TWI471388B - Inorganic microfilm substrate and its manufacturing method - Google Patents

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Description

無機微塗膜基材及其製造方法
本發明是有關於一種無機微塗膜基材及其製造方法，特別是一種無需陽極處理基材的無機微塗膜基材及其製造方法。
現今資訊產品日新月異，相關資訊產品需求與日劇增，而高端的資訊產品多使用鋁鎂等材質作為其外殼，而鋁鎂等材質所製的外殼兼具美感、質感與散熱優等功效，為許多資訊產品外殼的首選。
然而，為使鋁鎂等材質外殼表面更具美觀與強化表面硬度，必須進行鋁鎂等材質外殼的表面處理，而表面處理(Surface treatment)或稱表面加工(Surface finishing)主要是改變例如鋁鎂等金屬表面之物理性質及化學性質之加工技術，其目的是使材料更耐腐蝕、耐磨耗、耐熱、延長材料壽命、改善材料表面特性、增加光澤美觀以提高產品美感與質感等。
表面處理的過程可在金屬材料表面生成一層保護膜(Protective coating)，保護膜的材質可包括金屬、玻璃、陶瓷材料以及利用磷酸化或陽極處理等程序所得到之化成膜(Conversion coating)，係利用化學或電化學處理，使金屬表面生成一種含有該金屬成份的皮膜層，每一種材質的保護膜均有其特性及使用範圍，如陶瓷膜耐熱耐酸但大多質脆不能受重大衝擊，陽極處理則適用於能獲得緻密具保護性氧化膜之鋁等金屬材料。
所以，陽極處理為現今金屬材料表面處理的主流技術，陽極處理是一種使色澤能滲入金屬物塊裏層的加工方式，舉例來說，陽極處理技術是於電解槽之中，將鋁或鋁合金等金屬工件置於陽極端，施加一定電壓與電流，促使工件表面形成附著良好的氧化層。由於一般鋁合金容易 氧化，氧化層雖有一定鈍化作用，但長期曝露之結果，氧化層仍會剝落，喪失保護作用，因此陽極處理的目的即利用其易氧化之特性，藉電化學方法控制氧化層之生成，以防止鋁材進一步氧化，同時增加表面的機械等物理性質，另一方面藉不同化成反應，產生各種色澤(發色)以增進美觀。
陽極處理技術應用極其廣泛，包括資訊產品、手扶圍欄、鋁門窗等以鋁或鋁合金等材質所製產品者多會使用陽極處理技術。
但是，由於近年來環保意識的抬頭，對工業減廢的標準也日漸提高，而陽極處理需使用大量電解液進行製程上的運作，其所產生大量的廢水對製造商為一嚴峻的挑戰。
有鑑於此，為解決上述問題，本發明係提供一種無需使用陽極處理的表面處理技術，將無機微塗膜組合物塗覆於基材表面而形成無機微塗膜層，而取代於基材表面所進行的陽極處理。
本發明所揭露無機微塗膜基材包括：一基材以及一無機微塗膜層，該無機微塗膜層位於該基材上，該無機微塗膜層為一無機微塗膜組合物，該無機微塗膜組合物包括一矽氧根離子溶液；一鋰離子溶液以及一鉀離子溶液，其中將該矽氧根離子溶液、該鋰離子溶液與該鉀離子溶液均勻混合而成該無機微塗膜組合物。
本發明又揭露無機微塗膜基材的製造方法，包括：提供一基材，其中該基材為前述之基材，將該基材以一無機酸鹽進行表面改質以及提供一無機微塗膜組合物，其中該無機微塗膜組合物為前述之無機微塗膜組合物，將該無機微塗膜組合物塗覆於該基材上，並烘烤而成無機微塗膜層。
本發明無機微塗膜基材的物性與化性皆優於陽極處理的基材，因此本發明可用以替代需使用大量電解液的陽極處理製程，為優良的環保製程技術。
1‧‧‧無機微塗膜基材
11‧‧‧基材
12‧‧‧無機微塗膜層
S10~S40‧‧‧為流程步驟
圖1 為本發明所揭露無機微塗膜基材結構圖；以及 圖2 為本發明無機微塗膜基材的製造方法流程圖。
於下文中，本發明範例實施例將參考附圖來說明。然而，本發明也可包含不同的形式，並且不應被解釋為限於本文所闡述的實施例。更確切地說，提供這些實施例而徹底和完整揭露，並且將充分地傳達本發明範圍給熟知本技術領域的人員。
於下文中，將詳細說明根據本發明實施例的無機微塗膜基材及其製造方法。
請參照圖1所示，圖1為本發明所揭露無機微塗膜基材結構圖，本發明所揭露無機微塗膜基材1可包括基材11以及無機微塗膜層12，無機微塗膜層12位於基材11上，無機微塗膜層12為無機微塗膜組合物，無機微塗膜組合物包括矽氧根離子溶液、鋰離子溶液以及鉀離子溶液，其中將矽氧根離子溶液、鋰離子溶液與鉀離子溶液均勻混合而成無機微塗膜組合物。其中，基材11之材質可包含係選自由鋁、鎂、鈦、銅、鐵、鋰、玻璃與陶瓷所構成之群組；鋰離子溶液可係為矽酸鋰(Li2SiO3)溶液，矽酸鋰溶液可係以二氧化矽(SiO2)與氧化鋰(Li2O)所組成，二氧化矽與氧化鋰之模數(分子莫耳比)可為2至12之間；二氧化矽與氧化鋰之模數可進一步為2至4之間；鉀離子溶液可係為矽酸鉀(K2SiO3)溶液，矽酸鉀溶液可係以二氧化矽與氧化鉀(K2O)所組成，二氧化矽與氧化鉀之模數可為2到12之間；二氧化矽與氧化鉀之模數可進一步為2到4之間；氧化鉀與氧化鋰之模數可為0.25至4之間；無機微塗膜組合物可進一步包括顏料，顏料可係選自由二氧化鈦、氧化鋅、炭黑、氧化鐵黑、錳鐵黑、鈷藍、酮鈦菁、 鐵青藍、透鐵、鈷綠、氧化鐵黃與鐵紅所構成之群組。
無機微塗膜組合物可於室溫下儲存至少三年而不會變質，化學性質相當穩定。
無機微塗膜組合物可加入水稀釋，而可輕易調控無機微塗膜組合物的濃度，以方便日後可視需求而用於各種塗覆的製程，例如使用於噴塗、靜電噴塗、浸塗、滾塗或旋塗等塗覆製程。
請參照圖2所示，圖2為本發明無機微塗膜基材1的製造方法流程圖，本發明揭露無機微塗膜基材1的製造方法，可包括提供基材11(S10)，將基材11以無機酸鹽進行表面改質(S11)以及提供無機微塗膜組合物(S20)，其中無機微塗膜組合物為前述之無機微塗膜組合物，將無機微塗膜組合物塗覆於基材11上(S30)，並烘烤而成無機微塗膜層12，製成本發明無機微塗膜基材1(S40)。其中，無機酸鹽可係選自由鋁酸與矽酸鹽所組成的群組。
實施例1
取純水1000g(亦即1000ml)、氧化鋰20g加入第一攪拌槽中，於常溫下高速攪拌混合而成氧化鋰溶液。
取二氧化矽溶液300g置於第二攪拌槽中，將第二攪拌槽置於40-80℃的水槽中，以水浴法將第二攪拌槽內的二氧化矽升溫至30-70℃，而使二氧化矽成為溶膠狀。
將第一攪拌槽內的氧化鋰溶液緩慢投入第二攪拌槽內，並持續高速攪拌並維持第二攪拌槽內30-70℃的溫度，而成為矽酸鋰溶液。
取二氧化矽與氧化鉀(SiO2/K2O)之模數為2到6之間的矽酸鉀溶液500g，並矽酸鉀溶液將加入第三攪拌槽內，將矽酸鉀溶液升溫至30-70℃。
將第二攪拌槽的矽酸鋰溶液投入第三攪拌槽內，維持槽內溫度約為60℃，高速攪拌矽酸鋰溶液與矽酸鉀溶液，直至第三攪拌槽內的矽酸鋰溶液與矽酸鉀溶液成為透明後，並以小於5μm孔徑網篩過濾之，並估算損失的水量，而補充純水至原始進料原料(純水1000g、氧化鋰20g、 二氧化矽溶液300g與矽酸鉀溶液500g)的總重量1820g，而成本發明實施例1之無機微塗膜組合物。
本發明實施例1之無機微塗膜組合物呈現透明的態樣。
實施例2
取二氧化矽與氧化鉀(SiO2/K2O)之模數為2到6之間的矽酸鉀溶液500g，並矽酸鉀溶液將加入第一攪拌槽內，將矽酸鉀溶液升溫至30-70℃。
取純水1000g、氧化鋰20g加入第二攪拌槽中，於常溫下高速攪拌混合而成氧化鋰溶液。
取二氧化矽溶液300g置於第三攪拌槽中，將第三攪拌槽置於40-80℃的水槽中，以水浴法將第三攪拌槽內的二氧化矽升溫至30-70℃，而使二氧化矽成為溶膠狀。
將第一攪拌槽的矽酸鉀溶液與第二攪拌槽的氧化鋰溶液依序緩慢投入第三攪拌槽內並持續高速攪拌之，維持槽內溫度約為60℃，直至第三攪拌槽內的溶液成為透明後，並以小於5μm孔徑網篩過濾之，並估算損失的水量，而補充純水至原始進料原料(矽酸鉀溶液500g、純水1000g、氧化鋰20g與二氧化矽溶液300g)的總重量1820g，而成本發明實施例2之無機微塗膜組合物。
本發明實施例2之無機微塗膜組合物呈現透明的態樣。
實施例3
取二氧化矽溶液300g置於第一攪拌槽中，將第一攪拌槽置於40-80℃的水槽中，以水浴法將第一攪拌槽內的二氧化矽升溫至30-70℃，而使二氧化矽成為溶膠狀。
取二氧化矽與氧化鉀(SiO2/K2O)之模數為2到6之間的矽酸鉀溶液500g，並矽酸鉀溶液將加入第二攪拌槽內，將矽酸鉀溶液升溫至30-70℃。
取純水1000ml、氧化鋰20g加入第三攪拌槽中，於常溫下高速攪拌混合而成氧化鋰溶液。
將第一攪拌槽的二氧化矽與第二攪拌槽的矽酸鉀溶液依序 緩慢投入第三攪拌槽內並持續高速攪拌之，維持槽內溫度約為60℃，直至第三攪拌槽內的溶液成為透明後，並以小於5μm孔徑網篩過濾之，並估算損失的水量，而補充純水至原始進料原料(二氧化矽溶液300g、矽酸鉀溶液500g、純水1000g與氧化鋰20g)的總重量1820g，而成本發明實施例3之無機微塗膜組合物。
本發明實施例3之無機微塗膜組合物呈現透明的態樣。
經實驗驗證，本發明實施例1之無機微塗膜組合物、本發明實施例2之無機微塗膜組合物與本發明實施例3之無機微塗膜組合物無論物理性質與化學性質等完全相同，證明二氧化矽溶液300g、矽酸鉀溶液500g與氧化鋰20g三項原料的添加順序不會影響產品的性質。
實施例4
取用顯現白色的二氧化鈦粉體，二氧化鈦粉體的粒徑為0.2-1μm，當作為顏料，將去離子水加入二氧化鈦粉體中用以初步分散二氧化鈦粉體，並加入習用分散液(Dispersion)聚甲基丙烯酸銨(PMAA)協助分散二氧化鈦粉體，並以均質機10-60分鐘高速分散二氧化鈦粉體而得到二氧化鈦溶液。
將二氧化鈦溶液加入本發明實施例1之無機微塗膜組合物，進行均質攪拌而成本發明實施例4之(白色)無機微塗膜組合物。
本發明實施例4之無機微塗膜組合物呈現白色的態樣。
實施例5
於50000級(Class 50000)潔淨室(clean room)的環境下，取不銹鋼板基材，將不銹鋼板基材以矽酸鹽進行表面改質後，以純水清洗不銹鋼板基材，並烘乾而獲得潔淨的不銹鋼板基材。
將本發明實施例1之無機微塗膜組合物以習用的塗覆技術塗覆於不銹鋼板基材表面上，而形成約0.2-2μm的膜厚，將其送入烘烤裝置中，以150-300℃、0.1-1小時的條件進行烘烤之(熟成加工)，而於不銹鋼板基材表面上形成無機微塗膜層而成本發明實施例5之無機微塗膜基材。
而本發明實施例5之無機微塗膜基材之無機微塗膜層為無色透明的膜層。
實施例6
於50000級(Class 50000)潔淨室的環境下，取不銹鋼板基材，將不銹鋼板基材以矽酸鹽進行表面改質後，以純水清洗不銹鋼板基材，並烘乾而獲得潔淨的不銹鋼板基材。
將本發明實施例1之無機微塗膜組合物以習用的塗覆技術塗覆於不銹鋼板基材表面上，靜置於室溫下自然乾燥，而形成約0.2-2μm的膜厚。
將本發明實施例4之(白色)無機微塗膜組合物以習用的塗覆技術塗覆於不銹鋼板基材表面上，靜置於室溫下自然乾燥，而形成約3-20μm的膜厚。
將本發明實施例1之無機微塗膜組合物以習用的塗覆技術塗覆於不銹鋼板基材表面上，靜置於室溫下自然乾燥，而形成約0.2-2μm的膜厚。
將塗覆後的不銹鋼板基材送入烘烤裝置中，以150-300℃、0.1-1小時的條件進行烘烤之(熟成加工)，而於不銹鋼板基材表面上形成(白色)無機微塗膜層，而成本發明實施例6之無機微塗膜基材。
而本發明實施例6之無機微塗膜基材為三層膜層的結構，不銹鋼板基材的上表面具有(透明)無機微塗膜層、其上層為白色無機微塗膜層、最上層(即最外層)為(透明)無機微塗膜層，而形成具瓷器光澤質感的本發明實施例6之(白色)無機微塗膜基材。
實施例7
於50000級(Class 50000)潔淨室的環境下，取不銹鋼板基材，將不銹鋼板基材以矽酸鹽進行表面改質後，以純水清洗不銹鋼板基材，並烘乾而獲得潔淨的不銹鋼板基材。
將本發明實施例1之無機微塗膜組合物以習用的塗覆技術塗覆於不銹鋼板基材表面上，靜置於室溫下自然乾燥，而形成約3μm的膜厚。
將本發明實施例1之無機微塗膜組合物以習用的塗覆技術塗覆於不銹鋼板基材表面上，靜置於室溫下自然乾燥，而形成約3μm的膜 厚。
將本發明實施例1之無機微塗膜組合物以習用的塗覆技術塗覆於不銹鋼板基材表面上，靜置於室溫下自然乾燥，而形成約3μm的膜厚。
將塗覆後的不銹鋼板基材送入烘烤裝置中，以150-300℃、0.1-1小時的條件進行烘烤之(熟成加工)，而於不銹鋼板基材表面上形成無機微塗膜層，而成本發明實施例7之無機微塗膜基材。
而本發明實施例7之無機微塗膜基材為三層膜層的結構，不銹鋼板基材的上表面具有三層透明無機微塗膜層，而形成具不銹鋼原色光澤質感的本發明實施例7之無機微塗膜基材。
將本發明實施例7之無機微塗膜基材以本發明技術領域所習用的檢測方法而檢測之，其中檢視無機微塗膜基材外觀是否平整、顏色是否透明、能否呈現不銹鋼基材的原色、光澤是否明亮、量測無機微塗膜的比重、不揮發份的比例、塗布率；以百格試驗法量測附著力；以5%鹽水形成鹽水霧噴灑500小時而測試耐鹽霧的能力；以無塵布分別沾附95%乙醇、丙酮、丁酮、甲苯與異丙醇等溶劑擦拭100次，藉以測試耐溶劑的能力；以30℃、24小時浸泡蒸餾水以測試耐水性；以5%鹽水、720小時浸泡藉以測試耐鹽水的能力；1M硫酸浸泡24小時、30%鹽酸浸泡24小時藉以測試耐酸的能力；5%氫氧化鈉浸泡24小時、氨水浸泡24小時藉以測試耐鹼的能力；以無塵布沾附市售白熊洗碗精擦拭100次，藉以測試耐清潔劑的能力；置於500℃、1小時下藉以測試耐熱的能力；耐磨耗實驗機荷重280g、摩擦10000次，藉以測試耐磨耗的能力；模擬陽光的紫外線與溫度、持續24小時藉以測試抗黃變的能力；浸泡食用油24小時、浸泡醬油24小時藉以測試抗油污的能力，其結果如表1所示：
由表1得知，本發明實施例7之無機微塗膜基材通過所有測試，符合適用於本發明技術領域所需的商用標準。
將本發明實施例7之無機微塗膜基材(以下簡稱本發明基材)與本發明技術領域習用之陽極處理基材(以下簡稱陽極處理基材)進行檢測 與比較，其硬度、膜厚、將油性麥克筆書寫表面並靜置2分鐘後，使用一般清水擦拭，藉以測試清潔容易度、製程是否使用清潔劑、是否使用大量電解液等化學溶液的環境污染性；以5%鹽水形成鹽水霧噴灑而測試耐鹽霧的能力，本發明基材通過持續500小時的測試，而陽極處理基材於100小時的時候發生變化而未通過測試；以無塵布分別沾附95%乙醇、丙酮、丁酮、甲苯與異丙醇等溶劑擦拭100次，藉以測試耐溶劑的能力；1M硫酸浸泡24小時藉以測試耐酸的能力；5%氫氧化鈉浸泡24小時藉以測試耐鹼的能力；置於400℃、1小時下藉以測試耐熱的能力；耐磨耗RCA測試荷重175g，本發明基材可摩擦200次以上，而陽極處理基材僅可摩擦少於80次，藉以測試耐磨耗的能力；浸泡食用油24小時、浸泡醬油24小時藉以測試抗油污的能力，其結果如表2所示：
由表1得知，本發明基材與陽極處理基材於各項檢測比較，本發明基材以非常薄的膜厚(3μm)即可遠遠超越陽極處理基材的表面硬度，並易於清潔、環保製程、耐鹽霧、耐溶劑、耐酸鹼、耐熱、耐磨耗與抗油污等遠遠優於目前習用的陽極處理技術。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，所作更動與潤飾之等效替換，仍為本發明之專利保護範圍內。
綜觀上述，本發明以其整體之組合與特徵而言，既未曾見諸於同類產品中，申請前亦未公開，誠已符合專利法之法定要件，依法提出發明專利之申請。
1‧‧‧無機微塗膜基材
11‧‧‧基材
12‧‧‧無機微塗膜層

Claims (15)

  1. 一種無機微塗膜基材包括：一基材；以及一無機微塗膜層，該無機微塗膜層位於該基材上，該無機微塗膜層為一無機微塗膜組合物，該無機微塗膜組合物包括一矽氧根離子溶液；一鋰離子溶液以及一鉀離子溶液，其中將該矽氧根離子溶液、該鋰離子溶液與該鉀離子溶液均勻混合而成該無機微塗膜組合物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無機微塗膜基材，其中該基材之材質包含係選自由鋁、鎂、鈦、銅、鐵、鋰、玻璃與陶瓷所構成之群組。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之無機微塗膜基材，其中該鋰離子溶液係為一矽酸鋰溶液。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之無機微塗膜基材，其中該矽酸鋰溶液係以二氧化矽與氧化鋰所組成。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之無機微塗膜基材，其中二氧化矽與氧化鋰之模數為2至12之間。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之無機微塗膜基材，其中二氧化矽與氧化鋰之模數進一步為2至4之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之無機微塗膜基材，其中該鉀離子溶液係為一矽酸鉀溶液。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之無機微塗膜基材，其中該矽酸鉀溶液係以二氧化矽與氧化鉀所組成。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之無機微塗膜基材，其中二氧化矽與氧化鉀之模數為2到12之間。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之無機微塗膜基材，其中二氧化矽與氧化鉀之模數進一步為2到4之間。
  11. 如申請專利範圍第4項與第10項所述之無機微塗膜基材，其中氧化鉀與氧化鋰之模數為0.25至4之間。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之無機微塗膜基材，其中該無機微塗膜組合物進一步包括一顏料。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之無機微塗膜基材，其中該顏料係選自由 二氧化鈦、氧化鋅、炭黑、氧化鐵黑、錳鐵黑、鈷藍、酮鈦菁、鐵青藍、透鐵、鈷綠、氧化鐵黃與鐵紅所構成之群組。
  14. 一種無機微塗膜基材的製造方法，包括：提供一基材，其中該基材為根據申請專利範圍第1項所述之基材，將該基材以一無機酸鹽進行表面改質；以及提供一無機微塗膜組合物，其中該無機微塗膜組合物為根據申請專利範圍第1項所述之無機微塗膜組合物，將該無機微塗膜組合物塗覆於該基材上，並烘烤而成一無機微塗膜層。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之無機微塗膜基材的製造方法，其中該無機酸鹽係選自由鋁酸與矽酸鹽所組成的群組。
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