一种耐高温耐磨不粘锅涂层、制备方法及其不粘锅

摘要

本发明提供一种耐高温耐磨不粘锅涂层、制备方法及其不粘锅，使用电化学法在金属锅基体表面镀镍，在磁场作用下，形成的表面镍层均匀一致、平整，从而确保后续涂层的平整均匀。第二，聚芳醚腈酮分子主链中的环状结构使其具有良好的耐高温性能，并且分子结构中含有强极性基团腈基，对金属基材表面产生强的作用力。第三，在辐照作用下，硅烷偶联剂KH792与聚芳醚腈酮发生接枝反应，进一步提高耐热性，又使得有机溶剂分子无法渗入其中，增加稳定性，可以与金属底材表面以强化学键的形式连接起来，大大提供了涂层的附着力，因此，本发明制备的耐高温耐磨不粘锅涂层不含氟、耐高温、耐磨耐刮。

权利要求

1.一种耐高温耐磨不粘锅涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将200-300质量份硫酸镍、45-60质量份柠檬酸钠、50-90质量份氯化铵、60-100质量份次亚硫酸钠和去离子水混合，得到第一混合液；

在外加磁场的作用下，将金属锅基体置于所述第一混合液中进行电化学法镀镍处理，调节pH值为8.0-10.0，烘干，所述第一混合液的温度为40-60℃，控制电流为50-80A；

将90-110质量份聚芳醚腈酮、2-4质量份硅烷偶联剂KH792和4-7质量份纳米四氮化三硅混合，搅拌，电子束预辐照后得到混合物A；

将所述混合物A喷涂于所述金属锅基体的内表面，得到耐高温耐磨不粘锅涂层，所述外加磁场的磁感应强度为2.0-6.0T，所述外加磁场的方向与金属锅基体方向平行，电化学法镀镍的时间为30-90分钟，所述电子束预辐照的辐照剂量为10-50kGy，

得到耐高温耐磨不粘锅涂层的步骤中，喷涂电流为300-400A，喷距为100-200mm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括对金属锅基体的预处理：将20-50质量份硅酸钠、30-40质量份氢氧化钾、20-50质量份碳酸钾、15-20质量份柠檬酸脂肪酸甘油酯、1-5质量份乙二胺聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段式聚醚、5-20质量份硫酸钠、2-

10质量份乙二胺四乙酸二钠、5-20质量份过碳酸钠、15-20质量份十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠和去离子水混合，得到第二混合液；

将所述第二混合液加热至50-70℃，将金属锅基体置于所述第二混合液中超声波振荡处理30-90分钟，然后移入50-80℃的热水中超声波振荡处理30-60分钟，洗涤。

3.一种权利要求1-2任意一项制备的耐高温耐磨不粘锅涂层。

4.一种包括权利要求3所述的耐高温耐磨不粘锅涂层的不粘锅。

说明书

一种耐高温耐磨不粘锅涂层、制备方法及其不粘锅

技术领域

[0001] 本发明涉及不粘锅技术领域，尤其涉及一种耐高温耐磨不粘锅涂层、制备方法及其不粘锅。

背景技术

[0002] 铸铁、不锈钢、铝以及铝合金等金属材质的锅作为长久以来人们最普遍使用的食品烹饪工具，存在易导致食物出现粘锅、烧焦等现象的问题，不仅破坏食物外观，而且容易导致食物产生苯并芘、丙烯酰胺等有害成分，危害人体健康。此外，粘附在锅表面的食物残渣也给锅具的清洗带来难度。而不粘锅因具有易清洁、煎/炒食物不粘锅、少油烟等优点，给人们的生活打来了极大的方便，所以自问世以来就备受人们的青睐。

[0003] 目前，市场用于制作不粘锅的不粘涂层的材质主要为一种名为“特氟龙”的涂料，这种物质是含氟树脂的总称，包括聚四氟乙烯(PEFT)、聚全氟乙丙烯及各种含氟共聚物，具有化学性质稳定、耐水耐油、自润滑性等优点，能满足人们对烹饪过程中不出现食物粘锅的要求。但是，这种材料也存在许多缺陷，特别是所蕴含的健康风险正受到人们越来越多的关注。首先，特氟龙涂料形成的表面不粘涂层的强度不高，不能使用铁铲烹饪，而即使只使用硅胶铲和木铲等护锅铲进行烹饪，在使用一段时间后，涂层也容易出现划伤和脱落，影响产品结构和性能，并导致食物存在异物风险；其次，特氟龙涂层的使用温度一般不能超过250℃，而按照中国人的烹饪习惯，对于许多爆炒的菜肴，锅内温度至少也在300～500℃之间，因此人们在使用时难以严格控制，容易因高温而损坏；第三，有研究发现，特氟龙材料在400℃以上的高温下会释放出十几种有害气体，对肺部有强烈的刺激作用，并且特氟龙生产过程中必须要添加一种名为全氟辛酸铵(PFOA)的成分，在许多报道中都表达了对其安全性的担忧。

[0004] 随着中国厨卫革命的不断推进，“安全、健康、节能、绿色、环保”等成为未来厨卫革命发展的主流。近现代发展起来的不粘锅涂层制备技术各有长短，并使不粘涂层获的性能也各有优缺点。本专利将多种技术手段复合运用，取长补短，开发了一种不含氟的不粘锅涂层制备方法，对环境友好，耐高温耐磨，具有良好的综合性能。

发明内容

[0005] 本发明的主要目的在于提供一种耐高温耐磨不粘锅涂层及其制备方法，该不粘锅涂层不含氟、耐高温、耐磨耐刮，本发明的主要目的还在于提供一种不粘锅。

[0006] 优选的，本发明提供一种耐高温耐磨不粘锅涂层的制备方法，包括以下步骤：将200-300质量份硫酸镍、45-60质量份柠檬酸钠、50-90质量份氯化铵、60-100质量份次亚硫酸钠和去离子水混合，得到第一混合液；在外加磁场的作用下，将金属锅基体置于所述第一混合液中进行电化学法镀镍处理，调节pH值为8.0-10.0，烘干，所述第一混合液的温度为
40-60℃，控制电流为50-80A；将80-120质量份聚芳醚腈酮、1-5质量份硅烷偶联剂KH792和
3-8质量份纳米四氮化三硅混合，搅拌，电子束预辐照后得到混合物A；将所述混合物A喷涂于所述金属锅基体的内表面，得到耐高温耐磨不粘锅涂层。

[0007] 优选的，所述外加磁场的磁感应强度为2.0-6.0T。

[0008] 优选的，所述外加磁场的方向与金属锅基体方向平行。

[0009] 优选的，电化学法镀镍的时间为30-90分钟。

[0010] 优选的，所述电子束预辐照的辐照剂量为10-50kGy。

[0011] 优选的，得到耐高温耐磨不粘锅涂层的步骤中，喷涂电流为300-400A，喷距为100-200mm。

[0012] 优选的，所述聚芳醚腈酮为90-110质量份，硅烷偶联剂KH792为2-4质量份，纳米四氮化三硅为4-7质量份。

[0013] 优选的，还包括对金属锅基体的预处理：将20-50质量份硅酸钠、30-40质量份氢氧化钾、20-50质量份碳酸钾、15-20质量份柠檬酸脂肪酸甘油酯、1-5质量份乙二胺聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段式聚醚、5-20质量份硫酸钠、2-10质量份乙二胺四乙酸二钠、5-20质量份过碳酸钠、15-20质量份十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠和去离子水混合，得到第二混合液；将所述第二混合液加热至50-70℃，将金属锅基体置于所述第二混合液中超声波振荡处理30-90分钟，然后移入50-80℃的热水中超声波振荡处理30-60分钟，洗涤。

[0014] 相应的，本发明还提供一种上述方法制备的耐高温耐磨不粘锅涂层。

[0015] 相应的，本发明还提供一种包括上述耐高温耐磨不粘锅涂层的不粘锅。

[0016] 为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：本发明提供一种耐高温耐磨不粘锅涂层的制备方法和不粘锅，与现有技术相比，第一，本发明使用电化学法在金属锅基体表面镀镍，在磁场作用下，形成的表面镍层均匀一致、平整，从而确保后续涂层的平整均匀。第二，聚芳醚腈酮分子主链中的环状结构使其具有良好的耐高温性能，并且分子结构中含有强极性基团腈基，对金属基材表面产生强的作用力。第三，在辐照作用下，硅烷偶联剂KH792与聚芳醚腈酮发生接枝反应，形成共聚物，增加聚芳醚腈酮的分子量，并破坏聚芳醚腈酮分子的卷曲结构，减小分子链间距离，既可以进一步提高耐热性，又使得有机溶剂分子无法渗入其中，增加稳定性，可以与金属底材表面以强化学键的形式连接起来，大大提供了涂层的附着力，因此，本发明制备的耐高温耐磨不粘锅涂层不含氟、耐高温、耐磨耐刮。

具体实施方式

[0017] 以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

[0018] 本发明提供一种耐高温耐磨不粘锅涂层的制备方法，包括以下步骤：将200-300质量份硫酸镍、45-60质量份柠檬酸钠、50-90质量份氯化铵、60-100质量份次亚硫酸钠和去离子水混合，得到第一混合液；在外加磁场的作用下，将金属锅基体置于所述第一混合液中进行电化学法镀镍处理，调节pH值为8.0-10.0，烘干，所述第一混合液的温度为40-60℃，控制电流为50-80A；将80-120质量份聚芳醚腈酮、1-5质量份硅烷偶联剂KH792和3-8质量份纳米四氮化三硅混合，搅拌，电子束预辐照后得到混合物A；将所述混合物A喷涂于所述金属锅基体的内表面，得到耐高温耐磨不粘锅涂层。

[0019] 作为优选方案，还包括对金属锅基体的预处理：将20-50质量份硅酸钠、30-40质量份氢氧化钾、20-50质量份碳酸钾、15-20质量份柠檬酸脂肪酸甘油酯、1-5质量份乙二胺聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段式聚醚、5-20质量份硫酸钠、2-10质量份乙二胺四乙酸二钠、5-20质量份过碳酸钠、15-20质量份十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠和去离子水混合，得到第二混合液；将所述第二混合液加热至50-70℃，将金属锅基体置于所述第二混合液中超声波振荡处理30-90分钟，然后移入50-80℃的热水中超声波振荡处理30-60分钟，洗涤。

[0020] 在金属锅基体的预处理步骤中，所述去离子水的重量份优选为600-800重量份，更优选为650-750重量份。

[0021] 本发明通过预处理步骤，实现对金属锅基体的化学法除油，去除吸附在金属锅体表面的油污，以达到清洁表面的作用，为后续的镀镍工艺做准备。

[0022] 然后，使用电化学法在金属锅基体表面镀镍。镍是一种化学性质稳定的金属，具有良好的防腐性，常作为表面防腐层使用。在磁场作用下，使用电化学法镀镍使形成的表面镍层均匀一致、平整，从而确保后续涂层的平整均匀。

[0023] 作为优选方案，得到第一混合液的步骤中，所述硫酸镍优选为220-280质量份，更优选为230-270质量份；柠檬酸钠优选为50-58质量份，更优选为52-56质量份；氯化铵优选为60-80质量份，更优选为65-75质量份；次亚硫酸钠优选为70-90质量份，更优选为75-85质量份；所述去离子水优选为900-1000质量份，更优选为920-980质量份，更优选为940-960质量份。

[0024] 作为优选方案，所述外加磁场的磁感应强度优选为2.0-6.0T，更优选为3.0-5.0T。所述外加磁场方向与金属锅基体方向平行；电化学法镀镍以金属锅基体为正极，电化学法镀镍的时间优选为30-90分钟，更优选为40-80分钟。

[0025] 本发明对金属锅基采用化学法和电化学法复合处理技术，与传统的物理磨砂处理方法相比，复合处理具有突出的平整能力，并且不对锅体产生任何副作用，可以最大程度降低锅体内表面粗糙度，确保后续负载表面的不粘涂层的均匀性。

[0026] 本发明采用电磁场作用下的电化学法对金属锅内表面进行镀镍处理，磁场对金属在电解液中界面电化学反应有催化作用，在磁场的作用下，可以显著提高某些元素在金属表面上的沉积和溶解速率，从而可以提高制作效率，并且使得镍在沉积在锅体表面的过程中，首先是选择性地对锅体表面“低洼”处进行填充，去除了金属锅内表面微观的不平度，从而使得表面变得更加平整均匀，并且镍作为黏接层。

[0027] 作为优选方案，所述聚芳醚腈酮优选为90-110质量份，更优选为95-105质量份；硅烷偶联剂KH792优选为2-4质量份；纳米四氮化三硅优选为4-7质量份，更优选为5-6质量份。

[0028] 聚芳醚腈酮分子结构中含有强极性基团睛基，对金属锅体内表面的镍层产生强的作用力；另一方面，硅烷偶联剂KH792的使用，将有机基体树脂与金属锅的镍表面以强化学键的形式连接起来，大大提供了涂层的附着力。一方面，在辐照作用下KH792可以与聚芳醚腈酮发生接枝反应，形成共聚物，增加聚芳醚腈酮的分子量，并破坏聚芳醚腈酮分子的卷曲结构，减小分子链间距离，既可以进一步提高耐热性，又使得有机溶剂分子无法渗入其中，增加稳定性；另一方面，其可以与金属底材表面以强化学键的形式连接起来，大大提供了涂层的附着力。纳米四氮化三硅具有价格低廉、高硬度、高强度、耐磨损的优点，可以极大提高涂层的耐磨耐刮性能。

[0029] 本发明采用的辐照方法具有反应快、易控制的特点，可连续操作且不需要添加任何的引发剂。通过辐照，可以在聚芳醚腈酮分子中的主链中引入硅烷偶联剂KH792，使大分子结构更加稳定，增加其耐高温特性。所述电子束预辐照的辐照剂量优选为10-50kGy，更优选为20-40kGy，更优选为25-35kGy。

[0030] 超音速等离子喷涂技术是一种将压缩空气离子化，并添加很少量(体积分数约为5％)丙烷作为等离子气体，可以使获得的涂层致密性、强韧性和结合强度都有显著提高。得到耐高温耐磨不粘锅涂层的步骤中，本发明采用的喷涂电流优选为300-400A，更优选为
320-380A；喷距优选为100-200mm更优选为120-180mm。

[0031] 相应的，本发明还提供一种包括上述耐高温耐磨不粘锅涂层的不粘锅。

[0032] 从以上方案可以看出，本发明首先使用电化学法在金属锅表面镀镍，从而确保后续涂层的平整均匀；然后过辐照加搅拌的方式，制造一种不含氟、耐高温、且与金属材料有强附着力的涂层物质；最后使用超音速等离子喷涂法将涂层材料均匀涂覆在锅内表面，该方法具有效率高、涂层致密，孔隙率小，进一步提高涂层耐磨性等优点。

[0033] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

[0034] 本发明下述实施例中所使用的聚芳醚腈酮、硅烷偶联剂KH792来自于长春吉大特塑工程有限公司。

[0035] 本发明下述实施例中所使用的纳米四氮化三硅来自于合肥开尔纳米能源科技股份有限公司。

[0036] 本发明下述实施例中所使用的硅酸钠、氢氧化钾、碳酸钾、硫酸钠、碳酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硫酸镍、柠檬酸钠、氯化铵、次亚硫酸钠来自国药集团化学试剂有限公司。

[0037] 本发明下述实施例中所使用的檬酸脂肪酸甘油酯、乙二胺聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段式聚醚、十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠来自于上海江沪实业有限公司。

[0038] 实施例1

[0039] (1)将金属锅身置于由20质量份硅酸钠、40质量份氢氧化钾、20质量份碳酸钾、20质量份柠檬酸脂肪酸甘油酯、1质量份乙二胺聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段式聚醚、20质量份硫酸钠、2质量份乙二胺四乙酸二钠、20质量份过碳酸钠、15质量份十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠、600质量份去离子水混合而成的混合溶液中，超声波振荡处理30分钟，混合溶液的温度为70℃，再移入50℃的热水中超声波振荡处理60分钟，取出后用水冲洗干净。

[0040] (2)再将金属锅身内表面置于由200质量份硫酸镍、60质量份柠檬酸钠、50质量份氯化铵、100质量份次亚硫酸钠、900质量份去离子水混合而成的混合溶液中进行电化学法镀镍处理，混合液温度为40℃，以金属锅身为正极，控制电流为80A，同时在不锈钢表面外加电磁场2.0T，磁场方向与锅体方向平行，并用氨水调节pH值为10.0，电镀时间为30分钟，取出用水冲洗干净后再红外线烘干。

[0041] (3)将120质量份聚芳醚腈酮、1质量份硅烷偶联剂KH792和8质量份纳米四氮化三硅进行电子束预辐照，辐照剂量分别为50kGy，并全程保持搅拌，得混合物A。

[0042] (4)使用超音速等离子喷涂系统将上述混合物A在上述金属锅内表面进行涂层制作，喷涂电流为300A，喷距为100mm。

[0043] 实施例2

[0044] (1)将金属锅身置于由50质量份硅酸钠、30质量份氢氧化钾、20-50质量份碳酸钾、15质量份柠檬酸脂肪酸甘油酯、5质量份乙二胺聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段式聚醚、20质量份硫酸钠、10质量份乙二胺四乙酸二钠、5质量份过碳酸钠、20质量份十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠、800质量份去离子水混合而成的混合溶液中，超声波振荡处理90分钟，混合溶液的温度为50℃，再移入80℃的热水中超声波振荡处理30分钟，取出后用水冲洗干净。

[0045] (2)再将金属锅身内表面置于由300质量份硫酸镍、45质量份柠檬酸钠、90质量份氯化铵、60质量份次亚硫酸钠、1000质量份去离子水混合而成的混合溶液中进行电化学法镀镍处理，混合液温度为60℃，以金属锅身为正极，控制电流为50A，同时在不锈钢表面外加电磁场6.0T，磁场方向与锅体方向平行，并用氨水调节pH值为8.0，电镀时间为90分钟，取出用水冲洗干净后再红外线烘干。

[0046] (3)将80质量份聚芳醚腈酮、5质量份硅烷偶联剂KH792和3质量份纳米四氮化三硅进行电子束预辐照，辐照剂量分别为40kGy，并全程保持搅拌，得混合物A。

[0047] (4)使用超音速等离子喷涂系统将上述混合物A在上述金属锅内表面进行涂层制作，喷涂电流为400A，喷距为200mm。

[0048] 实施例3

[0049] (1)将金属锅身置于由30质量份硅酸钠、35质量份氢氧化钾、30质量份碳酸钾、18质量份柠檬酸脂肪酸甘油酯、3质量份乙二胺聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段式聚醚、15质量份硫酸钠、5质量份乙二胺四乙酸二钠、15质量份过碳酸钠、10质量份十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠、700质量份去离子水混合而成的混合溶液中，超声波振荡处理60分钟，混合溶液的温度为60℃，再移入70℃的热水中超声波振荡处理50分钟，取出后用水冲洗干净。

[0050] (2)再将金属锅身内表面置于由250质量份硫酸镍、50质量份柠檬酸钠、60质量份氯化铵、80质量份次亚硫酸钠、950质量份去离子水混合而成的混合溶液中进行电化学法镀镍处理，混合液温度为50℃，以金属锅身为正极，控制电流为70A，同时在不锈钢表面外加电磁场3.0T，磁场方向与锅体方向平行，并用氨水调节pH值为9.0，电镀时间为60分钟，取出用水冲洗干净后再红外线烘干。

[0051] (3)将100质量份聚芳醚腈酮、3质量份硅烷偶联剂KH792和5质量份纳米四氮化三硅进行电子束预辐照，辐照剂量分别为30kGy，并全程保持搅拌，得混合物A。

[0052] (4)使用超音速等离子喷涂系统将上述混合物A在上述金属锅内表面进行涂层制作，喷涂电流为350A，喷距为150mm。

[0053] 对本发明实施例制备的不粘涂层进行性能检测，结果如表1所示。

[0054] 表1实施例1-3所得不粘涂层性能测试结果

[0055]

[0056] 注1：涂层的热稳定性通过测定其5％热失重温度来表征，所用仪器为梅特勒公司的同步热分析仪TGA/DSC 1进行测试表征。样品测试条件为：在空气气氛下[0057] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。