CN105176149A

CN105176149A - 一种涂料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN105176149A
Application number: CN201510696238.7A
Authority: CN
Inventors: 赵莉; 郑文强; 薛小山
Original assignee: Midea Group Co Ltd; Guangdong Midea Kitchen Appliances Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Midea Group Co Ltd; Guangdong Midea Kitchen Appliances Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2035-10-22
Also published as: CN105176149B

Abstract

本发明涉及微波烤盘涂料领域，公开了一种涂料，该涂料含有吸波材料和粘结剂，所述粘结剂为二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶和硅铝溶胶中的至少一种。本发明还公开了所述涂料的制备方法，包括：在助剂的存在或不存在下，将吸波材料和粘结剂混合。此外，本发明公开了所述涂料在制备微波烤盘中的应用。通过使用溶胶作为粘结剂，能够促进吸波材料的分散，从而可以制得无树脂添加的薄涂层、高吸波性能且具有抗菌性能的烤盘涂料，有利于全面解决目前烤盘吸波材料存在的问题(即在较高温度下使用易产生有害物质、吸波和抗菌性能差、影响美观等)，给烤盘使用者带来更好的产品体验，使越来越多的消费者愿意使用烤盘自制烘焙、烧烤食物。

Description

一种涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种涂料及其制备方法和应用，具体地，涉及一种特别适用于微波烤盘的涂料及其制备方法和应用。

背景技术

随着人们生活水平的日益提高以及对于食物健康要求的迅速提高，越来越多的家庭通过使用微波炉或微波烤箱配合烤盘烘焙披萨、鸡翅、饼干等食物。因此，烤盘的性能将会直接影响到烘焙、烧烤食物的效果、味道与口感。

现有的微波炉或微波烤箱的烤盘大都是将吸波粉料混合分散在树脂中，通过高温固化在金属或者陶瓷盘表面，形成2毫米左右的吸波层，从而达到烤盘吸收微波能量实现对食物进行烘焙或烧烤的目的。然而，此方法制成的微波烤盘存在以下缺点：

(1)使用大量的树脂材料，高温条件下容易产生有害物质，不符合现代人们追求健康生活的目的，而且，大量树脂材料的使用还会影响热量的传导，从而影响食物的烹饪效果与口感；

(2)吸波材料难以实现片状、层状连接，导致吸波性能下降，单位时间内吸收微波能量少，导致烹饪食物时间长，不满足现代人的快节奏生活；

(3)不具有抗菌功能，长时间使用容易造成细菌的滋生，影响使用者的健康；

(4)微波烤盘吸波材料层过厚(2毫米左右)，不利于产品的外观设计。

因此，制备避免使用树脂材料的具有高吸波性能、抗菌性能的微波烤盘类涂料是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷，提供一种涂料及其制备方法和应用。

本发明的发明人发现，使用溶胶作为粘结剂能够有效改善微波烤盘的吸波和抗菌性能。因此，为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种涂料，该涂料含有吸波材料和粘结剂，其中，所述粘结剂为二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶和硅铝溶胶中的至少一种。

第二方面，本发明提供了第一方面所述的涂料的制备方法，该方法包括：在助剂的存在或不存在下，将吸波材料和粘结剂混合。

第三方面，本发明提供了第一方面所述的涂料在制备微波烤盘中的应用。

通过使用上述溶胶作为粘结剂，能够促进吸波材料的分散，从而可以制得无树脂添加的薄涂层、高吸波性能且具有抗菌性能的烤盘涂料，有利于全面解决目前烤盘吸波材料存在的问题(即在较高温度下使用易产生有害物质、吸波和抗菌性能差、影响美观等)，解决消费者使用烤盘的痛点，给烤盘使用者带来更好的产品体验，使越来越多的消费者愿意使用烤盘自制烘焙、烧烤食物。

优选地，本发明的涂料含具有光催化性能的氧化锌等，从而能够在提高吸波性能的同时赋予涂覆有本发明涂料的烤盘一定的自洁性能。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供的涂料含有吸波材料和粘结剂，所述粘结剂为二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶和硅铝溶胶中的至少一种(优选为二氧化钛溶胶)。优选地，本发明的涂料不含树脂基材料(有机聚合物)作为粘结剂，如环氧树脂、酚醛树脂等。

其中，“二氧化钛(硅)溶胶”是指分散介质为液体的1-100nm的二氧化钛(硅)胶体颗粒的分散体系；“氧化铝溶胶”是指分散介质为液体的1-100nm的氧化铝胶体颗粒的分散体系；而“硅铝溶胶”是指二氧化硅溶胶胶粒表面做铝改性处理而得到的溶胶，其结合了二氧化硅溶胶和氧化铝溶胶两者的优点。所述二氧化钛溶胶可以通过常规的方法制得，例如，可以将钛酸异丙酯(C₁₂H₂₈O₄Ti，284.22)的醇溶液缓慢滴加至水、乙醇和冰醋酸的混合液中，边滴加边搅拌，控制滴加速度为0.5-1mL/min。所述二氧化硅溶胶可以通过常规的硅酸乙脂水解法制得。所述氧化铝溶胶可以通过常规的方法制得，例如，可以将异丙醇铝(C₉H₂₁AlO₃，204.24)溶于水，75-85℃反应25-35min，加入硝酸调节pH至澄清，陈化。所述硅铝溶胶可以通过常规的溶胶-凝胶法制得。而且，本发明中使用的各种溶胶均可以为市售的溶胶。

本发明中，所述二氧化钛溶胶中二氧化钛的含量可以为3.5-6.5重量％。所述二氧化硅溶胶中二氧化硅的含量可以为2.5-30重量％。所述氧化铝溶胶中氧化铝的含量可以为3-30重量％。所述硅铝溶胶中硅元素和铝元素的总含量可以为5-30重量％。

在本发明的优选实施方式中，使用二氧化钛溶胶作为粘结剂，从而进一步提高涂料的杀菌性能。

本发明中，所述吸波材料可以为常见的能够吸收投射到它表面的电磁波能量的材料，如金属氧化物或石墨，优选为铁氧体、氧化镁、氧化锌、石墨和锰氧化物中的至少一种。“铁氧体(ferrite)”是指一种非金属磁性材料，又叫铁淦氧，它是三氧化二铁和一种或几种其他金属氧化物(例如：氧化镍、氧化钴、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶等)的混合物。一般地，铁氧体可以通过溶胶凝胶法(金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成氧化物)、化学共沉淀法(利用沉淀剂(如OH^-、CO₃ ^2-等)将溶液中的金属离子共同沉淀，经过过滤、洗涤、干燥、灼烧等过程得到产物)或氧化物法(把原材料混合、加热，通过故态物质间的反应而获得铁氧体材料)制得。

在本发明的优选实施方式中，所述吸波材料为氧化锌、石墨和锰氧化物，更优选地，氧化锌、石墨和锰氧化物的重量比为2.5-10:0.3-5:1。通过该优选的实施方式，本发明的涂料的抗菌性能进一步增强且还能够赋予涂覆有本发明涂料的烤盘一定的自洁性能。

其中，所述锰氧化物可以为常见的锰的氧化物，优选为四氧化三锰和/或七氧化二锰。

本发明中，吸波材料的粒径越小越容易分散从而越有利于实现涂料的片状连接，进一步增强其吸波性能，因此，优选情况下，所述吸波材料的粒径为1-100nm。

本发明中，对涂料中吸波材料和粘结剂的含量没有特别的限制，以所述涂料的总重量为基准，所述吸波材料和粘结剂的含量之和优选为90重量％以上(如90-100重量％或90-99重量％)。所述吸波材料和粘结剂的重量比优选为1:5-20，更优选为1:6.5-10。

本发明中，所述涂料还可以含有助剂，所述助剂可以为本领域常见的各种能够使吸波材料和粘结剂均匀混合和/或能够提升涂料的附着性能的物质，例如，分散剂、增稠剂和偶联剂中的至少一种。对所述助剂的用量没有特别的要求，通常地，以所述涂料的总重量为基准，所述助剂的含量为1-2重量％。

对分散剂、增稠剂或偶联剂各自的含量没有特别的要求，以所述涂料的总重量为基准，分散剂、增稠剂或偶联剂的含量均可以为0.1-1.2重量％(各自相同或不同)。所述分散剂可以为十二烷基磺酸钠(SDS)和/或十二烷基苯磺酸钠(SDBS)。所述增稠剂可以为聚丙烯酸钠。所述偶联剂可以为硅烷偶联剂，例如，3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和/或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH792)。

本发明中，所述涂料由上述吸波材料和粘结剂组成，或者由上述吸波材料、粘结剂和助剂组成。

本发明提供的制备上述涂料的方法包括：在助剂的存在或不存在下，将吸波材料和粘结剂混合。其中，所述助剂、吸波材料和粘结剂的种类和用量如前所述，在此不再赘述。相应地，所述助剂为选择性使用的物质。

本发明还提供了上述涂料在制备微波烤盘中的应用。涂覆有本发明的涂料的微波烤盘的吸波和抗菌性能明显增强。而且，由于可以不使用树脂材料，本发明的涂料更有利于使用者的健康。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例中，纳米ZnO的粒径为10-30nm；纳米石墨：粒径大于等于600nm的颗粒占50重量％，小于600nm的颗粒也占50重量％(D50<600nm)；铁氧体参照“刘延坤，稀土掺杂钛酸钡和铁氧体纳米材料的制备及吸波性能研究，哈尔滨工业大学，2008”的5.1部分制得。

实施例1

本实施例用来说明本发明的涂料及其制备方法。

涂料的组成：按质量百分数计，粘结剂为85％，吸波材料为13％，助剂为2％。制备方法如下：

(1)二氧化钛溶胶的制备：

将12重量份的钛酸异丙酯溶解在29重量份的无水乙醇中制得钛酸异丙酯的醇溶液；将4重量份的去离子水、30重量份的无水乙醇和10重量份的冰醋酸混合均匀后强烈搅拌，并将钛酸异丙酯的醇溶液均匀滴加至其中，控制滴加速度为1mL/min，滴加结束后继续搅拌3分钟，得到二氧化钛溶胶。

(2)高吸波性能、抗菌涂料的制备：

将1重量份的分散剂(SDS)与1重量份的增稠剂(聚丙烯酸钠)加入到步骤(1)制备的二氧化钛溶胶中并搅拌均匀；再加入8重量份的纳米ZnO、3重量份的纳米石墨与2重量份的锰氧化物(Mn₃O₄)，搅拌至均匀混合，即可得到本发明的高吸波性能、抗菌涂料。

实施例2

本实施例用来说明本发明的涂料及其制备方法。

涂料的组成：按质量百分数计，粘结剂为87％，吸波材料为12％，助剂为1％。制备方法如下：

(1)二氧化钛溶胶的制备：

将14重量份的钛酸异丙酯溶解在28重量份的无水乙醇中制得钛酸异丙酯的醇溶液；将6重量份的去离子水、28重量份的无水乙醇和11重量份的冰醋酸混合均匀后强烈搅拌，并将钛酸异丙酯的醇溶液均匀滴加至其中，控制滴加速度为0.8mL/min，滴加结束后继续搅拌3分钟，得到二氧化钛溶胶。

(2)高吸波性能、抗菌涂料的制备：

将0.7重量份的分散剂(SDBS)与0.3重量份的增稠剂(聚丙烯酸钠)加入到步骤(1)制备的二氧化钛溶胶中并搅拌均匀；再加入7重量份的纳米ZnO、4重量份的纳米石墨与1重量份的锰氧化物(Mn₂O₇)，搅拌至均匀混合，即可得到本发明的高吸波性能、抗菌涂料。

实施例3

本实施例用来说明本发明的涂料及其制备方法。

涂料的组成：按质量百分数计，粘结剂为88％，吸波材料为11％，助剂为1％。制备方法如下：

(1)二氧化钛溶胶的制备：

将16重量份的钛酸异丙酯溶解在27重量份的无水乙醇中制得钛酸异丙酯的醇溶液；将5重量份的去离子水、25重量份的无水乙醇和15重量份的冰醋酸混合均匀后强烈搅拌，并将钛酸异丙酯的醇溶液均匀滴加至其中，控制滴加速度为1mL/min，滴加结束后继续搅拌3分钟，得到二氧化钛溶胶。

(2)高吸波性能、抗菌涂料的制备：

将0.8重量份的分散剂(SDBS)与0.2重量份的增稠剂(聚丙烯酸钠)加入到步骤(1)制备的二氧化钛溶胶中并搅拌均匀；再加入9重量份的纳米ZnO、1重量份的纳米石墨与1重量份的锰氧化物(Mn₂O₇)，搅拌至均匀混合，即可得到本发明的高吸波性能、抗菌涂料。

实施例4

本实施例用来说明本发明的涂料及其制备方法。

涂料的组成：按质量百分数计，粘结剂为87％，吸波材料为11％，助剂为2％。制备方法如下：

(1)二氧化钛溶胶的制备：

将15重量份的钛酸异丙酯溶解在25重量份的无水乙醇中制得钛酸异丙酯的醇溶液；将8重量份的去离子水、25重量份的无水乙醇和14重量份的冰醋酸混合均匀后强烈搅拌，并将钛酸异丙酯的醇溶液均匀滴加至其中，控制滴加速度为1mL/min，滴加结束后继续搅拌3分钟，得到二氧化钛溶胶。

(2)高吸波性能、抗菌涂料的制备：

将1.1重量份的分散剂(SDS)与0.9重量份的增稠剂(聚丙烯酸钠)加入到步骤(1)制备的二氧化钛溶胶中并搅拌均匀；再加入8重量份的纳米ZnO、1重量份的纳米石墨与2重量份的锰氧化物(Mn₃O₄)，搅拌至均匀混合，即可得到本发明的高吸波性能、抗菌涂料。

实施例5

本实施例用来说明本发明的涂料及其制备方法。

涂料的组成：按质量百分数计，粘结剂为89％，吸波材料为10％，助剂为1％。制备方法如下：

(1)二氧化钛溶胶的制备：

将18重量份的钛酸异丙酯溶解在22重量份的无水乙醇中制得钛酸异丙酯的醇溶液；将10重量份的去离子水、20重量份的无水乙醇和16重量份的冰醋酸混合均匀后强烈搅拌，并将钛酸异丙酯的醇溶液均匀滴加至其中，控制滴加速度为1mL/min，滴加结束后继续搅拌3分钟，得到二氧化钛溶胶。

(2)高吸波性能、抗菌涂料的制备：

将0.6重量份的分散剂(SDS)与0.4重量份的增稠剂(聚丙烯酸钠)加入到步骤(1)制备的二氧化钛溶胶中并搅拌均匀；再加入7重量份的纳米ZnO、2重量份的纳米石墨与1重量份的锰氧化物(Mn₃O₄)，搅拌至均匀混合，即可得到本发明的高吸波性能、抗菌涂料。

实施例6

本实施例用来说明本发明的涂料及其制备方法。

涂料的组成：按质量百分数计，粘结剂为86％，吸波材料为12％，助剂为2％。制备方法如下：

(1)二氧化钛溶胶的制备：

将13重量份的钛酸异丙酯溶解在27重量份的无水乙醇中制得钛酸异丙酯的醇溶液；将12重量份的去离子水、23重量份的无水乙醇和11重量份的冰醋酸混合均匀后强烈搅拌，并将钛酸异丙酯的醇溶液均匀滴加至其中，控制滴加速度为1mL/min，滴加结束后继续搅拌3分钟，得到二氧化钛溶胶。

(2)高吸波性能、抗菌涂料的制备：

将1.2重量份的分散剂(SDBS)与0.8重量份的增稠剂(聚丙烯酸钠)加入到步骤(1)制备的二氧化钛溶胶中并搅拌均匀；再加入8重量份的纳米ZnO、1重量份的纳米石墨与3重量份的锰氧化物(Mn₃O₄)，搅拌至均匀混合，即可得到本发明的高吸波性能、抗菌涂料。

实施例7

本实施例用来说明本发明的涂料及其制备方法。

涂料的组成：按质量百分数计，粘结剂为88％，吸波材料为10％，助剂为2％。制备方法如下：

(1)二氧化钛溶胶的制备：

将17重量份的钛酸异丙酯溶解在23重量份的无水乙醇中制得钛酸异丙酯的醇溶液；将13重量份的去离子水、21重量份的无水乙醇和14重量份的冰醋酸混合均匀后强烈搅拌，并将钛酸异丙酯的醇溶液均匀滴加至其中，控制滴加速度为1mL/min，滴加结束后继续搅拌3分钟，得到二氧化钛溶胶。

(2)高吸波性能、抗菌涂料的制备：

将1重量份的分散剂(SDS)与1重量份的增稠剂(聚丙烯酸钠)加入到步骤(1)制备的二氧化钛溶胶中并搅拌均匀；再加入7重量份的纳米ZnO、2重量份的纳米石墨与1重量份的锰氧化物(Mn₂O₇)，搅拌至均匀混合，即可得到本发明的高吸波性能、抗菌涂料。

实施例8

本实施例用来说明本发明的涂料及其制备方法。

涂料的组成：按质量百分数计，粘结剂为90％，吸波材料为9％，助剂为1％。制备方法如下：

(1)二氧化钛溶胶的制备：

将20重量份的钛酸异丙酯溶解在26重量份的无水乙醇中制得钛酸异丙酯的醇溶液；将9重量份的去离子水、23重量份的无水乙醇和18重量份的冰醋酸混合均匀后强烈搅拌，并将钛酸异丙酯的醇溶液均匀滴加至其中，控制滴加速度为1mL/min，滴加结束后继续搅拌3分钟，得到二氧化钛溶胶。

(2)高吸波性能、抗菌涂料的制备：

将0.9重量份的分散剂(SDBS)与0.1重量份的增稠剂(聚丙烯酸钠)加入到步骤(1)制备的二氧化钛溶胶中并搅拌均匀；再加入5重量份的纳米ZnO、3重量份的纳米石墨与1重量份的锰氧化物(Mn₂O₇)，搅拌至均匀混合，即可得到本发明的高吸波性能、抗菌涂料。

实施例9

按照实施例1的方法制备涂料，不同的是，将“二氧化钛溶胶”替换为“二氧化硅溶胶(JL105，购自北京德科岛金科技有限公司)”。

实施例10-13

按照实施例1的方法制备涂料，不同的是，将“8重量份的纳米ZnO、3重量份的纳米石墨与2重量份的锰氧化物”分别替换为“13重量份的纳米ZnO”、“13重量份的铁氧体”、“13重量份的纳米石墨”和“13重量份的锰氧化物”。

对比例1

现有的含树脂涂料，涂料的组成：按质量百分数计，粘结剂(氟树脂，牌号为D411，购自大金氟化工(中国)有限公司)为85％，吸波材料(铁氧体)为13％，助剂为2％。

测试例1

吸波性能强弱采用相同时间(2分钟)、相同材质(陶瓷)与直径为25cm的圆形烤盘、相同微波炉100％火力时烤盘最高温度进行表征(其中本发明涂料的涂覆厚度为15μm，对比例涂料的涂覆厚度为2mm)。

抗菌性能采用大肠杆菌(或金黄色葡萄球菌)“0”接触时间(初始)试样上的菌落数与24小时培养后试样上的菌落数之间比值(杀菌率，计算公式为)表征，具体测定方法参见《消毒技术规范》卫生部2002年版-2.1.5.3。

表1

	温度	对大肠杆菌的杀菌率	对金黄色葡萄球菌的杀菌率
				实施例1	297℃	＞99.97％	99.56％
实施例2	288℃	＞99.97％	99.50％
				实施例3	282℃	＞99.97％	99.48％
实施例4	276℃	＞99.97％	99.47％
				实施例5	277℃	＞99.97％	99.49％
实施例6	273℃	＞99.97％	99.53％
				实施例7	265℃	＞99.97％	99.46％
实施例8	258℃	＞99.97％	99.38％
				实施例9	255℃	＞99.97％	93.46％
实施例10	275℃	＞99.97％	99.68％
				实施例11	270℃	<96.58％	64.84％
实施例12	266℃	<81.47％	60.03％
				实施例13	202℃	<65.32％	61.1％
对比例1	160℃	34.3％	11.5％

由表1的结果可以看出，涂覆本发明的涂料的微波烤盘的吸波和抗菌性能均较优。进一步的实验表明，配合使用氧化锌、石墨和锰氧化物作为吸波材料的吸波和抗菌性能更优于单独使用一种物质(如氧化锌、石墨或锰氧化物)作为吸波材料制得的涂料。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种涂料，该涂料含有吸波材料和粘结剂，其特征在于，所述粘结剂为二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶和硅铝溶胶中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的涂料，其中，所述吸波材料为铁氧体、氧化镁、氧化锌、石墨和锰氧化物中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的涂料，其中，所述吸波材料为氧化锌、石墨和锰氧化物，优选地，氧化锌、石墨和锰氧化物的重量比为2.5-10:0.3-5:1。

4.根据权利要求2或3所述的涂料，其中，所述锰氧化物为四氧化三锰和/或七氧化二锰。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的涂料，其中，所述吸波材料的粒径为1-100nm。

6.根据权利要求1所述的涂料，其中，所述二氧化钛溶胶中二氧化钛的含量为3.5-6.5重量％；所述二氧化硅溶胶中二氧化硅的含量为2.5-30重量％；所述氧化铝溶胶中氧化铝的含量为3-30重量％；所述硅铝溶胶中硅元素和铝元素的总含量为5-30重量％。

7.根据权利要求1或2所述的涂料，其中，所述吸波材料和粘结剂的重量比为1:5-20，优选为1:6.5-10。

8.根据权利要求1所述的涂料，其中，所述涂料还含有助剂，所述助剂包括分散剂、增稠剂和偶联剂中的至少一种；以所述涂料的总重量为基准，所述助剂的含量为1-2重量％。

9.制备权利要求1-8中任意一项所述的涂料的方法，其特征在于，该方法包括：在助剂的存在或不存在下，将吸波材料和粘结剂混合。

10.权利要求1-8中任意一项所述的涂料在制备微波烤盘中的应用。