CN101683644A - 溶胶凝胶涂料施加在丝批的杆身的方法及由该方法得到的丝批 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及溶胶凝胶涂料施加在丝批的杆身的方法及由该方法得到的丝批，提供了一种将溶胶凝胶涂料施加在丝批的杆身的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：i)提供一种溶胶，所述溶胶由第一悬液与第二悬液混合并搅拌一段时间，然后室温静置一段时间熟化而形成，其中第一悬液包含二氧化硅、硫酸钡、氧化钛、氧化锆、硅树脂和水，第二悬液包含催化剂、二氧化硅、珍珠粉和硅树脂；ii)将得到的溶胶喷涂在丝批的杆身上；以及iii)干燥固化所述丝批的杆身上的溶胶。本发明的涂层具有耐磨、耐热、耐高温、耐高压、绝缘、减少静电、易于清洁和光滑等特点。此外，本发明的方法可以在较低温度下进行固化干燥。
Description
技术领域
本发明涉及一种在丝批的杆身上施加涂层的方法，更具体地说，本发明涉及一种把溶胶凝胶涂料施加在丝批的杆身的方法及由该方法得到的丝批。
技术背景
螺丝起子等丝批类工具是日常生活或工作中常用的机械工具。市面上提供的丝批类工具有不同规格，主要都是由一大致上呈圆柱或椭圆形状且方便握持的塑料手柄和至少有部分套在手柄上并带有批头的杆身组成，其中杆身上的批头做成适合特定类型的螺丝钉，可以用人手或电动方式转动。
此外，目前市面上也供应一些螺丝起子，其杆身上至少有一部分直接涂覆绝缘、耐热和耐火的涂层，籍此取代了塑料手柄。这些涂层一般是有机涂料，如搪瓷或聚四氟乙烯(PTFE)，在喷涂过程中容易产生有毒物质，甚至是致癌物质，而且它们的耐磨性能较差。此外，这些现有的有机涂料，在喷涂到螺丝起子的杆身后，烘干固化温度要求很高，如搪瓷涂料的烘干固化温度高到850℃，PTFE也至少需要400℃。
溶胶凝胶技术是已知的。溶胶(Sol)是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～1000nm之间。凝胶(Gel)是具有固体特征的胶体体系，分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低。简单地讲，溶胶凝胶方法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在悬液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经熟化之后胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。
本发明正是利用溶胶凝胶方法制备无机涂料，取代目前涂覆在丝批类的杆身上的有机涂料或塑料手柄。众所周知，无机涂料的耐磨能力比有机涂料好，不含PTFE或PFOA，无害无毒。此外，在溶胶-凝胶过程中，也可以按需要添加各种不同的物料或添加剂，如色料、负离子物质等，以便赋予溶胶凝胶涂料更多的附加性能。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种将溶胶凝胶涂料施加在丝批的杆身的方法，利用该方法可以在所述丝批的杆身上涂覆耐高温、耐火、耐高压、绝缘又易于清洁的光滑无机涂层。在本发明的方法中，喷涂过程和烘干固化的处理条件也相对地较低。
本发明的另一目的在于，制作出表面坚硬、耐高温、耐火、耐高压、绝缘又易于清洁的丝批类工具。
为实现上述目的，本发明提供了一种将溶胶凝胶涂料施加在丝批的杆身的方法，包括以下步骤：
i)提供一种溶胶，所述溶胶由第一悬液与第二悬液混合并搅拌一段时间，然后室温静置一段时间熟化而形成，其中第一悬液包含二氧化硅、硫酸钡、氧化钛、氧化锆、硅树脂和水，第二悬液包含催化剂、二氧化硅、珍珠粉和硅树脂；
ii)将得到的溶胶喷涂在丝批的杆身上；以及
iii)干燥固化所述丝批的杆身上的溶胶。
根据本发明，第一悬液含有55-65％(重量)的二氧化硅、3-7％(重量)的硫酸钡、3-7％(重量)的氧化钛、0.5-1.5％(重量)的氧化锆、0.2-0.5％(重量)的硅树脂和25-35％(重量)的水。较佳地，所述第一悬液含有61％(重量)的二氧化硅、5％(重量)的硫酸钡、6％(重量)的氧化钛、0.7％(重量)的氧化锆、0.3％(重量)的硅树脂和27％(重量)的水。
可以在第一悬液中加入各种各样的色粉或颜料，这样可以得到所希望的颜色的溶胶凝胶涂料。在第一悬液中还可以加入负离子物料，例如电气石粉，从而使溶胶凝胶涂料能够发出远红外线。
根据本发明，第二悬液包含0.5-2％(重量)的催化剂、85-95％(重量)的二氧化硅、4-14％(重量)的珍珠粉和0.5-1.5％(重量)的硅树脂。较佳地，所述第二悬液包含1％(重量)的催化剂、89％(重量)的二氧化硅、9％(重量)的珍珠粉和1％(重量)的硅树脂。其中，催化剂可以是无机酸，例如盐酸或硝酸。
根据本发明一优选实施例，所述第一悬液和所述第二悬液以3∶1或者7∶3(重量)的比例混合。
根据本发明另一优选实施例，所述第一悬液和所述第二悬液混合后搅拌5小时。搅拌后静置熟化的时间为10小时。
为了增大丝批的杆身与溶胶凝胶涂层的附着力，通常在喷涂之前对所述丝批的杆身作除油、除尘和喷砂等预处理。
根据本发明的又一优选实施例，把丝批的杆身加热至35至45℃的温度，在喷涂步骤所采用的压力是3-4kgf/cm2下，单层涂层厚度约25至35μm，双层涂层厚度约40至50μm；在干燥固化步骤中采用的温度范围是180-230℃，时间约15至25分钟，较佳地，在温度220℃下干燥固化20分钟。
本发明还涉及一种丝批，所述丝批包括杆身以及在所述的杆身上至少部分用本发明的方法喷涂的涂层。
本发明将溶胶凝胶涂料施加在丝批的杆身的方法，由于涂料是采用溶胶凝胶方法制成的无机涂料，属于陶瓷涂料的一种，因此具有耐磨、耐热、耐高温、耐高压、绝缘、易于清洁和光滑等特点。这种陶瓷涂料不含PTFE或PFOA，无毒无害，不容易产生静电，在处理加工过程中不会影响人的健康，也不会对环境造成影响。此外，本发明的方法可以在较低温度下进行固化干燥。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的方法中喷涂前处理的流程图。
图2是本发明的方法中喷涂和干燥固化的流程图。
图3是本发明中制成的带有溶胶凝胶涂层的螺丝起子的截面图。
具体实施方式
溶胶的制备
溶胶在技术上是已知的，可通过公知的方法如分散或浓缩的方法制备。例如通过金属醇盐前体Si(OR)4以及以下各物质配制成含有61％(重量)二氧化硅、5％(重量)硫酸钡、6％(重量)氧化钛、0.7％(重量)氧化锆、0.3％(重量)硅树脂和27％(重量)水的第一悬液。在第一悬液中可适当地加入所需要的色粉和/或负离子物料，以便得到所希望的颜色的涂料或者可以使得到的涂料可以发射远红外线。
按常规方法称取各物质配制成含1％(重量)盐酸、89％(重量)二氧化硅、9％(重量)珍珠粉和1％(重量)硅树脂的第二悬液。
第一悬液和第二悬液在配制好之后，需要储存在冷冻如8℃±3℃的温度和黑暗环境中备用。
在第一悬液和第二悬液混合之前，要将第一悬液摇匀，通常要摇动约30分钟，这是因为色粉、负离子物料等其他添加剂都溶解在第一悬液中。摇匀悬液可以使色粉等添加剂的分布更加均匀，制成的溶胶凝胶涂料颜色等效果更加好。
摇匀之后，室温下按一定比例将第一悬液和第二悬液混合。在本发明中，第一悬液与第二悬液的配比是3∶1或者7∶3。两种悬液混合后立即用带浆叶的搅拌器搅拌得到的混合物。搅拌时间通常为5小时左右。在搅拌完成后，让混合物室温下静置约10小时。
第一悬液和第二悬液混合之后进行搅拌，是为了让第一悬液与第二悬液的各组分充分接触并进行水解缩合反应，生成具有陶瓷性质的大分子物质。放置10小时是一个熟化过程，主要作用在于：
1)第一悬液和第二悬液混合后，需要给予一定时间(本发明是10小时)，让各组分之间的反应被充分引发；
2)在放置一段时间后，搅拌后的混合物的黏度逐渐并最终趋于稳定，得到的涂料的性也有所改善。
需要注意的是，第一悬液和第二悬液在混合后48小时(冬天的时候可以延长至72小时)内，必须要用于喷涂，否则这两种悬液的混合物会逐渐向固体相的凝胶体系转换，不容易实施喷涂工艺。
喷涂前的处理
如图1所示，本实施例以螺丝起子为例。准备好要喷涂的螺丝起子，先用除油剂如三氯乙烯除去螺丝起子杆身上的油和灰尘等。然后干燥，再对螺丝起子进行喷砂处理。喷砂处理可以采用以下参数：Al2O3砂粉、气压6-7kgf/cm2、痕迹深度4μm。
进行除油、除尘和喷砂等预处理的目的是为了加强溶胶凝胶涂层附着于螺丝起子杆身。因为涂层与螺丝起子杆身之间的结合主要依靠物理附着力，二者之间的接触面积越大，它们的附着力越强。喷砂除了可以增大螺丝起子杆身的表面积之外，而且因为打砂而出现的坑坑洼洼可以更牢固地勾住涂料，这也可以增大附着力。
喷砂之后，再用气枪吹尘。为了磨去喷砂后产生的一些尖峰，最好用砂纸轻轻打磨，再用气枪吹尘，这样喷涂出来的涂层表面更加光滑平整。
完成喷涂前的处理工序后，可以预备进行喷涂工序了。
喷涂和干燥固化
如图2所示，把预处理后的螺丝起子预热至35-45℃，再对螺丝起子杆身进行空气吹扫处理。此处进行空气吹是为了把螺丝起子杆身表面残留的尘埃等杂质吹走，以确保涂层与杆身有较好的附着力。
然后，把静置后的溶胶再摇动约30分钟，经400目过滤网筛过滤后，通过喷枪喷射在经过上述处理的螺丝起子杆身上。喷涂压力可以是例如3-4kgf/cm2。涂层的厚度通常是单层25-35μm，较佳是27-33μm；双层40-50μm。涂层的厚度太薄，其耐磨性不太好，太厚，会造成涂料浪费，而且如果超过65μm，则涂层容易发生裂开。
喷涂工序完成后，即可进行干燥固化处理。本发明的干燥固化是在温度180-230℃下进行15至25分钟，较佳地在220℃下进行20分钟。由此可见，本发明的方法与现有技术相比，大大降低了干燥固化的温度。
待干燥固化步骤完成后，按常规操作对螺丝起子进行检验，检验合格后包装和厂。
干燥固化处理后，溶胶凝胶涂层能够牢固地附着于螺丝起子的杆身上。图3所示为根据本发明的方法制成的螺丝起子的截面图。图中示出了一螺丝起子，它包括一体形成的金属杆身2和金属批头1，其中涂层3基本上涂覆在全部长度的杆身2上。
对本发明的溶胶凝胶涂层进行测试，结果列于下表：
| 序号 | 测试项目 | 测试条件 | 结果 | 备注 |
| 1 | 光洁度 | 光泽计(60℃) | 60 | |
| 2 | 表面硬度 | 坚硬的铅笔 | 8H以上 | KS D6711 |
| 3 | 附着力试验 | 划格试验(1×1mm) | 100/100 | KS D6711 |
| 4 | 耐热试验 | 450-500℃/2小时，然后淬火 | 好 | KS D6711 |
| 5 | 盐雾试验 | 5％NaCl×35℃×8小时×2次 | 好 | JIS K54008.19 |
| 6 | 耐酸试验 | 25℃×5％H2SO4×72小时 | 好 | IS K54008.22 |
| 7 | 耐溶剂试验 | 用丙酮擦200次 | 好 | |
| 9 | 耐污试验 | 在油烟中24小时 | 好 | JIS 54008.3.2 |
由以上测试结果可知，用本发明的方法在丝批类杆身上涂覆溶胶凝胶涂层，不但在生产过程中对环境和人体没有影响，而且得到的涂层具有以下优点：
-可以耐600℃的高温；
-表面坚硬，硬度达到8H以上；
-不可燃、耐火，在污烟中保持清洁；
-耐热水；
-能做成各种光洁度；
-不粘烹调食品，易于清洁；
-可以有各种各样的颜色；
-能发出远红外线；
-可以耐高达1500V的电压；
-减少静电；以及
-绝缘。
以上描述的是把溶胶凝胶涂料施加在螺丝起子上的方法。显然，除了螺丝起子为基底之外，可以采用本发明的方法从基底的选择上来说是多样的，包括手工具类，例如螺丝批类、钳类等等，只要所述的手工具类具有杆身或类似的部件来应用本发明的方法即可。因此，本发明的方法可以适用于任何这样的手工具类。
综合以上所述，本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例。凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的权利要求保护范围内。
Claims (20)
1.一种将溶胶凝胶涂料施加在丝批的杆身的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
i)提供一种溶胶，所述溶胶由第一悬液与第二悬液混合并搅拌一段时间，然后室温静置一段时间熟化而形成，其中第一悬液包含二氧化硅、硫酸钡、氧化钛、氧化锆、硅树脂和水，第二悬液包含催化剂、二氧化硅、珍珠粉和硅树脂；
ii)将得到的溶胶喷涂在丝批的杆身上；以及
iii)干燥固化所述丝批的杆身上的溶胶。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一悬液含有55-65％(重量)的二氧化硅、3-7％(重量)的硫酸钡、3-7％(重量)的氧化钛、0.5-1.5％(重量)的氧化锆、0.2-0.5％(重量)的硅树脂和25-35％(重量)的水。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述第一悬液含有61％(重量)的二氧化硅、5％(重量)的硫酸钡、6％(重量)的氧化钛、0.7％(重量)的氧化锆、0.3％(重量)的硅树脂和27％(重量)的水。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一悬液还含有色粉。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一悬液还含有负离子物料。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二悬液包含0.5-2％(重量)的催化剂、85-95％(重量)的二氧化硅、4-14％(重量)的珍珠粉和0.5-1.5％(重量)的硅树脂。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第二悬液包含1％(重量)的催化剂、89％(重量)的二氧化硅、9％(重量)的珍珠粉和1％(重量)的硅树脂。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一悬液和所述第二悬液的混合比例是3∶1或者7∶3(重量)。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的催化剂是无机酸。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述催化剂是盐酸或硝酸。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤i)中，使混合后的悬液搅拌5小时。
12.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤i)中，所述熟化的时间为10小时。
13.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤ii)之前对丝批的杆身作除油、除尘和喷砂等预处理。
14.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤ii)之前先加热所述丝批的杆身至35至45℃的温度。
15.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于：在所述步骤ii)中，喷涂是在压力3-4kgf/cm2下进行的。
16.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤ii)中，喷涂在丝批的杆身上的单层涂层厚度是25至35μm。
17.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤ii)中，喷涂在丝批的杆身上的双层涂层厚度是40至50μm。
18.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤ii)是在温度180-230℃下干燥固化15至25分钟。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于：所述步骤iii)是在温度220℃下干燥固化20分钟。
20.一种丝批，其特征在于：所述丝批包括杆身以及在所述的杆身上至少部分用上述权利要求1至19中任一项所述的方法喷涂的涂层。
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