CN115353757A - 一种水性低温催化陶瓷涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料化学领域，首先，提供一种水性低温催化陶瓷涂料，包括以下原料：低熔点玻璃粉、固化剂、二氧化钛、纳米级金溶液、钴黑、润湿分散剂、增稠剂、水。还提供了该水性低温催化陶瓷涂料的制备方法，以及该低温催化陶瓷涂料在不锈钢基材保温杯制品内涂层材料的应用。本发明所提供的一种水性低温催化陶瓷涂料，具有无机陶瓷材料性能、涂层具备分解异味残留，耐温可达300℃、抗菌、耐腐蚀、高硬度、耐磨，具有自洁亲水特性、属无毒、无味、无污染水性低温催化陶瓷涂料。
Description
技术领域
本发明涉及材料化学领域，具体涉及一种水性低温催化陶瓷涂料及其制备方法和应用。
背景技术
不锈钢保温杯现在是几乎人手一只的必备单品，迎合各种市场选择。但是其缺点也是显而易见的：市面上的保温杯大多是不锈钢内胆，保温杯内胆的主流是304不锈钢，但是偶尔会出现无良商家使用201不锈钢充当304不锈钢使用的情况。201材质不锈钢是工业不锈钢，耐酸耐碱能力不强，主要用于装修材料，如果用在保温杯会危害人体健康，而且内胆容易积蓄污渍，长久不清洗很容易滋生细菌，水质无法得到健康饮用标准。304不锈钢在性能上比201不锈钢的耐腐蚀性要好，但是长期使用，易在保温杯内胆上沉积茶垢等污渍且不易清新，因此需要及时清洗，以防止各种饮品的残留导致保温杯内胆表面沉积污垢。另外，不锈钢中被浸泡到水或饮品中的金属会对身体健康有潜在的威胁。
随着人们生活水平的提高和对市场消费需求的多样化，保健意识的增强，陶瓷内胆隔热保温，对人体健康无害，也更环保，目前市场中不锈钢内胆多喷涂疏油疏水型无机陶瓷涂料，使用过程中茶渍、咖啡异味等难以消除，长期使用又会滋生细菌，影响健康。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明目的之一在于提供一种水性低温催化陶瓷涂料，是无毒、无味、无污染水性低温催化陶瓷涂料。
本发明目的之二在于提供一种水性低温催化陶瓷涂料的制备方法，该制备方法操作便捷，适用于大规模生产。
本发明目的之三在于提供一种水性低温催化陶瓷涂料在不锈钢基材保温杯制品内涂层材料的应用，具有无机陶瓷材料性能、涂层具备分解异味残留，耐温可达300℃、抗菌、耐酸碱腐蚀、高硬度、耐磨，具有自洁亲水特性。
为实现上述目的之一，本发明提供以下技术方案：
提供一种水性低温催化陶瓷涂料，包括以下重量份数的原料：
低熔点玻璃粉15～25份、固化剂3～5份、二氧化钛6～8份、纳米级金溶液5～10份、钴黑1～3份、润湿分散剂3～6份、增稠剂3～5份、水30～40份。
进一步地，所述低熔点玻璃粉，包括以下重量份数的原料：
SiO2 10～20份、Li2O 5～10份、ZnO 5～10份、MgO 5～10份、CaO 5～10份、Na2O 5～10份、低温助溶剂3～6份。
其中，所述SiO2为纳米二氧化硅，Li2O、ZnO、MgO、CaO、Na2O为无铅高纯环保原材料。所述低温助溶剂为珍珠岩微粉助剂。
优选地，纳米二氧化硅的粒径为40～50nm。
进一步地，所述低熔点玻璃粉制备方法：首先将高纯环保原料SiO2、Li2O、ZnO、MgO、CaO、Na2O、低温助溶剂混合均匀；采用真空蒸发室加热的方法，熔融、淬冷成粉末，再经超细研磨工序，将符合粒度要求的粉体精细分级，最后干燥获得低熔点玻璃粉。
进一步地，低熔点玻璃粉制备方法中，所述真空蒸发室加热方法的真空度为-0.09～-0.1MPa，加热温度为400～600℃。
进一步地，所述超细研磨工序用的设备为超细球磨设备。
所述固化剂为氨基硅烷，氨基硅烷具有两种功能基团，即氨基和乙氧基。其中三个可水解基团(乙氧基)，在反应中先水解生成硅醇，由于硅醇不稳定，极易与无机物或金属表面的羟基结合脱水，从而与无机物或金属结合起来。氨基上带有两个活泼氢可以和各种聚合物发生反应，从而通过化学键将两种性质完全不同的材料紧密的结合起来。
所述二氧化钛为纳米级二氧化钛粉末，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度；二氧化钛白色粉末的粘附力强，二氧化钛具有良好的化学稳定性，钛白粉永远是雪白的，被认为是现今世界上性能最好的一种白色颜料。
纳米级金溶液具有高效催化作用、去除自由基效果、抗菌效果、抗氧化力强、促进新陈代谢、耐腐蚀性、耐摩擦性、防腐性能。
所述润湿分散剂为KF-7619崁段聚合物，具有对填料及颜料等的协助分散和协助防沉作用，可以协助颜填料等粉料在涂料中分散及协助涂料防沉剂后续防沉，在涂料开稀之后的防沉降中，润湿分散剂起的防沉作用远远比防沉剂还要重要。是涂料中非常重要的一种助剂，降低研磨料粘度、改善涂料的储存稳定性、增加光泽和流平性等特点。用量低，润湿分散剂的分散性较一般的亲水型分散剂高，因而用量低。有效提高涂层的亲水性，特别适用于不锈钢保温杯内胆涂料分散剂。
所述增稠剂为聚氨酯类增稠剂，分子上同时具有亲水和疏水基团，疏水基团与涂膜的基体有较强的亲合性，可增强涂膜的耐水性。由于乳胶粒子参与了缔合，不会产生絮凝，流平性好，因而可使涂膜光滑，有较高的光泽度。
所述水为去离子水。
为实现上述目的之二，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种水性低温催化陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将配方量润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入配方量的水中，搅拌充分、混合均匀得到混合物；
S2、向步骤S1的混合物中再加入配方量的二氧化钛、纳米氧化锌、纳米级金溶液、钴黑，然后高速搅拌分散均匀得到分散体系；
S3、向步骤S2的分散体系中加入配方量的增稠剂、固化剂搅拌混合均匀得到的混合物即为所述水性低温催化陶瓷涂料。
进一步地，所述步骤S1中，搅拌的转速为1500～1600r/min；
进一步地，所述步骤S2中，搅拌的转速为1800～1900r/min，搅拌分散用的时间为2～3小时。
为实现上述目的之三，本发明提供以下技术方案：
提供一种水性低温催化陶瓷涂料在不锈钢基材保温杯制品内涂层材料的应用，所制备的不锈钢基材保温杯制品内涂层材料具有无机陶瓷材料性能、涂层具备分解异味残留，耐高温达到300℃，具有抗菌抑菌、耐腐蚀、硬度高、耐磨，具有自洁亲水特性，属无毒、无味、无污染水性低温催化陶瓷涂料。
本发明的有益效果
相比现有技术，本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
(1)本发明所提供的一种水性低温催化陶瓷涂料，利用低熔点玻璃粉中添加固化剂、二氧化钛、氧化锌、纳米级金溶液、钴黑、润湿分散剂、增稠剂，进一步增强低熔点玻璃粉的性能。特别是二氧化钛、纳米级金溶液在水性低温催化陶瓷涂料中起到催化分解作用、抑菌特性显著提高，而且具有高光泽度、耐用。
(2)本发明所提供的一种水性低温催化陶瓷涂料，所用的低温玻璃粉，选用纳米二氧化硅和高纯无铅环保原材料制得，无铅无毒、环保健康。所制得的低温玻璃粉具有耐温性好、耐酸碱腐蚀、导热性差、高绝缘、低膨胀、化学性能稳定、硬度大等优良的性能，其具有比二氧化硅较低的熔融温度和封接温度，低熔点玻璃粉的使用温度的比普通玻璃的低很多，这就使得低温玻璃粉的应用范围比普通玻璃广泛很多。
(3)本发明所提供的一种水性低温催化陶瓷涂料的制备方法，该制备方法简单高效，适用于大规模生产；该制备方法制备的水性低温催化陶瓷涂料使用温度范围广、应用领域宽，对基材的要求相对较低的耐受温度。
(4)本发明所提供的一种水性低温催化陶瓷涂料应用在不锈钢基材保温杯制品内涂层材料的领域，具有无机陶瓷材料性能、涂层具备分解异味残留，耐高温达到300℃，具有抗菌抑菌、耐酸碱腐蚀、硬度高、耐磨，具有自洁亲水特性，属无毒、无味、无污染水性低温催化陶瓷涂料。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件进行。
实施例1
A制备低熔点玻璃粉：
按照本发明提供的所述低熔点玻璃粉的配方量，称取40-50nm SiO2 10份、Li2O 5份、ZnO 5份、MgO 5份、CaO 5份、Na2O 5份、珍珠岩微粉助剂6份。
按照本发明所提供的低熔点玻璃粉的制备方法，具体操作过程为：
按照本所述低熔点玻璃粉的配方量，称取40-50nm SiO2 10份、Li2O 5份、ZnO 5份、MgO 5份、CaO 5份、Na2O 5份、、低温助溶剂6份，将称重后的原料混合搅拌均匀，采用真空蒸发室加热的方法，真空度为-0.09～-0.1MPa，加热温度为400～600℃，熔融、淬冷成粉末；再经超细研磨工序，其设备选超细球磨设备，将符合粒度要求的粉体精细分级，最后干燥获得低熔点玻璃粉。
B制备水性低温催化陶瓷涂料：
按照本发明提供的一种水性低温催化陶瓷涂料的配方用量，该水性低温催化陶瓷涂料的组成原料具体包括以下重量份的组分：低熔点玻璃粉15份、固化剂3份、纳米级二氧化钛粉末6份、纳米级金溶液5份、钴黑1份、润湿分散剂3份、增稠剂3份、去离子水30份。
将水性低温催化陶瓷涂料的配方，按照所述水性低温催化陶瓷涂料的制备方法，制备得到水性低温催化陶瓷涂料，具体步骤如下：
S1、将配方量润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入配方量的去离子水中，在1500～1600r/min的转速下搅拌充分、混合均匀得到混合物；
S2、向步骤S1的混合物中再加入配方量的纳米二氧化钛粉末、纳米级金溶液、钴黑，然后在1800～1900r/min的转速下高速搅拌分散2小时得到分散体系；
S3、向步骤S2的分散体系中加入配方量的增稠剂、固化剂搅拌混合均匀得到的混合物即为所述水性低温催化陶瓷涂料。
实施例2
A制备低熔点玻璃粉末：
按照本发明提供的所述低熔点玻璃粉的配方量，称取40-50nm SiO2 15份、Li2O 8份、ZnO 8份、MgO 8份、CaO 8份、Na2O 8份、珍珠岩微粉助剂5份。
按照本发明所提供的低熔点玻璃粉的制备方法，具体操作过程为：
(1)按照本所述低熔点玻璃粉的配方量，称取40-50nm SiO2 15份、Li2O 8份、ZnO8份、MgO 8份、CaO 8份、Na2O 8份、低温助溶剂5份，将称重后的配料混合搅拌均匀，采用真空蒸发室加热的方法，真空度为-0.09～-0.1MPa，加热温度为400～600℃，熔融、淬冷成粉末；再经超细研磨工序，其设备选超细球磨设备，将符合粒度要求的粉体精细分级，最后干燥获得低熔点玻璃粉。
B制备水性低温催化陶瓷涂料：
按照本发明提供的一种水性低温催化陶瓷涂料的配方用量，该水性低温催化陶瓷涂料的组成原料具体包括以下重量份的组分：低熔点玻璃粉20份、固化剂4份、纳米级二氧化钛粉末7份、纳米级金溶液8份、钴黑2份、润湿分散剂4份、增稠剂4份、以及去离子水35份。
将水性低温催化陶瓷涂料的配方，按照所述水性低温催化陶瓷涂料的制备方法，制备得到水性低温催化陶瓷涂料，具体步骤如下：
S1、将配方量的润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入配方量的去离子水中，在1500～1600r/min的转速下搅拌充分、混合均匀得到混合物；
S2、向步骤S1的混合物中再加入配方量的纳米二氧化钛粉末、纳米级金溶液、钴黑，然后在1800～1900r/min的转速下高速搅拌分散2小时得到分散体系；
S3、向步骤S2的分散体系中加入配方量的增稠剂、固化剂搅拌混合均匀得到的混合物即为所述水性低温催化陶瓷涂料。
实施例3
A制备低熔点玻璃粉
按照本发明提供的所述低熔点玻璃粉的配方量，称取40-50nm SiO2 20份、Li2O 10份、ZnO 10份、MgO 10份、CaO 10份、Na2O 10份、珍珠岩微粉助剂3份。
按照本发明所提供的低熔点玻璃粉的制备方法，具体操作过程为：
按照重量份数计算，称取40-50nm SiO2 20份、Li2O 10份、ZnO 10份、MgO 10份、CaO10份、Na2O 10份、低温助溶剂3份。将称重后的配料配搅拌至均匀，采用真空蒸发室加热的方法，真空度为-0.09～-0.1MPa，加热温度为400～600℃，熔融、淬冷成粉末；再经超细研磨工序，其设备选超细球磨设备，将符合粒度要求的粉体精细分级，最后干燥获得低熔点玻璃粉。
B、制备水性低温催化陶瓷涂料：
按照本发明提供的一种水性低温催化陶瓷涂料的配方用量，该水性低温催化陶瓷涂料的组成原料具体包括以下重量份的组分：低熔点玻璃粉25份、固化剂5份、纳米级二氧化钛粉末8份、纳米级金溶液10份、钴黑3份、润湿分散剂6份、增稠剂5份、水40份。
将水性低温催化陶瓷涂料的配方，按照所述水性低温催化陶瓷涂料的制备方法，制备得到水性低温催化陶瓷涂料，具体步骤如下：
S1、将配方量的润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入配方量的去离子水中，在1500～1600r/min的转速下搅拌充分、混合均匀得到混合物；
S2、向步骤S1的混合物中再加入配方量的纳米二氧化钛粉末、纳米级金溶液、钴黑，然后在1800～1900r/min的转速下高速搅拌分散2小时得到分散体系；
S3、向步骤S2的分散体系中加入配方量的增稠剂、固化剂搅拌混合均匀得到的混合物即为所述水性低温催化陶瓷涂料。
对比例1
按照本发明提供的一种水性低温催化陶瓷涂料的配方用量，该水性低温催化陶瓷涂料的组成原料具体包括以下重量份的组分：实施例3制备的低熔点玻璃粉25份、固化剂5份、钴黑3份、润湿分散剂6份、增稠剂5份、去离子水40份。
将水性低温催化陶瓷涂料的配方，按照所述水性低温催化陶瓷涂料的制备方法，制备得到水性低温催化陶瓷涂料，具体步骤如下：
S1、将配方量的润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入配方量的去离子水中，在1500～1600r/min的转速下搅拌充分、混合均匀得到混合物；
S2、向步骤S1的混合物中再加入配方量的钴黑，然后在1800～1900r/min的转速下高速搅拌分散2小时得到分散体系；
S3、向步骤S2的分散体系中加入配方量的增稠剂、固化剂搅拌混合均匀得到的混合物即为所述水性低温催化陶瓷涂料。
以上所述实施例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。
性能测试实验
样品采用普通市场购买的不锈钢保温杯，将制备的水性低温催化陶瓷涂料喷涂在样品内胆，隧道炉固化温度350～380℃、时间为10分钟。
将上述实施例1～3和对比例1制备的水性低温催化陶瓷涂料以及实施例1制得低熔点玻璃粉，做性能对比测试，对比组选用普通陶瓷材料、201、304不锈钢，详细试验数据见表1所示：
表1性能测试数据结果表
从表1中结果可以看出，本发明实施例1、2、3所制备的水性低温催化陶瓷涂料，涂层性能稳定，安全性高，不含重金属及PFOA等有害物质，耐腐蚀、硬度高、耐磨性强、抗菌抑菌，具有自洁亲水特性，可泡茶、咖啡、奶茶，对比普通无机疏油疏水陶瓷涂料更加安全，具有无机陶瓷材料性能、涂层具备分解异味残留，耐高温达300℃，属无毒、无味、无污染水性低温催化陶瓷涂料。
其中性能的部分检测方法及结果说明：1、化学成分：SGS试验陶瓷涂料，做6大毒性物质：As(砷)、Cd(镉)、Cr6(铬绿)、Pb(铅)、Cu(阻燃剂)、Hg(汞)溶出试验，检测结果显示没有其中任何一项溶出；是同类产品无法达到的。2、FDA认证检测方法：美国食品医药局方法，对陶瓷涂料64项组成物质化学成分安全性检测，没有检测出一项有毒物质和重金属。3、耐抗菌性：有效催化分解防止霉变和细菌类繁殖，抗菌效果达到99.9％；分解异味残留，干净卫生可以长久使用。
Claims (10)
1.一种水性低温催化陶瓷涂料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：低熔点玻璃粉15～25份、固化剂3～5份、二氧化钛6～8份、纳米级金溶液5～10份、钴黑1～3份、润湿分散剂3～6份、增稠剂3～5份、水30～40份。
2.根据权利要求1所述的一种水性低温催化陶瓷涂料，其特征在于，所述低熔点玻璃粉，包括以下重量份数的原料：SiO2 10～20份、Li2O 5～10份、ZnO5～10份、MgO 5～10份、CaO 5～10份、Na2O 5～10份、低温助溶剂3～6份。
3.根据权利要求2所述的一种水性低温催化陶瓷涂料，其特征在于，所述SiO2为纳米二氧化硅；所述Li2O、ZnO、MgO、CaO、Na2O为无铅高纯环保原材料；所述低温助溶剂为珍珠岩微粉助剂。
4.根据权利要求2所述的一种水性低温催化陶瓷涂料，其特征在于，所述低熔点玻璃粉粉末制备方法为：将称取的SiO2、Li2O、ZnO、MgO、CaO、Na2O、低温助溶剂混合均匀；采用真空蒸发室加热的方法，熔融、淬冷成粉末，再经超细研磨工序、干燥，获得所述低熔点玻璃粉。
5.根据权利要求4所述的一种水性低温催化陶瓷涂料，其特征在于，所述研磨工序用的设备为超细球磨设备。
6.根据权利要求1所述的一种水性低温催化陶瓷涂料，其特征在于，所述固化剂为氨基硅烷。
7.根据权利要求1所述的一种水性低温催化陶瓷涂料，其特征在于，所述增稠剂为聚氨酯类增稠剂。
8.根据权利要求1所述的一种水性低温催化陶瓷涂料，其特征在于，所述润湿分散剂KF-7619崁段聚合物。
9.权利要求1～8中任意一项所述的一种水性低温催化陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，包括如下几个步骤：
S1、将配方量的润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入配方量的水中，搅拌充分、混合均匀得到混合物；
S2、向步骤S1的混合物中再加入配方量的二氧化钛、纳米级金溶液、钴黑，然后搅拌分散，得到分散体系；
S3、向步骤S2的分散体系中加入配方量的增稠剂、固化剂，搅拌混合均匀，得到的混合物即为所述水性低温催化陶瓷涂料。
10.权利要求1～8任意一项所述的一种水性低温催化陶瓷涂料在不锈钢基材保温杯制品内涂层材料的应用。
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