CN112961546B - 一种用于不粘锅的复合涂层及其制备方法 - Google Patents

一种用于不粘锅的复合涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于不粘锅的复合涂层的制备方法，其包括以下步骤：S1：将铝基不粘锅基体内表面进行预处理；S2：将一定量的以下原料：碳化钛、钾长石、煅烧高岭土、磁石、氧化锆、硼砂、纳米碳酸钙、凹土粉、硅微粉和去离子水，搅拌混合均匀后，均匀喷涂在铝基不粘锅基体内表面上；烘干烧结得到搪瓷涂层；S3：向改性四氟乙烯聚合物中加入环氧基丙烯酸酯和丙烯酸甲酯，混合搅拌，再加入结构式I所示的化合物和引发剂，喷涂在搪瓷涂层上，分步反应烧结后得到所述用于不粘锅的复合涂层。本发明制备得到的复合涂层，不仅与不粘锅基体具有优异的结合力，而且涂层表面具有强热稳定性、强化学稳定性及高耐磨性等性能。

Description

一种用于不粘锅的复合涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及不粘锅的技术领域，尤其涉及一种用于不粘锅的复合涂层及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的日益提高，对厨房用具的要求越来原高。抗粘涂层由于有良好的抗粘性能和易清洗的特点,广泛应用于电饭煲、不粘锅、油烟机和燃气灶等日常厨具,深受广大消费者的青睐。
现有技术的铝基不粘锅搪瓷涂层，烧结温度高、成品率低，烧结质量差；搪瓷涂层的耐高温性能和耐腐蚀性能差，与锅体的结合牢度低，容易脱落，造成锅体重金属在高温条件下析出，严重威胁人们的食品健康安全。以PTFE为代表的全氟聚合物由于具有异乎寻常的低表面能和化学、热稳定性, 用它们制成的抗粘涂层比其他材料更适合于厨具应用,因而成为厨具抗粘涂料的主流。但是，上述不粘涂层在长期使用过程中容易损坏脱落，导致其不粘性能大大降低。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种用于不粘锅的复合涂层及其制备方法，以解决现有铝基不粘锅复合涂层与基体结合力低，涂层表面热稳定性、化学稳定性及耐磨性等性能差的综合问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于不粘锅的复合涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1：将铝基不粘锅基体内表面进行脱脂和喷砂预处理；
S2：将一定量的以下原料：碳化钛、钾长石、煅烧高岭土、磁石、氧化锆、硼砂、纳米碳酸钙、凹土粉、硅微粉和去离子水，搅拌混合均匀后，均匀喷涂在铝基不粘锅基体内表面上；烘干后进行烧结操作，得到搪瓷涂层；
S3：向100份改性四氟乙烯聚合物中加入一定量的环氧基丙烯酸酯和丙烯酸甲酯，混合搅拌0.5～1.5h，再加入结构式I所示的化合物和0.1～0.5份引发剂，喷涂在步骤S2得到的搪瓷涂层上，在170～220℃的温度下反应0.5h～1.5h，然后在380～420℃的温度下再烧结0.5h；得到所述用于不粘锅的复合涂层，
Figure 945333DEST_PATH_IMAGE001
结构式I
式中，R为十二氟庚基丙基。
改性四氟乙烯聚合物溶胀在环氧基丙烯酸酯和丙烯酸甲酯中，然后与加入的结构式I所示的化合物在引发剂的作用下，分步进行交联反应，得到具有互穿网络结构的全氟聚合物。该具有互穿网络结构的全氟聚合物是由两种不同熔融温度的聚合物制备得到，不仅有利于高温烧结过程中使得面层更加致密，而且互穿网络结构的特性，使得不粘锅涂层具有优异耐热、耐化学和耐磨性能。结构式I所示的化合物为笼型聚倍半硅氧烷聚合物，通过七个硅原子连接的丰富的全氟官能团，使得不粘涂层的抗粘性能更加优异，同时由于结构式I所示的化合物所带的一定量活性官能团环氧基团，使得面层聚合物更加牢固结合在搪瓷涂层上。所述结构式I所示的化合物以十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷与丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷为原料，通过两步水解反应得到。
优选地，在步骤S2中，所述原料的重量份数为：8.5～9份碳化钛、2.5～5.5份钾长石、1.5～3.5份煅烧高岭土、0.2～0.7份磁石、1.2～1.4份氧化锆、1～2份硼砂、1～2份纳米碳酸钙、1～2份凹土粉、4～5份硅微粉和15～30份去离子水。
优选地，在步骤S2中，所述搪瓷涂层的烧结温度为510～550℃，烧结时间为0.2～1h。
优选地，所述改性四氟乙烯聚合物为全氟乙基乙烯基醚、偏氟乙烯和四氟乙烯的共聚物。
优选地，所述全氟乙基乙烯基醚、偏氟乙烯和四氟乙烯的质量比为15～20：1～10：50～60。
优选地，所述结构式I所示的化合物、环氧基丙烯酸酯和丙烯酸甲酯的质量比为80～120：5～10：5～10。
优选地，所述环氧基丙烯酸酯为2,3-环氧丙基丙烯酸酯或4-(2-环氧乙烷基甲氧基)丁基丙烯酸酯。
优选地，所述引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮异丁氰基甲酰胺中的至少一种。
本发明的另外一个方面是提供一种用于不粘锅的复合涂层，所述复合涂层采用如上述的用于不粘锅的复合涂层的制备方法制备得到。
本发明的有益效果：
本发明制备得到的用于不粘锅的复合涂层，在潮湿或者酸碱的环境中，也能长时间的使用，提高了铝基不粘锅搪瓷涂层的耐高温和耐腐蚀性能，减缓锅体搪瓷涂层在高温和酸碱溶液的作用下产生涂层脱落的现象，同时使其具有硬度较高、耐磨性能较佳、导热性能好及具备较佳不粘性能的搪瓷夹层不粘锅。另外，互穿网络结构的全氟聚合物表面涂层则进一步提高了不粘锅涂层的耐磨性、耐热性和和耐化学性等力学性能和化学性能，并使得不粘锅涂层具有致密性好，表面光泽等突出优势。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
本实施例的用于不粘锅的复合涂层的制备方法，其包括以下步骤：
S1：将铝基不粘锅基体内表面进行脱脂和喷砂预处理；
S2：按重量份计，称取以下原料：8.5份碳化钛、2.5份钾长石、1.5份煅烧高岭土、0.2份磁石、1.2份氧化锆、1份硼砂、1份纳米碳酸钙、1份凹土粉、4份硅微粉和15份去离子水，搅拌混合均匀后，均匀喷涂在铝基不粘锅基体内表面上；烘干后进行烧结操作，烧结温度为510℃，烧结时间为0.2h，得到搪瓷涂层；
S3：向100份改性四氟乙烯聚合物中加入5份2,3-环氧丙基丙烯酸酯和5份丙烯酸甲酯，混合搅拌0.5h，再加入80份结构式I所示的化合物和0.1份偶氮二异丁脒盐酸盐，喷涂在步骤S2得到的搪瓷涂层上，在180℃的温度下反应0.5h，然后在400℃的温度下再烧结0.5h；得到所述用于不粘锅的复合涂层，
Figure 340542DEST_PATH_IMAGE001
结构式I
式中，R为十二氟庚基丙基。
所述改性四氟乙烯聚合物为全氟乙基乙烯基醚、偏氟乙烯和四氟乙烯的共聚物。所述全氟乙基乙烯基醚、偏氟乙烯和四氟乙烯的质量比为15：1：50。
实施例2
本实施例的用于不粘锅的复合涂层的制备方法，其包括以下步骤：
S1：将铝基不粘锅基体内表面进行脱脂和喷砂预处理；
S2：按重量份计，称取以下原料：8.8份碳化钛、4.2份钾长石、2.5份煅烧高岭土、0.4份磁石、1.3份氧化锆、1.5份硼砂、1.5份纳米碳酸钙、1.5份凹土粉、4.5份硅微粉和22份去离子水，搅拌混合均匀后，均匀喷涂在铝基不粘锅基体内表面上；烘干后进行烧结操作，烧结温度为5350℃，烧结时间为0.61h，得到搪瓷涂层；
S3：向100份改性四氟乙烯聚合物中加入8份2,3-环氧丙基丙烯酸酯和7份丙烯酸甲酯，混合搅拌15h，再加入100份结构式I所示的化合物（同实施例1）和0.3份偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，喷涂在步骤S2得到的搪瓷涂层上，在1920℃的温度下反应1h，然后在410℃的温度下再烧结0.5h；得到所述用于不粘锅的复合涂层。
所述改性四氟乙烯聚合物为全氟乙基乙烯基醚、偏氟乙烯和四氟乙烯的共聚物。所述全氟乙基乙烯基醚、偏氟乙烯和四氟乙烯的质量比为20：7：55。
实施例3
本实施例的用于不粘锅的复合涂层的制备方法，其包括以下步骤：
S1：将铝基不粘锅基体内表面进行脱脂和喷砂预处理；
S2：按重量份计，称取以下原料：9份碳化钛、5.5份钾长石、3.5份煅烧高岭土、0.7份磁石、1.4份氧化锆、2份硼砂、2份纳米碳酸钙、2份凹土粉、5份硅微粉和30份去离子水，搅拌混合均匀后，均匀喷涂在铝基不粘锅基体内表面上；烘干后进行烧结操作，烧结温度为550℃，烧结时间为1h，得到搪瓷涂层；
S3：向100份改性四氟乙烯聚合物中加入10份4-(2-环氧乙烷基甲氧基)丁基丙烯酸酯和10份丙烯酸甲酯，混合搅拌1.5h，再加入120份结构式I所示的化合物（同实施例1）和0.5份偶氮异丁氰基甲酰胺，喷涂在步骤S2得到的搪瓷涂层上，在220℃的温度下反应1.5h，然后在420℃的温度下再烧结0.5h；得到所述用于不粘锅的复合涂层。
所述改性四氟乙烯聚合物为全氟乙基乙烯基醚、偏氟乙烯和四氟乙烯的共聚物。所述全氟乙基乙烯基醚、偏氟乙烯和四氟乙烯的质量比为20：7：60。
将实施例1～3制备得到的用于不粘锅的复合涂层进行性能测试，其性能结果如表1所示：
表1
实施例1 实施例2 实施例3 测试方法
附着力 0级 0级 0级 GB9286-1998
硬度 6H 6H 6H GB/T6739-1996
耐冲击性（Kg.cm） ≧250 ≧250 ≧250 GB1732-93
耐磨性（250g砝码下砂轮打磨200圈后失重） ≤0.0025g ≤0.0025g ≤0.0025g GB/T1768-1979
热稳定性（℃） ≧650 ≧650 ≧650 GB/T1735-2009
耐盐雾 220h无锈迹和附着力损失 220h无锈迹和附着力损失 220h无锈迹和附着力损失 ASTMB-177
水接触角，° ≧105 ≧105 ≧105
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种用于不粘锅的复合涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1：将铝基不粘锅基体内表面进行脱脂和喷砂预处理；
S2：将一定量的以下原料：碳化钛、钾长石、煅烧高岭土、磁石、氧化锆、硼砂、纳米碳酸钙、凹土粉、硅微粉和去离子水，搅拌混合均匀后，均匀喷涂在铝基不粘锅基体内表面上；烘干后进行烧结操作，得到搪瓷涂层；
S3：向100份改性四氟乙烯聚合物中加入一定量的环氧基丙烯酸酯和丙烯酸甲酯，混合搅拌0.5～1.5h，再加入结构式I所示的化合物和0.1～0.5份引发剂，喷涂在步骤S2得到的搪瓷涂层上，在170～220℃的温度下反应0.5h～1.5h，然后在380～420℃的温度下再烧结0.5h；得到所述用于不粘锅的复合涂层，
Figure 55248DEST_PATH_IMAGE001
结构式I式中，R为十二氟庚基丙基；
所述改性四氟乙烯聚合物为全氟乙基乙烯基醚、偏氟乙烯和四氟乙烯的共聚物；环氧基丙烯酸酯为2,3-环氧丙基丙烯酸酯或4-(2-环氧乙烷基甲氧基)丁基丙烯酸酯；所述全氟乙基乙烯基醚、偏氟乙烯和四氟乙烯的质量比为15～20：1～10：50～60；所述结构式I所示的化合物、环氧基丙烯酸酯和丙烯酸甲酯的质量比为80～120：5～10：5～10。
2.如权利要求1所述的用于不粘锅的复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述原料的重量份数为：8.5～9份碳化钛、2.5～5.5份钾长石、1.5～3.5份煅烧高岭土、0.2～0.7份磁石、1.2～1.4份氧化锆、1～2份硼砂、1～2份纳米碳酸钙、1～2份凹土粉、4～5份硅微粉和15～30份去离子水。
3.如权利要求1所述的用于不粘锅的复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述搪瓷涂层的烧结温度为510～550℃，烧结时间为0.2～1h。
4.如权利要求1所述的用于不粘锅的复合涂层的制备方法，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮异丁氰基甲酰胺中的至少一种。
5.一种用于不粘锅的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层采用如权利要求1～4任一项所述的用于不粘锅的复合涂层的制备方法制备得到。
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