一种无机低温陶瓷涂料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及低温陶瓷涂料的技术领域，具体涉及一种无机低温陶瓷涂料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着人们生活水平的提高和对市场消费需求的多样化，保健意识的增强，铁基材料的锅具是市场消费品一直都得到消费者的认可，但是铁基材料的锅具无涂层耐腐蚀性是公认的痛点。
3.目前市场铁基锅具主流采用氮化处理，氮化铁基锅具一般是指熟铁锅，是活性氮原子在高温时，与铁发生化学反应，在锅的表面形成化学性质稳定的化合物，氮化铁锅主要解决的是铁锅生锈的问题，能增加铁锅的耐用性和硬度，一般对人体没有伤害。
4.铁基锅具在经过氮化处理以后，会在铁锅表面形成一层质地坚硬的保护层，使其不易氧化生锈。铁离子或其它的重金属的释放就会减少，所以对人体基本没有伤害。如果使用时间过长，导致保护膜被破坏，有可能出现少量的重金属释放，但释放的量微乎其微，对人体也基本无害。如果是生铁锅，没有经过氮化处理，长年累月使用就很难避免生锈等问题，容易发生铁离子以及其它重金属的释放量超标的情况。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种无机低温陶瓷涂料，主要成分为低熔点玻璃粉，具有耐温、低膨胀系数、耐酸碱腐蚀、高绝缘、高硬度和耐磨特点，并且无毒、无味和无污染；本发明的目的之二在于提供一种无机低温陶瓷涂料的制备方法，步骤简单，工艺条件温和，适合大规模生产；本发明的目的之三在于提供一种无机低温陶瓷涂料的应用，该涂料能应用于制备铁基锅具涂层，提高涂层韧性，提高铁基锅具的抗氧化、抗还原、耐酸碱及耐候能力。
6.本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
7.一种无机低温陶瓷涂料，包括以下按重量份计的原料：低熔点玻璃粉50～55份、固化剂5～10份阻燃剂6～10份、六钛酸钾晶须8～10份、纳米级二氧化钛粉末6～8份、氧化铝20～25份、不锈钢粉3～5份、润湿分散剂1～3份、增稠剂1～3份和纯水20～30份。其中，加入不锈钢粉目的是增加涂层材料的耐磨性及形成一层耐腐蚀层。其中，低熔点玻璃粉的熔点范围为400～450℃。
8.进一步，所述低熔点玻璃粉是由二氧化硅、氧化锂、氧化锌、氧化钡、氧化钾和氧化钠的原料经高温蒸发凝聚工艺熔炼成玻璃体，再依次经过洗涤、干燥、粗磨、精磨和分级的步骤制备而成。上述金属氧化物的纯度为99％以上。
9.具体地，所述高温蒸发凝聚工艺的条件为：温度为400～450℃，压强为10～40mpa，时间为12～24h。
10.再进一步，所述低熔点玻璃粉包括以下按重量份计的原料：二氧化硅40～50份、氧
化锂10～20份、氧化锌10～20份、氧化钡10～20份、氧化钾10～20份和氧化钠10～20份。
11.进一步，所述润湿分散剂为硅酸钠(na2o
·
nsio2)。选用硅酸钠作为润湿分散剂，俗称泡花碱，是一种可溶性的无机硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃，是一种矿黏合剂，能高效的粘结涂料中的无机组分，同时相对有机羧酸类分散剂，水玻璃避免了有机物的污染和不耐热的缺点。
12.再进一步，所述阻燃剂为包括硅酸铝和沸石粉的混合物。沸石粉表面粗糙和具有的多孔结构，使其具有较强的携载能力，不但能使物料均匀地吸附在表面，而且能吸附到孔穴和通道内，提高了物料的可利用性也大大改善混合的均匀性。
13.进一步，所述增稠剂为甲基纤维素或羟甲基纤维素钠。
14.再进一步，所述固化剂为碳酸锂，添加量少，具有固化速度稳定可调，固化强度高，耐水性高等优越性能。
15.本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
16.上述的无机低温陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：
17.1)按照配方量将润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入纯水中，搅拌至充分混合，得到混合物；
18.2)向步骤1)所得的混合物中加入六钛酸钾晶须、纳米级二氧化钛粉末，氧化铝和不锈钢粉，搅拌分散，得到分散液；
19.3)向步骤2)所得分散液中加入增稠剂、固化剂和阻燃剂，搅拌均匀后，得到无机低温陶瓷涂料。
20.进一步，步骤1)中，搅拌速度为1500～1700r/min；步骤2)中，搅拌速度为1700～1900r/min。
21.本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
22.上述的无机低温陶瓷涂料的应用，所述无机低温陶瓷涂料用于制备铁基锅具涂层。
23.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
24.(1)本发明的无机低温陶瓷涂料的原料包括：低熔点玻璃粉、固化剂、阻燃剂、六钛酸钾晶须、纳米级二氧化钛粉末、氧化铝、不锈钢粉、润湿分散剂、增稠剂和纯水；上述成分组合使得该涂料具有耐温、低膨胀系数、耐酸碱腐蚀、高绝缘、高硬度、耐磨的特点，属无毒、无味、无污染无机陶瓷涂料。该涂料利用低熔点玻璃粉在400～450℃下就能熔融，但有高粘度的物理特性，能在铁基锅具表面形成稳定保护层。
25.(2)本发明的无机低温陶瓷涂料中的主要成分低熔点玻璃粉是采用含二氧化硅(sio2)、氧化锂(li2o)、氧化锌(zno)、氧化钡(bao)、氧化钾(k2o)和氧化钠(na2o)成分的高纯环保无机非金属原材料，经高温蒸发凝聚工艺熔炼，在低温环境下熔融共聚结晶产生氧化硅类金属盐，再先后经过洗涤、干燥、粗磨、保纯精磨和精密分级的工序，制备得到具有超低温熔融的显著特点微晶粉。本技术的低熔点玻璃粉的熔点范围在400～450℃，而常规玻璃粉熔点范围在1200～1300℃才能烧结固化成膜。
26.(3)本发明的该涂料的制备方法，是先将配方量的润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入纯水中，搅拌至充分混合，得到混合物；再加入六钛酸钾晶须、纳米级二氧化钛粉末，氧化铝和不锈钢粉，搅拌分散，得到分散液；最后再加入增稠剂、固化剂和阻燃剂，搅拌均匀后，得
到无机低温陶瓷涂料。本发明的制备方法步骤简单，反应条件温和，无需经过1200～1300℃高温处理，适合大规模工业生产。
27.(4)本发明的无机低温陶瓷涂料利用低熔点玻璃粉在400～450℃高温固化受热熔融，但有高粘度的物理特性，能有效在铁基锅具表面形成高韧性保护层，具体为在铁基锅具的外表面形成一层膨胀系数与基材匹配，抗氧化、抗还原、耐酸碱及耐候的全新无机亲水性涂料保护层，从而解决铁基锅具生锈的问题，提高锅具的使用寿命。
附图说明
28.图1为实施例1的涂料成膜后的接触角示意图；
29.图2为实施例1的涂料成膜后的扫描电镜图；
30.图3为实施例1的涂料元素分析图。
具体实施方式
31.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
32.实施例1
33.一种无机低温陶瓷涂料，包括以下按重量份计的原料：低熔点玻璃粉50份、固化剂5份、阻燃剂6份、六钛酸钾晶须8份、纳米级二氧化钛粉末6份、氧化铝20份、不锈钢粉3份、润湿分散剂1份、增稠剂1份和纯水20份。其中，所述润湿分散剂为硅酸钠(na2o
·
nsio2)。所述固化剂为碳酸锂。所述阻燃剂为包括硅酸铝和沸石粉的混合物。所述增稠剂为质量比为1：1的甲基纤维素或羟甲基纤维素钠。
34.具体地，所述低熔点玻璃粉包括以下按重量份计的原料：40～50nm的二氧化硅40份、氧化锂10份、氧化锌10份、氧化钡10份、氧化钾10份和氧化钠10份。
35.所述低熔点玻璃粉的制备方法为：将配方量的原料搅拌至均匀，在温度为450℃和压强40mpa的条件下反应18h，再先后经过洗涤、干燥、粗磨、保纯精磨和精密分级的工序，得到超低温熔融的氧化硅类金属盐，即为低熔点玻璃粉。
36.上述的无机低温陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：
37.1)按照配方量将润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入纯水中，在1600r/min的转速下搅拌至充分混合，得到混合物；
38.2)向步骤1)所得的混合物中加入六钛酸钾晶须、纳米级二氧化钛粉末，氧化铝和不锈钢粉，在1800r/min的转速下搅拌分散2h，得到分散液；
39.3)向步骤2)所得分散液中加入增稠剂、固化剂和阻燃剂，搅拌均匀后，得到无机低温陶瓷涂料。
40.实施例2
41.一种无机低温陶瓷涂料，包括以下按重量份计的原料：低熔点玻璃粉42份、固化剂8份、阻燃剂8份、六钛酸钾晶须9份、纳米级二氧化钛粉末7份、氧化铝22份、不锈钢粉4份、润湿分散剂2份、增稠剂2份和纯水25份。其中，所述润湿分散剂为硅酸钠(na2o
·
nsio2)。所述固化剂为碳酸锂。所述阻燃剂为包括硅酸铝和沸石粉的混合物。所述增稠剂为羟甲基纤维
素钠。
42.具体地，所述低熔点玻璃粉包括以下按重量份计的原料：40～50nm的二氧化硅45份、氧化锂15份、氧化锌15份、氧化钡15份、氧化钾15份和氧化钠15份。
43.所述低熔点玻璃粉的制备方法为：将配方量的原料搅拌至均匀，在温度为430℃和压强15mpa的条件下反应24h，再先后经过洗涤、干燥、粗磨、保纯精磨和精密分级的工序，得到超低温熔融的氧化硅类金属盐，即为低熔点玻璃粉。
44.上述的无机低温陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：
45.1)按照配方量将润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入纯水中，在1600r/min的转速下搅拌至充分混合，得到混合物；
46.2)向步骤1)所得的混合物中加入六钛酸钾晶须、纳米级二氧化钛粉末，氧化铝和不锈钢粉，在1700r/min的转速下搅拌分散2h，得到分散液；
47.3)向步骤2)所得分散液中加入增稠剂、固化剂和阻燃剂，搅拌均匀后，得到无机低温陶瓷涂料。
48.实施例3
49.一种无机低温陶瓷涂料，包括以下按重量份计的原料：低熔点玻璃粉55份、固化剂10份、阻燃剂10份、六钛酸钾晶须10份、纳米级二氧化钛粉末8份、氧化铝25份、不锈钢粉5份、润湿分散剂3份、增稠剂3份和纯水30份。其中，所述润湿分散剂为硅酸钠(na2o
·
nsio2)。所述固化剂为碳酸锂。所述阻燃剂为包括硅酸铝和沸石粉的混合物。所述增稠剂为甲基纤维素。
50.具体地，所述低熔点玻璃粉包括以下按重量份计的原料：40～50nm的二氧化硅50份、氧化锂20份、氧化锌20份、氧化钡20份、氧化钾20份和氧化钠20份。
51.所述低熔点玻璃粉的制备方法为：将配方量的原料搅拌至均匀，在温度为450℃和压强20mpa的条件下反应18h，再先后经过洗涤、干燥、粗磨、保纯精磨和精密分级的工序，得到超低温熔融的氧化硅类金属盐，即为低熔点玻璃粉。
52.上述的无机低温陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：
53.1)按照配方量将润湿分散剂、低熔点玻璃粉加入纯水中，在1700r/min的转速下搅拌至充分混合，得到混合物；
54.2)向步骤1)所得的混合物中加入六钛酸钾晶须、纳米级二氧化钛粉末，氧化铝和不锈钢粉，在1800r/min的转速下搅拌分散2h，得到分散液；
55.3)向步骤2)所得分散液中加入增稠剂、固化剂和阻燃剂，搅拌均匀后，得到无机低温陶瓷涂料。
56.对比例1
57.不添加低熔点玻璃粉的一种无机陶瓷涂料，包括以下按重量份计的原料：固化剂5份、阻燃剂6份、六钛酸钾晶须8份、纳米级二氧化钛粉末6份、氧化铝20份、不锈钢粉3份、润湿分散剂1份、增稠剂1份和纯水20份。其中，所述润湿分散剂为硅酸钠(na2o
·
nsio2)。所述固化剂为碳酸锂。所述阻燃剂为含有硅酸铝主要成分的沸石粉。所述增稠剂为质量比为1：1的甲基纤维素或羟甲基纤维素钠。
58.具体地，上述的不添加低熔点玻璃粉的无机陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：
59.1)按照配方量将润湿分散剂加入纯水中，在1600r/min的转速下搅拌至充分混合，
得到混合物；
60.2)向步骤1)所得的混合物中加入六钛酸钾晶须、纳米级二氧化钛粉末，氧化铝和不锈钢粉，在1800r/min的转速下搅拌分散2h，得到分散液；
61.3)向步骤2)所得分散液中加入增稠剂、固化剂和阻燃剂，搅拌均匀后，得到不添加低熔点玻璃粉的无机陶瓷涂料。
62.性能测试
63.样品采用普通市场购买的铁基锅具，将实施例1～3制备的无机低温陶瓷涂料和对比例1的涂料分别喷涂在样品锅具内，形成20微米的涂层。再设置对照组为没有涂层的氮化铁基锅具，分别对实验组和对照组进行盐雾测试、耐磨和干烧的对比测试；其中，上述测试所用的标准为：煮盐水5％24小时及48小时。耐磨测试机。具体数据见表1。
64.表1各组的理化性能指标
[0065][0066]
由表1可知，喷涂有实施例1～3的无机低温陶瓷涂料的铁基锅具耐温性、耐磨性和稳定性都高于对照组和对比例1，而且在干烧后没有有害物质生成，说明实施例1的无机低温陶瓷涂料属无毒、无味、无污染的无机陶瓷涂料，安全性高。
[0067]
由图1可知，实施例1的涂料在成膜后接触角为28.0
°
和25.5
°
，说明涂料属于亲水性涂料，正常涂层材料成膜后测试水滴接触角为100
°
以上为疏水性涂料，亲水性强意味着锅具可以藏油，形成油膜，达到实际使用物理不沾性能。
[0068]
由图2可知，无机低温陶瓷涂料属表面多孔结构，有空隙，有利于锅具藏油，形成油膜，达到物理不沾性能。
[0069]
由图3可知，实施例1的涂料中不含重金属及pfoa等有害物质，属无毒、无味、无污染的无机陶瓷涂料。
[0070]
综上所述，本发明所制备的无机低温陶瓷涂料喷涂至铁基锅具后涂层性能稳定，安全性高，不含重金属及pfoa等有害物质，可耐高温高达500～600℃，耐磨性强，可使用铁铲和钢丝球清洗铁基锅具。而且由于利用低熔点玻璃粉高温受热熔融，但有高粘度的物理特点，在铁基锅具表面形成保护层；提高涂层韧性；最终在基材表面形成一层膨胀系数与基材匹配，抗氧化、抗还原、耐酸碱及超耐候的全新亲水性无机物理不沾涂料保护层，因此无机亲水性物理不粘效果与有机疏油疏水涂料特氟龙完全相反的技术解决路径。此外，受热均匀，铁质锅身的加热速度则大于不锈钢锅身。
[0071]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0072]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。