TWI695044B - 食品器具表面覆設疏水高分子金屬複合皮膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關一種食品器具表面覆設疏水高分子金屬複合皮膜的方法,其係將聚四氟乙烯(鐵氟龍)溶液與鋁基金屬間化合物粉末予以攪拌混合為噴塗懸浮液,並將噴塗懸浮液噴塗在食品器具的表面上,以於食品器具的表面形成至少一塗層,再將食品器具表面的塗層加熱成型固化為疏水高分子/金屬複合皮膜,俾能因疏水高分子/金屬複合皮膜之疏水性接觸角的增加,而具有高疏水性、高抗沾黏以及較佳表面耐磨耗能力等特點。
Description
本發明係有關一種食品器具表面覆設疏水高分子金屬複合皮膜的方法,尤指一種能夠有效提升食品器具之高疏水性、高抗沾黏以及具有優異表面耐磨耗能力的食品器具表面處理技術。
按,杜邦公司所生產的聚四氟乙烯塗料(即泛指之鐵氟龍塗料)已廣泛地應用於各式食品器具上,如:煮飯鍋、炒鍋、漢堡牛排烤盤、平底鍋、烤爐盤、烘焙烤盤、土司盒、各種糕點模具、糕餅模具、烤餅盤餡餅盤以及食品用刀具等食品器具。具體之應用範圍,係以聚四氟乙烯(鐵氟龍)塗料直接噴塗在食品與器具之承載表面上(如用來承載食品之邊框內面、底面;或食品用刀具的刀面),以於食品器具之表面形成一不沾粘層,此方法能使塗覆有聚四氟乙烯(鐵氟龍)之食品器具表面具有不沾粘之特性。於此,雖此聚四氟乙烯(鐵氟龍)具有易清洗且不易沾鍋等特性;惟,塗覆聚四氟乙烯(鐵氟龍)之食品器具不沾粘層的之表面耐磨耗能力不佳,所以較易因長期使用、操作使用不當或清洗過於用力等而使得不沾粘層受損,致使不沾粘層之雜屑與化學成分等因刮傷或裂痕滲出而混雜在食品之中,進而產生食安問題等疑慮。
另外,鋁基金屬間化合物結構材料具有獨特的性質,不同多
元合金之鋁基金屬間化合物材料可廣泛用於多種的應用層面,目前已知的應用層面,包括有儲氫材料、熱障塗層、選擇性光線吸收器、化學反應器、抗沾黏塗層、催化劑粒子以及強化低強度合金的分散型強度粒子等技術領域的應用層面。由於鋁-銅-鐵三元合金根據成分與熱力學條件的不同,分別可以獲得晶體相、鋁基金屬間化合物相及非晶體相。而鋁系的鋁基金屬間化合物結構,如鋁-銅-鐵所含的三個元素都是金屬,所以導電性極佳,但這三個元素組成的鋁基金屬間化合物結構,導電率僅約為金屬的萬分之一,甚至比成分類似的非晶還低,而且愈完美、無缺陷的鋁基金屬間化合物結構,導電率愈低,正好與金屬相反。換言之,鋁基金屬間化合物結構為金屬元素構成卻呈現出類陶瓷的特性,這確實與一般的金屬與非晶金屬有著極大的差異。
再者,鋁基金屬間化合物結構材料如鋁(Alx)、銅Cuy)、鐵(Fez)系所製成的疏水合金膜,因為具有高疏水性與高抗沾黏等特性,所以疏水合金膜與水的接觸角可以高達100度以上,所以,如何開發出一種可於食品器具表面覆設疏水合金膜,以取代聚四氟乙烯(鐵氟龍)(P.T.F.E)鐵氟龍的使用疑慮;或是與聚四氟乙烯(鐵氟龍)整合應用的食品器具表面處理技術實已成為相關產業所亟需解決與挑戰的技術課題。
本發明主要目的,在於提供一種食品器具表面覆設疏水高分子金屬複合皮膜的方法,主要是於食品器具承載表面覆設疏水高分子/金屬複合皮膜,因而得以使得食品器具的承載表面具有高疏水性、高抗沾黏特性以及較佳表面耐磨耗能力等諸多的特點。達成本發明主要目的之技術手
段,係將聚四氟乙烯(鐵氟龍)溶液與鋁基金屬間化合物粉末予以攪拌混合為噴塗懸浮液,並將噴塗懸浮液噴塗在食品器具的表面上,以於食品器具的表面形成至少一塗層,再將食品器具之承載表面的塗層加熱成型固化為一層的疏水高分子/金屬複合皮膜。
10‧‧‧食品器具
11‧‧‧表面
20‧‧‧鋁基金屬間化合物粉末
30‧‧‧疏水高分子/金屬複合皮膜
30a‧‧‧底漆
圖1係本發明覆設疏水高分子金屬複合皮膜的方法實施示意圖。
圖2係本發明於土司盒表面覆設疏水高分子金屬複合皮膜的實施示意圖。
圖3係本發明於食品刀具表面覆設疏水高分子金屬複合皮膜的實施示意圖。
圖4係本發明於烘焙烤盤表面覆設疏水高分子金屬複合皮膜的實施示意圖。
圖5係本發明覆設疏水高分子金屬複合皮膜的剖視示意圖。
圖6係本發明疏水高分子金屬複合皮膜疏水性接觸角達到140度的示意圖。
圖7係本發明疏水高分子金屬複合皮膜的試樣近拍照片。
圖8係本發明以偏光鏡放大所拍攝的疏水高分子金屬複合皮膜照片。
為讓 貴審查委員能進一步瞭解本發明整體的技術特徵與達成本發明目的之技術手段,玆以具體實施例並配合圖式加以詳細說明如后:請參看圖1~5所示為可以實現本發明主要目的之具體實施例,本實施例係包括下列步驟:
(a)材料準備步驟:提供至少一待加工的食品器具10、特定量的聚四氟乙烯(鐵氟龍)溶液以及特定量的鋁基金屬間化合物(Al-TM)粉末
20,其中,該食品器具10可以是鍍鋁鋼板;或是不銹鋼等金屬板材所製成。至於上述食品器具10係指已成型為具備食品器具輪廓尚未做表面處理的待加工食品器具10而言。
(b)攪拌混合步驟:將聚四氟乙烯(鐵氟龍)溶液與鋁基金屬間化合物粉末20予以攪拌混合為噴塗懸浮液。
(c)噴塗步驟:將噴塗懸浮液噴塗在食品器具10的表面11上,以於食品器具10的表面11形成至少一塗層。
(d)成型固化步驟:將食品器具10之表面11的塗層加熱成型固化為疏水高分子/金屬複合皮膜30,如圖2~4所示。至於圖7所示為本發明製備之疏水高分子/金屬複合皮膜30試樣的近拍照片;另,圖8所示則為利用偏光鏡放大100倍所拍攝的照片。
此外,本發明在材料準備步驟之前更包括有一前處理步驟及一噴砂步驟。其中,執行前處理步驟時,係將已預先成型的食品器具10放置在攝氏300~450℃的烘箱中高溫烘烤約10~30分鐘,以去除食品器具10表面11的油漬。
接著,再執行噴砂步驟,係將食品器具10置入一噴砂機中,在噴砂機中裝入噴砂原料,噴砂氣壓為2~5kg/cm2,以對食品器具10的表面11進行噴砂處理,進而使食品器具10之表面11的平均粗度值介於2~5μm,於是得以藉由食品器具10表面11噴砂粗化,使得疏水高分子/金屬複合皮膜30更容易成型固化在食品器具10表面11上。
具體的,該聚四氟乙烯(鐵氟龍)溶液的佔重比為45~95百分比,該鋁基金屬間化合物粉末20的佔重比為5~55百分比,該鋁基金屬間化合物粉末20的粒徑介於0.5~50um。
於攪拌混合步驟中,該聚四氟乙烯(鐵氟龍)溶液的溫度介於攝氏20~40℃,並透過攪拌機具以每分鐘10~50轉的速度進行攪拌。
更具體的,上述噴塗步驟更包含底漆噴塗步驟及面漆噴塗步驟。該成型固化步驟更包含第一成型固化步驟及第二成型固化步驟。上述步驟執行順序為底漆噴塗步驟、第一成型固化步驟、面漆噴塗步驟以及第二成型固化步驟。
執行底漆噴塗步驟時,係將噴塗懸浮液透過噴塗裝置而噴塗在食品器具10的表面11上,以形成一底漆複合皮膜塗層(底漆複合皮膜塗層的厚度介於10~15μm);接著,進行第一成型固化步驟,係以攝氏100~250℃之溫度進行10~30分鐘的成型固化,使底漆複合皮膜塗層成型固化為底漆30a;緊接著,執行面漆噴塗步驟,係將噴塗懸浮液透過噴塗裝置而噴塗在底漆30a上,以形成一面漆複合皮膜塗層(面漆複合皮膜塗層的厚度介於15~20μm),然後進行第二成型固化步驟,係以攝氏350~400℃之溫度進行20~40分鐘的成型固化,使面漆複合皮膜塗層成型固化為上述疏水高分子/金屬複合皮膜30。
具體的,該鋁基金屬間化合物粉末20係包含佔重比50~70百分比的鋁、佔重比20~35百分比的銅以及佔重比10~20百分比的鐵,並以熔煉處理及粉碎篩選處理等步驟製成鋁基金屬間化合物粉末20。
更具體的,上述熔煉處理可透過市售的高周波熔煉爐機具;或是真空高速鋁基金屬間化合物粉體製造機具加以實現,具體的方法係包含下列步驟:
(e)先將含量為佔重比50~70百分比的鋁加入於一坩堝內,以高週波加熱加熱至完全熔煉。
(f)於坩堝依序加入佔重比20~35百分比的銅及佔重比10~20
百分比的鐵,並將坩堝中鋁溶液溫度提高保持在攝氏800℃~1300℃,待將銅及鐵融化均勻混合熔煉為金屬混合溶液後,再將金屬混合溶液進行急速噴粉凝固後予以粉碎篩選處理,以製備為上述鋁基金屬間化合物粉末20。
較具體的,上述粉碎篩選處理同樣可以透過市售的高周波熔煉爐機具;或是真空高速鋁基金屬間化合物粉體製造機具加以實現,具體的方法係包含下列步驟:
(g)將金屬混合溶液倒入一靜置且於真空環境的容器內。
(h)以高速噴嘴對自容器流出的金屬混合溶液噴出冷卻氣體(如氮氣或氬氣),使金屬混合溶液滴成被冷卻氣體急速冷卻凝固分散為大小不一的鋁基金屬間化合物粉末20。
(i)再依據粒徑大小而將鋁基金屬間化合物粉末20予以篩選分級。
再準確地說,上述食品器具10的表面11係指承載表面而言。請參看圖2所示的食品器具10為土司盒,而土司盒的承載表面即為土司盒的內邊框以及底面。另如圖3所示的食品器具為食品鋸切刀,該食品鋸切刀的承載表面即為二個刀面及刀背。又,圖4所示的食品器具10則為烘焙烤盤,該烘焙烤盤的承載表面即為烘焙烤盤的底面。
另外,值得一提的是,由於本發明所製備覆設有疏水高分子/金屬複合皮膜30的食品器具10因為具有較低的表面能,所以具有較大的疏水特性,在加熱成型固化後進行實驗性量測,由實驗性量測中得知,本發明所製備覆設有疏水高分子/金屬複合皮膜30的食品器具10疏水性接觸角可以高達140至150°,如圖6所示,可見,本發明所製備覆設有疏水高分子/金屬複合皮膜30的食品器具10確實具備極佳的疏水特性與抗沾粘的效果。
再者,為驗證本發明所製備覆設有疏水高分子/金屬複合皮膜30的食品器具10是否具備較高的耐磨耗特性,於是進行耐磨耗的實驗性量測(參考:GB/T 32389-2015耐磨性試驗),由實驗性量測中得知,耐磨耗測試實驗可以大幅地由原本標準的僅為鐵氟龍塗層的1000次提高至7000次以上,故可證實,本發明所製備覆設有疏水高分子/金屬複合皮膜30的食品器具10確實具備極佳的耐磨耗特性。其次,本發明又依據添加不同佔重比的鋁基金屬間化合物粉末20的與耐磨耗次數做了一次比對測試,其中發現,當鋁基金屬間化合物粉末20佔重比為0%時,耐磨耗次數為1000次;當鋁基金屬間化合物粉末20佔重比為5%時,耐磨耗次數為3500次;當鋁基金屬間化合物粉末20佔重比為10%時,耐磨耗次數為3800次;當鋁基金屬間化合物粉末20佔重比為15%時,耐磨耗次數為6000次;當鋁基金屬間化合物粉末20佔重比為20%時,耐磨耗次數為7500次,由此可知,鋁基金屬間化合物粉末20佔重比愈高,耐磨耗次數則愈高。
另,為驗證本發明所製備覆設有疏水高分子/金屬複合皮膜30的食品器具10是否具備抗鹽霧腐蝕特性,於是針對本發明所製備之食品器具10進行5%NACL鹽霧試驗的實驗性量測(參考:GB/T 32389-2015耐鹽性試驗),由實驗性量測中得知,5%NACL鹽霧試驗由48小時提高到175個小時,因此,足以證實本發明所製備之疏水高分子/金屬複合皮膜30確實具備極佳的抗鹽霧腐蝕能力。
又,為驗證本發明所製備覆設有疏水高分子/金屬複合皮膜30的食品器具10是否符合目前的食安法規,故委託台灣標準(SGS)進行相關的食安檢測,依據檢測結果得知,本發明所製備覆設有疏水高分子/金屬複
合皮膜30的食品器具10確實符合中國大陸的食安法規,具體的符合中國大陸的食安法規如下所述:
1.GB 4806.1-2016(食品安全國家標准食品接觸材料及制品通用安全要求)。
2.GB 4806.10-2016(食品安全國家標准食品接觸塗料及塗層)。
3.GB 9685-2016(食品安全國家標准食品接觸材料及制品用添加劑使用標准)。
綜上所述,本發明確實可以取代目前常用的聚四氟乙烯(鐵氟龍)(P.T.F.E)鐵氟龍的使用疑慮,預期可廣泛使用於民生餐飲業上,例如將疏水高分子/金屬複合皮膜30覆設應用於食品器具10(如煮飯鍋、炒鍋、漢堡牛排烤盤、平底鍋、烤爐盤、烘焙烤盤、土司盒、各種糕點模具、糕餅模具、烤餅盤、餡餅盤以及食品刀具等食品器具)的承載表面11,於此即可因疏水高分子/金屬複合皮膜30之疏水性的接觸角高達140至150°的緣故,而達成下列所述的效果:
1.除了具備極佳的疏水與抗沾粘等特性,並可有效延長抗沾粘的效果,故而食品器具較不易因沾鍋所致的不易清洗的情事產生。
2.具備極佳的耐磨耗特性與抗鹽霧腐蝕能力,除了可以大幅降低食品器具表面因出力不當所造成的刮傷情事,並可延長食品器具的使用壽命。
以上所述,僅為本發明之可行實施例,並非用以限定本發明之專利範圍,凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其
他變化的等效實施,皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵,未見於同類物品,且具實用性與進步性,已符合發明專利要件,爰依法具文提出申請,謹請 鈞局依法核予專利,以維護本申請人合法之權益。
10‧‧‧食品器具
11‧‧‧表面
30‧‧‧疏水高分子/金屬複合皮膜
Claims (9)
- 一種食品器具表面覆設疏水高分子金屬複合皮膜的方法,其包括下列步驟:材料準備步驟:提供至少一待加工的食品器具、特定量的聚四氟乙烯(鐵氟龍)溶液以及特定量的鋁基金屬間化合物粉末;攪拌混合步驟:將該聚四氟乙烯溶液與該鋁基金屬間化合物粉末予以攪拌混合為噴塗懸浮液;噴塗步驟:將該噴塗懸浮液噴塗在該食品器具的表面上,以於該食品器具的該表面形成至少一塗層;及成型固化步驟,將該食品器具之該表面的該塗層加熱固化為疏水高分子/金屬複合皮膜;其中,該鋁基金屬間化合物粉末包含佔重比50~70百分比的鋁、佔重比20~35百分比的銅以及佔重比10~20百分比的鐵,並以熔煉處理及粉碎篩選處理等步驟製成該鋁基金屬間化合物粉末。
- 如請求項1所述的食品器具表面覆設疏水高分子金屬複合皮膜的方法,其中,該聚四氟乙烯溶液的佔重比為45~95百分比,該鋁基金屬間化合物粉末的佔重比為5~50百分比,該鋁基金屬間化合物粉末的粒徑介於0.5~50um。
- 如請求項1所述的食品器具表面覆設疏水高分子金屬複合皮膜的方法,其中,於該攪拌混合步驟中,該聚四氟乙烯溶液的溫度介於攝氏20~40℃,並以每分鐘10~50轉的速度進行攪拌。
- 如請求項1所述的食品器具表面覆設疏水高分子金屬複合皮膜的方法,其中,該噴塗步驟更包含下列步驟:底漆噴塗步驟,將該噴塗懸浮液噴塗在該食品器具的表面上,以形成一底漆複合皮膜塗層,並以攝氏100~250℃之溫度進行10~30分鐘的燒結固 化,使該底漆複合皮膜塗層燒結固化為底漆;及面漆噴塗步驟,將該噴塗懸浮液噴塗在該底漆上,以形成一面漆複合皮膜塗層,並以攝氏350~400℃之溫度進行20~40分鐘的燒結固化,使該面漆複合皮膜塗層燒結固化為該疏水高分子/金屬複合皮膜。
- 如請求項4所述的食品器具表面覆設疏水高分子金屬複合皮膜的方法,其中,該底漆複合皮膜塗層的厚度介於10~15μm;該面漆複合皮膜塗層的厚度介於15~20μm。
- 如請求項1所述的食品器具表面覆設疏水高分子金屬複合皮膜的方法,其中,該熔煉處理包含下列步驟:先將含量為佔重比50~70百分比的該鋁加入於一坩堝以高週波加熱至該鋁完全熔煉為止;及於該坩堝依序加入佔重比20~35百分比的該銅及佔重比10~20百分比的該鐵,並將該坩堝的加熱溫度提高並保持在攝氏1000℃以上,待將該鋁、該銅及該鐵均勻混合熔煉為金屬混合溶液後,再將該金屬溶液進行急速噴粉凝固後予以該粉碎篩選處理處理,以製備為該鋁基金屬間化合物粉末。
- 如請求項6所述的食品器具表面覆設疏水高分子金屬複合皮膜的方法,其中,該粉碎篩選處理包含下列步驟:將該金屬混合溶液倒入一靜置且於真空環境的容器內;以高速噴嘴對自該容器流出的該金屬混合溶液噴出冷卻氣體,使該金屬混合溶液滴成被該冷卻氣體急速冷卻凝固分散為大小不一的該鋁基金屬間化合物粉末;及再依據粒徑大小而將該鋁基金屬間化合物粉末予以篩選分級。
- 如請求項1所述的食品器具表面覆設疏水高分子金屬複合皮膜的方法,其中,於該準備步驟中,該食品器具之該表面係預先經過金鋼砂或氧 化鋁噴砂處理,使該食品器具之該表面的平均粗度值介於2~5μm。
- 一種應用請求項1所述方法所製備的食品器具,其中,該食品器具包含至少一供該水高分子/金屬複合皮膜覆設其上的承載表面,其中,該食品器具係選自煮飯鍋、炒鍋、漢堡牛排烤盤、平底鍋、烤爐盤、烘焙烤盤、土司盒、糕餅模具以及食品刀具的其中一種。
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