CN105949831A - 一种热环境下高硬度的陶瓷涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热环境下高硬度的陶瓷涂料，由硅溶胶、有机硅烷、催化剂、钛白粉、羟基硅油、填充料和色粉组成，所述硅溶胶、有机硅烷、催化剂、钛白粉、羟基硅油、填充料和色粉的重量比为100：55.5‑60.5：21‑25：1‑5：2‑30：0‑30；所述硅溶胶中Si2O含量25％‑30％，硅溶胶乳液颗粒为500‑600nm，所述钛白粉的粒径为40‑50nm，所述羟基硅油的羟基含量为4.2‑4.5％，本发明制备的陶瓷涂料不需要熟化便可直接使用，并且具备良好的冷热稳定性、耐磨性和不粘性。
Description
技术领域
本发明属于涂料领域，具体涉及一种热环境下高硬度的陶瓷涂料。
背景技术
陶瓷涂料是一种新型的低VOC排放的环保无毒涂料，具有不粘、耐高温、高硬度、不燃无烟、超耐候、自清洁、耐腐蚀、抗高温氧化等诸多优点，是一种理想的涂料。近年来陶瓷涂料在化工防腐、航空、汽车、厨房设备等领域的产业化和商业化运用趋势越来越明显，其研究工作已成为备受关注的热点。近年来，陶瓷涂料开始应用在炊具上，因其安全性的优势，发展迅速。在不粘炊具方面，目前的厨房用具常使用聚四氟乙烯(PTFE)作为涂层剂的主要成分。虽然PTFE具有良好的长期不粘性，但是PTFE的皮膜太软，在高温时的耐刮性与热硬度不足。相对于传统的PTFE，陶瓷涂料具有更加绿色环保、硬度高、耐磨性能优异、高温下不易分解等优点。然而，陶瓷涂料本身硬度高，韧性较差，在使用过程中，容易被碰撞、冲击、刮擦等引起附着力变差、开裂或者脱落。
目前的涂料为使性能更加优良，在使用前均需要进行熟化过程，熟化时间在1-15小时不等，熟化温度为60-70℃，这一熟化过程非常浪费能源，使涂料成本上升，加重企业负担，并且熟化后的涂料不易贮存，遇40℃以上的高温容易发生反应结成小块，非常影响涂料的性能，为了解决这个问题，一般熟化后的涂料需要在恒温室保存，但在运输过程中，因为车厢空间狭小，温度容易达到50℃，导致涂料结块，造成使用性能下降。
CN103013193A公开了一种含钦陶瓷涂料，由以下组份组成，组份比例按重量份数计:100份硅溶胶、50-100份有机硅烷、3-1份催化剂、5-20份钦粉、1-5份硅油；所述硅油为羟基硅油，在25℃的粘度为100-20000cps；所述钦粉的粒径为200-400目；所述硅溶胶的固含量为20-50％，硅溶胶中的固体粒径为8-50nm；所述含钦淘瓷涂料的制备方法：先将硅溶胶和钦粉充分分散直至沉淀物完全消失为止作为A液；接着将有机硅烷、硅油及催化剂混合均匀作为B液；然后将B液加入己分散好的A液中，熟化1.5-12小时，最后用100-150目滤网过滤。该方案制备的陶瓷涂料具有较好的不粘性和耐磨性，但其制备方法同样需要1.5-12小时的熟化过程。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种热环境下高硬度的陶瓷涂料，由硅溶胶、有机硅烷、 催化剂、钛白粉、羟基硅油、填充料和色粉组成，所述硅溶胶、有机硅烷、催化剂、钛白粉、羟基硅油、填充料和色粉的重量比为100：55.5-60.5：21-25：1-5：2-30：0-30。
所述硅溶胶中Si2O含量25％-30％，硅溶胶乳液颗粒为500-600nm，硅溶胶的固含量为60-65％
所述钛白粉的粒径为40-50nm，
优选的，所述羟基硅油的羟基含量为4.2-4.5％，所述羟基硅油的在25℃的粘度为100-20000cps。
优选的，硅油选择为可与食品接触的硅油。
优选的，所述有机硅烷为甲基三甲氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷中的一种或两种。
优选的，所述催化剂为醋酸和柠檬酸中的一种或两种。
优选的，所述填充料为二氧化硅、氧化铝、二氧化锆、碳化硅、氮化铝、氮化硼、高岭土、滑石粉、云母粉和硫酸钡中的一种或一种以上。
优选的，所述填充料粒径为10-20um。
优选的，本发明色粉可为无机色粉，如钛白粉和/或氧化铁等，但不局限于上述限定，可根据对颜色的需求，进行选择。
本发明还提供一种含钛陶瓷涂料的制备方法：按比例将硅溶胶、钛白粉、填充料和色粉充分分散至沉淀完全消失作为颜色浆，按比例将有机硅烷、催化剂和羟基硅油混合均匀作为树脂浆，然后将树脂浆与颜色浆充分混合均匀，最后用100-150目滤网过滤，制备得到热环境下高硬度的陶瓷涂料。
本发明含钛陶瓷涂料制备时不需要熟化过程，便可直接使用，成膜温度为250-280℃。
本发明还提供一种由上述热环境下高硬度的陶瓷涂料制备得到的保护层。
所述保护层的制备方法为：
首先涂布热环境下高硬度的陶瓷涂料于喷砂、粗化、及除油处理后的基材表面，接着以250℃烘烤2分钟后，再以280℃烘烤10-15分钟后，最后于室温下冷却。上述陶瓷涂料可喷涂在耐400℃以上的基材，比如非金属基材如玻璃或陶瓷，或金属基材如铝、铝合金、阳极氧化铝、铸铝、铸铁、不锈钢、或碳钢。上述涂布的方法可为喷涂、浸涂、或滚涂。上述不粘性的保护涂层可应用于厨房用具如炒锅、平底锅、油炸锅、电饭锅、三明治烤盘、蛋糕盘、或烤架等，亦可应用于工业用具如热交换器、樟具、输送带、阀门、雪铲、或滚轮表面等。
本发明的有益效果：
(1)本技术方案的配方及比例合理，制备的陶瓷涂料不需要熟化便可直接使用，解决熟化后涂料在贮存及运输过程中产生结块的问题，并且节约能源，降低成本。
(2)本技术方案配比合理制备的陶瓷涂料具备良好的冷热硬度、耐磨性和不粘性的优点。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进一步详细说明，但本发明要求的保护范围并不局限于实施例。
本发明的测定方法是按照如下标准:
1.涂层硬度测试：按照标准ASTM D3363所述方法测试。
2.不粘性测试：将试样锅加热至160-180℃时，将整个鸡蛋破壳后放入锅内，保持160-180℃温度2-3分钟，待鸡蛋贴锅一面发黄后，用铲翻转鸡蛋，看是否能完整翻到另一面，倒掉鸡蛋后，将试样锅用布擦干净；重复上述步骤，直到鸡蛋不能完整翻转为止，记录实验煎蛋总数。
3.耐磨性能测试:
将产品放置在杜邦专用的耐磨机上，施加4.9kg的压力，加入少量的洗洁精和水，采用3M-7447#百洁布，每250次更换一次百洁布。以10条基体露白终止测试，计算总次数。
4.抗压强度试验
测定时将试样受压面置于压板中心，以1.4-1.8KN/S的加荷速率均匀的加荷，直至试样破碎为止。记录试验机此时指示的最大载荷。
5.抗折强度测试
试样置于抗折试验机上进行测定。试样的常温抗折强度按照GB/T3001-2000进行。
实施例1:
100g硅溶胶、25g钛白粉、3g滑石粉和3g云母粉充分分散至沉淀完全消失作为颜色浆；将55.5g有机硅烷、0.5g柠檬酸和1g羟基硅油混合均匀作为树脂浆，然后将树脂浆与颜色浆充分混合均匀，最后用100-150目滤网过滤，制备得到热环境下高硬度的陶瓷涂料。
实施例2:
100g硅溶胶、24g钛白粉、20g氮化硼、5g高岭土和5g钛白粉充分分散至沉淀完全消失作为颜色浆；将57g有机硅烷、0.7g柠檬酸和2g羟基硅油混合均匀作为树脂浆，然后将 树脂浆与颜色浆充分混合均匀，最后用100-150目滤网过滤，制备得到热环境下高硬度的陶瓷涂料。
实施例3:
100g硅溶胶、22g钛白粉、10g氮化硼、5g高岭土和5g钛白粉充分分散至沉淀完全消失作为颜色浆；将59g有机硅烷、0.9g柠檬酸和4g羟基硅油混合均匀作为树脂浆，然后将树脂浆与颜色浆充分混合均匀，最后用100-150目滤网过滤，制备得到热环境下高硬度的陶瓷涂料。
实施例4:
100g硅溶胶、21g钛白粉、10g氮化硼和5g钛白粉充分分散至沉淀完全消失作为颜色浆；将60.5g有机硅烷、1g柠檬酸和5g羟基硅油混合均匀作为树脂浆，然后将树脂浆与颜色浆充分混合均匀，最后用100-150目滤网过滤，制备得到热环境下高硬度的陶瓷涂料。
对比实施例
与实施例1相比，按照表1的数据调整对比例1-4具体的用量比例，其余工艺与实施例1相同。
表1
对比例5：先将100g硅溶胶、10g钛白粉和40g铜锰铁氧化物混合在一起研磨直至沉淀物完全消失为止作为A液；接着将70g甲基三乙氧基硅烷、5g苯基三甲氧基硅烷、1g的硅油FD20和1g的醋酸混合均匀作为B液；然后将B液加入己分散好的A液中，熟化12小时，最后用100-150目滤网过滤，制备得到陶瓷涂料。
效果实施例
制备涂层：将实施例1-4和对比例1-4所制备得到的淘瓷涂料喷涂到经过喷砂、粗化、及除油处理后的基材表面，接着以250℃烘烤2分钟后，再以280℃烘烤10-15分钟后，最后于室温下冷却，即在基材表面形成保护涂层。
表1为采用实施例1-4和对比例1-4的淘瓷涂料制备得到的保护涂层的性能参数表。
表2
贮存试验：
第一组：将实施例1-4和对比例5制备得到的陶瓷涂料普通温度(30-40℃)下贮存30天后，对涂料外观进行观察；
第二组：将实施例1-4和对比例5制备得到的陶瓷涂料于50℃贮存5天后，对涂料外观进行观察，模拟运输过程因封闭环境可能导致温度较高。
两组试验的具体数据见表3。
表3
从表2可以看出实施例1-4的陶瓷涂料制备的涂层具备较好的冷热稳定性、耐磨性、不粘性和抗压抗折弯强度；对比例1-4在调整了钛白粉和有机硅烷的用量，使其不在本技术方案的比例内后，涂层的各个性能均相对较差，因此，说明本技术方案的配方比例合理，在不需要熟化的条件下使用，仍能具备较好的性能，而不在本技术方案内的比例若不经过熟化过程，无法达到相同的性能要求。
从表3可以看出实施例1和实施例2的贮存稳定性较好；对比例5为现有技术制备的经过熟化后的陶瓷涂料，在30-40℃下贮存30天，观察到涂料中会有轻微结块现象，而在50℃下贮存5天就会有较多的结块现象。
因此，说明本发明的热环境下高硬度的陶瓷涂料不需熟化过程贮存稳定性较好，常规贮存运输不会有影响，并且仍然具备较好的冷热稳定性、耐磨性、不粘性。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (8)
1.一种热环境下高硬度的陶瓷涂料，其特征在于，由硅溶胶、有机硅烷、催化剂、钛白粉、羟基硅油、填充料和色粉组成，所述硅溶胶、有机硅烷、催化剂、钛白粉、羟基硅油、填充料和色粉的重量比为100：55.5-60.5：21-25：1-5：2-30：0-30；所述硅溶胶中Si2O含量25％-30％，硅溶胶乳液颗粒为500-600nm，所述钛白粉的粒径为40-50nm，所述羟基硅油的羟基含量为4.2-4.5％；
所述含钛陶瓷涂料的制备方法为：按比例将硅溶胶、钛白粉、填充料和色粉充分分散至沉淀完全消失作为颜色浆，按比例将有机硅烷、催化剂和羟基硅油混合均匀作为树脂浆，然后将树脂浆与颜色浆充分混合均匀，最后用100-150目滤网过滤，制备得到热环境下高硬度的陶瓷涂料。
2.根据权利要求1所述的一种热环境下高硬度的陶瓷涂料，其特征在于，所述羟基硅油的在25℃的粘度为100-20000cps。
3.根据权利要求1所述的一种热环境下高硬度的陶瓷涂料，其特征在于，所述有机硅烷为甲基三甲氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种热环境下高硬度的陶瓷涂料，其特征在于，所述催化剂为醋酸和柠檬酸中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种热环境下高硬度的陶瓷涂料，其特征在于，所述填充料为二氧化硅、氧化铝、二氧化锆、碳化硅、氮化铝、氮化硼、高岭土、滑石粉、云母粉、铝或错的硅酸盐、硫酸钡、金属纤维和不锈钢粉中的一种或一种以上。
6.根据权利要求1所述的一种热环境下高硬度的陶瓷涂料，其特征在于，所述硅溶胶的固含量为60-65％。
7.一种由权利要求1-6任一项所述热环境下高硬度的陶瓷涂料制备得到的保护层。
8.一种权利要求7所述保护层在厨房用具上的应用。
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