一种高导热不粘锅涂层及其制备方法与流程

本技术涉及不粘锅的，尤其涉及一种高导热不粘锅涂层及其制备方法。

背景技术：

1、"不粘锅"的问世给人们的生活带来了很大的方便，人们不必再担心煮肉时一不小心就会烧焦，煎鱼时鱼片粘在锅壁上。当前的不粘锅多是在锅体的内表面多涂了一层聚四氟乙烯，利用聚四氟乙烯优异化学性能、易清洁性能和无毒性能制成了这种深受欢迎的厨房用具。

2、目前，市场上大多数不粘锅都涂覆了一层聚四氟乙烯树脂类的不粘涂料，聚四氟乙烯具有以下性能：①稳定的化学性能；②突出的不沾性，在所有的固体材料中，ptfe的表面能最低，只有表面张力小于0.02n/m的液体才能润湿其表面；③极低的摩擦系数，聚四氟乙烯分子间的范德华力非常小，容易引起分子间内部的相对滑动。聚四氟乙烯材料除了具有上述优点，还存在一定的缺陷：一是氟涂层的强度较差，长时间负载使用会产生形变，并线膨胀系数大、尺寸稳定性差，容易脱落和损坏。二是耐磨性较差，由于聚四氟乙烯大分子链中的氟原子会相互排斥，导致聚四氟乙烯分子间的吸引力较小，因此在切应力的作用下，ptfe分子间易滑移，再加上本身的硬度低，导致其在摩擦磨损过程中消耗过大。三是聚四氟乙烯涂层的使用温度一般不能超过250℃，对于许多需要爆炒的菜肴，锅内温度至少也在300-500℃之间，容易因高温而损坏；甚至有研究发现，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，存在潜在的安全风险。

技术实现思路

1、本技术目的在于针对当前技术的不足，提供一种高导热不粘锅涂层及其制备方法，本技术制备的高导热不粘锅涂层具有整体稳定性好，涂层结合力强，不易开裂，并具有不粘性、耐磨和高导热性等优异性能，相对比传统不粘锅涂层，具有更长的使用寿命。

2、第一方面，本技术提供一种高导热不粘锅涂层，采用如下技术方案：

3、一种高导热不粘锅涂层，按质量份数计，包括以下制备原料：聚四氟乙烯20-24份、聚醚酮酮10-12份、聚醚砜10-12份、改性石墨烯1-1.2份、改性导热填料45-50份、偶联剂0.5-1份、乙醇50-60份。

4、通过采用上述技术方案，聚四氟乙烯：作为主要成分，具有不粘性，使涂层不易粘附食物残渣，易清洗，提升不粘性能。聚醚酮酮作为一种优异的聚芳醚酮半结晶高性能工程树脂材料，在室温和高温下都能维持良好的摩擦学特性和机械强度，200℃时的弯曲强度高达24mpa，即便在250℃的温度下仍能达到12-13mpa。聚醚酮酮材料具有极高的尺寸稳定性、耐疲劳及耐蠕变性能。聚醚砜在200℃环境下的机械性能基本保持不变，并且在高温下能保持优良的抗蠕变性(线膨胀系数小)和尺寸稳定性，也有着良好的耐酸、碱性和无毒性且已被美国fda认可。聚醚酮酮和聚醚砜两种高性能树脂具有高的热稳定性和优异的抗蠕变性能，能有效地对以聚四氟乙烯为主要构成成分的氟涂料进行补强作用。改性石墨烯和改性导热填料：提高涂层的导热性能，使得热量能够更加均匀传导，提高烹饪效率。偶联剂：促进各组分之间的化学反应，增强涂层的结合力，防止涂层开裂脱落。乙醇：作为溶剂，使得各组分可以均匀混合，有利于涂层的制备过程。各组分之间相互作用，其中改性导热填料的加入增加了导热性能，聚醚酮酮和聚醚砜提供了稳定性和耐磨性，而改性石墨烯和改性导热填料的表面改性进一步提高了涂层的粘结强度和耐磨性。臭氧氧化石墨烯和十七氟烷基三甲氧基硅烷的接枝，则增加了涂料和石墨烯的相容性，提高了涂层的紧密度和导热效率。整体上，各组分之间的协同作用使得这种高导热不粘锅涂层具有优异的性能，提高了涂层的使用寿命和烹饪效率。

5、优选的，所述聚四氟乙烯、所述聚醚酮酮和所述聚醚砜的质量份数比为2:1:1。

6、通过采用上述技术方案，聚四氟乙烯：作为主要构成成分，聚四氟乙烯赋予涂层不粘性，使食物不易粘附在锅底上，同时易于清洗。与其他材料配合，增加了整体涂层的稳定性和耐磨性。聚醚酮酮：作为高性能工程树脂，在高温下能保持较好的机械强度，提高涂层的耐磨性和稳定性。与聚四氟乙烯相结合，增进了涂层的整体性能，使涂层更加耐用。聚醚砜：具有良好的耐高温性和耐蠕变性，增加了涂层在高温下的稳定性和耐久性。与聚四氟乙烯和聚醚酮酮共同作用，提高了整体涂层的强度和耐高温性。这些高性能树脂的协同作用使得涂层具有更好的整体稳定性、耐磨性和高导热性能，相比传统不粘锅涂层，提高了使用寿命和烹饪效率。通过聚四氟乙烯、聚醚酮酮和聚醚砜的合理配比和协同作用，这种高导热不粘锅涂层能够满足高温、高强度使用条件下的要求，具有优异的性能和长久耐用的特点。

7、优选的，所述改性石墨烯的制备方法为：按照质量份数，将5份石墨烯和120-130份纯水混合均匀，升温至30-32℃，在溶液中通入臭氧，持续30-40min，然后停止臭氧供给；将溶液密封，加热到60-65℃，静置3-4h；将溶液在敞开状态下搅拌20-30min，加入20份质量浓度10％的十七氟烷基三甲氧基硅烷乙醇溶液，加热到50℃搅拌50-55min，过滤，沉淀物用乙醇和蒸馏水交替冲洗3次，在80℃下真空干燥，得到改性石墨烯。

8、通过采用上述技术方案，在高导热不粘锅涂层的制备中，改性石墨烯作为重要原料，通过特定的制备方法得到具有氧化基团和十七氟烷基三甲氧基硅烷的改性石墨烯。将石墨烯与纯水混合，通入臭氧进行氧化处理，形成全面的氧化基团，提高其分散性和相容性。加入十七氟烷基三甲氧基硅烷进行接枝处理，进一步改善其分散性和相容性，扩大与涂料的结合。通过冲洗和干燥等步骤获得改性石墨烯，确保其质量和稳定性。改性石墨烯在涂层中起到增加导热性能和提高涂层耐磨性的作用。氧化处理增加了其表面活性基团，有利于与其他成分的相互作用，提高了导热效率。接枝处理增加了与涂料的结合力，提高了涂层的紧密度。改性石墨烯与其他原料如聚四氟乙烯、聚醚酮酮、聚醚砜等相互作用，在提高涂层整体稳定性、不粘性和耐磨性方面协同发挥作用。通过这种制备方法得到的改性石墨烯，使该高导热不粘锅涂层在导热性、耐磨性和整体稳定性方面表现出色。改性石墨烯与其他原料的相互作用和协同作用，提高了涂层的性能，使其具有更长的使用寿命和更好的导热效果。

9、优选的，所述臭氧的通入速度为1.8-2.0l/min。

10、优选的，所述改性导热填料的制备方法，包括以下步骤：

11、s51、将纳米导热粉末放置到加热器中，加热至200-210℃，将温度降低至95℃，将加热器放置到臭氧含量为40-45％的环境中，放置6-7h，将温度降至室温，得到臭氧改性纳米导热粉末，再将臭氧改性纳米导热粉末用低温高能γ射线辐射表面改性5-10分钟，得到第二次改性纳米导热粉末；

12、s52、按照质量份数，将10份第二次改性纳米导热粉末与20-25份异丙醇混合，用超声处理15-20min，加入0.3份十三氟烷基三乙氧基硅烷，加热至45℃，保温1.5-2h，超声处理25-30min，继续保温4-5h，将反应后的物质离心分离，用无水乙醇洗涤3次、真空干燥，得到改性导热填料。

13、通过采用上述技术方案，改性导热填料作为重要原料，通过特定的制备方法得到具有臭氧改性、γ射线再改性和十三氟烷基三乙氧基硅烷改性的导热填料。将纳米导热粉末加热后放置在富含40-45％臭氧的环境中，进行臭氧处理，促进表面氧化，提高纳米导热粉末的分散性和氧化程度。将臭氧改性的纳米导热粉末经过低温高能γ射线辐射表面改性，进一步增强其表面性质和兼容性。利用纳米导热粉末表面的硅羟基和十三氟烷基三乙氧基硅烷的基团反应，进而显著提高纳米导热粉末的分散性和相容性，增加纳米导热粉末表面的空间位阻效应，防止纳米导热粉末在涂层中共聚，使得涂层紧实、均匀，提高不粘锅涂层的耐磨性，使得导热连续，导热效率更好。通过这种制备方法得到的改性导热填料，使得该高导热不粘锅涂层表现出色。改性导热填料与其他原料的相互作用和协同作用，提高了涂层的性能，使其具有更长的使用寿命和更好的导热效果。改性导热填料在涂层中起着关键作用，使得涂层具有优异的耐磨性和高导热性，为高效的烹饪体验提供了支持。

14、优选的，所述低温高能γ射线辐射表面改性的工艺条件为在氧气氛围内用60co-γ进行辐照改性，辐照后吸收剂量为200-300kgy。

15、通过采用上述技术方案，所述的低温高能γ射线辐射表面改性的工艺条件是在氧气氛围中使用60co-γ进行辐照改性，辐照后吸收剂量为200-300kgy。通过γ射线照射，有效防止纳米导热粉末相互吸附团聚，改善粉末的分散性，并增加表面的基团连接点，提高了涂层中的改性导热填料和树脂的粘结强度。产生硅羟基，使纳米导热粉末在表面具有更多的官能基，有利于提高涂层的力学特性和热传导性能。低温高能γ射线辐射表面改性的效果与改性石墨烯相互作用，使得涂层中的各种原料更加均匀分散，提高了涂层整体性能。而臭氧氧化石墨烯的应用则通过提高石墨烯的分散性和连接性，进一步促进了改性导热填料与石墨烯的联结，增加了涂料的紧密度，从而使得不粘锅涂层具有更好的导热连续性和导热效率。

16、优选的，所述纳米导热粉末由碳化硅、氮化硼、氮化硅和氮化铝以质量份数比8:5:3:1-3组成，所述碳化硅、氮化硼、氮化硅和氮化铝的粒径均为60-80nm。

17、通过采用上述技术方案，改性导热填料是通过对纳米导热粉末进行一系列处理得到的，并且该导热填料包含碳化硅、氮化硼、氮化硅和氮化铝，其质量份数比为8:5:3:1-3。碳化硅具有优异的导热性能和高温稳定性，能够提高涂层的导热性，提高整体导热不粘涂层的性能。氮化硼也是一种优良的导热材料，其导热性能较高，能够增加涂层的导热性，提高涂层的热传导效率。氮化硅和氮化铝具有良好的导热性能、耐磨性和高温稳定性，可增强涂层的耐磨性、导热性和稳定性，延长涂层的使用寿命。这些不同的原料在组合中相互配合，碳化硅和氮化硼提高了导热性能，碳化硅和氮化铝增强了涂层的耐磨性和导热性能，相互之间形成协同作用，使得涂层具有综合的导热效能和耐用性。通过将这些原料经过一系列的处理和调配，得到的改性导热填料在涂层中起到了关键作用，使得高导热不粘锅涂层具有整体稳定性好、涂层结合力强、不易开裂、不粘性、耐磨性和高导热性等优异性能，从而使得涂层性能得到有效提升，相对于传统不粘锅涂层具有更长的使用寿命。

18、优选的，所述偶联剂为十七氟烷基三甲氧基硅烷、十三氟烷基三乙氧基硅烷和异丙基三油酸酰氧基钛酸酯中的至少一种。

19、优选的，所述偶联剂由十七氟烷基三甲氧基硅烷、十三氟烷基三乙氧基硅烷和异丙基三油酸酰氧基钛酸酯以质量份数比2:3:7组成。

20、通过采用上述技术方案，十七氟烷基三甲氧基硅烷能够提高涂层表面的疏水性和耐化学腐蚀性，增加不粘性和耐用性。十三氟烷基三乙氧基硅烷可以提高填料在树脂基体中的分散性和相容性，从而增加涂层的整体稳定性和力学性能。异丙基三油酸酰氧基钛酸酯可以增加涂层材料之间的粘结强度，提高涂层的结合力和耐磨性。这些不同的偶联剂原料之间形成协同作用，十七氟烷基三甲氧基硅烷提高了涂层的疏水性，十三氟烷基三乙氧基硅烷提高了填料的分散性和相容性，异丙基三油酸酰氧基钛酸酯增加了涂层的结合力，共同作用使得涂层具有优异的性能，如不粘性、耐磨性和整体稳定性。所述偶联剂在涂层制备过程中发挥着关键作用，促进不同组分之间的有效结合，提高不粘锅涂层的性能，并与其他原料协同作用，共同构成高导热不粘锅涂层的优异性能，使其具有不易开裂、耐磨及高导热的特性，相对比传统不粘锅涂层具有更长的使用寿命。

21、第二方面，本技术提供一种高导热不粘锅涂层的制备方法，采用如下的技术方案：作为一个总的技术构思，本技术还提供上述一种高导热不粘锅涂层的制备方法，包括以下步骤：

22、s101、将不粘锅基体采用碳化硅陶瓷进行喷砂粗化处理，得到凹凸不平的不粘锅基体内表面，然后进行除油、清洗处理；

23、s102、按照质量份数，将聚四氟乙烯、聚醚酮酮、聚醚砜和乙醇进行混合，然后进行以200rpm速度搅拌分散20-30分钟，再加入改性石墨烯、改性导热填料和偶联剂继续进行以2000rpm速度搅拌分散20-30分钟，得到高导热不粘锅涂料；

24、s103、将步骤s101处理后的不粘锅基体置于真空腔室中，抽真空至100pa并通入氮气，然后将步骤s102得到的高导热不粘锅涂料喷涂于步骤s101处理后的不粘锅基体内表面，得到高导热不粘锅涂层。

25、综上所述，本技术的有益技术效果：

26、1.强化材料的作用：聚醚酮酮和聚醚砜是高性能树脂，具有高热稳定性、抗蠕变性和尺寸稳定性，能有效补强聚四氟乙烯涂料，提高不粘锅涂层的整体稳定性和耐磨性。

27、2.纳米导热粉末的处理：通过对纳米导热粉末的加热处理、臭氧环境下的处理以及低温高能γ射线辐射表面改性等操作，有效地细化了粉末，提高了均匀度，增强了粉末与其他成分的粘结强度，改善了涂层的力学特性和热量传导，使得导热效果更好。

28、3.臭氧氧化石墨烯的运用：利用臭氧氧化石墨烯的特性，促进了石墨烯表面氧化基团的形成，然后通过十七氟烷基三甲氧基硅烷进行接枝，提高了臭氧石墨烯的分散性和相容性，增加了石墨烯与涂料间的联结，进一步提高了涂层的紧密度和导热效率。

29、4.最终的技术效果：通过以上操作和原料的结合，使得所制备的高导热不粘锅涂层具有整体稳定性好、结合力强、不易开裂、不粘性、耐磨性和高导热性等多种优异性能。相较于传统不粘锅涂层，这种新型涂层具有更长的使用寿命和更优异的性能表现。