CN107974142B - 一种使涂层表面热量均匀分散的三层不粘涂料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使涂层表面热量均匀分散的三层不粘涂料及制备方法，由底漆、中漆和面漆组成；底漆包括：树脂1％‑15％，炭黑0.1％‑3％，氧化铝0.1‑15％，金刚砂0.1％‑15％，石墨微粉和/或碳纳米管微粉0.01％‑5％，表面活性助剂0.1％‑10％，水10％‑50％，不粘性原料1％‑40％；中漆包括：不粘性原料20％‑75％，石墨微粉和/或碳纳米管微粉0.01％‑5％，表面活性助剂0.1％‑10％，水20％‑50％，丙烯酸树脂0.1％‑15％；面漆包括：不粘性原料25％‑75％，表面活性助剂0.1％‑10％，水20％‑50％，丙烯酸树脂0.1％‑15％。本发明还提供该三层不粘涂料的制备方法。本发明可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不粘涂层退化或剥落的风险，延长不粘涂层的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及不粘涂料领域，尤其涉及一种使涂层表面热量均匀分散的三层不粘涂料及制备方法。
背景技术
不粘涂料是一种使涂层表面不易被其他粘性物质所粘附或粘着后易被去除的特种涂料。此种涂料所形成涂层的表面能极低、摩擦系数小、易滑动等防粘性特点，被广泛应用于家用电器、烹饪厨具、汽车、机械、化工等行业。
不粘涂料由于采用聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等有机物，其形成的不粘涂层，导热性极差，被加热物体升温慢，能耗高，如聚四氟乙烯的本征热导率为0.24w/m·K，因此在加工及使用过程中，通过添加导热性能好的填料如铝粉、碳化硅等，可提高其导热性能。然而普通的不粘涂料在涂层或烹饪表面不能均匀散热，使得在锅或盘的某个位置过热，导致过热位置的区域的涂层容易退化，缩短不粘涂层的使用寿命；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，提供一种使涂层表面热量均匀分散，可延长不粘涂层使用寿命的三层不粘涂料，并提供其制备方法。
本发明所采用的技术方案是：一种使涂层表面热量均匀分散的三层不粘涂料,由底漆、中漆和面漆组成；
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％；
所述的中漆包括由以下组分按质量百分比组成：
以上中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％。
一种使涂层表面热量均匀分散的三层不粘涂料，由底漆、中漆和面漆组成；
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为100％；
所述的中漆包括由以下组分按质量百分比组成：
以上中漆各组分的质量百分比为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为100％。
优选的，所述的树脂为聚酰胺酰亚胺、聚醚砜、聚苯硫醚和聚醚酮醚的一种。
优选的，所述的不粘性原料为PTFE、FEP和PFA的一种或一种以上的混合物。
优选的，所述的石墨微粉的粒径范围为0.05-10μm，所述的氧化铝的粒径范围0.1-10μm，所述的金刚砂的粒径范围为1-55μm。
一种使涂层表面热量均匀分散的三层不粘涂料的制备方法，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、所述炭黑、所述氧化铝、所述金刚砂、所述石墨微粉和/或碳纳米管微粉、所述表面活性剂和所述水，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，加入已称取的所述不粘性原料，设置搅拌速度为100-700rpm，搅拌均匀后得到底漆；
2)依次称取中漆所述的组分加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为100-700rpm，搅拌分散均匀后得到中漆；
3)依次称取面漆所述的组分加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为100-700rpm，搅拌分散均匀后得到面漆；
4)将底漆喷在待喷底材上，底漆的厚度为5-25μm，底漆喷涂后在80-200℃的温度下烘烤至干，待其冷却后，依次喷涂中漆和面漆，喷涂后进行固化，在360-430℃的温度下固化5-20分钟形成不粘涂层。
优选的，所述底漆的研磨细度≤15μm。
优选的，所述中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+碳纳米管微粉+氧化铝，制成不粘涂层。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不粘涂层退化或剥落的风险，延长不粘涂层的使用寿命。
附图说明
图1是使用本发明三层不粘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点1-点5的位置分布示意图。
图中标号所示为：1-底材、2-底漆、3-中漆、4-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热量均匀分散的三层不粘涂料,由底漆、中漆和面漆组成；
所述的底漆包括由以下组分按质量百分比组成：树脂1％-15％，所述的树脂为聚酰胺酰亚胺、聚醚砜、聚苯硫醚和聚醚酮醚的一种；炭黑0.1％-3％，所述的炭黑为无机颜料色粉，起到调色的作用；氧化铝0.1-15％，金刚砂0.1％-15％，石墨微粉和/或碳纳米管微粉0.01％-5％，表面活性助剂0.1％-10％，水10％-50％，不粘性原料1％-40％，以上底漆的各组分的质量百分比之和为100％。
其中，石墨微粉具有良好的化学稳定性。本发明所用的石墨微粉的粒径范围为0.05-10μm，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，且在不粘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范围0.1-10μm，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，制成不粘涂层。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，可以改善涂层的导热性，加快导热速度，从而达到匀热的效果，该涂层可使在烹饪时，使锅/盘等底物的表面的热量能够均匀分布。
本发明的底漆中加入金刚砂，可提高涂层的抗磨性。其中金刚砂的粒径范围为1-55μm。此外，金刚砂具有高导热率，在底漆中掺入金刚砂，可减小了底材与底漆之间的热阻隔，使涂布底物的表面达到更加均匀的温度。
所述的中漆包括由以下组分按质量百分比组成：不粘性原料20％-75％,石墨微粉和/或碳纳米管微粉0.01％-5％,表面活性助剂0.1％-10％,水20％-50％,丙烯酸树脂0.1％-15％,其中丙烯酸树脂可起到加强流动性和层次性的作用。以上中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：不粘性原料25％-75％，表面活性助剂0.1％-10％，水20％-50％，丙烯酸树脂0.1％-15％，以上各组分的质量百分比之和为100％。
以上的底漆、面漆、和中漆所述的不粘性原料为PTFE、FEP和PFA的一种或一种以上的混合物。
实施案例1
1)按照配方量的质量百分比，依次称取聚酰胺酰亚胺10％、炭黑1.5％、氧化铝8％、金刚砂8％、石墨微粉1.5％，碳纳米管微粉1.5％、表面活性剂5％和水35％，然后加入洁净的研磨设备中研磨均匀，研磨至细度≤15μm后，加入已称取配方量29.5％的PTFE，设置搅拌速度为500rpm，搅拌均匀后得到底漆；
2)按照配方量的质量百分比，依次称取中漆所述的组分，PFA 50％、石墨微粉1.5％，碳纳米管微粉1.5％、表面活性助剂5％、水35％和丙烯酸树脂7％，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为300rpm，搅拌分散均匀后得到中漆；
3)按照配方量的质量百分比，依次称取面漆所述的组分,FEP 50％、表面活性助剂6％、水36％和丙烯酸树脂8％，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为400rpm，搅拌分散均匀后得到面漆；
喷涂方法：将底漆喷在待喷底材上，底漆的厚度为10μm，底漆喷涂后在150℃的温度下烘烤至干，待其冷却后，依次喷涂中漆和面漆，中漆和面漆的喷涂厚度均为10μm，喷涂后进行固化，在400℃的温度下固化15分钟形成不粘涂层，如图1所示。
实施案例2
1)按照配方量的质量百分比，依次称取聚醚砜1％、炭黑0.1％、氧化铝0.1％、金刚砂0.1％、碳纳米管微粉0.01％、表面活性剂9％、和水49.69％，然后加入洁净的研磨设备中研磨均匀，研磨至细度≤15μm后，加入已称取配方量40％的FEP，设置搅拌速度为200rpm,搅拌均匀得到底漆；
2)按照配方量的质量百分比，依次称取中漆所述的组分，PFA 25％、石墨微粉0.01％、表面活性助剂9.99％、水50％和丙烯酸树脂15％，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为150rpm，搅拌分散均匀后得到中漆；
3)按照配方量的质量百分比，依次称取面漆所述的组分,PTFE 74.8％、表面活性助剂0.1％、水25％和丙烯酸树脂0.1％，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为650rpm，搅拌分散均匀后得到面漆；
喷涂方法：将底漆喷在待喷底材上，底漆的厚度为10μm，底漆喷涂后在80℃的温度下烘烤至干，待其冷却后，依次喷涂中漆和面漆，中漆和面漆的喷涂厚度均为5μm，喷涂后进行固化，在360℃的温度下固化5分钟形成不粘涂层。
实施案例3
1)按照配方量的质量百分比，依次称取聚苯硫醚10％、炭黑3％、氧化铝15％、金刚砂7％、石墨微粉5％、表面活性剂5％和水25％，然后加入洁净的研磨设备中研磨均匀，研磨至细度≤15μm后，加入均为配方量10％的PTFE、FEP和PFA，设置搅拌速度为500rpm,搅拌均匀得到底漆；
2)按照配方量的质量百分比，依次称取中漆所述的组分，PTFE 10％、FEP 10％、PFA 15％、碳纳米管微粉5％、表面活性助剂10％、水35％和丙烯酸树脂15％，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为300rpm，搅拌分散均匀后得到中漆；
3)按照配方量的质量百分比，依次称取面漆所述的组分,PTFE 20％、FEP 20％、PFA 20％、表面活性助剂7％、水30％和丙烯酸树脂3％，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为450rpm，搅拌分散均匀后得到面漆；
喷涂方法：将底漆喷在待喷底材上，底漆的厚度为25μm，底漆喷涂后在200℃的温度下烘烤至干，待其冷却后，依次喷涂中漆和面漆，中漆和面漆的喷涂厚度均为10μm，喷涂后进行固化，在400℃的温度下固化15分钟形成不粘涂层。
实施案例4
1)按照配方量的质量百分比，依次称取聚醚酮醚5％、炭黑1％、氧化铝3％、金刚砂13％、碳纳米管微粉1％、表面活性剂7％和水40％，然后加入洁净的研磨设备中研磨均匀，研磨至细度≤15μm后，加入已称取配方量30％的PFA，设置搅拌速度为600rpm,搅拌均匀得到底漆；
2)按照配方量的质量百分比，依次称取中漆所述的组分，PTFE 42％、石墨微粉1％、表面活性助剂7％、水40％和丙烯酸树脂10％，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为300rpm,搅拌分散均匀后得到中漆；
3)按照配方量的质量百分比，依次称取面漆所述的组分,PTFE 40％、表面活性助剂7％、水43％和丙烯酸树脂10％，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为300rpm,搅拌分散均匀后得到面漆；
喷涂方法：将底漆喷在待喷底材上，底漆的厚度为5μm，底漆喷涂后在80℃的温度下烘烤至干，待其冷却后，依次喷涂中漆和面漆，中漆和面漆的喷涂厚度均为10μm，喷涂后进行固化，在400℃的温度下固化17分钟形成不粘涂层。
实施案例5
1)按照配方量的质量百分比，依次称取聚醚砜13％、炭黑2％、氧化铝12％、金刚砂13％、碳纳米管微粉3％、表面活性剂7％、和水20％，然后加入洁净的研磨设备中研磨均匀，研磨至细度≤15μm后，加入已称取PTFE 10％、FEP 10％和PFA10％，设置搅拌速度为650rpm,搅拌均匀得到底漆；
2)按照配方量的质量百分比，依次称取中漆所述的组分，PTFE 10％、FEP 25％、PFA 25％、碳纳米管微粉3％、表面活性助剂1％、水31％和丙烯酸树脂5％，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为200rpm,搅拌分散均匀后得到中漆；
3)按照配方量的质量百分比，依次称取面漆所述的组分,PTFE 20％、FEP 15％、PFA 25％、表面活性助剂3％、水32％和丙烯酸树脂5％，加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为400rpm，搅拌分散均匀后得到面漆；
喷涂方法：将底漆喷在待喷底材上，底漆的厚度为25μm，底漆喷涂后在200℃的温度下烘烤至干，待其冷却后，依次喷涂中漆和面漆，中漆和面漆的喷涂厚度均为5μm，喷涂后进行固化，在360℃的温度下固化7分钟形成不粘涂层。
本发明的三层不粘涂料制成的不粘涂层的性能测定：
1)底材的附着力：采用划格法(GB/T9286)测定实施案例1-5的不粘涂料制成的不粘涂层的附着力，均可达到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：对实施案例1-5的不粘涂料制成的不粘涂层，使用7447耐磨垫施加4.5KG力，均可达到60000-150000个循环(参照GB/T1768—1979)。
3)耐腐蚀性：对实施案例1-5的不粘涂料制成的不粘涂层，均可以通过煮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的的三层不粘涂料制成的不粘涂层的锅，其均匀散热比普通的不粘涂料制成的涂层好，其热量均匀测试以实施案例1为例。
测试对象：测试样品锅为涂有本发明实施案例1的三层不粘涂料制成的不粘涂层的锅，对照样品锅为涂布有普通不粘涂层的锅。测试样品锅与对照品锅仅为不粘涂层的不同，普通不粘涂层所用的不粘涂料从市场上购买某品牌含有氟化物的不粘涂料。
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点1-点5，如图2所示，利用红外线枪，测量点1-点5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1为例：温度变化值＝(其他测试点-点1)/点1×100。
测试数据：
对照样品锅30min内点1-点5的温度测量的数据如表1所示：
表1
对照样品锅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内点1-点5的温度测量的数据如表3所示：
| 分钟 | 点1 | 点2 | 点3 | 点4 | 点5 |
| 0 | 235.8 | 227.8 | 211.2 | 227.8 | 242.8 |
| 2 | 237.8 | 226.4 | 210.2 | 226.5 | 243.5 |
| 4 | 237.6 | 226.4 | 208.3 | 226.2 | 242.7 |
| 6 | 235.6 | 226.1 | 208.3 | 223.9 | 242.4 |
| 8 | 233.6 | 225.0 | 208.3 | 226.5 | 241.8 |
| 10 | 235.7 | 222.7 | 205.3 | 221.2 | 240.2 |
| 12 | 234.8 | 224.5 | 207.3 | 225.4 | 241.1 |
| 14 | 233.9 | 222.7 | 205.6 | 223.6 | 241.1 |
| 16 | 234.9 | 223.7 | 206.7 | 226.9 | 242.5 |
| 18 | 237.1 | 227.2 | 209.1 | 228.6 | 241.4 |
| 20 | 235.7 | 223.8 | 208.4 | 225.5 | 242.5 |
| 22 | 235.7 | 225.7 | 211.2 | 228.6 | 241.3 |
| 24 | 236.6 | 223.8 | 207.8 | 227.4 | 241.8 |
| 26 | 236.1 | 224.2 | 208.8 | 228.9 | 241.6 |
| 28 | 236.0 | 224.2 | 210.9 | 225.0 | 242.4 |
| 30 | 235.6 | 222.8 | 207.5 | 226.4 | 241.9 |
| 平均 | 235.8 | 224.8 | 208.4 | 226.2 | 241.9 |
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，常见普通的不粘涂料制成的涂层，温差指数是在23.06点，而本发明的三层不粘涂料制成的涂层，温差指数是在14.77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，本发明的三层不粘涂料制成的涂层，在烹饪表面具有更好的匀热性，均匀散热比起普通的不粘涂料制成的涂层高20-40％。
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)
1.一种使涂层表面热量均匀分散的三层不粘涂料,其特征在于，由底漆、中漆和面漆组成；
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％；
所述的中漆包括由以下组分按质量百分比组成：
以上中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％；
以上所述的树脂为聚酰胺酰亚胺、聚醚砜、聚苯硫醚和聚醚酮醚的一种；所述的不粘性原料为PTFE、FEP和PFA的一种或一种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种使涂层表面热量均匀分散的三层不粘涂料，其特征在于，由底漆、中漆和面漆组成；
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为100％；
所述的中漆包括由以下组分按质量百分比组成：
以上中漆各组分的质量百分比为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为100％；
以上所述的树脂为聚酰胺酰亚胺、聚醚砜、聚苯硫醚和聚醚酮醚的一种；所述的不粘性原料为PTFE、FEP和PFA的一种或一种以上的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的一种使涂层表面热量均匀分散的三层不粘涂料，其特征在于，所述的石墨微粉的粒径范围为0.05-10μm，所述的氧化铝的粒径范围0.1-10μm，所述的金刚砂的粒径范围为1-55μm。
4.一种使涂层表面热量均匀分散的三层不粘涂料的制备方法，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、所述炭黑、所述氧化铝、所述金刚砂、所述石墨微粉和/或碳纳米管微粉、所述表面活性剂和所述水，其中所述的树脂为聚酰胺酰亚胺、聚醚砜、聚苯硫醚和聚醚酮醚的一种，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，加入已称取的所述不粘性原料，所述的不粘性原料为PTFE、FEP和PFA的一种或一种以上的混合物，设置搅拌速度为100-700rpm，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，依次称取中漆所述的组分加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为100-700rpm，搅拌分散均匀后得到中漆；
3)按照权利要求1或2的配方量的质量百分比，依次称取面漆所述的组分加入至洁净的容器中，设置搅拌速度为100-700rpm，搅拌分散均匀后得到面漆；
4)涂布方法：将底漆喷在待喷底材上，底漆的厚度为5-25μm，底漆喷涂后在80-200℃的温度下烘烤至干，待其冷却后，依次喷涂中漆和面漆，喷涂后进行固化，在360-430℃的温度下固化5-20分钟形成不粘涂层。
5.根据权利要求4所述的一种使涂层表面热量均匀分散的三层不粘涂料的制备方法，其特征在于，所述底漆的研磨细度≤15μm。
6.根据权利要求4所述的一种使涂层表面热量均匀分散的三层不粘涂料的制备方法，其特征在于，所述中漆和面漆的喷涂厚度均为5-25μm。
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