TWI699453B - 常壓低溫電漿備製抗刮疏水層的方法 - Google Patents

Abstract

一種常壓低溫(非平衡)電漿備製抗刮疏水層的方法，其包含利用常壓低溫(非平衡)電漿兩階段式將第一與第二抗括疏水層備製於物體表面；本發明利用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，且本發明抗刮疏水層不含氟烷化物，可達到人體安全與環境友善之效果。

Description

常壓低溫電漿備製抗刮疏水層的方法

一種鍍製抗刮疏水層的方法，特別是一種利用常壓低溫電漿將抗刮疏水層備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之不沾、防鏽或防刮塗層，此類塗層多數含有氟烷化合物。

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。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。

再者，塗層中所含的氟烷化合物成分進入人體或是環境中，可能干擾人體或生物內分泌系統，甚至影響胎兒及孩童的智能體格的發育。國際癌症研究署也將此種氟烷化合物歸為可能對人類有致癌性的第2B級致癌物。

因此有必要發展出另一種無氟的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，以及塗層中含氟化合物可能對人體或環境造成危害，本發明提供一種常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法，其步驟包含：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，並通入第一有機含碳矽烷之氣體或液體，使一第一抗刮疏水層形成於一物體表面，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；以及通入0.11-10 MPa之一壓縮氬氣於該電漿頭中，透過該電漿頭之該壓縮氬氣經常壓電漿源產生電漿噴流，並通入第二有機含碳矽烷之氣體或液體，使一第二抗刮疏水層形成於該第一抗刮疏水層表面，其中: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，在形成該第一抗刮疏水層前，先清潔該物體表面。

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。

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，該第一有機含碳矽烷之氣體或液體為四甲基二矽氧烷、該第二有機含碳矽烷之氣體或液體為六甲基二矽氧烷或正己烷。

其中，該壓縮空氣及壓縮氬氣通入該電漿頭前，預先一步去除其所含濕氣水份。

藉由上述說明可知，本發明具有以下優點：

1.本發明利用常壓低溫電漿進行製備，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. 本發明的鍍層中不含氟烷化物，且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，更因不含氟烷化物，可達到人體安全與環境友善之效果。

請參考圖1～3，本發明提供一種常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法，主要為兩階段達成，其步驟包含：

清潔待處理之一物體表面M；此清潔步驟為非必要之步驟，可實施或可不實施，視該物體表面M之狀態而定。

抗刮疏水層第一階段沈積：將該物體表面M以常壓低溫電漿形式將第一抗刮疏水層L1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)，並同時通入第一有機含碳矽烷之氣體或液體，使該第一抗刮疏水層L1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。

抗刮疏水層第二階段沈積：前述第一階段處理後之該物體表面M同樣利用常壓低溫電漿將第二有機含碳矽烷之氣體或液體沉積於該第一抗刮疏水層L1表面形成一第二抗刮疏水層L2。該抗刮疏水層第二階段沈積包含通入0.11-10 MPa之一壓縮氬氣G、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，本發明該第一與第二抗刮疏水層L1、L2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)、六甲基二矽氧烷(hexamethyldisiloxane, HMDSO)以及正己烷 (hexane)；而該四甲基二矽氧烷較佳係於抗刮疏水層第一階段沈積時使用，而六甲基二矽氧烷 (HMDSO)、正己烷 (hexane)則較佳係抗刮疏水層第二階段沈積時使用。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。

本發明於沉積該第一與第二抗刮疏水層L1、L2係以常壓低溫製程，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，本發明所形成之該該第一與第二抗刮疏水層L1、L2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，其為本發明就沈積該第一與第二抗刮疏水層L1、L2提供較佳實施例，此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 階段 一	壓縮空氣 (compressed 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
沈 積 抗 刮 疏 水 層 階段 二	壓縮氬氣 (Argon gases for creating plasma jet)	0.11-10 MPa
六甲基二矽氧烷 (HMDSO)	10-400 sccm
正己烷 (hexane)	0.5-400 sccm
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

取本發明積抗刮疏水層之實施例，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	≧60 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 L1:第一抗刮疏水層 L2:第二抗刮疏水層 G:壓縮空氣或壓縮氬氣 10:電漿頭

圖1為本發明第一、第二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為本發明通入壓縮空氣或壓縮氬氣於電漿頭較佳實施例示意圖。

M:物體表面

L 1:第一抗刮疏水層

L2:第二抗括疏水層

Claims (7)

1. 一種常壓低溫電漿備製抗刮疏水層的方法，其步驟包含： 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，並通入第一有機含碳矽烷之氣體或液體，使一第一抗刮疏水層形成於一物體表面，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 通入0.11-10 MPa之一壓縮氬氣於該電漿頭中，透過該電漿頭之該壓縮氬氣經常壓電漿源產生電漿噴流，並通入第二有機含碳矽烷之氣體或液體，使一第二抗刮疏水層形成於該第一抗刮疏水層表面，其中: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。
2. 如申請專利範圍第1項之常壓低溫電漿備製抗刮疏水層的方法，在形成該第一抗刮疏水層前，先清潔該物體表面。
3. 如申請專利範圍第1項之常壓低溫電漿備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。
4. 如申請專利範圍第3項之常壓低溫電漿備製抗刮疏水層的方法，其中：該金屬包含鋁。
5. 如申請專利範圍第1、2或3項之常壓低溫電漿備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。
6. 如申請專利範圍第1、2或3項之常壓低溫電漿備製抗刮疏水層的方法，該第一有機含碳矽烷之氣體或液體為四甲基二矽氧烷、該第二有機含碳矽烷之氣體或液體為六甲基二矽氧烷或正己烷。
7. 如申請專利範圍第1、2或3項之常壓低溫電漿備製抗刮疏水層的方法，該壓縮空氣及壓縮氬氣通入該電漿頭前，預先一步去除其所含濕氣水份。

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