具有良好耐刮擦性的水性辊涂不粘涂层及其涂覆方法与流程

本发明涉及一种辊涂不粘涂料，特别涉及一种具有良好耐刮擦性的水性辊涂不粘涂层及其涂覆方法，属于不粘涂料
技术领域：
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背景技术：
：不粘涂料由于其具非常低的表面张力，使得其它物质很难在表面附着，由其制造的不粘锅有自问世以来给人们生活带来了极大的便利。但是目前市场上不粘涂料涂覆方式均采用常规有气喷涂，众所周知，常规有气喷涂会产生漆雾、漆渣等；涂布利用率在40％左右；批次之间成品涂膜不均匀，易造成色差；其施工难、生产效率低也是加工厂一直头疼的问题。相对喷涂，辊涂涂料涂覆利用率达到95％以上，施工过程不会产生漆雾、漆渣，且生产效率极高。但是现有水性辊涂涂料，在不粘锅领域使用时，普遍存在拉伸成型后的附着力差，及耐磨耐刮擦，不粘性等方面有些不足，使其在应用上受到限制(辊涂涂料施工时和常规不粘涂料不同，其是在铝片上进行施工，施工后进行后成型处理，这个时候铝片会有一个明显的拉伸变形，常规辊涂涂料延展性能较差，在成型过程中会出现与基材延展不同步导致与基材脱离的情况)。因此需开发一款不但在拉伸附着力、耐刮擦方面满足要求且在不粘性方面有着优异表现的水性辊涂不粘涂料来满足人们越来越高的使用需求。目前市售辊涂涂料，例如专利号cn1090870a公开了一种用于光滑基材的不粘的辊涂涂料，为保证其在光滑基材上的附着力，以pai树脂及pps树脂复合后添加少量填料制得一款辊涂涂料。该方法解决了涂层与光滑基材之间的附着力，但由于pai树脂为热固性树脂，pps结晶度较高，所以其制成底油韧性较差，因此在后成型的拉伸过程中容易由于涂层延展性不够从而导致涂层掉漆，特别是在拉伸较深汤锅时很容易造成涂层脱落。且由于pps玻璃化转变温度仅为90度，所以其在使用过程中软化较明显从而导致涂层强度不足。同时由于纯ptfe强度低，耐磨性差，而其中涂层面涂层中ptfe含量较高，所以容易导致涂层耐刮擦性能较差。技术实现要素：为解决现有辊涂涂料存在的拉伸附着力、耐刮擦等方面存在的性能缺陷等问题，本发明提供一种具有良好耐刮擦性的水性辊涂不粘涂层，该不粘涂层具有较强的延展性能，良好的耐刮擦性能。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有良好耐刮擦性的水性辊涂不粘涂层，该不粘涂层包括底涂层、中涂层和面涂层，所述底涂层是由含有pai和复合树脂的底漆涂覆而成，pai和复合树脂的重量比是1:2.2～3.5；复合树脂由ppsu和peek组成，ppsu与peek的重量比为1:0.5～1。进一步的，底涂层含有ppsu、peek、pai，中涂层含有氟树脂、pai、peek、ppsu，面涂层含有氟树脂。作为优选，所述peek树脂是改性多羟基结构peek树脂。作为优选，中涂层采用的氟树脂选自pfa、ptfe或efp中的一种或两种以上，氟树脂含量为10～40％。作为优选，所述面涂层中包含纤维状填料或纳米氧化铝颗粒，其添加量为0.5～2％。一、底涂层底涂层中，本发明在保证其光滑基材附着力的情况下添加适当韧性较好、具备一定拉伸强度的聚亚苯基砜树脂(ppsu)和聚醚醚酮(peek)树脂；此外，通过加入适当的纳米级碳纤维以增强涂层的拉伸强度。ppsu树脂相对pps或者pes具有较高的抗张强度和断裂伸长率，这将有利于涂层涂覆后的拉伸成型工作。peek具有刚性和柔性，特别是对交变应力下的抗疲劳性非常突出，可与合金材料相媲美。这将大大提高涂层的拉伸性能和耐刮擦性能。本发明通过pai、ppsu及peek复配得到底涂层，利用ppsu与pai提供与基材良好的附着力，利用peek提升涂层耐刮擦性能。同时ppsu与peek通过纳米级碳纤维增强后提升涂层拉伸强度和弯曲强度。通过实验测试得到pai和复合树脂(ppsu与peek复配)重量比为1:2.5时得到拉伸附着力最佳性能。一般，pai和复合树脂的重量比控制在1:2.2～3.5时均可到需求。当重量比小于1:2.2时，既复合树脂含量过低时将造成拉伸强度明显下降，导致涂层拉伸后附着力差；当重量比大于1:3.5时，既复合树脂含量过高时将出现涂层难以施工等情况。所述复合树脂ppsu与peek重量比在1：0.5～1时能同时满足柔韧性和硬度的需求；但由于peek成本较高，故优选ppsu与peek重量比在1：0.5。研究表明ppsu与peek在使用玻璃纤维或纳米级碳纤维增强后具有更好的拉伸强度和弯曲强度，作为优选，所述复合树脂是经过纳米级碳纤维增强过的树脂，其纳米级碳纤维添加量为复合树脂总重量的25～30％。作为优选，所述底漆包括以下以质量百分比计的组分：pai3～8％，ppsu6～12％，peek3～10％，颜料2.5～8％，填料4～10％，增稠剂1.5～6％，硅溶胶3～15％，表面活性剂1.2～3％，消泡剂0.3～3％，ph调节剂0.5～3％，余量为溶剂，上述各组份质量百分比之和为100％。二、中涂层本发明的中涂层需承接底涂层与面涂层，由于底涂层需与基材保证良好附着力并未添加ptfe树脂，因此中涂层中还必须添加适当量的pai与ppsu树脂保障与底涂层附着力，同时考虑面涂层中氟含量较高所以在中涂层中加入适当的氟树脂以保障中涂层与面涂层附着力。在高温熔融时，中涂层中的氟树脂与面涂层中的氟树脂结合，起到锚固面涂层的作用；而中涂层中的pai，ppsu及peek将发生一定程度的下沉，与底涂层中的耐高温特种工程塑料进行结合，从而使整个涂层结合成一个整体，具有良好的性能。作为优选，所述中涂层由以下以质量百分比计的组分制成(中漆配方)：ptfe10～20％，fep5～20％，pai2～10％，pes4～15％，peek2～6％，颜料3～5％，填料3～8％，增稠剂0.5～10％，表面活性剂0.5～5％，消泡剂0.3～3％，ph调节剂0.5～12％，余量为溶剂，上述各组份质量百分比之和为100％。三、面涂层由于面涂层氟树脂含量较高，所以其硬度及耐刮擦性能较差，因此在面涂层中加入适当纤维状填料或使用纳米氧化铝颗粒来增强其面涂层强度。纳米氧化铝颗粒相对氧化铝具有更好的分散效果，其在ptfe面涂层中可以有效提升涂层表面硬度与耐刮擦性能。作为优选，所述面涂层由以下以质量百分比计的组分制成(面漆配方)：ptfe35～70、pfa1～15％、fep1～15％、表面活性剂1～2％、消泡剂0.1～2％的、ph调节剂1～10％，颜料1～5％、填料0.5～5％，余量为溶剂，上述各组份质量百分比之和为100％。以上底涂层、中涂层和面涂层中，所述的颜料为二氧化钛、碳黑、钴蓝、铜铬黑、氧化铁红、群青蓝、涂覆有二氧化钛的云母中一种或几种；所述的填料为纳米级碳纤维、玻璃纤维、石墨烯、碳化硅、氧化铝、硅酸铝、高岭土、硼化铝晶须、晶须硅、纳米氧化铝颗粒中的一种或几种；所述的增稠剂为缔合型丙烯酸增稠剂、膨润土类增稠剂、纤维素类增稠剂、黄原胶中的一种或几种；所述的表面活性剂为非离子表面活性剂；所述的溶剂选自水，甲醇、乙醇、糠醇、2-丙醇、1-丁醇和二丙酮醇、丙二醇和丙三醇、丁基卡必醇、甲基异丁基酮和甲乙酮、n-甲基-2-吡咯烷酮、n，n-二甲基乙酰胺、n，n-二甲基乙酰乙酰胺和n，n-二甲基甲酰胺中一种或两种；所述的水为纯净水或去离子水；所述的消泡剂选矿物油类消泡剂；所述的ph调节剂选自三乙醇胺、质量浓度10％的氨水水溶液、二甲基乙胺、助剂amp-95中的一种或几种。从peek材料选型方面讲，市售peek材料几乎不含有羟端基，不足以满足辊涂涂层后成型对附着力的要求，因此本发明选用鹏孚隆新材料有限公司自产peek牌号为ta-8800ufp，该peek产品是经过特殊处理产品，其羟端基含量为每100个重复单元包含0.8～1个羟端基结构，其能保证在后成型的过程中提供良好的基材附着力。四、涂覆方法：本发明的水性辊涂不粘涂料可应用于后成型铝片，形成不粘炊具内涂涂层。一种所述的具有良好耐刮擦性的水性辊涂不粘涂层的涂覆方法，该方法包括如下步骤：(1)分别将底漆、中漆和面漆充分地分散；其中，底漆在滚筒机上以60rpm的转速转动1～2小时，中漆和面漆在滚桶机上以30rpm的转速转动30～40min；(2)取表面洁净、表面粗糙度在1～2μm的基材，将基材加热至30～50℃并将过滤后的底漆辊涂至基材表面，辊涂完成后，升温至120～150℃并在该温度下烘烤3～5min；对基材表面进行机械打磨或其他表面处理方法，将基材表面粗糙度控制在1～2μm之间；烘烤完成后底漆干膜的厚度应当在6～10μm之间；(3)待基材温度降至45～55℃时，将中漆辊涂至底漆上，辊涂完成后，升温至120～150℃并在该温度下烘烤3～5min；烘烤完成后中漆干膜的厚度应当在6～10μm之间；(4)待基材温度降至45～55℃时，将面漆辊涂至中漆上，辊涂完成后，升温至80～120℃并在该温度下烘烤1～3min；(5)重复步骤(4)至少三次；每次辊涂面漆前应当确保基材温度控制在45～55℃之间；烘烤完成后面漆干膜的厚度应当在10～18μm之间；(6)面漆辊涂完成后，将基材置入烧结炉中，以20～30℃/min的速率升温至150～200℃，保温3～5min；继续以20～40℃/min的速率升温至420～435℃，保温3～5min，吹风冷却至室温；获得所述的涂覆不粘涂层的基材。作为优选，所述的不粘涂层的总厚度在22～38μm，其中，所述底涂层的厚度为6～10μm，所述中涂层的厚度为6～10μm，所述面涂层的厚度为10～18μm。显然地，10～18μm的厚度是至少三层面涂层的厚度总和。(面涂层每次施工厚度为4～6μm，达到所需10～18μm需施工三层)。现阶段辊涂产品的技术问题：1.在后成型的拉伸工艺过程中，对涂层延展性要求极高，因此其在成型拉伸形变较大的产品时易出现涂层脱落的现象。2.现有辊涂产品为满足其延展性需求，牺牲了其它性能，比如硬度、耐磨性、耐刮擦性，耐腐蚀性。本发明的水性辊涂不粘涂层是基于本发明提供的底涂层、中涂层和面漆实现的，由此实现了水性不粘涂层的辊涂工艺，本发明水性不粘涂层的辊涂施工工艺优势在于：1.环保性好：施工过程不产生漆雾，漆渣，同时涂料利用率达到95％以上，是常规喷涂的2～3倍；2.施工效率高：辊涂施工人员需求较低，但由于产品线自动化程度高，其生产效率为常规喷涂产品的2～3倍。附图说明图1是本发明的树脂比例对拉伸程度影响曲线图；图2是本发明的纳米级碳纤维比例对拉伸程度影响曲线图。具体实施方式下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。以下实施例采用的peek，选用鹏孚隆新材料有限公司自产peek牌号为ta～8800ufp，其特殊的羟端基结构能更好的提升涂层与基材的附着力。实施例：一种具有良好耐刮擦性的水性辊涂不粘涂层，该不粘涂层包括底涂层、中涂层和面涂层，所述底涂层是由含有pai和复合树脂的底漆涂覆而成，底漆的配方见表1，中涂层和面漆的配方分别见表2和表3。表1底漆配方物料名称底漆对比例实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7pai55846355pps150000000ppsu010898989peek0544.544.54.54.5炭黑2.52.52.52.52.52.52.52.5纳米级碳纤维00000000糠醇3.13.13.13.13.13.13.13.1三乙醇胺5.55.55.55.55.55.55.55.5表面活性剂1.31.31.31.31.31.31.31.3硅溶胶3.23.23.23.23.23.23.23.2丙烯酸增稠剂1.91.91.91.91.91.91.91.9去离子水52.852.852.855.354.856.355.354.3甘油3.13.13.13.13.13.13.13.1碳化硅2.52.52.52.52.52.52.52.5n-甲基吡咯烷酮4.14.14.14.14.14.14.14.1表1底漆配方(续)物料名称实施例8实施例9实施例10实施例11实施例12pai55555pps00000ppsu88888peek4.54.54.54.54.5炭黑2.52.52.52.52.5纳米级碳纤维33214糠醇33.52.544.5三乙醇胺5.55.55.55.55.5表面活性剂1.31.31.31.31.3硅溶胶3.23.23.23.23.2丙烯酸增稠剂1.91.91.91.91.9去离子水52.451.953.953.449.9甘油3.13.13.13.13.1碳化硅2.52.52.52.52.5n-甲基吡咯烷酮4.14.14.14.14.1表2中漆配方(单位kg)表3面漆配方(单位kg)物料名称面漆对比例实施例14实施例15实施例16实施例17ptfe3636363636pfa55555fep55555甘油66666表面活性剂3.63.63.63.63.6消泡剂0.60.60.60.60.6三乙醇胺33333炭黑颜料0.50.50.50.50.5纳米氧化铝颗粒0200.51玻璃纤维0020.51丙烯酸增稠剂2.32.32.32.32.3去离子水3836363736涂覆方法：本发明的水性辊涂不粘涂料可以应用于后成型铝片中，采用辊涂工艺涂覆形成不粘炊具内涂涂层。所述的涂覆的基材(选择后成型铝片具体参数直径为40cm，厚度3mm)的涂料施工方法具体步骤如下：(1)分别将底漆、中漆和面漆充分地分散；底漆、中漆和面漆在试用前都必须充分地分散，通过将底漆、中漆和面漆置于滚筒机上转动，防止底漆、中漆和面漆发生沉淀，促进各组分均匀分散。其中，底漆在滚筒机上以60rpm的转速转动1～2小时，中漆和面漆在滚桶机上以30rpm的转速转动30～40min(最好不可超过60min)。过滤后的底漆、中漆和面漆直接使用，无需稀释。(2)取表面洁净、表面粗糙度在1～2μm的基材，将基材加热至30～50℃并将过滤后的底漆辊涂至基材表面，辊涂完成后，升温至120～150℃并在该温度下烘烤3～5min；辊涂前，必须确保基材表面没有油脂、灰尘以及其他污染物，以避免影响涂膜的外观、附着力以及其他性能。在必要的条件下，对基材表面进行机械打磨或其他表面处理方法，将基材表面粗糙度控制在1～2μm之间。烘烤过程中应当避免触碰到底漆干膜，烘烤完成后底漆干膜的厚度应当在6～10μm之间。(3)待基材温度降至45～55℃时，将中漆辊涂至底漆上，辊涂完成后，升温至120～150℃并在该温度下烘烤3～5min；烘烤完成后中漆干膜的厚度应当在6～10μm之间。(4)待基材温度降至45～55℃时，将面漆辊涂至中漆上，辊涂完成后，升温至80～120℃并在该温度下烘烤1～3min；(5)重复步骤(4)至少三次；每次辊涂面漆前应当确保基材温度控制在45～55℃之间；烘烤完成后面漆干膜的厚度应当在10～18μm之间。(6)面漆辊涂完成后，将基材置入烧结炉中，以20～30℃/min的速率升温至150～200℃，保温3～5min；继续以20～40℃/min的速率升温至420～435℃，保温3～5min，吹风冷却至室温；获得所述的涂覆不粘涂层的铝片。烧结完成后，进行吹风冷却的过程中，烧结炉应保证排风良好，避免不粘涂层的颜色发生变化。所述的不粘涂层的总厚度控制在22～38μm。检测结果对比底漆涂覆后对底涂层膜厚进行测量，作为下一步测试的参考依据，数据见表4。表4对上述底漆对比例使用中漆/面漆对比例作为中、面涂层施工得到对比例(现有辊涂配方)；分别对实施例1～12使用中漆/面漆对比例作为中、面涂层施工，得到实施例1.1/2.1/3.1/4.1/5.1/6.1/7.1/8.1/9.1/10.1/11.1/12.1；对对比例和实施例1.1～12.1的配方得到的不粘涂层进行拉伸性能测试，测试结果见表5。表5极限拉伸测试分析实施例1.1～实施例7.1可以得出图1，根据图1、表5的数据可得出如下结论：1.底涂层膜厚随着pai树脂的增加而增加；2.拉伸比例与底涂层膜厚及复合树脂占比有很大关系；3.当复合树脂与pai比例为2.2～3.5:1时可打底较好的拉伸比例，当复合树脂与pai比例为2.5:1时可达到最好的拉伸强度。分析实施例8.1～12.1可得出如下趋势图2，根据图2、表5的数据可以得出纳米级碳纤维添加量在25～30％可以提升涂层的拉伸强度。综合上述对比结果可得出底漆中pai与复合树脂(ppau与peek复配)重量比为1：2.2～3.5，优选1:2.5时能达到最佳拉伸强度；同时纳米级碳纤维添加量为复合树脂占比0.25时具有较好的增强效果。对上述实例6与实例9施工所得底漆进行中面漆施工：使用实例6所述底漆，使用实例13作为中漆，实例14/15/16/17作为面漆，得到实例6.2/6.3/6.4/6.5使用实例9所述底漆，使用实例13作为中漆，实例14/15/16/17作为面漆，得到实例9.2/9.3/9.4/9.5对对比例和实施例6.2/6.3/6.4/6.5/9.2/9.3/9.4/9.5的配方得到的不粘涂层进行拉伸性能测试，测试结果见表6。表6经过对比，可以发现：1.添加玻璃纤维后涂层耐刮擦性能明显提升，但是不粘性能有所下降；2.添加耐磨氧化铝颗粒可以提升涂层硬度和耐刮擦性能；3.优选添加玻璃纤维及纳米氧化铝颗粒各0.5％时可以保证良好的涂层硬度及耐刮擦性能的同时不沾性不发生明显减弱。经过上述对比，得知复合树脂比例较高时拉伸强度相对较好，耐盐水腐蚀性能相对较好；但是当pai树脂比例过低后，底油膜厚较薄，难以达到理想膜厚，从而导致其它性能相对较差。同时我们发现经纳米级碳纤维增强后的产品耐磨性能与拉伸强度均有明显提升。面涂中加入适当的纳米氧化铝颗粒和玻璃纤维可以明显提升面涂的耐刮擦性能和硬度。通过上表可以看出，本发明的辊涂不粘涂层在硬度，耐刮擦，耐磨，拉伸强度以及耐盐水腐蚀方面明显优于现有辊涂不粘涂层。以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。当前第1页12