一种耐磨耐高温的无氟涂层

1.本发明涉及涂层涂料领域，具体涉及一种可用于多种场景的耐磨耐高温的无氟涂层。


背景技术：

2.特氟龙(teflon聚四氟乙烯类产品-ptfe)被杜邦公司开发合成以来，主要用作不粘锅的涂层，但是一直以来被诟病于使用寿命短、长时间发黄、高温熔融点低流动性不好与易分解的特性。主要原因有：其一，机械强度差，尤其在温度较高的情况下由于流动性差、机械强度更低，会易造成涂层脱落；其二，涂层直接与金属的结合粘附力不强，导致聚四氟乙烯涂层极容易脱落不耐剐擦。而通常的做法是在锅体和ptfe中间使用粘结层、或改变其锅体结构、改性ptfe乳液添加填料来提高其表层的粘结性和耐磨性、使用性(cn201910531582.9、cn202020201548.3、cn202110239015.3、cn201610267894.x)。比如，采用pfa(少量全氟丙基、全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物)作为中间层；通过混合填充多种无机、有机填料等为底层来增强与表层ptfe的粘结性等。这些方法虽然能提高ptfe涂料与基体和中间层的附着力防止涂层脱落。但是涂敷在表层的涂膜机械强度仍然不高，且此类氟涂料在高温下机械强度、分解挥发毒性仍未得到解决。
3.高性能工程塑料peek/pekk所具有的出色的耐磨性、刚性、机械性能和能被广泛的应用于各个领域。因此，针对以上氟涂料体现的问题，我们将以高性能树脂粉末为基料开发一种耐磨耐高温的无氟涂层，体现出与金属基材的良好的粘结力、耐高温性、传热速率、耐磨、耐刮、热稳定性强度，以灵活的应用于各个领域，解决在不粘涂料领域中的氟涂料的高温分解、易脱落的特性增强了其在锅具表层的使用寿命。同时pekk/peek等聚芳醚酮树脂不含氟，就算应用于特高温领域(400℃以上)仍不会分解出有毒有害物质，对于在新时代下发展绿色环保材料有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是针对以上问题和要求，提供一种耐磨耐高温的无氟涂层。
5.为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
6.一种耐磨耐高温的无氟涂层，是在高性能聚醚酮酮树脂中加入辅料与助剂，并在喷涂后经高温烧结得到；
7.所述辅料包括无氟粘性树脂，所述无氟粘性树脂的含量为1-5质量份，所述高性能聚醚酮酮树脂的含量为12-25质量份。
8.进一步的，所述高性能聚醚酮酮树脂为由二苯醚、对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯合成的高性能树脂粉末。
9.进一步的，所述助剂还包括去离子水、助溶剂、流平剂、分散剂、消泡剂、表面活性剂以及填料，这些成分的质量份分别为：去离子水55～65份、助溶剂2～5份、流平剂0～5份、
分散剂0～5份、消泡剂0～5份、表面活性剂0～5份和填料0～0.5份。
10.进一步的，所述的助溶剂为醇类，包含乙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇中的一种或多种。
11.进一步的，所述的流平剂为水性聚硅氧烷流平剂afcona-3580、afcona-3581、afcona-3590、afcona-3593、efka-3522、efka-3580中的一种或多种。
12.进一步的，所述的消泡剂为水性聚硅氧烷消泡剂，包含fm-3110、afcona-2507、afcona-2508、afcona-2025、afcona-2524、afcona-2530和afcona-2590中的一种或多种。
13.进一步的，所述的聚醚酮酮为聚醚醚酮不同细度微粉(目数为500～800目)中的一种或多种。
14.进一步的，所述填料为500～800目食品级炭黑、500～800目云母珠光粉和1000～1500目金刚石微粉中的一种或多种。
15.进一步的，所述的无氟粘结树脂为聚酰亚胺、聚醚砜和聚芳醚砜醚酮酮中的一种或多种。
16.进一步的，所述聚醚酮酮喷涂厚度为40-50μm。
17.本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：
18.本发明的耐磨耐高温的无氟涂层克服了对于含氟元素的涂料涂层在高温下易分解、机械性能差、不耐磨、不耐刮擦等问题，由于聚醚酮酮分子结构上有整齐的排列的苯环、醚键、羰基，使的涂层具有稳定的化学结构，而高温烧结中聚醚酮酮的具有的半结晶特性性，可以和粘性树脂(聚醚砜、聚酰亚胺等)共同烧结粘，在高温熔融状态下，两相或多相分子上的苯环、醚键、羰基形成π-π共轭结构相互作用并共同烧结粘附，参考金属多元互溶体系理论，按照此法配比的聚醚酮酮涂料可与其他树脂在高温环境下与两者共同烧结形成聚合物“合金树脂”，对比单纯的氟树脂涂料与绝大数树脂两相及多相不相容没有相互作用力的特征无法在烧结中相互粘附粘接，实现了更好的耐高温性、耐磨性、耐化学腐蚀性和耐酸碱性，并且操作简单，重复性好，便于工业化生产。
19.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
20.图1为实施例1、2、3、4的热重分析图；
21.图2为实施例与对比例与水的接触角示意图；
22.图3为实施例与对比例与食用油的接触角示意图。
23.图中各标号代表的部件列表如下：
具体实施方式
24.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
25.实施例1：
26.在向料桶内依次加入水300g、乙醇30g、afcona-3581 5g、afcona-507110g、afcona-2524 10g、npes(20)10g，设定转速为240r/min搅拌30min，加入炭黑2g、并继续搅拌20min。随后加入而后分两批加入70g pekk微粉并将转速调至400r/min再加入70g pekk微
粉、搅拌10min后转速设置为200r/min缓慢搅拌2h脱泡得到耐磨耐高温的无氟涂料，喷涂烧结后即可得到涂层。
27.实施例2：
28.在向料桶内依次加入水300g、乙醇30g、afcona-3581 5g、afcona-507110g、afcona-2524 10g、npes(20)10g，设定转速为240r/min搅拌30min，加入炭黑2g、聚酰亚胺粉末5g并继续搅拌20min。随后加入而后分两批加入70g pekk微粉并将转速调至400r/min再加入70g pekk微粉、搅拌10min后转速设置为200r/min缓慢搅拌2h脱泡得到耐磨耐高温的无氟涂料，喷涂烧结后即可得到涂层。
29.与实施例1不同之处，实施例2中加入了聚酰亚胺微粉作为粘性树脂，使得涂层在烧结过程中两相树脂共同熔融增强了粘附力，提高了耐磨性。
30.实施例3：
31.在向料桶内依次加入水300g、乙醇30g、afcona-3581 5g、afcona-507110g、afcona-2524 10g、npes(20)10g，设定转速为240r/min搅拌30min，加入炭黑2g、聚醚砜粉末5g并继续搅拌20min。随后加入而后分两批加入70g pekk微粉并将转速调至400r/min再加入70g pekk微粉、搅拌10min后转速设置为200r/min缓慢搅拌2h脱泡得到耐磨耐高温的无氟涂料，喷涂烧结后即可得到涂层。
32.与实施例1不同之处，实施例3中加入了聚醚砜微粉性树脂，使得涂层在烧结过程中两相树脂共同熔融增强了粘附力，提高了耐磨性。
33.实施例4：
34.在向料桶内依次加入水300g、乙醇30g、afcona-3581 5g、afcona-507110g、afcona-2524 10g、npes(20)10g，设定转速为240r/min搅拌30min，加入炭黑2g、聚醚砜微粉2.5g、聚酰亚胺微粉2.5g并继续搅拌20min。随后加入而后分两批加入70g pekk微粉并将转速调至400r/min再加入70g pekk微粉、搅拌10min后转速设置为200r/min缓慢搅拌2h脱泡得到耐磨耐高温的无氟涂料，喷涂烧结后即可得到涂层。
35.与实施例1不同之处，实施例4中同时加入了聚醚砜与聚酰亚胺树脂，使得涂层在烧结过程中三相树脂共同熔融增强了粘附力，提高了耐磨性。
36.对比例1:
37.向料桶内依次加入水50g牌号为杜邦6900gz的聚四氟乙烯乳液35g，杜邦牌号为聚四氟乙烯-全氟丙基、全氟乙烯基醚共聚物10g，乙二醇3g，炭黑0.2g，十二烷基丙磺酸钠2g，在400r/min搅拌20min得到涂料，喷涂烧结后即可得到涂层。
38.对比例2：
39.向料桶内依次加入水55g牌号为杜邦6900gz的聚四氟乙烯乳液25g，杜邦牌号为聚四氟乙烯-全氟丙基、全氟乙烯基醚共聚物10g，乙二醇3g，炭黑0.2g，十二烷基丙磺酸钠2g，在400r/min搅拌20min，随后加入聚酰亚胺粉末10g，继续搅拌20min得到涂料，喷涂烧结后即可得到涂层。
40.对比例3：
41.向料桶内依次加入水55g牌号为杜邦6900gz的聚四氟乙烯乳液25g，杜邦牌号为聚四氟乙烯-全氟丙基、全氟乙烯基醚共聚物10g，乙二醇3g，炭黑0.2g，十二烷基丙磺酸钠2g，在400r/min搅拌20min，随后加入聚醚砜粉末10g，继续搅拌20min得到涂料，喷涂烧结后即
可得到涂层。
42.对比例4：
43.向料桶内依次加入水55g牌号为杜邦6900gz的聚四氟乙烯乳液25g，杜邦牌号为聚四氟乙烯-全氟丙基、全氟乙烯基醚共聚物10g，乙二醇3g，炭黑0.2g，十二烷基丙磺酸钠2g，在400r/min搅拌20min，随后加入聚酰亚胺粉末5g，聚醚砜粉末5g继续搅拌20min得到涂料，喷涂烧结后即可得到涂层。
44.表1为实施例与对比例的物理性能测试数据
[0045][0046]
如表1所示，实施例1、2、3、4在所测试的硬度、附着力、耐温性和耐磨性均要强于对比例1、2、3、4，这是因为在对比例中均用聚四氟乙烯与聚四氟乙烯-全氟丙基、全氟乙烯基醚共聚物与多种类型树脂不同形式共混得到，而在此两相甚至多相之间并没有分子之间的相互作用，不同于实施例1、2、3、4中两相、多相间有分子上的苯环、醚键、羰基形成π-π共轭结构相互作用并共同烧结粘附，所以使得实施例涂层在硬度、附着力、耐温性和耐磨性均要强于对比例。
[0047]
并且，通过图1所示，相较于实施例1单相的聚醚酮酮涂层，实施例2、3、4通过添加多元树脂，使得让聚醚酮酮树脂与其他树脂通过分子间相似的苯环、羰基、醚键等结构形成π-π共轭结构相互作用，在烧结熔融过程中共同粘结使得该涂层的耐温性得到了提升。这也是导致实施例其涂层表面具有小颗粒感的原因，因为没有含氟树脂的所以对比例1、2、3、4涂层表面更光滑，这与图2、图3所示的水性与油性接触角测试结果相对应。实施例的平均水性接触角为120.05
°
，平均油性接触角为53.53
°
，而对比例平均的水接触角达到了141.45
°
，平均油性接触角为76.25
°
当然这样也有含氟树脂具有极小的表面张力有关。
[0048]
综上所述，本发明的耐磨耐高温的无氟涂层，是由聚醚酮酮树脂为基由聚醚酮酮单相，或与其他树脂多相相结合所配制的涂层，对比含氟的涂层涂料有更高的硬度、耐温性以及更强的附着力与耐磨性具有不易分解不易脱落的特点。
[0049]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0050]
以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。