一种耐磨无机不沾涂层的制备方法

本发明属于疏水材料，具体涉及一种耐磨无机不沾涂层的制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着生活质量要求的不断提高以及环保和节能意识的不断增强，人们对具有自清洁功能的表面认可度越来越高；自清洁表面是指表面的污染物或灰尘在重力或雨水、风力等外力作用下能够自动脱落或被降解的一种表面，这种表面主要是通过疏水涂层来实现。将疏水材料应用于锅体后，“不粘锅”应运而生，给人们的生活带来了很大的方便；但随着生活水平的日益提高，人们对作为厨房用具的不粘锅提出了更高的性能要求，更加“安全、健康、节能、绿色、环保”的厨房用具备受消费者广泛关注。

2、目前普遍是在锅体表面喷涂一层疏水涂层来实现不沾功能，但这种疏水涂层多为有机物材料(如氟/硅材料、有机多聚物材料以及有机-无机杂化材料)，这些材料中都包含着有机成分，在高温条件下易分解失效，还容易产生有害物质，威胁人类健康；此外，常规疏水涂层的硬度较低、不耐磨，容易脱落，且在多次使用后，也容易被锅铲或坚硬物划破和刮掉，导致其失去疏水性能；虽然目前可采用激光打孔的技术在金属表面制备上多孔结构，实现锅体的物理不沾，但这种方案制备工艺复杂、耗时、成本过高，不适合应用推广。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提出一种耐磨无机不沾涂层的制备方法，目的在于利用自开裂模板技术和镀膜技术，制备出一种成本低廉且性能优良的耐磨无机不沾涂层，在不需要有机物修饰的情况下，通过耐磨无机不沾涂层的网状凸起结构实现涂层的疏水，解决现有疏水涂层硬度低、不耐磨、易脱落且在高温下易分解失效的问题。

2、本发明一种耐磨无机不沾涂层的制备方法具体包括以下步骤：

3、(1)利用液相镀膜法，在清洗后的基片表面制备厚度为0.5μm～100μm且具有自开裂性质的涂层，干燥后得到网孔直径为20μm～2000μm、网格线宽为2μm～100μm的网状开裂模板图形；

4、(2)利用真空镀膜技术在网状开裂模板图形表面制备厚度为0.3μm～50μm的无机厚膜，得到基片-开裂涂层-无机厚膜三层结构的镀层；

5、(3)采用液相溶液法或高温气化法去除镀层中具有自开裂性质的涂层，得到具有网状多孔结构的耐磨无机不沾涂层。

6、进一步地，基片原材料包括金属、陶瓷、玻璃，所述金属至少为不锈钢、铜、铝合金中的一种；

7、进一步地，所述具有自开裂性质的涂层为丙烯酸乳液、蛋清液、甲油胶中的一种；

8、进一步地，步骤(1)中所述液相镀膜法的温度条件为0℃～100℃，液相镀膜法选用旋涂、喷涂、棒涂、提拉中的一种；

9、进一步地，所述步骤(2)中真空镀膜技术为溅射镀膜、热蒸发镀膜、热喷涂镀膜、离子镀膜中的一种；

10、进一步地，步骤(2)中无机厚膜原材料包括金属、氮化物、氧化物，所述金属至少为铬、钛、钨、铝钛、铝硅钛合金中的一种，所述氮化物至少为tin、altin、altisin中的一种，所述氧化物至少为氧化铬、氧化硅、二氧化钛中的一种；

11、进一步地，所述真空镀膜设备的真空度低于5.0×10-2pa，温度为0℃-100℃；

12、进一步地，步骤(3)中液相溶液法的去除过程为：将基片-开裂涂层-无机厚膜三层结构的镀层放入5℃～90℃的去胶液中，进行开裂涂层的去除，反应10s～1h，清洗后得到具有网状多孔结构的耐磨无机不沾涂层；

13、进一步地，步骤(3)中高温气化法的去除过程为：将基片-开裂涂层-无机厚膜三层结构的镀层放入加热台中进行高温退火，退火温度为250℃～600℃，退火时间为1min～60min，退火冷却后进行超声清洗，得到具有网状多孔结构的耐磨无机不沾涂层。

14、进一步地，所述网状多孔结构的网孔直径为20μm～2000μm、网线厚度为0.3μm～50μm。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

16、(1)本发明利用液相镀膜法制得网状开裂模板图形，并利用真空镀膜技术在其表面制备无机厚膜，本发明以网状开裂模板图形作掩膜板，使开裂涂层的缝隙中存有与基片连接的无机厚膜，得到基片-开裂涂层-无机厚膜三层结构的镀层；再经液相溶液法或高温气化法去除镀层中具有自开裂性质的涂层以及开裂涂层表面的无机厚膜，此时基片上凸起的硬质网状结构即为本发明制得的耐磨无机不沾涂层；本发明在不利用任何有机物修饰的情况下，通过耐磨无机不沾涂层的网状结构实现涂层良好的疏水性能，避免了因涂层受到高温而产生其他有害物质。

17、(2)本发明所述耐磨无机不沾涂层具有良好的耐磨性和耐高温性；不沾涂层的网状结构增加了不沾涂层的硬度(莫氏硬度为4-10)和耐磨性，有利于长期使用；本发明不沾涂层可以承受高温，在600℃下退火后仍可保持原有性能不变。

18、(3)本发明对无机厚膜的原材料没有限制，只要适合真空镀膜的材料皆可实现；且本发明的制备成本低廉，易实现大规模工业化生产，适用于不粘锅，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种耐磨无机不沾涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种耐磨无机不沾涂层的制备方法，其特征在于，基片原材料包括金属、陶瓷、玻璃，所述金属至少为不锈钢、铜、铝合金中的一种。

3.如权利要求1所述的一种耐磨无机不沾涂层的制备方法，其特征在于，所述具有自开裂性质的涂层为丙烯酸乳液、蛋清液、甲油胶中的一种。

4.如权利要求1和3任一所述的一种耐磨无机不沾涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述液相镀膜法的温度条件为0℃～100℃，液相镀膜法选用旋涂、喷涂、棒涂、提拉中的一种。

5.如权利要求1所述的一种耐磨无机不沾涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中真空镀膜技术为溅射镀膜、热蒸发镀膜、热喷涂镀膜、离子镀膜中的一种。

6.如权利要求1和5任一所述的一种耐磨无机不沾涂层的制备方法，其特征在于，所述真空镀膜设备的真空度低于5.0×10-2pa，温度为0℃-100℃。

7.如权利要求1所述的一种耐磨无机不沾涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中无机厚膜原材料包括金属、氮化物、氧化物，所述金属至少为铬、钛、钨、铝钛、铝硅钛合金中的一种，所述氮化物至少为tin、altin、altisin中的一种，所述氧化物至少为氧化铬、氧化硅、二氧化钛中的一种。

8.如权利要求1所述的一种耐磨无机不沾涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中液相溶液法的去除过程为：将基片-开裂涂层-无机厚膜三层结构的镀层放入5℃～90℃的去胶液中，进行开裂涂层的去除，反应10s～1h，清洗后得到具有网状多孔结构的耐磨无机不沾涂层。

9.如权利要求1所述的一种耐磨无机不沾涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中高温气化法的去除过程为：将基片-开裂涂层-无机厚膜三层结构的镀层放入加热台中进行高温退火，退火温度为250℃～600℃，退火时间为1min～60min，退火冷却后进行超声清洗，得到具有网状多孔结构的耐磨无机不沾涂层。

10.如权利要求1、8、9任一所述的一种耐磨无机不沾涂层的制备方法，其特征在于，所述网状多孔结构的网孔直径为20μm～2000μm、网线厚度为0.3μm～50μm。

技术总结本发明提出了一种耐磨无机不沾涂层的制备方法，利用液相镀膜法制得网状开裂模板图形，并利用真空镀膜技术在其表面制备无机厚膜；本发明以网状开裂模板图形作掩膜板，使开裂涂层的缝隙中存有与基片连接的无机厚膜，得到基片‑开裂涂层‑无机厚膜三层结构的镀层；再经液相溶液法或高温气化法去除镀层中具有自开裂性质的涂层以及开裂涂层表面的无机厚膜，此时基片上凸起的硬质网状结构即为本发明制得的耐磨无机不沾涂层；本发明制得的耐磨无机不沾涂层具有良好的疏水性且不含任何有机成分，同时不沾涂层的网状结构增加了不沾涂层的硬度和耐磨性，有利于长期使用；本发明的制备成本低廉，易实现大规模工业化生产，具有广阔的应用前景。技术研发人员：于仕辉,杨盼,赵乐受保护的技术使用者：洛阳理工学院技术研发日：技术公布日：2024/6/13