一种微波炉用金属炊具吸波发热涂层及其制备方法

本发明属于吸波材料制造，特别是涉及一种微波炉用金属炊具吸波发热涂层及其制备方法。

背景技术：

1、微波是一种电磁波，这种电磁波的能量比通常的无线电波大很多，微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量。微波加热是电磁波直接穿透材料实现分子与电磁场的相互作用将电磁能转化为热能，而不受常规加热方式的导热性限制，从而实现体积加热，能量利用效率更高且加热耗时短，因此应用越来越广泛。用微波炉烹饪，热量则是直接深入食物内部，所以烹饪速度比其它炉灶快4至10倍，热效率高达80％以上。目前，其它各种炉灶的热效率无法与它相比。微波炉由于烹饪的时间很短，能很好地保持食物中的维生素和天然风味。现代人认同微波炉使用的便利性，但是在食品烹饪上有更高的需求，微波炉加工的食品缺乏煎拷的口感。

2、然而，由于大多数金属炊具的金属外壳导致其很难在微波炉中使用。原因是由于金属的电磁屏蔽作用，导致微波在金属表面反射，从而内部食品无法获得微波进行加热。

3、目前国内外一些研究者对于吸波材料做了一些研究。例如：

4、中国专利文献cn 115594401 a公开了一种吸波发热材料、制备方法及陶瓷器皿，该吸波发热材料可以在明火上使用，也可以在微波炉中使用，在微波加热5分钟内达到150-200℃，不至于短时间内急剧升温，把食物碳化、烤焦。

5、中国专利文献cn 107011704 a提供了一种微波发热涂料，该微波发热涂料，固结温度低、涂层附着能力好、产热导热性能优良、微波利用率高，且制备成本低，具有较好的实用意义。

6、中国专利文献cn 116553599 a公开了一种氧化锌基微波发热材料及其制备方法与应用。该发明通过简便的方法合成微波发热材料氧化锌，以及通过筛选合适的制备方法以氧化锌基体，利用改性剂构建具有针状、花瓣状及棒状的微纳结构形貌的氧化锌基复合材料，从而使得多种微波透明或发热效果差的无机金属或非金属材料的微波发热效率得到有效提升，实现其在含碳材料微波处理工艺中的应用。

7、中国专利文献cn 107159887 a公开了一种基于微波吸收发热材料的成型方法。该成型方法利用微波进行加热，缩短了加热时间，提高了加热效果，能够消除传统的成型方法的缺陷。

8、然而，以上文献公开的吸波材料均未涉及到金属金属炊具在微波炉中的使用。由于金属炊具底部的加热均匀度和升温过程不易控制，因此以上材料并不适用于微波炉中的金属炊具加热。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种微波炉用金属炊具吸波发热涂层及其制备方法。本发明采用吸波发热材料作为热源，吸波发热材料吸收微波后，均匀发热，从底部对金属炊具进行加热，且在高温条件下涂层粘接性好，不易脱落，从而使得金属炊具可以在微波炉中加热食物使用，可制作出铁锅炒菜的香味且没有普通铁锅灶具产生的油烟。

2、为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种微波炉用金属炊具吸波发热涂层，由层状mxenes粉末、磁性四氧化三铁粉末或γ-氧化铁粉末、碳化钨粉末、聚偏二氟乙烯粉末、铝硅酸盐粉及耐高温玻璃胶黏剂制备而成。本发明一种微波炉用金属炊具吸波发热涂层，其中，层状mxenes粉末、磁性四氧化三铁粉末或γ-氧化铁粉末、碳化钨粉末、聚偏二氟乙烯粉末均为吸波材料。当吸波材料吸收微波后将能量转化为热能。微波加热时，由于金属表面反射作用，无法加热内部食物，此时底部的吸波材料发热可将金属炊具内部食物烹饪熟。铝硅酸盐粉末、耐高温玻璃胶黏剂为粘合材料，目的为将吸波发热材料牢靠地粘合在金属金属炊具的底部。粘合材料的作用是导热与散热，防止加热不均匀与局部过热后粘合层开裂。

4、本发明中，调节层状mxenes粉末、磁性四氧化三铁粉末或γ-氧化铁粉末、碳化钨粉末的比例可以控制微波发热的效率，其中磁性四氧化三铁粉末或γ-氧化铁粉末发热效率偏低而层状mxenes粉末与碳化钨发热效率偏高，在微波炉中升温太快，使用磁性四氧化三铁粉末或γ-氧化铁粉末防止升温过快发生危险，聚偏二氟乙烯粉末、铝硅酸盐粉及耐高温玻璃胶黏剂则有分散与胶黏等作用。

5、进一步地，层状mxenes粉末、磁性四氧化三铁粉末或γ-氧化铁粉末、碳化钨粉末、聚偏二氟乙烯粉末、铝硅酸盐粉末的质量比为20-60：40-70：10-20：1-5：2-10。

6、进一步地，层状mxenes粉末、磁性四氧化三铁粉末或γ-氧化铁粉末、碳化钨粉末、聚偏二氟乙烯粉末及铝硅酸盐粉末的总质量与耐高温玻璃胶黏剂的质量比为90-75：10-25。耐高温玻璃胶黏剂，在30分钟内可耐800摄氏度以上高温。

7、进一步地，层状mxenes粉末由刻蚀碳化钛制得；磁性四氧化三铁粉末的颗粒粒径在10-200nm；碳化钨粉末的粒径在100nm-5000nm；聚偏二氟乙烯粉末的数均分子量在25万-50万，黏度<3000mpa.s。

8、进一步地，层状mxenes粉末制备方法如下：将碳化钛粉末置于氢氧化钠溶液中煮沸，持续10-40分钟，超声波震荡5-10分钟，静置4-8小时后将上层清夜倒掉，连续更换3-5次蒸馏水后，倒掉上层多余清夜后，冷冻并真空抽干，获得粉末，备用。此制备方式使得mxenes粉末在微波炉中微波加热时获得较高的发热效率。

9、进一步地，所述磁性四氧化三铁粉末或γ-氧化铁粉末均具备铁磁性，否则不具备微波发热效果。

10、进一步地，所述层状mxenes粉末、磁性四氧化三铁粉末或γ-氧化铁粉末、碳化钨粉末、聚偏二氟乙烯粉末与粘合剂铝硅酸盐粉、耐高温玻璃胶黏剂按照规定比例混合，并加入一定量(上述质量体积比10g/50ml)的dmf(氮’氮-二甲基甲酰胺)/水混合液高速搅拌，获得具有黏性的混合液。

11、本发明还公开了一种如上所述微波炉用金属炊具吸波发热涂层的制备方法，具体是：将层状mxenes粉末、磁性四氧化三铁粉末或γ-氧化铁粉末、碳化钨粉末、聚偏二氟乙烯粉末、铝硅酸盐粉末与耐高温玻璃胶黏剂以及dmf(氮’氮-二甲基甲酰胺)、水混合搅拌均匀。

12、进一步地，采用机械搅拌5-40分钟，搅拌速率800-1500转/分钟。

13、进一步地，将混合液涂覆与金属炊具底部，涂覆厚度控制在1.0mm-8.0mm之间。

14、进一步地，将金属炊具倒置，于室温下涂层自然固化24-48小时，然后加热至50℃固化2-4小时，继续加热至120℃固化0.5-4小时。

15、进一步地，涂覆包括喷涂、浸涂或手工涂覆中的一种或多种。

16、进一步地，发热涂层外部包裹耐高温绝缘隔热材料，如石棉、耐高温陶瓷纤维纸、玻璃棉等。耐高温绝缘隔热材料的外部覆有工程塑料制外壳，工程塑料可以是abs、pc、psf、peek、尼龙等塑料品种。避免使用后烫手或烫坏桌面等不良后果。

17、耐高温玻璃胶黏剂固化后耐温可达800-1400℃不软化，不脆裂。

18、进一步地，为使用时可以安全散热，金属炊具上盖开设孔，放入微波炉使用时务必盖上上盖，小孔直径不小于8mm。否则因炊具内部散热不良无法散热导致危险。

19、将覆有涂层的金属炊具放入微波炉中，采用中火5-8分钟或高火2-5分钟，即可将炊具内部食物加热至100℃。因为此种加热方法为底部热源加热，故在微波炉中可模拟铁锅加热过程而不会导致由于微波加热使得食物内部硬化的不良后果。本发明具有以下技术特点：

20、1)本发明采用吸波发热涂层材料作为热源，利用吸波材料在微波作用下发热，可解决金属炊具在微波炉中无法加热内部腔体内食物的难题。

21、2)本发明吸波材料采用层状mxenes粉末、磁性四氧化三铁粉末或γ-氧化铁粉末、碳化钨粉末、聚偏二氟乙烯粉末作为吸波材料，其中层状mxenes粉末及碳化钨粉末的吸波原理为微波在其层状结构内部的多次反射与散射吸收；磁性四氧化三铁粉末或γ-氧化铁粉末的吸波原理为涡流损耗；聚偏二氟乙烯的吸波原理为其极性结构。多种复合吸波材料共用达到最大发热效果。

22、3)本发明采用耐高温玻璃胶作为粘结剂，使得涂层发热均匀变得易于控制，防止局部过热导致出现涂层热应力开裂。