本發(fā)明涉及一種金屬基材用耐刮擦、耐高溫不粘光滑底涂層，屬于高分子特種工程塑料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在耐高溫不粘涂層方面，目前效果最好的是氟碳樹(shù)脂涂料，如聚四氟乙烯均聚物(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)、四氟乙烯和六氟丙烯共聚物(FEP或F46)。在氟碳樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)中，氟元素電負(fù)性大，且氟原子緊密排布在C-C骨架的周?chē)珻-F的鍵能高，氟原子對(duì)主鏈起屏蔽保護(hù)作用，這些特點(diǎn)決定了其具有獨(dú)特的不粘性和低摩擦性，同時(shí)，還有摩擦系數(shù)小、不吸水、不粘、不燃、耐氣候性好，使用溫度范圍寬和介電性能優(yōu)異等特點(diǎn)，使得氟碳樹(shù)脂涂料具備了其它涂料不具備的優(yōu)良特性。但是，當(dāng)使用PTFE、FEP、PFA或類(lèi)似的氟樹(shù)脂涂料直接涂裝金屬基板時(shí)，會(huì)出現(xiàn)粘附缺陷，用氟樹(shù)脂直接涂覆金屬基板是非常困難的，因?yàn)榉鷺?shù)脂的不粘附特性使其與基材難以粘接。因此，開(kāi)發(fā)氟樹(shù)脂涂料時(shí)，需要開(kāi)發(fā)出相對(duì)應(yīng)的底涂層涂料，以作為氟樹(shù)脂涂層與基材的粘接層。使用氟樹(shù)脂涂料作為底涂層來(lái)覆膜時(shí)同樣存在很多問(wèn)題：當(dāng)多次受到熱量、潮濕、腐蝕或類(lèi)似的侵蝕時(shí)，涂層會(huì)逐漸失效，面涂層與底涂層之間、中間層和底涂層之間、底涂層內(nèi)部或底涂層和基材之間都會(huì)出現(xiàn)剝離現(xiàn)象。同時(shí)，氟碳涂層還在耐磨性不佳、硬度不高、耐高溫性能差等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種金屬基材用耐刮擦、耐高溫不粘光滑底涂層，解決了傳統(tǒng)氟碳樹(shù)脂涂層厚、不耐刮擦、硬度低的問(wèn)題，具有與基材的附著力強(qiáng)、耐磨、涂層薄的特點(diǎn)。

本發(fā)明所述的金屬基材用耐刮擦、耐高溫不粘光滑底涂層所用水性涂料由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料制成：

其中：

所述PEKK超細(xì)粉是以經(jīng)親電聚合法合成得到的聚醚酮酮粗粉為原材料，經(jīng)封端和高溫?zé)嵫踅宦?lián)處理，再通過(guò)低溫氣流粉碎工藝而制得的超細(xì)粉，為低結(jié)晶型聚醚酮酮樹(shù)脂，牌號(hào)為561，粒度為400～600目，特性粘度約為0.61～0.68dL/g，D50值約為5-10μm，D90值約為10-20μm；

所述助溶劑為乙醇、乙二醇、乙二醇乙醚、乙二醇單丙醚中的任意一種或多種；

所述增粘膠體為纖維素醚類(lèi)或聚乙烯醇類(lèi)增粘劑的水溶液，粘度約為100～1000cps，優(yōu)選的粘度為200～500cps，增粘劑優(yōu)選粘度為4000～15000cps的羥丙基甲基纖維素；

所述顏填料為金剛石微粉、鈦白粉、氧化鋁、親水性二氧化硅、碳納米管中的任意一種，粒度為600～1200目；

所述表面活性劑為陰離子型高分子量羧酸銨鹽類(lèi)表面活性劑或氟碳表面活性劑，優(yōu)選AFCONA5071；

所述消泡劑為有機(jī)硅類(lèi)消泡劑，優(yōu)選AFCONA2524、BYK-021或BYK-094；

所述流平劑為水性硅基流平劑，優(yōu)選AFCONA3580或AFCONA3585；

水性涂料的制備方法如下：

先向攪拌桶內(nèi)依次加入配比量的去離子水、助溶劑、表面活性劑、流平劑、消泡劑進(jìn)行攪拌混合，再加入PEKK超細(xì)粉和顏填料，攪拌均勻后加入增粘膠體來(lái)調(diào)制粘度，經(jīng)攪拌脫泡或真空脫泡后，得到水性涂料；其中，攪拌器采用低剪切的推進(jìn)式攪拌槳，攪拌轉(zhuǎn)速控制在100～200r/min，噴涂前優(yōu)選采用均質(zhì)乳化機(jī)分散均勻，但需注意不要引入空氣以致起泡；

涂層的涂覆成型方法包括以下步驟：

(1)基材前處理：

采用機(jī)械或化學(xué)表面處理方式對(duì)工件進(jìn)行全面清理，處理后的表面粗糙度(Ra值)為干膜厚度(DFT)的20～25％，然后用溶劑(乙醇、丙酮等常用有機(jī)溶劑)清洗一遍，吹干表面，將處理好的工件合理放置待噴；其中，所述工件材質(zhì)為鋁、銅、碳鋼、不銹鋼等金屬材料或玻璃、陶瓷等無(wú)機(jī)材料，工件的表面處理方式為機(jī)械打磨、噴砂、拋丸或者化學(xué)除銹、除油、溶劑清洗等常規(guī)表面處理手段，工件表面粗糙度根據(jù)所需膜厚控制在2-50μm之間；

(2)噴涂前，采用100目濾網(wǎng)對(duì)制備得到的水性涂料進(jìn)行過(guò)濾，然后將其加入到噴壺中，連接壓縮空氣，調(diào)節(jié)空氣量和進(jìn)料量旋鈕，將水性涂料通過(guò)噴槍均勻地噴涂到工件上，噴涂完成后，目測(cè)漆膜是否有雜質(zhì)、針孔或氣泡，如有缺陷，重新清理，重復(fù)上述步驟，重新噴涂，直至得到合格漆膜；

(3)將上述合格工件在室溫下放置5～10min，待工件晾干后清潔工件未噴涂區(qū)域粉末，然后將其移入80～120℃(優(yōu)選120℃)的烘箱中烘干5～10min，再將烘干噴涂工件移入設(shè)定溫度為340～380℃(優(yōu)選350℃)的高溫烘箱中烘烤成膜，當(dāng)工件基材溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，烘烤5～10min，待涂層呈光亮漆膜時(shí)即可；

(4)將成品工件由高溫烘箱中取出，自然冷卻至室溫即可，如果需要多層涂層，重復(fù)步驟(2)～(3)即可，檢測(cè)成膜厚度及涂層品質(zhì)，包裝入庫(kù)。

優(yōu)選的技術(shù)方案如下：

噴槍采用高流量低氣壓空氣噴槍(HVLP)，如ANEST公司的W77-21S噴槍?zhuān)瑖娮炜趶綖?.8-1.8mm，優(yōu)選1-1.5mm；噴涂空氣壓力為0.2-0.34MPa，優(yōu)選0.25-0.3MPa；噴涂距離為200-300mm，涂料噴出量為95-300mL/min，噴幅為100-265mm，調(diào)節(jié)噴槍時(shí)盡可能在較低的氣壓下達(dá)到理想的霧化情況，噴涂時(shí)槍身盡量與噴涂表面保持垂直，噴槍運(yùn)行軌跡與噴涂表面平行。

壓縮空氣必須干凈，不含雜質(zhì)、油或者水分，否則，改造壓縮空氣干燥系統(tǒng)或者加油水分離器，以免出現(xiàn)雜質(zhì)、針孔等缺陷，影響涂層品質(zhì)。

單層涂層的厚度為5-50μm，多層涂層厚度為50-150μm，多層涂層的每一次噴涂應(yīng)較單層涂層的膜薄。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明的金屬基材用耐刮擦、耐高溫不粘光滑底涂層與基材粘結(jié)力強(qiáng)，涂層薄，可防止因熱量、水分、化學(xué)腐蝕等侵蝕使涂層從基材剝離，從而提高耐腐蝕性、耐蒸汽和耐久性等性能，長(zhǎng)期使用溫度240℃以上，非常適合應(yīng)用于耐高溫不粘涂層領(lǐng)域，相比靜電噴涂，涂層厚度容易控制，表面針孔等缺陷少，相比氟碳樹(shù)脂涂料，具有耐磨、耐刮擦、硬度高、耐化學(xué)性?xún)?yōu)、不粘接性好、耐熱性高等優(yōu)異性能，相比其他氟涂料復(fù)合涂層，又具有涂層單一、多層涂層結(jié)合性好、噴涂操作性好等優(yōu)點(diǎn)，可進(jìn)行單層或多層噴涂，尤其適用于壁厚較薄(厚度不大于5mm)的工件，可廣泛應(yīng)用于烹飪和食品加工器具、辦公設(shè)備、化工防腐等耐高溫不粘涂層。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1的樣板涂層在200倍顯微鏡下的圖片；

圖2為實(shí)施例2的樣板涂層在200倍顯微鏡下的圖片；

圖3為實(shí)施例3的樣板涂層在200倍顯微鏡下的圖片；

圖4為實(shí)施例4的樣板涂層在200倍顯微鏡下的圖片；

圖5為實(shí)施例5的樣板涂層在200倍顯微鏡下的圖片；

圖6為實(shí)施例6的樣板涂層在200倍顯微鏡下的圖片；

圖7為實(shí)施例7的樣板涂層在200倍顯微鏡下的圖片；

圖8為實(shí)施例8的樣板涂層在200倍顯微鏡下的圖片。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

實(shí)施例

涂層性能測(cè)試方法：

1、涂層厚度測(cè)試

參考標(biāo)準(zhǔn)《GBT 13452.2-2008色漆和清漆漆膜厚度的測(cè)定》，具體測(cè)試方法如下：①查看樣板基材將金屬涂層測(cè)厚儀按基材調(diào)到“Fe”或“NFe”并在相應(yīng)的校準(zhǔn)板上歸零；②在鍋內(nèi)層平底處取5個(gè)不同的點(diǎn)分別測(cè)試膜厚，記錄數(shù)據(jù)；③去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，最后取范圍值分析數(shù)據(jù)。

2、百格法測(cè)試涂層附著力：

參考標(biāo)準(zhǔn)《GBT 9286色漆和清漆漆膜的劃痕實(shí)驗(yàn)》，具體測(cè)試方法如下：①用壁紙刀和百格板在測(cè)試樣本表面劃10*10個(gè)(100個(gè))1mm*1mm的小網(wǎng)格，每一條劃線(xiàn)都應(yīng)深及涂層底層；②用毛刷將涂層表面碎屑清理干凈；③用3M600號(hào)膠帶牢固粘結(jié)被測(cè)試小網(wǎng)格，并用橡皮擦用力擦拭膠帶，以加大膠帶與被測(cè)試區(qū)域的接觸面積及力度；④用手抓住膠帶一端，在垂直方向上迅速扯下膠帶，同一位置進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)；⑤去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，最后取范圍值，分析數(shù)據(jù)。

附著力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：

0級(jí)：切割邊緣完全平滑，無(wú)一格脫落；

1級(jí)：在切口交叉處有少許涂層脫落，但交叉切割面積受影響不能明顯大于5％；

2級(jí)：在切口交叉處和/或沿切口邊緣有涂層脫落，受影響的交叉切割面積明顯大于5％，但不能明顯大于15％；

3級(jí)：涂層沿切口邊緣部分或全部以大碎片脫落，和/或在格子不同部位上部分或全部剝落，受影響的交叉切割面積明顯大于15％，但不能明顯大于35％；

4級(jí)：涂層沿切口邊緣大碎片剝落，和/或一些方格部分或全部出現(xiàn)剝落，受影響的交叉切割面積明顯大于35％，但不能明顯大于65％；

5級(jí)：剝離的程度超過(guò)4級(jí)。

3、耐溫不粘性測(cè)試：

參考標(biāo)準(zhǔn)《GBT 32095.2家用食品金屬烹飪器具不粘表面性能及測(cè)試規(guī)范第2部分不粘性及耐磨性測(cè)試規(guī)范》，具體測(cè)試方法如下：①將樣板用帶植物油的軟布擦拭，然后用55℃～65℃含洗潔劑的溫水洗凈擦干；②將擦洗干凈的樣板平放于電熱爐上加熱，溫度控制在150℃～180℃；③用紅外測(cè)溫儀測(cè)量樣板溫度，當(dāng)溫度達(dá)到規(guī)定范圍內(nèi)后，將新鮮雞蛋打在樣板表面，時(shí)刻注意樣板表面溫度變化，保持范圍溫度，待雞蛋蛋白凝固后，用木鏟將蛋鏟起；④觀察樣板涂層表面有無(wú)粘附物，并記錄測(cè)試結(jié)果；⑤重復(fù)在同一位置操作，做數(shù)據(jù)比較。

耐溫不粘性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：

煎蛋規(guī)定次數(shù)，記錄將雞蛋從涂層表面剝落的難易程度。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：

5級(jí)(非常好)：在雞蛋的中心和邊緣均沒(méi)有粘連，輕易的滑落；

4級(jí)(好)：在雞蛋的邊緣有輕微的粘連，輕易滑落；

3級(jí)(中等)：邊緣粘連穩(wěn)固，中心易滑落，只有在傾斜或震蕩時(shí)會(huì)滑落；

2級(jí)(差)：需要很大的力度才能使雞蛋滑落，但是是完整的。不能滑落；

1級(jí)(非常差)：雞蛋不能完整的從表面滑落。

4、耐磨性測(cè)試

參考標(biāo)準(zhǔn)《GBT 32095.2家用食品金屬烹飪器具不粘表面性能及測(cè)試規(guī)范第2部分不粘性及耐磨性測(cè)試規(guī)范》，具體測(cè)試方法如下：①將試板安裝在重3kg的往復(fù)支撐物上并將安裝好的3M-7447B百潔布置于不粘涂層表面上。(7447B百潔布尺寸(70±5)mm*(30±5)mm*5mm。)；②用濃度5g/l的餐具清潔劑50ml，潤(rùn)滑不粘涂層表面；③保持耐磨墊靜置，在中心點(diǎn)兩側(cè)以100mm為間距前后往復(fù)移動(dòng)支撐物250次，每250次更換一次耐磨墊；④用清水清洗研磨表面，在日光燈下目視檢查試板長(zhǎng)度中間8cm區(qū)域的涂膜，觀察其是否破損并露出底材；以涂層露出基材或劃痕超過(guò)5條為終止點(diǎn)。⑤同一試樣制備兩塊板或試件進(jìn)行平行試驗(yàn)，擦拭至規(guī)定次數(shù)時(shí)，以?xún)蓧K試板或試件中有一塊未露出基材即評(píng)為“通過(guò)”，分析數(shù)據(jù)。

5、耐刮擦測(cè)試

試驗(yàn)方法：①將樣板放在加熱盤(pán)上面，用彈簧鉤扣緊，然后安裝金屬圓珠筆芯，利用水平儀使圓珠筆芯尖端保持在同一水平面上；②固定負(fù)載砝碼(約400g)恒重測(cè)試；③開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)升溫，同時(shí)設(shè)定測(cè)試時(shí)間和測(cè)試溫度：樣品的測(cè)試時(shí)間為30min(圓珠筆芯更換時(shí)間也是半小時(shí))，樣品測(cè)試時(shí)的底面實(shí)際溫度為200±10℃；④待溫度達(dá)到測(cè)定值后，開(kāi)啟儀器運(yùn)行。防止溫度設(shè)定值與實(shí)際測(cè)試值不一致，可用測(cè)溫儀輔助測(cè)溫；⑤儀器運(yùn)行后，觀察和記錄樣品表面開(kāi)始起皮時(shí)間和樣品開(kāi)始露基材時(shí)間；⑥測(cè)試結(jié)束后，在日光燈下或光線(xiàn)明亮的地方目視樣品被磨損情況，是否露出基材，做好記錄并做數(shù)據(jù)分析。

耐刮擦評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：

(1)開(kāi)始(明顯)起皮時(shí)間：記錄開(kāi)始(明顯)起皮的時(shí)間，是否在五分鐘后。

(2)判別露出底材：測(cè)試中如果能判斷明顯露底，測(cè)試結(jié)束，記錄測(cè)試時(shí)間，產(chǎn)品不合格。測(cè)試結(jié)束后如若未露底材，產(chǎn)品為合格；露底材，產(chǎn)品不合格。

涂層所用水性涂料的原料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比見(jiàn)表1。

表1 水性涂料的組分及質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比

對(duì)鋁試片進(jìn)行噴砂、機(jī)械細(xì)砂紙打磨，并用乙醇等溶劑清洗鋁試片，吹干表面，將處理好的工件掛起放置待噴；將預(yù)配的水性涂料倒入攪拌桶，采用水或者增粘膠體調(diào)節(jié)水性分散液的粘度，利用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)試粘度(3號(hào)轉(zhuǎn)子，20轉(zhuǎn)/分鐘)，然后低速攪拌約10分鐘，過(guò)100目濾布后抽真空脫泡3-5分鐘，氣泡基本脫除，裝桶備用；連接壓縮空氣，氣壓約0.3MPa，向噴壺內(nèi)倒入半壺約200g水性涂料，調(diào)節(jié)空氣量和進(jìn)料量旋鈕以達(dá)到最佳霧化效果，然后噴涂鋁試片，噴涂完成后，目測(cè)漆膜是否有雜質(zhì)、針孔、氣泡等缺陷，如有缺陷，重新清理，再重復(fù)上述步驟，重新噴涂，直至得到合格漆膜；將上述合格工件在室溫下放置約10分鐘，待工件液膜晾干后，清潔工件未噴涂區(qū)域的粉末，然后將其移入80-120℃的烘箱中烘干10分鐘，再將烘干噴涂工件移入設(shè)定溫度為350℃-380的高溫烘箱中烘烤成膜，烘烤約5-10分鐘，待涂層呈光亮漆膜時(shí)即可；將成品工件從高溫烘箱中取出，自然冷卻至室溫即可，檢測(cè)成膜厚度及各項(xiàng)性能，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 檢測(cè)結(jié)果

由表2能夠看出，選用不同系列和特性黏度的PEEK時(shí)，涂層的性能和工藝實(shí)用性差別明顯，選用牌號(hào)為561的低結(jié)晶型PEEK樹(shù)脂時(shí)能夠使涂層的附著力、不粘性、耐刮擦性等性能更加優(yōu)越。同時(shí)，相關(guān)配方的最佳配比為：表面活性劑含量約為2-5％，固含量約為25-28％，增粘膠體含量約為5％，消泡劑約為2-3％。