CN111940261B

CN111940261B - 一种基材表面处理方法

Info

Publication number: CN111940261B
Application number: CN202010706007.0A
Authority: CN
Inventors: 李智锋; 王宗军; 胡建祥; 潘叶江
Original assignee: Vatti Co Ltd
Current assignee: Vatti Co Ltd
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2023-05-30
Anticipated expiration: 2040-07-21
Also published as: CN111940261A

Abstract

本发明公开了一种基材表面处理方法，包括步骤：S1：将疏水涂料均匀涂布于洁净的基材表面；S2：基材表面的疏水涂料干燥后形成膜状的疏水涂层；S3：清除疏水涂层表面的残留物；S4：采用高压无气静电喷涂设备将亲水涂料均匀喷涂于疏水涂层表面；S5：疏水涂层表面的亲水涂料干燥后形成间隔布置的若干亲水凸起结构。本发明的基材表面形成了微米级的凹凸结构，并利用超亲水超疏水原理，使经处理基材表面不易沾附，即使沾附，会在凹凸结构的凹位形成油污空气泡，使得油污与经处理基材表面的附着面积减少，达到不用任何清洁剂，只用湿布便可轻易把油污清洁干净，提升用户体验。

Description

一种基材表面处理方法

技术领域

本发明涉及基材表面处理技术领域，尤其涉及一种用于厨电的基材表面处理方法。

背景技术

日常生活中，家用和饭店厨房都面临油污重，难于清洁的问题，特别是中国人喜欢爆炒，该问题尤其突出。厨房电器中的不锈钢烟机、灶具面板等不锈钢部件需要经常清洁，如果角位等清洁不到的部位一段时间后油污凝固形成重质污垢，更难清洁，影响用户使用体验。

市面上专用清洁剂均带较强的酸碱性，对产品表面有一定的腐蚀作用，并且对皮肤健康也会造成一定的伤害。

目前，市场上也出现了亲水、疏水或同一平面具备亲疏水特性的表面处理技术，虽然有一定的作用，但是在超细粒径油污和大粒径油污并存的高油污环境下工作的厨房电器，不可避免地整个表面都会沾附油污，上述各种表面，对已经凝固的油污也难于清洁。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有相关技术中存在的问题之一，为此，本发明提出一种基材表面处理方法，通过对基材表面进行处理，使得基材表面形成凹凸结构，并利用亲水疏水原理，使经处理后的表面不易沾附油污，即使沾附油污，只用湿布便可轻易把油污清洁干净。

根据上述提供的一种基材表面处理方法，其通过如下技术方案来实现：

一种基材表面处理方法，包括步骤：

S1：将疏水涂料均匀涂布于洁净的基材表面；

S2：基材表面的疏水涂料干燥后形成膜状的疏水涂层；

S3：清除疏水涂层表面的残留物；

S4：采用高压无气静电喷涂设备将亲水涂料均匀喷涂于疏水涂层表面；

S5：疏水涂层表面的亲水涂料干燥后形成间隔布置的若干亲水凸起结构。

在一些实施方式中，在步骤S4中，所述高压无气静电喷涂设备的静电压为60～70KV，雾化气压为0.5～0.6Mpa；所述亲水涂料的喷出气压为0.3～0.4Mpa，喷涂时间为3～4s。

在一些实施方式中，在步骤S4中，所述亲水涂料为有色或无色的纳米亲水涂料，所述纳米亲水涂料的粘度为28～30s，固含量为10～12％。

在一些实施方式中，所述纳米亲水涂料为水性无机硅纳米亲水涂料。

在一些实施方式中，在步骤S5中，所述亲水凸起结构的最大直径D为3～15微米，且所述亲水凸起结构的高度H为3～15微米，相邻两个所述亲水凸起结构的间距L为5～20微米。

在一些实施方式中，所述亲水凸起结构的水接触角大于150度。

在一些实施方式中，在步骤S3中，在清除疏水涂层表面的残留物之后，所述疏水涂层的水接触角为130～150度。

在一些实施方式中，所述疏水涂层表面的亲水涂料干燥后形成间隔布置的若干亲水凸起结构，其具体为：疏水涂层表面的亲水涂料在100～200℃烘烤10～30分钟，冷却后形成间隔布置的若干亲水凸起结构。

在一些实施方式中，在步骤S1中，所述疏水涂料为有色或无色的疏水性纳米涂料。

在一些实施方式中，在步骤S2中，所述基材表面的疏水涂料的干燥条件为：常温干燥5～10分钟。

与现有技术相比，本发明的至少包括以下有益效果：

本发明通过先在基材表面制作疏水涂层，然后在疏水涂层表面通过高压无气静电喷涂方式制作间隔布置的若干亲水凸起结构，使得基材表面形成了微米级的凹凸结构，并利用超亲水超疏水原理，使经处理基材表面不易沾附，即使沾附，会在凹凸结构的凹位形成油污空气泡，使得油污与经处理基材表面的附着面积减少，达到不用任何清洁剂，只用湿布便可轻易把油污清洁干净，提升用户体验。

附图说明

图1是本发明实施例1中基材表面处理方法的流程图；

图2是本发明实施例1中经处理后基材表面的结构示意图；

图3是本发明实施例1中经处理后基材表面的光学显微照片。

具体实施方式

以下实施例对本发明进行说明，但本发明并不受这些实施例所限制。对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

实施例1

如图1-3所示，本实施例提供了一种基材表面处理方法，其包括步骤：

S1：将疏水涂料均匀涂布于洁净的基材1表面；

具体地，首先，采用清洁剂对待表面处理的基材1表面进行除污，例如采用99％酒精抹拭，以去除待处理的基材1表面的污渍，避免因粉尘、污渍而影响疏水涂层的成膜效果以及成膜后的平整性。然后，将疏水涂料均匀涂布于除污后的基材1表面。

S2：基材1表面的疏水涂料干燥后形成膜状的疏水涂层2；

具体地，在步骤S1中，疏水涂料优选为常温可自干的有色或无色的疏水性纳米涂料，该疏水性纳米涂料涂布于基材1表面后，在常温干燥5～10分钟后形成平整膜状的疏水涂层2，该疏水涂层2为呈超疏水状态的超疏水涂层。由此，通过采用常温可自干的疏水性纳米涂料，保证疏水涂层2在常温干燥5～10分钟之后能够达到表干或实干，降低了疏水涂层2的干燥要求，同时在疏水涂层2表干或实干后，无需等待疏水涂层2冷却，便可直接进行下一步工艺处理，缩短了基材1表面处理的总时长，提高生产效率。

S3：清除疏水涂层2表面的残留物；

具体地，采用无纺布抹去疏水涂层2表面的残留物。在清除疏水涂层2表面的残留物之后，疏水涂层2的水接触角为130～150度，这样，使得疏水涂层2表面呈超疏水状态，提高疏水效果，保证疏水涂层2表面不易沾附油污，利于降低用户清洗油污的难度，同时可避免残留物影响下一步的工艺处理，进而避免影响亲水凸起结构3的形成。

S4：采用高压无气静电喷涂设备将亲水涂料均匀喷涂于疏水涂层2表面；

具体地，亲水涂料为粘度为28～30s、固含量为10～12％的亲水涂料为有色或无色的纳米亲水涂料。在静电压为60～70KV、雾化气压为0.5～0.6Mpa的条件下，采用高压无气静电喷涂设备将纳米亲水涂料均匀喷涂于已表干或实干的疏水涂层2表面，这样，在静电压为60～70KV，雾化气压为0.5～0.6Mpa的条件下，使得纳米亲水涂料的喷出气压为0.3～0.4Mpa，保证在喷涂过程中，施工安全可靠，纳米亲水涂料的雾化效果好，浪费量低。此外，通过在疏水涂层2已表干或实干之后再喷涂亲水涂料，可避免纳米亲水涂料与疏水涂层表面2发生反应，提高基材表面处理效果。

喷涂时，纳米亲水涂料在高压无气静电喷涂设备作用下发生雾化，经高压雾化的纳米亲水涂料通过静电作用均匀吸附于疏水涂层2表面，由于疏水涂层2表面呈疏水状态，纳米亲水涂料会形成珠状，并形成避雷针式的极性，后续的带高压静电纳米亲水涂料粒子会继续堆积成纳米级的亲水凸起结构3。

S5：疏水涂层2表面的亲水涂料干燥后形成间隔布置的若干亲水凸起结构3。

具体地，在纳米亲水涂料均匀喷涂于疏水涂层2表面之后，置于100～200℃烘箱中烘烤10～30分钟，待冷却后形成间隔布置的若干亲水凸起结构3，这样，在疏水涂层2表面形成了均匀间隔布置的若干亲水凸起结构3，该亲水凸起结构3的表面呈超亲水状态。另外，由于疏水涂层2低于亲水凸起结构3，使得基材表面形成了凹凸结构，并且在凹凸结构作用下，亲水凸起结构3不会因其表面是亲水涂层而呈亲水状态，反而呈现出水接触角大于150度的超疏水状态。

可见，本实施例的一种基材表面处理方法，通过先在基材1表面制作疏水涂层2，然后在疏水涂层2表面通过高压无气静电喷涂方式制作间隔布置的若干亲水凸起结构3，使得基材1表面形成了微米级的凹凸结构，并利用超亲水超疏水原理，使经处理基材1表面不易沾附，即使沾附，会在凹凸结构的凹位形成油污空气泡，使得油污与经处理基材1表面的附着面积减少，达到不用任何清洁剂，只用湿布便可轻易把油污清洁干净，提升用户体验。

在本实施例中，凹凸结构的凹位具体指多个相邻亲水凸起结构3所围成的空间，凹凸结构的凸位具体指亲水凸起结构3。

优选地，所述亲水涂料为有色或无色的水性无机硅纳米亲水涂料。在本实施例中，所述基材优选为不锈钢，所述亲水涂料优选为无色的水性无机硅纳米亲水涂料，所述疏水涂料优选为无色的疏水性纳米涂料，这样，保证疏水涂层2和亲水凸起结构3呈透明色，能够保留不锈钢高档本色。

优选地，所述亲水涂料的粘度为28～30s，且其喷涂时间为3～4s，这样，可保证所形成的亲水凸起结构3具有一定大小和高度，并且保证亲水凸起结构3能达到水接触角大于150度的表面效果，提高疏水性能。

如图2所示，更优选地，在步骤S5中，所述亲水凸起结构3的最大直径D为3～15微米，且所述亲水凸起结构3的高度H为3～15微米，相邻两个所述亲水凸起结构3的间距L为5～20微米，这样，根据超亲超疏水原理，由于表面能的作用，小粒径油污42会聚集在亲水凸起结构3表面，大粒径油污41会被相邻的多个亲水凸起结构3架起，在位于大粒径油污41下方的表面凹位形成油污空气泡，并且由于凹位超疏水表面及空气反压力的存在，此油污空气泡并不会随着油污的增加而轻易破裂，即便破裂，也很快形成新的油污空气泡。由于油污空气泡的存在，使油污与表面的附着面积大量减少，并且由于与油污接触的凸位为亲水凸起结构3，当用湿布抹擦表面油污时，水能从凹位的超疏水界面进入油污并接触超亲水的亲水凸起结构3表面底部，从而实现不使用任何清洁剂，只用水就能轻易把油污抹除干净。

在实施例中，所述纳米亲水涂料的固含量为11.5％，粘度(涂4杯)为28s。高压无气静电喷涂设备的静电压为65KV，雾化气压为0.5Mpa，纳米亲水涂料的喷出气压为0.4Mpa。当喷涂时间为2s时，亲水凸起结构3的水接触角为146度；当喷涂时间为3s时，亲水凸起结构3的水接触角为155度；当喷涂时间为4s时，亲水凸起结构3的水接触角为157度；当喷涂时间为5s时，亲水凸起结构3的水接触角为23度。

实施例2

本实施例与实施例1的不同点在于，所述纳米亲水涂料的固含量和/或粘度(涂4杯)不同，所形成的亲水凸起结构3的尺寸和/或水接触角不同。

在实施例中，高压无气静电喷涂设备的静电压为65KV，雾化气压为0.5Mpa，纳米亲水涂料的喷出气压为0.4Mpa。所述纳米亲水涂料的固含量为11.5％，粘度(涂4杯)为29s。当喷涂时间为2s时，亲水凸起结构3的水接触角为145度；当喷涂时间为3s时，亲水凸起结构3的水接触角为158度；当喷涂时间为4s时，亲水凸起结构3的水接触角为163度；当喷涂时间为5s时，亲水凸起结构3的水接触角为20度。

实施例3

在实施例中，高压无气静电喷涂设备的静电压为65KV，雾化气压为0.5Mpa，纳米亲水涂料的喷出气压为0.4Mpa。所述纳米亲水涂料的固含量为11.5％，粘度(涂4杯)为30s。当喷涂时间为2s时，亲水凸起结构3的水接触角为141度；当喷涂时间为3s时，亲水凸起结构3的水接触角为155度；当喷涂时间为4s时，亲水凸起结构3的水接触角为162度；当喷涂时间为5s时，亲水凸起结构3的水接触角为18度。

比较例1

本实施例与实施例1的不同点在于，所述纳米亲水涂料的粘度(涂4杯)不同。具体地，所述纳米亲水涂料的粘度为31s，其它部分均与实施例1相同。

比较例2

本实施例与实施例1的不同点在于，所述纳米亲水涂料的粘度(涂4杯)不同。具体地，所述纳米亲水涂料的粘度为27s，其它部分均与实施例1相同。

实施例1～3以及比较例1～2中亲水凸起结构3的水接触角测试结果如下表1所示。

表1

由表1可看出，本发明产品与现有产品(比较例1和2)相比，在亲水涂料粘度为28～30s，喷涂时间为3～4s时,所形成亲水凸起结构3的水接触角才能达到大于150度的表面效果，有效保证亲水凸起结构3的水接触角大于疏水突出2的水接触角，从而使得亲水凸起结构3表面不会因是超亲水涂层而呈超亲水状态。当经处理基材1表面存在油污，不使用任务清洁剂，只用水就能轻易把油污抹除干净。

经处理基材1表面的去污性能测试方法：

(1)样品制作：选用20cm×20cm大小的不锈钢板，按照如实施例1所述的基材表面处理方法，先清洁不锈钢板，然后在洁净的不锈钢板表面制作疏水涂层2，待疏水涂层2表干或实干后，再在疏水涂层表面通过高压无气静电喷涂方式制作间隔布置的若干亲水凸起结构3，烘干冷却备用。在样品制作过程中，高压无气静电喷涂设备的静电压为65KV，雾化气压为0.5Mpa；亲水涂料的喷出气压为0.4Mpa，固含量为11.5％，且亲水涂料的粘度和喷涂时间为变量。每个样品为三份。

(2)人工油污制作：按照GB9985-2000《手洗餐具用洗涤剂》中附录B去污力的测定的“1.4.1人工污垢的制备”的方法来制备人工油污。

(3)涂污：先对样品进行称重m₀，再取定量人工油污均匀涂覆于样品表面，烘干得到试样，称重m₀₁，备用。

(4)试验程序：以水为清洗介质，按照相同喷洗条件，通过喷洗设备开始喷洗提前准备好的试样；待喷洗完成后，烘干并称量m₂。

去污力计算公式为：

式中：m₀——涂污前样品的重量，g；

m₁——涂污后样品的重量，g；

m₂——冲洗后样品的重量，g。

实施例1～3以及比较例1～2中产品的平均去污力测试结果如下表2所示。

表2

表2中平均去污力为每个样品平行试验三次的去污力的平均值。由表2可看出，本发明产品与现有产品(比较例1和2)相比，当亲水涂料的粘度为28s～30s、喷涂时间为3～4s时,基材1表面的微米级凹凸结构的防油污粘附性能最佳，即油污在微米级凹凸结构上的沾附性能最差，这样，在不使用任务清洁剂的情况下，实现了只用水冲洗便可实现将油污冲洗干净，从而表明本专利产品只用湿布便可轻易把油污清洁干净，降低油污清洗难度，提升用户体验。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种基材表面处理方法，其特征在于，包括步骤：

S1：将疏水涂料均匀涂布于洁净的基材表面；

S2：基材表面的疏水涂料干燥后形成膜状的疏水涂层；

S3：清除疏水涂层表面的残留物；

S4：采用高压无气静电喷涂设备将亲水涂料均匀喷涂于疏水涂层表面，所述高压无气静电喷涂设备的静电压为60～70KV，雾化气压为0.5～0.6Mpa，

所述亲水涂料的喷出气压为0.3～0.4Mpa，喷涂时间为3～4s，所述亲水涂料为有色或无色的纳米亲水涂料，所述纳米亲水涂料的粘度为28～30s、固含量为10～12%；

S5：疏水涂层表面的亲水涂料在100～200℃烘烤10～30分钟，冷却后形成间隔布置的若干亲水凸起结构，所述亲水凸起结构的最大直径D为3～15微米，且所述亲水凸起结构的高度H为3～15微米，相邻两个所述亲水凸起结构的间距L为5～20微米。

2.根据权利要求1所述的一种基材表面处理方法，其特征在于，所述纳米亲水涂料为水性无机硅纳米亲水涂料。

3.根据权利要求1所述的一种基材表面处理方法，其特征在于，所述亲水凸起结构的水接触角大于150度。

4.根据权利要求1所述的一种基材表面处理方法，其特征在于，在步骤S3中，在清除疏水涂层表面的残留物之后，所述疏水涂层的水接触角为130～150度。

5.根据权利要求1所述的一种基材表面处理方法，其特征在于，在步骤S1中，所述疏水涂料为有色或无色的疏水性纳米涂料。

6.根据权利要求1所述的一种基材表面处理方法，其特征在于，在步骤S2中，所述基材表面的疏水涂料的干燥条件为：常温干燥5～10分钟。