CN107433331A

CN107433331A - 具有莲花效应表面的锅具制备方法及结构

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Publication number: CN107433331A
Application number: CN201610367438.2A
Authority: CN
Inventors: 王崇哲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2017-12-05
Anticipated expiration: 2036-05-27
Also published as: CN107433331B

Abstract

本发明提供一种具有莲花效应表面的锅具制备方法及结构，所述锅具制备方法是对锅具胚体执行表面处理，如形成珐琅层、蜂窝式微细结构重现、植晶与烧结等流程，让纳米Si‑O‑Si分子附着于锅具胚体，产生不粘锅的表面。因此，依上述方法制作的锅具，其结构是在一锅具胚体表面附着一莲花石载体，该莲花石载体的表面有一些微细结构，这些微细结构结合所需的纳米Si‑O‑Si分子，使锅具拥有易清洗、硬度佳、不沾锅且使用时间长等优点，适合炊、蒸、煎、煮、炒、炸等全面性烹饪作业的外表。

Description

具有莲花效应表面的锅具制备方法及结构

技术领域

本发明涉及锅具的表面处理技术，特别是指一种具有莲花效应表面的锅具制备方法，以及一种依该方法做出锅具的莲花效应表面结构。

背景技术

生活离不开烹饪。常见锅具烹饪食材，供人食用。但是，食材容易粘锅，不利于清洁。这是因为锅具在制造时，常用的表面处理不外乎下列两种方法：

一是铁弗龙处理，先在锅表面冲击出不平、粗细不均的表面，再附着一层氟素树脂。这种方法制作锅具的表面，因为冲击的凹孔浅且小，所以氟素树脂层易脱落，使用寿命短，而且不利于铁铲触碰锅面或是高温烹饪作业。

另一种阳极氧化皮膜处理，是在锅面生成一层氧化皮膜。虽然，氧化皮膜可提高锅面的硬度，但容易糊锅，而且不沾锅性能差，也不易清洗。

还有一种陶瓷不沾锅，在陶瓷层内含有硅油。虽然硅油是有机材料，却存在高温水解与易挥发等弊端。特别是，陶瓷不沾锅在蒸、煮等高温烹饪作业期间，硅油的挥发，使不沾性急遽下降。

再者，自然界存在天然岩石。所述的天然岩石泛指各种天然矿物，历经高温粹炼，整体结构相当坚硬，造就微吸水性结构，拥有特殊的浸润性，侵入的分子越小，侵入程度就越深。

其次，自然界的莲叶有疏水或不吸水的表面，落在叶面上的雨水，会因表面张力的作用形成水珠。所述的水珠与叶面维持大约140°的接触角(Contact angle)，只要叶面稍微倾斜，水珠就会滚离叶面。滚动的水珠会把一些灰尘污泥的颗粒一起带走，达到自我洁净的效果。即使经过一场倾盆大雨，莲叶的表面总是能保持干燥，这就是莲花总是一尘不染的缘故。因此，莲花效应主要是指莲叶表面有超疏水(Super hydrophobicity)及自洁(Self-cleaning)等特性。

因此，如何让锅具拥有宛如岩石般顽强坚硬的特质，兼具莲花效应的表面性能，就成为本发明亟待解决的课题。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种锅具的制备方法，其主要目的在于：采用新的表面处理流程，使锅具表面不仅硬度佳，而且拥有宛如莲花般自洁效果，不仅利于清洗，兼具不沾以及适合炊、蒸、煎、煮、炒、炸等全面性烹饪作业的特性。

缘于上述目的的达成，本发明提供一种具有莲花效应表面的锅具制备方法，其特征在于，是在“提供锅具胚体”步骤后面执行下列的“表面处理”流程：

a)形成珐琅层：用喷与搪工艺之一，将釉料粘附在金属制作锅具胚体的表面，经烧结软化的釉料会附着于锅具胚体形成珐琅层，珐琅层表面坚硬且质地致密、光滑，珐琅层内部存在一些宛如蜂窝般的微细结构；

b)蜂窝式微细结构重现：去除珐琅层的表面，剩余的部分界定为莲花石载体，所述的微细结构分布在莲花石载体的表面；

c)植晶：用喷涂或布满二方式之一，将所需的纳米晶体深度浸润于莲花石载体的微细结构；以及

d)烧结：该纳米晶体经过烧结，依架桥现象使晶体交织键结晶体、晶体键结莲花石载体以及晶体键结微细结构，在锅具胚体外部形成一具备荷叶效果的表面，拥有不沾、不糊、疏水、吸油且容易清洗的特性。

所述具有莲花效应表面的锅具制备方法，其中，该纳米晶体是硅晶体，能够通过下列方程式制作纳米Si-O-Si分子：

M-O-R+H₂O→M-OH+R-OH；

M-OH+HO-M→M-O-M+H₂O；

M-O-R+HO-M→M-O-M+R-OH。

本发明还提供一种根据上述方法制作的锅具结构，其特征在于：是在一锅具胚体表面附着一莲花石载体，该莲花石载体的表面有一些微细结构，这些微细结构结合所需的纳米晶体，该纳米晶体形成荷叶效果的表面，使锅具拥有不沾、不糊、疏水、吸油且容易清洗的特性。

所述的锅具结构，其中，该纳米晶体是指Si-O-Si分子。

所述的釉料，主要是由石英、长石、硼砂等矿物质和着色剂彼此混合组成，在高温下熔融在一起，历经冷却、干燥且磨成粉状。当搪瓷釉料软化且附着在锅具胚体上，会形成结实而有光泽的玻璃状物质层，兼具高硬度、耐腐蚀、耐高温及导热均匀等优点。

该纳米晶体历经水解、缩合、聚合等反应，可从溶液状态(Solution)而形成胶体状态(Gelation)，称为溶胶-凝胶(Sol-Gel)技术。所述的溶胶-凝胶(Sol-Gel)技术，可混合有机-无机复合材料，兼具陶瓷材料的高强度及耐热性质，以及高分子材料良好的韧性和加工性质。

凭借莲花石载体的物理结构，让锅具表面具备吸油/排水效果，产生不粘锅的特点，兼具易清洁、高硬度、耐铁铲、耐高温、耐腐蚀、均温以及保温等特性，即使锅面被锅铲碰触，也不会降低莲花表面的使用期限，比传统式锅具更适合于炒、煎等高温的烹饪作业。

接着，基于图式详述相关的实施例，说明采用的技术、手段及功效，相信本发明上述目的、构造及特征，当可由的得一深刻而具体的了解。

附图说明

图1是本发明锅具的制作流程图。

图2～图5是依图1流程制作锅具的结构示意图。

附图标记说明：提供锅具胚体10；成品12；表面处理20；形成珐琅层22；蜂窝式微细结构重现24；植晶26；烧结28；锅具胚体30；珐琅层32；微细结构34；莲花石载体36；纳米晶体38；砂粒40。

具体实施方式

在图1中，阐明本发明具有莲花效应表面的锅具制备方法，是在“提供锅具胚体10”与“成品12”二步骤之间添加“表面处理20”的流程，实现锅具拥有莲花效应的表面。

在“提供锅具胚体10”步骤中，可选购所需的锅具胚体30，如图2。当然，自行制作的锅具胚体30，也是选项之一。

在图1中，该“表面处理20”步骤涵盖：“形成珐琅层22”、“蜂窝式微细结构重现24”、“植晶26”与“烧结28”等程序，使锅具胚体拥有莲花效应的表面。接下来，配合图3～图5做详细地陈述。

如图1、图3所示，在“形成珐琅层22”步骤中，用喷与搪工艺之一，将釉料粘附在金属制作锅具胚体30的表面，经烧结软化的釉料会附着于锅具胚体30形成珐琅层32。

该釉料主要是石英、长石、硼砂等矿物质及着色剂组成，将其混合后经高温融溶在一起，经冷却、干燥且磨成粉状且粘附在锅具胚体30外表。再以高温进行二次烧结，使釉料软化附着在锅具胚体30上，形成结实、有光泽的坚硬珐琅层32，具备高硬度、耐腐蚀、耐高温及传热均匀等优点。

釉料内含水分、结晶水及有机氧化物。在烧结期间，水分、结晶水及有机氧化物挥发或释出一连串气体，以致釉料包覆水分、结晶水及有机氧化物的部位剩余一些气室。因为气体通常会从釉料底面往表面方向乱窜，所以气室与气室之间往往存在一道或以上的狭缝，才不会阻碍气体在釉料内部流动。即使釉料融溶而紧密地结合金属制锅具胚体30形成珐琅层32，气室与狭缝也不会完全消失。因此，该珐琅层32表面质地坚硬、致密而且光滑，内部存在许多宛如蜂窝般微细结构34。

如图1所示，在“蜂窝式微细结构重现24”步骤中，刨去图3珐琅层32原来的坚硬表面，可以看见一些气泡般的微细结构34出现在薄的部位。在图4中，珐琅层厚度变薄，也没有光滑面。界定剩余的薄层部位为莲花石载体36。所述的微细结构34类似蜂窝，而且分布在莲花石载体36的表面，具浸润性与可加工等特性。

在本实施例，采用微喷技术，以细小的砂粒40去除珐琅层32的表面。某些实施例，可用铣削或切割等手段技术之一，刨除珐琅层32的表面。

如图1、图4、图5所示，在“植晶26”步骤采用有机-无机复合材料的一纳米大小的晶体，如Si、Al、Ti、Zr等材质。

在本实施例，该晶体是二氧化硅，不仅不溶于水、具备疏水性，而且分子结构稳定，即使高温也不容易断链或裂解，容易剪裁至纳米尺寸。当纳米晶体38深度浸润于微细结构34中，二氧化硅被莲花石载体36保护。

在“烧结28”步骤中，硅晶体历经烧结打开官能基，依桥接现象(Bridging)使晶体与晶体交织键结，晶体键结莲花石载体36，晶体键结微细结构34。如此，通过莲花石载体36为媒介，使二氧化硅在锅具胚体30外部形成一具备荷叶效果的表面，兼具强度的提升。

因为二氧化硅为疏水晶体，具疏水性的化学结构，所以水与成品12后的锅具表面接触时，仿佛莲花叶面般以表面张力形成水珠，除了缩减表面与水的接触面积以外，相对扩大接触角且加强疏水性，同时降低污染颗粒对锅具胚体30表面的附着力，产生不粘效果。

其次，二氧化硅结合莲花石载体36的微细结构34后，对水及污染颗粒产生排挤现象，却对食用油脂保有较佳的浸润性，形成极为特殊的「吸油/排水」效果。

换句话说，即使是少量的食用油，也能轻易于锅面均匀分布较大的面积，保有增强或长期的不粘功能。因为不吸水，纵使酱料淋在锅面上，也不易糊锅。

此处所称的固体表面具有浸润性，是由锅具表面的化学组成和微观几何结构来决定。因此，锅具表面与水的接触角大于150°时，就会产生疏水的特殊性质。相反之，锅具表面与水的接触角非常小(必须小于150度)，则能产生浸润效果。

接着看到下列的方程式，可制造纳米结晶的Si-O-Si分子：

M-O-R+H₂O→M-OH+R-OH(Hydrolysis/水解)；

M-OH+HO-M→M-O-M+H₂O(Water Condensation/水凝结)；

M-O-R+HO-M→M-O-M+R-OH(Alcohol Condensation/酒精凝结)。

由于纳米(Nano)超微化的Si-O-Si分子，粒径极为细微，可通过微细结构34渗入莲花石载体36内部更深层的部位，取得较佳的附着性。该超微化的Si-O-Si与珐琅均为无机物质，具备耐高温的特性。

所述的纳米结晶体不存在碳键，所以炒菜不生化学烟，更有益人体(如肺等呼吸器官)健康。

凭借莲花石载体36的物理结构，让锅具表面具备吸油/排水效果，产生不粘锅的特点，兼具易清洁、高硬度、耐铁铲、耐高温、耐腐蚀、均温以及保温等特性，即使锅面被锅铲碰触，也不会降低莲花表面的使用期限，比传统式锅具更适合于炒、煎等高温的烹饪作业。

因此，本发明按照上述方法制作锅具的结构体，是在锅具胚体30表面附着一莲花石载体36。该莲花石载体36的表面有一些微细结构34，这些微细结构34结合所需的纳米晶体38(譬如Si-O-Si分子)。该纳米晶体38形成荷叶效果的表面，使锅具拥有不沾、不糊、疏水、吸油且容易清洗等特性。

Claims

1.一种具有莲花效应表面的锅具制备方法，其特征在于，是在“提供锅具胚体(10)”步骤后面执行下列的“表面处理(20)”流程：

a)形成珐琅层(22)：用喷与搪工艺之一，将釉料粘附在金属制作锅具胚体(30)的表面，经烧结软化的釉料会附着于锅具胚体形成珐琅层，珐琅层表面坚硬且质地致密、光滑，珐琅层内部存在一些宛如蜂窝般的微细结构(34)；

b)蜂窝式微细结构重现(24)：去除珐琅层的表面，剩余的部分界定为莲花石载体(36)，所述的微细结构(34)分布在莲花石载体(36)的表面；

c)植晶(26)：用喷涂或布满二方式之一，将所需的纳米晶体(38)深度浸润于莲花石载体(36)的微细结构(34)；以及

d)烧结(28)：该纳米晶体(38)经过烧结，晶体交织键结晶体、晶体键结莲花石载体以及晶体键结微细结构，在锅具胚体外部形成一具备荷叶效果的表面，拥有不沾、不糊、疏水、吸油且容易清洗的特性。

2.根据权利要求1所述具有莲花效应表面的锅具制备方法，其特征在于，该纳米晶体是硅晶体，能够通过下列方程式制作纳米Si-O-Si分子：

M-O-R+H₂O→M-OH+R-OH；

M-OH+HO-M→M-O-M+H₂O；

M-O-R+HO-M→M-O-M+R-OH。

3.一种根据权利要求1所述方法制作的锅具结构，其特征在于：是在一锅具胚体(30)表面附着一莲花石载体(36)，该莲花石载体(36)的表面有一些微细结构(34)，这些微细结构(34)结合所需的纳米晶体(38)，该纳米晶体(38)形成荷叶效果的表面，使锅具拥有不沾、不糊、疏水、吸油且容易清洗的特性。

4.根据权利要求3所述的锅具结构，其特征在于，该纳米晶体(38)是指Si-O-Si分子。