CN109096811B - 一种耐磨耐划长寿命不粘涂料及其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种耐磨耐划长寿命不粘涂料，由以下原料按重量份制备而成：改性聚氨酯树脂90‑110份；氰基丙烯酸酯30‑40份；聚四氟乙烯20‑35份；耐磨填料35‑55份；十二烷基磺酸钠10‑15份；吐温5‑10份；二氧六环5‑15份；硅烷偶联剂KH550 1‑5份；助剂20‑40份；所述助剂由润滑剂、成膜剂、消泡剂、流平剂、氧化铝、石墨和三聚磷酸铝组成。本发明制备的耐磨耐划长寿命不粘涂料成膜性好，制得的涂层耐磨耐划性好，在高温高湿条件下稳定，使用寿命长，应用到不粘锅等材料上性能优越，具有广泛应用的前景。
Description
技术领域
本发明涉及高分子涂料技术领域，具体涉及一种耐磨耐划长寿命不粘涂料。
背景技术
长期以来人们一直使用传统的金属锅(铸铁、不锈钢、铝以及铝合金)烹饪食品，但是在烹饪过程中时常发生食物粘锅现象。这不仅破坏了食物外形，而且粘锅的食物容易发生焦糊，甚至产生有害物质，影响人体健康。此外也增加了炊具洗刷难度，给烹饪带来不便。因此，不粘锅自发明以来就因为其易清洗、可轻松煎、炒食物而不粘锅，能最大限度的减少油烟，符合现代人们追求绿色食品，低脂肪、低热量的需要的性能而备受大众的喜爱。
但是目前市场主流的不粘锅都是依靠在表面喷涂一层聚氟树脂类的不粘涂料，依靠其强疏水性和低摩擦系数的特性，来实现食物不粘的，它的确能满足人们烹饪过程中不发生食物粘锅的要求，不过它也存在许多缺陷。首先是聚四氟乙烯涂层的强度较差，容易脱落和损坏，而且烹饪过程中会发生软化，只能用木铲，也不能烹饪较硬的食物；同时，这种不粘锅也不宜烹饪酸性食物，否则会影响不粘锅的使用寿命；此外聚四氟乙烯涂层的使用温度一般不能超过250℃，人们在使用时难以严格控制，容易因干烧而损坏。对于聚四氟乙烯涂层不粘锅在使用过程中对人体健康是否存在危害也一直存在争议，不断引发争端；而且一旦不粘涂料脱落，就会导致不粘性能的大大降低，使用寿命大大缩短。
中国专利公告号CN103740192A公开了一种石墨烯改性的氟树脂涂料，采用石墨烯提高氟树脂涂料的强度，其耐摩擦性能，与基材的附着力、耐冲击性、导热率均有显著提高，该涂料具有成本低，用量少，功效持久，使用简单方便的特点。其不足之处在于虽然石墨烯的加入能够提高入了的耐磨性能及导热率，但耐磨耐划性能仍显不足。
因此，亟需开发一款耐磨耐划且使用寿命长的不粘涂料以满足现代市场对该领域涂料的要求。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供一种耐磨耐划长寿命不粘涂料及其制备方法和应用，其目的在于，提供一种耐磨耐划长寿命不粘涂料，通过添加改性聚氨酯树脂具有更高的力学强度、抗撕裂和耐磨、耐划性能，在高温下性能稳定；通过添加耐磨填料粉状金属氧化物，能够有效增强涂料成膜后的硬度的同时能够增加涂层的耐磨性能。
本发明提供一种耐磨耐划长寿命不粘涂料，由以下原料按重量份制备而成：
改性聚氨酯树脂90-110份；
氰基丙烯酸酯30-40份；
聚四氟乙烯20-35份；
耐磨填料35-55份；
十二烷基磺酸钠10-15份；
吐温5-10份；
二氧六环5-15份；
硅烷偶联剂KH5501-5份；
助剂20-40份；
所述助剂由润滑剂、成膜剂、消泡剂、流平剂、氧化铝、石墨和三聚磷酸铝组成。
所述改性聚氨酯由以下方法制备：在反应釜中加入2,4-甲苯二异氰酸酯、聚四氢呋喃醚二醇和聚全氟乙丙烯，干燥氮气保护下于120℃反应2-4h，待温度降至室温后加入丙三醇、微量的过硫酸钾和适量的甲苯作溶剂，升温至70-80℃继续反应2h，即得改性聚氨酯；
所述2,4-甲苯二异氰酸酯、聚四氢呋喃醚二醇和聚全氟乙丙烯的质量比为(5-7)：(3-5)：2。
作为本发明进一步的改进，由以下原料按重量份制备而成：
改性聚氨酯树脂102份；
氰基丙烯酸酯37份；
聚四氟乙烯28份；
耐磨填料43份；
十二烷基磺酸钠12份；
吐温7份；
二氧六环11份；
硅烷偶联剂KH5503份；
助剂30份。
作为本发明进一步的改进，耐磨填料选自粉状氧化铝、粉状氧化锌、粉状氧化铬、粉状氧化铜、粉状氧化银、粉状氧化钙、粉状氧化镁、粉状氧化铍、粉状氧化铁、粉状氧化钡、粉状氧化锡中的一种或几种。
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：润滑剂22％，成膜剂20％，消泡剂23％，流平剂12％、氧化铝5％、石墨7％和三聚磷酸铝11％。
作为本发明进一步的改进，润滑剂选自氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化锂、纯石灰、硫酸铝、石蜡、地蜡、膨润土、硅胶、氟化乙烯丙烯共聚物、全氟聚苯、二硫化钼、炭黑、尼龙、氮化硼和氟化石墨中的一种或几种。
作为本发明进一步的改进，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，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。
作为本发明进一步的改进，流平剂选自聚丙烯酸、羧甲基纤维素、聚二甲基硅氧烷、硅油或聚醚聚酯改性有机硅氧烷中的一种或几种。
本发明进一步保护上述一种耐磨耐划长寿命不粘涂料的制备方法，按照以下方法制备：将改性聚氨酯树脂、氰基丙烯酸酯、聚四氟乙烯、耐磨填料、十二烷基磺酸钠和吐温按比例混合，分散均匀，经研磨机研磨至细度合格，在此细度合格的物料内加入硅烷偶联剂KH550、助剂和二氧六环，调整粘度，即得。
本发明进一步保护上述一种耐磨耐划长寿命不粘涂料的应用，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.本发明添加耐磨填料粉状金属氧化物，增强涂料成膜后的硬度的同时能够增加涂层的耐磨性能；
2.本发明在涂料中添加的粘接剂氰基丙烯酸酯和防粘润滑剂聚四氟乙烯配合使用，制备得到的防粘涂层，具有更佳的防粘性，附着力更低；
3.本发明制备的改性聚氨酯树脂具有更高的力学强度、抗撕裂和耐磨、耐划性能，在高温下性能稳定；
4.本发明制备的耐磨耐划长寿命不粘涂料成膜性好，制得的涂层耐磨耐划性好，在高温高湿条件下稳定，使用寿命长，应用到不粘锅等材料上性能优越，具有广泛应用的前景。
附图说明
图1为耐磨耐划长寿命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耐磨耐划长寿命不粘涂料的制备
原料组成：
改性聚氨酯树脂90份；
氰基丙烯酸酯30份；
聚四氟乙烯20份；
粉状氧化铝35份；
十二烷基磺酸钠10份；
吐温5份；
二氧六环5份；
硅烷偶联剂KH5501份；
助剂20份；
所述助剂由以下原料按照质量百分比组合而成：氢氧化钠22％，丙烯酸树脂聚氨酯共聚树脂20％，乳化硅油23％，羧甲基纤维素12％、氧化铝5％、石墨7％和三聚磷酸铝11％。
改性聚氨酯由以下方法制备：在反应釜中加入50g 2,4-甲苯二异氰酸酯、30g聚四氢呋喃醚二醇和20g聚全氟乙丙烯，干燥氮气保护下于120℃反应2h，待温度降至室温后加入丙三醇、微量的过硫酸钾和适量的甲苯作溶剂，升温至70℃继续反应2h，即得改性聚氨酯。
耐磨耐划长寿命不粘涂料的制备：将改性聚氨酯树脂、氰基丙烯酸酯、聚四氟乙烯、粉状氧化铝、十二烷基磺酸钠和吐温填充按比例混合，分散均匀，经研磨机研磨至细度合格，在此细度合格的物料内加入硅烷偶联剂KH550、助剂和二氧六环，调整粘度，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耐磨耐划长寿命不粘涂料的制备
原料组成：
改性聚氨酯树脂110份；
氰基丙烯酸酯40份；
聚四氟乙烯35份；
粉状氧化铁30份、粉状氧化铬25份；
十二烷基磺酸钠15份；
吐温10份；
二氧六环15份；
硅烷偶联剂KH5505份；
助剂40份；
所述助剂由以下原料按照质量百分比组合而成：炭黑10％，尼龙12％，聚氨酯改性硝酸纤维20％，聚氧丙烯甘油醚23％，聚二甲基硅氧烷12％、氧化铝5％、石墨7％和三聚磷酸铝11％。
改性聚氨酯由以下方法制备：在反应釜中加入70g 2,4-甲苯二异氰酸酯、50g聚四氢呋喃醚二醇和20g聚全氟乙丙烯，干燥氮气保护下于120℃反应4h，待温度降至室温后加入丙三醇、微量的过硫酸钾和适量的甲苯作溶剂，升温至80℃继续反应2h，即得改性聚氨酯。
耐磨耐划长寿命不粘涂料的制备：将改性聚氨酯树脂、氰基丙烯酸酯、聚四氟乙烯、粉状氧化铁、粉状氧化铬、十二烷基磺酸钠和吐温填充按比例混合，分散均匀，经研磨机研磨至细度合格，在此细度合格的物料内加入硅烷偶联剂KH550、助剂和二氧六环，调整粘度，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耐磨耐划长寿命不粘涂料的制备
原料组成：
改性聚氨酯树脂102份；
氰基丙烯酸酯37份；
聚四氟乙烯28份；
粉状氧化锡43份；
十二烷基磺酸钠12份；
吐温7份；
二氧六环11份；
硅烷偶联剂KH5503份；
助剂30份；
所述助剂由以下原料按照质量百分比组合而成：氢氧化锂22％，丙烯酸树脂改性酪蛋白20％，高碳醇脂肪酸酯复合物23％，聚二甲基硅氧烷12％、氧化铝5％、石墨7％和三聚磷酸铝11％。
改性聚氨酯由以下方法制备：在反应釜中加入60g 2,4-甲苯二异氰酸酯、40g聚四氢呋喃醚二醇和20g聚全氟乙丙烯，干燥氮气保护下于120℃反应2-4h，待温度降至室温后加入丙三醇、微量的过硫酸钾和适量的甲苯作溶剂，升温至70-80℃继续反应2h，即得改性聚氨酯。
耐磨耐划长寿命不粘涂料的制备：将改性聚氨酯树脂、氰基丙烯酸酯、聚四氟乙烯、粉状氧化锡、十二烷基磺酸钠和吐温填充按比例混合，分散均匀，经研磨机研磨至细度合格，在此细度合格的物料内加入硅烷偶联剂KH550、助剂和二氧六环，调整粘度，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40min，然后在410℃塑化40min。
对照例1按照专利ZL 201710116252.4“一种耐磨、耐刮擦涂料及其制备方法”的方法制备
通过如下方法制备得到：
(1)在反应器中加入50g碱性硅溶胶和4g乙酸的混合液，升温使体系的温度达到60℃时开始滴加50g二甲基二甲氧基硅烷，3小时滴加完毕，滴加过程中控制反应体系的温度为65℃，滴加完毕后升温回流0.5小时，冷却降温得到反应液；其中，碱性硅溶胶颗粒直径为15nm；
(2)将0.03g碳黑加入到20gγ-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷中，超声分散3小时得到混合液；
(3)在步骤(1)得到的反应液中加入8g聚四氟乙烯升温回流，体系回流6小时后降温，当体系的温度小于40℃时加入步骤(2)得到的混合液，搅拌1小时后得到涂料；
(4)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40min，然后在410℃塑化40min。
测试例1性能测试
将本发明实施例1-3制备的耐磨耐划长寿命不粘涂料和对照例1制备耐磨、耐刮擦涂料按要求涂至不锈钢底材上，并结合市售不锈钢不粘锅，测试其性能。
摩擦磨损性能用MHK-500A型试验机测试，试验条件为：负荷312N，速度2.5m/s，以涂层被完全磨穿为标准，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，本发明实施例1-3制备耐磨耐划长寿命不粘涂料喷涂在不锈钢底材上制得的涂层，具有非常优异的性能，明显优于市售不粘锅涂层以及对照例1制备的涂层。具体表现在，其具有优异的耐磨性，摩擦因数小，成膜性好且附着力低，柔韧性好，冲击强度高，制备成不粘锅涂料具有较好的应用前景。
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 (6)
1.一种耐磨耐划长寿命不粘涂料，其特征在于，由以下原料按重量份制备而成：
改性聚氨酯树脂90-110份；
氰基丙烯酸酯30-40份；
聚四氟乙烯20-35份；
耐磨填料35-55份；
十二烷基磺酸钠10-15份；
吐温5-10份；
二氧六环5-15份；
硅烷偶联剂KH5501-5份；
助剂20-40份；
所述助剂由润滑剂、成膜剂、消泡剂、流平剂、氧化铝、石墨和三聚磷酸铝组成。
所述改性聚氨酯由以下方法制备：在反应釜中加入2,4-甲苯二异氰酸酯、聚四氢呋喃醚二醇和聚全氟乙丙烯，干燥氮气保护下于120℃反应2-4h，待温度降至室温后加入丙三醇、微量的过硫酸钾和适量的甲苯作溶剂，升温至70-80℃继续反应2h，即得改性聚氨酯；
所述2,4-甲苯二异氰酸酯、聚四氢呋喃醚二醇和聚全氟乙丙烯的质量比为(5-7)：(3-5)：2；
所述助剂由以下原料按照质量百分比组合而成：润滑剂22％，成膜剂20％，消泡剂23％，流平剂12％、氧化铝5％、石墨7％和三聚磷酸铝11％；所述润滑剂选自氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化锂、纯石灰、硫酸铝、石蜡、地蜡、膨润土、硅胶、氟化乙烯丙烯共聚物、全氟聚苯、二硫化钼、炭黑、尼龙、氮化硼和氟化石墨中的一种或几种；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；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。
2.根据权利要求1所述一种耐磨耐划长寿命不粘涂料，其特征在于，由以下原料按重量份制备而成：
改性聚氨酯树脂102份；
氰基丙烯酸酯37份；
聚四氟乙烯28份；
耐磨填料43份；
十二烷基磺酸钠12份；
吐温7份；
二氧六环11份；
硅烷偶联剂KH5503份；
助剂30份。
3.根据权利要求1所述一种耐磨耐划长寿命不粘涂料，其特征在于，所述耐磨填料选自粉状氧化铝、粉状氧化锌、粉状氧化铬、粉状氧化铜、粉状氧化银、粉状氧化钙、粉状氧化镁、粉状氧化铍、粉状氧化铁、粉状氧化钡、粉状氧化锡中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述一种耐磨耐划长寿命不粘涂料，其特征在于，所述流平剂选自聚丙烯酸、羧甲基纤维素、聚二甲基硅氧烷、硅油或聚醚聚酯改性有机硅氧烷中的一种或几种。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述一种耐磨耐划长寿命不粘涂料的制备方法，其特征在于，按照以下方法制备：将改性聚氨酯树脂、氰基丙烯酸酯、聚四氟乙烯、耐磨填料、十二烷基磺酸钠和吐温按比例混合，分散均匀，经研磨机研磨至细度合格，在此细度合格的物料内加入硅烷偶联剂KH550、助剂和二氧六环，调整粘度，即得。
6.根据权利要求1-4任一权利要求所述一种耐磨耐划长寿命不粘涂料的应用，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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