专利名称：具有抑菌作用的陶瓷不粘涂层及其涂覆方法
技术领域：
本发明属于对表面涂布液体或其它流体的工艺技术领域，涉及一种不粘涂层，具 体地说是一种具有抑菌作用的陶瓷不粘涂层。
背景技术：
不粘涂层在1958年被发明应用以后迅速发展，广泛应用于炊具、小家电等领域， 给人们生活带来了便捷。但是现有的不粘涂层其核心成分为聚四氟乙烯(PTFE)，而聚四 氟乙烯在生产过程会添加极微量全氟辛酸铵(PFOA)，化学性质稳定的PFOA进入自然环境 和人体后，会长期存在，而不是很快分解。研究表明，低剂量PFOA不仅出现在河流、海洋和 土壤中，也存在于人们的血液中，而且在动物实验中被证实有致癌作用和其他不良后果。为 此，美国环境保护局(EPA)要求聚四氟乙烯制造商在2010年PFOA使用减少95%，2015年停 止生产PF0A。另外研究发现，现有的不粘涂层在超过260°C以上的高温下，聚四氟乙烯会释 放出有害气体，造成对环境的污染和对人体的伤害。纳幕尔杜邦公司的专利ZL 02807868. 3介绍了一种氟聚合物不粘涂层，通过添加 陶瓷颗粒使得涂层具有耐磨性和食物剥离两者表现俱佳的特点，大大提高不粘涂层的使用 寿命，但此不粘涂层主要材料为氟聚合物，高温(260°C以上)会释放有害分解物，而且生产 过程中一般会使用PFOA这一有害材料，因此其应用受到一定局限。由于不粘涂层主要应用 于不粘炊具之上，频繁与食物相接触，而食物和不粘炊具不可避免带有各种有害细菌，影响 人们的身体健康。因此，需要研制一种既具有抑菌作用又不含或含微量有害物质的陶瓷不 粘涂层来满足人们对不粘涂层的需求。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷提供一种具有抑菌作用的陶瓷不粘涂层，该不粘涂层 不添加PTFE和PFOA等物质、环保安全，同时具有抑菌杀菌功能。本发明的另一个目的是提供一种该陶瓷不粘涂层的涂覆方法。本发明的上述技术问题是通过以下技术方案得以实施的
一种具有抑菌作用的陶瓷不粘涂层，该涂层是由A、B、C三组分按重量比2 :0. 5 2 0. 1 2混合而成，其中
A组分将按质量分数计的组分硅溶胶50 100%、耐温颜料0 50%、体质颜料0 20%、分散助剂0 2%和流平助剂0 2%进行分散，然后研磨2小时以上得到A组分； B组分将按质量分数计的乙酸0. 4 1. 5%和余量为至少一种硅烷混合而成； C组分将按质量分数计的醇溶性丙烯酸树脂1 10%、不粘助剂0 30%和抑菌材料 1 50%分散溶解在异丙醇50 95%中得到C组分，且所述的抑菌材料的添加量为A、B、C 三组分中固体组分总质量的1 25%。硅溶胶
硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液。由于硅溶胶中的SiO2含有
3大量的水及羟基，故硅溶胶也可以表述为SiO2 · ηΗ20ο硅溶胶在本发明中作为无机成膜物 质之一，和水解的硅烷缩合脱水，得到SiO2网状结构，从而使得不粘涂层具有硬度、耐水性、 耐腐蚀性和耐温性等性能。本发明中的硅溶胶，pH为2-11，粒径为5-50nm，二氧化硅含量为20-50%。在本发 明中，硅溶胶在A组分中的质量分数为50-100%。耐温颜料
在本发明中，耐温颜料作为着色剂使用。本发明中的耐温颜料为无毒的耐温200°C以上 的有机颜料和/或无机颜料，可以通过ROHS检测，包括但不限于金红石钛白、钛黄、氧化铁 黑、氧化铁红、钴黑、钴蓝、钴绿、炭黑、珠光和铝银粉等。在本发明中，耐温颜料在A组分中的质量分数为0-50%。体质颜料
在本发明中，体质颜料作为填料加入，帮助不粘涂层提高固体含量，提高不粘涂层操作 性，另外还可以提高不粘涂层的强度。本发明中的体质颜料是耐温无毒，粒径小于100 μ m的粉末填料，选自晶须类、纤 维类、陶瓷颗粒等无机材料物质，包括但不限于石英粉、硅晶须、钛酸钾晶须、氧化铝、硅藻 土、碳化硅和金刚石等。在本发明中，体质颜料在A组分中的质量分数为0-20%。分散助剂
本发明中的分散助剂是可以帮助颜料和填料分散的涂料助剂，例如德国BYK-190。在本发明中，分散助剂在A组分中的质量分数为0-2%。流平助剂
本发明中的流平助剂，其特征是可以帮助涂料润湿流平的涂料助剂，例如BYK-333。在本发明中，流平助剂在A组分中的质量分数为0-2%。硅烷
本发明中所述的硅烷，具有以下分子通式RnSi(0R’)4_n,其中R为烷基、芳基、取代烷 基或取代芳基；R’ SC1 -C5烷基；n=l、2或0。硅烷用于水解后与硅溶胶缩合成成膜物质，R要求链短耐温好，R’要求链短容易水解。本发明的硅烷优选甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基 硅烷、苯基三乙氧基硅烷、硅酸乙酯(TEOS)和二甲基二乙氧基硅烷中的一种或多种。乙酸
本发明中的乙酸，其作用是硅烷水解催化剂，添加量是A、B、C三组分总量的0. 1-0. 5%， 添加量过大，水解速度过快，反应不好控制，添加量很低，水解速度过慢，甚至不发生水解。 在本发明中乙酸也可以用甲酸、盐酸等有机酸或无机酸取代。不粘助剂
本发明中的不粘助剂，其作用是提高不粘涂层表面滑爽和降低不粘涂层表面张力，使 得不粘涂层具有不粘和易清洁的性能，例如D0WC0RNING公司的型号为1-9770的具有离型 不粘作用的硅油。不粘助剂添加量在C组分中的重量比为0-30%，在A、B、C三组分总重量的0-2. 5%。
抑菌材料
抑菌材料是能够在一定时间内，使某些微生物(细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等)的 生长或繁殖保持在必要水平以下的化学物质。一般的有机抗菌剂容易水解，耐热差，在水中易析出，有效期短，不适合用在不粘 涂层中；无机抗菌剂水银、镉、铅等虽能耐温高且具有抑菌功能，但是重金属材料，对人体有 害，也不适合在不粘涂层中使用。本发明中的抑菌材料，为具有较强抑菌功能并且无毒、耐温的材料。本发明的抑菌 材料选自纳米银、磷酸锆钛银、二氧化钛银交换体等，添加量为A、B、C三组分总重量中固体 含量的1-25%。本发明优选抑菌材料是纳米银，由于成本原因，添加量为A、B、C三组分总重量中 固体含量的1_5%。纳米银抑菌材料对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都 有强烈的抑制和杀灭作用，具有广谱抗菌、强效杀菌、渗透性强、抗菌持久、安全无毒、而且 不会产生耐药性等特性。醇溶性丙烯酸树脂
本发明中的醇溶性丙烯酸树脂属于有机成分，可以有效地辅助无机涂料成膜，并且防 止涂膜因为内应力过大而造成涂膜开裂，但是其耐温性相对而言比较差，所以添加量不宜 过大，一般添加量为C组分的1-10%，A、B、C三组分总重量的0. 5-1. 5%。异丙醇
异丙醇作为溶剂，溶解分散不粘助剂、抑菌材料和醇溶性丙烯酸树脂。作为优选，所述的A、B、C三组分的重量比为2 1 0. 1 1。作为优选，A组分中，所述的硅溶胶的pH为2 11，粒径为5 50nm，二氧化硅含 量为20 50%。作为优选，A组分中，所述的耐温颜料为无毒的耐温200°C以上的有机颜料和/或 无机颜料，选自金红石钛白、钛黄、氧化铁黑、氧化铁红、钴黑、钴蓝、钴绿、炭黑、珠光和铝银 粉中的一种或多种。作为优选，所述的体质颜料是无毒的粒径小于100 μ m的粉末填料，选自石英粉、 硅晶须、钛酸钾晶须、氧化铝、硅藻土、碳化硅和金刚石中的一种或多种。作为优选，所述的分散助剂为BYK-190 ；所述的流平助剂为BYK-333。作为优选，B组分中，所述的硅烷具有以下分子通式RnSi(0R’)4_n，其中R为烷基、 芳基、取代烷基或取代芳基；R’为C1 -C5烷基；n=l、2或0。作为优选，B组分中，所述的乙酸的添加量是A、B、C三组分总重量的0. 1 0. 5%。作为优选，C组分中，所述的不粘助剂是具有离型不粘作用的硅油，本发明采用的 是道康宁(Dowcorning )公司的型号为1-9770的硅油。作为优选，C组分中，所述的抑菌材料选自纳米银、磷酸锆钛银和二氧化钛银交换 体。一种所述的陶瓷不粘涂层的涂覆方法，该方法包括以下步骤 a，前处理将金属基材喷砂使其表面粗糙，以增加涂层的密着性；
b，涂料混合将发明中所述的A、B组分按重量比混合搅拌或滚动3 15小时(根据气 温不同熟化时间不同)，进行水解缩合反应，然后加入C组分混合均勻；c，涂料喷涂将经a步骤处理后的基材预热到40 80°C (可根据实际情况确定预热 温度)，将步骤b得到的涂料通过压缩空气喷涂在预热的基材上；
d，烧结固化将c步骤得到的基材在55 80°C温度下流平烘干lOmin，再逐渐升温到 280°C 300°C，烧结IOmin后冷却即可。与现有的不粘涂层相比，本发明的具有抑菌作用的陶瓷不粘涂层属无机涂料，耐 温在300°C以上，生产过程中不添加PTFE和PFOA等物质，环保安全，由于添加抑菌材料，因 此同时具有抑菌杀菌功能。本发明可以广泛应用于炊具及其他厨具表面上从而得到具有抑 菌功效的功能炊具或其他产品。经实验证明，涂覆本发明的陶瓷不粘涂层的炊具具有抑菌 或杀菌的功效，可以达到食物杀菌和食物保鲜的目的，从而保护了人们的身体健康。
具体实施例方式以下是本发明的具体实施例，这些实施例可以对本发明作进一步的补充和说明。 为了测试方便，本发明实施例中耐温颜料选用杜邦公司钛白R-900，体质颜料选用5微米粒 径的氧化铝，硅溶胶选用日产公司SN0WTEX-0，但本发明并不限于这些实施例。本发明陶瓷不粘涂层的涂覆方法具体如下a，前处理将金属基材喷砂使其表 面粗糙，以增加涂层的密着性；b，涂料混合将本发明中所述的A、B组分按重量比混合搅拌 或滚动3 15小时(根据气温不同熟化时间不同)，进行水解缩合反应，然后加入C组分 混合均勻；c，涂料喷涂将经a步骤处理后的基材预热到40 80°C，这里可根据实际情况 确定预热温度，将涂料通过压缩空气喷涂在预热的基材上；d，烧结固化将c步骤得到的基 材在55 80°C温度下流平烘干lOmin，再逐渐升温到280°C 300°C，烧结IOmin后冷却即 可。以下实施例中所使用的技术，除非特别说明，均为本领域的技术人员已知的常规 技术；所使用的仪器设备、试剂等，除非是本说明书特别说明，均为本领域的研究和技术人 员可以通过公共途径获得的。实施例1-8
本发明陶瓷不粘涂层的涂覆方法具体如下 a，前处理将金属基材喷砂使其表面粗糙，以增加涂层的密着性； b，涂料混合将表1中的A、B组分按重量比混合搅拌6 7小时，使反应物进行水解缩 合反应，然后加入C组分混合均勻；
c，涂料喷涂将经a步骤处理后的基材预热到50 60°C，将涂料通过压缩空气喷涂在 预热的基材上；
d，烧结固化将c步骤得到的基材在55 70°C温度下流平烘干lOmin，再逐渐升温到 280°C 300°C，烧结IOmin后冷却即可。实施例9-16
本发明陶瓷不粘涂层的涂覆方法具体如下 a，前处理将金属基材喷砂使其表面粗糙，以增加涂层的密着性； b，涂料混合将续表1中的A、B组分按重量比混合滚动8 9小时，使反应物进行水解 缩合反应，然后加入C组分混合均勻；
c，涂料喷涂将经a步骤处理后的基材预热到60 80°C，将涂料通过压缩空气喷涂在预热的基材上；
d，烧结固化将c步骤得到的基材在70 80°C温度下流平烘干lOmin，再逐渐升温到 280°C 300°C，烧结IOmin后冷却即可。
表 1 (单位g)
1345小8Λ ffl 分fit溶K353530403S I 25 I 28？_:. ·1 SiiiIiJf+151823IH1 15 J 1516体+.现薪！料96Λ14 I 19 I 1613BYK-WOJα 70.7α7Ql J 7 [ CL (). OJΒΥΚ-335(>,3illft 3 3UJ I OJ I JB m 分29 J527^8Ul f>2.r8 I 14.H| 1512.7U5O<)I 5 Jf)雜:imm-.m )24 O6 J 5 J < I 'jL-ψ · -^nmmO I)IUU J 5 ) 435乙酸0—150.20.3i)A 2 0.2 [ <1111C 分nmmmm^mCMU t>5ΙΛΙ I 1,2 I 15mmfd1.1,1—21.52 AJ1.0 I Ul I IIIli-iHW8,9X-187.54617,24 1 5,95 I 5JI848翻 Wii纳米银-0.120.50 .76 1.H5 J 2,42.JM)涂树罔汴含M:·:实 ! %0(180.8IiJ丨.小+,5,0i itmoIW)HH_!W 1 100 [ IOOIUO
续表1 (单位:g)
权利要求
一种具有抑菌作用的陶瓷不粘涂层，其特征在于该涂层是由A、B、C三组分按重量比20.5～20.1～2混合而成，其中A组分将按质量分数计的组分硅溶胶50～100%、耐温颜料0～50%、体质颜料0～20%、分散助剂0～2%和流平助剂0～2%进行分散，然后研磨2小时以上得到A组分；B组分将按质量分数计的乙酸0.4～1.5%和余量为至少一种硅烷混合而成；C组分将按质量分数计的醇溶性丙烯酸树脂1～10%、不粘助剂0～30%和抑菌材料1～50%分散溶解在异丙醇50～95%中得到C组分，且所述的抑菌材料的添加量为A、B、C三组分中固体组分总质量的1～25%。
2.根据权利要求1所述的陶瓷不粘涂层，其特征在于A组分中，所述的硅溶胶的pH为 2 11，粒径为5 50nm，二氧化硅含量为20 50%。
3.根据权利要求1所述的陶瓷不粘涂层，其特征在于A组分中，所述的耐温颜料选自 金红石、钛白、钛黄、氧化铁黑、氧化铁红、钴黑、钴蓝、钴绿、炭黑、珠光和铝银粉中的一种或 多种；所述的体质颜料是粒径小于ΙΟΟμπι的粉末填料，选自石英粉、硅晶须、钛酸钾晶须、 氧化铝、硅藻土、碳化硅和金刚石中的一种或多种；所述的分散助剂为ΒΥΚ-190 ；所述的流 平助剂为ΒΥΚ-333。
4.根据权利要求1或2或3所述的陶瓷不粘涂层，其特征在于Β组分中，所述的硅烷 具有以下分子通式RnSi (0R’)4_n，其中R为烷基、芳基、取代烷基或取代芳基；ITSC1 -C5 烷基；n=l、2或0。
5.根据权利要求1或2或3所述的陶瓷不粘涂层，其特征在于B组分中，所述的乙酸 的添加量是A、B、C三组分总重量的0. 1 0. 5%。
6.根据权利要求1或2或3所述的陶瓷不粘涂层，其特征在于C组分中，所述的不粘 助剂是硅油1-9770。
7.根据权利要求1或2或3所述的陶瓷不粘涂层，其特征在于C组分中，所述的抑菌 材料选自纳米银、银离子、磷酸锆钛银和二氧化钛银交换体中的一种。
8.根据权利要求1或2或3所述的陶瓷不粘涂层，其特征在于所述的A、B、C三组分 的重量比为2 :1 :0. 1 1。
9.根据权利要求4所述的陶瓷不粘涂层，其特征在于所述的A、B、C三组分的重量比 为 2 :1 :0. 1 1。
10.一种如权利要求1所述的陶瓷不粘涂层的涂覆方法，该方法包括以下步骤a，前处理将金属基材喷砂使其表面粗糙；b，涂料混合将权利要求1中的A、B组分按重量比混合搅拌或滚动3 15小时，进行 水解缩合反应，然后加入C组分混合均勻；c，涂料喷涂将经a步骤处理后的基材预热到40 80°C，将步骤b得到的涂料喷涂在 预热的基材上；d，烧结固化将c步骤得到的基材在55 80°C温度下流平烘干lOmin，再逐渐升温到 280°C 300°C，烧结IOmin后冷却即可。
全文摘要
本发明属于对表面涂布液体或其它流体的工艺技术领域，涉及一种具有抑菌作用的陶瓷不粘涂层，该涂层是由A、B、C三组分按重量比20.5～20.1～2混合而成，其中A组分将按质量分数计的组分硅溶胶50～100%、耐温颜料0～50%、体质颜料0～20%、分散助剂0～2%、流平助剂0～2%进行分散，研磨2小时以上得到A组分；B组分将按质量分数计的乙酸0.2～1.5%和余量为至少一种硅烷混合而成；C组分将按质量分数计醇溶性丙烯酸树脂1～10%、不粘助剂0～30%和抑菌材料1～50%分散溶解在异丙醇50～95%中得到C组分。与现有的不粘涂层相比，本发明的不粘涂层不添加PTFE和PFOA等物质、环保安全，同时具有抑菌杀菌的功能。
文档编号B05D3/12GK101955697SQ20101029012
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月25日 优先权日2010年9月25日
发明者不公告发明人 申请人:浙江鹏孚隆科技有限公司