一种均匀导热的不粘锅涂层及其制备方法
阅读说明：本技术 一种均匀导热的不粘锅涂层及其制备方法 (Uniform heat conduction non-stick pan coating and preparation method thereof ) 是由 徐晶 于 2021-05-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及不粘锅涂层技术领域,尤其是一种均匀导热的不粘锅涂层及其制备方法。所述涂层由以下质量份的原料组成：碳化硅49-55份、氧化铝陶瓷粉末30-50份、氮化铝100-130份、改性纳米氮化硅20-30份、饱和聚酯树脂150-180份、有机硅树脂100-130份、氢化蓖麻油1-3份。本发明不粘锅涂层耐热性良好、耐磨性、耐冲击性优良,而且性能极为稳定,即使是在极端环境下长时间使用,也能保持优越的性能,实用价值突出。(The invention relates to the technical field of non-stick pan coatings, in particular to a non-stick pan coating with uniform heat conduction and a preparation method thereof. The coating is composed of the following raw materials in parts by mass: 49-55 parts of silicon carbide, 30-50 parts of alumina ceramic powder, 100-130 parts of aluminum nitride, 20-30 parts of modified nano silicon nitride, 150-180 parts of saturated polyester resin, 100-130 parts of organic silicon resin and 1-3 parts of hydrogenated castor oil. The non-stick pan coating has good heat resistance, excellent wear resistance and impact resistance, extremely stable performance, excellent performance maintenance even if the non-stick pan coating is used for a long time in an extreme environment, and outstanding practical value.)
技术领域
本发明涉及不粘锅涂层
技术领域
，尤其是一种均匀导热的不粘锅涂层及其制备方法。背景技术
"不粘锅"的问世给人们的生活带来了很大的方便，人们不必再担心煮肉时一不小心就会烧焦，煎鱼时鱼片粘在锅壁上。当前的不粘锅多是在锅体的内表面多涂了一层聚四氟乙烯，利用聚四氟乙烯优异化学性能、易清洁性能和无毒性能制成了这种深受欢迎的厨房用具。但是聚四氟乙烯作为一种有机聚合物材料，其热传导和耐磨性能在长期的高温和外力作用下，容易缩短不粘锅涂层的使用寿命，严重威胁食品安全和人们的健康问题。
陶瓷材料在不粘锅的涂层中使用较为常见，但是都以增强涂层强度作为主要方向，高导热系数陶瓷材料氧化物、氮化物、碳化物、硼化物在不粘锅中使用有限，值得进一步研究。如专利号为CN202010690462.6的一种耐高温耐磨不粘锅涂层的制备方法，包括将不粘锅基体进行喷砂粗化处理，取MOFs、添加剂和溶剂，搅拌混合均匀，加入含氟树脂乳液和含氟硅烷偶联剂，继续搅拌，喷雾造粒得到粒度为1～10μm的粉末得到涂层，但是使用的种类较少，对于涂层在复杂情况下的使用性能提升有限，在长期使用中会导致涂层导热性能的下降；又如专利号为CN201610267894.X的一种不粘锅涂层及其制备方法和不粘锅，将有机硅树脂、改性碳化硅、纳米碳酸钙、云母粉、氨基树脂、分散剂和溶剂混合，研磨、分散，过滤后得到涂料；但是涂料中使用的填充成分未进行有效的表面改性，对于涂层材料的结构强度和导热效果影响有限。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种均匀导热的不粘锅涂层及其制备方法，以提高不粘锅的使用效果，提高不粘锅的导热性，具体技术方案为：
一种均匀导热的不粘锅涂层，所述涂层由以下质量份的原料组成：碳化硅49-55份、氧化铝陶瓷粉末30-50份、氮化铝100-130份、改性纳米氮化硅20-30份、饱和聚酯树脂150-180份、有机硅树脂100-130份、氢化蓖麻油1-3份。
进一步的，所述碳化硅细度为50-60nm。
进一步的，以质量份计，所述改性纳米氮化硅由1-3份纳米氮化硅粉末、0.1-0.25份N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、5-8份硬脂酸制备而成。
进一步的，所述饱和聚酯树脂为cp3612。
本发明所述的均匀导热的不粘锅涂层的制备方法，包括如下步骤：
（1）将纳米氮化硅粉末放置到加热皿中，加热至150-180℃，将温度降低至80-90℃，将加热皿放置到氧含量为30-35%的环境中，放置3-5h，将温度降至室温，放入干燥皿中用紫外光照射10-15h；
（2）以质量份计，将1-3份纳米氮化硅粉末与10-15份甲苯混合，用玻璃棒搅拌10-15min，用超声处理5-8min，加入0.1-0.25份N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，加热至65-70℃，保温2-3h，超声处理15-20min，继续保温2-3h，将反应后的物质用离心机离心，取沉淀，加入沉淀质量3-5倍的甲苯，搅拌10-15min，离心，将得到的沉淀与其质量5-8倍的无水乙醇混合，浸泡10-13min，离心，将所得沉淀在40-50℃下减压干燥；
（3）将5-8份硬脂酸加热至熔化，搅拌1-3min，加入上述所得干燥物，保温搅拌20-30min，静置10-18min，加入20-25份四氯化碳，加热至40-45℃，保温10-20min，离心，所得沉淀再次与20-25份四氯化碳混合，离心过滤，用乙醇洗涤1-3次，干燥即得改性氮化硅；
（4）按照质量比，将饱和聚酯树脂、有机硅树脂、氢化蓖麻油混合，搅拌20-30min，依次加入碳化硅、氧化铝陶瓷粉末、氮化铝、改性纳米氮化硅，匀浆3-5h，用高压均质机均质即可。。
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：
本发明通过将纳米氮化硅粉末加热，将粉末中团聚紧密度较差的颗粒崩解，使得粉末进一步细化，提高氮化硅粉末的均匀度；再将粉末置于富氧环境中，促进氮化硅孔隙中富集氧气，降低氮化硅对于空气中杂质的吸附；然后将氮化硅粉末在较为干燥的环境中紫外照射，利用氮化硅半导体特性产生空穴效应，将少量的水分子分解产生硅羟基；有效防止水分过量聚集使得氮化硅粉末相互吸附团聚，产生的硅羟基可以增加氮化硅表面的基团连接点，可以提高涂层中的氮化硅和树脂的粘结强度，改善不粘锅的力学特性和热量传导。
本发明利用氮化硅表面的硅羟基和N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷的基团反应，在氮化硅表面引入支链更长的氨基，使得氮化硅表面可以均匀连接N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷分子链，方便后续脂肪酸的引入延长分子链；进而显著提高氮化硅粉末的分散性，增加纳米氮化硅表面的空间位阻效应，防止氮化硅材料在涂层中共聚，使得涂层紧实、均匀，提高不粘锅的耐磨性，使得导热连续，导热效率更好。
本发明通过引入硬脂酸和氮化硅表面的氨基反应，利用脂肪酸碳链羧基与N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷分子链的氨基衔接提高氮化硅表面分子链的复杂度，增大颗粒之间的阻力，使得粉末填充物与树脂之间具有更多的连接点，让改性之后氮化硅能最大限度的发挥出高韧性、抗热冲击能力强、耐腐蚀、高导热的特点，制备出来的涂层更为稳定。
本发明通过使用氧化铝陶瓷粉末，利用其导热效果，在原料混合中用树脂分子链充分包裹氧化铝颗粒，可以提高涂层的热量传导效率，提高不粘锅涂层的强度和稳定性。
本发明使用的利用氮化铝粉末纯度高、粒径小、活性大的特点，充分填充到涂层中，使得氮化铝粉末更容易和树脂体系混合交联；而且氮化铝可以使得涂层热导率高、膨胀系数低、强度高、耐高温、耐化学腐蚀、硬度高、耐熔融金属的侵蚀、对酸稳定，使得制备出来的不粘锅更为耐用耐磨，稳定性好，可以长时间使用保持良好的性能参数和使用体验，便于适应不同的烹饪环境，提高市场认可度。
本发明通过科学的配方和针对性的制作，使得制得的涂层在25℃下导热效率高于39.68W/(m·℃)，耐磨性低于0.004186g，耐冲击性高于240.18kg·cm；而且在300℃下老化40h、自然存放30天后，导热效率高于35.32W/(m·℃)，耐磨性低于0.004972g，耐冲击性高于221.54kg·cm；可见本发明不粘锅涂层耐热性良好、耐磨性优良，也耐冲击有极高的强度，而且性能极为稳定，即使是在极端环境下长时间使用，也能保持优越的性能，其实用价值突出。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
一种均匀导热的不粘锅涂层，所述涂层由以下质量份的原料组成：碳化硅49份、氧化铝陶瓷粉末30份、氮化铝100份、改性纳米氮化硅20份、饱和聚酯树脂150份、有机硅树脂100份、氢化蓖麻油1份；所述碳化硅细度为50nm；以质量份计，所述改性纳米氮化硅由1份纳米氮化硅粉末、0.1份N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、5份硬脂酸制备而成；所述饱和聚酯树脂为cp3612；
本实施例所述的均匀导热的不粘锅涂层的制备方法，包括如下步骤：
（1）将纳米氮化硅粉末放置到加热皿中，加热至150℃，将温度降低至80℃，将加热皿放置到氧含量为30%的环境中，放置3h，将温度降至室温，放入干燥皿中用紫外光照射10h；
（2）以质量份计，将1份纳米氮化硅粉末与10份甲苯混合，用玻璃棒搅拌10min，用超声处理5min，加入0.1份N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，加热至65℃，保温2h，超声处理15min，继续保温2h，将反应后的物质用离心机离心，取沉淀，加入沉淀质量3倍的甲苯，搅拌10min，离心，将得到的沉淀与其质量5倍的无水乙醇混合，浸泡10min，离心，将所得沉淀在40℃下减压干燥；
（3）将5份硬脂酸加热至熔化，搅拌1min，加入上述所得干燥物，保温搅拌20min，静置10min，加入20份四氯化碳，加热至40℃，保温10min，离心，所得沉淀再次与20份四氯化碳混合，离心过滤，用乙醇洗涤1次，干燥即得改性氮化硅；
（4）按照质量比，将饱和聚酯树脂、有机硅树脂、氢化蓖麻油混合，搅拌20min，依次加入碳化硅、氧化铝陶瓷粉末、氮化铝、改性纳米氮化硅，匀浆3h，用高压均质机均质即可。
实施例2
一种均匀导热的不粘锅涂层，所述涂层由以下质量份的原料组成：碳化硅55份、氧化铝陶瓷粉末50份、氮化铝130份、改性纳米氮化硅30份、饱和聚酯树脂180份、有机硅树脂130份、氢化蓖麻油3份；所述碳化硅细度为60nm；以质量份计，所述改性纳米氮化硅由3份纳米氮化硅粉末、0.25份N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、8份硬脂酸制备而成；所述饱和聚酯树脂为cp3612；
本实施例所述的均匀导热的不粘锅涂层的制备方法，包括如下步骤：
（1）将纳米氮化硅粉末放置到加热皿中，加热至180℃，将温度降低至90℃，将加热皿放置到氧含量为35%的环境中，放置5h，将温度降至室温，放入干燥皿中用紫外光照射15h；
（2）以质量份计，将3份纳米氮化硅粉末与15份甲苯混合，用玻璃棒搅拌15min，用超声处理8min，加入0.25份N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，加热至70℃，保温3h，超声处理20min，继续保温3h，将反应后的物质用离心机离心，取沉淀，加入沉淀质量5倍的甲苯，搅拌15min，离心，将得到的沉淀与其质量8倍的无水乙醇混合，浸泡13min，离心，将所得沉淀在50℃下减压干燥；
（3）将8份硬脂酸加热至熔化，搅拌3min，加入上述所得干燥物，保温搅拌30min，静置18min，加入25份四氯化碳，加热至45℃，保温20min，离心，所得沉淀再次与25份四氯化碳混合，离心过滤，用乙醇洗涤3次，干燥即得改性氮化硅；
（4）按照质量比，将饱和聚酯树脂、有机硅树脂、氢化蓖麻油混合，搅拌30min，依次加入碳化硅、氧化铝陶瓷粉末、氮化铝、改性纳米氮化硅，匀浆5h，用高压均质机均质即可。
实施例3
一种均匀导热的不粘锅涂层，所述涂层由以下质量份的原料组成：碳化硅51份、氧化铝陶瓷粉末34份、氮化铝107份、改性纳米氮化硅26份、饱和聚酯树脂159份、有机硅树脂107份、氢化蓖麻油3份；所述碳化硅细度为60nm；以质量份计，所述改性纳米氮化硅由1份纳米氮化硅粉末、0.25份N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、8份硬脂酸制备而成；所述饱和聚酯树脂为cp3612；
本实施例所述的均匀导热的不粘锅涂层的制备方法，包括如下步骤：
（1）将纳米氮化硅粉末放置到加热皿中，加热至180℃，将温度降低至80℃，将加热皿放置到氧含量为35%的环境中，放置3h，将温度降至室温，放入干燥皿中用紫外光照射15h；
（2）以质量份计，将3份纳米氮化硅粉末与10份甲苯混合，用玻璃棒搅拌15min，用超声处理5min，加入0.25份N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，加热至70℃，保温2h，超声处理20min，继续保温2-3h，将反应后的物质用离心机离心，取沉淀，加入沉淀质量5倍的甲苯，搅拌10min，离心，将得到的沉淀与其质量8倍的无水乙醇混合，浸泡10min，离心，将所得沉淀在50℃下减压干燥；
（3）将8份硬脂酸加热至熔化，搅拌1min，加入上述所得干燥物，保温搅拌30min，静置10min，加入25份四氯化碳，加热至40℃，保温20min，离心，所得沉淀再次与20份四氯化碳混合，离心过滤，用乙醇洗涤3次，干燥即得改性氮化硅；
（4）按照质量比，将饱和聚酯树脂、有机硅树脂、氢化蓖麻油混合，搅拌30min，依次加入碳化硅、氧化铝陶瓷粉末、氮化铝、改性纳米氮化硅，匀浆3h，用高压均质机均质即可。
对比例设置：
对比例1
与实施例1的区别是步骤（1）中不将加热皿放置到氧含量为30%的环境中；
对比例2
与实施例1的区别是步骤（1）中未使用紫外光照射；
对比例3
与实施例1的区别是步骤（2）中N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷换成KH550；
对比例4
与实施例1的区别是步骤（2）中未加入N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷；
对比例5
与实施例1的区别是步骤（3）中未加入硬脂酸；
对比例6
与实施例1的区别是步骤（4）中未加入氧化铝陶瓷粉末；
对比例7
与实施例1的区别是步骤（4）中未加入氮化铝。
试验例
按照实施例1-3、对比例1-7方法分别制作涂层，将60个不粘锅随机分组，对应实施例1-3、对比例1-7，每组6个。将各组不粘锅表面清洗、干燥、喷涂对应涂层，再高温处理稳定涂层。将各组不粘锅在25℃下按照YBT 4130-2005标准检测导热效率，按照GB/T1768-2006标准检测耐磨性，按照GB/T 1732-93检测耐冲击性，取平均值。如下表：
由表可以看出，使用本发明方案有效提高了不粘锅性能，使得不粘锅的导热效率和耐磨性、耐冲击性得到显著的提升。
将各组不粘锅在300℃的老化箱中老化40h，在常温环境中放置30天，按照上述方法检测不粘锅的导热效率和耐磨性、耐冲击性，结果如下：
由表可以看出，经过老化之后，实施例1-3的不粘锅的导热效率和耐磨性依然保持在良好的水准，明显高于对比例1-6。
需要说明的是，上述实施例仅展示了本发明较优的技术方案，并不用于限制本发明的保护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种抗石击水性汽车中涂漆