TWM599251U - 包含抗刮疏水效果的金屬器具 - Google Patents
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Abstract
一種包含抗刮疏水效果的金屬器具，其包含層疊之：一金屬層；一第一抗刮層，該第一抗刮層疊於該金屬層至少局部表面；以及一第二疏水層，該第二疏水層沈積於該第一抗刮層表面，其中：該第一抗刮層以及該第二疏水層皆係利用以空氣為電漿源之大氣常壓低溫電漿沈積於該金屬層表面，且該第一抗刮層中不包含氟成分，該第二疏水層中不包含氟、矽成分；本新型利用大氣常壓低溫電漿進行表面處理與沉積，以空氣作為電漿源將不含氟成分的抗刮與疏水層牢固地沉積與附著於金屬層，不易被刮除或損壞，且本新型使用空氣作為電漿源，優勢在於可以去除抗刮與疏水中成分所包含的氫鍵，使鍍層更加耐高溫，增加使用耐受性以及應用範疇，係一新穎且實用之創作。
Description
一種金屬器具，特別是一種包含抗刮疏水效果的金屬器具。
為了使產品更為耐用與延長使用壽命，業者會在產品表面沉積能抗刮耐磨的鍍層，例如廚房用具為了達到不沾、避免金屬生鏽或是在反覆使用的過程中造成金屬層刮損等目的，通常會在金屬層塗製不沾、防鏽或防刮塗層。
目前已發展出利用電漿產生鍍層的技術，多數採用低氣壓真空鍍膜製程，但所製得鍍膜之抗刮疏水性普遍不佳，且低氣壓電漿製造成本較高，而抽真空產生低氣壓狀態則極為費時。前述低氣壓真空鍍膜製程之鍍膜不僅抗刮疏水性不佳外，並較不具備可撓曲特性，彎折後容易出現龜裂或裂痕，多數僅能使用於玻璃或金屬等不具備撓曲性之硬質基板，應用性相對不足。
為了達到不沾效果，目前鍍層中多含有氟化合物，此種成分若是進入人體或是環境中，可能干擾人體或生物內分泌系統，甚至影響胎兒及孩童的智能體格的發育。
因此有必要發展出一種新的技術以及不含氟成分的鍍層來改善前揭既有技術之缺陷。
為了解決目前低氣壓真空鍍膜製程與沉積層抗刮疏水性不佳以及不具備可撓曲特性的缺點，本新型提供一種包含抗刮疏水效果的金屬器具，其包含層疊之：一金屬層；一第一抗刮層，該第一抗刮層疊於該金屬層至少局部表面；以及一第二疏水層，該第二疏水層沈積於該第一抗刮層表面，其中：該第一抗刮層以及該第二疏水層皆係利用以空氣為電漿源之大氣常壓低溫電漿沈積於該金屬層表面，且該第一抗刮層中不包含氟，該第二疏水層中不包含氟、矽成分。
前述的該金屬層係鋁製之金屬廚房用具或用於食物夾取盛裝之金屬器具。該第一抗刮層包含有機含碳矽烷之氣體或液體；以及該第二疏水層包含有機含碳烷之氣體或液體。
其中，該有機含碳矽烷之氣體或液體包含有機含碳矽烷的單體或溶液態單體。進一步地，該有機含碳矽烷之氣體或液體進一步包含氧為有機含碳矽氧烷之氣體或液體。
其中，該有機含碳烷之氣體或液體包含有機含碳烷的單體或溶液態單體；進一步地，該有機含碳烷之氣體或液體進一步包含氧為有機含碳氧烷之氣體或液體。
藉由上述說明可知，本新型具備以下優點：
1.本新型利用大氣常壓低溫電漿進行表面處理與沉積，以空氣作為電漿源將不含氟成分的抗刮層與疏水層牢固地沉積與附著於物體表面，不易被刮除或損壞，且本新型運用大氣常壓低溫電漿之鍍層技術，可大幅降低製造成本，因此克服習知技術之缺失。進一步地，本新型位於表面的該第二疏水層不僅不包含氟成分，也不含矽成分，能產生良好的疏水效果。
2. 本新型透過控制該抗刮層與疏水層之化學鍵結成分，使其沈積時可產生緊密的有機化學鍵結，而使用空氣作為電漿源的優勢在於可以去除沈積層中成分所包含的氫鍵，使沈積層更加耐高溫，增加本新型的使用耐受性以及應用範疇。
請參考圖1，本新型提供一種包含抗刮疏水效果的金屬器具，其依序包含一金屬層M、一第一抗刮層L1以及一第二疏水層L2，該第一抗刮層L1以及該第二疏水層L2依序層疊於該金屬層M至少局部表面。該金屬層M較佳是與該金屬製用具與食材接觸面，例如圖2a、2b所示之鍋具內表面上層疊之該第一抗瓜層L1以及該第二疏水層L2，該金屬層M較佳為鋁製之金屬器具，例如廚具(如圖2a所示之煮鍋或圖2b所示之平底鍋)等用於烘、烤、炒、炸、煮使用之廚房金屬器具，以及用於食物夾取或盛載的金屬器具。
而本新型該第一抗刮層L1以及該第二疏水層L2沉積於該金屬層M表面的方法，較佳是利用常壓電漿沉積方法，其步驟包含：
電漿預處理：將該金屬層M以大氣常壓低溫電漿(Atmospheric pressure cold plasma)進行表面預處理。預處理使用之該電漿係以通入0.11-10 MPa壓縮空氣、電漿頭至該金屬層距離為0.1-10 cm、該金屬層相對於該電漿頭之移動速度為≧0.01cm/s、工作時間為≧1 s、功率為5-5000 watts、頻率為5-5000 kHz進行。
抗刮疏水層沈積：將大氣常壓低溫電漿預處理後的該金屬層M，同樣以大氣常壓低溫電漿形式依序將含有一第一抗刮層L1、一第二疏水層L2沈積於該金屬層M表面。本新型所提供之沈積方法較佳係首先通入一壓縮(高壓)空氣於一電漿頭中，透過該電漿頭之該壓縮空氣經常壓電漿源產生電漿噴流(plasma jet)，並通入欲沉積之第一抗刮層L1與第二疏水層L2成分的氣體或液體(較佳係溶液態)，使該該第一抗刮層L1與第二疏水層L2形成於該金屬層M。該壓縮空氣較佳去除其空氣中所含濕度後再通入該電漿頭中能避免濕度水氣與後續沈積之單體或氣體產生反應而影響沈積效果。此步驟使用空氣作為電漿源的優勢在於可以去除鍍層中成分所包含的氫鍵，使鍍層更加耐高溫加熱。
其中，本新型該第一抗刮層L1成分較佳是包含有機含碳矽烷之氣體或液體，也可以是包含氧成為有機含碳矽氧烷之氣體或液體，一較佳實施例可例如四甲基二矽氧烷(tetramethyldisiloxane, TMDSO)、六甲基二矽氧烷(hexamethyldisiloxane, HMDSO)或正己烷 (hexane)。該第一抗刮疏水層L1主要功能為提供本新型抗刮與疏水層抵抗外部摩擦、刮划可能導致該金屬層M受損的問題。
本新型該第二疏水層L2主要是位於最外層或對外層，成分主要包含有機含碳烷之氣體或液體，亦可進一步包含氧成為有機含碳氧烷之氣體或液體，本新型可單將有機含碳烷之氣體作為該第二疏水層L2沈積於該第一抗刮層L1，亦可同時將有機含碳烷之氣體或液體及有機含碳氧烷之氣體或液體一起沈積於於其上，可達到更佳的疏水性。本新型該第二疏水層L2不含矽、氟等有害成分，作為本新型抗刮疏水層最外層，與其他物體，例如食物或水分接觸時，即便刮落，其成分也不會造成人體或環境傷害。
本新型於大氣常壓低溫電漿預處理之步驟以及沉積該第一抗刮層與該第二疏水層之步驟使用之電漿處理溫度係以大氣常壓低溫製程，在維持沉積該第一抗刮層與該第二疏水層高附著度，不易脫落或刮除的功效外，亦相對節省能源。另外，本新型所形成之該第二疏水層L2因產生有機化學鍵結成分，不僅具有可撓曲的特性，能隨著該金屬層M的彎曲或撓折不產生龜裂或裂痕，又可耐高溫加熱不釋出毒害人體或汙染環境的物質，適用廚房用具或器具，例如鋁製之金屬廚房用具或用於食物夾取盛裝之金屬器具。
請參考表1，其為本新型就沈積該第一抗刮層L1與該第二疏水層L2提供數個實施例，此些實施例僅為本新型較佳數據之呈現，並非用以限定本新型僅包含該些實施例，上述所指之數據範圍皆已經實驗證明其確效性。
表1。
| 實施例 | 項目 | 數值 | |
| 1 | 沈 積 該第一抗 刮 層 步 驟 | 壓縮空氣 (Air gases for creating plasma jet) | 0.11-10 MPa |
| 四甲基二矽氧烷 (TMDSO) | 10-400 sccm | ||
| 工作距離 (Substrate distance from the nozzle of the plasma jet) | 0.1-10 cm | ||
| 物體相對於電漿頭之移動速度 (Substrate speed) | ≧0.01cm/s | ||
| 物體曝露電漿噴流下之時間 (Exposed duration in the plasma jet) | ≧1 s | ||
| 功率 (Power) | 5-5000 watts | ||
| 頻率 (Frequency) | 5-5000 kHz | ||
| 沈 積 該第二疏 水 層 步 驟 | 壓縮空氣 (Air gases for creating plasma jet) | 0.11-10 MPa | |
| 正己烷 | ≧1 sccm | ||
| 工作距離 (Substrate distance from the nozzle of the plasma jet) | 0.1-10 cm | ||
| 金屬層速度 (Substrate speed) | ≧0.01cm/s | ||
| 物體曝露電漿噴流下之時間 (Exposed duration in the plasma jet) | ≧1 s | ||
| 功率 (Power) | 5-5000 watts | ||
| 頻率 (Frequency) | 5-5000 kHz |
取本新型前述沈積該第一抗刮層L1與該第二疏水層L2之實施例，並對應測試其表面硬度(Surface hardness)、抗刮強度(Scratch resistance)以及疏水性(Hydrophobic performance)，如下表2。自表2測試結果可知，本新型的抗刮疏水層具有優異的表面硬度與抗刮強度，表面硬度達到4H以上的優異表現，且表面水接觸角測試數據證實本新型具有疏水特性。
表2。
| 測試項目 | 數值 |
| 表面硬度 (Surface hardness)/ 鉛筆測試 (Pencil test) | ≧4H |
| 抗刮強度 (Scratch resistance) / 可耐100g荷重下之#0000鋼絲絨抗刮測試 | ≧60 cycles |
| 疏水性 (Hydrophobic performance) / 去離子水接觸角 (Deionized-water contact angle) | ≧ 90 o |
上述僅為本新型的較佳實施例而已，並非用以限定本新型主張的權利範圍，凡其它未脫離本新型所揭示的精神所完成的等效改變或修飾，均應包括在本新型的主張範圍內。
M:金屬層
L1:第一抗刮層
L2:第二疏水層
圖1為本新型該第一抗刮層與該第二疏水層沉積於金屬層表面示意圖。
圖2a與圖2b為本新型鋁製之金屬器具較佳實施例示意圖。
M:金屬層
L1:第一抗刮層
L2:第二疏水層
Claims (7)
- 一種包含抗刮疏水效果的金屬器具，其包含依序層疊之： 一金屬層； 一第一抗刮層，該第一抗刮層層疊於該金屬層至少局部表面； 一第二疏水層，該第二疏水層層疊於該第一抗刮層至少局部表面；其中： 該第一抗刮層與該第二疏水層皆係利用以空氣為電漿源之大氣常壓低溫電漿沈積於該金屬層表面，且第一抗刮層中不包含氟成分，該第二疏水層中不包含氟、矽成分。
- 如申請專利範圍第1項之包含抗刮疏水效果的金屬器具，該金屬層係鋁製之金屬廚房用具或用於食物夾取盛裝之金屬器具。
- 如申請專利範圍第1或2項之包含抗刮疏水效果的金屬器具，該第一抗刮層包含有機含碳矽烷之氣體或液體；以及該第二疏水層包含有機含碳烷之氣體或液體。
- 如申請專利範圍第3項之包含抗刮疏水效果的金屬器具，該有機含碳矽烷之氣體或液體包含有機含碳矽烷的單體或溶液態單體。
- 如申請專利範圍第3或4項之包含抗刮疏水效果的金屬器具，該有機含碳矽烷之氣體或液體進一步包含氧為有機含碳矽氧烷之氣體或液體。
- 如申請專利範圍第3項之包含抗刮疏水效果的金屬器具，該有機含碳烷之氣體或液體包含有機含碳烷的單體或溶液態單體。
- 如申請專利範圍第3或4項之包含抗刮疏水效果的金屬器具，該有機含碳烷之氣體或液體進一步包含氧為有機含碳氧烷之氣體或液體。
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| Publication Number | Publication Date |
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| TWM599251U true TWM599251U (zh) | 2020-08-01 |
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