CN109807042B - 食品器具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种食品器具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的方法，包括以下步骤：a）准备步骤，提供一种已处理的食品器具、特定量的聚四氟乙烯溶液以及特定量的铝基金属间化合物粉末；b）搅拌混合步骤，将该聚四氟乙烯溶液与该铝基金属间化合物粉末搅拌混合为喷涂悬浮液；c）喷涂步骤，将该喷涂悬浮液喷涂在该食品器具的表面上，使该食品器具的表面形成至少一道涂层；d）成型固化步骤，将该食品器具的涂层加热固化形成疏水高分子/金属复合皮膜；本发明提供一种食品器具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的方法，使得食品器具的承载表面具有高疏水性、高抗沾粘性以及较佳表面耐磨耗能力等诸多的特点。

Description

食品器具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的方法

技术领域

本发涉及一种食品器具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的方法，具体的说是一种能够有效提升食品器具之高疏水性、高抗沾粘以及具有优异表面耐磨耗能力的食品器具表面处理技术。

背景技术

聚四氟乙烯涂料已广泛地应用于各式食品器具上，如：煮饭锅、炒锅、汉堡牛排烤盘、平底锅、烤炉盘、烘焙烤盘、土司盒、各种糕点模具、糕饼模具、烤饼盘馅饼盘以及食品用刀具等食品器具。具体地说，是将聚四氟乙烯涂料直接喷涂在食品器具的承载表面上(如用来承载食品的边框内面、底面；或食品用刀具的两个刀面)，使食品器具的表面形成一个不沾粘层，此方法能使涂覆有聚四氟乙烯的食品器具表面具有不沾粘的特性。

然而，聚四氟乙烯虽具有易清洗且不易沾锅等特性；但覆盖聚四氟乙烯的食品器具的不沾粘层，其表面耐磨耗能力不佳，当长期使用、操作不当或清洗不当等，进而使得不沾粘层受损，致使不沾粘层的化学成分因刮伤或裂痕渗出而混杂在食品之中，进而产生食安等问题。

另外，铝基金属间化合物结构材料性质独特，不同多元合金之铝基金属间化合物材料，可广泛用于多种的应用层面。目前已知的应用层面，包括有储氢材料、热障涂层、选择性光线吸收器、化学反应器、抗沾粘涂层、催化剂粒子以及强化低强度合金的分散型强度粒子等技术领域的应用层面。铝-铜-铁三元合金根据成分与热力学条件的不同，分别可以获得晶体相、铝基金属间化合物相及非晶体相。铝基金属间化合物结构，如铝-铜-铁所含的三个元素都是金属，所以导电性极佳，但这三个元素组成的铝基金属间化合物结构，导电率仅约为金属的万分之一，甚至导电性低于成分类似的非晶体，而且愈完美、无缺陷的铝基金属间化合物结构越完美、越无缺陷，导电率愈低，正好与金属性质相反。换言之，铝基金属间化合物结构虽然由金属元素构成却呈现出类陶瓷的特性，这确实与一般的金属与非晶金属有着极大的差异。

另外，铝基金属间化合物是由铝、铜以及铁经制作形成的疏水合金膜，因为具有高疏水性与高抗沾粘等特性，所以疏水合金膜与水的接触角可以高达100度以上。有鉴于此，如何开发出一种可在食品器具表面覆盖疏水合金膜，以取代聚四氟乙烯的使用疑虑；或者研究出与聚四氟乙烯混合应用的食品器具表面处理技术，已成为相关产业所亟需解决与挑战的技术课题。

发明内容

本发明主要目的，在于提供一种食品器具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的方法，主要是将疏水高分子/金属复合皮膜覆盖在食品器具承载表面，使得食品器具的承载表面具有高疏水性、高抗沾粘以及较佳表面耐磨耗能力等诸多的特点。

本发明涉及一种食品器具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜（30）的方法，包括以下步骤：

（a）准备步骤：提供一种已处理的食品器具、特定量的聚四氟乙烯溶液以及特定量的铝基金属间化合物粉末；

（b）搅拌混合步骤：将该聚四氟乙烯溶液与该铝基金属间化合物粉末搅拌混合为喷涂悬浮液；

（c）喷涂步骤：将该喷涂悬浮液喷涂在该食品器具的表面上，使该食品器具的表面形成至少一道涂层；

（d）成型固化步骤，将该食品器具的涂层加热固化形成疏水高分子/金属复合皮膜。

该聚四氟乙烯溶液的质量占比为45%~95%，该铝基金属间化合物粉末的质量占比为55%~5%，该铝基金属间化合物粉末的粒径介于0.5~50µm之间。

所述搅拌混合步骤中，该聚四氟乙烯溶液的温度范围控制在20~40℃，并以10~50r/min的速度进行搅拌。

该喷涂步骤细分包括下列步骤：

（a）底漆喷涂步骤，将该喷涂悬浮液喷涂在该食品器具的表面上，以形成一底漆复合皮膜涂层，并以100~250℃的温度烧结固化10~30分钟，使该底漆复合皮膜涂层烧结固化形成底漆；

（b）面漆喷涂步骤，将该喷涂悬浮液喷涂在该底漆上，形成面漆复合皮膜涂层，并以摄氏350~400℃的温度烧结固化20~40分钟，使该面漆复合皮膜涂层烧结固化形成疏水高分子/金属复合皮膜。

该底漆复合皮膜涂层的厚度介于10~15µm之间；该面漆复合皮膜涂层的厚度介于15~20µm之间。

该铝基金属间化合物粉末中铝的质量占比为50%~70%，铜的质量占比为20%~35%，铁的质量占比为10%~20%。制备过程如下，首先按照上述的比例，准备定量的铝、铜、铁粉末；将铝粉先加入于坩埚，加热至该铝完全熔融为止；依次加入铜粉、铁粉，并将该坩埚的加热温度提高并保持在摄氏1000℃以上；再通过熔炼处理以及粉碎筛选处理等步骤制成该铝基金属间化合物粉末。

该熔炼处理方法是，当坩埚中铝、铜、铁熔炼为均匀混合金属混合溶液时，再将该金属溶液进行急速喷粉凝固，最后进行粉碎筛选处理，形成铝基金属间化合物粉末。

该粉碎筛选方法是，将该金属混合溶液倒入一静置且于真空环境的容器内；缓慢倾斜容器，当金属混合溶液从容器口流出时，以高速喷嘴该金属混合溶液喷出冷却气体，此时，金属混合溶液因冷却气体而凝固形成大小不一的铝基金属间化合物粉末；再依据粒径大小而将该铝基金属间化合物粉末进行筛选分级。

在准备步骤中，食品器具处理方法是，食品器具表面经过金钢砂或氧化铝喷砂处理，使该食品器具的表面的平均粗糙度介于2~5μm之间。

该食品器具包含至少一个水高分子/金属复合皮膜覆盖其上的承载表面；此食品器具的可选范围是：煮饭锅、炒锅、汉堡牛排烤盘、平底锅、烤炉盘、烘焙烤盘、土司盒、各种糕点模具、糕饼模具、烤饼盘、馅饼盘以及食品刀具。

本发明可以取代目前常用的聚四氟乙烯的使用疑虑，预期可广泛使用于民生餐饮业上，例如将疏水高分子/金属复合皮膜30覆盖应用于食品器具10(如煮饭锅、炒锅、汉堡牛排烤盘、平底锅、烤炉盘、烘焙烤盘、土司盒、各种糕点模具、糕饼模具、烤饼盘、馅饼盘以及食品刀具等食品器具)的承载表面11，于此即可因疏水高分子/金属复合皮膜30之疏水性的接触角高达140~150°，而达成下列所述的效果：

1.具备极佳的疏水特性与抗沾粘的效果，故而食品器具较不易因沾锅所致的不易清洗的情事产生。

2.具备极佳的耐磨耗特性与抗盐雾腐蚀能力，除了可以大幅降低食品器具表面因出力不当所造成的刮伤情事，并可延长食品器具的使用寿命。

附图说明

附图1是本发明覆设疏水高分子金属复合皮膜的方法实施示意图。

附图2是本发明于土司盒表面覆数疏水高分子金属复合皮膜的实施示意图。

附图3是本发明于食品刀具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的实施示意图。

附图4是本发明于烘焙烤盘表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的实施示意图。

附图5是本发明覆盖疏水高分子金属复合皮膜的剖视示意图。

附图6是本发明疏水性接触角达到140度的实施示意图。

附图7是本发明覆盖疏水高分子金属复合皮膜的试样放大照片。

附图8所示则为利用偏光镜放大100倍拍摄疏水高分子金属复合皮膜的照片。

附图标记说明：10-食品器具、11-食品器具表面、20-铝基金属间化合物粉末；疏水高分子/金属复合皮膜30。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

参照附图1~5，本实施例包括下列步骤：

1.材料准备工作

（a）先将已准备的食品器具10（食品器具10可以是镀铝钢板或是不锈钢等金属板材所制成）放置在摄氏300~450℃的烘箱中高温烘烤约10~30分钟，以去除食品器具10表面11的油渍。接着，进行喷砂处理，将食品器具10置入一喷砂机中，在喷砂机中装入喷砂原料，喷砂气压为2~5kg/cm²，对食品器具10的表面11进行喷砂处理，进而使食品器具10的表面11的平均粗糙度值介于2~5μm之间，使得疏水高分子/金属复合皮膜30更容易成型固化在食品器具10表面11上。上述食品器具10的表面11是指承载表面而言。

请参看图2所示的食品器具10为土司盒，而土司盒的承载表面即为土司盒的内边框以及底面。

另如图3所示的食品器具为食品锯切刀，该食品锯切刀的承载表面即为二个刀面及刀背。

图4所示的食品器具10则为烘焙烤盘，该烘焙烤盘的承载表面即为烘焙烤盘的底面。

（b）容器中量取定量的聚四氟乙烯溶液。

（c）铝基金属间化合物粉末20的制备。

①准备定量的铝、铜以及铁粉，其中铝的质量占比为50%~70%，铜的质量占比为20%~35%，铁的质量占比为10%~20%。

②熔炼处理方法，可通过市售的高周波熔炼炉机具；或是真空高速铝基金属间化合物粉体制造机具加以实现，具体的方法包含下列步骤：

先将定量为铝加入于一坩埚内，以高周波加热至完全熔炼。

紧接着在坩埚中依次加入定量的铜及定量的铁，并将坩埚中铝溶液温度提高保持在摄氏800℃~1300℃。

待将铜及铁融化均匀混合熔炼为金属混合溶液后，再将金属混合溶液进行急速喷粉凝固后予以粉碎筛选处理，以制备为上述铝基金属间化合物粉末20。

粉碎筛选处理：粉碎筛选处理同样可以透过市售的高周波熔炼炉机具；或是真空高速铝基金属间化合物粉体制造机具加以实现，具体的方法包含下列步骤：

将金属混合溶液倒入一静置且于真空环境的容器内。

以高速喷嘴对自容器流出的金属混合溶液喷出冷却气体(如氮气或氩气)，使金属混合溶液滴成被冷却气体急速冷却凝固分散为大小不一的铝基金属间化合物粉末。

再依据粒径大小而将铝基金属间化合物粉末20进行筛选分级。

2.制备工作

（a）喷砂处理好的食品器具

（b）定量的聚四氟乙烯溶液，聚四氟乙烯溶液的质量占比为聚四氟乙烯溶液和铝基金属间化合物(Al-TM)粉末20总质量的45%~95%。

（c）定量的铝基金属间化合物(Al-TM)粉末20，铝基金属间化合物粉末的质量占比为为聚四氟乙烯溶液和铝基金属间化合物(Al-TM)粉末20总质量的55%~5%，且粒径介于0.5~50µm之间。

3.搅拌混合步骤：将聚四氟乙烯溶液与铝基金属间化合物粉末20搅拌混合为喷涂悬浮液。所述搅拌混合步骤中，该聚四氟乙烯溶液的温度范围控制在20~40℃之间，并以10~50r/min的速度进行搅拌，直至溶液均匀。

4.喷涂步骤及成型固化步骤：

（a）喷涂步骤：将喷涂悬浮液喷涂在食品器具10的表面11上，使器食品器具10的表面11形成至少一道涂层。

（b）成型固化步骤：将食品器具10的表面11的涂层加热成型固化为疏水高分子/金属复合皮膜30，如图2~4所示。如图7所示为本发明制备之疏水高分子/金属复合皮膜30试样的近拍放大照片。如图8所示则为利用偏光镜放大100倍的照片，白色颗粒為铝基金属间化合物粉末,黑色為聚四氟乙烯皮膜。

上述喷涂步骤包含底漆喷涂步骤及面漆喷涂步骤。该成型固化步骤包含第一成型固化步骤及第二成型固化步骤。

整体喷涂步骤及成型固化步骤执行顺序为底漆喷涂步骤、第一成型固化步骤、面漆喷涂步骤以及第二成型固化步骤。

进行底漆喷涂步骤时，将喷涂悬浮液透过喷涂装置而喷涂在食品器具10的表面11上，以形成一底漆复合皮膜涂层(底漆复合皮膜涂层的厚度介于10~15µm)；接着，进行第一成型固化步骤，以摄氏100~250℃的温度对涂层进行10~30分钟的成型固化，使底漆复合皮膜涂层成型固化为底漆30a；

紧接着，执行面漆喷涂步骤，将喷涂悬浮液透过喷涂装置而喷涂在底漆30a上，以形成一层面漆复合皮膜涂层(面漆复合皮膜涂层的厚度介于15~20µm)，然后进行第二成型固化步骤，以350~400℃的温度对面漆复合皮膜涂层进行20~40分钟的成型固化，使面漆复合皮膜涂层成型固化为上述疏水高分子/金属复合皮膜30。

另外，值得一提的是，由于本发明所制备覆盖有疏水高分子/金属复合皮膜30的食品器具10因为具有较低的表面能，所以具有较大的疏水特性，在成型固化后进行实验性量测，由实验性量测中得知，本发明所制备覆盖有疏水高分子/金属复合皮膜30的食品器具10的疏水性接触角可以达到140°~150°，如图6所示，故可证实本发明所制备覆盖有疏水高分子/金属复合皮膜30的食品器具10确实具备极佳的疏水特性与抗沾粘的效果。

再者，为验证本发明所制备覆盖有疏水高分子/金属复合皮膜30的食品器具10是否具备较高的耐磨耗特性，于是针对本发明进行耐磨耗的实验性量测(参考:GB/T 32389-2015耐磨性试验)。

其中，发现当铝基金属间化合物粉末20质量占比为0%时，耐磨耗次数为1000次（此测试代表聚四氟乙烯涂层耐磨强度）；当铝基金属间化合物粉末20质量占比为5%时，耐磨耗次数为3500次；当铝基金属间化合物粉末20质量占比为10%时，耐磨耗次数为3800次；当铝基金属间化合物粉末20质量占比为15%时，耐磨耗次数为6000次；当铝基金属间化合物粉末20质量占比为20%时，耐磨耗次数为7500次；当铝基金属间化合物粉末20质量占比为35%时，耐磨耗次数为4100次；当铝基金属间化合物粉末20质量占比为45%时，耐磨耗次数为1600次；当铝基金属间化合物粉末20质量占比为55%时，耐磨耗次数为500次。由实验性量测中得知，耐磨耗测试实验可以大幅地由原本标准的仅为聚四氟乙烯涂层的1000次提高至7000次以上，可见，足以证实本发明所制备覆盖有疏水高分子/金属复合皮膜30的食品器具10确实具备极佳的耐磨耗特性。由此可知，在本发明中当基金属间化合物粉末20的质量占比在20%时，耐磨性能达到最高值。当铝基金属间化合物粉末质量占比超过聚四氟乙烯溶液20%时，耐磨耗次数会随之下降,其主要原因为铝基金属间化合物粉末浓度提高时在喷涂聚四氟乙烯溶液时容易结团沉淀导致喷涂分散性变差，次要原因为浓度太高时，聚四氟乙烯溶液与基金属间化合物粉末在高温烧结时键结合性会降低，因而耐磨耗性会随之降低。

其次，为验证本发明所制备覆盖有疏水高分子/金属复合皮膜30的食品器具10是否具备抗盐雾腐蚀特性，于是针对本发明所制备的食品器具10进行5%NACL盐雾试验的实验性量测(参考:GB/T 32389-2015耐盐性试验)，由实验性量测中得知，5%NaCl盐雾试验由48小时提高到175个小时，因此，足以证实本发明所制备之疏水高分子/金属复合皮膜30确实具备极佳的抗盐雾腐蚀能力。

再其次，为验证本发明所制备覆盖有疏水高分子/金属复合皮膜30的食品器具10是否符合目前的食安法规，故委托中国 台湾标准(SGS)进行相关的食安检测，依据检测结果得知，本发明所制备覆盖有疏水高分子/金属复合皮膜30的食品器具10确实符合中国大陆的食安法规，具体的符合中国大陆的食安法规如下所述：

1.GB 4806.1-2016(食品安全国家标准食品接触材料及制品通用安全要求)。

2.GB 4806.10-2016(食品安全国家标准食品接触涂料及涂层)。

3.GB 9685-2016(食品安全国家标准食品接触材料及制品用添加剂使用标准)。

综上所述，本发明确实可以取代目前常用的聚四氟乙烯的使用疑虑，预期可广泛使用于民生餐饮业上，例如将疏水高分子/金属复合皮膜30覆盖应用于食品器具10(如煮饭锅、炒锅、汉堡牛排烤盘、平底锅、烤炉盘、烘焙烤盘、土司盒、各种糕点模具、糕饼模具、烤饼盘、馅饼盘以及食品刀具等食品器具)的承载表面11，于此即可因疏水高分子/金属复合皮膜30之疏水性的接触角高达140~150°，而达成下列所述的效果：

1.具备极佳的疏水特性与抗沾粘的效果，故而食品器具较不易因沾锅所致的不易清洗的情事产生。

2.具备极佳的耐磨耗特性与抗盐雾腐蚀能力，除了可以大幅降低食品器具表面因出力不当所造成的刮伤情事，并可延长食品器具的使用寿命。

Claims (8)

1.一种食品器具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的方法，包括以下步骤：

（a）准备步骤，提供一种已处理的食品器具（10）、聚四氟乙烯溶液以及铝基金属间化合物粉末（20）；

（b）搅拌混合步骤，将该聚四氟乙烯溶液与该铝基金属间化合物粉末（20）搅拌混合为喷涂悬浮液；

（c）喷涂步骤，将该喷涂悬浮液喷涂在该食品器具（10）的表面（11）上，使该食品器具（10）的表面（11）形成至少一道涂层；

（d）成型固化步骤，将该食品器具（10）的涂层加热固化形成疏水高分子/金属复合皮膜（30）；

该铝基金属间化合物粉末（20）中铝的质量占比为50%~70%，铜的质量占比为20%~35%，铁的质量占比为10%~20%；制备过程如下，按照上述的比例，准备定量的铝、铜、铁粉末；将铝粉先加入于坩埚，加热至该铝完全熔融为止；再依次加入铜粉、铁粉，并将该坩埚的加热温度提高并保持在1000℃以上；再通过熔炼处理以及粉碎筛选处理步骤制成该铝基金属间化合物粉末（20）；

该聚四氟乙烯溶液的质量占比为45%~95%，该铝基金属间化合物粉末的质量占比为55%~5%，该铝基金属间化合物粉末（20）的粒径介于0.5~50µm之间。

2.如权利要求1所述的食品器具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的方法，其特征是：所述搅拌混合步骤中，该聚四氟乙烯溶液的温度范围控制在20~40℃，并以10~50r/min的速度进行搅拌。

3.如权利要求1所述的食品器具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的方法，其特征是：该喷涂步骤细分包括下列步骤：

（a）底漆喷涂步骤，将该喷涂悬浮液喷涂在该食品器具（10）的表面（11）上，以形成一底漆复合皮膜涂层，并以100~250℃的温度烧结固化10~30分钟，使该底漆复合皮膜涂层烧结固化形成底漆；

（b）面漆喷涂步骤，将该喷涂悬浮液喷涂在该底漆上，形成面漆复合皮膜涂层，并以摄氏350~400℃的温度烧结固化20~40分钟，使该面漆复合皮膜涂层烧结固化形成疏水高分子/金属复合皮膜（30）。

4.如权利要求3所述的食品器具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的方法，其特征是：该底漆复合皮膜涂层的厚度介于10~15µm之间；该面漆复合皮膜涂层的厚度介于15~20µm之间。

5.如权利要求1述的食品器具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的方法，其特征是：该熔炼处理方法是，当坩埚中铝、铜、铁熔炼为均匀混合金属混合溶液时，再将该金属溶液进行急速喷粉凝固，最后进行粉碎筛选处理，形成铝基金属间化合物粉末（20）。

6.如权利要求1所述的食品器具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的方法，其特征是：该粉碎筛选方法是，将该金属混合溶液倒入一静置且于真空环境的容器内；缓慢倾斜容器，当金属混合溶液从容器口流出时，以高速喷嘴对该金属混合溶液喷出冷却气体，此时，金属混合溶液因冷却气体而凝固形成大小不一的铝基金属间化合物粉末（20）；再依据粒径大小将该铝基金属间化合物粉末（20）进行筛选分级。

7.如权利要求1所述的食品器具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的方法，其特征是：在准备步骤中，食品器具（10）处理方法是，食品器具（10）表面（11）经过金钢砂或氧化铝喷砂处理，使该食品器具（10）的表面（11）的平均粗糙度介于2~5μm之间。

8.如权利要求1所述食品器具表面覆盖疏水高分子金属复合皮膜的方法，其特征是：该食品器具（10）包含至少一个疏水高分子/金属复合皮膜（30）覆盖其上的承载表面。

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