一种无机低温微晶陶瓷涂料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及陶瓷涂料技术，具体涉及一种无机低温微晶陶瓷涂料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着人们生活水平的提高和对市场消费需求的多样化，保健意识的增强，铝基材料的电饭煲是市场消费品一直都得到消费者的认可，但是铝基材料的电饭煲内胆多数喷涂特氟龙。
3.市场主流采用特氟龙涂料，属有机工业涂料，他有着其他工业涂料无法匹敌的优异特性。它也可以用于直接解决您的电饭煲产品上的问题从而提高产品质量并增加销售。
4.特氟龙涂料是不粘涂料的鼻祖，结合了耐热性、化学惰性和优异的绝缘稳定性及低摩擦性，具有其他涂料无法抗衡的综合优势。特氟龙产品特性包括不粘性、耐热性、滑动性、抗湿性、耐磨损性和耐腐蚀性。特氟龙工业用涂料有粉末状和液体状两种。产品应用的灵活性使得它能用于几乎所有形态和大小的产品上，并且特氟龙涂料给产品带来的附加值远远超过不粘涂料自身的价值。
5.特氟龙涂层在正常情况下使用是没有毒的，特氟龙涂层主要是氟聚合物，成分为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯的分解温度为350℃，我们日常炒菜即便是用油加热到冒烟温度也在200-250℃之间，不会释放出有毒物质，使用电饭煲时要注意避免“干烧锅”的情况，干烧锅会导致温度过高涂层分解，吸入不粘锅涂层燃烧的烟雾，可能会引起头痛、发热等症状。
6.而当电饭煲的涂层开始掉落时，建议不要再使用，一是会粘锅，二是避免吃进去更多的涂层。长久使用中，不可避免的带来铝离子析出等物质，反而对健康产生不利影响。


技术实现要素：

7.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种无机低温微晶陶瓷涂料，具有搪瓷材料性能、没有搪瓷材料易碎性，涂层韧性好，抗菌、耐温达到600℃以上、低膨胀、耐酸碱腐蚀、高绝缘、远红外线功能、高硬度、耐磨，而且无毒、无味、无污染，安全性能高；本发明的目的之二在于提供一种无机低温微晶陶瓷涂料的制备方法，步骤简单，反应条件温和，适合大规模生产；本发明的目的之三在于提供一种无机低温微晶陶瓷涂料的应用，能作为铝基锅具内涂层，提高涂层的韧性、耐温性和耐腐蚀性，同时安全性能高，不含有且不会释放有害物质。
8.本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
9.一种无机低温微晶陶瓷涂料，包括以下按重量份计的原料：低熔点玻璃粉30～40份、固化剂10～15份、纳米级二氧化钛8～10份、氮化钛粉末6～8份、纳米氧化铝10～15份、纳米氧化硅10～15份、纳米氧化钛10～15份、纳米氧化锆10～15份、石墨烯3～5份、润湿分散剂1～3份、增稠剂1～3份和水20～30份。
10.进一步，所述低熔点玻璃粉是由二氧化硅、氧化锂、氧化锌、氧化钡、氧化钾和氧化
钠的原料经高温蒸发凝聚工艺熔炼成玻璃体，再依次经过洗涤、干燥、粗磨、精磨和分级的步骤制备而成。
11.具体地，所述高温蒸发凝聚工艺的条件为：温度为400～450℃，压强为40～50mpa，时间为12～24h。
12.再进一步，所述低熔点玻璃粉包括以下按重量份计的原料：二氧化硅40～50份、氧化锂10～20份、氧化锌10～20份、氧化钡10～20份、氧化钾10～20份和氧化钠10～20份。
13.进一步，所述润湿分散剂为聚丙烯酸钠分散剂，其属于疏水改性的聚合物分散剂，聚丙烯酸钠分散剂具有降低研磨料粘度、改善涂料的储存稳定性、增加光泽和流平性等特点。用量低，这是因为聚丙烯酸钠分散剂的分散性较一般的抗水型分散剂高。还能有效提高涂层的耐水性，特别适用于高光泽的铝基电饭煲制品表面陶瓷涂层材料添加。
14.再进一步，所述固化剂为具有硅氧结构(-si-o-)的水性硅丙乳液，其耐候性、耐热性能优异，既具有有机硅树脂的耐高温性、耐紫外性、耐氧化降解性、表面能低、透气性好，又具有丙烯酸酯类树脂的柔韧性、保光、保色性、高附着性，是一类综合性能优异的涂料助剂。
15.进一步，所述增稠剂为硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的分子结构式为y-r-si(or)3；其中，y为有机官能基，sior为硅烷氧基。硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此,当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。优选的硅烷偶联剂为a151(乙烯基三乙氧基硅烷)、a171(乙烯基三甲氧基硅烷)和a172(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷，硅烷偶联剂作为增粘剂的作用原理在于它本身有两种基团；一种基团可以和被粘的骨架材料结合；而另一种基团则可以与高分子材料或粘接剂结合，从而在粘接界面形成强力较高的化学键，大大改善了粘接强度。本发明的硅烷偶联剂的主要用途是作为骨架材料的表面处理剂。
16.本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
17.上述的无机低温微晶陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：
18.1)按照配方量将润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入水中，搅拌至充分混合，得到混合物；
19.2)向步骤1)所得的混合物中加入纳米级二氧化钛、氮化钛粉末、纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化钛、纳米氧化锆和石墨烯，搅拌分散，得到分散液；
20.3)向步骤2)所得分散液中加入增稠剂和固化剂，搅拌均匀后，得到无机低温微晶陶瓷涂料。
21.进一步，步骤1)中，搅拌速度为1500～1800r/min；步骤2)中，搅拌速度为1700～2000r/min。
22.本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
23.上述的无机低温微晶陶瓷涂料的应用，所述无机低温微晶陶瓷涂料用于制备铝基锅具涂层，优选地，用于制备铝基电饭煲内胆涂层。
24.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
25.(1)本发明无机低温微晶陶瓷涂料，包括以下原料：低熔点玻璃粉、固化剂、纳米级二氧化钛、氮化钛粉末、纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化钛、纳米氧化锆、石墨烯、润湿分散剂、增稠剂和水。上述成分组合使得涂料具有搪瓷材料性能且没有搪瓷材料易碎性，形成
的涂层韧性好，耐温达到600℃以上，还具有良好的抗菌性、低膨胀性、耐酸碱腐蚀性、高绝缘性、耐磨性和高硬度，兼具远红外线功能，属无毒、无味、无污染食品级的涂料。
26.(2)本发明无机低温微晶陶瓷涂料中的低熔点玻璃粉是采用含二氧化硅(sio2)、氧化锂(li2o)、氧化锌(zno)、氧化钡(bao)、氧化钾(k2o)和氧化钠(na2o)成分的高纯环保无机非金属原材料，经高温蒸发凝聚工艺熔炼，在低温环境下熔融共聚结晶产生氧化硅类金属盐，再先后经过洗涤、干燥、粗磨、保纯精磨和精密分级的工序，制备得到具有超低温熔融的显著特点微晶粉，粘度高，能使涂料更好的附着在基材表面。
27.(3)本发明涂料中的润湿分散剂为聚丙烯酸钠分散剂，具有降低研磨料粘度、改善涂料的储存稳定性、增加光泽和流平性等特点，还能有效提高涂层的耐水性，特别适用于高光泽的铝基电饭煲制品表面陶瓷涂层材料添加；石墨烯具有远红外线功能材料，解决涂层材料热辐射均匀加热速率，降低能耗。所述固化剂选用具有硅氧(-si-o-)结构的水性硅丙乳液，既具有有机硅树脂耐高温性、耐紫外性、耐氧化降解性、表面能低、透气性好，又具有丙烯酸酯类树脂的柔韧性、保光、保色性、高附着性，综合性能优异。所述增稠剂为硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的分子结构式为y-r-si(or)3(式中y为有机官能基，sior为硅烷氧基)，其作用原理在于它本身有两种基团；一种基团可以和被粘的骨架材料结合；而另一种基团则可以与高分子材料或粘接剂结合，从而在粘接界面形成强力较高的化学键，大大改善了粘接强度。本发明的硅烷偶联剂作为骨架材料的表面处理增稠剂。
28.(4)本发明的涂料的制备方法是：先将配方量的润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入水中，搅拌至充分混合，得到混合物；再加入纳米级二氧化钛、氮化钛粉末、纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化钛、纳米氧化锆和石墨烯，搅拌分散，得到分散液；最后再加入增稠剂和固化剂，搅拌均匀后，得到无机低温微晶陶瓷涂料。本发明的制备方法步骤简单，反应条件温和，无需经过高温处理，适合大规模工业生产。
29.(5)本发明的无机低温微晶陶瓷涂料利用低熔点玻璃粉高温受热熔融，但有高粘度的物理特性，能有效在铝基锅具表面形成高韧性保护层，能提高铝基电饭煲内胆的耐酸碱性、耐候性、耐磨性和耐腐蚀性。而且利用本发明的涂料制备的涂层附着性更好，而且安全性更好，即使在高温加热时也不会释放有害物质，能作为特氟龙涂层的新替换品，从而更好地保护锅具，提高锅具的使用寿命。
具体实施方式
30.下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
31.实施例1
32.一种无机低温微晶陶瓷涂料，包括以下按重量份计的原料：低熔点玻璃粉30份、固化剂10份、纳米级二氧化钛8份、氮化钛粉末6份、纳米氧化铝10份、纳米氧化硅10份、纳米氧化钛10份、纳米氧化锆10份、石墨烯3份、润湿分散剂1份、增稠剂1份和去离子水20份。
33.具体地，所述低熔点玻璃粉包括以下按重量份计的原料：40～50nm的二氧化硅30份、氧化锂10份、氧化锌10份、氧化钡10份、氧化钾10份和氧化钠10份。
34.所述低熔点玻璃粉的制备方法为：将配方量的原料搅拌至均匀，在温度为400℃和压强40mpa的条件下反应18h，再先后经过洗涤、干燥、粗磨、保纯精磨和精密分级的工序，得
到超低温熔融的氧化硅类金属盐，即为低熔点玻璃粉。
35.其中，所述润湿分散剂为杭州聚涛生物科技有限公司生产型号为cas：9003-04-7的聚丙烯酸钠分散剂。所述固化剂为具有硅氧结构(-si-o-)的水性硅丙乳液。所述增稠剂为a151(乙烯基三乙氧基硅烷)。
36.上述的无机低温微晶陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：
37.1)按照配方量将润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入水中，以1500r/min的转速搅拌至充分混合，得到混合物；
38.2)向步骤1)所得的混合物中加入纳米级二氧化钛、氮化钛粉末、纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化钛、纳米氧化锆和石墨烯，以1800r/min的转速搅拌分散2h，得到分散液；
39.3)向步骤2)所得分散液中加入增稠剂和固化剂，搅拌均匀后，得到无机低温微晶陶瓷涂料。
40.实施例2
41.一种无机低温微晶陶瓷涂料，包括以下按重量份计的原料：低熔点玻璃粉35份、固化剂13份、纳米级二氧化钛9份、氮化钛粉末7份、纳米氧化铝12份、纳米氧化硅12份、纳米氧化钛12份、纳米氧化锆12份、石墨烯4份、润湿分散剂2份、增稠剂2份和水25份。
42.具体地，所述低熔点玻璃粉包括以下按重量份计的原料：40～50nm的二氧化硅35份、氧化锂15份、氧化锌15份、氧化钡15份、氧化钾15份和氧化钠15份。
43.所述低熔点玻璃粉的制备方法为：将配方量的原料搅拌至均匀，在温度为430℃和压强45mpa的条件下反应24h，再先后经过洗涤、干燥、粗磨、保纯精磨和精密分级的工序，得到超低温熔融的氧化硅类金属盐，即为低熔点玻璃粉。
44.其中，所述润湿分散剂为杭州聚涛生物科技有限公司生产型号为cas：9003-04-7的聚丙烯酸钠分散剂。所述固化剂为具有硅氧结构(-si-o-)的水性硅丙乳液。所述增稠剂为a171(乙烯基三甲氧基硅烷)。
45.上述的无机低温微晶陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：
46.1)按照配方量将润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入水中，以1600r/min的转速搅拌至充分混合，得到混合物；
47.2)向步骤1)所得的混合物中加入纳米级二氧化钛、氮化钛粉末、纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化钛、纳米氧化锆和石墨烯，以1800r/min的转速搅拌分散2h，得到分散液；
48.3)向步骤2)所得分散液中加入增稠剂和固化剂，搅拌均匀后，得到无机低温微晶陶瓷涂料。
49.实施例3
50.一种无机低温微晶陶瓷涂料，包括以下按重量份计的原料：低熔点玻璃粉40份、固化剂15份、纳米级二氧化钛10份、氮化钛粉末8份、纳米氧化铝15份、纳米氧化硅15份、纳米氧化钛15份、纳米氧化锆15份、石墨烯5份、润湿分散剂3份、增稠剂3份和去离子水30份。
51.具体地，所述低熔点玻璃粉包括以下按重量份计的原料：40～50nm的二氧化硅40份、氧化锂20份、氧化锌20份、氧化钡20份、氧化钾20份和氧化钠20份。
52.所述低熔点玻璃粉的制备方法为：将配方量的原料搅拌至均匀，在温度为450℃和压强50mpa的条件下反应12h，再先后经过洗涤、干燥、粗磨、保纯精磨和精密分级的工序，得到超低温熔融的氧化硅类金属盐，即为低熔点玻璃粉。
53.其中，所述润湿分散剂为杭州聚涛生物科技有限公司生产型号为cas：9003-04-7的聚丙烯酸钠分散剂。所述固化剂为具有硅氧结构(-si-o-)的水性硅丙乳液。所述增稠剂为a172(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷。
54.上述的无机低温微晶陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：
55.1)按照配方量将润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入水中，以1800r/min的转速搅拌至充分混合，得到混合物；
56.2)向步骤1)所得的混合物中加入纳米级二氧化钛、氮化钛粉末、纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化钛、纳米氧化锆和石墨烯，以2000r/min的转速搅拌分散2h，得到分散液；
57.3)向步骤2)所得分散液中加入增稠剂和固化剂，搅拌均匀后，得到无机低温微晶陶瓷涂料。
58.对比例1
59.对比例1与实施例1相比，不同之处在于：对比例1不添加低熔点玻璃粉。其余组分和制备方法与实施例1相同。
60.对比例2
61.对比例2与实施例1相比，不同之处在于：对比例2不添加润湿分散剂。
62.其余组分和制备方法与实施例1相同。
63.对比例3
64.对比例3与实施例1相比，不同之处在于：对比例3不添加增稠剂。其余组分和制备方法与实施例1相同。
65.性能测试
66.样品采用普通市场购买的铝合金内胆电饭煲，将实施例1～3制备的无机低温微晶陶瓷涂料和对比例1～3的涂料分别喷涂在样品锅具内，460度20分钟烧结固化形成25微米的涂层。再设置对照组为相同厚度的特氟龙涂层，分别对实验组和对照组进行耐温、耐磨和干烧的对比测试；其中，上述测试所用的标准为：盐雾测试、耐磨机测试。具体数据见表1。
67.表1各组的理化性能指标
68.[0069][0070]
由表1可知，喷涂有实施例1～3的无机低温微晶陶瓷涂料的铝合金电饭煲内胆的耐温性、耐磨性和稳定性都高于对照组和对比例1～3，而且在干烧后没有有害物质生成，说明实施例1～3的无机低温微晶陶瓷涂料属无毒、无味、无污染的无机陶瓷涂料，安全性高。
[0071]
由此可见，本发明的涂层性能稳定，安全性高，具有远红外线功能，而且不含重金属及pfoa等有害物质，可耐高温600℃以上，耐磨性强，物理不粘性能属亲水性，接触角20
°
与有机特氟龙涂料疏油疏水性完全相反，特氟龙接触角130
°
，对比搪瓷锅更加牢固，不易碎裂，耐酸耐碱，更加不怕冷热剧变。此外，受热均匀，铝基锅身的加热储热效果更好。
[0072]
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。