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新一代水性无机纳米陶瓷涂料在不粘锅中的应用

浏览次数: 日期:2015-9-1 11:58

不粘锅不粘的奥秘就在于锅具表面覆盖的一层薄膜,专业上称为涂层。该涂层具有表面能低、摩擦系数小、易滑动等特点,因而不易被其他粘性物质所粘附或黏着后易被除去。目前市场上普遍应用的不粘性涂料主要有两类,一类是以聚四氟乙烯(PI'FE)为主成膜物的氟涂料,另一类则是以硅溶胶和硅烷单体通过溶胶一凝胶法(sol—gel process)制备的陶瓷涂料,我们称之为水性无机纳米陶瓷涂料。

纳米陶瓷材料技术处于最近十几年材料学科发展的前沿,尤其是溶胶一凝胶法,已成为制备有机,无机复合材料的主流方法,其研究工作可谓方兴未艾。

为了更好地了解无机纳米陶瓷材料,让我们先温习一下我们生活中接触的陶瓷产品的性能特点。

我们每天接触陶瓷碗、罐、碟等等,这些陶瓷制品非常坚硬、耐磨,具有极好的耐温性能。但我们也知道,这些陶瓷材料不能像金属那样弯曲、冲压加工,不具有金属的延展性能,表现出独特的脆性。这两方面性能是由于它的化学成分及结构决定。陶瓷材料主体由铝氧(A110)、硅氧(si—O)键形成立体网状结构。铝氧(A1—0)、硅氧(Si—O)能大,结构单元为以铝、硅为中心,以氧原子为桥,形成四面体的刚性结构,该结构变形很小;在常温及一定高温范围内,宏观上表现为我们看到陶瓷制品的坚硬,耐温等特性,不易变形;当外力的作用及高温膨胀造成的内应力达到或超过键强度的屈服值时,陶瓷材料会出现开裂、破碎等现象。另外需补充说明的是Si0键、A1—0键化学稳定性极好,陶瓷材料有极好的耐各种化学介质的性能。

无机纳米陶瓷材料在化学成分及组成上与传统陶瓷材料相近,但成分更为纯净,结构更为有序。它是采用纳米溶胶一凝胶技术合成的一种新型水性无机纳米陶瓷涂料,可以低温(180200)烧结而成(传统陶瓷制品需达到600C以上烧结成)。由于它的表面硬度和其他物理性能、化学结构等与陶瓷的釉面相近,故也叫做陶瓷涂料。无机纳米陶瓷,除了兼有常规的陶瓷材料的优良性能,还具有自身独特的诸多功能,在很多领域获得运用、推广,在炊具行业更是获得越来越多的使用。

A.环保。无机纳米陶瓷涂料完全水溶性,环保、无毒,克服了传统有机涂料耐温性的问题,长期可耐450℃以上的高温,而不释放出有毒气体,施工固化过程中VOC排放量极低。

B.节能。无机纳米陶瓷涂料烧结温度仅为180—200C,而传统的氟涂料则需要400C或以上,因此和氟涂料相比,节能至少40%,从而大大减少了能源的耗用和生产成本;同时也大幅度降低了温室气体二氧化碳的排放。

C . 表面硬度大。常温下铅笔硬度可达8—9H;高温时表面硬度损失很少,在400500C1j,-]-铅笔硬度亦可达到56H

D.可有效提高基材的热辐射系数,同时赋予产品易清洁、不粘连、耐高温、耐磨、防腐耐酸碱、耐溶剂、耐紫外线、抗刮伤、防静电、保温、抗真菌等特殊功能。但在将无机纳米陶瓷材料涂覆于炊具金属材料表面上时,涉及到如下技术问题:

AR位漆膜开裂(即爆瓷)问题:我们使用的炊具材料多为铝、铁件、不锈钢等金属材料,而金属与陶瓷是有着两种截然不同属性的材料,金属的膨胀系数远大于陶瓷。当炊具受热时,铝、铁等金属会膨胀延伸,而无机膜膨胀幅度会较金属底材小很多,膨胀速度滞后于前者。金属底材更快、更大的膨胀有撕裂贴在它表面无机膜的趋势,俗爆瓷

B.不粘衰减问题:当无机膜内聚力不够,将产生细小以至肉眼能鉴别的开裂及无机膜内部局部产生空穴。煎锅的使用过程,就是在冷、热之间不停的循环过程。无机膜一旦产生裂纹及致密度不够,食品中的细小物质则会钻入开裂的缝隙,无机膜表层将渗入越来越多的固体物质,造成为我们熟知的不粘l生衰竭这一现象。

c.水解(即耐水煮掉色)问题:生铁等自身抗锈能力差的底材会很快产生锈迹,严重时会造成无机膜的脱落。

针对以上技术难关,我们对技术进行创新及改进,使无机纳米陶瓷涂料的性能得到较大幅度的提升。

1.在主体结构中嵌段、接枝柔软的无机成分,提高无机膜的膨胀系数,与金属底材膨胀性能更为接近:当基材詈热时.无机陶夺材料以更接近底材金属的速度及幅度进行膨胀(伸展),使两者在材料力学性能方面更为相似、匹配,在一定程度上改善了爆瓷现象。

2.合成无机陶瓷涂层材料所使用的关键材料通常为纳米溶胶,为不定型球状。为了增强涂层多方面的力学性能,我们采用了独特的合成方法,合成出板块、片状和纤维状的纳米溶胶,为最终产品带来多方面的性能改进:无机瓷膜抗撕裂的屈服强度加强;舒散因无机膜因冷热膨胀收缩而造成的应力;无机膜具备了一定的类似金属延展及弯曲性能;而一量无机膜受损,则由更微小的组成单元承受破坏,使用的持续性得以延长。

3.无机纳米材料由纳米溶胶固化形成,纳米溶胶通常为带负电荷的阴离子,固化的无机膜在煮水过程中由于水中少量的带正电荷的阳离子的作用,会由于水解而缓慢受损,严重时产生脱漆现象。我们从无机膜水解理人手,适当改变纳米溶胶组成及结构,阻碍其水解反应,从而解决水煮掉色问题及遇盐水腐t虫生锈的难题。

综上所述,随着人们对环保要求及生活品质的提升,水性无机纳米陶瓷涂料必将以其环保性、功能性和资源优势受到越来越多人的青睐,将会在不粘锅涂料中得到更广泛的普及。

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