CN110387150A - 自清洁陶瓷涂料组合物、涂料及其涂层和厨房用电器 - Google Patents

自清洁陶瓷涂料组合物、涂料及其涂层和厨房用电器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及自清洁涂料领域，公开一种自清洁陶瓷涂料组合物、涂料及其涂层和厨房用电器。本发明的自清洁陶瓷涂料组合物包括A剂和B剂，所述A剂含有含铬氧化物、含锰氧化物、具有光催化活性的纳米粒子和发泡剂；所述B剂含有硅源、有机溶剂、硅酸烷基酯和羧酸，相对于100重量份的所述A剂，所述B剂的用量为300‑650重量份。由本发明的自清洁陶瓷涂料组合物形成的涂层，可吸附烤制食物时出现的油烟与油脂等，油烟与油脂在高温环境下的涂层内催化剂的催化下，自动分解成二氧化碳与水排入到空气中，从而达到健康环保的工作生活环境，同时使烤箱等厨房电器可免于油污的清洁，不再承受清洁剂的二次污染。

Description

自清洁陶瓷涂料组合物、涂料及其涂层和厨房用电器
技术领域
本发明涉及自清洁涂料领域，具体涉及一种自清洁陶瓷涂料组合物、涂料及其涂层和厨房用电器。
背景技术
随着经济的发展，生活水平的提高，人们对于家电产品的要求越来越高，特别是长时间高频率接触各种油污、调料、酸碱的烤箱、烤炉类厨房电器材料，人们除了常规高品质的产品烧烤性能外，还要求产品在工作过程中不要有油烟的渗出、产品表面油污等污染易于清洁等方面的要求。
目前的烤箱或烤炉在解决油烟与油污基本上采取了三种方案，其方案一，采用普通的金属材料如镀铝板、不锈钢板直接作为腔体，在烤箱或烤炉的工作时，直接通过排气孔将烤制食品的油烟直接排出到外界空间，停留在烤炉、烤箱腔壁上的油污待腔体冷却后采用清洁剂进行手工擦洗，这种技术方案存在工作量大，对环境污染严重，且存在二次污染，不健康与环保。其方案二，在方案一的基础上，烤炉或烤箱内腔增加了高功率的发热管装置，在清洁烤炉、烤箱腔壁上的油污时，打开高功率发热管装置，腔壁升温，温度达到450度以上，将油污碳化，再冷却，使用清洁剂进行手工擦洗，这种技术方案常称“自清洁技术”，但采用这种方法，一是清洁时间长，所耗费的能源成本高，同时烤箱或烤炉本身要增加高功能功率系统及隔热保温系统，烤箱或烤箱本身的结构成本较高，且手工清洁工作量虽然有所降低，但同样存在二次污染，不利健康与环保。其方案三，在烤箱或烤炉内壁上喷涂一层低表面能涂层，使油污无法在表面进行粘结，这样清洁时便容易多了，但同样存在排出的油烟污染周边环境的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的油烟的扩散问题以及油污在腔壁上粘结的问题，提供一种自清洁陶瓷涂料组合物、涂料及其涂层和涂覆有该涂层的厨房用电器。由本发明的自清洁陶瓷涂料组合物形成的涂层，可吸附烤制食物时出现的油烟与油脂等，油烟与油脂在高温环境下的涂层内催化剂的催化下，自动分解成二氧化碳与水排入到空气中，从而达到健康环保的工作生活环境，同时使烤箱等厨房电器可免于油污的清洁，不再承受清洁剂的二次污染。
为了实现上述目的，本发明第一方面，提供一种自清洁陶瓷涂料组合物，其特征在于，该组合物包括A剂和B剂，所述A剂含有含铬氧化物、含锰氧化物、具有光催化活性的纳米粒子和发泡剂；所述B剂含有硅源、有机溶剂、硅酸烷基酯和羧酸，相对于100重量份的所述A剂，所述B剂的用量为300-650重量份。
优选地，所述A剂含有45-55重量％的含铬氧化物、45-55重量％的含锰氧化物、0.05-0.3重量％的具有光催化活性的纳米粒子和0.01-1重量％的发泡剂。
优选地，所述A剂还含有0.01-0.05重量％的抗菌剂
优选地，所述B剂含有25-50重量％的硅源、40-60重量％的有机溶剂、7-9重量％的硅酸烷基酯和1-5重量％的羧酸。
优选地，所述B剂还含有1-3重量％的颜料。
优选地，相对于100重量份的所述A剂，所述B剂的用量为400-550重量份。
优选地，所述含铬氧化物为三氧化二铬和/或四氧化三铬。
优选地，所述含锰氧化物为二氧化锰、一氧化锰、三氧化二锰和四氧化三锰中的一种或多种。
优选地，所述具有光催化活性的纳米粒子为二氧化钛纳米粒子、氧化锌纳米粒子和二氧化锆纳米粒子中的一种或多种。
优选地，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠和偶氮二甲酸钡中的一种或多种。
优选地，所述抗菌剂为硝酸银、银沸石和银-锌磷酸中的一种或多种。
优选地，所述硅源为纳米级溶胶-凝胶二氧化硅。
优选地，所述有机溶剂为醇类有机溶剂。
优选地，所述硅酸烷基酯为正硅酸甲酯和/或正硅酸乙酯。
优选地，所述羧酸为乙酸。
本发明第二方面，提供一种自清洁陶瓷涂料，该自清洁陶瓷涂料通过将本发明所述的自清洁陶瓷涂料组合物的A剂和B剂混合而成。
本发明第三方面，提供一种自清洁陶瓷涂层，该自清洁陶瓷涂层通过将本发明的自清洁陶瓷涂料涂覆后经热处理而成。
本发明第四方面，提供一种厨房用电器，该厨房用电器至少部分表面涂覆有本发明所述的自清洁陶瓷涂层。
优选地，所述厨房用电器为烤箱、微波炉和蒸烤箱中的一种或多种。
根据本发明的自清洁陶瓷涂料组合物，通过加入具有光催化活性的纳米粒子，可改变涂层赋予高温条件下的表面能性能，涂层在高温条件下更容易吸附油水、油气等；通过加入含铬氧化物可增加涂层的耐刮擦性能；通过加入含锰氧化物可使涂料产生光吸收着色效应；由此在将A剂和B剂形成涂层后，通过A剂中各成分的协同作用，可以有效地吸附油烟，并可以将其有效地分解，从而达到健康环保的工作生活环境，同时使烤箱等厨房电器可免于油污的清洁，不再承受清洁剂的二次污染。
根据本发明的自清洁陶瓷涂料组合物，通过在A剂中含有发泡剂，可以使涂层形成多孔疏松结构以增加接触面积，由此可以进一步提高涂层对油烟的吸附能力，从而提高涂层的自清洁效果。
根据本发明的自清洁陶瓷涂料组合物，通过进一步在A剂中含有抗菌剂，可以使涂层具有杀菌，防发霉发臭的作用。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
根据本发明的第一方面，提供一种自清洁陶瓷涂料组合物，该组合物包括A剂和B剂，所述A剂含有含铬氧化物、含锰氧化物、具有光催化活性的纳米粒子和发泡剂；所述B剂含有硅源、有机溶剂、硅酸烷基酯和羧酸，相对于100重量份的所述A剂，所述B剂的用量为300-650重量份。
根据本发明，从进一步提高自清洁陶瓷涂料组合物形成的涂层的油烟吸附能力和油烟分解能力方面来考虑，优选地，所述A剂含有40-60重量％的含铬氧化物、40-60重量％的含锰氧化物、0.01-0.5重量％的具有光催化活性的纳米粒子和0.01-1重量％的发泡剂；更优选地，A剂含有45-55重量％的含铬氧化物、45-55重量％的含锰氧化物、0.05-0.3重量％的具有光催化活性的纳米粒子和0.01-0.05重量％的发泡剂。
在本发明中，通过加入具有光催化活性的纳米粒子，可改变涂层赋予高温条件下的表面能性能，涂层在高温条件下更容易吸附油水、油气等；通过加入含铬氧化物可增加涂层的耐刮擦性能；通过加入含锰氧化物可使涂料产生光吸收着色效应；由此在将A剂和B剂形成涂层后，通过A剂中各成分的协同作用，可以有效地吸附油烟，并可以将其有效地分解，从而达到健康环保的工作生活环境，同时使烤箱等厨房电器可免于油污的清洁，不再承受清洁剂的二次污染。
优选地，所述含铬氧化物为三氧化二铬和/或四氧化三铬；更优选地，所述含铬氧化物为三氧化二铬。
优选地，所述含锰氧化物为二氧化锰、一氧化锰、三氧化二锰和四氧化三锰中的一种或多种。更优选地，所述含锰氧化物为二氧化锰和/或一氧化锰。
在本发明中，具有光催化活性的纳米粒子可以为本领域通常使用的各种具有光催化活性的纳米粒子，作为这样的纳米粒子例如可以举出二氧化钛纳米粒子、氧化锌纳米粒子和二氧化锆纳米粒子中的一种或多种。优选地，所述具有光催化活性的纳米粒子为二氧化钛纳米粒子。
在本发明中，所述发泡剂可以为本领域通常用于发泡的各种物质，例如可以举出偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠和偶氮二甲酸钡中的一种或多种。优选地，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
根据本发明，为了涂层具有杀菌，防发霉发臭的效果，优选地，所述A剂还含有0.01-0.05重量％的抗菌剂；更优选地，所述A剂还含有0.02-0.05重量％的抗菌剂。
上述抗菌剂可以为本领域通常抗菌的各种物质，例如可以为硝酸银、银沸石和银-锌磷酸盐中的一种或多种。
根据本发明，优选地，所述B剂含有20-55重量％的硅源、35-55重量％的有机溶剂、5-11重量％的硅酸烷基酯和1-8重量％的羧酸；更优选地，所述B剂含有25-50重量％的硅源、40-60重量％的有机溶剂、7-9重量％的硅酸烷基酯和1-5重量％的羧酸。
根据本发明，优选地，所述硅源为无机硅树脂和/或纳米二氧化钛纳米；更优选地，所述硅源为纳米级溶胶-凝胶二氧化硅。
根据本发明，优选地，所述有机溶剂为醇类有机溶剂。作为这样的有机溶剂例如可以举出乙醇、异丙醇和丁醇中的一种或多种。
根据本发明，优选地，所述硅酸烷基酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯中的一种或多种；更优选地，所述硅酸烷基酯为正硅酸乙酯。
根据本发明，优选地，所述羧酸为乙酸、甲酸、三甲基已酸和脂肪酸中的一种或多种；更优选地，所述羧酸为乙酸。
根据本发明，从外观的方面来考虑，优选地，所述B剂还含有0.5-5重量％的颜料；更优选地，所述B剂还含有1-3重量％的颜料。上述颜料例如可以为炭黑和铁黑中的一种或多种，优选炭黑。
在本发明中，所述B剂为主剂，所述A剂为填料，其用量可以在较大范围内变动，优选地，相对于100重量份的所述A剂，所述B剂的用量为400-550重量份。
根据本发明的第二方面，本发明提供一种自清洁陶瓷涂料，该自清洁陶瓷涂料通过本发明的自清洁陶瓷涂料组合物的A剂和B剂混合而成。
根据本发明，通过分别将A剂和B剂混合均匀后，再将A剂和B剂混合得到所述自清洁陶瓷涂料。另外，也可以先将B剂混合后，再将A剂各成分分别单独、或A剂中2种以上成分的混合物加入到混合后的B剂中进行混合得到自清洁陶瓷涂料。
在将A剂和B剂分别进行混合时的顺序没有特别的限定，可以是任意的。
另外，在将B剂混合时，优选先将所述硅源和所述有机溶剂混合后，加入硅酸烷基酯以及其它成分进行混合。
上述混合的方法没有特别的限定，例如可以通过搅拌、超声等公知的手段。
根据本发明的第三方面，提供一种自清洁陶瓷涂层，该自清洁陶瓷涂层通过将本发明的自清洁陶瓷涂料涂覆后经热处理而成。
上述涂覆的方法没有特别的限定，可以采用本领域通常使用的方法进行，例如可以采用喷涂、淋涂、辊涂、旋涂、刮涂等公知的涂覆方法进行。
另外，上述热处理的条件包括：热处理的温度为180-280℃，热处理时间为10-20分钟。
根据本发明的第四方面，提供一种厨房用电器，该厨房用电器至少部分表面涂覆有本发明的自清洁陶瓷涂层。
根据本发明，所述厨房用电器可以为烤箱、微波炉和蒸烤箱中的一种或多种。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，如无特别说明，“％”表示“重量％”。
以下实施例和对比例中，
无机纳米级溶胶-凝胶二氧化硅：购于苏州纳迪微电子有限公司的ND-SIR；
正硅酸乙酯：工业级，购于江苏张家港新亚化工有限公司；
炭黑色膏：购于安徽黑钰颜料新材料有限公司的
BYK-405：购于德国毕克化学公司。
实施例1
自清洁陶瓷涂料组合物组成：该涂料各组成部分按重量百分数计，其中填料A(包括含铬氧化物、含锰氧化物、纳米二氧化钛粒子和添加剂)为18％，基料B(包括无机纳米级溶胶-凝胶二氧化硅、异丙醇(IPA)溶剂、正硅酸乙酯、乙酸和炭黑色膏)为82％。
制作填料A：包含46％的三氧化二铬、53.86％的含锰氧化物、0.1％的纳米二氧化钛和0.04％的BYK-405(液态流变添加剂)；
制作基料B：选择58％的IPA作为溶剂，将30％的无机纳米级溶胶-凝胶二氧化硅融入溶剂中，混合均匀后超声振动0.5h，之后向溶液中加入8％的正硅酸乙酯并搅拌，在搅拌过程中迅速加入2％的乙酸和2％的炭黑色膏，搅拌混和均匀后装入容器中密封，在恒温的特定环境中23±2℃保存备用。
使用时，将A料和B料进行混合，并将混合好的材料放在滚动机上滚动30min使A料和B料充分混合后，将上述滚动摇匀的涂料，喷涂在已经前处理清洗干净的镀铝板基材(作为烤箱、烤炉内壁的基材)上，经280±20℃度的高温烘烤15分钟，涂层在发泡剂的作用下，形成一层带有疏松结构的高温涂层C1。
实施例2
自清洁陶瓷涂料组合物组成：该涂料各组成部分按重量百分数计，其中填料A(包括含铬氧化物、含锰氧化物、纳米二氧化钛粒子和添加剂)为20％，基料B(包括无机纳米级溶胶-凝胶二氧化硅、异丙醇溶剂、正硅酸乙酯，乙酸和炭黑色膏)为80％。
制作填料A：包含49％的三氧化二铬、50.78％的含锰氧化物、0.2％的纳米二氧化钛和0.02％的BYK-405(液态流变添加剂)；
制作基料B：选择50％的IPA作为溶剂，将36％的无机纳米级溶胶-凝胶二氧化硅融入溶剂中，混合均匀后超声振动0.5h，之后向溶液中加入8％的正硅酸乙酯并搅拌，在搅拌过程中迅速加入3％的乙酸和3％的炭黑色膏，搅拌混和均匀后装入容器中密封，在恒温的特定环境中保存备用。
使用时，将A料和B料进行混合，并将混合好的材料放在滚动机上滚动30min使A料和B料充分混合后，将上述滚动摇匀的涂料，喷涂在已经前处理清洗干净的镀铝板基材(作为烤箱、烤炉内壁的基材)上，经280±20℃度的高温烘烤15分钟，涂层在发泡剂的作用下，形成一层带有疏松结构的高温涂层C2。
实施例3
自清洁陶瓷涂料组合物组成：该涂料各组成部分按质量百分数计，其中填料A(包括含铬氧化物、含锰氧化物、纳米二氧化钛粒子和添加剂)为16％，基料B(包括无机纳米级溶胶-凝胶二氧化硅、乙醇溶剂、正硅酸乙酯，乙酸和炭黑色膏)为84％。
制作填料A：包含50％的三氧化二铬、49.68％的含锰氧化物、0.3％的纳米二氧化钛和0.02％的BYK-405(液态流变添加剂)；
制作基料B：选择46％的乙醇作为溶剂，将40％的无机纳米级溶胶-凝胶二氧化硅融入溶剂中，混合均匀后超声振动0.5h，之后向溶液中加入9％的正硅酸乙酯并搅拌，在搅拌过程中迅速加入4％的乙酸和1％的炭黑色膏，搅拌混和均匀后装入容器中密封，在恒温的特定环境中保存备用。
使用时，将A料和B料进行混合，并将混合好的材料放在滚动机上滚动30min使A料和B料充分混合后，将上述滚动摇匀的涂料，喷涂在已经前处理清洗干净的镀铝板基材(作为烤箱、烤炉内壁的基材)上，经280±20℃度的高温烘烤15分钟，涂层在发泡剂的作用下，形成一层带有疏松结构的高温涂层C3。
实施例4
自清洁陶瓷涂料组合物组成：该涂料各组成部分按质量百分数计，其中填料A(包括含铬氧化物、含锰氧化物、纳米二氧化钛粒子和添加剂)为17％，基料B(包括无机纳米级溶胶-凝胶二氧化硅、IPA异丙醇溶剂、正硅酸乙酯，乙酸和炭黑色膏)为83％。
制作填料A：包含52％的三氧化二铬、47.72％的含锰氧化物、0.25％的纳米二氧化钛和0.03％的BYK-405(液态流变添加剂)；
制作基料B：选择42％的IPA作为溶剂，将46％的无机纳米级溶胶-凝胶二氧化硅融入溶剂中，混合均匀后超声振动0.5h，之后向溶液中加入8％的正硅酸乙酯并搅拌，在搅拌过程中迅速加入2％的乙酸和2％的炭黑色膏，搅拌混和均匀后装入容器中密封，在恒温的特定环境中保存备用。
使用时，将A料和B料进行混合，并将混合好的材料放在滚动机上滚动30min使A料和B料充分混合后，将上述滚动摇匀的涂料，喷涂在已经前处理清洗干净的镀铝板基材(作为烤箱、烤炉内壁的基材)上，经280±20℃度的高温烘烤15分钟，涂层在发泡剂的作用下，形成一层带有疏松结构的高温涂层C4。
实施例5
自清洁陶瓷涂料组合物组成：该涂料各组成部分按质量百分数计，其中填料A(包括含铬氧化物、含锰氧化物、纳米二氧化钛粒子和添加剂)为19％，基料B(包括无机纳米级溶胶-凝胶二氧化硅、乙醇溶剂、正硅酸乙酯，乙酸和炭黑色膏)为81％。
制作填料A：包含49.8％的三氧化二铬、50％的含锰氧化物、0.15％的纳米二氧化钛和0.05％的BYK-405(液态流变添加剂)；
制作基料B：选择60％的乙醇作为溶剂，将30％的无机纳米级溶胶-凝胶二氧化硅融入溶剂中，混合均匀后超声振动0.5h，之后向溶液中加入6％的正硅酸乙酯并搅拌，在搅拌过程中迅速加入3％的乙酸和1％的炭黑色膏，搅拌混和均匀后装入容器中密封，在恒温的特定环境中保存备用。
使用时，将A料和B料进行混合，并将混合好的材料放在滚动机上滚动30min使A料和B料充分混合后，将上述滚动摇匀的涂料，喷涂在已经前处理清洗干净的镀铝板基材(作为烤箱、烤炉内壁的基材)上，经280±20℃度的高温烘烤15分钟，涂层在发泡剂的作用下，形成一层带有疏松结构的高温涂层C5。
对比例1
按照实施例1的方法进行，不同的是，填料A中不含有发泡剂，相同地形成一层涂层D1。
对比例2
按照实施例1的方法进行，不同的是，填料A中不含有铬氧化物，相同地形成一层带有疏松结构的涂层D2。
对比例3
按照实施例1的方法进行，不同的是，填料A中不含有含锰氧化物，相同地形成一层带有疏松结构的涂层D3。
对比例4
按照实施例1的方法进行，不同的是，填料A中不含有纳米二氧化钛粒子，相同地形成一层带有疏松结构的涂层D3。
测试例1
涂层性能及测试方法如表1所示，测试结果如表2所示。
表1
表2
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种自清洁陶瓷涂料组合物，其特征在于，该组合物包括A剂和B剂，
所述A剂含有含铬氧化物、含锰氧化物、具有光催化活性的纳米粒子和发泡剂；
所述B剂含有硅源、有机溶剂、硅酸烷基酯和羧酸，
相对于100重量份的所述A剂，所述B剂的用量为300-650重量份。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述A剂含有45-55重量％的含铬氧化物、45-55重量％的含锰氧化物、0.05-0.3重量％的具有光催化活性的纳米粒子和0.01-1重量％的发泡剂。
3.根据权利要求2所述的组合物，其中，所述A剂还含有0.01-0.05重量％的抗菌剂。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述B剂含有25-50重量％的硅源、40-60重量％的有机溶剂、7-9重量％的硅酸烷基酯和1-5重量％的羧酸。
5.根据权利要求4所述的组合物，其中，所述B剂还含有1-3重量％的颜料。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的组合物，其中，相对于100重量份的所述A剂，所述B剂的用量为400-550重量份。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的组合物，其中，所述含铬氧化物为三氧化二铬和/或四氧化三铬。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的组合物，其中，所述含锰氧化物为二氧化锰、一氧化锰、三氧化二锰和四氧化三锰中的一种或多种。
9.根据权利要求1-5中任意一项所述的组合物，其中，所述具有光催化活性的纳米粒子为二氧化钛纳米粒子、氧化锌纳米粒子和二氧化锆纳米粒子中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠和偶氮二甲酸钡中的一种或多种。
11.根据权利要求3所述的组合物，其中，所述抗菌剂为硝酸银、银沸石和银-锌磷酸中的一种或多种。
12.根据权利要求1-5中任意一项所述的组合物，其中，所述硅源为纳米级溶胶-凝胶二氧化硅。
13.根据权利要求1-5中任意一项所述的组合物，其中，所述有机溶剂为醇类有机溶剂。
14.根据权利要求1-5中任意一项所述的组合物，其中，所述硅酸烷基酯为正硅酸甲酯和/或正硅酸乙酯。
15.根据权利要求1-5中任意一项所述的组合物，其中，所述羧酸为乙酸。
16.一种自清洁陶瓷涂料，其特征在于，该自清洁陶瓷涂料通过将权利要求1-15中任意一项所述的自清洁陶瓷涂料组合物的A剂和B剂混合而成。
17.一种自清洁陶瓷涂层，其特征在于，该自清洁陶瓷涂层通过将权利要求16所述的自清洁陶瓷涂料涂覆后经热处理而成。
18.一种厨房用电器，其特征在于，该厨房用电器至少部分表面涂覆有权利要求17所述的自清洁陶瓷涂层。
19.根据权利要求18所述的厨房用电器，其中，所述厨房用电器为烤箱、微波炉和蒸烤箱中的一种或多种。
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