一种无机双组份低温陶瓷涂料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及材料化学领域，具体涉及一种无机双组份低温陶瓷涂料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.聚能罩是家用燃气灶燃烧器的配件，是用来辅助加热功能的，需要注意的是：直接决定燃烧器性能的只有两个性能：热负荷、热效率。
3.一个代表燃烧功率。
4.一个代表产生热量的利用率。
5.燃气灶的燃烧器炉头和火盖的设计对以上两个性能起关键作用，热负荷时燃烧器的额定功率，不会因为聚能罩的优化而变化。热效率的一级能效是63％。产生的热量的利用率的影响因素较多，比如进风方式、与氧气燃气的混合度等。目前主流的燃气灶均能达到一级能效，只有少数的燃气灶可以达到更高的效率。不锈钢基材的聚能罩如果没有耐高温涂层材料保护，使用一段时间后就会氧化、变形，影响热能耗散失。
6.随着人们生活水平的提高，对聚能罩的要求也越来越高，聚能罩基体一般选用的不锈钢201、304材质具有高温耐受性，在其表面增加涂层，即可达到保护作用，一般的涂层难以满足所有的要求，如：耐高温、耐腐蚀、硬度高，巨热骤冷不变形、不脱落，还要求易清洁等。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的不足之处，本发明目的之一在于提供一种无机双组份低温陶瓷涂料，具有抗菌、耐高温达到800℃、低膨胀、耐酸碱腐蚀、高绝缘、高硬度、耐磨的特点。
8.本发明目的之二在于提供一种无机双组份低温陶瓷涂料的制备方法，该方法适用于大规模生产。
9.本发明目的之三在于提供一种无机双组份低温陶瓷涂料在不锈钢基材聚能罩涂层材料的应用，还能大大提高不锈钢基材聚能罩的高温耐受性、耐受冷热剧变，化学性能稳定，还具有良好的光泽度，美观大方，抗油污、易清洁、不易脱落。
10.为实现上述目的之一，本发明提供以下技术方案：
11.提供一种无机双组份低温陶瓷涂料，由以下重量份数的原料：
12.低熔点玻璃粉45～60份、固化剂3～5份、立方氮化硼粉末6～8份、氧化铝15～25份、氧化锆10～15份、钴黑1～3份、钛粉8～15份、润湿分散剂3～6份、增稠剂3～5份、乙醇30～40份。
13.进一步地，所述低熔点玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
14.p1、按照配方量称取sio2、li2o、zno、bao、k2o、na2o；将称重后的原料搅拌均匀，经蒸发凝聚工艺熔炼合成玻璃体，得到低温环境下熔融共聚结晶产生氧化硅类金属盐，具有超低温熔融的显著特点微晶粉；
15.p2、再经洗涤、干燥、粗磨、保纯精磨、精密分级工序，即得到所述低熔点玻璃粉。
16.进一步地，所述步骤p1中，蒸发凝聚工艺为500～600℃高温烧结喷淋常温纯水熔融工艺。
17.进一步地，所述sio2为粒径为40～50nm的纳米二氧化硅，，所述li2o、zno、mgo、cao、na2o为无铅高纯环保原料。
18.进一步地，所述低熔点玻璃粉，包含以下重量份的原料：sio
2 30～50份、li2o 5～10份、zno 5～10份、bao 5～10份、k2o 5～10份、na2o 5～10份。
19.所述润湿分散剂为kf-7619崁段聚合物具有对填料及颜料等的协助分散和协助防沉作用，可以协助颜填料等粉料在涂料中分散及协助涂料防沉剂后续防沉，在涂料开稀之后的防沉降中，润湿分散剂起的防沉作用远远比防沉剂还要重要。是涂料中非常重要的一种助剂，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。分散剂的分散性较一般的抗水型分散剂高，因而用量低。有效提高涂层的耐水性，特别适用于高光泽的不锈钢材质表面。
20.所述固化剂为氨基硅烷，具有两种功能团，即氨基和乙氧基。其中三个可水解基团(乙氧基)，在反应中先水解生成硅醇，由于硅醇不稳定，极易与无机物或金属表面的羟基结合脱水，从而与无机物或金属结合起来。氨基上带有两个活泼氢可以和各种聚合物发生反应，从而通过化学键将两种性质完全不同的材料紧密的结合起来。
21.所述增稠剂为聚氨酯类增稠剂，分子上同时具有亲水和疏水基团，疏水基团与涂膜的基体有较强的亲合性，可增强涂膜的耐水性。由于乳胶粒子参与了缔合，不会产生絮凝，流平性好，因而可使涂膜光滑，有较高的光泽度。
22.所述立方氮化硼粉末是由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的，是继人造金刚石问世后出现的又一种新型产品。它具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性，以及良好的透红外性和较宽的禁带宽度等优异性能，它的硬度仅次于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，对铁系金属元素有较大的化学稳定性。
23.所述氧化锆，化学性质不活泼，且具有高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，使它成为重要的耐高温材料、陶瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂，亦是人工钻的主要原料。
24.所述钴黑为高纯度陶瓷釉料，发色鲜艳，高温不易变色。
25.所述钛粉为碳化钛tic，粒径50纳米，表面活性高、耐高温，抗氧化，硬度高。
26.所述氧化铝为纳米氧化铝。
27.所述乙醇为无水乙醇。
28.为实现上述目的之二，本发明提供以下技术方案：
29.本发明提供了一种无机双组份低温陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：
30.s1、将配方量的润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入到配方量的乙醇中，搅拌、混合，得到混合物；
31.s2、向步骤s1的混合物中加入配方里的立方氮化硼粉末、氧化铝、氧化锆、钴黑、钛粉，搅拌、分散，得到分散体系；
32.s3、向步骤s2的分散体系中加入配方量的增稠剂、固化剂搅拌均匀，即得到所述无机双组份低温陶瓷涂料。
33.所述步骤s中，搅拌的转速为1500～1600r/min。
34.所述步骤s2中，搅拌的转速为1800～1900r/min，分散的时间为2～3h。
35.为实现上述目的之三，本发明提供以下技术方案：
36.提供一种无机双组份低温陶瓷涂料应用在不锈钢基材聚能罩涂层材料的领域，所述无机双组份低温陶瓷涂料制成的涂层具有搪瓷材料性能、没有搪瓷材料易碎性，涂层韧性好，抗菌、耐温高达600℃、低膨胀、耐腐蚀、高绝缘、高硬度、耐磨，属无毒、无味、无污染无机双组份低温陶瓷涂料。还能大大提高不锈钢基材聚能罩的高温耐受性、耐受冷热剧变，化学性能稳定，还具有良好的光泽度，美观大方，易清洁、不易脱落。
37.本发明有益效果
38.相比现有技术，本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
39.(1)本发明提供了一种无机双组份低温陶瓷涂料，具有抗菌、耐高温达到800℃、低膨胀、耐酸碱腐蚀、高绝缘、高硬度、耐磨的特点。在低熔点玻璃粉中添加了氧化锆、氧化铝、钛粉、氮化硼；氮化硼具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性，以及良好的透红外性和较宽的禁带宽度等优异性能，它的硬度仅次于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，对铁系金属元素有较大的化学稳定性，应用在不锈钢基材质的聚能罩上耐腐蚀；氧化锆的化学性质不活泼，且具有高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，使它成为重要的耐高温材料、陶瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂；钴黑发色鲜艳，高温不易变色。
40.(2)本发明提供了一种无机双组份低温陶瓷涂料，所用的低熔点玻璃粉是选用高纯无铅环保原材料制得，其中所用的氧化物中li2o、k2o、na2o会与乙醇反应，将li2o、k2o、na2o先与二氧化硅、氧化锌、氧化钡预先混合制得低温玻璃粉；可以有效避免在制备无机双组份低温陶瓷涂料时，所用的li2o、k2o、na2o与所用到的乙醇发生反应。所制得的低温玻璃粉具有较低的熔化温度和封接温度，应用范围广。
41.(3)本发明提供了一种无机双组份低温陶瓷涂料的制备方法，该方法加工便捷，适用于工业化生产。
42.(4)本发明提供的无机双组份低温陶瓷涂料在不锈钢基材聚能罩涂层材料的应用，具有搪瓷材料性能、没有搪瓷材料易碎性，涂层韧性好，抗菌、耐高温达到800℃、低膨胀、耐酸碱腐蚀、高绝缘、高硬度、耐磨，属无毒、无味、无污染无机双组份低温陶瓷涂料；还能大大提高不锈钢基材聚能罩的高温耐受性、耐受冷热剧变，化学性能稳定，还具有良好的光泽度，美观大方，抗油污、易清洁、不易脱落。
具体实施方式
43.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
44.实施例中，若无特殊说明，所述润湿分散剂为kf-7651聚酸螯合剂；所述固化剂为氨基硅烷；所述增稠剂为聚氨酯类增稠剂。
45.实施例1
46.a、制备低熔点玻璃粉
47.按照低熔点玻璃粉的配方用量和制备方法，制备低熔点玻璃粉用于下一步制备无机双组份低温陶瓷涂料：
48.p1、称取原料sio
2 30份、li2o 5份、zno 5份、bao 5份、k2o 5份、na2o 5份；将称重后的原料搅拌均匀，经500℃蒸发凝聚工艺熔炼合成玻璃体，得到低温环境下熔融共聚结晶产生氧化硅类金属盐，具有超低温熔融的显著特点微晶粉；
49.p2、再经洗涤、干燥、粗磨、保纯精磨、精密分级工序，即得到所述低熔点玻璃粉。
50.b、制备无机双组份低温陶瓷涂料
51.按照重量份数计，该无机双组份低温陶瓷涂料的组成原料，具体包括以下组分：低熔点玻璃粉45份、固化剂3份、立方氮化硼粉末6份、纳米氧化铝15份、氧化锆10份、钴黑1份、钛粉8份、润湿分散剂3份、增稠剂3份、无水乙醇30份。
52.按照本发明提供的一种无机双组份低温陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：
53.s1、将配方量的润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入到配方量的无水乙醇中，在1500r/min的转速下搅拌充分混合得到混合物；
54.s2、向步骤s1的混合物中加入配方里的立方氮化硼粉末、纳米氧化铝、氧化锆、钴黑、钛粉，然后在1900r/min的转速下高速分散2h得到分散体系；
55.s3、向步骤s2的分散体系中加入配方量的增稠剂、固化剂搅拌均匀，即得到所述无机双组份低温陶瓷涂料。
56.实施例2
57.a、制备低熔点玻璃粉
58.按照低熔点玻璃粉的配方用量和制备方法，制备低熔点玻璃粉用于下一步制备无机双组份低温陶瓷涂料：
59.p1、称取原料sio
2 40份、li2o 8份、zno 8份、bao 8份、k2o 8份、na2o 8份；将称重后的原料搅拌均匀，经550℃蒸发凝聚工艺熔炼合成玻璃体，得到低温环境下熔融共聚结晶产生氧化硅类金属盐，具有超低温熔融的显著特点微晶粉；
60.p2、再经洗涤、干燥、粗磨、保纯精磨、精密分级工序，即得到所述低熔点玻璃粉。
61.b、制备无机双组份低温陶瓷涂料
62.按照重量份数计，该无机双组份低温陶瓷材料的组成原料，具体包括以下组分：低熔点玻璃粉55份、固化剂4份、立方氮化硼粉末7份、纳米氧化铝20份、氧化锆12份、钴黑2份、钛粉12份、润湿分散剂4份、增稠剂4份、无水乙醇35份。
63.按照本发明提供的一种无机双组份低温陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：
64.s1、将配方量的润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入到配方量的无水乙醇中，在1600r/min的转速下搅拌充分混合得到混合物；
65.s2、向步骤s1的混合物中加入配方里的立方氮化硼粉末、纳米氧化铝、氧化锆、钴黑、钛粉，然后在1850r/min的转速下高速分散2.5h得到分散体系；
66.s3、向步骤s2的分散体系中加入配方量的增稠剂、固化剂搅拌均匀，即得到所述无机双组份低温陶瓷涂料。
67.实施例3
68.a、制备低熔点玻璃粉
69.按照低熔点玻璃粉的配方用量和制备方法，制备低熔点玻璃粉用于下一步制备无机双组份低温陶瓷涂料：
70.p1、称取原料sio
2 50份、li2o 10份、zno 10份、bao 10份、k2o 10份、na2o 10份；将
称重后的原料搅拌均匀，经600℃蒸发凝聚工艺熔炼合成玻璃体，得到低温环境下熔融共聚结晶产生氧化硅类金属盐，具有超低温熔融的显著特点微晶粉；
71.p2、再经洗涤、干燥、粗磨、保纯精磨、精密分级工序，即得到所述低熔点玻璃粉。
72.b、制备无机双组份低温陶瓷涂料
73.按照重量份数计，该无机双组份低温陶瓷材料的组成原料，具体包括以下组分：低熔点玻璃粉60份、固化剂5份、立方氮化硼粉末8份、纳米氧化铝25份、氧化锆15份、钴黑3份、钛粉15份、润湿分散剂6份、增稠剂5份、无水乙醇40份。
74.按照本发明提供的一种无机双组份低温陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：
75.s1、将配方量的润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入到配方量的无水乙醇中，在1550r/min的转速下搅拌充分混合得到混合物；
76.s2、向步骤s1的混合物中加入配方里的立方氮化硼粉末、纳米氧化铝、氧化锆、钴黑、钛粉，然后在1800r/min的转速下高速分散3h得到分散体系；
77.s3、向步骤s2的分散体系中加入配方量的增稠剂、固化剂搅拌均匀，即得到所述无机双组份低温陶瓷涂料。
78.对比例1
79.a、制备低熔点玻璃粉
80.按照所述低熔点玻璃粉的配方用量和制备方法，制备低熔点玻璃粉用于下一步制备无机双组份低温陶瓷涂料：
81.p1、称取原料sio
2 50份、li2o 10份、zno 10份、bao 10份、k2o 10份、na2o 10份；将称重后的原料搅拌均匀，经600℃蒸发凝聚工艺熔炼合成玻璃体，得到低温环境下熔融共聚结晶产生氧化硅类金属盐，具有超低温熔融的显著特点微晶粉；
82.p2、再经洗涤、干燥、粗磨、保纯精磨、精密分级工序，即得到所述低熔点玻璃粉。
83.b、制备无机双组份低温陶瓷涂料
84.按照重量份数计，该无机双组份低温陶瓷材料的组成原料，具体包括以下组分：低熔点玻璃粉60份、固化剂5份、纳米氧化铝25份、钛粉15份、润湿分散剂6份、增稠剂5份、无水乙醇40份。
85.按照本发明提供的一种无机双组份低温陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：
86.s1、将配方量的润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入到配方量的无水乙醇中，在1500r/min的转速下搅拌充分，得到混合物；
87.s2、向步骤s1的混合物中加入配方里的纳米氧化铝、钛粉，然后在1800r/min的转速下高速分散3h得到分散体系；
88.s3、向步骤s2的分散体系中加入配方量的增稠剂、固化剂搅拌均匀，即得到所述无机双组份低温陶瓷涂料。
89.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。
90.性能测试
91.样品采用普通市场购买的不锈钢基材聚能罩，将实施例1、2、3和对比例1制备的无机双组份低温陶瓷涂料以及实施例1制得的低熔点玻璃粉按照相同的方法喷涂在不锈钢基材聚能罩样品表面，并对所制得的样品涂层做相应的性能测试，另外对比组为201、304材
质，详细试验数据结果见表1所示：
92.表1测试数据结果表
[0093][0094][0095]
从表1中的结果可以看出，本发明方法的实施例1、2、3具有耐高温、耐腐蚀、化学性能稳定、抗菌、无毒害物质等；对比例1中和实施例1制得低熔点玻璃粉所制得的涂层的高温耐受性和理化性能明显不如实施例1、2、3所制得的涂层。
[0096]
另外，对实施例1、2、3和对比例1以及上述制得的施例1制得低熔点玻璃粉所制得的样品涂层的性能检测：1、化学成分：化学试验研究院对陶瓷涂料，做6大毒性物质：as(砷)、cd(镉)、cr6(铬绿)、pb(铅)、cu(阻燃剂)、hg(汞)溶出试验，检测结果显示实施例1、2、3所制得的涂层中没有其中任何一项溶出；是同类产品无法达到的。2、fda认证方法：依据美国食品医药局提供的有关检测方法，对陶瓷涂料64项组成物质化学成分安全性检测，没有在实施例1、2、3所制得的涂层中检测出一项有毒物质和重金属。
[0097]
综合来看，本发明提供的一种无机双组份低温陶瓷涂料所制备的涂层，其性能稳定，安全性高，不含重金属及pfoa等有害物质，可耐高温高达800℃，耐磨性强，对比普通陶瓷涂料更加牢固，不易碎裂，耐酸耐碱，防止硫化，抗油污、易清洁，更加不怕冷热剧变。