CN104962144A - 一种高温耐磨不粘涂层材料及其制备方法 - Google Patents

一种高温耐磨不粘涂层材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温耐磨不粘涂层材料及其制备方法，其中高温耐磨不粘涂层材料以重量百分比的原料计，包括：特氟龙80％～99％，金属氧化物1％～20％。将本发明高温耐磨不粘涂层材料通过现有不粘锅特氟龙涂层的涂覆工艺制成不粘涂层，对该不粘涂层进行耐磨性能测试，所能承受的摩擦次数已经分别达到9万次(测试标准：CMA2005美国厨具协会标准，3万次为合格耐磨测试)。

Description

一种高温耐磨不粘涂层材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料，尤其涉及一种高温耐磨不粘涂层材料及其制备方法。
背景技术
不粘锅是对锅内腔的表面进行表面处理，使其形成不粘层，使不粘层表面不易粘附食品、油污等，并且方便清洁。
常见不粘锅的内腔表面采用了不粘涂层，最常用的不粘涂层有特氟龙涂层。
特氟龙涂料是以聚四氟乙烯为基体树脂的氟涂料，英文名称为Teflon，因为发音的缘故，通常又被称之为铁氟龙、铁富龙、特富龙、特氟隆等等。特氟龙涂料结合了耐热性、化学惰性和优异的绝缘稳定性及低摩擦性，具有其他涂料无法抗衡的综合优势，它应用的灵活性使得它能用于几乎所有形状和大小的产品上。
特氟龙分为聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、过氟烷基化物(PFA)、乙烯和四氟乙烯的共聚物(ETFE)等几种基本类型：
(1)特氟龙PTFE：可以在260℃连续使用，具有最高使用温度290～300℃，极低的摩擦系数、良好的耐磨性以及极好的化学稳定性；
(2)特氟龙FEP：在烘烤时熔融流动形成无孔薄膜，具有卓越的化学稳定性、极好的不粘特性，最高使用温度为200℃；
(3)特氟龙PFA：与FEP一样在烘烤时熔融流动形成无孔薄膜。PFA的优点是具有更高的连续使用温度260℃，更强的刚韧度，特别适合使用在高温条件下防粘和耐化学性使用领域；
(4)特氟龙ETFE：该树脂是最坚韧的氟聚合物，可以形成一层高度耐用的涂层，具有卓越的耐化学性，并可在150℃下连续工作。
经过特氟龙涂装后，具有以下特性：
(1)不粘性：几乎所有物质都不与特氟龙涂膜粘合。很薄的膜也显示出很好的不粘附性能。
(2)耐热性：特氟龙涂膜具有优良的耐热和耐低温特性。短时间可耐高温到300℃，一般在240℃～260℃之间可连续使用，具有显著的热稳定性，它可以在冷冻温度下工作而不脆化，在高温下不融化。
(3)滑动性：特氟龙涂膜有较低的摩擦系数。负载滑动时摩擦系数产生变化，但数值仅在0.05～0.15之间。
目前，特氟龙不粘涂层主要为分散体涂层和粉体涂层。分散体涂层的加工方法是使涂层材料均匀的分布在溶剂中形成分散液(固态物质混在液体中)的一种湿法加工，这种混合物被高压空气雾化并喷涂于工件表面；粉体涂层加工的方法是一种干式加工，在此所使用的涂层材料为极其细小的固体颗粒形态，加工采用恰当的方法使微粉状涂层颗粒附着在工件上，随后涂覆的微粉在烘炉中熔融。
现市场上出售使用的不粘锅涂层材料，为50年代应用的特氟龙材料。虽然具有良好的不粘特性，但是其使用温度不能过高，并且耐磨性差，致使不粘涂层在标准耐磨测试条件下，所能够承受的耐磨次数也仅能够达到3万次左右(CMA2005美国厨具协会标准)，致使不粘锅涂层的实际使用寿命大约不到一年(在家庭每日正常使用的条件下)，造成高频率的更换不粘锅，带来资源的浪费和环境的污染。因此，提高不沾涂层的使用寿命，是不粘锅制造行业亟待解决的问题。
生物相容性陶瓷具有良好的耐高温、耐磨和不沾性且对人体无毒害作用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种以特氟龙为基底，耐高温并且大大提高耐磨性的高温耐磨不粘涂层材料，可用于不粘锅内腔表面的不粘涂层，还提供了该高温耐磨不粘涂层材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种高温耐磨不粘涂层材料，以重量百分比的原料计，包括：特氟龙80％～99％，金属氧化物1％～20％。
作为优选，以重量百分比的原料计，包括：特氟龙85％，金属氧化物15％。
作为优选，所述特氟龙的为聚四氟乙烯(PTFE)。
作为优选，所述金属氧化物为三氧化二铝、二氧化锆、二氧化钛中的一种。
添加的三氧化二铝(Al2O3)、二氧化锆(ZrO2)或二氧化钛(TiO2)为陶瓷粉体材料，该陶瓷粉体材料与特氟龙(PTFE或Non-stick coating)具有良好的亲和性，能够使特氟龙与陶瓷粉形成很好的界面亲和将陶瓷粉牢固的固定在特氟龙晶体中，在特氟龙的基体中形成强化相。三种陶瓷材料都是高硬度、高稳定性、耐高温、耐磨材料。因这些强化相与特氟龙基体牢固结合而不易脱落，在磨损时强化相具有良好的抵抗磨损的作用，使得本发明的不粘黏涂层的耐磨性能得以显著提高。
添加的金属氧化物的粒径和添加的浓度(与特氟龙的重量比)影响涂层的耐磨性。作为优选，所述金属氧化物的粒径为0.2～50μm。较小粒径能提高涂料的致密性，赋于涂料很高的烧结硬度，能增强涂料的填充性。再优选，所述金属氧化物的粒径为1～50μm。最优选的，所述金属氧化物的粒径为5μm。
本发明中，可以购入在商业上市售的三氧化二铝、二氧化锆或二氧化钛粉末进行使用。
本发明中，特氟龙的粒径也会影响不粘涂层的耐磨性，作为优选，所述特氟龙的粒径为1～50μm。再优选的，所述特氟龙的粒径为10μm。
本发明还提供了上述高温耐磨不粘涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将金属氧化物粉体材料在400～800℃下保温10～60min，保温处理后球磨分散处理10～60min；
(2)将预处理后的金属氧化物粉体材料按比例添加到特氟龙涂层材料中，搅拌均匀得到高温耐磨涂层材料。
作为优选，步骤(1)中，将金属氧化物粉体材料在600℃下保温30min。
作为优选，保温处理后球磨分散处理20min。
将本发明高温耐磨不粘涂层材料通过现有不粘锅特氟龙涂层的涂覆工艺制成不粘涂层，对该不粘涂层进行耐磨性能测试，所能承受的摩擦次数已经分别达到9万次(测试标准：CMA2005美国厨具协会标准，3万次为合格耐磨测试)。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明的高温耐磨不粘涂层材料具有优异的耐磨性、耐高温性和不粘性；
(2)可以应用现有不粘锅特氟龙涂层的涂覆工艺，不需增添新设备和改变现有生产工艺；
(3)所用三种添加原料(Al2O3、ZrO2、TiO2等粉体材料)可商业购买、成本较低、且对人体无毒副作用；
(4)本发明高温耐磨涂层材料的制备方法简捷，便于操作。
附图说明
图1为实施例1所制备的高温耐磨不粘涂层材料的断面扫描电镜图；
图2为实施例1所制备的高温耐磨不粘涂层材料的扫描电镜图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种高温耐磨不粘涂层材料，以重量百分比计，包含：特氟龙85％(聚四氟乙烯(PTFE))；二氧化锆15％。
其中特氟龙的粒径为10μm，二氧化锆的粒径为0.2～50μm。
该实施例的高温耐磨涂层材料的制备方法如下：
(1)将市售二氧化锆粉体材料在600℃下保温处理30min，然后再进行20min的球磨分散处理；
(2)将分散处理后的二氧化锆粉体材料按1％～20％的重量百分比加入到特氟龙涂层材料中，搅拌均匀制备成二氧化锆/特氟龙复合耐磨不粘涂层材料。
将本实施例的高温耐磨不粘涂层材料通过现有不粘锅特氟龙涂层的涂覆工艺制成不粘涂层，对该不粘涂层进行耐磨性能测试，所能承受的摩擦次数已经达到9万次以上(测试标准：CMA2005美国厨具协会标准，3万次为合格耐磨测试)。
对上述涂层进行电镜扫描，结果如图1和图2所示。
实施例2
本实施例提供一种高温耐磨不粘涂层材料，以重量百分比计，包含：特氟龙85％(聚四氟乙烯(PTFE))；二氧化钛15％。
其中特氟龙的粒径为10μm，二氧化钛的粒径为0.2～5μm。
该实施例的高温耐磨涂层材料的制备方法如下：
(1)将市售二氧化钛粉体材料在600℃下保温处理30min，然后再进行20min的球磨分散处理；
(2)将分散处理后的二氧化钛粉体材料按1％～20％的重量百分比加入到特氟龙涂层材料中，搅拌均匀制备成二氧化钛/特氟龙复合耐磨不粘涂层材料。
将本实施例的高温耐磨不粘涂层材料通过现有不粘锅特氟龙涂层的涂覆工艺制成不粘涂层，对该不粘涂层进行耐磨性能测试，所能承受的摩擦次数已经达到8万次以上(测试标准：CMA2005美国厨具协会标准，3万次为合格耐磨测试)。
实施例3
本实施例提供一种高温耐磨不粘涂层材料，以重量百分比计，包含：特氟龙85％(聚四氟乙烯(PTFE))；三氧化二铝15％。
其中特氟龙的粒径为10μm，三氧化二铝的粒径为0.2～20μm。
该实施例的高温耐磨涂层材料的制备方法如下：
(1)将市售三氧化二铝粉体材料在600℃下保温处理30min，然后再进行20min的球磨分散处理；
(2)将分散处理后的三氧化二铝粉体材料按1％～20％的重量百分比加入到特氟龙涂层材料中，搅拌均匀制备成三氧化二铝/特氟龙复合耐磨不粘涂层材料。
将本实施例的高温耐磨不粘涂层材料通过现有不粘锅特氟龙涂层的涂覆工艺制成不粘涂层，对该不粘涂层进行耐磨性能测试，所能承受的摩擦次数已经达到9万次以上(测试标准：CMA2005美国厨具协会标准，3万次为合格耐磨测试)。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温耐磨不粘涂层材料，其特征在于，以重量百分比的原料计，包括：特氟龙80％～99％，金属氧化物1％～20％。
2.根据权利要求1所述的高温耐磨不粘涂层材料，其特征在于，所述金属氧化物为三氧化二铝、二氧化锆、二氧化钛中的一种。
3.根据权利要求1所述的高温耐磨不粘涂层材料，其特征在于，所述金属氧化物的粒径为0.2～50μm。
4.根据权利要求3所述的高温耐磨不粘涂层材料，其特征在于，所述金属氧化物的粒径为1～50μm。
5.根据权利要求4所述的高温耐磨不粘涂层材料，其特征在于，所述金属氧化物的粒径为5μm。
6.根据权利要求1所述的高温耐磨不粘涂层材料，其特征在于，所述特氟龙的粒径为1～50μm。
7.根据权利要求6所述的高温耐磨不粘涂层材料，其特征在于，所述特氟龙的粒径为10μm。
8.根据权利要求1～7任一项所述的高温耐磨不粘涂层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将金属氧化物粉体材料在400～800℃下保温10～60min，保温处理后球磨分散处理10～60min；
(2)将预处理后的金属氧化物粉体材料按比例添加到特氟龙涂层材料中，搅拌均匀得到高温耐磨涂层材料。
9.根据权利要求8所述的高温耐磨不粘涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将金属氧化物粉体材料在600℃下保温30min。
10.根据权利要求8所述的高温耐磨不粘涂层材料的制备方法，其特征在于，保温处理后球磨分散处理20min。
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