CN112138967A - 一种耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法 - Google Patents

一种耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：将金属锅体进行喷砂粗化处理，使锅体内表面形成凹凸不平的凸起结构，然后进行除油处理，并进行清洗备用；步骤S2：按重量份计，分别称取45～65份硼改性硅溶胶和30～50份硅烷改性纳米钛溶胶；并加入10～15份添加剂和1.5～4.5份悬浮剂，搅拌混合均匀，得到涂层浆料；步骤S3：将步骤S2得到的涂层浆料涂覆在步骤S1的锅体内表面上，先采用UV固化，然后快速烘干，得到所述耐磨陶瓷涂层不粘锅。本发明制备得到的不粘锅陶瓷涂层，不仅具有耐高温水煮、防粘连的特性，而且具有防开裂、抗菌和耐磨的优点，满足不粘锅涂层长期安全使用要求。

Description

一种耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法
技术领域
本发明涉及不粘锅涂层的技术领域，尤其涉及一种耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的日益提高，更加重视食品安全，饮食健康。不粘锅由于易清洗、不粘锅，能最大限度的减少油烟等优异特性，逐渐代替传统铁锅，而受到人们越来越多的喜爱。按照不粘锅涂层材料的不同，可以分为有机涂料和无机涂料。有机不粘涂料主要为聚氟树脂类的不粘涂料，依靠其强疏水性和低摩擦系数的特性，来实现食物不粘的。但是有机聚四氟乙烯涂层与不粘锅金属基体的结合力和强度差，容易脱落和损坏，而且烹饪过程中会发生软化，只能用木铲，也不能烹饪较硬的食物；同时这种不粘锅也不宜烹饪酸性食物，否则会影响不粘锅的使用寿命；此外聚四氟乙烯涂层的使用温度一般不能超过250℃，人们在使用时难以严格控制，容易因干烧而损坏。
陶瓷材料广泛应用在国防、机械、化工、冶金、电子等领域。其具有熔点高，硬度大，高温抗氧化性好和耐化学腐蚀性强等优点，一直是本领域技术人员的关心和研究的热点。但是，无机陶瓷不粘锅涂层则由于金属材料和无机材料膨胀系数的差异，不粘锅基体表面的膜层容易由于受热导致撕裂的现象，俗称“爆瓷”，另外以硅溶胶为代表的部分无机陶瓷材料，往往还存在高温水解的现象。
由鉴于此，亟需提供一种制备综合性能优异的陶瓷涂层不粘锅的方法。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足之处，本发明提供一种耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法，该制备方法得到的不粘锅涂层，解决了现有不粘锅涂层耐磨性差和易开裂等问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S1：将金属锅体放入抛砂机内，用碳化硅陶瓷或不锈钢珠为喷丸，进行喷砂粗化处理，使锅体内表面形成凹凸不平的凸起结构，然后进行除油处理，并进行清洗备用；
步骤S2：按重量份计，分别称取45～65份硼改性硅溶胶和30～50份硅烷改性纳米钛溶胶；并加入10～15份添加剂和1.5～4.5份悬浮剂，搅拌混合均匀，得到涂层浆料；
步骤S3：将步骤S2得到的涂层浆料涂覆在步骤S1的锅体内表面上，先采用UV固化，然后放入120℃烘箱中烘干10～30min，得到所述耐磨陶瓷涂层不粘锅。
本发明通过纳米硅溶胶和纳米钛溶胶的改性处理，延缓或阻碍了阳离子在高温水煮过程中的水解问题，进一步提高了不粘锅涂层的使用寿命。未经改性的纳米硅溶胶和纳米钛溶胶，固化后的陶瓷膜层在高温水煮过程中，由于表面带正电荷的阳离子水解作用而发生缓慢受损现象，严重时造成表面漆膜掉落。
优选地，所述硼改性硅溶胶为硼化物改性的酸性硅溶胶，其pH为3.5～4.5。
优选地，所述硅烷改性纳米钛溶胶以有机酸分散的纳米级氧化钛溶胶为原料，然后将乙烯基氯硅烷水解后与所述氧化钛溶胶共缩聚后得到。
优选地，所述硅烷改性纳米钛溶胶的pH为3.5～4.5，所述纳米级氧化钛的粒度为10～40nm。
本发明公开的硼改性硅溶胶和硅烷改性纳米钛溶胶在酸性条件下呈现稳定状态，改善了溶胶的分散性能，并促进了两者的相容性，同时酸性条件可进一步抑制高温水煮过程中阳离子的水解问题。
优选地，所述有机酸为草酸、蚁酸和乙酸中的至少一种。
优选地，所述添加剂为长链烯烃取代的笼型聚倍半硅氧烷。
优选地，所述悬浮剂为钠基膨润土和/或有机膨润土。
优选地，所述UV固化在光强400～4000Mw，波长200～500nm的高压汞灯下辐照进行，固化时间5～30min。
通过UV固化将长链烯烃取代的笼型聚倍半硅氧烷与硅烷改性纳米钛溶胶形成交联网状三维结构，使得纳米溶胶呈现出一定的规则排序结构，改善了涂层的力学性能，进一步预防出现爆瓷现象，从而延长了不粘锅涂层的使用寿命。
无机陶瓷不粘锅，其锅体采用铁、铝、不锈钢等金属材料，涂层则采用无机材料。两者膨胀系数相差大，锅体受热时，铝、铁等锅体金属材料会膨胀延伸，而无机涂层材料由于膨胀系数小，导致不粘锅受热时，锅体表面的无机膜层存在撕裂的趋势，俗称“爆瓷”，从而影响无机陶瓷不粘锅的使用寿命。
本发明通过在主体结构中引入长链烯烃取代的笼型聚倍半硅氧烷，使锅体表面涂层的膨胀系数与金属锅体更加接近，从而有效改善了爆瓷现象，提高了陶瓷不粘锅的使用寿命。长链烯烃取代的笼型聚倍半硅氧烷改性的主体成分为有机-无机杂化结构，无机相与有机相间通过强的化学键结合，不仅进一步增加了主体结构的耐温性能，同时改善了表面涂层的热膨胀性能；笼型结构的特殊性，使得POSS基团呈现出类似弹性体的效果，具有一定的增韧作用。
同时，本发明制备得到的涂层还具有耐磨，抗菌、防粘连、耐高温等优异的综合性能，满足陶瓷不粘锅的使用性能要求。
本发明的有益效果：
本发明制备得到的不粘锅陶瓷涂层，不仅具有耐高温水煮、防粘连的特性，而且具有防开裂、抗菌和耐磨的优点，满足不粘锅涂层长期安全使用要求。
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
本实施例的耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S1：将金属锅体放入抛砂机内，用碳化硅陶瓷为喷丸，进行喷砂粗化处理，使锅体内表面形成凹凸不平的凸起结构，然后进行除油处理，并进行清洗备用；
步骤S2：按重量份计，分别称取45份硼改性硅溶胶和30份硅烷改性纳米钛溶胶；并加入10份长链烯烃取代的笼型聚倍半硅氧烷和1.5份钠基膨润土，搅拌混合均匀，得到涂层浆料；所述硼改性硅溶胶为硼化物改性的酸性硅溶胶，其pH为3.5；所述硅烷改性纳米钛溶胶以草酸分散的纳米级氧化钛溶胶为原料，然后将乙烯基氯硅烷水解后与所述氧化钛溶胶共缩聚后得到；所述硅烷改性纳米钛溶胶的pH为3.7，所述纳米级氧化钛的粒度为10nm；
步骤S3：将步骤S2得到的涂层浆料涂覆在步骤S1的锅体内表面上，先采用UV固化，然后放入120℃烘箱中烘干10min，得到所述耐磨陶瓷涂层不粘锅，该涂层厚度为17um；所述UV固化在光强1000Mw，波长200nm的高压汞灯下辐照进行，固化时间8min。
所述硼改性硅溶胶的制备方法为：将0.5份硼化物与32份硅酸钠混合，然后加入18份未碱化、未熟化的酸性硅溶胶，混合均匀，再通过强酸性阳离子交换树脂进行离子交换，得到pH为3.5的所述硼改性硅溶胶。所述硼化物由B4O5(OH)4 2-、H2O、Na+组成。
所述硅烷改性纳米钛溶胶的制备方法为：称取一定量的纳米级氧化钛，将其分散在草酸的水溶液中，形成氧化钛溶胶，并控制pH为3.7，纳米氧化钛体积分数为5％；然后加入乙烯基氯硅烷进行水解和缩聚反应，反应15min后，得到硅烷改性纳米钛溶胶。
所述长链烯烃取代的笼型聚倍半硅氧烷的结构式如化学式I所示：
Figure BDA0002682474860000041
式中:R为端部为烯烃双键的己烯基。
将上述制备方法制备得到的陶瓷涂层不粘锅进行性能测试，首先100℃高温水煮168h后，显微观察，未见明显微裂纹出现；其次400℃干烧10min后，显微观察，亦未见明显微裂纹出现；再者，按照GB/T1768-1979，在250g砝码下砂轮打磨200圈后，测试涂层失重量为0.0037g；按照GB9286-1998进行涂层附着力测试，附着力为0级；按GB1732-93进行涂层耐冲击性测试，在高度为1m，重锤质量为1kg的钢球冲击下，涂层无裂纹、剥落现象发生。
实施例2
本实施例的耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S1：将金属锅体放入抛砂机内，用不锈钢珠为喷丸，进行喷砂粗化处理，使锅体内表面形成凹凸不平的凸起结构，然后进行除油处理，并进行清洗备用；
步骤S2：按重量份计，分别称取55份硼改性硅溶胶和40份硅烷改性纳米钛溶胶；并加入12份长链烯烃取代的笼型聚倍半硅氧烷和3份有机膨润土，搅拌混合均匀，得到涂层浆料；所述硼改性硅溶胶为硼化物改性的酸性硅溶胶，其pH为4；所述硅烷改性纳米钛溶胶以草酸和乙酸分散的纳米级氧化钛溶胶为原料，然后将乙烯基氯硅烷水解后与所述氧化钛溶胶共缩聚后得到；所述硅烷改性纳米钛溶胶的pH为4.5，所述纳米级氧化钛的粒度为20nm；
步骤S3：将步骤S2得到的涂层浆料涂覆在步骤S1的锅体内表面上，先采用UV固化，然后放入120℃烘箱中烘干20min，得到所述耐磨陶瓷涂层不粘锅，该涂层厚度为21um；所述UV固化在光强1500Mw，波长300nm的高压汞灯下辐照进行，固化时间15min。
所述硼改性硅溶胶的制备方法为：将3份硼化物与43份硅酸钠混合，然后加入24份未碱化、未熟化的酸性硅溶胶，混合均匀，再通过强酸性阳离子交换树脂进行离子交换，得到pH为4.5的所述硼改性硅溶胶。所述硼化物由B4O5(OH)4 2-、H2O、Na+组成。
所述硅烷改性纳米钛溶胶的制备方法为：称取一定量的纳米级氧化钛，将其分散在草酸和乙酸质量比为1：1的水溶液中，形成氧化钛溶胶，并控制pH为4，纳米氧化钛体积分数为6％；然后加入乙烯基氯硅烷进行水解和缩聚反应，反应20min后，得到硅烷改性纳米钛溶胶。
所述长链烯烃取代的笼型聚倍半硅氧烷的结构式如化学式I所示：
Figure BDA0002682474860000051
式中:R为端部为烯烃双键的己烯基。
将上述制备方法制备得到的陶瓷涂层不粘锅进行性能测试，首先100℃高温水煮168h后，显微观察，未见明显微裂纹出现；其次400℃干烧10min后，显微观察，亦未见明显微裂纹出现；再者，按照GB/T1768-1979，在250g砝码下砂轮打磨200圈后，测试涂层失重量为0.0041g；按照GB9286-1998进行涂层附着力测试，附着力为0级；按GB1732-93进行涂层耐冲击性测试，在高度为1m，重锤质量为1kg的钢球冲击下，涂层无裂纹、剥落现象发生。
实施例3
本实施例的耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S1：将金属锅体放入抛砂机内，用碳化硅陶瓷为喷丸，进行喷砂粗化处理，使锅体内表面形成凹凸不平的凸起结构，然后进行除油处理，并进行清洗备用；
步骤S2：按重量份计，分别称取65份硼改性硅溶胶和50份硅烷改性纳米钛溶胶；并加入15份长链烯烃取代的笼型聚倍半硅氧烷、3份钠基膨润土和1.5份有机膨润土，搅拌混合均匀，得到涂层浆料；所述硼改性硅溶胶为硼化物改性的酸性硅溶胶，其pH为4.5；所述硅烷改性纳米钛溶胶以蚁酸和乙酸分散的纳米级氧化钛溶胶为原料，然后将乙烯基氯硅烷水解后与所述氧化钛溶胶共缩聚后得到；所述硅烷改性纳米钛溶胶的pH为4.2，所述纳米级氧化钛的粒度为35nm；
步骤S3：将步骤S2得到的涂层浆料涂覆在步骤S1的锅体内表面上，先采用UV固化，然后放入120℃烘箱中烘干30min，得到所述耐磨陶瓷涂层不粘锅，该涂层厚度为25um；所述UV固化在光强2000Mw，波长300nm的高压汞灯下辐照进行，固化时间30min。
所述硼改性硅溶胶的制备方法为：将5.5份硼化物与65份硅酸钠混合，然后加入32份未碱化、未熟化的酸性硅溶胶，混合均匀，再通过强酸性阳离子交换树脂进行离子交换，得到pH为4.5的所述硼改性硅溶胶。所述硼化物由B4O5(OH)4 2-、H2O、Na+组成。
所述硅烷改性纳米钛溶胶的制备方法为：称取一定量的纳米级氧化钛，将其分散在蚁酸和乙酸质量比为1：1的水溶液中，形成氧化钛溶胶，并控制pH为4.2，纳米氧化钛体积分数为8％；然后加入乙烯基氯硅烷进行水解和缩聚反应，反应30min后，得到硅烷改性纳米钛溶胶。
所述长链烯烃取代的笼型聚倍半硅氧烷的结构式如化学式I所示：
Figure BDA0002682474860000061
式中:R为端部为烯烃双键的辛烯基。
将上述制备方法制备得到的陶瓷涂层不粘锅进行性能测试，首先100℃高温水煮168h后，显微观察，未见明显微裂纹出现；其次400℃干烧10min后，显微观察，亦未见明显微裂纹出现；再者，按照GB/T1768-1979，在250g砝码下砂轮打磨200圈后，测试涂层失重量为0.0045g；按照GB9286-1998进行涂层附着力测试，附着力为0级；按GB1732-93进行涂层耐冲击性测试，在高度为1m，重锤质量为1kg的钢球冲击下，涂层无裂纹、剥落现象发生。
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 (8)

1.一种耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤S1：将金属锅体放入抛砂机内，用碳化硅陶瓷或不锈钢珠为喷丸，进行喷砂粗化处理，使锅体内表面形成凹凸不平的凸起结构，然后进行除油处理，并进行清洗备用；
步骤S2：按重量份计，分别称取45～65份硼改性硅溶胶和30～50份硅烷改性纳米钛溶胶；并加入10～15份添加剂和1.5～4.5份悬浮剂，搅拌混合均匀，得到涂层浆料；
步骤S3：将步骤S2得到的涂层浆料涂覆在步骤S1的锅体内表面上，先采用UV固化，然后放入120℃烘箱中烘干10～30min，得到所述耐磨陶瓷涂层不粘锅。
2.如权利要求1所述的耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法，其特征在于，所述硼改性硅溶胶为硼化物改性的酸性硅溶胶，其pH为3.5～4.5。
3.如权利要求1所述的耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法，其特征在于，所述硅烷改性纳米钛溶胶以有机酸分散的纳米级氧化钛溶胶为原料，然后将乙烯基氯硅烷水解后与所述氧化钛溶胶共缩聚后得到。
4.如权利要求3所述的耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法，其特征在于，所述硅烷改性纳米钛溶胶的pH为3.5～4.5，所述纳米级氧化钛的粒度为10～40nm。
5.如权利要求3所述的耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法，其特征在于，所述有机酸为草酸、蚁酸和乙酸中的至少一种。
6.如权利要求1所述的耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法，其特征在于，所述添加剂为长链烯烃取代的笼型聚倍半硅氧烷。
7.如权利要求1所述的耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法，其特征在于，所述悬浮剂为钠基膨润土和/或有机膨润土。
8.如权利要求1所述的耐磨陶瓷涂层不粘锅的制备方法，其特征在于，所述UV固化在光强400～4000Mw，波长200～500nm的高压汞灯下辐照进行，固化时间5～30min。
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