the hardness can increase from 30.7 HSD to 41.5 HSD, elevating 42%. The brightness enhances from 49.7 to 69.7, increasing 40%. The gloss of the coating decreased gradually with the increase in the nanoparticles content. Solvent resistance heightens from 41.4 % to 51.9 %, increasing 10.5 %. In addition, adhesion also elevates from 1B to 5B.

目錄
摘　要 i
ABSTRACT iii
致謝 iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 木器塗料簡介 1
1.3 木器塗裝簡介 3
1.4 奈米科技簡介 3
1.5研究動機 4
1.6 論文架構 5
第二章 文獻回顧與基本原理 6
2. 1 奈米顆粒之性質 6
2.1.1奈米顆粒之製備 11
2.1.2 奈米流體穩定性 12
2.1.3奈米流體之分散機制 14
2.1.4 界面電位 16
2.2電弧奈米流體合成系統 17
2.2.1 放電加工原理 19
2.2.2 放電加工參數 21
2.3木材相關文獻 22
2.3.1木材與水分 23
2.3.2木材顏色 25
2.3.3國際照明委員會之表色系統 29
2.3.4色彩空間 33
2.4奈米木器塗料文獻 39
第三章 實驗設備與方式 47
3.1電弧奈米流體合成系統 47
3.1.1電弧加熱系統 49
3.1.2參數控制面版 49
3.1.3溫度控制系統 50
3.2表面電位分析儀 51
3.3掃描式電子顯微鏡 52
3.4表面輪廓測定儀 52
3.5分光測色計 53
3.6蕭式硬度儀 54
3.7光澤度計 54
3.8附著性 55
3.9耐溶劑性 55
第四章 結果與討論 57
4.1粉體性質 57
4.2木器性質 61
4.3木器塗膜性質 61
4.3.1木器塗膜明度 61
4.3.2木器塗膜色差 63
4.3.3木器塗膜表面光澤度 65
4.3.4木器塗膜硬度 67
4.3.5木器塗膜附著性 69
4.3.6塗膜彩度 70
4.3.7塗膜色相 72
4.3.8塗膜耐溶劑性 74
4.4塗膜性質 76
第五章 結論與未來展望 77
5.1結論 77
5.2未來展望 78
參考文獻 79

表目錄
表2.1立方體粒子的大小與表面原子的比例[30] 8
表2.2金屬奈米顆粒的熔點及燒結溫度[30] 9
表2.3奈米微粒製備方法[44] 11
表2.4超音波時間對3Y-TZP粉體的平均粒徑[49] 16
表2.5分散體系穩定的標誌[45] 16
表2.6 電磁波種類與波長 26
表2.7可見光之種類與波長 26
表2.8各標準光源之特性[62] 31
表2.9不同塗料於不同木板之光澤度比較[66] 39
表2.10不同塗料之硬度比較[66] 40
表2.11不同塗料之抗溶劑性比較[66] 40
表2.12不同添加物經木器塗裝處理後之新性質[69] 44
表2.13矽溶膠與硼酸改性之塗料塗裝於木器上具有抗菌性[69] 46
表4.1最佳製程參數 57
表4.2塗層附著性 70

圖目錄
圖2.1分散技術的應用[29] 8
圖2.2 (a)金屬 (b)半導體、原子、奈 10
圖2.3理想中 (a)巨相(b)量子井(c)量子線(d)量 10
圖2.4氣相冷凝過程示意圖[44] 12
圖2.5膠體穩定作用原理[45] 13
圖2.6放電加工過程示意圖 20
圖2.7木材細胞內部之水分[60] 23
圖2.8合板結構呈現垂直交錯[60] 25
圖2.9兩種混合光之光譜[61] 27
圖2.10顏色屬性示意圖[61] 28
圖2.11彩度示意圖[61] 29
圖2.12國際照明委員會標準光源A[61] 30
圖2.13國際照明委員會標準光源C[61] 30
圖2.14國際照明委員會標準光源D65[61] 31
圖2.15各種標準光源之光譜圖[62] 32
圖2.16普朗克黑體輻射軌跡線[63] 33
圖2.17表色系統之三原色配色函數[65] 34
圖2.18表色系統之 配色函數[65] 36
圖2.19色料混色示意圖 37
圖2.20色光混色示意圖 37
圖2.21 CIELCH之顏色屬性安排 38
圖2.22不同含量之塗膜的重量損失率比較[67] 41
圖2.23經過50日浸置水中之吸水量比較[67] 41
圖2.24 LSCM micrographs of control earlywood (a) and latewood (b), and sol-gel treated earlywood (c) and latewood (d)surfaces of wood specimens[68] 42
圖2.25 LSCM micrographs of control and treated wood specimens before and after exposure to a nominal radiant dosage of 0 and 220 MJ/m2[68] 43
圖2.26水氣吸收量比較[68] 43
圖2.27不同塗裝方式於揚木板之塗料深度比較[69] 45
圖2.28不同塗裝方式於楓木板之塗料深度比較[69] 45
圖2.29添加不同奈米粒子於不同木板之硬度比較[69] 45
圖3.1自製奈米木器塗料之實驗流程圖 47
圖3.2電弧奈米流體合成系統設備實體圖 48
圖3.3參數設定面板 49
圖3.4溫度控制系統實體圖 51
圖3.5 Zetasizer Nano 粒徑電位分析儀實體圖 51
圖3.6掃描式電子顯微鏡實體圖 52
圖 3.7表面粗度輪廓測定儀實體圖 52
圖 3.8觸針感測器尺寸規格 53
圖3.9分光測色計實體圖 53
圖3.10蕭式硬度儀實體圖 54
圖3.11光澤度計實體圖 54
圖4.1商用二氧化鈦奈米顆粒之FESEM影像 58
圖4.2商用氧化鋅奈米顆粒之FESEM影像 58
圖4.3商用三氧化二鋁奈米顆粒之FESEM影像 58
圖4.4 SANSS製備二氧化鈦奈米顆粒之FESEM影像 59
圖4.5二氧化鈦之Raman圖譜 59
圖4.6二氧化鈦之XRD圖譜 60
圖4.7自製奈米二氧化鈦塗料之界面電位 60
圖4.8奈米二氧化鈦塗料之塗膜明度 62
圖4.9商用奈米塗料之塗膜明度 63
圖4.10奈米二氧化鈦塗料之塗膜色差性 64
圖4.11商用奈米塗料之塗膜色差性 65
圖4.12奈米二氧化鈦塗料之塗膜光澤度 66
圖4.13商用奈米塗料之塗膜光澤度 67
圖4.14奈米二氧化鈦塗料之塗膜硬度 68
圖4.15商用奈米塗料之塗膜硬度 69
圖4.16奈米二氧化鈦塗料之塗膜彩度 71
圖4.17商用奈米塗料之塗膜彩度 72
圖4.18奈米二氧化鈦塗料之塗膜色相 73
圖4.19商用奈米塗料之塗膜色相 74
圖4.20奈米二氧化鈦塗料之塗膜耐溶劑性 75
圖4.21商用奈米塗料之塗膜耐溶劑性 76

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