用于铁基的水性防粘连涂料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种可用于铁基的水性防粘连涂料。更具体地，本发明涉及一种用于 具有防粘连需求的铁基、尤其是铁质炊具的水性防粘连涂料。
【背景技术】
[0002] 聚醚砜以其良好的耐热性、耐蒸气性、耐腐蚀性、着色性以及颜色浅、无毒性等特 性，作为涂料的粘着剂，广泛用作炊具的不粘连涂料。另一方面，炊具的不粘连涂料中还包 含作为防粘连剂的含氟聚合物。
[0003] 例如，专利CN101594944B利用聚醚砜及聚酰胺-酰亚胺或聚酰亚胺，与含氟树脂 及铝薄片作为四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA)粉体作为涂料的底漆，对基材具 有良好的附着性和耐腐蚀性。然而，该涂料适用于不锈钢、铝等基材，且底漆所用溶剂和稀 释剂均为有机溶剂。
[0004] 而对于以铁作为基材的炊具，为防止生锈和表面美观，一般采用搪瓷、氮化氧化处 理或涂覆防粘连涂料等方法。然而，经搪瓷和氮化氧化处理的铁锅存在局部过热和易粘锅 的缺陷，另外，对于搪瓷而言，局部过热还可能产生有毒的搪瓷碎片。
[0005] 对于铁锅表面进行涂覆加工，为防止涂层脱落，常用油性涂料或有机硅涂料对铁 锅进行涂覆处理，但其不粘性、耐高温和耐磨性都很差。此外，油性涂料采用有机溶剂作为 稀释剂或分散介质，存在价格昂贵和不环保的问题。
【发明内容】
[0006]为解决上述技术问题，作为第一方面，本发明人结合聚醚砜（PES)和聚四氟乙烯 各自的特点，提出了一种可用于铁制品表面的水性防粘连涂料。
[0007] 该涂料以水作为稀释剂，使用聚醚砜替代传统的聚酰亚胺（PI)、聚酰胺_酰亚胺 (PAI)，将有机溶剂的用量降低至15%以下，更为安全无毒，减轻了环境污染。同时，所得到 的涂料配方具有良好的耐盐腐蚀性、硬度和耐磨性；特别是在铁制品基材上使用时，其附着 力和不粘性明显优于传统防粘连涂料形成的涂料。
[0008]目前，聚四氟乙烯的水溶性分散体的唯一制备方式是添加全氟辛酸（PFOA)或其 铵盐。然而，由于PFOA分解后会对环境和人体造成毒性危害。因此，国际卫生组织对相关产 品中PFOA的含量提出限制性要求。本发明中，由于聚四氟乙烯优选直接以干粉形式添加， 因而可以不使用市售的聚四氟乙烯分散体。因此，本发明的防粘连涂料是一种安全无毒的 新型广品。
[0009] 与传统的水性聚醚砜涂料相比，本发明所述的防粘连涂料有效改善了热流动性以 及由此形成的涂层的耐腐蚀性、硬度、耐磨性、粘着力以及不粘性等性能指标。本发明的涂 料克服了传统防粘连涂料在铁制品表面易脱落的问题，在铁基表面具有更好的附着性。不 仅可将本发明的水性防粘连涂料单独作为物品的涂层，亦可将其作为多层不粘涂料的任一 层使用，所述任一层为底层、面层或中间层。
[0010] 作为第二方面，本发明还涉及涂有本发明所述的防粘连涂料涂层的炊具，特别是 铁质炊具。
【具体实施方式】
[0011] 具体而言，本发明所述的可用于铁基的水性防粘连涂料包含如下成分：
[0012]
[0013] 优选地，所述涂料中包含的有机溶剂可以为5-13重量份；更优选地，所述涂料中 包含的有机溶剂为5-10重量份。
[0014] 更具体而言，当作为单层涂料使用时，所述水性防粘连涂料优选包含如下成分：
[0015]
[0016] 当作为多层涂层的面层涂料使用时，所述水性防粘连涂料优选包含如下成分：
[0017]
[0018] 当作为多层涂层的底层涂料使用时，所述水性防粘连涂料优选包含如下成分：
[0019]
[0020] 当作为多层涂层的中间层涂料使用时，所述水性防粘连涂料优选包含如下成分：
[0021]
[0022] 其中，所述聚四氟乙烯可以直接以干粉形式进行添加或以聚合物分散体的形式进 行添加，优选直接以干粉形式进行添加。
[0023] 所述水可以使用纯净水或去离子水。
[0024]所述的颜料可以是钛青、钛白、碳黑、石墨、高钛灰、氧化铝、碳化硅、高温无机颜料 (例如，黄色颜料、棕色颜料、蓝色颜料、绿色颜料等）等所有市面上可以售卖的调色颜料。 所述颜料可以单独使用上述成分的一种，或者将两种或两种以上的成分组合使用。
[0025] 所述溶剂可以是任意的有机溶剂，包括但不限于酮类溶剂，例如丙酮、异丙酮、 N-甲基吡咯烷酮、环己酮、丁酮等；胺类溶剂，例如醇胺、砜胺、二甲胺等；酰胺类溶剂，例如 二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等；砜类溶剂，例如环丁砜、二甲基亚砜等；酸类溶剂，例如甲 酸、苯甲酸、乙酸、乙二酸、丙酸、丙二酸等；醇类溶剂，例如乙二醇、二乙二醇、正丙醇、异丁 醇、异丙醇等；醚类溶剂，例如乙醚、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、异丙醚等。这些 溶剂可以单独使用，也可以两种以上组合使用。
[0026] 在本发明的防粘连涂料制备中使用的溶剂最优选为酮醇醚胺混合溶剂。该混合溶 剂中的酮可以是吡咯烷酮，例如N-甲基吡咯烷酮；所述的醇可以是乙二醇；所述的醚可以 是乙醚；所述的胺可以是甲酰胺或二甲基乙酰胺。本发明的防粘连涂料制备中，例如可以使 用的混合溶剂如下表1所示，但并不限于此：
[0027]表1
[0029]所述防粘连涂料还可以含有在制备常规防粘连涂料时常用的助剂，所述助剂例如 增稠剂、流平剂、分散剂、消泡剂、润湿剂等，以上的助剂可以单一使用，或两种或两种以上 组合使用。
[0030] 对本发明水性防粘连涂料的涂覆可以采用喷涂、刷涂、浸涂等方式。在本发明中， 优选喷涂方式。
[0031] 不仅可将本发明的水性防粘连涂料单独作为物品的涂层，亦可将其作为多层不粘 涂料的任一层使用，所述任一层为底层、面层或中间层。
[0032] 在一个实施方式中，可使用单层涂层形成工艺对本发明的涂料进行喷涂。单层涂 层的形成工艺如下：
[0033] (a)基材的表面处理
[0034] 对于基材的表面处理，要求将基材表面的油脂及杂质彻底清除干净，以确保基材 表面的清洁。
[0035] 例如，对铝、铝合金制品的表面，进行电化脱脂后，即可直接喷涂。
[0036] 对铸铝和不锈钢制品的表面，要先进行喷沙，再进行喷涂。
[0037] 对铁制品的表面，首先要进行表面粗糙化处理，然后进行喷涂。对于所述表面粗糙 化处理,例如,可以使用如下的表面粗糙化处理方法中的任意一种：
[0038] ⑴化学直接蚀刻法：铁制品经脱脂处理后，放入由ZnO、NH4HF2、H3BO3组成的混合 溶液在室温条件下处理4-10分钟，使铁制品表面形成一层置换膜，经水洗后，再用30%的 HNO3溶解置换膜，即可得到均匀的粗糙化表面。
[0039] (ii)喷漆蚀刻法：在合适的喷射压力和喷射距离下，使喷射到铁制品表面的硝基 磁漆呈密集的点状，经干燥后用5 %HCl、10 %H2SO4和10 %HNO3组成的蚀刻液进行蚀刻，如 此进行2-3次，即可得到均匀的砂状粗糙化表面。
[0040](iii)喷砂法：在合适的喷射压力和喷射距离下，对铁制品表面进行氧化铝喷砂 处理，即可得到均匀的粗糙化表面。
[0041] (b)喷涂
[0042] 可采用一般的喷枪方法对本发明的水性涂料进行喷涂，喷涂工艺使用手动喷枪和 自动喷枪均可。为保证雾化完全，喷涂压力不低于〇. 30-0. 45MPa，也可根据基材和设备进行 调整；所用空气须经水油分离过滤，保证空气的清洁干净。可在常温干燥条件下喷涂，或在 35-40°C预热后喷涂。
[0043] (C)炉烤、表干固化、烧结、冷却
[0044] 喷涂本发明的涂料后，经过炉烤、表干固化、烧结、冷却四个工段形成涂层。用于实 施以上四个工段形成涂层的设备可以具有分段结构。从设备炉口的较低温度到烧结工段的 较高温度，其温度控制采用连续升温的形式，升温模式可以是线性或非线性的。工件从炉烤 工段到冷却工段的时间应视工件的厚度而定，一般应掌握在20-30分钟左右。具体而言，
[0045] 炉烤工段：涂料喷涂后立即进入炉烤工段，炉口温度不低于40-50°C;
[0046] 表干固化工段：在表干固化工段内，需设置排风，以便溶剂挥发时，能得以充分排 放；
[0047]烧结工段：高温烧结段的温度为385-420°C，高温段烧结时间应不小于5-7分钟；
[0048] 冷却工段：烧结完成后，风冷至常温。
[0049]在另一实施方式中，可使用双层涂层形成工艺对本发明的涂料进行喷涂。使用本 发明的涂料进行喷涂时，在进行相同的基材的表面处理之后，双层涂层的形成工艺如下：
[0050] (a)底层涂层
[0051] 在常温或对基材预热的干燥条件下，底层涂料经
[0052] (al) 130-180°C、3-5 分钟的炉烤工段；
[0053] (a2) 100-300°C、3-5分钟的表干固化工段；
[0054](a3) 385-425°C、不短于5-7分钟的烧结工段；
[0055] (a4)风冷至常温的冷却工段，