CN110537825A - 一种适用于电磁加热的内锅及其制备方法和烹饪器具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及家用电器领域，公开了一种适用于电磁加热的内锅及其制备方法和烹饪器具。该内锅包括：铁基锅体(1)；依次形成在所述铁基锅体(1)内侧的铝层(2)和不粘涂层(3)；以及形成在所述铁基锅体(1)外侧的防腐涂层(5)，其中，所述防腐涂层(5)中分散有片状铝粉。本发明所述的内锅具有较好的防腐性能。
Description
技术领域
本发明涉及家用电器领域，具体地涉及一种适用于电磁加热的内锅及其制备方法和烹饪器具。
背景技术
目前，中高端电饭煲及压力锅的发展趋势是IH(电磁感应)加热，因为IH加热不仅具有大功率、加热过程可通过程序控制，实现多段加热，智能加热的效用，而且IH加热相比传统底盘加热更具有立体化，能效的利用率更高的众多优点，因此，市场上主流高端的饭煲、压力锅等的加热方式均采用IH加热。
IH加热是通过线圈盘产生涡流，再使金属内胆切割磁力线产生热量，实现加热。因此饭煲或者压力锅内胆需为导磁性材质，传统的导磁性材料为铁、镍、低碳钢等合金，市场上使用最多的为铸铁锅、430不锈钢-铝合金复合锅具等。
铁锅最主要是要解决其易生锈的防腐问题，常规的防腐方案有氧化、氮化和磷化工艺，这些工艺都会产生大量的废水，导致环境污染。而且，磷化工艺产生的磷化膜在300℃以上会粉化，失去保护作用，而在电饭煲内表面涂覆不粘涂料时需要经过380℃以上的高温。因此，亟需开发新的铁锅防腐工艺，以生产具有较好的防腐功能的IH内锅。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的铁锅防腐工艺会造成环境污染，且防腐涂层的防腐性能不佳的问题，提供一种适用于电磁加热的内锅及其制备方法和烹饪器具。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种适用于电磁加热的内锅，该内锅包括：
铁基锅体；
依次形成在所述铁基锅体内侧的铝层和不粘涂层；以及
形成在所述铁基锅体外侧的防腐涂层，其中，所述防腐涂层中分散有片状铝粉。
优选地，所述防腐涂层由含有树脂粘结剂、片状铝粉、铝粉定向排列助剂和防锈助剂的防腐涂层组合物形成。
更优选地，在所述防腐涂层组合物中，所述树脂粘结剂与所述片状铝粉的重量比为1:1至2:1，进一步优选为1.5:1至2:1。
更优选地，在所述防腐涂层组合物中，所述铝粉定向排列助剂为所述铝粉的20-50重量％，进一步优选为20-30重量％。
更优选地，在所述防腐涂层组合物中，所述防锈助剂为所述树脂粘结剂的5-30重量％，进一步优选为10-15重量％。
优选地，所述树脂粘结剂选自聚醚砜树脂、有机硅树脂和聚苯硫醚中的至少一种。
优选地，所述防锈助剂为磷酸盐防锈助剂和/或硅酸盐防锈助剂。
优选地，所述片状铝粉的粒度范围D50为5-100微米，进一步优选为5-40微米。
优选地，所述内锅还包括位于所述铁基锅体和所述防腐涂层之间的四氧化三铁层。
优选地，所述四氧化三铁层通过对经过粗化处理的铁基锅体的外表面进行烘烤形成。
优选地，所述内锅还包括形成在所述防腐涂层外侧的耐磨层。
更优选地，所述耐磨层由含有树脂粘结剂、耐磨粒子和颜填料的耐磨涂料形成。
更优选地，在所述耐磨涂料中，树脂粘结剂与耐磨粒子的质量比为2-7：1，进一步优选为5-7：1。
更优选地，所述耐磨粒子的粒径D50为5-40微米，进一步优选为10-30微米。
更优选地，所述耐磨粒子选自碳化硅、石英、二氧化硅、云母粉、玻璃粉和空心玻璃微珠。
本发明第二方面提供了一种制备上述内锅的方法，该方法包括以下步骤：
(1)在铁基锅体的内侧形成铝层；
(2)在锅体内侧的铝层上形成不粘涂层；以及
(3)在锅体外侧形成其中分散有片状铝粉的防腐涂层；
(4)可选地，在所述防腐涂层的外侧形成耐磨层。
优选地，所述方法还包括：在步骤(1)与步骤(2)之间，对锅体内外进行粗化处理，然后对外侧表面进行烘烤，以在锅体的外侧表面上形成四氧化三铁层。
进一步优选地，所述烘烤的处理条件包括：温度为380-450℃，时间为10-100分钟。
本发明第三方面提供了一种烹饪器具，所述烹饪器具的内锅为本发明提供的上述内锅。
在本发明所述的适用于电磁加热的内锅中，所述防腐涂层中的片状铝粉形成层叠的状态，可以延长腐蚀物质渗透涂层的路径，同时铝的电势比铁低，与铁形成原电池效应，从而能够缓解腐蚀。因此，本发明所述的内锅具有较好的防腐性能。
而且，在本发明中，所述防腐涂层通过常规的涂覆工艺即可形成，整个过程中不会产生废水，从而不会造成环境污染。
附图说明
图1是本发明所述的适用于电磁加热的内锅的层结构示意图。
附图标记说明
1 铁基锅体 2 铝层
3 不粘涂层 4 四氧化三铁层
5 防腐涂层 6 耐磨层
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。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。
如图1所示，本发明所述的适用于电磁加热的内锅包括：
铁基锅体1；
依次形成在所述铁基锅体1内侧的铝层2和不粘涂层3；以及
形成在所述铁基锅体1外侧的防腐涂层5，其中，所述防腐涂层5中分散有片状铝粉。
在本发明所述的内锅中，铝层2形成在铁基锅体1的内侧表面上，不粘涂层3形成在所述铝层2的表面上。通过这样设置，一方面通过增加铝层可以提高不粘涂层的结合力，另一方面在锅体内侧形成铝层可以避免对电磁感应产生屏蔽效应。
在本发明所述的内锅中，优选地，所述防腐涂层5由含有树脂粘结剂、片状铝粉、铝粉定向排列助剂和防锈助剂的防腐涂层组合物形成。在所述防腐涂层5中，在所述铝粉定向排列助剂的作用下，片状铝粉有规律地排列在同一方向，在涂层表面形成层叠的状态，可以延长腐蚀性物质渗透涂层的路径；铝的电势比铁低，与铁形成原电池效应，能够进一步缓解腐蚀的进行；而且，防锈助剂可以阻止腐蚀性物质与铁发生反应，从而进一步改善耐腐蚀性能。
在所述防腐涂层组合物中，所述树脂粘结剂与所述片状铝粉的重量比可以为1:1至2:1，优选为1.5:1至2:1。
在所述防腐涂层组合物中，所述铝粉定向排列助剂可以为所述片状铝粉的20-50重量％，优选20-30重量％。
在所述防腐涂层组合物中，所述防锈助剂可以为所述树脂粘结剂的5-30重量％，优选10-15重量％。
在本发明中，所述树脂粘结剂可以为本领域常规的树脂粘结剂。优选地，所述树脂粘结剂为能在200-300℃下长期工作而保持稳定的树脂。更优选地，所述树脂粘结剂选自聚醚砜树脂、有机硅树脂和聚苯硫醚中的至少一种。在一种具体实施方式中，所述树脂粘结剂选用市售的聚酯改性有机硅树脂HTL3。
在本发明中，具有片状结构的铝粉有利于铝粉形成层叠的状态，从而更有利于获得较好的耐腐蚀性能。进一步优选地，片状铝粉的粒度范围D50为5-100微米，更进一步优选为5-40微米。在一种具体实施方式中，所述铝粉选用市售的庄彩铝银浆1009#。
在本发明中，所述铝粉定向排列助剂可以为本领域的常规选择。优选情况下，所述铝粉定向排列助剂选用市售的美国瑞宝铝粉定向剂raybo41。
在本发明中，所述防锈助剂优选为磷酸盐防锈助剂和/或硅酸盐防锈助剂。所述磷酸盐防锈助剂和所述硅酸盐防锈助剂可以与腐蚀物质发生反应，从而能够阻止腐蚀物质穿透涂层后与铁基锅体发生反应，同时磷酸盐或硅酸盐可以在铁基锅体表面形成致密的磷化膜或硅酸铁膜，从而进一步阻止腐蚀性物质的侵入。
在本发明所述的内锅中，优选地，所述内锅还包括位于所述铁基锅体1和所述防腐涂层5之间的四氧化三铁层4。所述四氧化三铁层作为中间层，一方面具有防锈的效果，另一方面还能起到连接锅体和防腐涂层的作用，并且通过配合使用本发明所述的防腐涂层材料，使得所述内锅具有优异的防腐性能。
在本发明中，优选地，所述四氧化三铁层4通过对经过粗化处理的铁基锅体的外表面进行烘烤形成。更优选地，使经过粗化处理的铁基锅体的外表面在通风情况下置于380-450℃下烘烤10分钟以上，在这种情况下，铁基表面的铁材和氧气发生反应产生致密的四氧化三铁层，铁基表面从灰色的金属色转变为蓝色。
在本发明所述的内锅中，优选地，所述内锅还包括形成在所述防腐涂层5外侧的耐磨层6。进一步优选地，所述耐磨层6由含有树脂粘结剂、耐磨粒子和颜填料的耐磨涂料形成。在所述耐磨涂料中，树脂粘结剂与耐磨粒子的质量比可以为2-7：1，优选为5-7：1。所述耐磨粒子的粒径D50可以为5-40微米，优选为10-30微米。所述耐磨粒子选自碳化硅、石英、二氧化硅、云母粉、玻璃粉和空心玻璃微珠，最优选为空心玻璃微珠。当所述耐磨粒子为空心玻璃微珠时，在提供耐磨的同时，空心玻璃微珠有良好的保温隔热效果，在烹饪过程中能够减少热量的损耗。所述树脂粘结剂可以采用与防腐涂层中相同的树脂粘结剂。所述颜填料适量以调节涂层的颜色。
在本发明中，所述四氧化三铁层4的厚度可以为0.5-3μm，具体地，例如可以为0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm、2μm、2.2μm、2.4μm、2.6μm、2.7μm、3μm以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。
在本发明中，所述防腐涂层5的厚度可以为20-40μm。
在本发明中，所述不粘涂层3的厚度没有特别的限定，可以常规的厚度范围内选择。优选地，所述不粘涂层3的厚度为20-50μm。
在本发明中，所述不粘涂层3可以为单层结构或两层以上的结构。所述不粘涂层3的材质没有特别的限定，可以为本领域常规的不粘涂层，例如可以为氟树脂涂层和陶瓷不粘涂层中的至少一种。
在本发明中，所述铁基锅体1的材质可以为精铁、低碳钢等。
在本发明中，所述铝层2可以通过冷喷涂覆、热喷涂覆或冲压的方式形成。
本发明还提供了制备上述内锅的方法，该方法包括以下步骤：
(1)在铁基锅体的内侧形成铝层；
(2)在锅体内侧的铝层上形成不粘涂层；
(3)在锅体外侧形成其中分散有片状铝粉的防腐涂层；以及
(4)可选地，在所述防腐涂层的外侧形成耐磨层。
在一种优选实施方式中，所述方法还包括：在步骤(1)与步骤(2)之间，对锅体内外进行粗化处理，然后对外侧表面进行烘烤，以在锅体的外侧表面上形成四氧化三铁层。通过先生成四氧化三铁层，再在锅体内侧形成不粘涂层，可以防止不粘涂料中的水分被铁基表面吸收进而生成三氧化二铁铁锈，影响外表面的耐腐蚀性能，同时也影响外表面涂层的附着力。因此，按照该优选实施方式的方法可以在涂覆不粘涂层时保护铁基不生锈，同时大大提升防锈涂层的耐腐蚀性能。
所述烘烤的处理条件可以包括：温度为380-450℃，时间为10分钟以上，优选为10-100分钟。所述烘烤的过程优选在通风的情况下进行。
所述粗化处理可以为喷砂处理或抛丸粗化处理等。
在本发明所述的方法中，涂覆了内表面的不粘涂层后再涂覆外表面的防腐涂层，这样可以确保外表面的防腐涂层飞溅到内表面，影响内表面涂层的性能。
在步骤(1)中，形成铝层的方法可以为冷喷涂覆、热喷涂覆或冲压。优选地，采用冲压的方式形成所述铝层。在通过冲压形成的铁基锅体和铝层的复合结构中，铁层和铝层的总厚度可以为1.5-4mm，且铁层的厚度占二者总厚度的50-90％。在这种情况下，所述内锅具有较好的电磁感应加热性能，并且内锅比较厚重，内锅的整体保温效果和传热效果均衡。
在具体的实施方式中，本发明所述的内锅的制备方法如下：
炊具冲压成型后，清洗去除冲压油，并干燥，内外喷砂或抛丸粗化和除锈，之后在通风的情况下，置于380-450℃的烘烤线中烘烤10分钟以上，其中，粗化处理后应尽快置入高温炉进行烘烤，否则铁表面吸收空气中的水分，产生氧化，影响四氧化三铁层的形成，优选地置入高温炉的时间优选为粗化处理后4小时以内。
烘烤生成四氧化三铁层后，方可在内表面的铝层上涂覆不粘涂层，否则，不粘涂料的水分在表干过程中被铁基表面吸附，会生成红色的三氧化二铁铁锈，影响外表面的耐腐蚀性能，同时也影响外表面涂层的附着力。虽然四氧化三铁层没有电化学沉积法产生的氧化层厚，但它足以在涂覆不粘涂层时保护铁基不生锈，同时大大提升了防锈涂层的耐腐蚀性能。
涂覆了内表面的不粘涂层后再涂覆外表面的防腐涂层，这样可以确保外表面的防锈涂层飞溅到内表面，影响内表面涂层的性能。
防腐涂层组合物由树脂粘接剂、片状铝粉(浆)、铝粉定向排列助剂和防锈助剂组成。铝粉在定向排列助剂的作用下，有规律的排列在同一方向，在涂层表面形成层叠的状态，延长了腐蚀性物质渗透涂层的路径，同时，铝的电势比铁低，与铁形成原电池效应，进一步缓解腐蚀的进行。防锈助剂在腐蚀性物质穿透涂层后，和涂层中的磷酸盐或硅酸盐发生反应，阻止了腐蚀性物质和铁的反应。同时磷酸盐或硅酸盐在铁基表面形成致密的磷化膜或硅酸铁膜，进一步阻止腐蚀性物质的侵入。
炊具的外表面在放置、烹饪过程中都要和其他物体接触或摩擦，使得涂层容易被磨损，导致防腐性能失效，直接添加耐磨粒子到防腐涂层中，耐磨粒子会穿透涂层，使腐蚀性物质和水分容易穿透涂层，同时，因为耐磨粒子较大，加入涂料中会影响铝粉的定向排列，大大降低涂层的耐腐蚀性能。为此，本发明中还在防腐涂层的外侧表面上形成耐磨层。
本发明还提供了一种烹饪器具，所述烹饪器具的内锅为本发明提供的上述适用于电磁加热的内锅。在本发明中，所述烹饪器具可以为高压锅、电饭煲等。
以下通过实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
通过冲压成型，在铁基锅体的内侧形成铝层，然后清洗去除冲压油，并干燥，内外喷砂和除锈，喷砂后在通风的情况下，置于380-450℃的烘烤线中烘烤10分钟以上。然后，在锅体内侧的铝层上通过喷涂形成不粘涂层，接着采用防腐涂层组合物在锅体外侧的四氧化三铁层上通过喷涂形成防腐涂层，从而制得内锅A1。其中，所用的防腐涂层组合物的组成为：选用赢创聚酯改性有机硅树脂HTL3，40重量％；庄彩铝银浆1009#(购自深圳市庄彩科技有限公司)，20重量％；格雷斯二氧化硅防锈剂C303，5重量％；美国瑞宝铝粉定向剂raybo41，1.5重量％；其余为溶剂。
对比例1
按照实施例1的方法制备内锅，所不同的是，在喷砂之后不实施高温烘烤以形成四氧化三铁层，而是直接实施在锅体内侧形成不粘涂层以及在外侧形成防腐涂层，从而制得内锅D1。
对比例2
按照实施例1的方法制备内锅，所不同的是，在锅体外侧喷涂的涂层材料为普通的有机硅涂料(购自美国华福公司，牌号K7338)，从而制得内锅D2。
测试例1
测试上述实施例和对比例制备的内锅的耐腐蚀性能，测试过程在盐雾测试箱中实施，测试条件为60℃，盐水浓度为5重量％，测试结果如下表1所示。
表1
由表1的数据可以看出，本发明所述的适用于电磁加热的内锅具有较好的耐腐蚀性能。
实施例2
通过冲压成型，在铁基锅体的内侧形成铝层，然后清洗去除冲压油，并干燥，内外喷砂和除锈，喷砂后在通风的情况下，置于380-450℃的烘烤线中烘烤10分钟以上。然后，在锅体内侧的铝层上通过喷涂形成不粘涂层，接着采用防腐涂层组合物在锅体外侧的四氧化三铁层上通过喷涂形成防腐涂层。然后采用耐磨涂料在防腐涂层的外侧表面形成耐磨层，从而制得内锅A2。其中，所用的防腐涂层组合物的组成为：选用赢创聚酯改性有机硅树脂HTL3，40重量％；庄彩铝银浆1009#(购自深圳市庄彩科技有限公司)，20重量％；格雷斯二氧化硅防锈剂C303，5重量％；美国瑞宝铝粉定向剂raybo41，1.5重量％；其余为溶剂。所用的耐磨涂料的组成为：选用赢创聚酯改性有机硅树脂HTL3，40重量％；30μm空心玻璃微珠，5重量％；15μm空心玻璃微珠1重量％；炭黑颜料2重量％；其余为溶剂及其他助剂。
实施例3
按照实施例1的方法制备内锅，所不同的是，在形成耐磨层过程中所用的耐磨涂料的组成为：选用赢创聚酯改性有机硅树脂HTL3，40重量％；30μm黑色碳化硅，5重量％；15μm黑色碳化硅1重量％；炭黑颜料2重量％；其余为溶剂及其他助剂，制得内锅A3。
测试例2
耐磨测试：配置5重量％的家用洗洁精水溶液，将涂层表面覆盖，将大小为3×7cm的7447C，3M百洁布置于涂层表面，在其上加2.5kg的压力，平行于3cm边长的方向做10cm行距的往复运动，每500次更换新的百洁布，并检查涂层表面，直至涂层表面有条状露基材为止，并记录耐磨次数。
煮水测试：在锅具上加注等量的水，并在同等功率下，用电磁炉加热锅具，记录水沸腾的时间。
测试结果如下表2所示。
表2
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 内锅编号 | A1 | A2 | A3 |
| 耐磨测试 | 3000次 | 16000次 | 17500次 |
| 煮水测试 | 14分钟 | 11.5分钟 | 12.5分钟 |
由表2的数据可以看出，本发明所述的适用于电磁加热的内锅在增加耐磨层后，耐磨性能大幅提升，同时热利用率也大幅提升。
以上结合附图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，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但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 (11)
1.一种适用于电磁加热的内锅，其特征在于，该内锅包括：
铁基锅体(1)；
依次形成在所述铁基锅体(1)内侧的铝层(2)和不粘涂层(3)；以及
形成在所述铁基锅体(1)外侧的防腐涂层(5)，其中，所述防腐涂层(5)中分散有片状铝粉。
2.根据权利要求1所述的内锅，其特征在于，所述防腐涂层(5)由含有树脂粘结剂、片状铝粉、铝粉定向排列助剂和防锈助剂的防腐涂层组合物形成；
优选地，在所述防腐涂层组合物中，所述树脂粘结剂与所述片状铝粉的重量比为1:1至2:1，优选为1.5:1至2:1；
优选地，在所述防腐涂层组合物中，所述铝粉定向排列助剂为所述片状铝粉的20-50重量％，优选为20-30重量％；
优选地，在所述防腐涂层组合物中，所述防锈助剂为所述树脂粘结剂的5-30重量％，优选为10-15重量％；
优选地，所述树脂粘结剂选自聚醚砜树脂、有机硅树脂和聚苯硫醚中的至少一种；
优选地，所述防锈助剂为磷酸盐防锈助剂和/或硅酸盐防锈助剂。
3.根据权利要求1所述的内锅，其特征在于，所述片状铝粉的粒度范围D50为5-100微米，优选为5-40微米。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的内锅，其特征在于，所述内锅还包括位于所述铁基锅体(1)和所述防腐涂层(5)之间的四氧化三铁层(4)。
5.根据权利要求4所述的内锅，其特征在于，所述四氧化三铁层(4)通过对经过粗化处理的铁基锅体的外表面进行烘烤形成。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的内锅，其特征在于，所述内锅还包括形成在所述防腐涂层(5)外侧的耐磨层(6)。
7.根据权利要求6所述的内锅，其特征在于，所述耐磨层(6)由含有树脂粘结剂、耐磨粒子和颜填料的耐磨涂料形成；
优选地，在所述耐磨涂料中，树脂粘结剂与耐磨粒子的质量比为2-7：1，优选为5-7：1；
优选地，所述耐磨粒子的粒径D50为5-40微米，更优选为10-30微米；
优选地，所述耐磨粒子选自碳化硅、石英、二氧化硅、云母粉、玻璃粉和空心玻璃微珠。
8.一种制备权利要求1-7中任意一项所述的内锅的方法，该方法包括以下步骤：
(1)在铁基锅体的内侧形成铝层；
(2)在锅体内侧的铝层上形成不粘涂层；
(3)在锅体外侧形成其中分散有片状铝粉的防腐涂层；以及
(4)可选地，在所述防腐涂层的外侧形成耐磨层。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在步骤(1)与步骤(2)之间，对锅体内外进行粗化处理，然后对外侧表面进行烘烤，以在锅体的外侧表面上形成四氧化三铁层。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述烘烤的处理条件包括：温度为380-450℃，时间为10-100分钟。
11.一种烹饪器具，其特征在于，所述烹饪器具的内锅为权利要求1-7中任意一项所述的内锅。
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