一种哑光陶瓷涂料及其制备方法与流程

本发明属于陶瓷涂料，具体涉及一种哑光陶瓷涂料及其制备方法。

背景技术：

1、炊具用不粘涂料主要有聚四氟乙烯(ptfe)涂料和陶瓷涂料两种。聚四氟乙烯涂料由于其优异的不粘性能，受到了许多消费者的喜爱，但是聚四氟乙烯涂料属于pfas物质，当加热到250℃时，开始分解而释放出少量有毒物质，对使用者的身体健康造成危害，由于聚四氟乙烯极强的稳定性和生物累积性，对环境也会造成严重的影响，所以欧盟、美国等国家陆续出台了限制pfas物质的提案，并制定了详细的pfas物质的限制进程，在此背景下，聚四氟乙烯涂料将会逐渐被淘汰，陶瓷涂料由于其环保、健康、安全的特性，将成为在炊具不粘涂料上的最优选择。传统的ptfe多为哑光涂层，即60°角的光泽度不超过20，而现有陶瓷涂料产品光泽较高，60°角的光泽为60左右，市场上需要一款哑光的陶瓷涂料产品来迎合消费者对炊具内涂外观上的需求。

2、水性哑光涂料一般通过加入消光粉，利用消光粉在涂层表面的无规则排列，产生漫反射而达到哑光效果，但是消光粉的加入会出现涂层的耐磨性变差、不粘性急剧下降等问题。对于炊具用陶瓷涂料，不粘持久性是最重要的性能，直接关系到消费者的使用体验，所以陶瓷涂层在达到哑光效果的基础上，需要兼顾涂层良好的不粘持久性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中陶瓷涂料无法兼顾哑光效果和优异不粘持久性的问题，提供一种哑光陶瓷涂料及其制备方法。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、第一方面，本发明涉及一种哑光陶瓷涂料，为底漆+面漆的双涂层结构；所述底漆以100％计，包括：

4、所述底漆以100％计，包括：

5、

6、

7、所述ph调节剂调节底漆浆料的ph值在9.5以上；

8、所述面漆以100％计，包括：

9、

10、为了保证消光粉能均匀分散在涂料中，预先将消光粉制成消光浆。虽然将消光粉制成消光浆后再加入涂料，会减弱消光粉的消光效果，但是会得到消光效果更均匀的涂层，涂层的平整度也更优，使得涂层的不粘持久性更好。尤其是面漆中，消光浆的添加量太多，涂层的不粘持久性不好；消光浆添加量太少，涂层的光泽高，消光效果达不到哑光的要求。

11、所述消光浆以100％计，包括：二氧化硅消光粉20-25％，异丙醇50-60％，去离子水20-25％。其中，二氧化硅消光粉采用凝胶法二氧化硅或沉淀法二氧化硅。例如：德固赛的ok520，格雷斯的cp4-8991，平均粒径4.5-6μm，可用于水性涂料，易分散，可兼顾消光性和施工性。

12、因此，进一步优选平均粒径4.5-6μm的二氧化硅消光粉。消光粉粒径太小，埋在涂膜内无法发挥消光性，消光效果不好，且会大幅度增加涂料的粘度，影响分散效率和最终涂料的施工；粒径太大，虽然消光效果好，但会造成涂层表面不平整，影响外观和消光的均匀性。

13、底漆、面漆中，所述硅基成膜物质分别选用硅溶胶和甲基三甲氧基硅烷，优选质量比为1.5-1.8:1的硅溶胶和甲基三甲氧基硅烷。其中，硅溶胶是溶胶-凝胶反应的主要成膜物质，甲基三甲氧基硅烷是溶胶-凝胶反应的辅助成膜物质。溶胶-凝胶反应中，硅溶胶含量高，则涂层光泽低，但是硅溶胶含量太高，会造成涂层耐水性差，易开裂；硅溶胶含量低，则涂层光泽高，但是硅溶胶含量太低，会造成涂层硬度低，耐磨性差。

14、所述硅溶胶选用碱性硅溶胶，例如：日产化学的st-50-t，格雷斯的tm-50，阿克苏诺贝尔的bindzil s30。相同粒径下碱性硅溶胶的固含量相对更高一些，涂层的耐磨性更好，而在本发明体系下，耐磨性和不粘性是正相关的，故选用碱性硅溶胶。

15、所述ph调节剂选用1％naoh溶液，用于调节浆料的ph值在9.5以上。

16、底漆和面漆的质量比为(3-4)：1。

17、所述填料选用煅烧高岭土、重钙、云母粉、硅微粉、纳米氧化铝、碳化硅中的一种或几种。

18、所述颜料，作为炊具内涂层的颜料，食品接触容器，通常采用无机颜料，无毒不含重金属，且耐温性好。例如：钛白粉、锰铁黑、氧化铁红、氧化铁黄、钴蓝等。

19、所述流平剂选用水性流平剂，如：byk333。它能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。

20、在本发明的涂料体系中，乙酸用作底漆的溶胶-凝胶反应催化剂。涂料制备完成后成品涂料的ph值控制在4.2-5.0之间；乙酸的酸性弱，催化效果温和，少量的添加误差，不会引起ph值的大幅波动，有利于控制溶胶-凝胶反应的过程。

21、所述不粘助剂包括甲基硅油、羟基硅油等；用于为面漆提供不粘性。并且，由于硅油密度小、与水性涂料相容性不好，仅浮在涂料表面，固化成膜后，硅油也位于涂层表层，使用过程由于不断摩擦，硅油的-ch3断裂而失去作用，涂层不粘性下降；因此需要控制添加量，如果硅油的添加量太多，固化后涂层表面出现“浮油”现象。

22、所述表面活性剂采用甜菜碱型两性表面活性剂。表面活性剂分子结构具有两亲性，一端为亲水基团，另一端为亲油基团，可以增加不粘助剂与水性涂料的相容性。采用甜菜碱型两性表面活性剂，可在酸性、碱性溶液中均易溶，不受溶液ph值影响，且在等电点时也无沉淀。并且，表面活性剂可以增加不粘助剂与水性涂料的相容性，使得硅油均匀分散在涂料体系中，可以大幅增加硅油的添加量，提高涂层的不粘持久性。两性表面活性剂和非离子表面活性剂都不易受ph和电解质的影响，具有较好的稳定性，但是非离子表面活性剂对不粘助剂的乳化作用较弱。

23、此外，由于面漆采用碱性硅溶胶，而溶胶-凝胶反应是在酸性环境下进行，选用甜菜碱型两性表面活性剂，可在酸性、碱性溶液中均易溶，不受溶液ph值影响，表面活性剂可以最大程度发挥其作用。而其他两性表面活性剂，例如：氨基酸型，在酸性溶液中可能会产生沉淀。

24、在本发明的涂料体系中，甲酸作为面漆中溶胶-凝胶反应催化剂，涂料制备完成后ph值控制在4.5-5.0之间，甲酸的酸性较乙酸强，催化效率高；由于面漆的固含量低，故溶胶-凝胶反应速度较底漆慢一些，故选用催化效率更高的甲酸，可加快溶胶-凝胶反应的速度。并且，此处如选用乙酸替代甲酸，则涂料ph会达到6-7，涂料会发生凝胶化而无法使用。

25、本发明还涉及一种哑光陶瓷涂料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

26、s1、制备消光浆：

27、将消光粉与异丙醇、去离子水混合，分散制得消光浆；

28、s2、陶瓷底漆的制备：

29、s2-1、将硅溶胶、1％naoh、填料、颜料、去离子水混合，研磨至细度小于20μm，过滤得色浆；

30、s2-2、将甲基三甲氧基硅烷(mtms)、乙酸、流平剂混合均匀后加入所述色浆中，再加入消光浆，熟化即得所述底漆；

31、s3、面漆的制备：

32、s3-1、将碱性硅溶胶、不粘助剂、表面活性剂、消光浆混合均匀，得混合料液；

33、s3-2、将甲基三甲氧基硅烷(mtms)、甲酸、流平剂、去离子水混合均匀后加入所述混合料液中，熟化，即得面漆。

34、步骤s1中，消光浆中消光粉的含量不可过高，由于消光粉的粒径小，比表面积大，含量太高浆的粘度太高，导致分散效率低甚至分散不均匀。超声分散较搅拌分散效率高，且分散的更均匀，最终涂层光泽的均一性更好。而若将消光粉直接加到色浆中一起研磨，则会出现粘度急剧升高，并产生大量气泡，研磨效率极低，最终涂膜表面有许多颗粒，且手感粗糙，影响涂膜外观；而且研磨后会影响消光粉的消光效率。

35、步骤s1中，所述分散是在200-400r/min下低速分散10-15分钟，然后转超声分散30-40分钟。

36、步骤s2-1中，所述过滤采用300目滤布过滤。

37、步骤s2-2中，所述熟化是在辊架上120-150r/min下滚动熟化30-40分钟后，转400-500w功率超声熟化40-60分钟。陶瓷底漆的溶胶-凝胶反应过程，首先是mtms在酸性条件下水解产生硅羟基，然后再与色浆中硅溶胶发生缩聚反应，生成非常稳定的si-o-si的交联结构的陶瓷涂料。一旦有一定量的硅羟基生成，缩聚与水解即平行进行。mtms的水解速度较快，一般30分钟左右可以完成水解，水解完即以缩聚反应为主。mtms的主要水解过程需要在辊架上以滚动的方式进行，因为初混时mtms与其他组分是分层的，位于溶液的上部，为了增大接触几率，保证mtms可以充分发生水解，所以前30分钟需要采用滚动熟化的方式，当mtms水解完成，此时溶液形成较为均一的状态，然后才能转超声熟化的方式。否则形成的涂膜易开裂。超声熟化的方式，可以使消光浆更均匀的分布在涂料里，形成的涂层消光效果更均匀。

38、通常不粘助剂可以先与硅溶胶混合，然后加入硅烷，也可以先与硅烷混合，然后加入硅溶胶，本发明实验发现，在哑光陶瓷涂料中，按照上述面漆的制备步骤，将不粘助剂先与硅溶胶混合，再与硅烷混合，熟化后得到的哑光陶瓷涂料不粘持久性更优。

39、步骤s3-1中，混合均匀后在辊架上120-150r/min下滚动10-20分钟。

40、步骤s3-2中，所述熟化是在辊架上120-150r/min下滚动熟化30-40分钟后，转超声熟化40-60分钟。原因同步骤s2-2。

41、上述底漆和面漆的制备方法，底漆和面漆中都加入了消光浆，通过两层消光效果的叠加，最终得到光泽更均一的哑光涂层。若单独喷涂底漆固化后，涂层光泽度(60°)为28-35，叠加面漆后固化，涂层光泽度(60°)为15-20，采用逐级消光的方式，最终涂层光泽效果上与聚四氟乙烯涂料基本一致。如果只在底漆中加入消光浆，而面漆中不添加，无法达到哑光的光泽效果。

42、本发明还涉及哑光陶瓷涂料的施用方法，包括如下步骤

43、(1)喷砂：将基材进行喷砂处理，粗糙度控制在ra＝2.5-5μm；

44、(2)过滤：底漆和面漆用300目丝网过滤后待用；

45、(3)喷涂：基材预热至45-55℃，先喷涂底漆，然后喷涂面漆(湿碰湿方式)；

46、(4)固化：80-100℃×10min，200-230℃×15-20min，取出自然冷却后测试性能。

47、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

48、(1)本发明通过优化硅溶胶与硅烷的比例、在陶瓷底漆和面漆中分别加入消光浆，通过底面两层消光效果的叠加等技术手段，最终得到哑光陶瓷涂层；通过超声分散和超声熟化的方式，使得陶瓷涂层的哑光效果更均匀，60°时涂层光泽度为15-20，在光泽效果上与聚四氟乙烯涂层基本一致。

49、(2)本发明在面漆中加入甜菜碱型两性表面活性剂，提高了不粘助剂与陶瓷涂料的相容性，通过增加不粘助剂的添加量来提高涂层的不粘持久性，且涂层无浮油等缺陷；选用碱性硅溶胶，通过提高涂层的耐磨性，从而辅助提升不粘持久性。

50、(3)本发明克服了现有技术中陶瓷涂料无法兼顾哑光效果和优异不粘持久性的问题，制得了具有优异不粘持久性的哑光陶瓷涂层。