本发明涉及一种安全环保高性能不粘涂层材料的制备方法，属于涂料技术领域。
背景技术：
铸铁、不锈钢、铝以及铝合金等金属材质的锅作为长久以来人们最普遍使用的食品烹饪工具，存在易导致食物出现粘锅、烧焦等现象的问题，不仅破坏食物外观，而且容易导致食物产生苯并芘、丙烯酰胺等有害成分，危害人体健康。此外，粘附在锅表面的食物残渣也给锅具的清洗带来难度。而不粘锅因具有易清洁、煎/炒食物不粘锅、少油烟等优点，给人们的生活打来了极大的方便，所以自问世以来就备受人们的青睐。
目前，市场用于制作不粘锅的不粘涂层的材质主要为一种名为特氟龙的涂料，这种物质是含氟树脂的总称，包括聚四氟乙烯(PEFT)、聚全氟乙丙烯及各种含氟共聚物，具有化学性质稳定、耐水耐油、自润滑性等优点，能满足人们对烹饪过程中不出现食物粘锅的要求。但是，这种材料也存在许多缺陷，特别是所蕴含的健康风险正受到人们越来越多的关注。首先，特氟龙涂料形成的表面不粘涂层的强度不高，不能使用铁铲烹饪，而即使只使用硅胶铲和木铲等护锅铲进行烹饪，在使用一段时间后，涂层也容易出现划伤和脱落，影响产品结构和性能，并导致食物存在异物风险；其次，特氟龙涂层的使用温度一般不能超过250℃，而按照中国人的烹饪习惯，对于许多爆炒的菜肴，锅内温度至少也在300～500℃之间，因此人们在使用时难以严格控制，容易因高温而损坏；第三，有研究发现，特氟龙材料在400℃以上的高温下会释放出十几种有害气体，对肺部有强烈的刺激作用，并且特氟龙生产过程中必须要添加一种名为全氟辛酸铵(PFOA)的成分，在许多报道中都表达了对其安全性的担忧。
随着中国厨卫革命的不断推进，安全、健康、节能、绿色、环保等成为未来厨卫革命发展的主流。近现代发展起来的不粘锅涂层制备技术各有长短，并使不粘涂层获的性能也各有优缺点。因此，针对现有技术的不足亟需研制一种对环境友好，耐高温耐磨，具有良好的综合性能的不粘涂层材料。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：针对现有特氟龙涂料形成的表面不粘涂层的强度不高、耐磨性差的问题，提供了一种安全环保高性能不粘涂层材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）取氟碳树脂、有机硅树脂、偶联剂A151、催化剂二月桂酸二丁基锡、甲苯，将有机硅树脂和偶联剂A151混合，搅拌处理，即得混合浆料，在混合浆料中加入氟碳树脂、催化剂二月桂酸二丁基锡和甲苯，保温搅拌处理，即得基体浆料，将基体浆料减压蒸馏处理后，并保温40～60min，冷却至室温，即得改性有机硅树脂；
（2）取改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺、质量分数为10%乙醇溶液，将改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺和质量分数为10%乙醇溶液混合，超声分散并搅拌处理，即得混合液，过滤即得不粘涂料；将不粘涂料均匀涂覆在干净的锅底基体内表面上，室温固化并热处理，冷却至室温即得安全环保高性能不粘涂层材料。
步骤（1）所述的氟碳树脂、有机硅树脂、偶联剂A151、催化剂二月桂酸二丁基锡、甲苯之间的比例为：按重量份数计，分别称取1～5份氟碳树脂、20～30份有机硅树脂、0.1～0.3份偶联剂A151、1～3份催化剂二月桂酸二丁基锡、1～5份甲苯。
步骤（1）所述的将有机硅树脂和偶联剂A151混合，搅拌处理步骤为：将有机硅树脂和偶联剂A151混合，在搅拌速度为500～600r/min，常温下均匀搅拌20～30min。
步骤（1）所述的在混合浆料中加入氟碳树脂、催化剂二月桂酸二丁基锡和甲苯，保温搅拌处理步骤为：在混合浆料中加入氟碳树脂、催化剂二月桂酸二丁基锡和甲苯，在温度为45～55℃，搅拌速度为700～800r/min下保温搅拌2～3h。
步骤（1）所述的将基体浆料减压蒸馏处理步骤为：将基体浆料在温度为55～60℃，真空度为1.3～2kPa下减压蒸馏30～50min。
步骤（2）所述的填料的制备步骤为：将氧化铝陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉和硅铝合金粉末混合，在转速为130～180r/min，氩气保护下球磨8～10h，即得填料。
步骤（2）所述的改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺、质量分数为10%乙醇溶液之间的比例为：按重量份数计，分别称取60～80份改性有机硅树脂、10～20份填料、1～10份纳米碳化硅晶须、5～10份聚四氟乙烯、1～3份分散剂BYK161、1～3份固化剂聚酰胺、30～40份质量分数为10%乙醇溶液。
步骤（2）所述的超声分散并搅拌处理步骤为：将改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺和质量分数为10%乙醇溶液混合，超声分散1～2h后，在转速为210～300r/min下搅拌4～6h。
步骤（2）所述的室温固化并热处理步骤为：将不粘涂料均匀涂覆在干净的锅底基体内表面上，在室温下固化20～30min后，在温度为200～240℃下热处理1～2h。
所述的氧化铝陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉和硅铝合金粉末的质量比为2∶1∶1。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以氟碳树脂改性有机硅树脂和聚四氟乙烯为原料，聚酰胺为固化剂，制备出一种安全环保高性能不粘涂层材料，该涂料可在室温下固化，牢固地附着在基体表面上，防污性强；利用不同陶瓷粉体之间的协同作用，形成非常致密的涂层，从而提高涂层的热稳定性；有机硅树脂利用其反应性、交联性及成膜性，可在基材表面形成防粘薄涂层，对金属基材的粘接性好，无需底涂，与无机填料的相容性好，固化温度低，并且具有优异的耐温性、电绝缘性、耐潮湿和不粘性；离子化合物和共价化合物有高的硬度，尤其是共价化合物，这是因为共价键为强结合健，其空间有很强的方向性，构成空间网络结构，形成强结合，部分氧化物的健强介于离子键和共价键之间，健强不及共价键，硬度稍低，使不粘涂层达到较高的耐磨性；在不粘涂料中加入陶瓷粉时，材料抵抗应力诱发的裂纹扩张会得到明显的抑制，裂纹在应力的作用下发生扩展遇到颗粒时，由于颗粒极高的强度和小的膨胀系数，裂纹被“钉”扎住，要继续扩展必须要求更大的能量去穿透颗粒或发生裂纹偏转，增加界面面积，从而增加能量的消耗，提高材料的强度和韧性；
（2）本发明采用机械混合的办法将氧化铝陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉和硅铝合金粉末进行混合使用，陶瓷粉具有良好的高温抗氧化性及耐磨性，硅铝合金粉末具有良好的强度和韧度，复合形成的安全环保高性能不粘涂层材料既具有金属的强度和韧度，又具有陶瓷材料耐高温、高温抗氧化、耐磨、耐腐蚀等优点；氧化铝是耐高温热化合物之一，具有硬度高、抗腐蚀性能好、热稳定性好等一系列优良特性，在安全环保高性能不粘涂层材料制备过程中，添加氧化铝陶瓷粉来促进安全环保高性能不粘涂层材料的稳定性，氧化铝有多中结晶形态，以α-Al2O3最稳定、最致密；正应为它较高的机械强度、热稳定性好以及小的膨胀系数，在安全环保高性能不粘涂层材料中引入氧化铝陶瓷粉可提高安全环保高性能不粘涂层材料的硬度，降低膨胀系数，另外氧化铝还能提高安全环保高性能不粘涂层材料的乳浊度和光泽等。
具体实施方式
按重量份数计，分别称取1～5份氟碳树脂、20～30份有机硅树脂、0.1～0.3份偶联剂A151、1～3份催化剂二月桂酸二丁基锡、1～5份甲苯，将有机硅树脂和偶联剂A151混合，在搅拌速度为500～600r/min，常温下均匀搅拌20～30min，即得混合浆料，在混合浆料中加入氟碳树脂、催化剂二月桂酸二丁基锡和甲苯，在温度为45～55℃，搅拌速度为700～800r/min下保温搅拌2～3h，即得基体浆料，将基体浆料在温度为55～60℃，真空度为1.3～2kPa下减压蒸馏30～50min后，并保温40～60min，冷却至室温，即得改性有机硅树脂；按质量比2∶1∶1将氧化铝陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉和硅铝合金粉末混合，在转速为130～180r/min，氩气保护下球磨8～10h，即得填料；按重量份数计，分别称取60～80份改性有机硅树脂、10～20份填料、1～10份纳米碳化硅晶须、5～10份聚四氟乙烯、1～3份分散剂BYK161、1～3份固化剂聚酰胺、30～40份质量分数为10%乙醇溶液，将改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺和质量分数为10%乙醇溶液混合，超声分散1～2h后，在转速为210～300r/min下搅拌4～6h，即得混合液，过滤即得不粘涂料；将不粘涂料均匀涂覆在干净的锅底基体内表面上，在室温下固化20～30min后，在温度为200～240℃下热处理1～2h，冷却至室温即得安全环保高性能不粘涂层材料。
取氟碳树脂、有机硅树脂、偶联剂A151、催化剂二月桂酸二丁基锡、甲苯，将有机硅树脂和偶联剂A151混合，搅拌处理，即得混合浆料，在混合浆料中加入氟碳树脂、催化剂二月桂酸二丁基锡和甲苯，保温搅拌处理，即得基体浆料，将基体浆料减压蒸馏处理后，并保温40min，冷却至室温，即得改性有机硅树脂；取改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺、质量分数为10%乙醇溶液，将改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺和质量分数为10%乙醇溶液混合，超声分散并搅拌处理，即得混合液，过滤即得不粘涂料；将不粘涂料均匀涂覆在干净的锅底基体内表面上，室温固化并热处理，冷却至室温即得安全环保高性能不粘涂层材料。氟碳树脂、有机硅树脂、偶联剂A151、催化剂二月桂酸二丁基锡、甲苯之间的比例为：按重量份数计，分别称取1份氟碳树脂、20份有机硅树脂、0.1份偶联剂A151、1份催化剂二月桂酸二丁基锡、1份甲苯。将有机硅树脂和偶联剂A151混合，搅拌处理步骤为：将有机硅树脂和偶联剂A151混合，在搅拌速度为500r/min，常温下均匀搅拌20min。在混合浆料中加入氟碳树脂、催化剂二月桂酸二丁基锡和甲苯，保温搅拌处理步骤为：在混合浆料中加入氟碳树脂、催化剂二月桂酸二丁基锡和甲苯，在温度为45℃，搅拌速度为700r/min下保温搅拌2h。将基体浆料减压蒸馏处理步骤为：将基体浆料在温度为55℃，真空度为1.3kPa下减压蒸馏30min。填料的制备步骤为：将氧化铝陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉和硅铝合金粉末混合，在转速为130r/min，氩气保护下球磨8h，即得填料。改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺、质量分数为10%乙醇溶液之间的比例为：按重量份数计，分别称取60份改性有机硅树脂、10份填料、1份纳米碳化硅晶须、5份聚四氟乙烯、1份分散剂BYK161、1份固化剂聚酰胺、30份质量分数为10%乙醇溶液。超声分散并搅拌处理步骤为：将改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺和质量分数为10%乙醇溶液混合，超声分散1h后，在转速为210r/min下搅拌4h。室温固化并热处理步骤为：将不粘涂料均匀涂覆在干净的锅底基体内表面上，在室温下固化20min后，在温度为200℃下热处理1h。氧化铝陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉和硅铝合金粉末的质量比为2∶1∶1。
取氟碳树脂、有机硅树脂、偶联剂A151、催化剂二月桂酸二丁基锡、甲苯，将有机硅树脂和偶联剂A151混合，搅拌处理，即得混合浆料，在混合浆料中加入氟碳树脂、催化剂二月桂酸二丁基锡和甲苯，保温搅拌处理，即得基体浆料，将基体浆料减压蒸馏处理后，并保温50min，冷却至室温，即得改性有机硅树脂；取改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺、质量分数为10%乙醇溶液，将改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺和质量分数为10%乙醇溶液混合，超声分散并搅拌处理，即得混合液，过滤即得不粘涂料；将不粘涂料均匀涂覆在干净的锅底基体内表面上，室温固化并热处理，冷却至室温即得安全环保高性能不粘涂层材料。氟碳树脂、有机硅树脂、偶联剂A151、催化剂二月桂酸二丁基锡、甲苯之间的比例为：按重量份数计，分别称取3份氟碳树脂、25份有机硅树脂、0.2份偶联剂A151、2份催化剂二月桂酸二丁基锡、3份甲苯。将有机硅树脂和偶联剂A151混合，搅拌处理步骤为：将有机硅树脂和偶联剂A151混合，在搅拌速度为550r/min，常温下均匀搅拌25min。在混合浆料中加入氟碳树脂、催化剂二月桂酸二丁基锡和甲苯，保温搅拌处理步骤为：在混合浆料中加入氟碳树脂、催化剂二月桂酸二丁基锡和甲苯，在温度为50℃，搅拌速度为750r/min下保温搅拌2.5h。将基体浆料减压蒸馏处理步骤为：将基体浆料在温度为57℃，真空度为1.7kPa下减压蒸馏40min。填料的制备步骤为：将氧化铝陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉和硅铝合金粉末混合，在转速为155r/min，氩气保护下球磨9h，即得填料。改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺、质量分数为10%乙醇溶液之间的比例为：按重量份数计，分别称取70份改性有机硅树脂、15份填料、5份纳米碳化硅晶须、7份聚四氟乙烯、2份分散剂BYK161、2份固化剂聚酰胺、35份质量分数为10%乙醇溶液。超声分散并搅拌处理步骤为：将改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺和质量分数为10%乙醇溶液混合，超声分散1.5h后，在转速为255r/min下搅拌5h。室温固化并热处理步骤为：将不粘涂料均匀涂覆在干净的锅底基体内表面上，在室温下固化25min后，在温度为220℃下热处理1.5h。氧化铝陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉和硅铝合金粉末的质量比为2∶1∶1。
取氟碳树脂、有机硅树脂、偶联剂A151、催化剂二月桂酸二丁基锡、甲苯，将有机硅树脂和偶联剂A151混合，搅拌处理，即得混合浆料，在混合浆料中加入氟碳树脂、催化剂二月桂酸二丁基锡和甲苯，保温搅拌处理，即得基体浆料，将基体浆料减压蒸馏处理后，并保温60min，冷却至室温，即得改性有机硅树脂；取改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺、质量分数为10%乙醇溶液，将改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺和质量分数为10%乙醇溶液混合，超声分散并搅拌处理，即得混合液，过滤即得不粘涂料；将不粘涂料均匀涂覆在干净的锅底基体内表面上，室温固化并热处理，冷却至室温即得安全环保高性能不粘涂层材料。氟碳树脂、有机硅树脂、偶联剂A151、催化剂二月桂酸二丁基锡、甲苯之间的比例为：按重量份数计，分别称取5份氟碳树脂、30份有机硅树脂、0.3份偶联剂A151、3份催化剂二月桂酸二丁基锡、5份甲苯。将有机硅树脂和偶联剂A151混合，搅拌处理步骤为：将有机硅树脂和偶联剂A151混合，在搅拌速度为600r/min，常温下均匀搅拌30min。在混合浆料中加入氟碳树脂、催化剂二月桂酸二丁基锡和甲苯，保温搅拌处理步骤为：在混合浆料中加入氟碳树脂、催化剂二月桂酸二丁基锡和甲苯，在温度为55℃，搅拌速度为800r/min下保温搅拌3h。将基体浆料减压蒸馏处理步骤为：将基体浆料在温度为60℃，真空度为2kPa下减压蒸馏50min。填料的制备步骤为：将氧化铝陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉和硅铝合金粉末混合，在转速为180r/min，氩气保护下球磨10h，即得填料。改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺、质量分数为10%乙醇溶液之间的比例为：按重量份数计，分别称取80份改性有机硅树脂、20份填料、10份纳米碳化硅晶须、10份聚四氟乙烯、3份分散剂BYK161、3份固化剂聚酰胺、40份质量分数为10%乙醇溶液。超声分散并搅拌处理步骤为：将改性有机硅树脂、填料、纳米碳化硅晶须、聚四氟乙烯、分散剂BYK161、固化剂聚酰胺和质量分数为10%乙醇溶液混合，超声分散2h后，在转速为300r/min下搅拌6h。室温固化并热处理步骤为：将不粘涂料均匀涂覆在干净的锅底基体内表面上，在室温下固化30min后，在温度为240℃下热处理2h。氧化铝陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉和硅铝合金粉末的质量比为2∶1∶1。
将本发明制备的安全环保高性能不粘涂层材料进行检测，具体检测结果如下表表1：
表1安全环保高性能不粘涂层材料性能表征
由表1可知本发明制备的安全环保高性能不粘涂层，强度高，耐冲击性好，耐磨性能优异，可广泛应用于不粘锅市场。