CN112337769A - 一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层，由以下重量份数的原料制成：无定形酚酞聚芳醚腈酮树脂80～110份、无机填料2～3份、偶联剂1～3份、润湿剂1～2份、混合溶剂70‑100份。且通过硅烷偶联剂对酚酞聚芳醚腈酮树脂改性，增强了其与金属基体表面附着力，提高了不粘涂层整体的耐磨性、耐高温和强度等性能；通过钛酸酯润湿剂改善了无机填料在酚酞聚芳醚腈酮树脂中的分散性，避免无机填料团聚现象的发生，分散性良好地无机填料再次提高了酚酞聚芳醚腈酮涂层的耐磨、抗氧化、抗划伤等性能。因此，本发明制备的高耐热的不粘涂层不含氟、耐高温、耐磨耐刮，用于茶叶机械符合“安全、健康、节能、绿色、环保”要求。
Description
技术领域
本发明属于高分子涂料领域，具体地，涉及一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层。
背景技术
不粘涂料的开发迄今已经有30余年的历史，30多年来虽然开发了多种用于涂覆不粘涂层的涂料，市场用于制作食品加工机械的不粘涂层的材质主要为一种名为“特氟龙”的涂料，这种物质是含氟树脂的总称，包括聚四氟乙烯(PEFT)、聚全氟乙丙烯及各种含氟共聚物，具有摩擦系数小，不吸水，不粘，不燃，耐气候性好，使用温度范围宽和介电性能优异等特点。但是，这种材料也存在许多的缺陷。聚四氟乙烯涂层的硬度低、耐温差，容易脱落和损坏，由其制作的食品加工机械使用过程中不能使用硬度大的辅助器具，使用温度一般不能超过250℃，否则都会影响机械的使用寿命。2004年出现的“特氟龙安全事件”让美国杜邦公司遭受3亿美元的巨额罚款，从而引起了社会各界对“特氟龙”安全应用的关注。因此，氟碳涂料整个行业发展存在着潜在的危机，寻找综合性能比氟碳涂料好的，且环保无毒，又符合食品加工机械使用习惯的涂料已成为各涂料产商、科研界日益关注的焦点。
目前，市场上也出现了一些环保新型涂料如陶瓷涂料、钛合金涂料，但是陶瓷涂料通常存在导热率差、已碎的缺点，钛合金涂料又存在生产成本较高，不易推广的缺点。授权号为CN104257249B公开了一种金属陶瓷耐磨涂层不粘锅的制备方法，首先对锅的内表面进行抛砂或喷砂粗化处理，使其呈现凹凸不平的凸起结构，再将石墨粉配置成浆料，涂覆在锅底内表面，最后将水合二氧化钛和石墨粉的混合粉体浆料在惰性气氛中，以激光作为热源在基体表面辐照形成熔池，在锅底基体的内表面上生成碳化钛金属陶瓷涂层。其存在着因表面处理不善影响后续的涂覆和熔池效果，成本较高的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层，利用了酚酞聚芳醚腈酮的化学介质性较强、耐温性能好等优点，通过无机填料碳化硅、氮化硅、润湿剂、偶联剂的加入，进一步提高酚酞聚芳醚腈酮涂层的机械强度和耐磨性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层由以下重量原料制成：
无定形酚酞聚芳醚腈酮树脂80～110份、无机填料2～3份、偶联剂1～3份、润湿剂1～2份、混合溶剂70-100份；
该茶叶机械用高耐热的不粘涂层的制备方法包括如下步骤：
步骤1：将20～30重量份硅酸钠、15～20重量份柠檬酸钠、15～20重量份磷酸二氢钠、15～20重量份柠檬酸脂肪酸甘油酯、和500～700重量份去离子水混合，得到混合液A；
步骤2：将茶叶机械金属基体放入混合液A中超声振荡处理后，移入50℃的热水中超声波振荡洗涤30～60min；
步骤3：将无定形酚酞聚芳醚腈酮加入混合溶剂中，搅拌速度400r/min，直至溶液澄清，得溶液B；
步骤4：将无机填料、润湿剂加入混合溶剂中，搅拌速度400r/min，搅拌4～6h，得溶液C；
步骤5：将溶液C在搅拌的状态下加入溶液B，再加入偶联剂，搅拌速度400r/min，搅拌均匀，50℃～90℃反应0.5～2h；
步骤6：将步骤5所得物喷涂于茶叶机械金属基体表面，得一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层。
进一步地，步骤2所述的混合溶液A中超声振荡处理温度为60～95℃，时间为70min。
进一步地，步骤3所述的混合溶剂为二甲苯，N,N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃按任意比的混合物。
进一步地，步骤4所述的无机填料为纳米碳化硅与氮化硅的混合物，且碳化硅与氮化硅的粒径为50nm、30nm，优先地，碳化硅与氮化硅的质量比为3:2。碳化硅与氮化硅作为耐磨填料，增强了茶叶机械涂层的漆膜强度，且提高了其耐高温、耐磨、抗氧化、抗划伤等综合性能。
进一步地，步骤4所述的润湿剂为二异丙基二丙烯酰钛酸酯。二异丙基二丙烯酰钛酸酯可以用于无机填料表面改性，钛酸酯上所含有的双键和羟基增加了无机填料表面和树脂材料的界面结合力，同时，由于表面钛酸酯电性互斥作用，避免无机填料团聚现象的发生，使得无机填料更加均匀的分散在无定形酚酞聚芳醚腈酮树脂中，并且通过钛酸酯的偶联作用，使其与茶叶机械金属基体的结合更加牢固，进一步提高了不粘涂层整体的耐磨性、耐高温和强度等性能。
进一步地，步骤5所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。硅烷偶联剂KH-550与酚酞聚芳醚腈酮发生接枝反应，形成共聚物，增加聚芳醚腈酮的分子量，并破坏酚酞聚芳醚腈酮分子的卷曲结构，减小分子链间距离，既可以进一步提高耐热性，又使得有机溶剂分子无法渗入其中，增加稳定性，可以与金属底材表面以强化学键的形式连接起来，大大提供了涂层的附着力，再次提高了不粘涂层整体的耐磨性、耐高温和强度等性能。
进一步地，步骤6所述的喷涂电流为250～400A，喷距150～250mm。
本发明的有益效果：
本发明采用在茶叶机械基体表面喷涂酚酞聚芳醚腈酮形成一种高耐热的不粘涂层，一方面发挥酚酞聚芳醚腈酮化学介质性较强，仅溶于非质子极性溶剂和卤代烃，玻璃化温度较高，耐温性能好等优点，另一方面通过无机填料碳化硅、氮化硅的添加，提高了酚酞聚芳醚腈酮涂层的耐磨、抗氧化、抗划伤等性能；其次，利用钛酸酯润湿剂改善无机填料在酚酞聚芳醚腈酮树脂中的分散性，防止无机填料的团聚，综合提高了不粘涂层整体的耐磨性、耐高温和强度等性能；最后利用硅烷偶联剂对聚芳醚腈酮改性，增强了其与金属基体表面附着力，提高了酚酞聚芳醚腈酮涂层的耐磨性。因此，本发明制备的高耐热的不粘涂层不含氟、耐高温、耐磨耐刮，用于茶叶机械符合“安全、健康、节能、绿色、环保”要求。且本发明工艺简单、成本较低。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施案例1：
一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层由以下重量原料制成：
无定形酚酞聚芳醚腈酮树脂100份、无机填料2份、硅烷偶联剂(KH-550)2份、二异丙基二丙烯酰钛酸酯2份、混合溶剂100份；
该茶叶机械用高耐热的不粘涂层的制备方法包括如下步骤：
步骤1：将30重量份硅酸钠、20重量份柠檬酸钠、20重量份磷酸二氢钠、20重量份柠檬酸脂肪酸甘油酯、和700重量份去离子水混合，得到混合液A；
步骤2：将茶叶机械金属基体放入80℃的混合液A中超声振荡处理70min后，移入50℃的热水中超声波振荡洗涤60min；
步骤3：将无定形酚酞聚芳醚腈酮加入混合溶剂中，搅拌速度400r/min，直至溶液澄清，得溶液B，混合溶剂为二甲苯，N,N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃按照质量比为4:1混合的混合物；
步骤4：将无机填料、二异丙基二丙烯酰钛酸酯加入混合溶剂中，为促进二异丙基二丙烯酰钛酸酯与无机填料反应，避免无机填料团聚现象的发生，搅拌速度400r/min，搅拌6h，得溶液C，无机填料为纳米碳化硅与氮化硅的混合物，且碳化硅与氮化硅的粒径为50nm、30nm，按照质量比为1:1混合的混合物；
步骤5：将溶液C在搅拌的状态下加入溶液B，再加入硅烷偶联剂KH-550，为促进硅烷偶联剂KH-550与酚酞聚芳醚腈酮发生接枝反应，搅拌速度400r/min，搅拌均匀，90℃反应2h；
步骤6：将步骤5所得物在喷涂电流为250A，喷距150mm条件下喷涂于茶叶机械金属基体表面，得一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层。
实施案例2：
一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层由以下重量原料制成：
无定形酚酞聚芳醚腈酮树脂100份、无机填料2份、硅烷偶联剂(KH-550)2份、二异丙基二丙烯酰钛酸酯2份、混合溶剂100份；
该茶叶机械用高耐热的不粘涂层的制备方法包括如下步骤：
步骤1：将30重量份硅酸钠、20重量份柠檬酸钠、20重量份磷酸二氢钠、20重量份柠檬酸脂肪酸甘油酯、和700重量份去离子水混合，得到混合液A；
步骤2：将茶叶机械金属基体放入80℃的混合液A中超声振荡处理70min后，移入50℃的热水中超声波振荡洗涤60min；
步骤3：将无定形酚酞聚芳醚腈酮加入混合溶剂中，搅拌速度400r/min，直至溶液澄清，得溶液B，混合溶剂为二甲苯，N,N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃按照质量比为4:1混合的混合物；
步骤4：将无机填料、二异丙基二丙烯酰钛酸酯加混合溶剂中，为促进二异丙基二丙烯酰钛酸酯与无机填料反应，避免无机填料团聚现象的发生，搅拌速度400r/min，搅拌6h，得溶液C，无机填料为纳米碳化硅与氮化硅的混合物，且碳化硅与氮化硅的粒径为50nm、30nm，按照质量比为3:2混合的混合物；
步骤5：将溶液C在搅拌的状态下加入溶液B，再加入硅烷偶联剂KH-550，为促进硅烷偶联剂KH-550与酚酞聚芳醚腈酮发生接枝反应，搅拌速度400r/min，搅拌均匀，90℃反应2h；
步骤6：将步骤5所得物在喷涂电流为250A，喷距150mm条件下喷涂于茶叶机械金属基体表面，得一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层。
实施案例3：
一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层由以下重量原料制成：
无定形酚酞聚芳醚腈酮树脂100份、无机填料2份、硅烷偶联剂(KH-550)2份、二异丙基二丙烯酰钛酸酯2份、混合溶剂100份；
该茶叶机械用高耐热的不粘涂层的制备方法包括如下步骤：
步骤1：将30重量份硅酸钠、20重量份柠檬酸钠、20重量份磷酸二氢钠、20重量份柠檬酸脂肪酸甘油酯、和700重量份去离子水混合，得到混合液A；
步骤2：将茶叶机械金属基体放入80℃的混合液A中超声振荡处理70min后，移入50℃的热水中超声波振荡洗涤60min；
步骤3：将无定形酚酞聚芳醚腈酮加入混合溶剂中，搅拌速度400r/min，直至溶液澄清，得溶液B，混合溶剂为二甲苯，N,N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃按照质量比为4:1混合的混合物；
步骤4：将无机填料、二异丙基二丙烯酰钛酸酯加入混合溶剂中，为促进二异丙基二丙烯酰钛酸酯与无机填料反应，避免无机填料团聚现象的发生，搅拌速度400r/min，搅拌6h，得溶液C，无机填料为纳米碳化硅与氮化硅的混合物，且碳化硅与氮化硅的粒径为50nm、30nm，按照质量比为1:2混合的混合物；
步骤5：将溶液C在搅拌的状态下加入溶液B，再加入硅烷偶联剂KH-550，为促进硅烷偶联剂KH-550与酚酞聚芳醚腈酮发生接枝反应，搅拌速度400r/min，搅拌均匀，90℃反应2h；
步骤6：将步骤5所得物在喷涂电流为250A，喷距150mm条件下喷涂于茶叶机械金属基体表面，得一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层。
对比例：
一种茶叶机械用的不粘涂层由以下重量原料制成：
无定形酚酞聚芳醚腈酮树脂100份、硅烷偶联剂(KH-550)2份、混合溶剂100份；
该茶叶机械用的不粘涂层的制备方法包括如下步骤：
步骤1：将30重量份硅酸钠、20重量份柠檬酸钠、20重量份磷酸二氢钠、20重量份柠檬酸脂肪酸甘油酯、和700重量份去离子水混合，得到混合液A；
步骤2：将茶叶机械金属基体放入80℃的混合液A中超声振荡处理70min后，移入50℃的热水中超声波振荡洗涤60min；
步骤3：将无定形酚酞聚芳醚腈酮加入混合溶剂中，搅拌速度400r/min，直至溶液澄清，得溶液B，混合溶剂为二甲苯，N,N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃按照质量比为4:1混合的混合物；
步骤4：向溶液B加入2质量份的硅烷偶联剂KH-550，为促进硅烷偶联剂KH-550与酚酞聚芳醚腈酮发生接枝反应，搅拌速度400r/min，搅拌均匀，90℃反应2h；
步骤5：将步骤4所得物在喷涂电流为250A，喷距150mm条件下喷涂于茶叶机械金属基体表面，得一种茶叶机械用的不粘涂层。
对上述实施案例1-3、对比例制备的不粘涂层进行性能测试，其中耐磨性测试为统一在250g砝码下砂轮打磨200圈失重结果，热稳定性测试为梅特勒公司的同步热分析仪TGA/DSC1在空气氛下，其5％热失重温度结果。测试结果如表1所示。
表1实施例1-3所得不粘涂层性能测试结果
从表1数据可以看出，实施案例1-3耐热性、硬度及耐磨性能比对比例性能好，说明本发明提供的一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层耐高温、耐磨耐刮；实施案例1-3的数据对比，可知实施案例2所得一种茶叶机温耐热不粘涂层各项性能优于实施案例1、3，说明了本发明无机填料碳化硅与氮化硅优选质量比为3:2。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所述本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层，其特征在于，由以下重量份原料制成：
无定形酚酞聚芳醚腈酮树脂80～110份、无机填料2～3份、偶联剂1～3份、润湿剂1～2份、混合溶剂70～100份；
该茶叶机械用高耐热的不粘涂层的制备方法包括如下步骤：
步骤1：将20～30重量份硅酸钠、15～20重量份柠檬酸钠、15～20重量份磷酸二氢钠、15～20重量份柠檬酸脂肪酸甘油酯、和500～700重量份去离子水混合，得到混合液A；
步骤2：将茶叶机械金属基体放入混合溶A中超声振荡处理后，移入50℃的热水中超声波振荡洗涤30～60min；
步骤3：将无定形酚酞聚芳醚腈酮加入的混合溶剂中，搅拌速度400r/min，直至溶液澄清，得溶液B；
步骤4：将无机填料、润湿剂加入的混合溶剂中，搅拌速度400r/min,搅拌4～6h，得溶液C；
步骤5：将溶液C在搅拌的状态下加入溶液B，再加入偶联剂，搅拌速度400r/min，搅拌均匀，50℃～90℃反应0.5～2h；
步骤6：将步骤5所得物喷涂于茶叶机械金属基体表面，得一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层。
2.根据权利要求1所述的一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层，其特征在于，步骤2所述的混合溶液A中超声振荡处理温度为60～95℃，时间为70min。
3.根据权利要求1所述的一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层，其特征在于，步骤3所述的混合溶剂为二甲苯，N,N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃按任意比的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层，其特征在于，步骤4所述的无机填料为纳米碳化硅与氮化硅的混合物，且碳化硅与氮化硅的粒径为50nm、30nm，优先地，碳化硅与氮化硅的质量比为3:2。
5.根据权利要求1所述的一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层，其特征在于，步骤4所述的润湿剂为二异丙基二丙烯酰钛酸酯。
6.根据权利要求1所述的一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层，其特征在于，步骤5所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。
7.根据权利要求1所述的一种茶叶机械用高耐热的不粘涂层，其特征在于，步骤6所述的喷涂电流为250～400A，喷距150～250mm。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210209 |