專利名稱：用于蒸汽產(chǎn)生裝置的涂層的制作方法
1992年，蒸汽率和功率約為2002年市場(chǎng)上出現(xiàn)的熨斗的一半的熨斗被投放市場(chǎng)。高達(dá)40克每分鐘的較高蒸汽率使得熨燙過程更快。這種趨于更高蒸汽率的趨勢(shì)對(duì)蒸汽室表面與被蒸發(fā)的液體之間的熱傳遞的控制提出了更高的要求。蒸汽形成的效率取決于蒸汽室表面的溫度。如果蒸汽室的溫度過高，高于約160℃，則在基材與要被蒸發(fā)的水之間會(huì)形成蒸汽層。這會(huì)顯著降低熱傳遞。在固定的高填加率下，液體水可能會(huì)在蒸汽室中集結(jié)，從而導(dǎo)致滲漏，并且在所謂的蒸汽噴出區(qū)可能發(fā)生肉眼可見的液滴而非蒸汽的排出。
由于大多數(shù)熨斗只有一個(gè)加熱元件用于加熱燙斗底板以及蒸汽室表面，所以很容易在蒸汽室產(chǎn)生過高的溫度。由于過高的表面溫度而導(dǎo)致的傳熱效率降低就是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的萊頓弗羅斯特(Leidenfrost)效應(yīng)。為降低萊頓弗羅斯特效應(yīng)，人們?cè)谡羝俣返谋砻嫔鲜┘恿送繉?。由于這些涂層可以降低表面溫度，所以它們對(duì)熱傳遞效率有積極作用。
決定水蒸發(fā)率的另一因素是蒸汽室表面的潤(rùn)濕性。如果填加的液滴很容易在表面上展開，較大的表面積被用于蒸發(fā)，則蒸發(fā)時(shí)間會(huì)更短。如果施加在表面上的層是多孔性的，則此作用會(huì)被增強(qiáng)。在這種情況下，液體可以通過毛細(xì)管力滲入層中，于是有很大的表面積被用來汽化液體。如果孔隙率很高且潤(rùn)濕很好，毛細(xì)管效應(yīng)才會(huì)迅速地產(chǎn)生。因此，由于親水性的多孔涂層能提高所使用的表面積，所以它對(duì)熱傳遞效率有積極作用。
影響蒸發(fā)率的另一因素是添加劑的存在。這些添加劑，例如香料，可以添加到熨斗的水箱中并在蒸汽室中被汽化。這些添加劑常常是表面活性的，沸點(diǎn)不同于水，且在其可得到的制劑中可能包括輔助溶劑。能提高蒸發(fā)率的涂層應(yīng)該可以降低在這些添加劑存在的情況下的蒸汽形成的問題。
為實(shí)現(xiàn)有效蒸發(fā)，在蒸汽室內(nèi)既可涂覆有機(jī)涂層材料又可涂覆無機(jī)涂層材料。第一個(gè)要求是用于蒸汽產(chǎn)生裝置的涂層應(yīng)當(dāng)具有耐高溫性。因此，耐熱的有機(jī)聚合物如聚酰亞胺常常被用作蒸汽室涂層中的粘結(jié)劑。聚酰亞胺基涂層作為隔熱涂層是有效的，但聚酰亞胺是十分憎水性的。因此，單個(gè)液滴與蒸汽室表面的接觸面積相對(duì)較小，這使得水向蒸汽的轉(zhuǎn)化十分緩慢。
完全無機(jī)性的涂層具有更好的溫度穩(wěn)定性。它們也已被用作蒸汽室涂層，例如參見US 5,060,406和GB773,741中所述的那些。這些涂層的孔隙率程度，加上它們的親水性，導(dǎo)致了表面積的增加，并由此在恰當(dāng)溫度下使用時(shí)能導(dǎo)致很高的蒸汽率。不過，應(yīng)當(dāng)限制涂層的孔隙率，因?yàn)橐黄囊后w不應(yīng)當(dāng)能夠到達(dá)金屬表面，而這在有效的蒸汽形成所需的過高溫度下很容易發(fā)生。
本發(fā)明的目的在于提供一種用于蒸汽發(fā)生裝置層如熨斗中的蒸汽室的涂層，該涂層不表現(xiàn)出上述問題。為此，本發(fā)明提供一種根據(jù)引言所述的蒸發(fā)產(chǎn)生裝置用涂層，特征在于它包括第一層和第二層，其中第一層是基本上不透水的，而第二層是親水性的。
根據(jù)本發(fā)明，首先在導(dǎo)熱基材上沉積一個(gè)相對(duì)致密的、絕熱的并基本上不透水的層，并且在此層上施加一個(gè)親水性的多孔層。致密層會(huì)將基材溫度降到萊頓弗羅斯特點(diǎn)之下的值，而第二層是多孔和親水性的，由此確保了液體的有效展開。兩層中每個(gè)都可以再包含子層，并且此外在第一和第二層之間還可以施加增粘劑。
用于第二層的組成與第一層的組成可以相同也可以不同。如果使用相同的組成，則可以通過改變涂覆方法來獲得層的孔隙率差異。例如，如果使用噴涂，噴槍與要涂覆的基材之間的距離很小的話則會(huì)形成相對(duì)致密的層。新沉積的層是濕的，干燥之后可以形成致密的膜。如果噴槍與基材的距離增加，使得噴涂液滴在到達(dá)表面之前有更多的溶劑從中蒸發(fā)，則會(huì)形成更加多孔的層。
導(dǎo)致產(chǎn)生非滲透性的第一層和多孔性的第二層的孔隙率差異還可以通過選擇起始物質(zhì)相同但粘結(jié)劑對(duì)填料的比不同的組成來形成。根據(jù)填料的形狀和粒徑分布，在沉積的層中存在一個(gè)最高顆粒體積分?jǐn)?shù)，對(duì)于可商購(gòu)的多分散系粉末來說它通常為40-55％左右。如果粘結(jié)劑的量不足以充滿剩余的體積，就會(huì)獲得多孔的層。如果存在足夠的粘結(jié)劑，則只要選擇了適合的沉積方法就可以沉積致密的層。組成類似但顆粒/粘結(jié)劑比更高的組成可以用于獲得多孔的表面層。粒徑能輔助決定多孔層的孔徑，而對(duì)于致密層來說粒徑不應(yīng)超過層的厚度。
致密的絕熱層和多孔層所選擇的材料也可以不同。這使得可以自由地選擇憎水性材料，優(yōu)選是具有良好絕熱性能的材料如聚酰亞胺來作第一層，在其上是親水材料薄層。
適合作絕熱層的材料有很多，只要它們具有足夠的熱穩(wěn)定性并且可以達(dá)到足夠的厚度即可?？梢允褂锰畛淞藷o機(jī)顆粒的聚酰亞胺基粘結(jié)劑，也可以使用瓷釉或磷酸鹽玻璃。顆粒填充的溶膠-凝膠材料也可以被有利地用于在蒸汽室表面沉積第一層；特別是可以使用含有少于四個(gè)可水解基團(tuán)的混雜溶膠-凝膠前體。在混雜溶膠-凝膠前體中，由甲基三(甲)乙氧基硅和苯基三(甲)乙氧基硅制造的層具有最好的溫度穩(wěn)定性。絕熱層的厚度通常在30μm左右，不過也可以施加達(dá)80μm或以上的更厚的層。一種優(yōu)選用于施加所述的層的方法是噴涂。根據(jù)固化曲線和涂覆方法，聚酰胺酰亞胺和甲基三甲氧基硅的相對(duì)致密層會(huì)吸收0.5-3％左右的水，這被認(rèn)為是基本非滲透性的。
在此第一致密層之上，可以涂覆一個(gè)親水性的多孔層。這些多孔層可以用親水性材料制造。特別適合于第二層的材料的例子是用無機(jī)顆粒如粘土顆粒、SiO2顆?；駻l2O3顆粒填充的單磷酸鋁粘結(jié)劑?；蛘?，可以選擇一種溶膠-凝膠前體作粘結(jié)劑。甚至還成功地使用過沒有粘結(jié)劑的體系，如某些類型的膠態(tài)二氧化硅。多孔層的一般厚度為約15μm。只要對(duì)第一層的附著力足夠強(qiáng)，一定程度的裂縫就不會(huì)對(duì)蒸汽室涂層的功能性有負(fù)面影響。一種優(yōu)選用于施加所述的層的方法是噴涂。
盡管可以分別固化所述兩個(gè)層，但有利的是同時(shí)固化它們。這能節(jié)省固化周期，并且更重要地可以改善兩層之間的粘合。
在下面的實(shí)施例和附圖中將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，其中

圖1顯示了如實(shí)施例1中所公開的0.5g水滴在有和沒有氧化硅(Ludox)表面涂層的聚酰胺/酰亞胺涂層上的汽化時(shí)間的倒數(shù)；圖2顯示了如實(shí)施例2和3所述的0.5g水滴在MTMS基涂層和氧化硅(Ludox)或氧化鋁表面涂層上的汽化時(shí)間的倒數(shù)隨溫度的變化。
實(shí)施例1用含有云母和薄鋁片的聚酰胺/酰亞胺樹脂制備雙層涂層。填料在層中的總體積分?jǐn)?shù)為48％。所述涂層通過噴涂施加在鋁基材上。涂層在280℃固化10分鐘，之后噴涂一個(gè)由用去離子水稀釋到3％的可商購(gòu)的硅溶膠Ludox AM構(gòu)成的第二層。其后不進(jìn)行熱處理。聚酰胺/酰亞胺層的厚度為約40μm，Ludox層的厚度為約10μm。在圖1中給出了0.5g水滴的汽化時(shí)間的倒數(shù)隨襯底溫度的變化。為了對(duì)比，在同一圖中還給出了水滴在聚酰胺/酰亞胺涂層的單層涂層上的汽化時(shí)間的倒數(shù)。在整個(gè)的溫度范圍內(nèi)，雙層體系的蒸發(fā)率都明顯更高。
實(shí)施例2通過加入1.4g馬來酸和77g去離子水使在50g乙醇中的100g甲基三甲氧基硅(MTMS)水解。水解之后，加入23g Al薄片和47g云母薄片。將此漆噴涂在鋁基材上形成致密的第一涂層。將所述層在約100℃下干燥，之后在涂層上填加一種水性硅溶膠。在干燥氧化硅層之后，將上述層在300℃共固化。最終第一MTMS層的厚度為100μm，而氧化硅層的厚度為25μm。圖2顯示了0.5g水滴的蒸發(fā)率。如果不涂覆第二層，則蒸發(fā)率太低以至于無法測(cè)定。
實(shí)施例3通過加入1.4g馬來酸和77g去離子水使在50g乙醇中的100g甲基三甲氧基硅(MTMS)水解。水解之后，加入23g Al薄片和47g云母薄片。將此漆噴涂在鋁基材上。將涂層在約100℃下干燥，之后在此涂層之上噴涂一種由水解的仲丁醇鋁制備并用氧化鋁顆粒填充的1-M的氧化鋁溶膠。將上述層在300℃固化。第一致密層的厚度為54μm，而表面涂層的厚度為14μm。0.5水滴的蒸發(fā)率與實(shí)施例2中的相同，參見圖2。如果不涂覆第二層，則蒸發(fā)率太低以至于無法測(cè)定。
權(quán)利要求
1.用于蒸汽發(fā)生裝置的涂層，包括第一層和第二層，其中第一層是基本上不透水的，而第二層是親水性的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的涂層，特征在于第二層是多孔層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的涂層，特征在于第一層包含聚酰亞胺、聚酰胺-酰亞胺、瓷釉、磷酸鹽玻璃、溶膠-凝膠衍生材料或它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的涂層，特征在于所述層還包含無機(jī)顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的涂層，特征在于第二層包含磷酸鹽玻璃或溶膠-凝膠衍生材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的涂層，特征在于第二層包含無機(jī)顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的涂層，特征在于第二層包含氧化硅顆粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的涂層，特征在于第二層包含平均粒徑小于1μm的顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的涂層，特征在于第一層的層厚在10-100μm之間，第二層的層厚在1-15μm之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的涂層，特征在于所述蒸汽發(fā)生裝置是家用電器如蒸汽熨斗、系統(tǒng)熨斗、蒸汽機(jī)、衣服清潔機(jī)、加熱熨衣板或面部蒸汽機(jī)的一部分。
全文摘要
公開了一種用于施加在蒸汽發(fā)生裝置中的雙層涂層。非滲透性第一層將加熱表面絕熱，而多孔性的第二層增大接觸面積，導(dǎo)致液體有效地轉(zhuǎn)化為蒸汽。
文檔編號(hào)B05D5/04GK1777508SQ200480011024
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者J·史, P·E·德榮格, M·R·博伊梅, G·斯諾斯森 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司