CN113214718B - 一种耐磨涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

一种耐磨涂层及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本申请涉及不粘锅涂层制备的技术领域，更具体地说，它涉及一种耐磨涂层及其制备方法和应用。一种耐磨涂层，由包含以下重量份的原料制成：60‑80份有机硅环氧树脂、10‑20份甲苯二异氰酸酯、50‑70份β型碳化硅晶须、3‑6份碳纤维、10‑20份增强粉末、8‑10份改性分散剂以及1‑2份防刮助剂SC050；耐磨涂层的制备方法包括：（1）干混球磨得混合原始粉料；（2）湿混得混合原始浆料；（3）混合过滤得耐磨涂层原液；（4）保温固化得耐磨涂层。本申请的耐磨涂层可用于制备不粘锅，其具有减少不锈钢锅发生粘锅，提高涂层的耐磨性能的优点；另外，本申请的制备方法具有方便生产的优点。

Description

一种耐磨涂层及其制备方法和应用
技术领域
本申请涉及不粘锅涂层制备的技术领域，更具体地说，它涉及一种耐磨涂层及其制备方法和应用。
背景技术
现有锅具大多选择不锈钢作为基体，但是由于普通不锈钢本身性能的局限性，使得其在高温下强度和硬度下降，从而导致锅体表面易被刮擦，进而导致锅体易出现粘锅现象，给烹饪带来不便。
相关技术中，为了减少锅体出现粘锅的现象，通常是在锅体的内表面喷涂不粘涂层，进而将食物与锅体进行分隔。常见的不粘涂层有特氟龙涂层，特氟龙涂层是以聚四氟乙烯为基体树脂的氟涂料，其具有耐热性、化学惰性和优异的绝缘稳定性及低摩擦性，故广泛应用于不粘锅领域。
针对上述中的相关技术，发明人认为，由于现市场上出售使用的不粘锅涂层材料为50 年代应用的特氟龙材料，虽然其具有良好的不粘特性，但是其在使用过程中，存在耐磨性能较差的缺陷。
发明内容
为了提高涂层的耐磨性能，本申请提供一种耐磨涂层及其制备方法和应用。
本申请提供的一种耐磨涂层采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供一种耐磨涂料，采用如下的技术方案：
一种耐磨涂层，由包含以下重量份的原料制成：60-80份有机硅环氧树脂、10-20份甲苯二异氰酸酯、50-70份β型碳化硅晶须、3-6份碳纤维、10-20份增强粉末、8-10份改性分散剂以及1-2份防刮助剂SC050。
通过采用上述技术方案，由于采用β型碳化硅晶须以及碳纤维作为增强机体对改性有机硅环氧树脂进行补强，因此，获得提高涂层的耐磨性能的效果。
其中，β型碳化硅晶须的增强机理在于，β型碳化硅晶须为立方晶须，而立方晶须是已经合成出的晶须中硬度最高，模量最大，抗拉伸强度最大，耐热温度最高的晶须产品，其可分为α型和β型两种形式，其中β型性能优于α型，并具有更高的硬度，更好的韧性和导电性能，抗磨、耐高温，耐地震、耐腐蚀、耐辐射。
碳纤维的增强机理在于，碳纤维具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀的特点，且碳纤维的石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量，进而减少涂层出现磨损的可能性。
另外，由于采用甲苯二异氰酸酯作为固化剂，进而减少在喷涂过程中，涂层过快固化的可能性。而当需要固化涂层时，仅需要将涂层放入高温中烘烤，便可以得到涂层，使得对涂层的制备更为方便简单。且通过甲苯二异氰酸酯固化的涂层，具有良好的硬度，间接提高涂层的耐磨效果。
优选的，由包含以下重量份的原料制成：65-75份改性有机硅环氧树脂、13-17份甲苯二异氰酸酯、55-65份β型碳化硅晶须、4-5份碳纤维、13-17份增强粉末、8.5-9.5份改性分散剂以及1.3-1.7份防刮助剂。
通过采用上述技术方案，耐磨涂层在上述组合及重量份范围内使用时，不仅仅对耐磨涂层的耐磨性能有所提高，还促使耐磨涂层内的各组分相容性更为良好。
优选的，所述改性分散剂为分散剂BYK-161和塑化剂DOA中的一种或两种的组合物。
通过采用上述技术方案，由于采用BYK-161作为分散剂加入至涂层内，进而提高涂层内的各组分之间的相容性，而DOA作为增塑剂进行复制，也可以对涂层内的各组分的相容性进行部分提高，促使其可以对BYK-161进行部分替代，进而降低成本。另外，由于BYK-161和DOA均可以降低涂层的粘度，进而降低喷涂涂层的操作难度。
优选的，还包括1-2份消泡剂BYK-A530。
通过采用上述技术方案，在涂层内加入消泡剂BYK-A530，促使在涂层固化过程中，减少气泡的产生，进一步提高涂层的耐磨能力。
优选的，所述增强粉末为二氧化硅和氧化铝的一种或两种的组合物。
通过采用上述技术方案，二氧化硅以及氧化铝作为刚性填料可以对树脂进行补强，使得在使用涂层时，通过二氧化硅以及氢氧化铝的强度，间接减少涂层出现磨损的可能性。
另外，由于普通氧化铝易团聚，且与聚合物的相容性较差，其应用被限制。而在氧化铝表面包覆二氧化硅后，一方面二氧化硅的羟基基团对无机粒子起增容作用，另一方面二氧化硅也可做为耐磨材料增强聚合物涂层的耐磨性能。
优选的，所述增强粉末的中位粒径均介于0.1-10.0μm。
通过采用上述技术方案，由于采用该粒径范围内的原料进行涂层制备，使得增强粉末发生银纹-钉锚以及银纹-剪切带机理，促使增强粉末在界面上与环氧基团形成远大于范德华力的作用力，形成非常理想的界面，从而引发微裂缝，吸收能量，间接提高涂层的耐磨效果。
第二方面，本申请提供一种耐磨涂层的制备方法，采用如下的技术方案：
一种耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将β型碳化硅晶须、碳纤维以及增强粉末混合球磨得到原始混合粉料；
(2)将改性分散剂、防刮助剂、甲苯二异氰酸酯以及消泡剂依次加入至改性有机硅环氧树脂中，并均匀混合得到混合原始浆料；
(3)将原始混合粉料加入至混合原始浆料内混合并过滤得到耐磨涂层原液；
(4)将耐磨涂层原液喷涂至产品表面，随后在100-120℃的温度下保温2-3h，随后在150-180℃的温度下固化2-3h，得到耐磨涂层。
通过采用上述技术方案，通过对混合原始粉料以及混合原始浆料的分别制备并储藏，进而减少制备涂层的时间，提高生产效率。
而在制备耐磨涂层原液时，在混合后进行过滤，进而减少耐磨涂层原液中存在较大粒径的杂质的可能性，间接提高涂层的耐磨性能。
而在制备耐磨涂层时，首先在100-120℃的温度下保温2-3h，进而促使耐磨涂层可以稳定固化，减少耐磨涂层出现爆聚的可能性，间接提高耐磨涂层的耐磨性能。而之后再于150-180℃的温度下固化2-3h，促使耐磨涂层完全固化，进而提高耐磨涂层的硬度，提高耐磨涂层的耐磨效果。
优选的，(3)-(4)是于绝对真空度为97-100KPa的环境内进行。
通过采用上述技术方案，由于(3)-(4)是于绝对真空度为97-100KPa的环境内进行，使得在耐磨涂层制备过程中，可以将涂层内的气泡进行排出，减少涂层固化后内部存在孔洞的可能性，间接提高耐磨涂层的耐磨性能。
第三方面，本申请提供一种耐磨涂层的应用，采用如下的技术方案：
一种耐磨涂层的应用，将所述耐磨涂层喷涂在不锈钢锅的内表面，得到不粘锅。
通过采用上述技术方案，由于将耐磨涂层涂抹于不锈钢锅的内表面，使得耐磨涂层将食物与不锈钢锅进行分隔，进而减少不锈钢锅出现粘锅的可能性。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用β型碳化硅晶须以及碳纤维作为增强机体对改性有机硅环氧树脂进行补强，因此，获得提高涂层的耐磨性能的效果。
2、本申请的方法，通过采用对混合原始粉料以及混合原始浆料的分别制备并储藏，进而减少制备涂层的时间，获得了提高生产效率效果。
3、本申请的应用，通过采用将耐磨涂层涂抹于不锈钢锅的内表面的方式，使得耐磨涂层将食物与不锈钢锅进行分隔，因此获得了减少不锈钢锅出现粘锅的可能性的效果。
附图说明
图1是本申请的方法流程图。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请中各原料组分如表1
表1各原料组分的来源
原料 厂家
有机硅环氧树脂 东莞市建盟化学有限公司
甲苯二异氰酸酯 济南晶昊化工有限公司
β型碳化硅晶须 徐州捷创新材料科技有限公司
碳纤维 无锡威盛新材料科技有限公司
防刮助剂SC050 美国ACM-盖德化工
分散剂BYK-161 德国毕克化学
增塑剂DOA 上海昆瑞化工
消泡剂BYK-A530 德国毕克化学
二氧化硅 浙江宇达化工
氧化铝 杭州智钛净化科技有限公司
实施例
实施例1
一种耐磨涂层，由包含以下重量的原料制成：70g有机硅环氧树脂、15g甲苯二异氰酸酯、60g β型碳化硅晶须、4.5g碳纤维、9g改性分散剂、15g增强粉末、1.5g防刮助剂SC050以及1.5g 消泡剂BYK-A530。
改性分散机以下重量的原料制成：6g分散剂BYK-161以及3g塑化剂DOA。
增强粉末由以下重量的原料制成：7.5g二氧化硅以及7.5g氧化铝，且二氧化硅以及氧化铝的中位粒径均介于0.1-10.0μm。
耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将β型碳化硅晶须、碳纤维以及增强粉末投入至球磨机内，并在搅拌速度为800r/min 的条件下干混30min，得到原始混合粉料；
(2)将改性分散剂、防刮助剂、甲苯二异氰酸酯以及消泡剂依次加入至改性有机硅环氧树脂中，并在搅拌速度为500r/min的条件下湿混30min，得到混合原始浆料；
(3)将原始混合粉料加入至混合原始浆料内，并在绝对真空度为97-100KPa的环境下，以 500r/min的搅拌速度混合30min，随后在1250目的筛网的过滤下，得到耐磨涂层原液；
(4)将耐磨涂层原液喷涂至产品表面，随后在绝对真空度为97-100KPa的环境下，于110℃的温度下保温2.5h，随后在165℃的温度下固化2.5h，得到耐磨涂层。
耐磨涂层的应用，将耐磨涂层喷涂在不锈钢锅的内表面，得到不粘锅。
实施例2-5
与实施例1的不同之处在于，其原料各组分重量及其中位粒径不同，具体如表2和表3所示。
表2实施例1-5的各组分原料及其重量(g)
Figure BDA0002992521550000051
表3实施例1-5中的各原料组成及其中位粒径(μm)
Figure BDA0002992521550000052
Figure BDA0002992521550000061
实施例6
与实施例1的不同之处在于，改性分散剂中，将分散剂BYK-161替换成相同重量的塑化剂 DOA。
实施例7
与实施例1的不同之处在于，改性分散剂中，将塑化剂DOA替换成相同重量的分散剂 BYK-161。
实施例8
与实施例1的不同之处在于，不包括消泡剂BYK-A530。
实施例9
与实施例1的不同之处在于，增强粉末中，将二氧化硅替换成氧化铝。
实施例10
与实施例1的不同之处在于，增强粉末中，将氧化铝替换成二氧化硅。
实施例11
与实施例1的不同之处在于，二氧化硅以及氧化铝的中位粒径均为15μm。
实施例12
与实施例1的不同之处在于，(3)中不进行过滤。
实施例13
与实施例1的不同之处在于，(4)中，将耐磨涂层原液喷涂至产品表面，随后在100℃的温度下保温2h，随后在150℃的温度下固化2h，得到耐磨涂层。
实施例14
与实施例1的不同之处在于，(4)中，将耐磨涂层原液喷涂至产品表面，随后在120℃的温度下保温3h，随后在180℃的温度下固化3h，得到耐磨涂层。
实施例15
与实施例1的不同之处在于，(4)中，将耐磨涂层原液喷涂至产品表面，随后直接加热至 165℃固化3h得到耐磨涂层。
实施例16
与实施例1的不同之处在于，(3)-(4)是于常压环境内进行。
对比例
对比例1
与实施例1的不同之处在于，对比例1为背景技术中公开的特氟龙涂层。
对比例2
与实施例1的不同之处在于，不包括β型碳化硅晶须。
对比例3
与实施例1的不同之处在于，不包括碳纤维。
对比例4
与实施例1的不同之处在于，不包括二氧化硅以及氧化铝。
对比例5
与实施例1的不同之处在于，不包括分散剂BYK-161以及塑化剂DOA。
对比例6
与实施例1的不同之处在于，不包括防刮助剂SC050。
对比例7
与实施例1的不同之处在于，将消泡剂BYK-A530替换为相同重量的消泡剂BYK-141。
性能检测试验
试验方法
从实施例1-16和对比例1-6中分别取10个样品，随后在25℃的温度以及40％的湿度下，静置2h，随后对上述每份样品进行以下性能测试，并取平均值。
试验一、耐磨性能试验
参照《GB/T1768-1979漆膜耐磨性测定法》，将每份样本制作成规定尺寸的式样，随后对式样进行检测，并记录损失重量差。
试验二、硬度试验
参照《GB/T6739-1996漆膜硬度测定法》，将每份样本制作成规定尺寸的式样，随后对式样进行检测。
试验三、粘接力试验
参照《ISO2409-201-02漆膜的划格测试》，将每份样本制作成规定尺寸的式样，随后对式样进行检测。
检测结果：实施例1-16和对比例1-6制得的式样检测结果如表4所示。
表4实施例1-16和对比例1-5式样检测结果
Figure BDA0002992521550000071
Figure BDA0002992521550000081
结合实施例1-5和对比例1并结合表4可以看出，相较于对比例1来说，实施例1-5的耐磨性能、强度以及粘接力均有所提高，说明在该范围内的组分配比下，可以有效提高涂层的耐磨效果。
其中，相较于实施例1来说，实施例2以及实施例4的耐磨性能、强度以及粘接力均有下降，特别是实施例2，下降较为明显。而实施例2以及实施例4中，仅仅是甲苯二异氰酸酯与有机硅环氧树脂的比例有所下降，由此说明，甲苯二异氰酸酯与有机硅环氧树脂的比例可以影响涂层固化的程度，进而导致实施例2以及实施例4的耐磨性能有所下降。
结合实施例1、实施例6-7和对比例5并结合表4可以看出，相对于实施例1来说，实施例6的耐磨性能存在明显下降，但是与实施例7的耐磨性能差别不大。而相较于实施例 6来说，对比例5的耐磨性能进一步降低。
相较于实施例1来说，实施例7是将塑化剂DOA替换成相同重量的分散剂BYK-161，由此说明，分散剂BYK-161可以有效提高涂层内各组分的相容性，进而提高涂层的耐磨性能。而实施例1中，虽然添加有部分塑化剂DOA，但是与实施例7的耐磨性能差别不大，由此说明，塑化剂DOA可以部分替代分散剂BYK-161。
相较于实施例1来说，实施例6中是将分散剂BYK-161替换成相同重量的塑化剂DOA，而对比例5是不添加分散剂BYK-161以及塑化剂DOA。
由此说明，虽然塑化剂DOA无法完全代替分散剂BYK-161，但是塑化剂DOA仍具有一定的增强效果。
结合实施例1、实施例8和对比例7并结合表4可以看出，相较于实施例1来说，实施例8的耐磨性以及粘接力差别不大，但是硬度存在明显下降。由此说明，消泡剂BYK-A530 对涂层的硬度存在一定的影响究其原因在于，消泡剂BYK-A530消泡剂将涂层内部的气泡进行排除，间接提高涂层的力学性能，提高涂层的硬度。
而相较于实施例1来说，对比例7将消泡剂BYK-A530替换为相同重量的消泡剂BYK-141，进而促使对比例7的硬度有所下降，由此说明，消泡剂BYK-A530的消泡效果较优于消泡剂BYK-141。
结合实施例1、实施例9-10和对比例4并结合表4可以看出，相较于实施例1来说，实施例9-10的耐磨性能略微有所下降；而相较于对比例4来说，实施例9-10的耐磨性能又有所提高，由此说明，二氧化硅以及氧化铝均可以提高涂层的耐磨性能，而当二氧化硅以及氧化铝同时存在时，可以进一步提高涂层的耐磨性能。
结合实施例1和实施例11-12并结合表4可以看出，相较于实施例1来说，实施例11-12 的耐磨性能有所降低，由此说明，二氧化硅以及氧化铝的中位粒径可以对涂层的耐磨性能造成影响。
结合实施例1和实施例13-15并集合表4可以看出，相较于实施例1来说，实施例13的耐磨性以及硬度均有所降低，而实施例14仅仅是硬度有所降低。由此说明，实施例13中的温度难以将涂层进行完全固化，而实施例14的温度可以促使涂层固化过程中出现轻微爆聚，进而促使实施例14的硬度有所下降。
而相较于实施14来说，实施例15的硬度进一步降低，由此说明，直接升温固化下可以导致涂层发生重度爆聚，进而大大降低涂层的硬度。
结合实施例1和实施例16并结合表4可以看出，相较于实施例1来说，实施例16仅仅是在硬度上有所下降，由此说明，在常压环境下，涂层内部可能存在气泡，进而影响涂层的强度。
结合实施例1和对比例2-3并结合表4可以看出，相较于实施例1来说，对比例2-3的耐磨性以及硬度均明显降低，由此说明，β型碳化硅晶须以及碳纤维均可以影响涂层的耐磨性能。
结合实施例1和对比例6并结合表4可以看出，相较于实施例1来说，对比例6的耐磨性有所下降，由此说明，防刮助剂SC050可以提高涂层的耐磨效果。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种不粘锅耐磨涂层，其特征在于，由以下重量份的原料制成：60-80份有机硅环氧树脂、10-20份甲苯二异氰酸酯、50-70份β型碳化硅晶须、3-6份碳纤维、10-20份增强粉末、8-10份改性分散剂、1-2份消泡剂BYK-A530以及1-2份防刮助剂SC050，所述增强粉末为二氧化硅和氧化铝的组合物，所述增强粉末的中位粒径均介于0.1-10.0μm；
所述不粘锅耐磨涂层的制备方法包括以下步骤：
（1）将β型碳化硅晶须、碳纤维以及增强粉末混合球磨得到原始混合粉料；
（2）将改性分散剂、防刮助剂、甲苯二异氰酸酯以及消泡剂依次加入至改性有机硅环氧树脂中，并均匀混合得到混合原始浆料；
（3）将原始混合粉料加入至混合原始浆料内混合并过滤得到耐磨涂层原液；
（4）将耐磨涂层原液喷涂至产品表面，随后在100-120℃的温度下保温2-3h，随后在150-180℃的温度下固化2-3h，得到不粘锅耐磨涂层。
2.根据权利要求1所述的不粘锅耐磨涂层，其特征在于：由包含以下重量份的原料制成：65-75份改性有机硅环氧树脂、13-17份甲苯二异氰酸酯、55-65份β型碳化硅晶须、4-5份碳纤维、13-17份增强粉末、8.5-9.5份改性分散剂以及1.3-1.7份防刮助剂。
3.根据权利要求1所述的不粘锅耐磨涂层，其特征在于：所述改性分散剂为分散剂BYK-161和塑化剂DOA中的一种或两种的组合物。
4.一种权利要求1-3任一所述的不粘锅耐磨涂层的制备方法，其特征在于，
（1）将β型碳化硅晶须、碳纤维以及增强粉末混合球磨得到原始混合粉料；
（2）将改性分散剂、防刮助剂、甲苯二异氰酸酯以及消泡剂依次加入至改性有机硅环氧树脂中，并均匀混合得到混合原始浆料；
（3）将原始混合粉料加入至混合原始浆料内混合并过滤得到耐磨涂层原液；
（4）将耐磨涂层原液喷涂至产品表面，随后在100-120℃的温度下保温2-3h，随后在150-180℃的温度下固化2-3h，得到不粘锅耐磨涂层。
5.根据权利要求4所述的不粘锅耐磨涂层的制备方法，其特征在于：（3）-（4）是于绝对真空度为97-100KPa的环境内进行。
6.一种权利要求1-5任一所述的不粘锅耐磨涂层的应用，其特征在于，将所述不粘锅耐磨涂层喷涂在不锈钢锅的内表面，得到不粘锅。
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