CN1076416C - 具有抗摩擦层的熨斗 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包含一层无机聚合物抗摩擦层的金属底板的熨斗，无机聚合物优选聚硅酸盐，抗摩擦层由溶胶-凝胶方法提供。这种抗摩擦层显示高硬度、高耐腐蚀性和满意的抗快速温变的性能。该抗摩擦层也优选包括用氟化物处理的烃类化合物。通过使用这些化合物，该抗摩擦层具有可与氟塑料比美的高摩擦系数。可用各种方法提供该摩擦层，优选用喷射法。

Description

具有抗摩擦层的熨斗
本发明涉及包含一层抗摩擦层的金属底板的熨斗。本发明也涉及在金属底板上提供一层抗摩擦层的方法。
上一段落中提及的熨斗本身是已知的。例如，在德国专利说明书DE36.17.034中描述了一种熨斗，其金属底板具有由至少两层亚层组成的抗摩擦层。第一亚层由氧化铝或氧化铝和氧化钛的混合物等基底层组成，它们可由等离子体喷射等方法涂布到金属底板上。所述基底层上是合成树脂的第二亚层，合成树脂例如是基于聚四氟乙烯的。
现有熨斗有不少缺点。例如，特别是已发现抗摩擦层的机械强度不足够。这个问题特别是由合成树脂层相对低的抗擦伤性能引起。还发现合成树脂层的稳定性存在问题。在最高约300℃温度下合成树脂的稳定性，通常对于熨斗不乐观。此外，对于已知抗摩擦层所述的双层结构，既费时间，又费金钱。
本发明的一个目的在于提供一种克服上述缺点的熨斗。本发明更具体的目的在于一种包括金属底板在内的熨斗，其抗摩擦层具有高的耐擦伤性。以简单而价廉的方式在金属底板上提供所述抗摩擦层应该是可能的。此外，抗摩擦层应耐腐蚀，耐频繁而快速最高达300℃的温度变化。本发明还有一个目的是提供一种在金属底板上涂布抗摩擦层的方法。
这些和其它目的可由在本文第一段中提及类型的熨斗实现，其特征在于本发明的抗摩擦层包括一层无机聚合物层，优选聚硅酸盐层，它由溶胶-凝胶方法提供。
用溶胶-凝胶方法提供的这一层，与聚四氟乙烯相比，具有很好的耐擦伤性。正如下面将要详述的，这一层可由简单方式涂布在金属底板上。已经发现，以无机聚合物形式存在的抗摩擦层，显示极高的耐腐蚀性，和在20-300℃温度范围内耐频繁而快速的温度变化。这类无机聚合物可以基于聚-锆-氧化物、聚-钛-氧化物或聚-铝-氧化物。然而，为了降低成本，优选使用基于聚硅酸盐的无机聚合物。基于聚硅酸盐的溶胶可以简单方式制造，并可比用其它上述溶胶保持更长时间的稳定。
本发明的熨斗的一个优选实施例方案的特征在于其抗摩擦层也包括用氟化物处理的烃类化合物。由于这类化合物的存在，熨斗在熨烫期间具有明显较低的摩擦阻力。因此，按本发明的这种措施导致熨斗的熨烫性能大为改进。这种用氟化物处理烃类，可作为疏松化合物，例如以细粒聚四氟乙烯粉末形式埋入抗摩擦层的无机聚合物基体中。然而，所述用氟化物处理的烃类化合物最好与无机聚合物共价相结合。
本发明也涉及在金属底板上提供抗摩擦层的方法。按照本发明，该方法的特征在于在金属底板上放置一层溶胶-凝胶溶液，然后在更高温度下由该溶胶-凝胶溶液形成一层无机聚合物。
溶胶-凝胶溶液的制备本身是已知的。若用溶胶-凝胶来在底物上制造物质层时，首先要制备固体颗粒在液体中的胶体悬浮液。在本发明情况下，优选使用在有机溶剂中的水解金属醇盐颗粒。在这方面，已知的金属醇盐是Ti-、Zr-、Al-和Si-的醇盐。通常用一种醇为有机溶剂。除少量作为催化剂的酸或碱外，还向所述胶体溶液或溶胶中加入少量水，然后将溶液或溶胶以薄层形式置于所需的底物上。所加的催化剂和水使醇化物进行水解，然后在升高的温度下缩聚成为无机聚合物，溶剂则从所得的溶胶-凝胶层中蒸发掉。
用这种溶胶-凝胶方法，可以在底板上制得极薄层的无机聚合物。例如，用这种技术，可以获得厚度小于1微米，甚至小于0.5微米的薄层。使用这些薄层和选择烷氧基硅酸盐作为无机聚合物的单体，确保了本发明的抗摩擦层非常价廉。
本发明方法的优选实施方案的特征在于该溶液也包括3-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷(GLYMO)，其量最高达烷氧基硅酸盐总量的50％(重)。该化合物在胶体溶液中的存在，使溶胶-凝胶与金属底板的粘附性大为改进。若缺乏这种化合物，则在金属底板上涂布无机聚合物的抗摩擦层之前，必须受到一系列的清洁处理步骤。使用这种化合物后，可以省去这些方法步骤。
本发明另一优选实施方案的特征在于该溶液还包括一种用氟化物处理的硅烷化合物。该化合物的存在使抗摩擦层的疏水性能大有改进。占胶体颗粒总量的0.1％(重)的该物质，足以提供疏水性能可与聚四氟乙烯相比的无机聚合物。其量超过5％(重)时，不再改进抗摩擦层的疏水性。
在金属底板上形成一层胶体溶液层有许多方法，如液浸法或旋转涂布法。根据本发明极为优选的实施方案，可用喷雾技术制得该层。这种方法形成的该层的摩擦系数比由旋转涂布法形成的小。已经发现，由于喷雾液滴的大小及金属底板的温度的可调节性，抗摩擦层的摩擦系数可以改变。喷到金属底板上的液滴提供了带不平结构的抗摩擦层。带不平结构的抗摩擦层具有比平滑抗摩擦层更好的熨烫性能。
本发明以下列实施方案和附图进行更详细的说明，其中，
图1示出本发明的熨斗。
图1示出一种蒸汽熨斗。该熨斗包括合成树脂外壳1及底部的金属底板2。在本发明中，金属底板由不锈钢合金制成。金属底板与外壳背向的表面上有抗摩擦层3。该层包括由溶胶-凝胶方法形成的聚硅酸盐基的聚合物层。下面给出的金属底板上提供无机聚合物抗摩擦层的多种创造性方法。
根据本发明的第一种实施方案，制备包含10g TEOS(四乙基原硅酸盐)、80g乙醇和10g酸化水(1N HCl)的溶胶-凝胶溶液。水解1小时后，将该溶液旋转涂布到不锈钢金属底板的熨烫表面，转速为600r.p.m.金属底板事先已经连续地用含皂溶液的超声处理和UV/臭氧处理而得以清洁。由旋涂形成的溶胶-凝胶层于300℃固化30分钟。形成的聚硅酸盐抗摩擦层(厚200nm)呈现满意的抗擦伤性和对金属底板的粘附性。在金属底板经受20-300℃范围内的温度循环500次后，其粘附性未发生变坏。
根据本发明的第二实施方案，用喷雾设备在洁净的金属底板上形成上述溶胶-凝胶溶液。一系列实验表明，用此法获得的抗摩擦层的摩擦系数比用液浸法或旋涂法得到的抗摩擦层的低。改变液滴大小和金属底板的温度，可以影响抗摩擦层的平滑性。抗摩擦层平滑性增加对熨斗的熨烫性能具有正面效果。
根据本发明的第三实施方案，将包含2g GLYMO、8g TEOS、80g乙醇及10g酸化水(1N HCl)的溶液水解2小时。此后将此溶液旋涂到不锈钢(AISI304)金属底板上。该金属底板仅用在含皂溶液中超声清洁处理过。得到溶胶-凝胶层200℃固化30分钟。这样形成的无机聚合物抗摩擦层(300nm厚)显示出对金属底板满意的粘附性，尽管未经UV/臭氧处理。涂层的耐擦伤性优良。
根据本发明第四实施方案，制备包含10g TEOS、FTES溶于80g乙醇和10g酸化水(1N HCl)中的溶胶-凝胶溶液。FTES代表氟烷基三乙基硅烷。原则上，该氟烷基基团的长度可以在5-15C原子间改变。在本发明情况下，使用C6F13CH2CH2-Si(OC2H5)3。用喷雾装置将该溶液喷涂在金属底板上，然后在160℃固化。形成的抗摩擦层显示满意的硬度，并抗最高达300℃的温度变化。在抗摩擦层中使用用氟化物处理的烃，熨斗的熨烫性能比上述实施方案中得到的好得多。
为了确定较昂贵用氟化物处理的烷基硅烷类化合物的最佳用量，在一系列实验中改变在溶胶-凝胶溶液中的TEOS和FTES的摩尔比。然后测定水滴在试验组合物的无机聚合物层上的接触角。得到的以FTES浓度的函数表示的值列于下表。该表示出，较小量约0.1％(摩尔)的FTES会导致抗摩擦层的疏水性有很大改进。若向TEOS中加入大于5％(重)的FTES，抗摩擦层的疏水性改进不再增加。此时注意到水在聚四氟乙烯上的接触角约为107°。
FTES/TEOS 角度(°)
0/100  40±4
0.03/100  75±5
 0.1/100  101±5
 0.3/100  107±5
 0.6/100  109±5
 1/100  110±5
 4/100  102±5
 15/100  104±5
 30/100  102±5

Claims (9)

1.一种包含一层抗摩擦层的金属底板的熨斗，其特征在于该抗摩擦层包括一层用溶胶-凝胶方法提供的无机聚合物层。
2.权利要求1的熨斗，其特征在于所述抗摩擦层包括一层用溶胶-凝胶方法提供的聚硅酸盐层。
3.权利要求1或2的熨斗，其特征在于该抗摩擦层也包括用氟化物处理的硅烷化合物。
4.一种在金属底板上提供一层抗摩擦层的方法，其特征在于在升高温度下将一层溶胶-凝胶溶液转化为无机聚合物层，来提供熨烫表面。
5.权利要求4的方法，其特征在于该溶胶-凝胶溶液包括烷氧基硅烷。
6.权利要求5的方法，其特征在于该溶液也包括3-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷，其量最高达烷氧基硅烷全部量的50％(重)。
7.权利要求5的方法，其特征在于该溶液也包括一种用氟化物处理的硅烷化合物。
8.权利要求6的方法，其特征在于该溶液也包括一种用氟化物处理的硅烷化合物。
9.权利要求4-8任一项的方法，其特征在于用喷射技术将该溶胶-凝胶溶液涂布到底板上。
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