TWI699441B - 大氣常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法 - Google Patents

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Abstract

一種大氣常壓低溫(非平衡)電漿鍍製抗刮疏水層的方法，其步驟包含：將一物體表面進行大氣常壓低溫電漿表面預處理；通入一壓縮空氣於一電漿頭中，透過該電漿頭之該壓縮空氣經常壓電漿源產生電漿噴流並通入一有機含氟之氣體或液體及/或一有機含碳矽烷之氣體或液體，使抗刮疏水層形成於該物體表面；再以大氣常壓低溫電漿進行後處理加工；本發明利用大氣常壓低溫電漿處理使抗刮疏水層得牢固地附著於物體表面不易被刮除或損壞，且大氣常壓低溫電漿技術可大幅降低製造成本，搭配控制抗刮疏水層之化學鍵結成分，產生具有緊密的有機化學鍵結，達到可撓曲特性，不易產生龜裂或裂痕，適用於需要可撓曲特性之產品。

Description

大氣常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法
一種鍍製抗刮疏水層的方法，特別是一種利用大氣常壓低溫電漿將抗刮疏水層鍍製於物體表面的方法。
為了使產品更為耐用與延長使用壽命，業者會在產品表面鍍製能抗刮耐磨的鍍層，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物體表面刮損等目的，通常會在物體表面塗製不沾、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。
再者，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，因此有必要發展出另一種鍍層技術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的缺點，本發明提供一種大氣常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法，其步驟包含：將一物體表面以大氣常壓低溫電漿進行表面預處理，預處理使用之該電漿係以通入0.11-10  MPa壓縮空氣、電漿頭至該物體表面距離為0.1-10 cm、該物體表面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；通入0.11-10 MPa之一壓縮空氣於一電漿頭中，透過該電漿頭之該壓縮空氣經常壓電漿源產生電漿噴流，並通入一有機含氟之氣體或液體及/或一有機含碳矽烷之氣體或液體，使一抗刮疏水層形成於該物體表面，其中：該電漿頭至該物體表面之距離為0.1-10 cm、該物體表面相對於該電漿頭之移動速度為≧0.01 cm/s、沈積時間為≧ 1 s、功率為5-5000 watts、頻率為5-5000 kHz；以及將沈積該抗刮疏水層之該物體表面以大氣常壓低溫電漿或烤箱烘烤進行後處理加工。
其中，該物體表面包含金屬或碳纖維板片材。
進一步地，該金屬包含鋁。
其中，該有機含氟之氣體或液體包含有機含氟氣態單體或溶液態單體。
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，該溶液態單體為氟素溶劑及全氟聚醚矽化合物所形成之溶液。
其中，該壓縮空氣通入該電漿頭前，預先一步去除其所含濕氣水份。
其中，沈積該抗刮疏水層時該電漿頭與該物體表面之距離為  0.1-10 cm。
其中，該大氣常壓低溫電漿後加工處理包含通入0.11-10 MPa之該壓縮空氣、電漿頭至該物體表面距離為0.1-10 cm、該物體表面相對於該電漿頭之移動速度為≧0.01 cm/s、工作時間為≧1 s、功率為5-5000 watts、頻率為5-5000  kHz。
其中，該烤箱烘烤後處理係以溫度≧50 oC 下以及時間≧0.5分鐘進行。
藉由上述說明可知，本發明具有以下優點：
1.本發明利用大氣常壓低溫電漿進行表面處理與鍍製，使得沈積之抗刮疏水層得以牢固地附著於物體表面，不易被刮除或損壞，且本發明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。
2. 本發明透過控制抗刮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，使得該抗刮疏水層具有可撓曲特性，不易產生龜裂或裂痕，適用於需要可撓曲特性之產品，例如碳纖維板片材所製之3C電子產品外殼，增加本發明的應用範疇。
請參考圖1～3，本發明提供一種大氣常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法，其步驟包含：
電漿預處理：將一物體表面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、電漿頭至該物體表面距離為0.1-10 cm、該物體表面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物體表面M，同樣以大氣常壓低溫電漿形式將一抗刮疏水層L沈積於該物體表面M表面。請進一步參考圖3，本發明所提供之沈積方法較佳係首先通入一壓縮(高壓)空氣G於一電漿頭10中，透過該電漿頭10之該壓縮空氣G經常壓電漿源產生電漿噴流(plasma jet)，並同時通入一有機含氟之氣體或液體(較佳係溶液態)及/或一有機含碳矽烷之氣體或液體，使該抗刮疏水層L形成於該物體表面M。該壓縮空氣G較佳去除其空氣中所含濕度後再通入該電漿頭10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。
大氣常壓低溫電漿後處理：將沈積有抗刮疏水層L之該物體表面M利用大氣常壓低溫電漿進行後處理。該後加工處理包含通入0.11-10 MPa之該壓縮空氣、電漿頭至該物體表面距離為0.1-10 cm、該物體表面相對於該電漿頭之移動速度為≧0.01 cm/s、工作時間為≧ 1 s、功率為5-5000 watts、頻率為5-5000  kHz。此大氣常壓低溫電漿後處理亦可改用烤箱烘烤後處理處置，烤箱烘烤之參數包含溫度≧50 oC 下以及時間≧0.5分鐘。
其中，本發明該抗刮疏水層L的材質除了前述的有機含碳矽烷之氣體或液體外，亦可進一步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)；而該有機含氟之氣體或液體較佳可以是有機含氟氣態單體或溶液態單體(F-containing liquid solution)，例如氟素溶劑及全氟聚醚矽化合物所形成之溶液；本發明可單將有機含碳矽烷之氣體作為該抗刮疏水層L沈積於該物體表面M，亦可同時將有機含氟之氣體或液體及有機含碳矽烷之氣體或液體一起沈積於該物體表面M，可達到更佳的疏水性。該物體表面M的材質可以是金屬(例如鋁)或是碳纖維編織板。
本發明於大氣常壓低溫電漿預處理之步驟以及沉積抗刮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，在維持沉積抗刮疏水層高附著度，不易脫落或刮除的功效外，亦相對節省能源。另外，本發明所形成之該抗刮疏水層L因產生有機化學鍵結成分，具有可撓曲的特性，能隨著該物體表面M的彎曲或撓折不產生龜裂或裂痕。
請參考表1，其為本發明就沈積抗刮疏水層L與後處理步驟提供數個實施例，此些實施例僅為本發明較佳數據之呈現，並非用以限定本發明僅包含該些實施例，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 抗 刮 疏 水 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
後 處 理 步 驟 壓縮空氣 (Air gases for creating plasma jet) 0.11-10 MPa
工作距離 (Substrate distance from the nozzle of the plasma jet) 0.1-10 cm
物體表面速度 (Substrate speed) ≧0.01 cm/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
2 沈 積 抗 刮 疏 水 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
溶液態之單體 (氟素溶劑及全氟聚醚矽化合物) 0.01- 1.0 cm 3/s
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
後 處理 步 驟 烤箱烘烤 ≧50 oC 下 ≧0.5 分鐘
取本發明三種沈積抗刮疏水層L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 surface)，如下表2。
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 ≧40 cycles
疏水性 (Hydrophobic surface) / 去離子水接觸角 (Deionized-water contact angle) ≧ 90 o
自表2測試結果可知，本發明的抗刮疏水層具有優異的表面硬度與抗刮強度，且表面能測試數據證實本發明具有疏水特性，特別適用於金屬，特別是鋁製之廚房用具，包含鍋具、刀具、夾取或盛裝用具，也適用於具有可撓曲特性的碳纖維板片材，可應用於3C電子產品，例如電腦或手機殼等鍍層，更可應用於碳纖維板片製之加熱墊。
上述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明主張的權利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示的精神所完成的等效改變或修飾，均應包括在本發明的主張範圍內。
M:物體表面 L:抗刮疏水層 G:壓縮空氣 10:電漿頭
圖1為本發明抗刮疏水層鍍製於物體表面示意圖。 圖2為本發明的步驟流程圖。 圖3為本發明沈積抗刮疏水層較佳實施例示意圖。
M:物體表面
L:抗刮疏水層

Claims (9)

  1. 一種大氣常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法，其步驟包含：將一物體表面以大氣常壓低溫電漿進行表面預處理，預處理使用之該電漿係以通入0.11-10MPa壓縮空氣、電漿頭至該物體表面距離為0.1-10cm、該物體表面相對於該電漿頭之移動速度為≧0.01cm/s、工作時間為≧1s、功率為5-5000 watts、頻率為5-5000kHz進行：通入0.11-10MPa之一壓縮空氣於一電漿頭中，透過該電漿頭之該壓縮空氣經常壓電漿源產生電漿噴流，並通入一有機含氟之氣體或液體及/或一有機含碳矽烷之氣體或液體，使一抗刮疏水層形成於該物體表面，其中：該電漿頭至該物體表面之距離為0.1-10cm、該物體表面相對於該電漿頭之移動速度為≧0.01cm/s、沈積時間為≧1s、功率為5-5000 watts、頻率為5-5000kHz、該有機含氟之氣體或液體包含有機含氟氣態單體或溶液態單體；以及將沈積該抗刮疏水層之該物體表面以大氣常壓低溫電漿或烤箱烘烤進行後處理加工。
  2. 如申請專利範圍第1項之大氣常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法，其中：該物體表面包含金屬或碳纖維板片材。
  3. 如申請專利範圍第2項之大氣常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法，其中：該金屬包含鋁。
  4. 如申請專利範圍第1項之大氣常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法，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。
  5. 如申請專利範圍第1項之大氣常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法，該溶液態單體為氟素溶劑及全氟聚醚矽化合物所形成之溶液。
  6. 如申請專利範圍第1項之大氣常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法，該壓縮空氣通入該電漿頭前，預先一步去除其所含濕氣水份。
  7. 如申請專利範圍第1項之大氣常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法，沈積該抗刮疏水層時該電漿頭與該物體表面之距離為0.1-10cm。
  8. 如申請專利範圍第1項之大氣常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法，該大氣常壓低溫電漿後加工處理包含通入0.11-10MPa之該壓縮空氣、電漿頭至該物體表面距離為0.1-10cm、該物體表面相對於該電漿頭之移動速度為≧0.01cm/s、工作時間為≧1s、功率為5-5000 watts、頻率為5-5000kHz。
  9. 如申請專利範圍第1項之大氣常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法，該烤箱烘烤後處理係以溫度≧50℃下以及時間≧0.5分鐘進行。
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