專利名稱：采用溶膠-凝膠雜化技術(shù)制備的超硬不粘硅炊具涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，涉及鎂鋁合金炊具表面處理和涂裝保護(hù)的材料，具體 涉及一種采用溶膠-凝膠雜化技術(shù)制備的超硬不粘硅炊具涂料。
背景技術(shù)：
Teflon (鐵氟龍)由四氟乙烯TFE聚合而成，它具有優(yōu)異的加工性能、耐熱性能 (-200°C 260°C)和較高的潤(rùn)滑特性，廣泛地用作不粘炊具表面的涂料。但進(jìn)年來有許多 科學(xué)研究報(bào)告指出，“鐵氟龍”涂料在過分加熱情況下有可能釋放一種可致癌的有害物質(zhì)。 歐盟及美國相關(guān)機(jī)構(gòu)分別于2007年及2015年相繼禁止在歐洲及美國市場(chǎng)使用。因此，對(duì) 于廚具生產(chǎn)商急需尋求一種能取代“鐵氟龍”的涂料用作不粘炊具的表面涂敷。富有挑戰(zhàn)性的21世紀(jì)把人們帶進(jìn)了一個(gè)新的歷史時(shí)期，一場(chǎng)以節(jié)省資源和能源、 保護(hù)生態(tài)環(huán)境的新的工業(yè)革命正在興起，材料科學(xué)扮演著舉足輕重的作用，而在材料加工 的革命中，溶膠-凝膠法以其設(shè)備投資簡(jiǎn)單、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛而備受青睞。溶膠-凝膠技術(shù)是 材料學(xué)和化學(xué)相結(jié)合的交叉學(xué)科，是制備有機(jī)_無機(jī)雜化材料的重要手段。其在制備納米 材料、薄膜及涂層材料、功能材料、纖維材料以及有機(jī)_無機(jī)復(fù)合材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng) 用前景，將成為21世紀(jì)材料制備加工的主導(dǎo)技術(shù)之一。溶膠-膠凝膠技術(shù)包含了豐富的科 學(xué)內(nèi)涵，也給人們提供了廣闊的創(chuàng)新空間。溶膠_凝膠技術(shù)的應(yīng)用不但節(jié)省資源，而且對(duì)能 源的消耗少，同時(shí)在治理環(huán)境污染方面也將發(fā)揮重要的作用，目前正向各個(gè)領(lǐng)域廣泛滲透。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是利用溶膠_膠凝膠技術(shù)，提供了一種采用溶膠_凝膠雜化技術(shù)制備的 超硬不粘硅炊具涂料，它是先把有機(jī)硅及無機(jī)硅化合物利用溶膠_凝膠技術(shù)雜化，并加入 無毒性溶劑制成溶膠_凝膠混合體，然后在低于250°C及紫外線下令混合物固化，最終制成 超硬不粘硅涂料，用來取代“鐵氟龍”涂料，解決了 “鐵氟龍”涂料涂敷在炊具上，在過分加 熱情況下存在的釋放一種可致癌有害物質(zhì)的問題。本發(fā)明還提供了該超硬不粘硅炊具涂料的制備方法本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種采用溶膠_凝膠雜化技術(shù)制備的超硬不粘硅炊 具涂料，按其重量百分比，其組成為納米二氧化硅30 50%、硅酸化合物20 40%、鎂、鈣化合物5 10%、氯化 銨3 5%、催化劑0. 5 2. 0%、助劑1 4%、硅烷偶聯(lián)劑0. 5 2. 0%、多元有機(jī)硅 材料15 25%、無水乙醇5 10%、蒸餾水10 20% ；其中，所述的硅酸化合物為正硅酸乙酯；所述的助劑為流平劑、消泡劑；本發(fā)明采用溶膠_凝膠雜化技術(shù)制備的超硬不粘硅炊具涂料，其特征還在于，所述材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行步驟一、改性取30 50%的納米二氧化硅置于超聲波清洗器，加入0. 2 1. 0%
3硅烷偶聯(lián)劑，超聲分散20 30分鐘后轉(zhuǎn)移至磁力攪拌器，加入0. 1 0. 5%硅烷偶聯(lián)劑，高 速攪拌1.0 5.0小時(shí)后過濾；步驟二、溶膠化先將20 40%的正硅酸乙酯、0. 2 0. 5%硅烷偶聯(lián)劑和5 10%無水乙醇加入燒杯中，攪拌10 20分鐘，使三者混合均勻；再按正硅酸乙酯與蒸餾水 2 1的比例加入10 20%的蒸餾水，攪拌25 30分鐘，使二者混合均勻；步驟三、凝膠化向混合溶液中加入5 10%鎂、鈣化合物(0. 2mol/L碳酸鎂、碳 酸鈣溶液)，保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)1. 5 2. 0小時(shí)，使水解反應(yīng)完全，即可得到二氧化硅溶膠液，然 后用塑料薄膜封口，靜置24小時(shí)左右；然后將石英片放在鉻酸洗液中充分浸泡以除去其表 面的無機(jī)物雜質(zhì)，然后放入乙醇中超聲波震蕩，最后用去離子水洗凈；將洗凈的基片垂直浸 入到溶膠中，快速的從溶膠中提拉出來，提拉速度為1 20cm/分鐘，浸漬提拉法所需溶膠 粘度一般在2 5X10_3Pa· S;步驟四、預(yù)聚體拉膜后的基片在200 250°C及紫外線下干燥固化30 40分 鐘；步驟五、添加多元有機(jī)硅材料15 25%的多元有機(jī)硅材料分多次添加，先緩慢 加入所需多元硅材料的5%，然后加入多元硅材料的10%，再加入30% ；再加入55% ；每加 入一次間隔時(shí)間為2分鐘，加入時(shí)攪拌速度為500 IOOOr/分鐘；步驟六、交聯(lián)將經(jīng)預(yù)聚體的凝膠以1000 1500r/分鐘速度攪拌，攪拌時(shí)間為 15 20分鐘；步驟七、助劑混合最后分別加入0. 5 2%的流平劑，0. 5 2%的消泡劑進(jìn)行混 合，混合攪拌速度為1500 2000r/分鐘，時(shí)間為20 25分鐘；步驟八、最后用400目過濾網(wǎng)過濾，即得超硬不粘硅炊具涂料。本發(fā)明的有益效果是，它利用溶膠-凝膠法，合成納米CaO-SiO2粉體，通過Mg對(duì) Ca的取代，開發(fā)出(Ca，Mg) SiO3納米粉體材料，再在熔膠中引入低燒助劑先驅(qū)體來降低陶瓷 的燒結(jié)溫度，并通過添加適量有機(jī)硅材料，調(diào)節(jié)陶瓷硬化溫度，獲得能在250°C以下燒結(jié)的 低溫?zé)Y(jié)納米陶瓷涂料。本發(fā)明的超硬不粘硅陶瓷涂料在耐久性、附著強(qiáng)度、耐劃、硬度、無 毒環(huán)保等方面性能優(yōu)良，可完全取代鐵氟龍不粘涂料，具有很好的商業(yè)價(jià)值和社會(huì)意義。


附圖是本發(fā)明涂料制備工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。一種采用溶膠-凝膠雜化技術(shù)制備的超硬不粘硅炊具涂料，按其重量百分比，其 組成為納米二氧化硅30 50%、硅酸化合物20 40%、鎂、鈣化合物5 10%、氯化 銨3 5%、催化劑0. 5 2. 0%、助劑1 4%、硅烷偶聯(lián)劑0. 5 2. 0%、多元有機(jī)硅 材料15 25% 無水乙醇5 10%、蒸餾水10 20% ；其中，所述的硅酸化合物為正硅酸乙酯；所述的助劑為流平劑、消泡劑；
—種采用溶膠-凝膠雜化技術(shù)制備的超硬不粘硅炊具涂料的方法，如附圖所示， 本發(fā)明材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行步驟一、改性取30 50%的納米二氧化硅置于超聲波清洗器，加入0.2 1.0% 硅烷偶聯(lián)劑，超聲分散20 30分鐘后轉(zhuǎn)移至磁力攪拌器，加入0. 1 0. 5%硅烷偶聯(lián)劑，高 速攪拌1.0 5.0小時(shí)后過濾；步驟二、溶膠化先將20 40%的正硅酸乙酯、0. 2 0. 5%硅烷偶聯(lián)劑和5 10%無水乙醇加入燒杯中，攪拌10 20分鐘，使三者混合均勻；再按正硅酸乙酯與蒸餾水 2 1的比例加入10 20%的蒸餾水，攪拌25 30分鐘，使二者混合均勻；步驟三、凝膠化向混合溶液中加入5 10%鎂、鈣化合物(0. 2mol/L碳酸鎂、碳 酸鈣溶液)，保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)1. 5 2. 0小時(shí)，使水解反應(yīng)完全，即可得到二氧化硅溶膠液，然 后用塑料薄膜封口，靜置24小時(shí)左右；然后將石英片放在鉻酸洗液中充分浸泡以除去其表 面的無機(jī)物雜質(zhì)，然后放入乙醇中超聲波震蕩，最后用去離子水洗凈；將洗凈的基片垂直浸 入到溶膠中，快速的從溶膠中提拉出來，提拉速度為1 20cm/分鐘，浸漬提拉法所需溶膠 粘度一般在2 5X10_3Pa· S;步驟四、預(yù)聚體拉膜后的基片在200 250°C及紫外線下干燥固化30 40分 鐘；步驟五、添加多元有機(jī)硅材料分多次添加15 25%的多元有機(jī)硅材料先緩慢 加入所需多元硅材料的5%，然后加入多元硅材料的10%，再加入30% ；再加入55% ；每加 入一次間隔時(shí)間為2分鐘，加入時(shí)攪拌速度為500 IOOOr/分鐘；步驟六、交聯(lián)將經(jīng)預(yù)聚體的凝膠以1000 1500r/分鐘速度攪拌，攪拌時(shí)間為 15 20分鐘；步驟七、助劑混合最后分別加入0. 5 2%的流平劑0，0. 5 2%的消泡劑進(jìn)行 混合，混合攪拌速度為1500 2000r/分鐘，時(shí)間為20 25分鐘；步驟八、最后用400目過濾網(wǎng)過濾，即得超硬不粘硅炊具涂料。通過上述工藝步驟，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了 A、鈉米材料表面改性采用物理或化學(xué)方法對(duì)鈉米顆粒進(jìn)行表面處理，改變其表 面物理化學(xué)性質(zhì)，降低納米粒子的表面能，減少納米粒子間的引力，防止團(tuán)聚體的產(chǎn)生。B、硅溶膠的制備采用sol-gel合成硅溶膠，準(zhǔn)確地控制硅溶膠的特性，如顆粒形 貌，固含量(一般情況下為30-40% )顆粒大小80-120nm、Si02顆粒的空隙率40_60%、分 散媒體無水乙醇、Ph值8-10。C、添加劑適量的添加劑不僅可以有效地改善納米陶瓷涂料的熱穩(wěn)定性，對(duì)涂料 的機(jī)械強(qiáng)度也有很顯著的作用，通過天然礦物原料和高齡土、滑石、蠟石等來引入A1203、 SiO2, ZrO2^MgO等成分，提高納米陶瓷涂料綜合性能。實(shí)施例步驟一、改性取40%的納米二氧化硅置于超聲波清洗器，加入0. 6%硅烷偶聯(lián) 劑，超聲分散30分鐘后轉(zhuǎn)移至磁力攪拌器，加入0. 4%硅烷偶聯(lián)劑，高速攪拌1. 0 5. 0小 時(shí)后過濾；步驟二、溶膠化先將30%的正硅酸乙酯、0. 4%硅烷偶聯(lián)劑和10%無水乙醇加入 燒杯中，攪拌20分鐘，使三者混合均勻；再按正硅酸乙酯與蒸餾水2 1的比例加入15%的蒸餾水，攪拌25分鐘，使二者混合均勻；步驟三、凝膠化向混合溶液中加入8 %鎂、鈣化合物(0. 2mol/L碳酸鎂、碳酸鈣溶 液)，保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)2. 0小時(shí)，使水解反應(yīng)完全，即可得到二氧化硅溶膠液，然后用塑料薄膜 封口，靜置24小時(shí)左右；然后將石英片放在鉻酸洗液中充分浸泡以除去其表面的無機(jī)物雜 質(zhì)，然后放入乙醇中超聲波震蕩，最后用去離子水洗凈；將洗凈的基片垂直浸入到溶膠中， 快速的從溶膠中提拉出來，提拉速度為IOcm/分鐘；步驟四、預(yù)聚體拉膜后的基片在250°C及紫外線下干燥固化30分鐘；步驟五、添加多元有機(jī)硅材料20%的多元有機(jī)硅材料分四次添加，第一次緩慢加 入的多元硅材料，第二次加入2%的多元硅材料，第三次加入6%的多元硅材料；隨后加 入11%的多元硅材料；每加入一次間隔時(shí)間為2分鐘，加入時(shí)攪拌速度為IOOOr/分鐘；步驟六、交聯(lián)將經(jīng)預(yù)聚體的凝膠以IOOOr/分鐘速度攪拌，攪拌時(shí)間為20分鐘；步驟七、助劑混合最后分別加入的流平劑，的消泡劑進(jìn)行混合，混合攪拌 速度為2000r/分鐘，時(shí)間為20分鐘；步驟八、最后用400目過濾網(wǎng)過濾，即得超硬不粘硅炊具涂料，并用專用涂料桶盛裝。用本發(fā)明制備得到的超硬不粘硅炊具涂料經(jīng)檢測(cè)具有以下特點(diǎn)A、涂層硬度為(3-7H)，耐磨性極佳，不易劃傷，抗沖擊力強(qiáng)、且涂層附著力好，韌性
尚οB、含有納米材料，有很好的抗菌防污效果，易清洗，具有疏水不粘性。C、加工容易，采用空氣噴涂，一次性烘烤成膜，可在250°C左右低溫?zé)Y(jié)。D、涂敷的炊具耐高溫，可在400°C以下長(zhǎng)期使用，且高溫下顏色穩(wěn)定。E、用在不粘鍋上，能夠保證持久的不粘性能。F、不含PF0A、PTFE等致癌物質(zhì)，安全無毒，是類似陶瓷的純無機(jī)材質(zhì)，可與食物直 接接觸。上述實(shí)施方式只是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，不是用來限制本發(fā)明的實(shí)施與權(quán)利范圍， 凡依據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)專利保護(hù)范圍所述的內(nèi)容做出的等效變化和修飾，均應(yīng)包括在本發(fā)明申 請(qǐng)專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種采用溶膠-凝膠雜化技術(shù)制備的超硬不粘硅炊具涂料，按其重量百分比，其組 成為納米二氧化硅30 50%、硅酸化合物20 40%、鎂、鈣化合物5 10%、氯化銨 3 5%、催化劑0. 5 2.0%、助劑1 4%、硅烷偶聯(lián)劑0. 5 2.0%、多元有機(jī)硅材料 15 25%、無水乙醇5 10%、蒸餾水10 20% ； 其中，所述的硅酸化合物為正硅酸乙酯； 所述的助劑為流平劑、消泡劑；
2.一種采用溶膠_凝膠雜化技術(shù)制備的超硬不粘硅炊具涂料的方法，其特征在于，所 述材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行步驟一、改性取30 50%的納米二氧化硅置于超聲波清洗器，加入0. 2 1. 0%硅烷 偶聯(lián)劑，超聲分散20 30分鐘后轉(zhuǎn)移至磁力攪拌器，加入0. 1 0. 5%硅烷偶聯(lián)劑，高速攪 拌1. 0 5. 0小時(shí)后過濾；步驟二、溶膠化先將20 40%的正硅酸乙酯、0. 2 0. 5%硅烷偶聯(lián)劑和5 10%無 水乙醇加入燒杯中，攪拌10 20分鐘，使三者混合均勻；再按正硅酸乙酯與蒸餾水2 1 的比例加入10 20%的蒸餾水，攪拌25 30分鐘，使二者混合均勻；步驟三、凝膠化向混合溶液中加入5 10%鎂、鈣化合物(0. 2mol/L碳酸鎂、碳酸鈣 溶液)，保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)1. 5 2. 0小時(shí)，使水解反應(yīng)完全，即可得到二氧化硅溶膠液，然后用 塑料薄膜封口，靜置24小時(shí)左右；然后將石英片放在鉻酸洗液中充分浸泡以除去其表面的 無機(jī)物雜質(zhì)，然后放入乙醇中超聲波震蕩，最后用去離子水洗凈；將洗凈的基片垂直浸入到 溶膠中，快速的從溶膠中提拉出來，提拉速度為1 20cm/分鐘，浸漬提拉法所需溶膠粘度 一般在 2 5 X ICT3Pa · s ；步驟四、預(yù)聚體拉膜后的基片在200 250°C及紫外線下干燥固化30 40分鐘； 步驟五、添加多元有機(jī)硅材料15 25%的多元有機(jī)硅材料分多次添加，先緩慢加入 所需多元硅材料的5%，然后加入多元硅材料的10%，再加入30% ；再加入55% ；每加入一 次間隔時(shí)間為2分鐘，加入時(shí)攪拌速度為500 IOOOr/分鐘；步驟六、交聯(lián)將經(jīng)預(yù)聚體的凝膠以1000 1500r/分鐘速度攪拌，攪拌時(shí)間為15 20 分鐘；步驟七、助劑混合最后分別加入0. 5 2%的流平劑，0. 5 2%的消泡劑進(jìn)行混合， 混合攪拌速度為1500 2000r/分鐘，時(shí)間為20 25分鐘；步驟八、最后用400目過濾網(wǎng)過濾，即得超硬不粘硅炊具涂料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用溶膠-凝膠雜化技術(shù)制備的超硬不粘硅炊具涂料，其組成為納米二氧化硅30～50％、硅酸化合物20～40％、鎂、鈣化合物5～10％、氯化銨3～5％、催化劑0.5～2.0％、助劑1～4％、硅烷偶聯(lián)劑0.5～2.0％、多元有機(jī)硅材料15～25％、無水乙醇5～10％、蒸餾水10～20％；它利用溶膠-凝膠法，合成納米CaO-SiO2粉體，通過Mg對(duì)Ca的取代，開發(fā)出(Ca，Mg)SiO3納米粉體材料，再在熔膠中引入低燒助劑先驅(qū)體來降低陶瓷的燒結(jié)溫度，并通過添加適量有機(jī)硅材料，調(diào)節(jié)陶瓷硬化溫度，獲得能在250℃以下燒結(jié)的低溫?zé)Y(jié)納米陶瓷涂料。本發(fā)明的超硬不粘硅陶瓷涂料附著力強(qiáng)、硬度高、不易劃傷、抗沖擊、無毒環(huán)保，可完全取代鐵氟龍不粘涂料。
文檔編號(hào)C09D1/00GK102002268SQ200910169700
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月1日
發(fā)明者李揚(yáng)德 申請(qǐng)人:東莞宜安科技股份有限公司