CN1777508B - 用于蒸汽产生装置的涂层 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于施加在蒸汽发生装置中的双层涂层。非渗透性第一层将加热表面绝热，而多孔性的第二层增大接触面积，导致液体有效地转化为蒸汽。
Description
1992年，蒸汽率和功率约为2002年市场上出现的熨斗的一半的熨斗被投放市场。高达40克每分钟的较高蒸汽率使得熨烫过程更快。这种趋于更高蒸汽率的趋势对蒸汽室表面与被蒸发的液体之间的热传递的控制提出了更高的要求。蒸汽形成的效率取决于蒸汽室表面的温度。如果蒸汽室的温度过高，高于约160℃，则在基材与要被蒸发的水之间会形成蒸汽层。这会显著降低热传递。在固定的高填加率下，液体水可能会在蒸汽室中集结，从而导致渗漏，并且在所谓的蒸汽喷出区可能发生肉眼可见的液滴而非蒸汽的排出。
由于大多数熨斗只有一个加热元件用于加热烫斗底板以及蒸汽室表面，所以很容易在蒸汽室产生过高的温度。由于过高的表面温度而导致的传热效率降低就是本领域技术人员所公知的莱顿弗罗斯特(Leidenfrost)效应。为降低莱顿弗罗斯特效应，人们在蒸汽熨斗的表面上施加了涂层。由于这些涂层可以降低表面温度，所以它们对热传递效率有积极作用。
决定水蒸发率的另一因素是蒸汽室表面的润湿性。如果填加的液滴很容易在表面上展开，较大的表面积被用于蒸发，则蒸发时间会更短。如果施加在表面上的层是多孔性的，则此作用会被增强。在这种情况下，液体可以通过毛细管力渗入层中，于是有很大的表面积被用来汽化液体。如果孔隙率很高且润湿很好，毛细管效应才会迅速地产生。因此，由于亲水性的多孔涂层能提高所使用的表面积，所以它对热传递效率有积极作用。
影响蒸发率的另一因素是添加剂的存在。这些添加剂，例如香料，可以添加到熨斗的水箱中并在蒸汽室中被汽化。这些添加剂常常是表面活性的，沸点不同于水，且在其可得到的制剂中可能包括辅助溶剂。能提高蒸发率的涂层应该可以降低在这些添加剂存在的情况下的蒸汽形成的问题。
为实现有效蒸发，在蒸汽室内既可涂覆有机涂层材料又可涂覆无机涂层材料。第一个要求是用于蒸汽产生装置的涂层应当具有耐高温性。因此，耐热的有机聚合物如聚酰亚胺常常被用作蒸汽室涂层中的粘结剂。聚酰亚胺基涂层作为隔热涂层是有效的，但聚酰亚胺是十分憎水性的。因此，单个液滴与蒸汽室表面的接触面积相对较小，这使得水向蒸汽的转化十分缓慢。
完全无机性的涂层具有更好的温度稳定性。它们也已被用作蒸汽室涂层，例如参见US5,060,406和GB773,741中所述的那些。这些涂层的孔隙率程度，加上它们的亲水性，导致了表面积的增加，并由此在恰当温度下使用时能导致很高的蒸汽率。不过，应当限制涂层的孔隙率，因为要被汽化的液体不应当能够到达金属表面，而这在有效的蒸汽形成所需的过高温度下很容易发生。
本发明的目的在于提供一种用于蒸汽发生装置层如熨斗中的蒸汽室的涂层，该涂层不表现出上述问题。为此，本发明提供一种根据引言所述的蒸发产生装置用涂层，特征在于它包括第一层和第二层，其中第一层是基本上不透水的，而第二层是亲水性的。
根据本发明的一个实施方案，所述第一层还包含无机颗粒。
根据本发明的一个实施方案，所述第二层包含平均粒径小于1μm的颗粒。
根据本发明的一个实施方案，所述第一层的层厚在10-100μm之间，第二层的层厚在1-15μm之间。
根据本发明的一个实施方案，所述蒸汽发生装置是家用电器如蒸汽熨斗、系统熨斗、蒸汽机、衣服清洁机、加热熨衣板或面部蒸汽机的一部分。
根据本发明，首先在导热基材上沉积一个相对致密的、绝热的并基本上不透水的层，并且在此层上施加一个亲水性的多孔层。致密层会将基材温度降到莱顿弗罗斯特点之下的值，而第二层是多孔和亲水性的，由此确保了液体的有效展开。两层中每个都可以再包含子层，并且此外在第一和第二层之间还可以施加增粘剂。
用于第二层的组成与第一层的组成可以相同也可以不同。如果使用相同的组成，则可以通过改变涂覆方法来获得层的孔隙率差异。例如，如果使用喷涂，喷枪与要涂覆的基材之间的距离很小的话则会形成相对致密的层。新沉积的层是湿的，干燥之后可以形成致密的膜。如果喷枪与基材的距离增加，使得喷涂液滴在到达表面之前有更多的溶剂从中蒸发，则会形成更加多孔的层。
导致产生非渗透性的第一层和多孔性的第二层的孔隙率差异还可以通过选择起始物质相同但粘结剂对填料的比不同的组成来形成。根据填料的形状和粒径分布，在沉积的层中存在一个最高颗粒体积分数，对于可商购的多分散系粉末来说它通常为40-55％左右。如果粘结剂的量不足以充满剩余的体积，就会获得多孔的层。如果存在足够的粘结剂，则只要选择了适合的沉积方法就可以沉积致密的层。组成类似但颗粒/粘结剂比更高的组成可以用于获得多孔的表面层。粒径能辅助决定多孔层的孔径，而对于致密层来说粒径不应超过层的厚度。
致密的绝热层和多孔层所选择的材料也可以不同。这使得可以自由地选择憎水性材料，优选是具有良好绝热性能的材料如聚酰亚胺来作第一层，在其上是亲水材料薄层。
适合作绝热层的材料有很多，只要它们具有足够的热稳定性并且可以达到足够的厚度即可。可以使用填充了无机颗粒的聚酰亚胺基粘结剂，也可以使用瓷釉或磷酸盐玻璃。颗粒填充的溶胶-凝胶材料也可以被有利地用于在蒸汽室表面沉积第一层；特别是可以使用含有少于四个可水解基团的混杂溶胶-凝胶前体。在混杂溶胶-凝胶前体中，由甲基三(甲)乙氧基硅和苯基三(甲)乙氧基硅制造的层具有最好的温度稳定性。绝热层的厚度通常在30μm左右，不过也可以施加达80μm或以上的更厚的层。一种优选用于施加所述的层的方法是喷涂。根据固化曲线和涂覆方法，聚酰胺酰亚胺和甲基三甲氧基硅的相对致密层会吸收0.5-3％左右的水，这被认为是基本非渗透性的。
在此第一致密层之上，可以涂覆一个亲水性的多孔层。这些多孔层可以用亲水性材料制造。特别适合于第二层的材料的例子是用无机颗粒如粘土颗粒、SiO2颗粒或Al2O3颗粒填充的单磷酸铝粘结剂。或者，可以选择一种溶胶-凝胶前体作粘结剂。甚至还成功地使用过没有粘结剂的体系，如某些类型的胶态二氧化硅。多孔层的一般厚度为约15μm。只要对第一层的附着力足够强，一定程度的裂缝就不会对蒸汽室涂层的功能性有负面影响。一种优选用于施加所述的层的方法是喷涂。
尽管可以分别固化所述两个层，但有利的是同时固化它们。这能节省固化周期，并且更重要地可以改善两层之间的粘合。
在下面的实施例和附图中将对本发明作进一步说明，其中：
图1显示了如实施例1中所公开的0.5g水滴在有和没有氧化硅(Ludox)表面涂层的聚酰胺/酰亚胺涂层上的汽化时间的倒数；
图2显示了如实施例2和3所述的0.5g水滴在MTMS基涂层和氧化硅(Ludox)或氧化铝表面涂层上的汽化时间的倒数随温度的变化。
实施例1
用含有云母和薄铝片的聚酰胺/酰亚胺树脂制备双层涂层。填料在层中的总体积分数为48％。所述涂层通过喷涂施加在铝基材上。涂层在280℃固化10分钟，之后喷涂一个由用去离子水稀释到3％的可商购的硅溶胶Ludox AM构成的第二层。其后不进行热处理。聚酰胺/酰亚胺层的厚度为约40μm，Ludox层的厚度为约10μm。在图1中给出了0.5g水滴的汽化时间的倒数随衬底温度的变化。为了对比，在同一图中还给出了水滴在聚酰胺/酰亚胺涂层的单层涂层上的汽化时间的倒数。在整个的温度范围内，双层体系的蒸发率都明显更高。
实施例2
通过加入1.4g马来酸和77g去离子水使在50g乙醇中的100g甲基三甲氧基硅(MTMS)水解。水解之后，加入23g Al薄片和47g云母薄片。将此漆喷涂在铝基材上形成致密的第一涂层。将所述层在约100℃下干燥，之后在涂层上填加一种水性硅溶胶。在干燥氧化硅层之后，将上述层在300℃共固化。最终第一MTMS层的厚度为100μm，而氧化硅层的厚度为25μm。图2显示了0.5g水滴的蒸发率。如果不涂覆第二层，则蒸发率太低以至于无法测定。
实施例3
通过加入1.4g马来酸和77g去离子水使在50g乙醇中的100g甲基三甲氧基硅(MTMS)水解。水解之后，加入23g Al薄片和47g云母薄片。将此漆喷涂在铝基材上。将涂层在约100℃下干燥，之后在此涂层之上喷涂一种由水解的仲丁醇铝制备并用氧化铝颗粒填充的1-M的氧化铝溶胶。将上述层在300℃固化。第一致密层的厚度为54μm，而表面涂层的厚度为14μm。0.5水滴的蒸发率与实施例2中的相同，参见图2。如果不涂覆第二层，则蒸发率太低以至于无法测定。
Claims (13)
1.用于蒸汽发生装置的涂层，包括在导热基材上的第一层和在该第一层之上的第二层，其中所述第一层是相对致密的、绝热的并且基本上不透水的，而所述第二层是亲水性的。
2.根据权利要求1的涂层，特征在于第二层是多孔层。
3.根据权利要求1的涂层，特征在于第一层包含聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、瓷釉、磷酸盐玻璃或它们的组合。
4.根据权利要求1的涂层，特征在于第一层包含溶胶-凝胶衍生材料。
5.根据权利要求3或4的涂层，特征在于所述第一层还包含无机颗粒。
6.根据权利要求1的涂层，特征在于第二层包含磷酸盐玻璃。
7.根据权利要求1的涂层，特征在于第二层包含溶胶-凝胶衍生材料。
8.根据权利要求1的涂层，特征在于第二层包含无机颗粒。
9.根据权利要求1的涂层，特征在于第二层包含氧化硅颗粒。
10.根据权利要求1的涂层，特征在于第二层包含平均粒径小于1μm的颗粒。
11.根据权利要求1的涂层，特征在于第一层的层厚在10-100μm之间，第二层的层厚在1-15μm之间。
12.根据权利要求11的涂层，特征在于所述蒸汽发生装置是家用电器的一部分。
13.根据权利要求12的涂层，特征在于所述家用电器是蒸汽熨斗、系统熨斗、蒸汽机、衣服清洁机、加热熨衣板或面部蒸汽机。
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