CN107903669A - 一种使涂层表面受热均匀的陶瓷涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使涂层表面受热均匀的陶瓷涂料及其制备方法，由底漆和面漆组成；底漆包括：树脂45％‑65％，无机色粉10％‑35％，二氧化硅5％‑15％，氧化铝1％‑5％，石墨微粉和/或碳纳米管微粉0.01％‑5％，表面活性助剂0.1％‑10％；面漆包括：树脂65％‑85％，醇类溶剂1％‑20％，表面活性助剂0.1％‑10％，可食用硅油0.1％‑10％。本发明还提供该陶瓷涂料的制备方法。该涂料制成的涂层可使在烹饪时，使锅表面的热量能够均匀分布，可使食物快速且均匀地褐变，达到消费者所需的焦的程度。此外，还能降低因加热炊具时局部位置过热导致过热区域的陶瓷涂层退化或剥落的风险，延长陶瓷涂层的使用寿命。

Description

一种使涂层表面受热均匀的陶瓷涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷涂料领域，尤其涉及一种使涂层表面受热均匀的陶瓷涂料及其制备方法。

背景技术

陶瓷涂料属于功能涂料领域，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。新一代的陶瓷涂料的硬度可以达到6H以上。耐高温达400度，不粘效果，颜色多种。

金属不能直接作为炊具使用，附加的涂层非常重要，其中陶瓷涂料以其健康环保及卓越的性能深受越来越多的褒奖。尤其是制作不粘锅时相较于“特氟龙”粘性更加大，不易脱落，并且无毒无害，在高温下长时间不易分解。

然而普通的陶瓷涂料制成的涂层在烹饪时，其表面不能均匀散热，使得在锅或盘等底材的某个位置过热，导致过热位置的区域的涂层容易退化，缩短涂层的使用寿命；此外，由于不能均匀散热，导致在煎肉类或者其他需煎的食物时，很难使食物达到使用者所需的焦糊程度，或使得食物的表面的焦糊程度不一致，影响食物的口感及其外观。

发明内容

本发明的目的解决现有技术的不足，提供一种可使涂层表面受热均匀，延长陶瓷涂料涂层使用寿命的陶瓷涂料，并提供其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种使涂层表面受热均匀的陶瓷涂料，由底漆和面漆组成：

所述的底漆包括由以下组分按质量百分比组成：

以上底漆各组分的质量百分比之和为100％；

所述的面漆包括由以下组分按质量百分比组成：

以上面漆各组分的质量百分比之和为100％；

底漆和面漆所述的树脂为硅溶胶和硅烷偶联剂交联反应产生的成膜物质。

一种使涂层表面受热均匀的陶瓷涂料，由底漆和面漆组成：

所述的底漆包括由以下组分按质量百分比组成：

以上底漆各组分的质量百分比之和为100％；

所述的面漆包括由以下组分按质量百分比组成：

以上面漆各组分的质量百分比之和为100％；

底漆和面漆所述的树脂为硅溶胶和硅烷偶联剂交联反应产生的成膜物质。

优选的，所述的硅烷偶联剂为甲基三乙氧基硅烷或甲基三甲氧基硅烷的一种。

一种使涂层表面受热均匀的陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：

1)按照配方量的质量百分比，依次称取底漆所述树脂、所述无机色粉、所述二氧化硅、所述氧化铝、所述石墨微粉和/或碳纳米管微粉、所述表面活性剂，然后加入洁净的研磨设备中研磨均匀，研磨至要求的细度后，设置搅拌速度为300-500rpm，搅拌分散均匀后得到底漆；

2)按照配方量的质量百分比，依次称取面漆所述树脂、所述醇类溶剂、所述表面活性剂和所述可食用硅油，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为300-500rpm，搅拌分散均匀后得到面漆；

3)涂布方法：将素材打砂以后清洗除尘，将素材加热到50-70℃(基材表面温度)，直接喷涂上面配置好的底漆，然后直接在底漆上面喷涂面漆。喷涂好面漆以后在150-180℃的条件下干燥5分钟以上。最后在260-280℃的条件下烧结13-15分钟，即得到陶瓷涂层。

优选的，所述底漆的研磨细度≤17μm。

优选的，所述的底漆和面漆的喷涂厚度均为5-25μm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明采用石墨微粉和/或碳纳米管微粉，与氧化铝结合，即石墨微粉+氧化铝、或碳纳米管微粉+ 氧化铝、或石墨微粉和/或碳纳米管微粉+氧化铝，对陶瓷涂料进行改性，制成陶瓷涂层。该涂层可使在烹饪时，使锅表面的热量能够均匀分布，可使食物快速且均匀地褐变，达到消费者所需的焦的程度。此外，还能降低因加热炊具时局部位置过热导致过热区域的陶瓷涂层退化或剥落的风险，延长陶瓷涂层的使用寿命。

附图说明

图1是应用本发明陶瓷涂料的一种结构示意图。

图2是热量均匀测试中测试样品锅与对照样品锅选取的9个测试点的位置分布示意图。

图中标号所示为：1-底材、2-底漆、3-面漆。

具体实施方式：

为加深本发明的理解，下面将结合实施案例对本发明作进一步详述。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

本发明一种使涂层表面受热均匀的陶瓷涂料,由底漆和面漆组成；

所述的底漆包括由以下组分组成：树脂、无机色粉、二氧化硅、氧化铝、石墨微粉和/或碳纳米管微粉、表面活性助剂。

其中，石墨微粉具有良好的化学稳定性。本实施案例所用的石墨微粉的粒径为10-30nm，具有耐腐蚀、导热性好，渗透率低、热稳定性高且热量易分散等特点。

碳纳米管微粉具有优异的轴向导热性能，声子可以顺利地沿管子传输，是理想的导热介质。理论计算表明，室温下单臂碳纳米管的轴向导热系数大约在6600W/mK以上，远高于天然形成的金刚石和石墨面的导热系数(约 2000W/mK)。碳纳米管微粉具有很好的传热性能，碳纳米管微粉具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换能很高。

氧化铝为无机陶瓷硬化材料，导热性能好。氧化铝为惰性填料，并且可耐受超过250℃的连续工作温度，且在陶瓷涂层的涂布最终烘烤温度下也是稳定的。本发明选用的氧化铝的粒径为50-100nm，其莫氏硬度可达到9。

本发明采用石墨微粉和/或碳纳米管微粉，和无机陶瓷硬化材料(即氧化铝)结合，制成陶瓷涂层。以上3种原料均有导热的性能，这样就会使得次涂膜的表面的导热要比普通涂膜的导热性要均匀，从而使该涂层可使在烹饪时，使炊具表面的热量能够均匀分布。

所述的面漆包括由树脂，醇类溶剂，表面活性助剂，可食用硅油组分组成。

以上的底漆和面漆所述的树脂为硅溶胶和不同种类的硅烷偶联剂交联反应产生的成膜物质。

硅溶胶是一种价廉的以水为分散介质的纳米级高分子无机聚偏硅酸的胶体溶液，是靠电荷或其它一些稳定剂来辅助分散的热力学不稳定体系，在复合过程中因环境条件发生变化可能引起絮凝、结块或凝胶。硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，硅烷偶联剂与硅溶胶发生交联反应形成成膜物质，使其具有稳定均匀分散性。

实施案例1

1)按照配方量的质量百分比，依次称取树脂55％、无机色粉25％、二氧化硅10％、氧化铝3％、石墨微粉1％、碳纳米管微粉1％，表面活性剂5％，然后加入洁净的研磨设备中研磨均匀，研磨至细度≤17μm后，设置搅拌速度为300rap/min,搅拌分散均匀后得到底漆；

2)按照配方量的质量百分比，依次称取面漆所述的组分,树脂75％、醇类溶剂10％、表面活性助剂10％、可食用硅油5％，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为300rap/min,搅拌分散均匀后分散均匀后得到面漆；

喷涂方法：将素材打砂以后清洗除尘，将素材加热到60℃(基材表面温度)，直接喷涂上述配置好的底漆，底漆的厚度为15μm；然后直接在底漆上面喷涂面漆，面漆的喷涂厚度均为10μm，喷涂好面漆以后在170℃的条件下干燥5分钟以上。最后在270℃的条件下烧结14分钟，即得到陶瓷涂层，如图1所示。

实施案例2

1)按照配方量的质量百分比，依次称取树脂45％、无机色粉35％、二氧化硅5％、氧化铝5％、碳纳米管微粉0.01％，表面活性剂9.99％，然后加入洁净的研磨设备中研磨均匀，研磨至细度≤17μm后，设置搅拌速度为 300rap/min,搅拌分散均匀后得到底漆；

2)按照配方量的质量百分比，依次称取面漆所述的组分,树脂65％、醇类溶剂20％、表面活性助剂5％、可食用硅油10％，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为300rap/min，搅拌分散均匀后得到面漆；

喷涂方法：将素材打砂以后清洗除尘，将素材加热到50℃(基材表面温度)，直接喷涂上述配置好的底漆，底漆的厚度为5μm；然后直接在底漆上面喷涂面漆，面漆的喷涂厚度均为20μm。喷涂好面漆以后在150℃的条件下干燥5分钟以上。最后在260℃的条件下烧结13分钟，即得到陶瓷涂层。

实施案例3

1)按照配方量的质量百分比，依次称取树脂65％、无机色粉14％、二氧化硅15％、氧化铝1％、石墨微粉4.9％、表面活性剂0.1％，然后加入洁净的研磨设备中研磨均匀，研磨至细度≤17μm后，设置搅拌速度为500rap/min, 搅拌分散均匀后得到底漆；

2)按照配方量的质量百分比，依次称取面漆所述的组分,树脂85％、醇类溶剂10％、表面活性助剂0.1％、可食用硅油4.9％，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为500rap/min,搅拌分散均匀后得到面漆；

喷涂方法：将素材打砂以后清洗除尘，将素材加热到70℃(基材表面温度)，直接喷涂上述配置好的底漆，底漆的厚度为25μm；然后直接在底漆上面喷涂面漆，面漆的喷涂厚度均为5μm。喷涂好面漆以后在180℃的条件下干燥5分钟以上。最后在280℃的条件下烧结15分钟，即得到陶瓷涂层。

实施案例4

1)按照配方量的质量百分比，依次称取树脂50％、无机色粉23％、二氧化硅12％、氧化铝4％、石墨微粉1.5％、碳纳米管微粉1.5％、表面活性剂 8％，然后加入洁净的研磨设备中研磨均匀，研磨至细度≤17μm后，设置搅拌速度为400rap/min,搅拌分散均匀后得到底漆；

2)按照配方量的质量百分比，依次称取面漆所述的组分,树脂70％、醇类溶剂14％、表面活性助剂8％、可食用硅油8％，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为400rap/min,搅拌分散均匀后得到面漆；

喷涂方法：将素材打砂以后清洗除尘，将素材加热到65℃(基材表面温度)，直接喷涂上述配置好的底漆，底漆的厚度为25μm；然后直接在底漆上面喷涂面漆，面漆的喷涂厚度均为5μm。喷涂好面漆以后在155℃的条件下干燥5分钟以上。最后在265℃的条件下烧结14分钟，即得到陶瓷涂层。

实施案例5

1)按照配方量的质量百分比，依次称取树脂59％、无机色粉28％、二氧化硅8％、氧化铝2％、碳纳米管微粉1％、表面活性剂2％，然后加入洁净的研磨设备中研磨均匀，研磨至细度≤17μm后，设置搅拌速度为450rap/min, 搅拌分散均匀后得到底漆；

2)按照配方量的质量百分比，依次称取面漆所述的组分,树脂80％、醇类溶剂9.9％、表面活性助剂10％、可食用硅油0.1％，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为450rap/min,搅拌分散均匀后得到面漆；

喷涂方法：将素材打砂以后清洗除尘，将素材加热到55℃(基材表面温度)，直接喷涂上述配置好的底漆，底漆的厚度为20μm；然后直接在底漆上面喷涂面漆，面漆的喷涂厚度均为20μm。喷涂好面漆以后在175℃的条件下干燥5分钟以上。最后在275℃的条件下烧结15分钟，即得到陶瓷涂层。

本发明的两层陶瓷涂料制成的陶瓷涂层的性能测定：

1)底材的附着力：采用划格法(GB/T9286)测定其附着力，可达到5B (5B－划线边缘光滑，在划线的边缘及交叉点处均无油漆脱落)或 GT0(最好为GT0级,最差为GT5级)。

2)干耐磨：使用7447耐磨垫施加4.5KG力，可达到20000个循环以上 (参照GB/T1768—1979)。

3)耐腐蚀性：可以通过煮10％的盐水溶液24小时的耐盐雾测试(参照 GB/T10125—1997)。

4)热量均匀测试：

应用本实施案例1-5的陶瓷涂料制成的陶瓷涂层的锅，其均匀散热比普通的陶瓷涂料制成的涂层好，其热量均匀测试以实施案例1为例。

测试对象：测试样品炊具为涂有本发明实施案例1的陶瓷涂料制成的陶瓷涂层的锅，对照样品锅为涂布有普通陶瓷涂层的锅。测试样品锅与对照品锅仅为陶瓷涂层的不同，普通陶瓷涂层所用的陶瓷涂料从市场上购买某品牌的陶瓷涂料。

测试方法：将无放置任何物品的测试样品锅与对照品锅均加热到设定温度350℃，在测试样品锅与对照样品锅的相同位置均匀选取9个测试点，测试点具体位置如图2所示，按照B1C2D3E45的顺序，利用红外线枪，测量各点的温度，30分钟内完成测量，每2分钟间隔测量一次。最后计算每个测试点与其他测试点的温度变化值，再根据各点的温度变化值算出温差指数。温度变化值计算公式，以点5为例：温度变化值＝(其他测试点-点5)/点5×100。

测试数据：

对照样品锅30min内9个点的温度测量的数据如表1所示：

表1

对照样品锅各点的各点与其他测试点的温度变化值的数据如表2所示：

表2

本发明的测试样品锅30min内9个点的温度测量的数据如表3所示：

表3

本发明的测试样品锅各点与其他测试点的温度变化值的数据如表4所示：

表4

根据以上测试数据表明，常见普通的陶瓷涂料制成的涂层，温差指数是在30.23点，而本发明的陶瓷涂料制成的涂层，温差指数是在 26.89点。本发明更小的点说明：温差指数越小，表面散热性越好。根据这项计算，本发明的陶瓷涂料制成的涂层，在烹饪表面具有更好的匀热性，均匀散热比起普通的陶瓷涂料制成的涂层高10-20％。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种使涂层表面受热均匀的陶瓷涂料，其特征在于，由底漆和面漆组成；

所述的底漆包括由以下组分按质量百分比组成：

以上底漆各组分的质量百分比之和为100％；

所述的面漆包括由以下组分按质量百分比组成：

以上面漆各组分的质量百分比之和为100％；

底漆和面漆所述的树脂为硅溶胶和硅烷偶联剂交联反应产生的成膜物质。

2.根据权利要求1所述的一种使涂层表面受热均匀的陶瓷涂料，其特征在于，一种使涂层表面受热均匀的陶瓷涂料，由底漆和面漆组成；

所述的底漆包括由以下组分按质量百分比组成：

以上底漆各组分的质量百分比之和为100％；

所述的面漆包括由以下组分按质量百分比组成：

以上面漆各组分的质量百分比之和为100％；

底漆和面漆所述的树脂为硅溶胶和硅烷偶联剂交联反应产生的成膜物质。

3.根据权利要求1或2所述的一种使涂层表面受热均匀的陶瓷涂料，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为甲基三乙氧基硅烷或甲基三甲氧基硅烷的一种。

4.一种使涂层表面受热均匀的陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)按照权利要求1或2的配方量的质量百分比，依次称取底漆所述树脂、所述无机色粉、所述二氧化硅、所述氧化铝、所述石墨微粉和/或碳纳米管微粉、所述表面活性剂，然后加入洁净的研磨设备中研磨均匀，研磨至要求的细度后，设置搅拌速度为300-500rpm，搅拌分散均匀后得到底漆；

2)按照权利要求1或2的配方量的质量百分比，依次称取面漆所述树脂、所述醇类溶剂、所述表面活性剂和所述可食用硅油，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为300-500rpm，搅拌分散均匀后得到面漆；

3)涂布方法：将素材打砂以后清洗除尘，将素材加热到50-70℃(基材表面温度)，直接喷涂上述配置好的底漆，然后直接在底漆上面喷涂面漆。喷涂好面漆以后在150-180℃的条件下干燥5分钟以上。最后在260-280℃的条件下烧结13-15分钟，即得到陶瓷涂层。

5.根据权利要求4所述的一种使涂层表面受热均匀的陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，所述底漆的研磨细度≤17μm。

6.根据权利要求4所述的一种使涂层表面受热均匀的陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，所述的底漆和面漆的喷涂厚度均为5-25μm。