CN103013193A - 含钛陶瓷涂料与保护涂层 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含钛陶瓷涂料，其特征是，包括以下组份，组份比例按重量份数计：100份硅溶胶、50~100份有机硅烷、0.3~1份催化剂、5~20份钛粉、1~5份硅油。所述有机硅烷为甲基三甲氧基硅烷和/或甲基三乙氧基硅烷。所述催化剂为甲酸、醋酸、盐酸、柠檬酸、甲酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、马来酸酐、或上述的组合。所述含钛陶瓷涂料还包括30~50份填充料，填充料为二氧化硅、氧化铝、二氧化锆、碳化硅、氮化铝、氮化硼、高岭土、滑石粉、云母粉、铝或锆的硅酸盐、硫酸钡、金属纤维、不锈钢粉或上述的组合。所述含钛陶瓷涂料还包括30~40份色粉。本发明所述含钛陶瓷涂料具有良好的不粘性及耐磨性；形成的保护涂层具有良好的冷热硬度、不粘性及耐磨性。

Description

含钛陶瓷涂料与保护涂层

技术领域

本发明涉及一种陶瓷涂料及采用该陶瓷涂料制得的涂层，尤其是一种含钛陶瓷涂料与保护涂层。

背景技术

陶瓷涂料是一种新型的水性无机涂料。它是以纳米无机化合物为主要成分，并且以水为分散质，涂装后通常经过低温加热方式固化，形成性能和陶瓷相似的涂膜。具有耐高温、高硬度、不燃无烟、超耐候、环保无毒、色彩丰富、涂装简便等诸多优势。

近年来，陶瓷涂料开始应用在炊具上，因其安全性的优势，发展迅速。在不粘炊具方面，目前的厨房用具常使用聚四氟乙烯（PTFE）作为涂层剂的主要成分。虽然PTFE具有良好的长期不粘性，但是PTFE的皮膜太软，在高温时的耐刮性与热硬度不足。相对于传统的PTFE，陶瓷涂料具有更加绿色环保、不易脱落、高温下不易分解等优点。CN101190851A公开了一种用于烹饪用具的不粘性紫砂陶瓷涂料，能够在金属或金属合金表面形成一层致密的陶瓷，提高烹饪用具表面硬度和耐磨性能，而且涂层不粘附性能优异。CN102653660A公开了一种用于不粘炊具的耐磨陶瓷涂料，由氧化硅溶胶、氧化铝溶胶、氧化锆溶胶与有机硅烷等主要组份构成，通过金属氧化物胶体与聚硅氧烷进行缩聚反应，提高成膜物的粘结强度，但该方案所需组份较多，工艺繁琐。

尽管如此，人们仍然希望应用在炊具方面的陶瓷涂料的性能可以进一步提高，尤其在耐磨性方面。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有耐磨性的含钛陶瓷涂料。

本发明的另一目的是提供一种含钛陶瓷保护涂层，该涂层具有良好的冷热硬度、不粘性及耐磨性能。

按照本发明提供的技术方案，所述含钛陶瓷涂料，其特征是，包括以下组份，组份比例按重量份数计：100份硅溶胶、50~100份有机硅烷、0.3~1份催化剂、5~20份钛粉、1~5份硅油。

在一个具体实施方式中，所述硅溶胶的固含量为20~50%，硅溶胶中的固体粒径为8~50nm。

在一个具体实施方式中，所述有机硅烷为甲基三甲氧基硅烷和/或甲基三乙氧基硅烷。

在一个具体实施方式中，所述含钛陶瓷涂料还包括5~10份其他有机硅烷，所述其他有机硅烷为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷或上述的组合，单位为重量份数。

在一个具体实施方式中，所述催化剂为甲酸、醋酸、盐酸、柠檬酸、甲酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、马来酸酐、或上述的组合。

在一个具体实施方式中，所述钛粉的粒径为200~400目。

在一个具体实施方式中，所述硅油为羟基硅油，在25℃的粘度为100~20000cps。

在一个具体实施方式中，所述含钛陶瓷涂料还包括30~50份填充料，单位为重量份数；所述填充料为二氧化硅、氧化铝、二氧化锆、碳化硅、氮化铝、氮化硼、高岭土、滑石粉、云母粉、铝或锆的硅酸盐、硫酸钡、金属纤维、不锈钢粉、或上述的组合。

在一个具体实施方式中，所述含钛陶瓷涂料还包括30~40份色粉，单位为重量份数。

本发明的第二目的在于提供一种由上述含钛陶瓷涂料制得的保护涂层。

本发明的第三方面在于提供上述保护涂层在厨房用具、金属保护及工业用具上的应用。

本发明所述的含钛陶瓷涂料具有良好的不粘性及耐磨性；形成的保护涂层具有良好的冷热硬度、不粘性及耐磨性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明所使用的硅溶胶为水溶性的二氧化硅，主要作用是提供SiO₂粒子，增加硅陶瓷网络的强度及硬度。在本发明实施例中，硅溶胶的固含量为20~50%，且硅溶胶中的固体粒径介于8nm至50nm之间。上述硅溶胶可经钠离子稳定、铵离子稳定、或氧化铝处理。若硅溶胶的固含量过低，则所形成的陶瓷涂料因含水量过高，操作性不好且容易开花。若硅溶胶的固含量过高，则硅溶胶不稳定，容易产生粒子。

本发明所使用的有机硅烷可为甲基三甲氧基硅烷和/或甲基三乙氧基硅烷，优先选择甲基三甲基氧基硅烷。除了上述的有机硅烷外，可添加5重量份至10重量份的其它有机硅烷如四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷或上述的组合，以调整涂层的软硬度。有机硅烷可与硅溶胶形成硅溶胶-凝胶。若有机硅烷的用量过高，则在烘烤的过程中，因产生脱水或是甲醇或乙醇过多，涂膜收缩大，造成涂膜易产生龟裂，甚至掉漆。若有机硅烷的用量过低，则会产生与基材密着不好，容易掉漆，光泽低，涂层易粉化。

本发明所使用的催化剂为甲酸、醋酸、盐酸、柠檬酸、甲酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、马来酸酐、或上述的组合。催化剂可加速有机硅烷的水解速度与有机硅烷的水解物与硅溶胶的反应速度。催化剂的用量太高或太低均会让陶瓷涂料无光泽，与基材密着变差，甚至粉化涂膜。

本发明所使用的钛粉具有良好的物理性能力学性能和抗腐蚀性能，在食品、冶金、化工、造纸等工业部门的许多腐蚀性介质中性能都很稳定，加入到本发明所述陶瓷涂料中能增加涂层的硬度和耐磨性，本发明所述钛粉的粒径介于200目至400目之间。

本发明所采用的硅油为羟基硅油，在25℃粘度为100~20000cps，提高涂层的不粘性能。若含钛陶瓷涂料需与食品接触，硅油选择为可与食品接触的硅油。

在本发明实施例中，可进一步添加30至50重量份的填充料至含钛陶瓷涂料中。填充料可为二氧化硅如二氧化硅粉或熔融石英粉、氧化铝如氧化铝纤维、二氧化锆、碳化硅如碳化硅纤维、氮化铝、氮化硼、高岭土、滑石粉、云母粉、铝或锆的硅酸盐、硫酸钡、金属纤维、不锈钢粉、或上述的组合。填充料较佳为二氧化硅、氧化铝、碳化硅、滑石粉、二氧化锆、或上述的组合。填充料可增加含钛陶瓷涂料的耐刮程度。若填充料的用量过高，则涂膜的光泽低，外观不好，与基材的密着不好，涂膜因粘结力不够，涂膜容易龟裂。若填充料的用量过低，则影响耐磨及耐刮性。本发明优选了合适的填充料的添加比例，使其与基材的密着性好，同时保证了硬度、耐磨及耐刮性。本发明所使用的填充料粒径介于0.05μm至30μm之间。若填充料的粒径过大，则造成涂膜表面粗糙，喷上面漆后，涂膜光泽低，影响外观及不沾性。若填充料的粒径过小，则因填充料吸油量大，造成涂料粘度高，影响喷涂操作性。

在本发明实施例中，可进一步添加30至40重量份的色粉至含钛陶瓷涂料中。色粉可调整含钛陶瓷涂料的颜色，使其具有装饰作用。色粉可为各种颜色的无机色粉，比如白色粉如钛白粉或硫化锌；黑色粉如钴铜锰氧化物、铜锰氧化物、铜锰铁氧化物、或氧化铁；黄色粉如钛黄或铋黄；绿色粉如钴绿或氧化铬绿；蓝色粉如钴铬铝氧化物等。色粉可单独使用或混合使用。若含钛陶瓷涂料需与食品接触，色粉选择为可与食品接触的色粉。

含钛陶瓷涂料的制备方法：

本发明亦提供了含钛陶瓷涂料的制造方法，先将硅溶胶和钛粉充分分散直至沉淀物完全消失为止作为A液；接着将有机硅烷、硅油及催化剂混合均匀作为B液；然后将B液加入已分散好的A液中，熟化1.5~12小时，最后用100-150目滤网过滤，即制得本发明所述的含钛陶瓷涂料。

当含钛陶瓷涂料要更进一步加入色粉和/或填充料时，可先将硅溶胶、钛粉、色粉和/或填充料混合在一起研磨至沉淀物完全消失为止作为A液；接着将有机硅烷、硅油及催化剂混合均匀作为B液；然后将B液加入已分散好的A液中，熟化1.5~12小时，最后用100~150目滤网过滤，即制得本发明所述的含钛陶瓷涂料。

保护涂层的制备方法：

本发明所述采用含钛陶瓷涂料制得的保护涂层的制备方法如下：首先涂布含钛陶瓷涂料于喷砂、粗化、及除油处理后的基材表面，接着以150℃烘烤2分钟后，再以280℃烘烤10~15分钟后，最后于室温下冷却。上述陶瓷涂料可喷涂在耐400℃以上的基材，比如非金属基材如玻璃或陶瓷，或金属基材如铝、铝合金、阳极氧化铝、铸铝、铸铁、不锈钢、或碳钢。上述涂布的方法可为喷涂、浸涂、或滚涂。上述不粘性的保护涂层可应用于厨房用具如炒锅、平底锅、油炸锅、电饭锅、三明治烤盘、蛋糕盘、或烤架等，亦可应用于工业用具如热交换器、模具、输送带、阀门、雪铲、或滚轮表面等。

本发明的实施例中所用到的药品名称及来源列举如下，但不仅限于以下所列的药品：

（1）钛粉：成都国衡科技有限公司所售的200目、300目、400目的钛粉。

（2）硅油：道康宁公司所售的

PMX-0156，粘度为100cps；瓦克化学公司所售的Polymer FD6，粘度6000cps；Polymer FD20，粘度20000cps。

本发明的测定方法是按照如下标准：

（1）涂层硬度测试：按照标准ASTM D3363所述方法测试。

（2）不粘性测试：

将试样锅加热至160℃-180℃时，将整个鸡蛋破壳后放入锅内，保持160℃-180℃温度2~3分钟，待鸡蛋贴锅一面发黄后，用铲翻转鸡蛋，看是否能完整翻到另一面，倒掉鸡蛋后，将试样锅用布擦干净；重复上述步骤，直到鸡蛋不能完整翻转为止，记录实验煎蛋总数。

（3）耐磨性能测试：

将产品放置在杜邦专用的耐磨机上，施加4.9kg的压力，加入少量的洗洁精和水，采用3M-7447#百洁布，每250次更换一次百洁布。以10条基体露白终止测试，计算总次数。

实施例1：

先将100重量份的硅溶胶和5重量份的钛粉充分分散直至沉淀物完全消失为止作为A液；接着将50重量份的甲基三甲氧基硅烷、3重量份的硅油PMX-0156和0.3重量份的甲酸混合均匀作为B液；然后将B液加入已分散好的A液中，熟化1.5小时，最后用100~150目滤网过滤，即制得本发明所述的含钛陶瓷涂料。

实施例2：

先将100重量份的硅溶胶、10重量份的钛粉和40重量份的铜锰铁氧化物混合在一起研磨直至沉淀物完全消失为止作为A液；接着将70重量份的甲基三乙氧基硅烷、5重量份的苯基三甲氧基硅烷、1重量份的硅油FD20和1重量份的醋酸混合均匀作为B液；然后将B液加入已分散好的A液中，熟化12小时，最后用100~150目滤网过滤，即制得本发明所述的含钛陶瓷涂料。

实施例3：

先将100重量份的硅溶胶、12重量份的钛粉和30重量份的钛白粉混合在一起研磨直至沉淀物完全消失为止作为A液；接着将50重量份的甲基三甲氧基硅烷、25重量份的甲基三乙氧基硅烷、5重量份的硅油PMX-0156和0.8重量份的醋酸混合均匀作为B液；然后将B液加入已分散好的A液中，熟化6小时，最后用100~150目滤网过滤，即制得本发明所述的含钛陶瓷涂料。

实施例4：

先将100重量份的硅溶胶、17重量份的钛粉、35重量份的钛白粉、30重量份的二氧化硅和2重量份的碳化硅混合在一起研磨直至沉淀物完全消失为止作为A液；接着将60重量份的甲基三甲氧基硅烷、10重量份的甲基三乙氧基硅烷、4重量份的硅油PMX-0156和0.9重量份的醋酸混合均匀作为B液；然后将B液加入已分散好的A液中，熟化8小时，最后用100~150目滤网过滤，即制得本发明所述的含钛陶瓷涂料。

实施例5：

先将100重量份的硅溶胶、20重量份的钛粉、30重量份的钛白粉、10重量份的铜铬锰氧化物和50重量份的氧化铝混合在一起研磨直至沉淀物完全消失为止作为A液；接着将100重量份的甲基三甲氧基硅烷、10重量份的苯基三甲氧基硅烷、2重量份的硅油FD6和0.5重量份的甲酸混合均匀作为B液；然后将B液加入已分散好的A液中，熟化2小时，最后用100~150目滤网过滤，即制得本发明所述的含钛陶瓷涂料。

比较例1：

比较例1与实施例1的不同点在于，比较例1不添加钛粉，其他步骤，组份及用量等相同。

比较例2：

比较例2与实施例3的不同点在于，比较例2不添加钛粉，其他步骤，组份及用量等相同。

比较例3：

比较例3与实施例5的不同点在于，比较例3不添加钛粉，其他步骤，组份及用量等相同。

制备涂层：将实施例1-5和比较例1-3所制备得到的陶瓷涂料喷涂到经过喷砂、粗化、及除油处理后的基材表面，接着以150℃烘烤2分钟后，再以280℃烘烤10~15分钟后，最后于室温下冷却，即在基材表面形成保护涂层。

表1为采用实施例1-5和比较例1-3的陶瓷涂料制备得到的保护涂层的性能参数表。

由表1可知，本发明的实施例1-5的保护涂层具有较高的冷硬度与热硬度及不粘性，与比较例1-3的保护涂层相比，具有较好的耐磨性。

表1

虽然本发明已以数个较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属领域普通技术人员，当可作任意更动与润饰，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种含钛陶瓷涂料，其特征是，包括以下组份，组份比例按重量份数计：100份硅溶胶、50~100份有机硅烷、0.3~1份催化剂、5~20份钛粉、1~5份硅油。

2.如权利要求1所述的含钛陶瓷涂料，其特征是：所述硅溶胶的固含量为20~50%，硅溶胶中的固体粒径为8~50nm。

3.如权利要求1所述的含钛陶瓷涂料，其特征是：所述有机硅烷为甲基三甲氧基硅烷和/或甲基三乙氧基硅烷。

4.如权利要求1所述的含钛陶瓷涂料，其特征是：还包括5~10份其他有机硅烷，所述其他有机硅烷为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷或上述的组合，单位为重量份数。

5.如权利要求1所述的含钛陶瓷涂料，其特征是：所述催化剂为甲酸、醋酸、盐酸、柠檬酸、甲酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、马来酸酐或上述的组合。

6.如权利要求1所述的含钛陶瓷涂料，其特征是：所述硅油为羟基硅油，在25℃的粘度为100~20000cps。

7.如权利要求1所述的含钛陶瓷涂料，其特征是：还包括30~50份填充料，单位为重量份数；所述填充料为二氧化硅、氧化铝、二氧化锆、碳化硅、氮化铝、氮化硼、高岭土、滑石粉、云母粉、铝或锆的硅酸盐、硫酸钡、金属纤维、不锈钢粉或上述的组合。

8.如权利要求1所述的含钛陶瓷涂料，其特征是：还包括30~40份色粉，单位为重量份数。

9.一种采用权利要求1~8任一项所述含钛陶瓷涂料制得的保护涂层。

10.一种权利要求9所述保护涂层在厨房用具、金属保护及工业用具上的应用。