CN112724825A - 一种用于烟草机械的食品级不粘涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于烟草机械的食品级不粘涂料及其制备方法，属于烟草机械领域。包括以下重量百分比的组分：有机硅树脂40‑65wt％、聚酰亚胺5‑15wt％、环氧树脂5‑15wt％、填料5‑15wt％、偶联剂0.5‑2%、有机溶剂5‑15wt％。本发明采用有机硅树脂、聚酰亚胺和环氧树脂作为基础组分制备得到的涂层具有优异的耐磨性能、耐高温性能和不粘性能，并且涂层的硬度高、附着力好。

Description

一种用于烟草机械的食品级不粘涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于烟草机械的食品级不粘涂料及其制备方法，属于烟草机械领域。
背景技术
在国内打叶复烤厂和卷烟厂等相关烟草加工环节，需要对烟叶、烟丝、烟梗等物料进行打叶分离、烘干打捆、真空回潮、烘丝、切丝、物料掺配、贮存醇化、卷接胶粘、包装运输等处理。
烟叶本身成分复杂，其含有复杂的化合物成分，例如烟草氨基酸、烟草蛋白质、生物碱、焦油、天然香料及无机化合物等。而且在加工过程中为了完善口感，又添加了各类添加剂，例如保润剂、酸味剂、调味剂、矫味剂、助燃剂、防霉剂。上述原因导致在烟草加工中物料的析出物成分复杂。物料污渍为弱酸性，主要组成包括粉末状的叶梗，糖类，可可粉，香精香料，油脂，焦油，尼古丁碱。香精香料的参考成份如下：焦麦芽醇、枫槭酮、 乙酸呋喃酮酯、异丁酸呋喃酮酯、草莓酸麦芽酚酯、乙基浆果酮 、丁酰浆果酮、焦炔糠酸内酯、枫槭内酯、环己基吡嗪、香荚兰内酯 、奶油酯、可可素、巧克力醛、dl-乳酸薄荷酯、 l-乳酸薄荷酯、单琥珀酸薄荷酯 、L-2-吡咯烷酮-5-羧酸薄荷酯 、 L-薄荷酮甘油缩酮、 薄荷衍生物-AGA、 乙酰丙酸薄荷酯等。
物料污渍极易导致烟草设备的粘料，腐蚀等现象，会造成能源浪费，同时影响设备生产工艺参数的稳定。上述问题，一直为困扰烟草加工行业的难题。
在烟草机械上的涂层使用不粘涂料，可以有效避免物料粘污的问题。另外烟草复烤机，需要长期在250℃，烘丝环节采用过热蒸汽，长期在180度以上，高温管式膨胀烘丝机长期工作温度在360度以上，甚至更高温度下工作，所以需要不粘涂层能长期耐高温环境。
多年来虽然开发了多种用于涂覆不粘涂层的涂料， 但其主要成分大多仍是聚四氟乙烯 (PTFE) 为主要成分的高分子材料。聚四氟乙烯是由四氟乙烯共聚而成的全氟代聚合物。 聚四氟乙烯具有结晶度高，分子量大，分子中没有支链， 氟原子紧密排布在 C-C 骨架的周围， C-F 键能高和氟原子对主链起屏蔽作用等结构特点， 这些特点决定了其具有摩擦系数小，不吸水，不粘油， 使用温度范围宽和介电性能优异等特点。 但是聚四氟乙烯价格昂贵， 而且存在施工时对底材的处理要求严格、加工性能差、硬度低和不溶于常用溶剂等缺点， 从而限制了它的应用。聚四氟乙烯由全氟辛酸化合物 ( 例如全氟辛酸胺 ) 制备得到， 因此难以避免地聚四氟乙烯乳液中含有全氟辛酸杂质。而全氟辛酸被认为是对人身体有害的物质。
有机硅树脂中具有 -Si-O-Si- 结构， 显示出优良的耐候性、抗玷污性和化学稳定等性能， 适合用于作为不粘涂料成分使用。 但是纯有机硅树脂耐高温性能差， 同时与金属材料的附着力差， 机械强度不高。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题， 本发明的目的在于提供一种用于烟草机械的食品级不粘涂料。
本发明的不粘涂料组合物制备的不粘涂层与金属基体具有优异的附着能力，并且耐高温和耐摩擦性能优异。
为了实现上述目的， 本发明采用了以下技术方案 ：一种用于烟草机械的食品级不粘涂料，包括以下重量百分比的组分 ： 有机硅树脂 40-65wt％、聚酰亚胺 5-15wt％、环氧树脂 5-15wt％、填料 5-15wt％、偶联剂0.5-2%、有机溶剂 5-15wt％。
作为优选地， 所述用于烟草机械的食品级不粘涂料， 包括以下重量百分比的组分 ：有机硅树脂 50-55wt％、 聚酰亚胺 6-12wt％、 环氧树脂 6-12wt％、填料 10-15wt％、偶联剂0.5-1%、有机溶剂 7-12wt％。
所述的有机硅树脂通常是由甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的各种混合物在有机溶剂如甲苯中较低温度下水解，得到酸性水解物， 然后经水洗除去酸， 加热或在催化剂存在下缩聚而成。
本发明所述的填料为二氧化钛或二氧化硅、氧化铝、碳化硅等。使用无机填料能够进一步提高不粘涂层的硬度、耐磨擦能力。选择上述比例无机填料， 既能够保证提高不粘涂层的硬度和耐摩擦能力，又不降低不粘涂层的不粘特性， 能够保证涂层具有很低的摩擦系数。所述填料粒径为 20-100nm。
所述有机溶剂可以是正丁醇、 醋酸丁酯、环己酮等，或者它们的混合物。
除了上述组分以外，本发明的不粘涂料组合物中还可以包含常规用于制备涂料组合物的添加剂和颜料。 使用的添加剂如抗氧化剂、 流平剂 、分散剂等。
本发明的不粘涂料组合物可以用于铝或铝基合金、 铁基合金、 不锈钢或镍基金属表面， 以及镀锌、 镀铝的钢板以及不锈钢表面。 金属表面在涂覆前应当进行脱脂除油处理，可以使用任何已知的方法进行脱脂， 例如在酸性、碱性或有机溶剂中进行脱脂，另外为了进一步提高粘附力，可以对金属表面进行粗糙化处理， 例如喷砂或打磨， 然而这些步骤并非必须的。 所述的不粘涂料组合物可以通过常规的涂覆方法涂覆到金属表面， 例如可以使用刷涂、喷涂等方法， 涂覆后对涂层进行烘烤， 温度优选为 100-300℃之间。
本发明的不粘涂料的制备方法如下：
先将环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺、偶联剂、偶联剂和有机溶剂投入反应釜内搅拌；在搅拌情况下投入填料，搅拌均匀，得到所述用于烟草机械的食品级不粘涂料。
另一方面，本发明还提供一种用于烟草机械的不粘涂层，所述涂层由本发明的涂料组合物涂覆在烟草机械表面，然后烘干而得到。
本发明的涂层的厚度在 10±200μ m 之间。 优选地，所述涂层在30-100μm。
本发明的第三方面提供一种本发明所述的涂层的制备方法， 其包括如下步骤 ：
(1) 将本发明所述的组合物进行研磨混合，得到混合物，必要时可以添加稀释剂，调整到可以喷涂的粘度；
(2) 将所述步骤 (1) 得到的混合物涂覆到烟草机械表面后，100-300℃下进行烘干， 得到所述涂层。
所述的烟草机械材质可以为铝或铝基合金、 铁基合金、 铜基合金、不锈钢或镍基金属， 以及镀锌、 镀铝的钢板。
所述的烟草机械为打叶机、复烤机、润叶机、流化床、计量管、输送机、贮柜、薄板烘丝机、高温管式膨胀烘丝机、加香机、加料机、切丝机、真空回潮机、周转箱、卷烟接装机、卷烟机胶缸、卷烟机烟枪、包装机胶缸或供丝管道。
本发明采用有机硅树脂、聚酰亚胺和环氧树脂作为基础组分制备得到的涂层具有优异的耐磨性能、耐高温性能和不粘性能， 并且涂层的硬度高、附着力好。
有机硅树脂具有优良的耐化学性、耐热性、和不粘性能，采用有机硅树脂作为基础树脂，提供了良好的不粘性能。但是优越的不粘性能造成与金属基材粘合不良。本发明采用两种粘合剂，环氧树脂和聚酰亚胺，来解决这个问题。聚酰亚胺耐高温达400°C以上，长期使用温度范围-200～300°C，保证了涂层的耐高温性能。本发明所得涂层具有良好的耐高温性能，与基材粘附牢固。
本发明采用了一定比例的无机材料，既降低了成本，还提高了涂层的硬度，耐冲击刮擦能力。
本发明不粘涂料不含有聚四氟乙烯， 更加健康安全。 不含卤代烃、苯、甲苯、二甲苯、甲醛及其重金属铅、镉、铬、汞的化合物， 其重金属和有害物质含量符合 ROHS 指令和标准， 属于绿色环保产品。
具体实施方式
一种用于烟草机械的食品级不粘涂料，包括以下重量百分比的组分 ： 有机硅树脂 40-65wt％、 聚酰亚胺 5-15wt％、 环氧树脂 5-15wt％、填料 5-15wt％、偶联剂0.5-2%、有机溶剂 5-15wt％。
作为优选地， 所述用于烟草机械的不粘涂料， 包括以下重量百分比的组分 ：有机硅树脂 50-55wt％、 聚酰亚胺 6-12wt％、 环氧树脂 6-12wt％、填料 10-15wt％、偶联剂0.5-1%、有机溶剂 7-12wt％。
本发明所述的有机硅树脂可以是信越公司的 KR211、信越公司的 KR255、道康宁公司的 233、道康宁公司的 249中的一种或者两种以上。
所述的聚酰亚胺可以采用日本三井化学的PL450A，或者采用聚酰亚胺的先驱体聚酰胺酸。聚酰胺酸在涂料组合物中，可以部分、完全或者尚未转化成聚酰亚胺。它通常在固化涂层时转化为聚酰亚胺。
所述聚酰胺酸树脂由二酸酐和二胺化合物聚合得到， 所述二酸酐选自均苯四酸二酐， 3， 3’， 4， 4’- 苯酮四羧酸二酐， 3， 3’， 4， 4’- 联苯四羧酸二酐或其组合 ；所述二胺化合物选自间苯二胺、 对苯二胺、 二胺基二苯醚、 二胺基二苯砜或其组合。
所述的聚酰胺酸树脂的分子量和粘度没有具体限制，只要其粘着性达到所需要求即可。
环氧树脂可以采用广州维立纳化工有限公司的602或604环氧树脂。
填料是不粘涂料的重要组成部分，具有补强作用，提高涂膜的附着力、硬度、耐冲击等性能。
偶联剂采用硅烷偶联剂。
实施例 1聚酰胺酸的合成
将 50克 的二胺基二苯醚及 400克的 N- 甲基吡咯烷酮混合，搅拌溶解以后， 再加入80克的 3， 3’， 4， 4’苯酮四羧酸二酐 (BTDA)， 待 3， 3， 4， 4’苯酮四羧酸二酐完全溶解与二胺基二苯醚反应完后， 再继续搅拌 3小时，即可得到一黄褐色的粘稠物聚酰胺酸树脂。
实施例2
将15g602环氧树脂、40g有机硅树脂、15g聚酰亚胺、0 .5g硅烷偶联剂投入反应器内，开动搅拌，转速应控制在500-800RPM。在搅拌情况下 ，再投入15g二氧化硅填料、15g正丁醇，搅拌均匀得到所述用于烟草机械的食品级不粘涂料。
涂料样品由通标标准技术服务（上海）有限公司检测，综合采用ICP、UV、GC-MS等方法，最后发现，镉、铅汞、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚、邻苯二甲酸酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯和邻苯二甲酸二异丁酯未测出，测试结果符合欧盟RoHS指令2011/65/EU附录II的修正指令（EU）2015/863的限值要求。
基体选择304不锈钢， 不锈钢基体经过碱洗脱脂并清洗干燥后， 采用空气喷涂的方法在不锈钢基体上喷涂所述不粘涂料组合物， 喷涂的工艺参数为 ：喷涂压力为0.2-0.3MPa、喷涂距离为20-30cm、喷涂厚度为20-30μm，250℃干燥10分钟。
实施例3
将5g602环氧树脂、65g有机硅树脂、5g聚酰亚胺、2g硅烷偶联剂投入反应器内，开动搅拌，转速应控制在500-800RPM。在搅拌情况下 ，再投入5g二氧化钛填料、5g环己酮，搅拌均匀得到所述用于烟草机械的食品级不粘涂料 。
基体选择304不锈钢，不锈钢基体经过碱洗脱脂并清洗干燥后，采用空气喷涂的方法在不锈钢基体上喷涂所述不粘涂料组合物， 喷涂的工艺参数为：喷涂压力为0.2-0.3MPa、喷涂距离为20-30cm、喷涂厚度为20-30μm，250℃干燥10分钟。
实施例4
将10g604环氧树脂、50g有机硅树脂、10g聚酰亚胺、2g硅烷偶联剂投入反应器内，开动搅拌，转速应控制在500-800RPM。在搅拌情况下，再投入10g二氧化钛填料、10g环己酮，搅拌均匀得到所述用于烟草机械的食品级不粘涂料 。
基体选择304不锈钢，不锈钢基体经过碱洗脱脂并清洗干燥后，采用空气喷涂的方法在不锈钢基体上喷涂所述不粘涂料组合物，喷涂的工艺参数为：喷涂压力为0.2-0.3MPa、喷涂距离为20-30cm、喷涂厚度为20-30μm，250℃干燥10分钟。
实施例5
将12g602环氧树脂、50g有机硅树脂、6g聚酰亚胺、1g硅烷偶联剂投入反应器内，开动搅拌，转速应控制在500-800RPM。在搅拌情况下 ，再投入10g三氧化二铝填料、7g醋酸丁酯，搅拌均匀得到所述用于烟草机械的食品级不粘涂料 。
基体选择304不锈钢，不锈钢基体经过碱洗脱脂并清洗干燥后，采用空气喷涂的方法在不锈钢基体上喷涂所述不粘涂料组合物，喷涂的工艺参数为：喷涂压力为0.2-0.3MPa、喷涂距离为20-30cm、喷涂厚度为20-30μm，250℃干燥10分钟。
实施例6
将6g604环氧树脂、55g有机硅树脂、12g聚酰亚胺、1g硅烷偶联剂投入反应器内，开动搅拌，转速应控制在500-800RPM。在搅拌情况下，再投入15g三氧化二铝填料、12g醋酸丁酯，搅拌均匀得到所述用于烟草机械的食品级不粘涂料 。
基体选择304不锈钢，不锈钢基体经过碱洗脱脂并清洗干燥后，采用空气喷涂的方法在不锈钢基体上喷涂所述不粘涂料组合物，喷涂的工艺参数为：喷涂压力为0.2-0.3MPa、喷涂距离为20-30cm、喷涂厚度为20-30μm，250℃干燥10分钟。
实施例7
将8g604环氧树脂、52g有机硅树脂、7g聚酰胺酸、1g硅烷偶联剂投入反应器内，开动搅拌，转速应控制在500-800RPM。在搅拌情况下，再投入12g二氧化硅填料、10g醋酸丁酯，搅拌均匀得到所述用于烟草机械的食品级不粘涂料 。
基体选择304不锈钢，不锈钢基体经过碱洗脱脂并清洗干燥后，采用空气喷涂的方法在不锈钢基体上喷涂所述不粘涂料组合物，喷涂的工艺参数为：喷涂压力为0.2-0.3MPa、喷涂距离为20-30cm、喷涂厚度为20-30μm，250℃干燥10分钟。
实施例 2-7 所得到的不粘涂层， 测试表明其摩擦系数低于 0.1， 对大多数油污均具有不粘性， 而且涂层表面易清洁。 涂层的硬度 (GB/T6739-2006)、 附着力(GB/T9286-1998)、耐磨性(GB/T1768-2006) 和耐高温结果显示在表1 中。
表 1
硬度 附着力 耐磨性 耐高温
实施例2 6H 0 6538次 300℃100小时，无龟裂脱落
实施例3 5H 0 6236次 300℃100小时，无龟裂脱落
实施例4 5H 0 6139次 300℃100小时，无龟裂脱落
实施例5 5H 0 6242次 300℃100小时，无龟裂脱落
实施例6 6H 0 6545次 300℃100小时，无龟裂脱落
实施例7 5H 0 6354次 300℃100小时，无龟裂脱落

Claims (10)

1.一种用于烟草机械的食品级不粘涂料，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：有机硅树脂 40-65wt％、 聚酰亚胺 5-15wt％、 环氧树脂 5-15wt％、填料 5-15wt％、偶联剂0.5-2%、有机溶剂 5-15wt％。
2.根据权利要求1所述的用于烟草机械的食品级不粘涂料，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：有机硅树脂 50-55wt％、 聚酰亚胺 6-12wt％、 环氧树脂 6-12wt％、填料10-15wt％、偶联剂0.5-1%、有机溶剂 7-12wt％。
3.根据权利要求1所述的用于烟草机械的食品级不粘涂料，其特征在于，所述的填料为二氧化钛或二氧化硅、氧化铝、碳化硅。
4.根据权利要求3所述的用于烟草机械的食品级不粘涂料，其特征在于，所述填料粒径为 20-100nm。
5.根据权利要求1所述的用于烟草机械的食品级不粘涂料，其特征在于，所述有机溶剂是正丁醇、 醋酸丁酯、环己酮，或者它们的混合物。
6.根据权利要求1所述的用于烟草机械的食品级不粘涂料，其特征在于，还包含添加剂和颜料。
7.权利要求1所述的用于烟草机械的食品级不粘涂料的制备方法，其特征在于：
先将环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺、偶联剂、偶联剂和有机溶剂投入反应釜内搅拌；在搅拌情况下投入填料，搅拌均匀，得到所述用于烟草机械的食品级不粘涂料。
8.一种烟草机械的不粘涂层， 所述涂层由权利要求1-6任一项所述的不粘涂料涂覆在烟草机械表面，然后烘干而得到。
9.根据权利要求8所述的烟草机械的不粘涂层，其特征在于，所述的烟草机械材质为铝或铝基合金、 铁基合金、铜基合金、不锈钢或镍基金属、镀锌的钢板。
10.根据权利要求8所述的烟草机械的不粘涂层，其特征在于，所述的烟草机械为打叶机、复烤机、润叶机、流化床、计量管、输送机、贮柜、薄板烘丝机、高温管式膨胀烘丝机、加香机、加料机、切丝机、真空回潮机、周转箱、卷烟接装机、卷烟机胶缸、卷烟机烟枪、包装机胶缸或供丝管道。
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