CN105086531A - 无机微涂膜基材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无机微涂膜基材及其制造方法，该无机微涂膜基材包括基材以及无机微涂膜层，无机微涂膜层位于基材上，无机微涂膜层为无机微涂膜组合物，无机微涂膜组合物包括硅氧根离子溶液、锂离子溶液以及钾离子溶液，其中将硅氧根离子溶液、锂离子溶液与钾离子溶液均匀混合而成无机微涂膜组合物。该无机微涂膜基材的制造方法，包括提供基材，将基材以无机酸盐进行表面改质以及提供无机微涂膜组合物，将无机微涂膜组合物涂覆于基材上，并烘烤而成无机微涂膜层。本发明中无机微涂膜基材的物性与化性均优于阳极处理的基材，因此本发明可用以替代需使用大量电解液的阳极处理制程，为优良的环保制程技术。
Description
技术领域
本发明有关于一种无机微涂膜基材及其制造方法，特别是一种无需阳极处理基材的无机微涂膜基材及其制造方法。
背景技术
现今信息产品日新月异，相关信息产品需求与日剧增，而高端的信息产品多使用铝镁等材质作为其外壳，而铝镁等材质所制的外壳兼具美感、质感与散热优等功效，为许多信息产品外壳的首选。
然而，为使铝镁等材质外壳表面更具美观与强化表面硬度，必须进行铝镁等材质外壳的表面处理，而表面处理(Surfacetreatment)或称表面加工(Surfacefinishing)主要是改变例如铝镁等金属表面的物理性质及化学性质的加工技术，其目的是使材料更耐腐蚀、耐磨耗、耐热、延长材料寿命、改善材料表面特性、增加光泽美观以提高产品美感与质感等。
表面处理的过程可在金属材料表面生成一层保护膜(Protectivecoating)，保护膜的材质可包括金属、玻璃、陶瓷材料以及利用磷酸化或阳极处理等程序所得到的化成膜(Conversioncoating)，利用化学或电化学处理，使金属表面生成一种含有该金属成份的皮膜层，每一种材质的保护膜均有其特性及使用范围，如陶瓷膜耐热耐酸但大多质脆不能受重大冲击，阳极处理则适用于能获得致密具有保护性氧化膜的铝等金属材料。
所以，阳极处理为现今金属材料表面处理的主流技术，阳极处理是一种使色泽能渗入金属物块里层的加工方式，举例来说，阳极处理技术是于电解槽之中，将铝或铝合金等金属工件置于阳极端，施加一定电压与电流，促使工件表面形成附着良好的氧化层。由于一般铝合金容易氧化，氧化层虽有一定钝化作用，但长期曝露的结果，氧化层仍会剥落，丧失保护作用，因此阳极处理的目的即利用其易氧化的特性，借电化学方法控制氧化层的生成，以防止铝材进一步氧化，同时增加表面的机械等物理性质，另一方面借不同化成反应，产生各种色泽(发色)以增进美观。
阳极处理技术应用极其广泛，包括信息产品、手扶围栏、铝门窗等以铝或铝合金等材质所制产品者多会使用阳极处理技术。
但是，由于近年来环保意识的抬头，对工业减废的标准也日渐提高，而阳极处理需使用大量电解液进行制程上的运作，其所产生大量的废水对制造商为一严峻的挑战。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种无需使用阳极处理的表面处理技术，将无机微涂膜组合物涂覆于基材表面而形成无机微涂膜层，而取代于基材表面所进行的阳极处理。
本发明所提供的无机微涂膜基材包括：一基材以及一无机微涂膜层，该无机微涂膜层位于该基材上，该无机微涂膜层为一无机微涂膜组合物，该无机微涂膜组合物包括一硅氧根离子溶液、一锂离子溶液以及一钾离子溶液，其中将该硅氧根离子溶液、该锂离子溶液与该钾离子溶液均匀混合而成该无机微涂膜组合物。
本发明还提供一种无机微涂膜基材的制造方法，包括以下步骤：提供一基材，其中该基材为前述的基材，将该基材以一无机酸盐进行表面改质以及提供一无机微涂膜组合物，其中该无机微涂膜组合物为前述的无机微涂膜组合物，将该无机微涂膜组合物涂覆于该基材上，并烘烤而成无机微涂膜层。
本发明具有的优点在于：
本发明中无机微涂膜基材的物性与化性均优于阳极处理的基材，因此本发明可用以替代需使用大量电解液的阳极处理制程，为优良的环保制程技术。
附图说明
图1为本发明所揭露无机微涂膜基材结构图；
图2为本发明无机微涂膜基材的制造方法流程图。
图中：
1无机微涂膜基材；11基材；
12无机微涂膜层；S10～S40为流程步骤。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。于下文中，将详细说明根据本发明实施例的无机微涂膜基材及其制造方法。
请参照图1所示，图1为本发明所揭露无机微涂膜基材结构图，本发明所揭露无机微涂膜基材1可包括基材11以及无机微涂膜层12，无机微涂膜层12位于基材11上，无机微涂膜层12为无机微涂膜组合物，无机微涂膜组合物包括硅氧根离子(silicon-oxygenradicalion)溶液、锂离子溶液以及钾离子溶液，其中将硅氧根离子溶液、锂离子溶液与钾离子溶液均匀混合而成无机微涂膜组合物。其中，基材11的材质可包含选自由铝、镁、钛、铜、铁、锂、玻璃与陶瓷所构成的群组；锂离子溶液可为硅酸锂(Li2SiO3)溶液，硅酸锂溶液可以二氧化硅(SiO2)与氧化锂(Li2O)所组成，二氧化硅与氧化锂的模数(分子摩尔比)可为2至12之间；二氧化硅与氧化锂的模数可进一步为2至4之间；钾离子溶液可为硅酸钾(K2SiO3)溶液，硅酸钾溶液可以二氧化硅与氧化钾(K2O)所组成，二氧化硅与氧化钾的模数可为2到12之间；二氧化硅与氧化钾的模数可进一步为2到4之间；氧化钾与氧化锂的模数可为0.25至4之间；无机微涂膜组合物可进一步包括颜料，颜料可选自由二氧化钛、氧化锌、炭黑、氧化铁黑、锰铁黑、钴蓝、酮钛菁、铁青蓝、透铁、钴绿、氧化铁黄与铁红所构成的群组。
无机微涂膜组合物可于室温下储存至少三年而不会变质，化学性质相当稳定。
无机微涂膜组合物可加入水稀释，而可轻易调控无机微涂膜组合物的浓度，以方便日后可视需求而用于各种涂覆的制程，例如使用于喷涂、静电喷涂、浸涂、滚涂或旋涂等涂覆制程。
请参照图2所示，图2为本发明无机微涂膜基材1的制造方法流程图，本发明揭露无机微涂膜基材1的制造方法，可包括提供基材11(S10)，将基材11以无机酸盐进行表面改质(S11)以及提供无机微涂膜组合物(S20)，其中无机微涂膜组合物为前述的无机微涂膜组合物，将无机微涂膜组合物涂覆于基材11上(S30)，并烘烤而成无机微涂膜层12，制成本发明无机微涂膜基材1(S40)。其中，无机酸盐可选自由铝酸与硅酸盐所组成的群组。
实施例1
取纯水1000g(亦即1000ml)、氧化锂20g加入第一搅拌槽中，于常温下高速搅拌混合而成氧化锂溶液。
取二氧化硅溶液300g置于第二搅拌槽中，将第二搅拌槽置于40-80℃的水槽中，以水浴法将第二搅拌槽内的二氧化硅升温至30-70℃，而使二氧化硅成为溶胶状。
将第一搅拌槽内的氧化锂溶液缓慢投入第二搅拌槽内，并持续高速搅拌并维持第二搅拌槽内30-70℃的温度，而成为硅酸锂溶液。
取二氧化硅与氧化钾(SiO2/K2O)的模数为2到6之间的硅酸钾溶液500g，并硅酸钾溶液将加入第三搅拌槽内，将硅酸钾溶液升温至30-70℃。
将第二搅拌槽的硅酸锂溶液投入第三搅拌槽内，维持槽内温度约为60℃，高速搅拌硅酸锂溶液与硅酸钾溶液，直至第三搅拌槽内的硅酸锂溶液与硅酸钾溶液成为透明后，并以小于5μm孔径网筛过滤，并估算损失的水量，而补充纯水至原始进料原料(纯水1000g、氧化锂20g、二氧化硅溶液300g与硅酸钾溶液500g)的总重量1820g，而成本发明实施例1的无机微涂膜组合物。
本发明实施例1的无机微涂膜组合物呈现透明的态样。
实施例2
取二氧化硅与氧化钾(SiO2/K2O)的模数为2到6之间的硅酸钾溶液500g，并硅酸钾溶液将加入第一搅拌槽内，将硅酸钾溶液升温至30-70℃。
取纯水1000g、氧化锂20g加入第二搅拌槽中，于常温下高速搅拌混合而成氧化锂溶液。
取二氧化硅溶液300g置于第三搅拌槽中，将第三搅拌槽置于40-80℃的水槽中，以水浴法将第三搅拌槽内的二氧化硅升温至30-70℃，而使二氧化硅成为溶胶状。
将第一搅拌槽的硅酸钾溶液与第二搅拌槽的氧化锂溶液依序缓慢投入第三搅拌槽内并持续高速搅拌，维持槽内温度约为60℃，直至第三搅拌槽内的溶液成为透明后，并以小于5μm孔径网筛过滤，并估算损失的水量，而补充纯水至原始进料原料(硅酸钾溶液500g、纯水1000g、氧化锂20g与二氧化硅溶液300g)的总重量1820g，而成本发明实施例2的无机微涂膜组合物。
本发明实施例2的无机微涂膜组合物呈现透明的态样。
实施例3
取二氧化硅溶液300g置于第一搅拌槽中，将第一搅拌槽置于40-80℃的水槽中，以水浴法将第一搅拌槽内的二氧化硅升温至30-70℃，而使二氧化硅成为溶胶状。
取二氧化硅与氧化钾(SiO2/K2O)的模数为2到6之间的硅酸钾溶液500g，并硅酸钾溶液将加入第二搅拌槽内，将硅酸钾溶液升温至30-70℃。
取纯水1000ml、氧化锂20g加入第三搅拌槽中，于常温下高速搅拌混合而成氧化锂溶液。
将第一搅拌槽的二氧化硅与第二搅拌槽的硅酸钾溶液依序缓慢投入第三搅拌槽内并持续高速搅拌，维持槽内温度约为60℃，直至第三搅拌槽内的溶液成为透明后，并以小于5μm孔径网筛过滤，并估算损失的水量，而补充纯水至原始进料原料(二氧化硅溶液300g、硅酸钾溶液500g、纯水1000g与氧化锂20g)的总重量1820g，而成本发明实施例3的无机微涂膜组合物。
本发明实施例3的无机微涂膜组合物呈现透明的态样。
经实验验证，本发明实施例1的无机微涂膜组合物、本发明实施例2的无机微涂膜组合物与本发明实施例3的无机微涂膜组合物无论物理性质与化学性质等完全相同，证明二氧化硅溶液300g、硅酸钾溶液500g与氧化锂20g三项原料的添加顺序不会影响产品的性质。
实施例4
取用显现白色的二氧化钛粉体，二氧化钛粉体的粒径为0.2-1μm，当作为颜料，将去离子水加入二氧化钛粉体中用以初步分散二氧化钛粉体，并加入习用分散液(Dispersion)聚甲基丙烯酸铵(PMAA)协助分散二氧化钛粉体，并以均质机10-60分钟高速分散二氧化钛粉体而得到二氧化钛溶液。
将二氧化钛溶液加入本发明实施例1的无机微涂膜组合物，进行均质搅拌而成本发明实施例4的(白色)无机微涂膜组合物。
本发明实施例4的无机微涂膜组合物呈现白色的态样。
实施例5
于50000级(Class50000)洁净室(cleanroom)的环境下，取不锈钢板基材，将不锈钢板基材以硅酸盐进行表面改质后，以纯水清洗不锈钢板基材，并烘干而获得洁净的不锈钢板基材。
将本发明实施例1的无机微涂膜组合物以习用的涂覆技术涂覆于不锈钢板基材表面上，而形成约0.2-2μm的膜厚，将其送入烘烤装置中，以150-300℃、0.1-1小时的条件进行烘烤的(熟成加工)，而于不锈钢板基材表面上形成无机微涂膜层而成本发明实施例5的无机微涂膜基材。
而本发明实施例5的无机微涂膜基材的无机微涂膜层为无色透明的膜层。
实施例6
于50000级(Class50000)洁净室的环境下，取不锈钢板基材，将不锈钢板基材以硅酸盐进行表面改质后，以纯水清洗不锈钢板基材，并烘干而获得洁净的不锈钢板基材。
将本发明实施例1的无机微涂膜组合物以习用的涂覆技术涂覆于不锈钢板基材表面上，静置于室温下自然干燥，而形成约0.2-2μm的膜厚。
将本发明实施例4的(白色)无机微涂膜组合物以习用的涂覆技术涂覆于不锈钢板基材表面上，静置于室温下自然干燥，而形成约3-20μm的膜厚。
将本发明实施例1的无机微涂膜组合物以习用的涂覆技术涂覆于不锈钢板基材表面上，静置于室温下自然干燥，而形成约0.2-2μm的膜厚。
将涂覆后的不锈钢板基材送入烘烤装置中，以150-300℃、0.1-1小时的条件进行烘烤(熟成加工)，而于不锈钢板基材表面上形成(白色)无机微涂膜层，而成本发明实施例6的无机微涂膜基材。
而本发明实施例6的无机微涂膜基材为三层膜层的结构，不锈钢板基材的上表面具有(透明)无机微涂膜层、其上层为白色无机微涂膜层、最上层(即最外层)为(透明)无机微涂膜层，而形成具瓷器光泽质感的本发明实施例6的(白色)无机微涂膜基材。
实施例7
于50000级(Class50000)洁净室的环境下，取不锈钢板基材，将不锈钢板基材以硅酸盐进行表面改质后，以纯水清洗不锈钢板基材，并烘干而获得洁净的不锈钢板基材。
将本发明实施例1的无机微涂膜组合物以现有常用的涂覆技术涂覆于不锈钢板基材表面上，静置于室温下自然干燥，而形成约3μm的膜厚。
将本发明实施例1的无机微涂膜组合物以现有常用的涂覆技术涂覆于不锈钢板基材表面上，静置于室温下自然干燥，而形成约3μm的膜厚。
将本发明实施例1的无机微涂膜组合物以现有常用的涂覆技术涂覆于不锈钢板基材表面上，静置于室温下自然干燥，而形成约3μm的膜厚。
将涂覆后的不锈钢板基材送入烘烤装置中，以150-300℃、0.1-1小时的条件进行烘烤(熟成加工)，而于不锈钢板基材表面上形成无机微涂膜层，而成本发明实施例7的无机微涂膜基材。
而本发明实施例7的无机微涂膜基材为三层膜层的结构，不锈钢板基材的上表面具有三层透明无机微涂膜层，而形成具不锈钢原色光泽质感的本发明实施例7的无机微涂膜基材。
将本发明实施例7的无机微涂膜基材以本发明技术领域所习用的检测方法而检测，其中检视无机微涂膜基材外观是否平整、颜色是否透明、能否呈现不锈钢基材的原色、光泽是否明亮、量测无机微涂膜的比重、不挥发份的比例、涂布率；以百格试验法量测附着力；以5％盐水形成盐水雾喷洒500小时而测试耐盐雾的能力；以无尘布分别沾附95％乙醇、丙酮、丁酮、甲苯与异丙醇等溶剂擦拭100次，借以测试耐溶剂的能力；以30℃、24小时浸泡蒸馏水以测试耐水性；以5％盐水、720小时浸泡借以测试耐盐水的能力；1M硫酸浸泡24小时、30％盐酸浸泡24小时借以测试耐酸的能力；5％氢氧化钠浸泡24小时、氨水浸泡24小时借以测试耐碱的能力；以无尘布沾附市售白熊洗碗精擦拭100次，借以测试耐清洁剂的能力；置于500℃、1小时下借以测试耐热的能力；耐磨耗实验机荷重280g、摩擦10000次，借以测试耐磨耗的能力；仿真阳光的紫外线与温度、持续24小时借以测试抗黄变的能力；浸泡食用油24小时、浸泡酱油24小时借以测试抗油污的能力，其结果如表1所示：
表1
由表1得知，本发明实施例7的无机微涂膜基材通过所有测试，符合适用于本发明技术领域所需的商用标准。
将本发明实施例7的无机微涂膜基材(以下简称本发明基材)与本发明技术领域常用的阳极处理基材(以下简称阳极处理基材)进行检测与比较，其硬度、膜厚、将油性麦克笔书写表面并静置2分钟后，使用一般清水擦拭，借以测试清洁容易度、制程是否使用清洁剂、是否使用大量电解液等化学溶液的环境污染性；以5％盐水形成盐水雾喷洒而测试耐盐雾的能力，本发明基材通过持续500小时的测试，而阳极处理基材于100小时的时候发生变化而未通过测试；以无尘布分别沾附95％乙醇、丙酮、丁酮、甲苯与异丙醇等溶剂擦拭100次，借以测试耐溶剂的能力；1M硫酸浸泡24小时借以测试耐酸的能力；5％氢氧化钠浸泡24小时借以测试耐碱的能力；置于400℃、1小时下借以测试耐热的能力；耐磨耗RCA测试荷重175g，本发明基材可摩擦200次以上，而阳极处理基材仅可摩擦少于80次，借以测试耐磨耗的能力；浸泡食用油24小时、浸泡酱油24小时借以测试抗油污的能力，其结果如表2所示：
表2
由表1得知，本发明基材与阳极处理基材于各项检测比较，本发明基材以非常薄的膜厚(3μm)即可远远超越阳极处理基材的表面硬度，并易于清洁、环保制程、耐盐雾、耐溶剂、耐酸碱、耐热、耐磨耗与抗油污等远远优于目前现有常用的阳极处理技术。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (15)
1.一种无机微涂膜基材，其特征在于，包括：
一基材；以及
一无机微涂膜层，该无机微涂膜层位于该基材上，该无机微涂膜层为一无机微涂膜组合物，该无机微涂膜组合物包括一硅氧根离子溶液、一锂离子溶液以及一钾离子溶液，其中将该硅氧根离子溶液、该锂离子溶液与该钾离子溶液均匀混合而成该无机微涂膜组合物。
2.根据权利要求1所述的无机微涂膜基材，其特征在于，其中该基材的材质包含选自由铝、镁、钛、铜、铁、锂、玻璃与陶瓷所构成的群组。
3.根据权利要求1所述的无机微涂膜基材，其特征在于，其中该锂离子溶液为一硅酸锂溶液。
4.根据权利要求3所述的无机微涂膜基材，其特征在于，其中该硅酸锂溶液以二氧化硅与氧化锂所组成。
5.根据权利要求4所述的无机微涂膜基材，其特征在于，其中二氧化硅与氧化锂的模数为2至12之间。
6.根据权利要求4所述的无机微涂膜基材，其特征在于，其中二氧化硅与氧化锂额模数为2至4之间。
7.根据权利要求1所述的无机微涂膜基材，其特征在于，其中该钾离子溶液为一硅酸钾溶液。
8.根据权利要求7所述的无机微涂膜基材，其特征在于，其中该硅酸钾溶液以二氧化硅与氧化钾所组成。
9.根据权利要求8所述的无机微涂膜基材，其特征在于，其中二氧化硅与氧化钾的模数为2到12之间。
10.根据权利要求8所述的无机微涂膜基材，其特征在于，其中二氧化硅与氧化钾的模数为2到4之间。
11.根据权利要求4或10所述的无机微涂膜基材，其特征在于，其中氧化钾与氧化锂的模数为0.25至4之间。
12.根据权利要求1所述的无机微涂膜基材，其特征在于，其中该无机微涂膜组合物进一步包括一颜料。
13.根据权利要求12所述的无机微涂膜基材，其特征在于，其中该颜料选自由二氧化钛、氧化锌、炭黑、氧化铁黑、锰铁黑、钴蓝、酮钛菁、铁青蓝、透铁、钴绿、氧化铁黄与铁红所构成的群组。
14.一种无机微涂膜基材的制造方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
提供一基材，其中该基材为根据权利要求1所述的基材，将该基材以一无机酸盐进行表面改质；以及
提供一无机微涂膜组合物，其中该无机微涂膜组合物为权利要求1所述的无机微涂膜组合物，将该无机微涂膜组合物涂覆于该基材上，并烘烤而成一无机微涂膜层。
15.根据权利要求14所述的无机微涂膜基材的制造方法，其特征在于，其中该无机酸盐选自由铝酸与硅酸盐所组成的群组。
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Non-Patent Citations (1)
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| PB01 | Publication | ||
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