CN115413923A - 不粘炊具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种不粘炊具及其制备方法，所述不粘炊具包括基体层以及形成在基体层上的不粘层。所述不粘层通过利用偶联剂将含氟树脂与层状硅酸盐偶联而获得。根据本发明构思，通过利用层状硅酸盐、偶联剂和含氟树脂形成的不粘层可以具有优异的不粘性能。

Description

不粘炊具及其制备方法

技术领域

本发明构思涉及不粘技术领域，更更具体地，涉及一种不粘涂层及其制备方法。

背景技术

不粘炊具包括含氟树脂类不粘炊具。含氟树脂类不粘炊具的工艺主要为在基体表面形成一层含氟树脂不粘层。这种含氟树脂的不粘层的优点主要在于不粘性佳。然而，在使用一段时间后，由于含氟树脂耐温性不佳，质地软，易出现不粘层被高温或者硬质食物破坏，最终形成导致不粘性下降。

发明内容

本发明构思的目的在于提供一种不粘炊具及其制备方法，通过该方法制备的不粘涂层具有优异的不粘性能和高的使用寿命。

根据本发明构思的一方面，一种不粘炊具包括基体层以及形成在基体层上的不粘层。所述不粘层通过利用偶联剂将含氟树脂与层状硅酸盐偶联而获得。

所述层状硅酸盐可以包括叶蜡石、高岭石、白云母、海绿石、葡萄石、绿泥石、伊利石、铁锂云母、锂云母、羟铁云母、黑云母、金云母、蛭石、蒙脱石、滑石和蛇纹石中的至少一种。

所述偶联剂可以包括硅氧烷类偶联剂。

所述偶联剂可以包括聚二甲基硅氧烷、聚甲基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷中的至少一种。

所述含氟树脂可以包括聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物和聚氟乙烯中的至少一种。

所述不粘炊具还可以包括过渡层。所述过渡层设置在所述基体层与所述不粘层之间。

所述不粘层的厚度可以在20μm～60μm的范围内。

根据本发明构思的另一方面，一种制造不粘炊具的方法包括：提供基体层；提供层状硅酸盐材料，并将其敷设在基体层上，以形成层状硅酸盐层；提供偶联剂与含氟树脂组成的溶液，并将所述层状硅酸盐层与所述溶液反应，以形成不粘层。

所述方法还可以包括：在基体层上形成过渡层，然后将层状硅酸盐材料敷设在过渡层上。

在所述溶液中，偶联剂的浓度可以在15mg/L至40mg/L的范围内，含氟树脂的浓度可以在25mg/L至60mg/L的范围内，余量可以为酯类溶剂。

在形成层状硅酸盐层之后，可以对形成层状硅酸盐层进行酸洗。

根据本发明构思的以上的简要描述，通过利用层状硅酸盐、偶联剂和含氟树脂形成的不粘涂层不仅可以提高层间孔隙和高度以有利于F的吸附，还可以促进层状硅酸盐和F的偶联，从而实现优异的不粘性能。

具体实施方式

现在，将在下文中结合示例性实施例更充分地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施且不应被解释为限于这里所阐述的实施例。相反，这些实施例被提供为使得本公开将是彻底的和完整的，并且将把本发明的范围充分地传递给本领域技术人员。

根据本发明构思的不粘炊具可以包括基体层以及形成在基体层上的不粘层。

基体层可以包括铁基、铝基、不锈钢基、钛基以及由上述基材组合而成的复合基材中的至少一种，并且可以具有炊具的表面轮廓。然而，示例性实施例不限于此。

基体层可以包括用于容纳空间的内表面以及与内表面相对的外表面，其内表面上可以设置不粘层，并且其外表面可以设置导磁层、防腐蚀层、装饰层等。

设置在基体层的至少部分(或全部)内表面上的不粘层可以是用层状硅酸盐、偶联剂和含氟树脂形成层，并且可以具有20μm～60μm的厚度。

层状硅酸盐主要指具有层状晶体结构的硅酸盐，其具有类似石墨的层状晶体结构。当层状硅酸盐中的层之间的层间距离越大时，两层硅酸盐晶体结构距离越大，从而油层状硅酸盐形成的不粘层的储油效果越佳。

根据示例性实施例，层状硅酸盐可以包括叶蜡石、高岭石、白云母、海绿石、葡萄石、绿泥石、伊利石、铁锂云母、锂云母、羟铁云母、黑云母、金云母、蛭石、蒙脱石、滑石和蛇纹石中的至少一种，并且其化学式的示例可以表示但不限于如下：

蛇纹石Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈；

高岭石Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈；

滑石Mg₃[Si₄O₁₀](OH)₂；

叶蜡石Al₂[Si₄O₁₀](OH)₂；

蒙脱石(Na,Ca)_0.33(Al,Mg,Fe)₂[(Si,Al)₄O₁₀](OH)₂·nH₂O；

蛭石[(Mg,Ca)_0.5(H₂O)₄](Mg,Fe,Al)₃[(Si,Al)₄O₁₀](OH)₂；

金云母KMg₃[Si₃AlO₁₀](OH,F)₂；

黑云母K(Mg,Fe)₃[Si₃AlO₁₀](OH,F)₂；

羟铁云母KFe₃[Si₃AlO₁₀](OH,F)₂；

白云母KAl₂[Si₃AlO₁₀](OH,F)₂；

锂云母K(Li,Al)_2.5-3[Si_3.5-3Al_0.5-1O₁₀](OH,F)₂；

铁锂云母K(Li,Fe,Al)₃[Si_3-3.5Al_1-0.5O₁₀](OH,F)₂；

伊利石(K,H₃O)(Al,Mg,Fe)₂[(Si,Al)₄O₁₀](OH)₂；

绿泥石(Mg,Al,Fe)₆[(Si,Al)₄O₁₀](OH)₈；

葡萄石Ca₂Al[Si₃AlO₁₀](OH)₂；

海绿石K(Fe,Mg,Al)₂[Si₄O₁₀](OH)₂。

另外，为了在硅酸盐的层状结构中更好地锁存油，因此期望层状硅酸盐的层之间具有较大的距离。也就是说，当两层硅酸盐晶体结构距离越大，体现在宏观上的层状距离也就越大，其微观晶体结构所体现的储油效果越佳。然而，由于层状硅酸盐自身无法提升层状晶体之间的距离，因此其储油性能无法有效提升，因此无法有效提升持久不粘性。

由于层状硅酸盐晶体具有层状结构，因此可以考虑在层状硅酸盐晶体的层间添加含氟树脂，使得最终的不粘层内具有含氟树脂，从而提升不粘性。然而，由于含氟树脂自身具有较低的结合附着力，很难与层状硅酸盐进行结合，使得在日常使用时(诸如刷洗、煮汤或浸泡等含水的条件下)，含氟树脂易游离出层状硅酸盐的层状结构，因此，本发明构思利用偶联剂将含氟树脂与层状硅酸盐进行嫁接，从而能够提高含氟树脂与层状硅酸盐的结合牢度。具体地，偶联剂主要通过如下方式来提高含氟树脂与层状硅酸盐的结合力：(1)结构式结合，偶联剂主要包括硅氧烷类物质，其在高温下会形成纳米级别的SiO₂固体，纳米级别SiO₂固体会对层状硅酸盐层间进行“隔断”，从而可以有效缓解含氟树脂游离出层间的速度；(2)化学式结合，偶联剂和含氟树脂之间界面处的强电负性差异，可诱导产生强烈的可重整的偶极-偶极子相互作用，这些作用力可以将偶联剂和含氟树脂进行结合。

根据示例性实施例，偶联剂可以为能够在食品接触行业内能够使用的所有的偶联剂材料，例如硅烷类偶联剂，诸如聚二甲基硅氧烷、聚甲基硅氧烷，聚甲基苯基硅氧烷等中的至少一种。另外，含氟树脂可以包括诸如PTFE、PFA等的本领域已知的用于不粘技术氟类树脂，例如可以包括聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物和聚氟乙烯中的至少一种。然而，示例性实施例不限于此，本领域技术人员可以基于本发明构思而在现有技术中选择合适的偶联剂和含氟树脂。

此外，为了提高不粘层与基体层之间的结合力，可以在基体层与不粘层之间进一步设置过渡层。根据示例性实施例，过渡层可以包括铝、铝合金、锌、锌合金、钛、钛合金、铜、铜合金、镍、镍合金和不锈钢中的至少一种，并且可以具有在10μm～30μm的厚度以及5μm～10μm的表面粗糙度。然而，示例性实施例不限于此，并且可以省略过渡层。

上面已经结合示例性实施例详细描述了本发明构思的不粘炊具，在下面，将详细描述本发明构思的不粘炊具的制造方法。

根据示例性实施例的不粘炊具的制造方法可以包括：(1)提供基体层；(2)提供层状硅酸盐材料，并将其敷设在基体层上，以形成层状硅酸盐层；(3)提供偶联剂与含氟树脂组成的溶液，并将所述层状硅酸盐层与所述溶液反应，以形成不粘层。

根据本发明构思的示例性实施例，可以利用铁基、铝基、不锈钢基、钛基以及由上述基材组合而成的复合基材中的至少一种形成的具有一定形状的坯层来提供具有容置空间的基体层。这里，基体层可以具有内表面和外表面，内表面用于敷设不粘层，而外表面可以选择性地敷设导磁层、防锈层等。

此外，在提供基体层后，可以对基体层(即，基体层的内表面)执行喷砂处理，使得基体层的表面粗糙度可以在3μm～8μm的范围内，以便于后面的层的牢固地附着。

此外，为了提高后面要形成的层状硅酸盐层与基体层之间的结合力，可以在基体层上直接设置过渡层。也就是说，可以在经喷砂处理或未经喷砂处理的基体层的内表面上设置过渡层。根据示例性实施例，过渡层可以包括铝、铝合金、锌、锌合金、钛、钛合金、铜、铜合金、镍、镍合金和不锈钢中的至少一种，并且可以具有在10μm～30μm的厚度以及5μm～10μm的表面粗糙度。例如，可以利用粒度尺寸在20μm～35μm的金属钛通过等离子喷涂工艺在基体层的内表面上形成厚度为10μm～30μm、表面粗糙度Ra在5μm～10μm的范围内的过渡层(在等离子喷涂工艺中，金属钛颗粒会受到高温变成熔融状，熔融状金属钛颗粒在高压气体的作用下会加速地撞击基体层，导致熔融金属钛颗粒会成扁平状，因此金属钛颗粒尺寸可以大于形成的过渡层的层厚)，其工艺参数可以为：电流250A～350A、电压30V～60V、主气(氩气)流量1500L/H～2000L/H、氢气流量30L/H～50L/H、送粉气流量20L/H～40L/H、送粉量20g/min～50g/min、喷涂距离(枪嘴离工件距离)15cm～25cm、喷涂角度30°～80°、工件温度10℃～40℃。然而，本发明构思的示例性实施例不限于上述工艺及相应参数，并且可以省略过渡层。

接下来，可以准备层状硅酸盐材料。根据示例性实施例，层状硅酸盐材料可以包括叶蜡石、高岭石、白云母、海绿石、葡萄石、绿泥石、伊利石、铁锂云母、锂云母、羟铁云母、黑云母、金云母、蛭石、蒙脱石、滑石和蛇纹石中的至少一种，并且可以具有在20μm～100μm的范围内的粉末粒度。

在准备好层状硅酸盐材料之后，可以利用形成层的工艺将其敷设在基体层上，以形成层状硅酸盐层。这里，可以采用热喷涂(例如，等离子喷涂)的方式将上述粒度范围内的层状硅酸盐材料喷涂在基体层的内表面上，以形成层状硅酸盐层。例如，当采用热喷涂工艺形成层状硅酸盐层时，其工艺参数可以为：电流450A～600A；电压50V～80V；主气(氩气)流量1000L/H～2000L/H；氢气流量50L/H～100L/H；送粉气流量200L/H～40L/H；送粉量20g/min～50g/min；喷涂距离(枪嘴离工件距离)15cm～25cm；喷涂角度30°～80°；工件温度10℃～40℃。通过上述工艺，可以在炊具的基体层或者过渡层上形成厚度在20μm～100μm的范围内的层状硅酸盐层。

在形成层状硅酸盐层后，可以对层状硅酸盐层进行砂光处理，以使层状硅酸盐层的表面光整，并将其表面粗糙度控制在小于3μm。另外，砂光处理后，可以对层状硅酸盐层进一步执行酸洗。酸洗一方面可以除去层状硅酸盐层内的杂质，从而可以提高层内空间，有助于后面的含氟树脂的吸附，而另一方面还可以使层状硅酸盐层的表面形成细小孔隙，从而可以提高层状硅酸盐层比表面积，以进一步提升含氟树脂的吸附。这里，对层状硅酸盐酸洗的工艺可以为本领域的已知工艺，因此，为避免冗余，这里对酸洗需要用到的酸液及其工艺并未进行过多的描述。然而，本发明构思不限于此，并且可以省略对层状硅酸盐层执行的砂光和酸洗的步骤。

通过以上步骤，得到了层状硅酸盐层附着在基体层的内表面上的结构。此后，可以准备由偶联剂和含氟树脂构成的溶液，并且将层状硅酸盐层与该溶液接触，以利用偶联剂使层状硅酸盐层和含氟树脂偶联。根据示例性实施例，偶联剂可以包括硅氧烷类偶联剂，并且可以包括聚二甲基硅氧烷、聚甲基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷中的至少一种，含氟树脂可以包括聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物和聚氟乙烯中的至少一种。

根据示例性实施例，可以选择上面描述的偶联剂和含氟树脂，并将其制备成溶液。可以选择酯类溶剂(例如，丙二醇甲基醚乙酯)作为偶联剂与含氟树脂的溶剂(乳浊液)。这里，偶联剂的加入量为15mg/L～40mg/L，含氟树脂的加入量为25mg/L～60mg/L(即，1L溶剂中加入的偶联剂的质量在15mg～40mg的范围内，加入的含氟树脂的质量在25mg～60mg的范围内)。在制备好溶液后，可以利用浸渍或喷涂的工艺，将层状硅酸盐层与溶液相接触。根据具体示例，可以将其上形成有层状硅酸盐层的炊具基体浸渍在上述溶液中持续1H-4H。在层状硅酸盐层与溶液接触的过程中，含氟树脂被耦合在层状硅酸盐层的层间。从而可以提升不粘层的不粘性能。

在经历层状硅酸盐层与包括偶联剂与含氟树脂的溶液的充分接触偶联后，可以将炊具基体取出，并将炊具基体在360℃～420℃的条件下烧结4min～8min，经历烧结工艺主要在于一方面产生SiO₂,另一方面也可以使溶液固化。

经过上述步骤，可以得到具有优异不粘性能的不粘炊具。

在下面，将结合具体示例来体现本发明构思的不粘炊具的有益效果。

实施例1

提供铝锅基体。

对铝锅基体的内表面执行喷砂处理，将其内表面的粗糙度控制在4μm的范围内。

利用金属粒度大约为20μm的钛颗粒通过等离子喷涂技术在铝锅基体的内表面上形成厚度为30μm、粗糙度为8μm的过渡层。这里，等离子喷涂工艺的参数为：电流为250A、电压为40V、主气(氩气)流量为1700L/H、氢气流量为50L/H、送粉气流量为30L/H、送粉量为20g/min、喷涂距离为20cm、喷涂角度为40°、工件温度为20℃。

利用等离子喷涂技术在过渡层上喷涂粒度大约在20μm的高岭石，以形成为厚度为20μm的层状硅酸盐层。这里，等离子喷涂工艺的参数为：电流为600A；电压为80V；主气(氩气)流量为2000L/H；氢气流量为70L/H；送粉气流量为40L/H；送粉量为30g/min；喷涂距离为20cm；喷涂角度为40°；工件温度为20℃。

之后，可以对厚度为20μm的层状硅酸盐层执行砂光处理，使层状硅酸盐层的表面粗糙度控制在2μm。并利用浓度为3mol/L的盐酸对层状硅酸盐层进行酸洗。

然后，利用丙二醇甲基醚乙酯作为溶剂配置聚二甲基硅氧烷与聚三氟氯乙烯的混合溶液，其中，每1L丙二醇甲基醚乙酯溶剂中加入15mg聚二甲基硅氧烷与25mg的聚三氟氯乙烯。

将制备好的其上形成有层状硅酸盐的铝锅基体浸渍在上述溶液中保持1H。此后，将浸渍后的铝锅基体在380℃的条件下烧结4min，从而得到实施例1的炊具。

实施例2

与实施例1的区别在于层状硅酸盐为绿泥石。

实施例3

与实施例1的区别在于层状硅酸盐为铁锂云母。

实施例4

与实施例1的区别在于偶联剂为聚甲基硅氧烷。

实施例5

与实施例1的区别在于偶联剂为聚甲基苯基硅氧烷。

实施例6

与实施例1的区别在于含氟树脂为聚偏氟乙烯。

实施例7

与实施例1的区别在于含氟树脂为乙烯-四氟乙烯共聚物。

实施例8

与实施例1的区别在于聚二甲基硅氧烷的浓度在40mg/L。

实施例9

与实施例1的区别在于聚二甲基硅氧烷的浓度在25mg/L。

实施例10

与实施例1的区别在于聚三氟氯乙烯的浓度在40mg/L。

实施例11

与实施例1的区别在于聚三氟氯乙烯的浓度在60mg/L。

对比例1

与实施例1的区别在于省略了将铝锅基体浸渍在混合溶液中及之后的步骤，即，仅将利用浓度为3mol/L的盐酸对层状硅酸盐层进行酸洗之后的产品作为对比例1的炊具。

对比例2

与实施例1的区别在于，聚二甲基硅氧烷的浓度在12mg/L。

对比例3

与实施例1的区别在于，聚二甲基硅氧烷的浓度在45mg/L。

对比例4

与实施例1的区别在于，聚三氟氯乙烯的浓度在20mg/L。

对比例5

与实施例1的区别在于，聚三氟氯乙烯的浓度在60mg/L。

对比例6

与实施例1的区别在于，省略了对形成的层状硅酸盐层进行酸洗的步骤。

对上述实施例1-11以及对比例1-6的涂层的性能进行测试，测试结果如下表所示。

其中，上表中的涂层持久不粘性测试方法为：在参照GB/T32095.2-2015中耐磨损测试方法，持久不粘性相对于耐磨性测试多了一个每1000次煎蛋测试。

通过以上测试，可以看出：根据实施例1-11形成的不粘炊具具有优异的持久不粘性。

虽然已经描述了本发明的一个或更多个实施例，但本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以对其进行形式上和细节上的各种改变。

Claims (10)

1.一种不粘炊具，其特征在于，所述不粘炊具包括基体层以及形成在基体层上的不粘层，其中，

所述不粘层通过利用偶联剂将含氟树脂与层状硅酸盐偶联而获得。

2.如权利要求1所述的不粘炊具，其特征在于，所述层状硅酸盐包括叶蜡石、高岭石、白云母、海绿石、葡萄石、绿泥石、伊利石、铁锂云母、锂云母、羟铁云母、黑云母、金云母、蛭石、蒙脱石、滑石和蛇纹石中的至少一种。

3.如权利要求1所述的不粘炊具，其特征在于，所述偶联剂包括硅氧烷类偶联剂。

4.如权利要求3所述的不粘炊具，其特征在于，所述偶联剂包括聚二甲基硅氧烷、聚甲基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷中的至少一种。

5.如权利要求1所述的不粘炊具，其特征在于，所述含氟树脂包括聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物和聚氟乙烯中的至少一种。

6.如权利要求1所述的不粘炊具，其特征在于，所述不粘炊具还包括过渡层，其中，所述过渡层设置在所述基体层与所述不粘层之间。

7.一种制造不粘炊具的方法，其特征在于，所述方法包括：

提供基体层；

提供层状硅酸盐材料，并将其敷设在基体层上，以形成层状硅酸盐层；

提供偶联剂与含氟树脂组成的溶液，并将所述层状硅酸盐层与所述溶液反应，以形成不粘层。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在基体层上形成过渡层，然后将层状硅酸盐材料敷设在过渡层上。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，

在所述溶液中，偶联剂的浓度在15mg/L至40mg/L的范围内，含氟树脂的浓度在25mg/L至60mg/L的范围内，余量为酯类溶剂。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在形成层状硅酸盐层之后，对形成层状硅酸盐层进行酸洗。