CN109082190A - 一种低成本环保不粘涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种低成本环保不粘涂料，由以下原料按重量份制备而成：乙基乙烯基醚30‑40份；聚乙烯二醇醚20‑40份；丙烯酸甲酯20‑30份；丙烯酸10‑30份；三氟乙烯30‑50份；硫代硫酸钠10‑15份；二乙基二丁基锡5‑15份；引发剂2‑8份；乳化剂10‑15份；硅烷偶联剂10‑20份；助剂30‑50份；去离子水80‑120份；所述助剂由消泡剂、成膜剂、硬脂酸镁、硬脂酸锂、抗氧剂1076、增稠剂CR97和山梨酸钾组成。本发明制备的低成本环保不粘涂料性能优越，制作简单，成本较低，且健康环保，应用到出具的表面涂层上使用寿命长且安全环保，易于实现产业化应用。

Description

一种低成本环保不粘涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子涂料技术领域，具体涉及一种低成本环保不粘涂料。
背景技术
铸铁、不锈钢、铝以及铝合金等金属材质的锅作为长久以来人们最普遍使用的食品烹饪工具，存在易导致食物出现粘锅、烧焦等现象的问题，不仅破坏食物外观，而且容易导致食物产生苯并芘、丙烯酰胺等有害成分，危害人体健康。此外，粘附在锅表面的食物残渣也给锅具的清洗带来难度。而不粘锅因具有易清洁、煎/炒食物不粘锅、少油烟等优点，给人们的生活打来了极大的方便，所以自问世以来就备受人们的青睐。
目前，市场用于制作不粘锅的不粘涂层的材质主要为一种名为“特氟龙”的涂料，这种物质是含氟树脂的总称，包括聚四氟乙烯(PEFT)、聚全氟乙丙烯及各种含氟共聚物，具有化学性质稳定、耐水耐油、自润滑性等优点，能满足人们对烹饪过程中不出现食物粘锅的要求。但是，这种材料也存在许多缺陷，特别是所蕴含的健康风险正受到人们越来越多的关注。首先，特氟龙涂料形成的表面不粘涂层的强度不高，不能使用铁铲烹饪，而即使只使用硅胶铲和木铲等护锅铲进行烹饪，在使用一段时间后，涂层也容易出现划伤和脱落，影响产品结构和性能，并导致食物存在异物风险；其次，特氟龙涂层的使用温度一般不能超过250℃，而按照中国人的烹饪习惯，对于许多爆炒的菜肴，锅内温度至少也在300～500℃之间，因此人们在使用时难以严格控制，容易因高温而损坏；第三，有研究发现，特氟龙材料在400℃以上的高温下会释放出十几种有害气体，对肺部有强烈的刺激作用，并且特氟龙生产过程中必须要添加一种名为全氟辛酸铵(PFOA)的成分，在许多报道中都表达了对其安全性的担忧。
有机氟树脂是迄今为止发现的耐候性、耐久性最为优良的共聚物。用其配制的含氟共聚物涂料的机械性能、耐候性、耐热性、抗污性等均十分优良。然而，传统的溶剂型涂料由于含有大量挥发性有机化合物(VOC)，在使用过程中会排放到大气中，不仅造成资源和能源的浪费，而且严重污染环境，直接危害人类健康。因此，各国政府制定了日益严格的环保法规来严格控制VOC的排放量，从而促使涂料工业向水性涂料等环保型涂料方向发展。
随着中国厨卫革命的不断推进，“安全、健康、节能、绿色、环保”等成为未来厨卫革命发展的主流。近现代发展起来的不粘锅涂层制备技术各有长短，并使不粘涂料的性能也各有优缺点。
因此，亟需开发一款对环境友好，成本低且具有良好的综合性能的不粘涂料以满足现代市场的需求。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供一种低成本环保不粘涂料及其制备方法和应用，其目的在于，提供一种低成本环保不粘涂料，通过以水为溶剂，不含有机化合物VOC，从而在使用过程中不会释放污染物和有害人类健康的挥发性有机物，实现健康环保，能够有效。
本发明提供一种低成本环保不粘涂料，由以下原料按重量份制备而成：
乙基乙烯基醚30-40份；
聚乙烯二醇醚20-40份；
丙烯酸甲酯20-30份；
丙烯酸10-30份；
三氟乙烯30-50份；
硫代硫酸钠10-15份；
二乙基二丁基锡5-15份；
引发剂2-8份；
乳化剂10-15份；
硅烷偶联剂10-20份；
助剂30-50份；
去离子水80-120份；
所述助剂由消泡剂、成膜剂、硬脂酸镁、硬脂酸锂、抗氧剂1076、增稠剂CR97和山梨酸钾组成。
作为本发明进一步的改进，助剂由以下原料按照质量百分比组合而成：消泡剂12％、成膜剂15％、硬脂酸镁7％、硬脂酸锂8％、抗氧剂107618％、增稠剂CR9722％和山梨酸钾18％；
所述消泡剂选自乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷中的一种或几种；
所述成膜剂选自丙烯酸树脂改性酪蛋白、丙烯酸树脂聚氨酯共聚树脂、聚乙烯或丙烯酸酯改性丁二烯树脂、聚氨酯改性硝酸纤维中的一种或几种。
作为本发明进一步的改进，由以下原料按重量份制备而成：
乙基乙烯基醚32-37份；
聚乙烯二醇醚25-35份；
丙烯酸甲酯23-26份；
丙烯酸13-27份；
三氟乙烯35-45份；
硫代硫酸钠11-14份；
二乙基二丁基锡7-12份；
引发剂3-7份；
乳化剂12-14份；
硅烷偶联剂12-16份；
助剂33-46份；
去离子水90-110份。
作为本发明进一步的改进，由以下原料按重量份制备而成：
乙基乙烯基醚36份；
聚乙烯二醇醚31份；
丙烯酸甲酯25份；
丙烯酸22份；
三氟乙烯40份；
硫代硫酸钠13份；
二乙基二丁基锡10份；
引发剂5份；
乳化剂13份；
硅烷偶联剂14份；
助剂37份；
去离子水100份。
作为本发明进一步的改进，引发剂选自H2O2、(NH4)2S2O8、K2S2O8、过氧化氢异丙基苯、过氧化苯甲酰、过氧化丁二酸、Na2SO3、连二硫酸钠、硫酸铁、硫酸亚铁、Ag2SO4、CuSO4中的一种或几种。
作为本发明进一步的改进，乳化剂选自壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、三丁基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚、苯乙基酚聚氧丙烯聚氧乙烯醚、苄基酚聚氧乙烯醚、二苯乙基联苯酚聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、异十三醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、二丁基萘磺酸钠、烷基丁二酸酯磺酸钠、苄基萘磺酸甲醛缩合物中的一种或几种。
作为本发明进一步的改进，硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、丁二烯基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
本发明进一步保护上述一种低成本环保不粘涂料的制备方法，按照以下方法制备：在反应釜中加入去离子水和单体乙基乙烯基醚、聚乙烯二醇醚、丙烯酸甲酯、丙烯酸和三氟乙烯，搅拌15min，升温至80℃，加入引发剂、硫代硫酸钠和二乙基二丁基锡，反应至无明显回流，再加入乳化剂、硅烷偶联剂和助剂，在78-82℃加热搅拌反应40-70min，降温，调节粘度，即得。
本发明进一步保护上述一种低成本环保不粘涂料的应用，用喷枪将耐磨耐划长寿命不粘涂料喷涂于经喷砂处理的不锈钢表面，涂层的厚度控制在25-35μm，喷好的涂层经90-110℃干燥30-60min，然后在400-420℃塑化30-50min。
本发明具有如下有益效果：
1.本发明采用水性含氟涂料，以水为溶剂，不含有机化合物VOC，从而在使用过程中不会释放污染物和有害人类健康的挥发性有机物，实现健康环保；
2.本发明乳液聚合单体中以单体乙基乙烯基醚、聚乙烯二醇醚、丙烯酸甲酯、丙烯酸为主要成分，添加相对较少且较为便宜的三氟乙烯，制备得到的水基含氟不粘涂料，成本较低，且具有较好的抗冲击性能、耐高温、耐磨性能；
3.本发明制备的不粘涂料性能优越，制作简单，成本较低，且健康环保，应用到出具的表面涂层上使用寿命长且安全环保，易于实现产业化应用。
附图说明
图1为低成本环保不粘涂料的制备工艺图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本发明的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护范围。
实施例1低成本环保不粘涂料的制备
原料组成：
乙基乙烯基醚30份；
聚乙烯二醇醚20份；
丙烯酸甲酯20份；
丙烯酸10份；
三氟乙烯30份；
硫代硫酸钠10份；
二乙基二丁基锡5份；
过氧化氢异丙基苯2份；
月桂醇聚氧乙烯醚10份；
乙烯基三过氧化叔丁基硅烷10份；
助剂30份；
去离子水80份；
所述助剂由以下原料按照质量百分比组合而成：聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚12％、聚氨酯改性硝酸纤维15％、硬脂酸镁7％、硬脂酸锂8％、抗氧剂107618％、增稠剂CR9722％和山梨酸钾18％。
低成本环保不粘涂料的制备：在反应釜中加入去离子水和单体乙基乙烯基醚、聚乙烯二醇醚、丙烯酸甲酯、丙烯酸和三氟乙烯，搅拌15min，升温至80℃，加入过氧化氢异丙基苯、硫代硫酸钠和二乙基二丁基锡，反应至无明显回流，再加入月桂醇聚氧乙烯醚、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷和助剂，在78℃加热搅拌反应40min，降温，调节粘度，即得。
用喷枪将耐磨耐划长寿命不粘涂料喷涂于经喷砂处理的不锈钢表面，涂层的厚度控制在25μm，喷好的涂层经90℃干燥30min，然后在400℃塑化30min。
实施例2低成本环保不粘涂料的制备
原料组成：
乙基乙烯基醚40份；
聚乙烯二醇醚40份；
丙烯酸甲酯30份；
丙烯酸30份；
三氟乙烯50份；
硫代硫酸钠15份；
二乙基二丁基锡15份；
过氧化苯甲酰8份；
异十三醇聚氧乙烯醚7份、十二烷基苯磺酸钠8份；
乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷20份；
助剂50份；
去离子水120份；
所述助剂由以下原料按照质量百分比组合而成：聚氧丙烯甘油醚12％、丙烯酸树脂改性酪蛋白15％、硬脂酸镁7％、硬脂酸锂8％、抗氧剂107618％、增稠剂CR9722％和山梨酸钾18％。
低成本环保不粘涂料的制备：在反应釜中加入去离子水和单体乙基乙烯基醚、聚乙烯二醇醚、丙烯酸甲酯、丙烯酸和三氟乙烯，搅拌15min，升温至80℃，加入过氧化苯甲酰、硫代硫酸钠和二乙基二丁基锡，反应至无明显回流，再加入异十三醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷和助剂，在82℃加热搅拌反应70min，降温，调节粘度，即得。
用喷枪将耐磨耐划长寿命不粘涂料喷涂于经喷砂处理的不锈钢表面，涂层的厚度控制在35μm，喷好的涂层经110℃干燥60min，然后在420℃塑化50min。
实施例3低成本环保不粘涂料的制备
原料组成：
乙基乙烯基醚32份；
聚乙烯二醇醚25份；
丙烯酸甲酯23份；
丙烯酸13份；
三氟乙烯35份；
硫代硫酸钠11份；
二乙基二丁基锡7份；
过氧化丁二酸3份；
苄基萘磺酸甲醛缩合物12份；
异丁基三乙氧基硅烷12份；
助剂33份；
去离子水90份；
所述助剂由以下原料按照质量百分比组合而成：聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚12％、丙烯酸酯改性丁二烯树脂15％、硬脂酸镁7％、硬脂酸锂8％、抗氧剂107618％、增稠剂CR9722％和山梨酸钾18％。
低成本环保不粘涂料的制备：在反应釜中加入去离子水和单体乙基乙烯基醚、聚乙烯二醇醚、丙烯酸甲酯、丙烯酸和三氟乙烯，搅拌15min，升温至80℃，加入过氧化丁二酸、硫代硫酸钠和二乙基二丁基锡，反应至无明显回流，再加入苄基萘磺酸甲醛缩合物、异丁基三乙氧基硅烷和助剂，在80℃加热搅拌反应50min，降温，调节粘度，即得。
用喷枪将耐磨耐划长寿命不粘涂料喷涂于经喷砂处理的不锈钢表面，涂层的厚度控制在30μm，喷好的涂层经100℃干燥50min，然后在410℃塑化40min。
实施例4低成本环保不粘涂料的制备
原料组成：
乙基乙烯基醚37份；
聚乙烯二醇醚35份；
丙烯酸甲酯26份；
丙烯酸27份；
三氟乙烯45份；
硫代硫酸钠14份；
二乙基二丁基锡12份；
连二硫酸钠7份；
苯乙基酚聚氧丙烯聚氧乙烯醚14份；
乙烯基三过氧化叔丁基硅烷16份；
助剂46份；
去离子水110份；
所述助剂由以下原料按照质量百分比组合而成：聚二甲基硅氧烷12％、聚氨酯改性硝酸纤维15％、硬脂酸镁7％、硬脂酸锂8％、抗氧剂107618％、增稠剂CR9722％和山梨酸钾18％。
低成本环保不粘涂料的制备：在反应釜中加入去离子水和单体乙基乙烯基醚、聚乙烯二醇醚、丙烯酸甲酯、丙烯酸和三氟乙烯，搅拌15min，升温至80℃，加入连二硫酸钠、硫代硫酸钠和二乙基二丁基锡，反应至无明显回流，再加入苯乙基酚聚氧丙烯聚氧乙烯醚、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷和助剂，在78℃加热搅拌反应60min，降温，调节粘度，即得。
用喷枪将耐磨耐划长寿命不粘涂料喷涂于经喷砂处理的不锈钢表面，涂层的厚度控制在32μm，喷好的涂层经90-110℃干燥40min，然后在415℃塑化40min。
实施例5低成本环保不粘涂料的制备
原料组成：
乙基乙烯基醚36份；
聚乙烯二醇醚31份；
丙烯酸甲酯25份；
丙烯酸22份；
三氟乙烯40份；
硫代硫酸钠13份；
二乙基二丁基锡10份；
K2S2O85份；
苄基酚聚氧乙烯醚13份；
乙烯基三甲氧基硅烷14份；
助剂37份；
去离子水100份；
所述助剂由以下原料按照质量百分比组合而成：乳化硅油12％、丙烯酸树脂聚氨酯共聚树脂15％、硬脂酸镁7％、硬脂酸锂8％、抗氧剂107618％、增稠剂CR9722％和山梨酸钾18％。
低成本环保不粘涂料的制备：在反应釜中加入去离子水和单体乙基乙烯基醚、聚乙烯二醇醚、丙烯酸甲酯、丙烯酸和三氟乙烯，搅拌15min，升温至80℃，加入K2S2O8、硫代硫酸钠和二乙基二丁基锡，反应至无明显回流，再加入苄基酚聚氧乙烯醚、乙烯基三甲氧基硅烷和助剂，在80℃加热搅拌反应60min，降温，调节粘度，即得。
用喷枪将耐磨耐划长寿命不粘涂料喷涂于经喷砂处理的不锈钢表面，涂层的厚度控制在30μm，喷好的涂层经100℃干燥45min，然后在410℃塑化40min。
对照例1按照专利ZL 201810064140.3“一种基于氧化还原反应的碳素铁合金浇铸用金属模环保涂料及其制备工艺”的方法制备
包括以下工艺步骤：
1)、将20份白云石粉分别研磨成粉末，粉末的细度不小于200目；
2)、用纯水把70份模数为1.5－3.5的Na2SiO3水溶液稀释为10％－80％的Na2SiO3水溶液，加入到反应器中，开动搅拌机搅拌5min分钟；
3)、将步骤1)中研磨成粉末的20份白云石粉，以及5份氧化亚锰、3份硅微粉、2份煤粉缓慢加入到反应器中，继续开动搅拌机，搅拌4h，制得环保涂料；
4)、检验：制得的环保涂料的密度在1.05－2.0范围内为合格产品，即环保涂料成品；
5)、装罐和封装：把制备好的合格的环保涂料成品装到塑料罐中，封口密封保存即可。
6)、用喷枪将该涂料喷涂于经喷砂处理的不锈钢表面，涂层的厚度控制在30μm，喷好的涂层经100℃干燥45min，然后在410℃塑化40min。
测试例1性能测试
将本发明实施例1-5制备的低成本环保不粘涂料和对照例1制备的涂料按要求涂至不锈钢底材上，测试其性能。
摩擦因数由公式计算得到(磨损用单位膜厚所承受的摩擦行程表示)；涂层的附着力用Q65-67型附着力测定仪测定；涂层的耐冲击强度用0153-3K1型耐冲击试验器测定；涂层柔韧性用QTX-1型柔韧性试验器测定；涂层的防粘性按滴液法用CA-A型接触角计进行测量。除特别说明外，涂层的性能测试样品均使用喷砂处理的不锈钢底材。
测试结果见表1。
表1各组测试结果表
由上表可知，相对于对照例，本发明实施例制备的低成本环保不粘涂料所得涂层具有较低的摩擦因数，附着力级别低，不易附着杂物，成膜性好，柔韧性优异，同时具备较好的力学性能。由于本发明以水为溶剂，故不会有有机VOC释放，进一步实现了健康环保，因此，其应用前景好。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (9)

1.一种低成本环保不粘涂料，其特征在于，由以下原料按重量份制备而成：
乙基乙烯基醚30-40份；
聚乙烯二醇醚20-40份；
丙烯酸甲酯20-30份；
丙烯酸10-30份；
三氟乙烯30-50份；
硫代硫酸钠10-15份；
二乙基二丁基锡5-15份；
引发剂2-8份；
乳化剂10-15份；
硅烷偶联剂10-20份；
助剂30-50份；
去离子水80-120份；
所述助剂由消泡剂、成膜剂、硬脂酸镁、硬脂酸锂、抗氧剂1076、增稠剂CR97和山梨酸钾组成。
2.根据权利要求1所述一种低成本环保不粘涂料，其特征在于，所述助剂由以下原料按照质量百分比组合而成：消泡剂12％、成膜剂15％、硬脂酸镁7％、硬脂酸锂8％、抗氧剂107618％、增稠剂CR9722％和山梨酸钾18％；
所述消泡剂选自乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷中的一种或几种；
所述成膜剂选自丙烯酸树脂改性酪蛋白、丙烯酸树脂聚氨酯共聚树脂、聚乙烯或丙烯酸酯改性丁二烯树脂、聚氨酯改性硝酸纤维中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述一种低成本环保不粘涂料，其特征在于，由以下原料按重量份制备而成：
乙基乙烯基醚32-37份；
聚乙烯二醇醚25-35份；
丙烯酸甲酯23-26份；
丙烯酸13-27份；
三氟乙烯35-45份；
硫代硫酸钠11-14份；
二乙基二丁基锡7-12份；
引发剂3-7份；
乳化剂12-14份；
硅烷偶联剂12-16份；
助剂33-46份；
去离子水90-110份。
4.根据权利要求1所述一种低成本环保不粘涂料，其特征在于，由以下原料按重量份制备而成：
乙基乙烯基醚36份；
聚乙烯二醇醚31份；
丙烯酸甲酯25份；
丙烯酸22份；
三氟乙烯40份；
硫代硫酸钠13份；
二乙基二丁基锡10份；
引发剂5份；
乳化剂13份；
硅烷偶联剂14份；
助剂37份；
去离子水100份。
5.根据权利要求1所述一种低成本环保不粘涂料，其特征在于，所述引发剂选自H2O2、(NH4)2S2O8、K2S2O8、过氧化氢异丙基苯、过氧化苯甲酰、过氧化丁二酸、Na2SO3、连二硫酸钠、硫酸铁、硫酸亚铁、Ag2SO4、CuSO4中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述一种低成本环保不粘涂料，其特征在于，所述乳化剂选自壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、三丁基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚、苯乙基酚聚氧丙烯聚氧乙烯醚、苄基酚聚氧乙烯醚、二苯乙基联苯酚聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、异十三醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、二丁基萘磺酸钠、烷基丁二酸酯磺酸钠、苄基萘磺酸甲醛缩合物中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述一种低成本环保不粘涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、丁二烯基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
8.根据权利要求1-7任一权利要求所述一种低成本环保不粘涂料的制备方法，其特征在于，按照以下方法制备：在反应釜中加入去离子水和单体乙基乙烯基醚、聚乙烯二醇醚、丙烯酸甲酯、丙烯酸和三氟乙烯，搅拌15min，升温至80℃，加入引发剂、硫代硫酸钠和二乙基二丁基锡，反应至无明显回流，再加入乳化剂、硅烷偶联剂和助剂，在78-82℃加热搅拌反应40-70min，降温，调节粘度，即得。
9.根据权利要求1-7任一权利要求所述一种低成本环保不粘涂料的应用，其特征在于，用喷枪将耐磨耐划长寿命不粘涂料喷涂于经喷砂处理的不锈钢表面，涂层的厚度控制在25-35μm，喷好的涂层经90-110℃干燥30-60min，然后在400-420℃塑化30-50min。
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