CN103213357B - 一种具有高硬度、耐刮擦、耐腐蚀性的不粘涂层及其涂覆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有高硬度，耐刮擦，耐腐蚀性的不粘涂层，该涂层包括含有PES和PEEK的底涂层，含有氟碳树脂和PEEK的面涂层。底涂层中包含20-30%的PES和20-30%PEEK，面涂层中包含20-30%PEEK和3-10%的氟树脂。本发明还提供一种该不粘涂层的涂覆方法。与传统的水性氟树脂不粘涂层比较，本发明涂层在硬度，耐刮性，耐腐蚀性等方面性能有明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种不粘涂层，更具体的说是涉及一种具有高硬度、抗刮性、耐腐蚀性的不粘涂层及其涂覆方法。
背景技术
不粘涂层最早应用于不粘锅等炊具上，迄今已有50多年的历史。50多年来相关科技人员开发了多种性能优良的不粘涂层，但是其主要成分是相同的，都是聚四氟乙烯树脂（简称4F，PTFE）。聚四氟乙烯是由四氟乙烯共聚而成的全氟代聚合物，聚四氟乙烯具有结晶度高，分子量大，分子中没有支链，氟原子紧密排布在C-C骨架的周围，C-F键能高和氟原子对主链起屏蔽作用等结构特点，这些特点决定了其具有摩擦系数小、不吸水、不粘、不燃、耐气候性好，使用温度范围宽和介电性能优异等特点，使得氟树脂涂料具备了其它涂料不具备的优良特性。但是传统的氟涂料力学性能较差，耐刮擦性能是由无机填料来体现的，如在不粘涂层中添加碳化硅等来提高涂层的耐刮擦性，但是随着无机填料的增加，涂层的致密性降低，耐腐蚀性相对变差。并且由于传统不粘涂层中面涂层主要是由PTFE乳液来提高不粘性，导致涂层的硬度很差，只有1-2H的硬度。由于传统不粘涂层硬度较低，对刮擦特别敏感、耐腐蚀性差缺点。本发明的研究目的就是提供一种具有高硬度、耐刮擦、耐腐蚀性的不粘涂层及其涂覆方法，解决传统氟树脂不粘涂层的上述问题。
发明内容
本发明旨在针对现有的氟树脂不粘涂层的上述缺陷，提供一种具有高硬度、耐刮擦、耐腐蚀性的不粘涂层。
本发明的另一个目的是提供一种该不粘涂层的涂覆方法。
本发明的上述技术问题是通过以下技术方案得以实施的。
一种具有高硬度、耐刮擦、耐腐蚀性的不粘涂层，包括含有PES和PEEK的底涂层，含有氟树脂和PEEK的面涂层。
底涂层
本发明底涂层由PES和PEEK组成，含量分别为10-20%。
PES属于高性能高分子工程塑料，其耐腐蚀性能、耐水解和蒸汽性能、耐化学性能优异，同时可以连续使用温度为200℃，符合美国FDA卫生标准。但是PES的硬度较差，一般只有2-3H。
PEEK属于特种高分子工程塑料，其具有突出的摩擦学特性，耐滑动磨损和微动磨损性能优异，尤其是能在250℃下保持高的耐磨性和低的摩擦系数，硬度能达到6H以上，但是其成本很高。
本发明的底涂层组合物可以为水性涂料或溶剂性涂料，优选水性涂料。
本发明的底涂层的干膜厚度为10~50微米，优选为20-30微米。
本发明通过PES和PEEK复配技术得到底涂层，利用PEEK的特性提供涂层硬度高，耐刮擦，利用PES特性提供涂层耐腐蚀性能和降低成本，通过实验测试PES和PEEK比例为1:1时综合得到的性能最佳。一般，在PES和PEEK比例为1: 0.8-1.2时均可达到本发明目的。当PES含量过大时，即PES和PEEK比例大于1:0.8时，涂层硬度明显下降，当PES含量过低时，即PES和PEEK比例小于1:1.2时，PEEK含量多，成本增加。
作为优选，所述的底涂层组合物包括以下以质量百分比计的组分：PES 20-30%，PEEK 20-30%，成膜助剂4-6%，添加剂0.5-1%，颗粒大小为1-2μm的碳黑颜料 适量，胶体二氧化硅水分散体 4-6%，余量为水。
面涂层
本发明面涂层由PEEK和氟树脂组成，含有20-30%PEEK和1-15%的氟树脂，其余含量为水和颜料。
本发明面涂层中氟树脂为PFA、PTFE、EFP中的一种或多种，优选PTFE。
本发明面涂层中氟树脂含量优选为4-10%。
本发明面涂层的干膜厚度为10~50微米，优选为20-40微米。
本发明通过PEEK和氟树脂复配技术得到面涂层，由PEEK提供涂层高硬度和耐刮擦性，由氟树脂提供涂层表面不粘性。
作为优选，所述的面涂层组合物包括以下以质量百分比计的组分：PTFE 1-15%，PEEK 20-30%，银粉 2-3%，表面活性剂适量，颗粒大小为1-2μm的碳黑颜料 适量，余量为水。
涂敷方法
本发明的底层组合物可通过传统的压缩空气喷涂方法涂敷到基材上，在喷涂之前需对基材表面进行一系列的处理。如果为金属基材，则需对金属除油处理，防止水性涂料在基材上粘附不牢，流平性下降。除油后还需对基材表面进行糙化处理，增大涂层与基材表面的接触面积，从而增加涂层在基材上的粘附力，糙化方式选择酸蚀、喷砂或砂磨中的一种方式。
在喷涂时，先将防腐底涂层组合物涂敷在基材表面，再将底涂层在基材温度400℃±10℃的温度下干燥10分钟，然后冷却至室温，再涂敷面涂层组合物。喷涂完成后，对所形成的复合结构涂层在400±10℃下烘烤10~15分钟，以使所有涂层同时熔结，从而在基材上形成粘附能力好的不粘涂层。
在本发明涂敷的基材中，基材可以是任何耐烘烤温度的材料，例如金属：包括铝、铁、不锈钢等。
所控制的涂膜（干膜）厚度：底涂层和面涂层分别为20～30微米和20~30微米，这样可达到最佳效果。本发明的不粘涂层和现在的不粘涂层相比，硬度从1~2H提高到5H以上，耐腐蚀性从小于24小时提高到54小时以上，耐刮擦从小于10分钟提高到50分钟以上，很好的解决了现有不粘涂层硬度低、耐腐蚀性和耐刮擦性差的缺点。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
对比实施例：
对比实施例为传统的氟树脂不粘涂层。
底涂层组合物组分如下：（kg）
面涂层组合物组分如下：（kg）
涂敷方法为：
（1）对基材表面进行清洁处理和糙化处理；
（2）在基材表面采用混合均匀的底涂层组合物涂覆底涂层，然后使底涂层在基材温度150℃±10℃的温度下干燥10分钟以上；
（3）底涂层经人工或自然冷却至室温后，再在底涂层之上涂敷面涂层组合物；
（4）面涂层涂敷完成后，对基材表面所形成的涂层在380~400℃的温度下烘烤10~15分钟以使所有涂层同时熔结并固定在基材上。
底涂层膜厚：12~18微米；
面涂层膜厚：8~12微米。
实施例1-6：
实施例1-6中，面涂层组合物的组分见表1，底涂层组合物的组分见表2，通过改变底涂层中PES和PEEK的配比来考察其对涂层性能的影响。
实施例7-11：
实施例7-11中，面涂层组合物的组分见表1，底涂层组合物的组分与实施例4相同，通过改变底涂层中PTFE和PEEK的配比来考察其对涂层性能的影响。
表1 面涂层组合物
表2 底涂层组合物
实施例1~11的涂覆方法：
采用实施例1-11的面涂层组合物和底涂层组合物对基材为平底拉伸铝锅进行喷涂。
首先，对基材表面进行清洁处理和糙化处理，糙化处理具体为喷砂处理。
然后，将底涂层组合物混合均匀后涂敷在基材表面，再将底涂层在基材温度400℃±10℃的温度下干燥10分钟，冷却至室温，再涂敷混合均匀的面涂层组合物。
喷涂完成后，对所形成的复合结构涂层在400±10℃下烘烤10~15分钟，以使所有涂层同时熔结，从而在基材上形成粘附能力好的不粘涂层。
采用以下的试验方法对对比实施例和实施例1-11的配方得到的不粘涂层进行性能测试，测试结果见表3。
试验方法
A、耐刮擦测试
该测试包括确定涂敷有不粘涂层的炊具的耐刮擦性能。
该测试使用可模拟通过金属器具（例如一件扁平的餐具）攻击炊具的不粘表面的设备。
本测试包括“老虎爪子”测试仪，该测试仪是由金属圆盘上嵌入3个可以自由旋转的圆珠笔。目的是通过3个圆珠笔芯作用在被测试的不粘涂层表面制造磨损，模仿烹饪时平底锅涂层所受影响，从而评价该涂层的耐损伤性能。
在测试条件下，将表面温度保持在约200℃并且使测试仪的金属圆盘的重量为1.5公斤，当涂层露出基材时结束。通过高速旋转摩擦时间来记录涂层的耐磨损性能。
B、耐硬币测试
用涂料耐磨仪测试涂层表面，负重3kg，底部摩擦材质为1元硬币，经过一定往复式的摩擦后，目测涂层表面是否被磨穿，裸露出基材为止；记录次数。
C、耐腐蚀测试
按照BS3978的标准3 的要求向容器中注入10%的NaCl溶液，注入量为液面超过容器内壁二分之一的位置，煮沸溶液24小时，按照BS3978三级标准要求，在煮沸过程中应向容器中适时添加水， 按要求，要保证液面宽度为15mm以内，24小时可以连续进行，也可以分成四个阶段，每个阶段6小时，如果需要加盖，盖子在煮沸过程中应一直盖着。清洗附着在容器表面的盐，并立即目测检查涂层是否有缺陷，记录出现缺陷时煮沸时间，作为涂层耐腐蚀结果。记录是否存在其它缺陷。
D、硬度测试：
用铅笔硬度测试仪测试。测试时用不同硬度的铅笔，与涂层表面呈一定的角度，以恒定的力量在漆膜表面上划，将正好滑破涂层的铅笔硬度值规定为该涂层的耐划硬度。
E、不粘性测试：
将喷涂涂层的平底锅加热至150-170℃，在其表面放入生鸡蛋；一直保持温度在150-170℃之间，直至几点完全煎熟，把锅倒置，如鸡蛋自然脱落，且锅面无粘附，不粘性优，粘附10%良，粘附30%差。
表3 测试结果
经过上述对比，得知底涂中的PES与PEEK的含量分别为20-30%时性能较好，在PES和PEEK比例为1: 0.8-1.2时均可达到本发明目的。当PES含量过大时，即PES和PEEK比例大于1:0.8时，涂层硬度明显下降，当PES含量过低时，即PES和PEEK比例小于1:1.2时，PEEK含量多，成本增加。面涂中PTFE小于4%不粘性较差，大于10%时耐盐水和耐刮擦性能下降。通过上表可以看出本发明的不粘涂层在硬度，耐刮擦，耐腐蚀性方面明显优于传统的氟树脂涂层。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (9)
1.一种具有高硬度、耐刮擦、耐腐蚀性的不粘涂层，包括底涂层和面涂层，其特征在于：所述的底涂层是由含有质量分数20-30%的PES和20-30%的PEEK的底涂层组合物涂覆得到，所述的面涂层是由含有质量分数1-15%的氟树脂和20-30%的PEEK的面涂层组合物涂覆得到；
所述的底涂层组合物包括以下以质量百分比计的组分：
PES 20-30%，
PEEK 20-30%，
成膜助剂4-6%，
添加剂 0.5-1%，
颗粒大小为1-2μm的碳黑颜料 适量，
胶体二氧化硅水分散体 4-6%，
余量为水。
2.根据权利要求1所述的不粘涂层，其特征在于：底涂层组合物中PEEK与PES的比例为1：0.8-1.2。
3.根据权利要求1所述的不粘涂层，其特征在于：底涂层组合物中PEEK与PES的比例为1：1。
4.根据权利要求1所述的不粘涂层，其特征在于：底涂层的干膜厚度为10~50微米；面涂层的干膜厚度为10~50微米。
5.根据权利要求1所述的不粘涂层，其特征在于：底涂层的干膜厚度20-30微米；面涂层的干膜厚度20-40微米。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的不粘涂层，其特征在于：面涂层组合物中的氟树脂选自PFA、PTFE或EFP中的一种或两种以上，氟树脂含量为4-10%。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的不粘涂层，其特征在于所述的面涂层组合物包括以下以质量百分比计的组分：
PTFE 1-15%，
PEEK 20-30%，
银粉 2-3%，
表面活性剂 适量，
颗粒大小为1-2μm的碳黑颜料 适量，
余量为水。
8.一种如权利要求1所述的不粘涂层的涂覆方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）对基材表面进行清洁处理和糙化处理；
（2）在基材表面采用混合均匀的底涂层组合物涂覆底涂层，然后使底涂层在基材温度400℃±10℃的温度下干燥10分钟以上；
（3）底涂层经人工或自然冷却至室温后，再在底涂层之上涂敷混合均匀的面涂层组合物；
（4）面涂层涂敷完成后，对基材表面所形成的涂层在380~400℃的温度下烘烤10~15分钟以使所有涂层同时熔结并固定在基材上。
9.根据权利要求8所述的涂覆方法，其特征在于：所述的涂覆方法为喷涂，所述的糙化处理方式为酸蚀、喷砂或磨砂中的一种，所述的基材为金属。
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