CN111808485A - 一种耐磨耐高温的复合不粘涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨耐高温的复合不粘涂料，属于涂料技术领域。本发明所述耐磨耐高温不粘涂料的原料包括，聚四氟乙烯分散液，磷酸二氢铝，氧化铝，云母，硅烷偶联剂，成膜助剂等。本发明以聚四氟乙烯分散液为主要疏水材料，磷酸二氢铝为粘结剂，氧化铝为填料，辅以其他助剂，采用喷涂—固化方法，制备不粘涂层，所得涂层具有优异的不粘性和耐磨性。

Description

一种耐磨耐高温的复合不粘涂料
技术领域
本发明涉及一种耐磨耐高温的复合不粘涂料，属于涂料技术领域。
背景技术
铸铁、铝、铝合金、不锈钢等金属材质制作的炊具长期以来被人们广泛使用，但所述材料制成的炊具在使用过程中普遍存在食物粘锅，烧焦等问题，不仅带来了很多不好的厨房体验，同时也影响食物的品相及营养保持，并且粘附的在炊具上的食物残渣也为炊具的清洗工作带来了不少的问题。
不粘锅的出现在很大程度上解决了上述问题，不粘锅是对锅内腔的表面进行表面处理，使其形成不粘层，使不粘层表面不易粘附食品、油污等，并且方便清洁。目前市面上常见的不粘锅的涂层中都使用的是有机粘接剂，这是因为有机粘结剂有优秀的耐高温性能和粘结性能，但是同时其硬度低，导致涂层的耐磨性较差，从而影响涂层的使用寿命。相比有机粘结剂，无机粘结剂同样具有优秀的粘结性能，且硬度较有机粘结剂更高，但将无机粘结剂使用在复合不沾涂料中时，存在无机粘结剂与其中的有机成分(如PTFE)结合力弱的问题。同时，在配制复合不沾涂料时，所使用的原料种类复杂，因此为了获得一种性能优越的不沾涂料，还需探索配制复合不沾涂料的过程中原料的组成和用量等。
发明内容
[技术问题]
目前市面上常见的不粘锅的涂层中都使用的是有机粘接剂，但其硬度低，导致涂层的耐磨性较差，从而影响涂层的使用寿命。而将无机粘结剂使用在复合不沾涂料中时，存在无机粘结剂与其中的有机成分(如PTFE)结合力弱的问题。
[技术方案]
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种耐磨耐高温的复合不粘涂料，以聚四氟乙烯为基础材料，磷酸二氢铝为粘结剂，氧化铝为填充物，通过加入硅烷偶联剂克服了无机粘结剂与有机成分结合力弱的问题，同时探索了各原料的用量，提高了涂层硬度和耐高温性能，从而提高涂层耐磨损尤其是高温下耐磨损的性能，具有广泛的应用前景。
本发明提供了一种复合不粘涂料，所述不粘涂料包括底漆和面漆，原料如下所示：
按重量份数计，底漆的原料为：聚四氟乙烯分散液25～35份，无机粘结剂20～35份，氧化铝8～15份，表面活性剂1～2份，硅烷偶联剂1～1.5份，消泡剂0.1～0.2份，水10～30份；
面漆的原料为：聚四氟乙烯分散液55～65份，无机粘结剂20～30份，云母3～5份，消泡剂0.1～0.2份，成膜助剂0.1～0.2份，硅烷偶联剂0.5～1份，水5～20份。
在本发明的一种实施方式中，所述底漆和面漆中的无机粘结剂均为磷酸二氢铝。
在本发明的一种实施方式中，所述聚四氟乙烯分散液为将聚四氟乙烯分散在去离子水中。
在本发明的一种实施方式中，所述底漆中的表面活性剂为TX-10、TX-100、op-10中的任意一种或几种。
在本发明的一种实施方式中，所述底漆和面漆中的消泡剂均为正辛醇消泡剂、有机硅消泡剂中的任意一种。
在本发明的一种实施方式中，所述面漆中的成膜助剂为醇酯十二。
在本发明的一种实施方式中，所述底漆和面漆中的硅烷偶联剂均为KH550或KH560中的任意一种。
本发明提供了一种制备复合不粘涂料的方法，所述制备方法如下所示：
底漆的制备方法为：将磷酸二氢铝、氧化铝、硅烷偶联剂、水加入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入聚四氟乙烯分散液、水、消泡剂和表面活性剂，搅拌1～3小时，搅拌结束之后过滤，制得不粘涂料底漆；
面漆的制备方法为：将磷酸二氢铝、云母、硅烷偶联剂、成膜助剂及水加入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入聚四氟乙烯分散液、水、消泡剂，搅拌1～3小时，搅拌结束之后过滤，制得不粘涂料面漆。
本发明提供了由上述不沾涂料制得的不沾涂层。
本发明提供了上述不沾涂料和不沾涂层在炊具中的应用。
在本发明的一种实施方式中，所述不沾涂料在炊具中的应用方法为：利用空气喷枪先将底漆喷涂于炊具表面，130～160℃下固化10～20min，置于室温冷却后，利用喷枪喷涂面漆，然后5℃/min～10℃/min至350℃～400℃固化20～30min，则在炊具表面制备出了不沾涂层。
本发明提供了上述复合不粘涂料和不沾涂层在家用电器和汽车领域中的应用。
[有益效果]
本发明提供了一种耐磨耐高温的复合不沾涂料的配方，利用此配方所制得涂层接触角优秀，硬度及耐磨性较有机粘结剂涂料有明显提升。具体地，本发明制备的涂层接触角能达到110°以上；硬度在11.5HV以上；在磨损测试中，某常见市面涂料的磨损体积为2.32×108μm3，而相同测试条件下本发明制备的涂层的磨损体积最小仅为1.70×106μm3，其他稍差一点的方案磨损体积也依然为106μm3的数量级，相比常见市面涂料下降了两个数量级；此外，本发明制备的涂层尤其是在高温条件下具有优异的耐磨性能，在200℃下进行磨损测试时，某常见市面涂料的磨损体积为4.80×1010μm3，而相同测试条件下本发明制备的涂层的磨损体积最小仅为6.24×107μm3，其他稍差一点的方案磨损体积也依然为107μm3的数量级，相比常见市面涂料下降了三个数量级；可见，本发明提供了一种耐磨耐高温性能优异的复合不沾涂料，以本发明中的复合不沾涂料制备成涂层时能有效延长涂层的使用寿命，具有广阔的应用前景和工业化前景。
具体实施方式
以下实施例和对比例中使用的聚四氟乙烯分散液为市售的聚四氟乙烯分散液(浙江巨化股份有限公司)，其中聚四氟乙烯的质量分数为60％。
【实施例1】
底漆按照质量份数计包括以下组分：聚四氟乙烯分散液30份，磷酸二氢铝25份，氧化铝15份，TX-10表面活性剂2份，KH550硅烷偶联剂1份，有机硅消泡剂0.2份，水26.8份。制备方法为：将25份磷酸二氢铝、15份氧化铝、1份KH550硅烷偶联剂、15份水倒入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入30份聚四氟乙烯分散液、11.8份水、2份TX-10、0.2份有机硅消泡剂，搅拌2小时，之后用500目的不锈钢网进行过滤，制得不粘涂料底漆。
面漆按照质量份数计包括以下组分：聚四氟乙烯分散液60份，磷酸二氢铝20份，云母3份，有机硅消泡剂0.2份，成膜助剂醇酯十二0.2份，KH550硅烷偶联剂0.5份，水16.1份。制备方法为：将20份磷酸二氢铝、3份云母、0.5份KH550硅烷偶联剂、0.2份成膜助剂及6.8份水倒入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入60份聚四氟乙烯分散液、9.3份水、0.2份有机硅消泡剂，搅拌2小时，之后用500目的不锈钢网进行过滤，制得不粘涂料面漆。
【实施例2】
底漆按照质量份数计包括以下组分：聚四氟乙烯分散液40份，磷酸二氢铝15份，氧化铝15份，表面活性剂2份，KH560硅烷偶联剂1份，有机硅消泡剂0.2份，水26.8份。制备方法为：将15份磷酸二氢铝、15份氧化铝、1份KH560硅烷偶联剂、15份水倒入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入40份聚四氟乙烯分散液、11.8份水、2份TX-100、0.2份消泡剂，搅拌2小时，之后用500目的不锈钢网进行过滤，制得不粘涂料底漆。
面漆按照质量份数计包括以下组分：聚四氟乙烯分散液60份，磷酸二氢铝20份，云母3份，有机硅消泡剂0.2份，成膜助剂醇酯十二0.2份，KH560硅烷偶联剂0.5份，水16.1份。制备方法为：将20份磷酸二氢铝、3份云母、0.5份KH560硅烷偶联剂、0.2份成膜助剂醇酯十二及6.8份水倒入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入60份聚四氟乙烯分散液、9.3份水、0.2份有机硅消泡剂，搅拌2小时，之后用500目的不锈钢网进行过滤，制得不粘涂料面漆。
【实施例3】
底漆按照质量份数计包括以下组分：聚四氟乙烯分散液10份，磷酸二氢铝45份，氧化铝15份，TX-10表面活性剂2份，KH550硅烷偶联剂1份，有机硅消泡剂0.2份，水26.8份。制备方法为：将45份磷酸二氢铝、15份氧化铝、1份KH550硅烷偶联剂、15份水倒入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入10份聚四氟乙烯分散液、11.8份水、2份TX-10、0.2份消泡剂，搅拌2小时，之后用500目的不锈钢网进行过滤，制得不粘涂料底漆。
面漆按照质量份数计包括以下组分：聚四氟乙烯分散液60份，磷酸二氢铝20份，云母3份，有机硅消泡剂0.2份，成膜助剂醇酯十二0.2，KH550硅烷偶联剂0.5，水18.6份。制备方法为：将20份磷酸二氢铝、3份云母、0.5份硅烷偶联剂、0.2份成膜助剂醇酯十二及6.8份水倒入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入60份聚四氟乙烯分散液、11.8份水、0.2份消泡剂，搅拌2小时，之后用500目的不锈钢网进行过滤，制得不粘涂料面漆。
【实施例4】
底漆按照质量份数计包括以下组分：聚四氟乙烯分散液35份，磷酸二氢铝30份，氧化铝15份，TX-100表面活性剂2份，KH550硅烷偶联剂1份，有机硅消泡剂0.2份，水16.8份。制备方法为：将30份磷酸二氢铝、15份氧化铝、1份KH550硅烷偶联剂、10份水倒入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入35份聚四氟乙烯分散液、6.8份水、2份TX-100、0.2份有机硅消泡剂，搅拌2小时，之后用500目的不锈钢网进行过滤，制得不粘涂料底漆。
面漆按照质量份数计包括以下组分：聚四氟乙烯分散液65份，磷酸二氢铝25份，云母3份，有机硅消泡剂0.2份，成膜助剂0.2份，KH550硅烷偶联剂1份，水5.6份。制备方法为：将25份磷酸二氢铝、3份云母、1份KH550硅烷偶联剂、0.2份成膜助剂醇酯十二及2.8份水倒入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入65份聚四氟乙烯分散液、2.8份水、0.2份有机硅消泡剂，搅拌2小时，之后用500目的不锈钢网进行过滤，制得不粘涂料面漆。
【实施例5】
底漆按照质量份数计包括以下组分：聚四氟乙烯分散液35份，磷酸二氢铝30份，氧化铝15份，TX-10表面活性剂2份，硅烷偶联剂1份，消泡剂0.2份，水16.8份。制备方法为：将30份磷酸二氢铝、15份氧化铝、1份硅烷偶联剂、10份水倒入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入35份聚四氟乙烯分散液、6.8份水、2份TX-10、0.2份消泡剂，搅拌2小时，之后用500目的不锈钢网进行过滤，制得不粘涂料底漆。
面漆按照质量份数计包括以下组分：聚四氟乙烯分散液50份，磷酸二氢铝40份，云母3份，消泡剂0.2份，成膜助剂0.2份，硅烷偶联剂0.5份，水6.1份。制备方法为：将40份磷酸二氢铝、3份云母、0.5份硅烷偶联剂、0.2份成膜助剂醇酯十二及3.3份水倒入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入50份聚四氟乙烯分散液、2.8份水、0.2份消泡剂，搅拌2小时，之后用500目的不锈钢网进行过滤，制得不粘涂料面漆。
【实施例6】
底漆按照质量份数计包括以下组分：聚四氟乙烯分散液35份，磷酸二氢铝30份，氧化铝15份，TX-10表面活性剂2份，硅烷偶联剂1份，消泡剂0.2份，水16.8份。制备方法为：将30份磷酸二氢铝、15份氧化铝、1份硅烷偶联剂、10份水倒入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入35份聚四氟乙烯分散液、6.8份水、2份TX-10、0.2份消泡剂，搅拌2小时，之后用500目的不锈钢网进行过滤，制得不粘涂料底漆。
面漆按照质量份数计包括以下组分：聚四氟乙烯分散液75份，磷酸二氢铝15份，云母3份，消泡剂0.2份，成膜助剂0.2份，硅烷偶联剂0.5份，水6.1份。制备方法为：将15份磷酸二氢铝、3份云母、0.5份硅烷偶联剂、0.2份成膜助剂醇酯十二及3.3份水倒入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入75份聚四氟乙烯分散液、2.8份水、0.2份消泡剂，搅拌2小时，之后用500目的不锈钢网进行过滤，制得不粘涂料面漆。
【实施例7】
1、分别利用实施例1～6中制备的不沾涂料制备不沾涂层：
取一块不锈钢板作为基体，用空气喷枪先将底漆喷涂于基体表面，采用1.2mm喷嘴，压力为3bar，喷涂完毕之后将基体置于烘箱中150℃固化15分钟，取出冷却至室温后，喷涂后的厚度为18-25微米；再利用相同喷涂方法在底漆的表面喷涂面漆，然后放在马弗炉加热箱中以10℃/min的升温速率升温至380℃固化20分钟，则制备出所需的涂层。
按照上述制备方法，分别利用实施例1～6中制备的不沾涂料制备不沾涂层，得到6种涂层。同时采购了一种市面上常见的不沾涂料(有机粘接剂)，用相同的方式制备成涂层。
2、对上述制备得到的涂层进行性能测试：
试验项目及测试方法：
(1)接触角测试：接触角是反应涂层疏水性(不沾性能)的重要指标，使用接触角测量仪测量涂层的接触角，测试液体为去离子水。
(2)硬度测试：涂层硬度通过显微硬度计测量，施加的载荷为0.5g，保载时间20s。
(3)附着力测试：采用划格法测试涂层附着力，参考标准为《GBT9286-1998色漆和清漆、漆膜的划痕实验》。
(4)耐磨性测试及200℃下的耐磨性测试：利用包含温度腔的摩擦磨损试验机球盘模块对涂层耐磨性进行测量。摩擦试验参数为：施加载荷5N，速度60r/min，试验时长20min，对磨小球为Φ4mm钢球。
测试结果如表1所示。由表1可以看出，底漆中聚四氟乙烯分散液25～35份，无机粘结剂20～35份，面漆中聚四氟乙烯分散液55～65份，磷酸二氢铝20～30份时，涂层整体不粘性能和高温耐磨损等性能更好。
表1不同不沾涂层的性能对比
Figure BDA0002592382110000061
【对比例1】
制备不沾涂料：所述不沾涂料与实施例4相比，仅将底漆和面漆中的原料组分磷酸二氢铝改为水玻璃(硅酸钠)，水玻璃的用量与实施例4中磷酸二氢铝的用量相同，其他原料及原料的用量均与实施例4相同；制备方法也相同，制得不粘涂料底漆和面漆。
【对比例2】
制备不沾涂料：所述不沾涂料与实施例4相比，仅将底漆和面漆中的原料组分磷酸二氢铝改为硅溶胶(硅酸钠)，硅溶胶的用量与实施例4中磷酸二氢铝的用量相同，其他原料及原料的用量均与实施例4相同；制备方法也相同，制得不粘涂料底漆和面漆。
【对比例3】
制备不沾涂料：所述不沾涂料与实施例4相比，仅将底漆和面漆中的原料组分磷酸二氢铝改为有机粘接剂聚酰胺酰亚胺(PAI)，有机粘接剂PAI的用量与实施例4中磷酸二氢铝的用量相同，其他原料及原料的用量均与实施例4相同；制备方法也相同，制得不粘涂料底漆和面漆。
【对比例4】
制备不沾涂料：所述不沾涂料与实施例4相比，仅将底漆和面漆中的原料组分硅烷偶联剂改为水，其他原料及原料的用量均与实施例4相同；制备方法也相同，制得不粘涂料底漆和面漆。
【对比例5】
制备不沾涂料：所述不沾涂料与实施例4相比，仅将底漆中的原料组分表面活性剂TX-100改为水，其他原料及原料的用量均与实施例4相同；制备方法也相同，制得不粘涂料底漆和面漆。
利用对比例1～5中制备的不沾涂料制备不沾涂层，并对制备得到的涂层进行性能测试，不沾涂层的制备以及测试方法均与实施例7中的方法相同。
测试结果如表2所示。
表2不同粘结剂制备的不沾涂层的性能对比
Figure BDA0002592382110000071
由表2可以看出，磷酸二氢铝粘结剂相比水玻璃粘结剂，磷酸二氢铝粘结剂制备的涂层无论从附着力、疏水性以及高温耐磨损性能均比水玻璃优异；相比硅溶胶粘结剂，磷酸二氢铝粘结剂制备的涂层附着力和耐磨损方面均展现出优异的性能；对比有机PAI粘结剂，磷酸二氢铝粘结剂制备的涂层在硬度，耐磨性和高温耐磨性方面均有优异的表现，使用硅烷偶联剂和磷酸二氢铝配合的涂层整体性能优于单独磷酸二氢铝粘结剂制备的涂层。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种复合不粘涂料，其特征在于，所述不粘涂料包括底漆和面漆，原料如下所示：
按重量份数计，底漆的原料为：聚四氟乙烯分散液25～35份，无机粘结剂20～35份，氧化铝8～15份，表面活性剂1～2份，硅烷偶联剂1～1.5份，消泡剂0.1～0.2份，水10～30份；
面漆的原料为：聚四氟乙烯分散液55～65份，无机粘结剂20～30份，云母3～5份，消泡剂0.1～0.2份，成膜助剂0.1～0.2份，硅烷偶联剂0.5～1份，水5～20份。
2.根据权利要求1中所述的不粘涂料，其特征在于，所述底漆和面漆中的无机粘结剂均为磷酸二氢铝。
3.根据权利要求1中所述的不粘涂料，其特征在于，所述底漆中的表面活性剂为TX-10、TX-100、OP-10中的任意一种或几种。
4.根据权利要求1中所述的不粘涂料，其特征在于，所述底漆和面漆中的消泡剂均为正辛醇消泡剂、有机硅消泡剂中的任意一种。
5.根据权利要求1中所述的不粘涂料，其特征在于，所述面漆中的成膜助剂为醇酯十二。
6.根据权利要求1中所述的不粘涂料，其特征在于，所述底漆和面漆中的硅烷偶联剂均为KH550或KH560的任意一种。
7.一种制备权利要求2中所述复合不粘涂料的方法，其特征在于，所述方法如下所示：
底漆的制备方法为：将磷酸二氢铝、氧化铝、硅烷偶联剂、水加入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入聚四氟乙烯分散液、水、消泡剂和表面活性剂，搅拌1～3小时，搅拌结束之后过滤，制得不粘涂料底漆；
面漆的制备方法为：将磷酸二氢铝、云母、硅烷偶联剂、成膜助剂及水加入反应容器中搅拌10～30分钟，然后再向其中加入聚四氟乙烯分散液、水、消泡剂，搅拌1～3小时，搅拌结束之后过滤，制得不粘涂料面漆。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的不沾涂料制得的不沾涂层。
9.使用权利要求1～6任一项所述的不沾涂料或权利要求8所述的不沾涂层的炊具。
10.权利要求1～6中任一项所述的不沾涂料或权利要求8中所述的不沾涂层在家用电器和汽车领域中的应用。
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