具有复合结构层的竹炭、竹炭杯、竹炭筷及筷垫器

具体实施方式

以下举出具体实施例以详细说明本发明的内容，并以图示作为辅助说明。说明中提及的符号是参照图式符号。

图1为本发明实施例的具有复合结构层的竹炭的结构示意图。如图1所示，本发明所揭露的一种具有复合结构层的竹炭的结构100包括有竹炭基材120及复合结构层130，其中复合结构层130以键结方式与竹炭基材120相结合。为简单而清楚的叙述，图1所绘示的为只具有一层镀层的复合结构层130，在实际的情况下，复合结构层130可依照需要包含一层、二层或多层的镀层。

本发明更提出一种具有复合结构层的竹炭的制作方法，将形成复合结构层的至少一镀层的材料，而至少可以例如熔射法等，来将镀层的材料涂布在竹炭基材上，使复合结构层能以键结方式与竹炭基材结合。

上述的熔射法例如为融熔火焰熔射法、粉末火焰熔射法、线材火焰熔射法、棒材火焰熔射法、爆炸火焰熔射法、高速火焰熔射法、冷空气动力熔射法、电浆电弧熔射法、线材暨电子式电弧熔射法、电热式高频熔射法、线材电爆熔射法、雷射熔射法。

上述复合结构层及竹炭间的键结方式，例如为冶金键结方式或机械键结方式，且冶金键结或机械键结的键结强度可在950PSI(pound per square inch)以上。

上述形成复合结构层的镀层可例如为金属层、合金层、陶瓷层、瓷金层或高分子层，因此使得复合结构层可提供他种特性，包括防渗漏、不易剥落、释放远红外线、抗霉、改变导电性与导热性等等，而镀层材质尺寸包括具有一种或一种以上纳米或微米尺寸材质，例如使用纳米粉末可以制得的镀层会产生纳米尺寸的晶粒，也就是若使用微米的粉末制得的晶粒就是微米尺寸。其中镀层可以不同的厚度或层数结构来使复合结构层具有特殊的图案，镀层的厚度可控制在5μm(微米)至500μm的间，镀层也可以配合竹炭基材的不同形状例如为片状、筒状、杯状、平板状、粉末状或多样性的形状来做涂布。

图2为本发明实施例的具有复合结构层的竹炭的镀层结构示意图。如图2所示，本发明所揭露的一种具有复合结构层的竹炭的结构200，包括有竹炭基材220及复合结构层230，其中复合结构层230包含第一镀层232及第二镀层234，第一镀层232比第二镀层234位置低，且在镀层区I的层数结构比镀层区II及II’的层数结构少了以第二镀层234为较高层的一层，因此可使复合结构层230具有一凹形图案。在另一情况下，当在镀层区I的层数结构比镀层区II及II’的层数结构多一层，即以第二镀层234为较低层的一层时，复合结构层230可具有的凸形图案。因此本发明的复合结构层可通过由设计镀层的层数结构来使竹炭基材表面具有多样性的图案。

下列举出二个实验例，说明本发明的一种具有复合结构层的竹炭的制作方法至少可以熔射法，涂布镀层在竹炭基材上来形成复合结构层的步骤流程，然本发明的专利范围则非由这些实验例所完全代表或限制。

实验例一

按图1结构设计，以电弧熔射法来制作使竹炭具导电性的复合结构层，构成复合结构层的镀层所选择的材料乃使用Sulzer Metco公司的Al线材，直径为16分的1英时，仪器选择Sulzer Metco公司的Smart ARC(1016/PPC型)的线材暨电子式电弧熔射法喷涂(Wire-Electric Arc Spraying)系统，喷涂参数设定在电流120～140A(Ampere，安培)间，喷涂空气压力控制在50～70PSI(poundper square inch，每平方英时50～70磅)以内，电压在32～36V(Volt，伏特)间，距离欲喷涂的竹炭基材20～30公分范围，将喷嘴对准竹炭基材进行喷涂施工，施工时间控制在50秒内即可，而本实验例一所揭示的为喷涂一次的镀层。施工完成的实物照片图如图3所示。

图3为本发明的实施例一具有复合结构层的竹炭涂层的实物照片图，显示出本发明可将镀层的材料喷涂在具有筒状曲面的竹炭基材上。图3中的实物，在喷涂铝后的竹炭基材表面上，经三用电表量测其电阻值在0.02Ω(Ohm，欧姆)附近，而未喷涂的竹炭基材经三用电表量测电阻值则在4Ω附近，表示经镀层处理后的竹炭成为可导电材料，并且这个镀层提供了一接触面，使人的手不会直接地接触到竹炭基材。

实验例二

按图1结构设计，以电浆熔射法来制作竹炭杯，选择镀层的材料乃使用Sulzer Metco公司的粉末，其熔点1845℃，平均粒径在5~45μm(微米)的间，成份主要为重量百分比36.5~41.5的氧化钛，重量百分比至多0.5的氧化硅，重量百分比至多0.5的氧化铁，其余为氧化铝，第4图为本发明的实验例二镀层的材料粉末经EDX(Energy Dispersive X-ray Analysis)分析图，显示除前述外并无其它成份存在，证明本实施例所形成的氧化铝陶瓷层不含国际公认的有害金属元素或有害有机物等等有害人体的物质而提供了生物兼容性，不脱离竹炭所提供绿色环保精神范围内，可以作为竹炭杯、竹炭筷垫、饮水器皿、日常饮食器皿、吊饰等等可与人体直接接触的绿色环保产品。本实验例二选择Sulzer Metco公司出的电浆电弧熔射法喷涂(Plasma Arc Spraying)系统，喷涂参数设定在电流300~650A间，喷涂氢气流量控制在7~15splm(Standardliter per minute)以内，喷涂氩气流量控制在20~50splm以内，距离欲喷涂的竹炭基材5~30公分范围，将喷嘴对准竹炭基材进行喷涂施工，施工时间控制在50秒内即可，而本实验例所揭示为喷涂一次的镀层，施工完成的实物照片如图5所示。

图5为本发明的实验例二具有复合结构层的竹炭杯实物照片图，其中竹节及竹炭杯的底座位置550，因竹炭杯强调天然及环保的诉求，故本实验例的镀层以安全无虑的安定型陶瓷为设计重点，并能通过熔射法披覆在竹炭基材上，使竹节及竹炭杯的底座位置550具防渗漏的功能，图6a为装入水的本发明的实验例二竹炭杯放在极易吸水的卫生纸上的实验外观照片图，而图6b为将图6a的竹炭杯拿走后同一位置再行拍摄的照片图，可看出没有任何一滴水渗出在卫生纸上。

图7为本发明的实验例二具有复合结构层的竹炭的竹炭杯镀层的X-ray绕射图。如图7的X-ray绕射图所示，竹炭杯上的γ型的氧化铝(γ-Al₂O₃)(图中符号γ)，配合金红石(Rutile)相的氧化钛(TiO₂)(图中符号R)及锐钛矿(Anatase)相的氧化钛(TiO₂)(图中符号A)所形成的氧化铝陶瓷层，提供生物兼容性及物理或化学惰性，可以为搭配竹炭基材本体作装饰例如胸前吊环等饰品，以及使竹炭杯具盛装流质液体例如水的功能，并且这个镀层提供了一接触面，使人的手不会直接地接触到竹炭基材，特别是爱美女性的手不致因竹炭表面的黑色粉末容易剥落而沾染。

图8为本发明的实验例二具有复合结构层的竹炭杯的试片剖面经SEM(Scanning electron microscope)电子显微镜拍摄的金相结构放大图。如图8中显示镀层区域金相结构810为厚度约60~70μm的致密结构，并且附着于多孔性(最大孔约有100μm大小)的竹炭基材区域金相结构820上。图9a及图9b为图8针对竹炭基材作EDX的分析图，图9a为图8竹炭基材与镀层接口区域EDX的分析图，显示有Si，Al，O，Mg，K，Na，Ca，Fe，C，Ti等元素(Au为为拍摄SEM必须使用的导电薄膜材料)，参照期刊Joulnal of MaterialsScience：Materials in Medicine在1997年第8期第427页至第433页文献中，S.H.Li等人在第428页说明要成为生物材料(Biomaterials)用的竹炭重要元素，包含有Si，P，Ca等元素。图9b为图8竹炭基材中间内部区域EDX的分析图，显示C含量(含碳量)有79.58wt％(重量百分比)，参照文献行政院农业委员会林业试验所91年度林业科技计划研究报告一竹炭制造技术推广及质量测试(1/1)，本发明的竹炭杯基材的含碳量高于此研究报告内所言的国内市售孟宗竹竹炭、日本市售净水用竹炭粒及国产生竹。换言的，本发明的实验例二具有复合结构层的竹炭杯，仍然具有原生物材料该有的功能。

图10为本发明的实验例二具有复合结构层的竹炭杯镀层的远红外线图，显示本发明的竹炭杯具有远红外线释放功能，图中实验数据是在56℃下，量测其远红外线放射率达0.882，证实以本发明的制法所制造的竹炭杯仍具有优良的远红外线放射功能。

图11为本发明的实验例二具有复合结构层的竹炭杯镀层经黑曲霉菌实验28天后的试片外观照像图。本发明依JIS Z 2911-2000抑菌评估方法，在试验片上接种试验菌株并在培养皿溶液内培养28天后，如图11所示不与黑曲霉菌产生反应，其霉菌抵抗性等级为0级，显示本发明的实施例二所用氧化铝陶瓷层在竹炭上的镀层有除霉功能。

本发明提供一种在竹炭的复合结构层，在设计上能有效制作出兼具装饰、特殊功能且富变化造型的竹炭成品，且经上述测试证实，除可以保留竹炭例如放射远红外线的原生物材料该有的功能外，并利用复合结构层增加竹炭成品他种特性，例如：抗霉、抗沾染、耐磨、导电或绝缘、绝热及金属化等等至少一种的特性。

本发明以复合结构层披覆在竹炭上，可选择披覆材料种类繁多，可以选用至少一种以上的陶瓷、瓷金、合金或高分子等镀层，或者至少一种以上的陶瓷、瓷金、合金或高分子的多层镀层以形成复合结构层，且此复合结构层不含国际公认的有害金属元素或有害有机物等等有害人体的物质而提供了生物兼容性，不脱离竹炭所提供绿色环保精神范围内，可以作为竹炭杯、竹炭筷垫、饮水器皿、日常饮食器皿、吊饰等等可与人体直接接触的绿色环保产品。

本发明以复合结构层披覆在竹炭上，复合结构层利用构成其的镀层，可与竹炭基材的间主要靠冶金键结方式或机械键结方式而黏着在一起，而不是靠传统的有机分子键附着于竹炭基材上，增加的键结强度可在950PSI以上，使复合结构层不易剥落且提供了一接触面，使人的手不会直接地接触到竹炭基材，特别是爱美女性的手不致因竹炭表面的黑色粉末容易剥落而沾染。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。