CN111995908A - 用于不锈钢炒锅的纳米级涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于不锈钢炒锅的纳米级涂层，原料包括以下按质量份数计的成分：醋酸正丁酯40‑55份、乙酸丁酸纤维素10‑20份、质量浓度为20‑35％的聚硅氮烷溶液10‑20份、聚醚改性聚硅氧烷1‑6份、3‑氨丙基三乙氧基硅烷0.5‑2份、热塑性丙烯酸酯1‑6份、纳米氧化铝溶胶5‑10份。本发明所述纳米级涂层具有优异的耐刮擦能力和耐用性，且其附着力、硬度、疏水性、耐污染性以及耐高温抗黄变性能均得到显著提升，能够长期承受高温和水蒸汽同时存在的环境的破坏，从而显著提高不锈钢炒锅的使用性能和寿命。

Description

用于不锈钢炒锅的纳米级涂层
技术领域
本发明属于厨房电器技术领域，具体涉及用于不锈钢炒锅的纳米级涂层。
背景技术
如今，随着科技的进步和发展，人们在进行实物烹饪时有了更多的选择。有明火加热、电磁感应加热、微波加热、红外光波加热等，不同的加热方式带给食物的口感和营养价值也不尽相同。例如，炒锅主要用作煎或炒食物，但也可以用作蒸、炖、炸等其他不同的烹饪方法。而炒锅在烹饪结束后，其内腔残留的油脂和污物清洁麻烦，尤其在局部位置出现高温碳化，给用户带来极大的不便，体验感较差。
市场上的炒锅常采用不锈钢材质，一方面是因为食品级不锈钢外观给人以健康安全的启示，另一方面不锈钢的高耐蚀性具有很高的可靠性。因此，针对不锈钢内腔的易清洁性被作为长期以来的研究重点，在不与食品直接接触的应用场景中，不锈钢表面的易清洁研究已经比较成熟，利用氟化学不沾原理很容易实现，如在售的3M公司的 ECC-8010；但在直接与食品接触的领域，同时有高温环境和水蒸汽存在的苛刻条件下，现有涂层不太适用，无法长期承受高温和水蒸汽同时存在的环境的破坏。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供用于不锈钢炒锅的纳米级涂层，解决现有不锈钢炒锅的涂层不太适用于高温和水蒸汽同时存在的环境，影响不锈钢炒锅的使用性能等问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
用于不锈钢炒锅的纳米级涂层，原料包括以下按质量份数计的成分：醋酸正丁酯40-55份、乙酸丁酸纤维素10-20份、质量浓度为 20-35％的聚硅氮烷溶液10-20份、聚醚改性聚硅氧烷1-6份、3-氨丙基三乙氧基硅烷0.5-2份、热塑性丙烯酸酯1-6份、纳米氧化铝溶胶5-10份。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
优选的，用于不锈钢炒锅的纳米级涂层，原料包括以下按质量份数计的成分：醋酸正丁酯45-50份、乙酸丁酸纤维素16-20份、质量浓度为25-35％的聚硅氮烷溶液13-27份、聚醚改性聚硅氧烷2.5-4 份、3-氨丙基三乙氧基硅烷1-2份、热塑性丙烯酸酯2.5-4份、纳米氧化铝溶胶6.5-10份。
进一步，所述纳米级涂层的厚度为0.5-3μm。
进一步，所述纳米级涂层的厚度为0.5-1μm。
其中，所述聚硅氮烷溶液的溶剂为二丁醚、甲苯和二甲苯中的一种或一种以上的组合。
其中，所述纳米氧化铝溶胶中的氧化铝粒径为5-10nm。
本发明的有益效果是：本发明所述纳米级涂层具有优异的耐刮擦能力和耐用性，且其附着力、硬度、疏水性、耐污染性以及耐高温抗黄变性能均得到显著提升，能够长期承受高温和水蒸汽同时存在的环境的破坏，从而显著提高不锈钢炒锅的使用性能和寿命。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
用于不锈钢炒锅的纳米级涂层，原料包括以下按质量份数计的成分：醋酸正丁酯40-55份、乙酸丁酸纤维素10-20份、质量浓度为 20-35％的聚硅氮烷溶液10-20份、聚醚改性聚硅氧烷1-6份、3-氨丙基三乙氧基硅烷0.5-2份、热塑性丙烯酸酯1-6份、纳米氧化铝溶胶5-10份。
优选的，用于不锈钢炒锅的纳米级涂层，原料包括以下按质量份数计的成分：醋酸正丁酯45-50份、乙酸丁酸纤维素16-20份、质量浓度为25-35％的聚硅氮烷溶液13-27份、聚醚改性聚硅氧烷2.5-4 份、3-氨丙基三乙氧基硅烷1-2份、热塑性丙烯酸酯2.5-4份、纳米氧化铝溶胶6.5-10份。
其中，所述纳米级涂层的厚度为0.5-3μm。
优选的，所述纳米级涂层的厚度为0.5-1μm。
其中，聚硅氮烷为主树脂，用于固化成膜。本发明所述聚硅氮烷溶液的溶剂为二丁醚、甲苯和二甲苯中的一种或一种以上的组合，且质量浓度为20-35％的聚硅氮烷溶液的质量份数为10-20份。主要是因为当聚硅氮烷含量过少时，形成的纳米级涂层致密度不够，耐高温抗黄变性能变差，同时硬度也较低；当聚硅氮烷含量过多时，成膜后脆性增大，对附着力和长期耐污染性能有不良影响。
醋酸正丁酯是优良的有机溶剂，用于溶解和分散主树脂与各组分。
乙酸丁酸纤维素作为流变改性剂，用于调整体系粘度，增加流平性。
普通的聚硅氧烷由于表面能较低、疏水性强，与其它有机物的互溶性差，在水相体系中的应用效果特别差。聚醚改性聚硅氧烷由于引入了亲水性聚醚链段，因而能在水中分散、乳化，乳化稳定高，而且具有逆溶性。通过亲水性聚醚的接枝改性，可赋予聚硅氧烷以水溶性，使其既具有传统聚硅氧烷的耐高低温、抗老化、低表面张力等优异功能，又具有润滑、柔软、良好的铺展性和乳化稳定性。本发明通过添加聚醚改性聚硅氧烷降低表面能，提高疏水角。
所述聚醚改性聚硅氧烷的质量份数为1-6份时，随着其加入量的增加，所述纳米级涂层的疏水性先越来越好，再越来越差。所述聚醚改性聚硅氧烷的质量份数优选为2.5-4份。
3-氨丙基三乙氧基硅烷作为附着力促进剂，用于增加所述纳米级涂层的附着力。本发明所述3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量份数为 0.5-2份时，随着其加入量的增加，所述纳米级涂层的附着力越来越好，在加入量为2份时，所述纳米级涂层的附着力达到最好，继续增加加入量，对所述纳米级涂层的附着力没有影响，反而造成资源的浪费。所述3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量份数优选为1-2份。
热塑性丙烯酸酯用于增加体系的柔性。
所述纳米氧化铝溶胶中的氧化铝粒径为5-10nm。本发明通过添加纳米氧化铝溶胶显著提高所述纳米级涂层的硬度、耐刮擦能力和耐用性。
上述纳米级涂层的原料各成分之间相互作用，使得到的纳米级涂层具有高附着力、硬度和耐磨性以及优异的耐高温抗黄变性能，又具备疏水疏油的特性，能够长期承受高温和水蒸汽同时存在的环境的破坏。同时，所述纳米级涂层在不锈钢炒锅上形成致密的保护膜，有效防止氧气与不锈钢接触，起到抗氧化作用。
所述纳米级涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将热塑性丙烯酸酯与部分醋酸正丁酯混合，得到初混物；
(2)将乙酸丁酸纤维素与剩余的醋酸正丁酯混合，再加入步骤 (1)中得到的初混物，充分搅拌直到完全溶解，得到混合液；
(3)将步骤(2)中得到的混合液与质量浓度为20-35％的聚硅氮烷溶液、聚醚改性聚硅氧烷混合，并搅拌使其充分混合，然后加入 3-氨丙基三乙氧基硅烷和纳米氧化铝溶胶，混合均匀，得到涂覆液；
(4)使用碱性溶液清洗不锈钢炒锅，然后水洗干燥；
(5)将步骤(3)得到的涂覆液均匀涂覆在步骤(4)干燥后的不锈钢炒锅上，然后表干；
(6)将步骤(5)中的不锈钢炒锅于300-450℃下固化20-45min，得到用于不锈钢炒锅的纳米级涂层。
固化时间短，成膜不够致密，耐高温性能、硬度和附着力均变差；当固化时间较长时，对膜性能的影响不大，但是会增加能耗，所以本发明选择于300-450℃固化，既保证纳米级涂层的性能，又避免了能耗的较大损失；固化温度过高，成膜反应速度过快，可能由于聚合交联过度形成的结构无序性增强，变得脆性，最终表现为使用时纳米级涂层容易开裂；固化温度过低，则无法提供足够的反应活化能，无法成膜或成膜后的缺陷增多，耐高温抗黄变性不能满足要求。
对比例1
市售不锈钢炒锅的涂层。
表1
Figure RE-GDA0002733986270000051
Figure RE-GDA0002733986270000061
实施例1-4的纳米级涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将热塑性丙烯酸酯与部分醋酸正丁酯混合，得到初混物；
(2)将乙酸丁酸纤维素与剩余的醋酸正丁酯混合，再加入步骤 (1)中得到的初混物，充分搅拌直到完全溶解，得到混合液；
(3)将步骤(2)中得到的混合液与质量浓度为20-35％的聚硅氮烷溶液、聚醚改性聚硅氧烷混合，并搅拌15分钟使其充分混合，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷和纳米氧化铝溶胶，混合均匀，得到涂覆液；
(4)使用碱性溶液清洗不锈钢炒锅，然后水洗干燥；
(5)将步骤(3)得到的涂覆液均匀涂覆在步骤(4)干燥后的不锈钢炒锅上，然后表干；
(6)将步骤(5)中的不锈钢炒锅于400℃下固化30min，得到用于不锈钢炒锅的纳米级涂层，且所述纳米级涂层的厚度为1μm。
表1中的实施例1-4均为本发明的实施例，对比例1是现有市售产品且为本发明的对比例，并分别对实施例1-4和对比例1的涂层进行性能测试，测试结果见下表3。
性能检测方法及标准如下：
附着力：按照《GB/T 9286-1998》标准测定；
硬度：按照《GB/T 6739-2006》标准测定：
水接触角：通过接触角测量仪进行测定；
耐污染性：用油性记号笔画在涂层表面上并静置2min，拿纸巾用手在表面施加一定的垂直作用力进行擦拭，观察笔迹残留情况；表 2为耐污染性的评价标准；
表2
感觉力度 擦拭力度 油性笔笔迹 耐污染性等级
轻轻擦拭，无需用力 ＜1.0kg 无残留 优秀
稍加力度擦拭 1-1.5kg 无残留 良好
用力擦拭 1.5-5kg 无残留 合格
用力擦拭 1.5-5kg 有残留 不合格
耐高温抗黄变性能：将样品在高温炉中350℃烘烤2h，待样品冷却室温后进行判定，一般烘烤后表面偏黑、偏红、偏黄，即ΔL<0，Δa>0，Δb>0，根据目视判定结果满足要求时，色差ΔE<5(整体色差)，Δb<2(偏黄程度)。即ΔE<5且Δb<2时,耐高温黄变性能优异；否则视为耐高温黄变性能不好。
表3
项目 附着力 硬度 水接触角 耐污染性 耐高温抗黄变性能
实施例1 0 8H 112° 优秀 优异
实施例2 0 8H 113° 优秀 优异
实施例3 0 8H 118° 优秀 优异
实施例4 0 8H 110° 优秀 优异
对比例1 1 6H 102° 合格 不好
参见表3，根据对实施例1-4和对比例1测试数据的分析可知，实施例4在疏水性方面的技术效果是4组实施例中最差的。然而，通过对实施例4和对比例1的测试数据对比可知，实施例4的技术方案无论在附着力、硬度等方面，还是在疏水性、耐污染性以及耐高温抗黄变性能等方面，均明显优于对比例1。因此，可以确定本发明技术方案具有明显优于对比例1的技术效果，本发明优选方案的技术效果更佳。采用本发明技术方案制备的纳米级涂层在附着力、硬度、疏水性、耐污染性以及耐高温抗黄变性能等方面都有显著的提升，能够有效解决现有技术中存在的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.用于不锈钢炒锅的纳米级涂层，其特征在于，原料包括以下按质量份数计的成分：醋酸正丁酯40-55份、乙酸丁酸纤维素10-20份、质量浓度为20-35％的聚硅氮烷溶液10-20份、聚醚改性聚硅氧烷1-6份、3-氨丙基三乙氧基硅烷0.5-2份、热塑性丙烯酸酯1-6份、纳米氧化铝溶胶5-10份。
2.根据权利要求1所述的纳米级涂层，其特征在于，用于不锈钢炒锅的纳米级涂层，原料包括以下按质量份数计的成分：醋酸正丁酯45-50份、乙酸丁酸纤维素16-20份、质量浓度为25-35％的聚硅氮烷溶液13-27份、聚醚改性聚硅氧烷2.5-4份、3-氨丙基三乙氧基硅烷1-2份、热塑性丙烯酸酯2.5-4份、纳米氧化铝溶胶6.5-10份。
3.根据权利要求1所述的纳米级涂层，其特征在于，所述纳米级涂层的厚度为0.5-3μm。
4.根据权利要求1所述的纳米级涂层，其特征在于，所述纳米级涂层的厚度为0.5-1μm。
5.根据权利要求1所述的纳米级涂层，其特征在于，所述聚硅氮烷溶液的溶剂为二丁醚、甲苯和二甲苯中的一种或一种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的纳米级涂层，其特征在于，所述纳米氧化铝溶胶中的氧化铝粒径为5-10nm。
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