在電飯煲、煎鍋、電磁爐、發夾等小家電產品中以及廚房用品當中,保護涂層是一種非常關鍵的材料,特別是對于電飯煲、電炒鍋一類直接與食物接觸的產品,在整個產品質量中占有至關重要的地位,保護涂層的好壞直接關系到廣大消費者的健康和使用方便性.因此,這類保護必須滿足耐高溫、耐腐蝕、耐磨、環保無毒、使用壽命長等要求,對于電飯煲、電炒鍋等一類則還需涂層具有不粘性.

    小家電用保護涂料市場需求巨大.僅不粘涂料市場的需求增長每年國內就以數百噸計(2010 年,氟樹脂預計銷售量 6.1 萬 t,不粘涂料是氟樹脂基體主導產品).每年中國的僅涂有"特富龍"的不粘鍋年產量 8000 萬只,其中國內銷售量約為 3000 萬左右.隨著人們環保意識的加強及安全衛生標準等的逐步實施,水性無機陶瓷涂料替代特富龍等氟碳涂料將成為市場發展趨勢.

 含有防粘保護涂層的常見小型家用電器

  一、 小家電用功能涂層的種類

    目前,市場這類保護涂層主要包括有機和無機兩大類.其中有機類包括氟樹脂和有機硅樹脂類基體的涂料,而使用最普遍的是以聚四氟乙烯(PTFE)又稱"鐵富龍"為代表的氟樹脂類不粘涂料,此外 FEP、ETFE、PFA 等氟樹脂也有應用,但價格較貴,應用較少.

    雖然氟碳涂料有其獨特的優勢,但是需要在高溫條件下固化,除極少量可以在 177  ℃以下固化之外,絕大多數需要在260~343  ℃之間固化,涂層硬度較低,易被刮傷,耐磨性一般不好,所以涂層壽命不長,涂層破壞以后導致食物直接與金屬基材接觸,特別是目前研究表明鐵富龍在高溫下還可能分解釋放出有毒致癌性物質全氟辛酸銨(PFOA).這使得聚四氟乙烯涂料在電飯煲、煎鍋、電磁爐等小家電產品中的應用受到質疑并面臨逐步被其它安全無毒的功能涂層替代的危機.近些年來,國內外研究人員正在尋求合適的環保產品來替代這種傳統的聚四氟乙烯涂料.

 防粘涂層鍋

    作為特富龍的替代產品之一,有機硅樹脂類保護涂料主要是采用耐高溫的有機硅樹脂作為主體,然后添加無機納米耐磨、防腐填料及各種助劑以提高涂層的耐磨性、耐刮性和耐蝕性.這類有機硅涂料的硬度和豐滿度好,使用時不易出現開裂、起泡、脫落等現象,可用于電炒鍋、烤箱、烤肉架等小家電的內部保護涂層.

    但是這類有機樹脂涂料的 VOC 含量很高(50  %),固化溫度較高(180 ℃以上)、耐熱性不夠高、溫度較高時漆膜的機械強度下降、耐磨性不高、價格較貴,限制了其推廣應用.

    最近幾年,以 SiO2 、Al2O3 、TiO2 等納米無機化合物為主要成分的水性納米復合陶瓷涂料在電飯煲、煎鍋、電磁爐、發夾等小家電產品中以及廚房用品等領域中的推廣應用獲得了較快的發展,并有逐步取代以氟樹脂和有機硅樹脂涂料的發展趨勢.

    眾所周知,陶器是中國人沿用幾千年的最安全的容器之一.陶瓷涂料憑借其高強度、高彈性模量、良好的高溫性能和抗疲勞性能、良好的耐磨性和耐腐蝕性、無毒、低表面能等優點已在國民經濟各領域得到了廣泛應用.韓國、中國臺灣一些企業已相繼開發出替代特富龍的水性陶瓷涂料.水性陶瓷不粘涂料不僅適用于廚具行業,而且還適用于許多老舊技術無法承受由于反覆使用而導致磨損的領域,滿足了這些領域對于較強耐磨損性的要求.

    2  小家電用水性納米陶瓷涂層的特點

水性納米陶瓷涂層不粘鍋

    水性陶瓷涂料之所以一經推出即獲得巨大的成功在于水性納米陶瓷涂料以 SiO 2 、Al 2 O 3 、TiO 2 等納米無機化合物為主要成分,克服了以有機乳化樹脂為主的水性涂料耐火性、耐燃性和硬度不理想的問題,可耐 600 ℃以上的高溫.具有穩定、耐磨和阻燃等無機原料的特性,是金屬高效保護涂層的良好材料,能廣泛應用于不粘鍋、發熱管、建筑鋁幕墻等多種產品.水性陶瓷涂料加熱無有機溶劑揮發,環保無毒.與傳統的氟樹脂和有機硅保護涂料相比,水性陶瓷涂料還具有如下特點:

    (1)獨特的不粘性.

    引入了先進的納米合成技術制備的陶瓷涂層具有納米結構而達到優越的不粘效果,高溫加熱下仍保持良好的不粘和硬度性能.而傳統氟碳涂料是通過化學原理來達到良好的不粘效果,但在高溫加熱過程中(溫度達到或超過 260 ℃),氟碳涂層將會變軟,硬度降低,同時不粘性能也將大大下降,甚至冒煙.

    (2)節能.

    陶瓷涂料的燒結溫度僅為 200 ℃,而傳統氟碳涂料則需要 400 ℃或以上,其大大減少了能源資源的耗用和企業的生產成本;同時產品在生產過程中能將二氧化碳排放量減少 60 %,大量減少了溫室氣體的排放,是提倡環保的首要選擇.

    (3)高硬度.

    陶瓷涂料硬度高達 6~8  H,是傳統氟碳和有機硅涂料的 2 倍或以上,涂料本身更為耐磨、耐刮擦,從而使應用的產品獲得更長的使用壽命.

    (4)耐高溫.

    有機硅涂料和傳統氟碳涂料的耐溫性能很低,僅有 120~280 ℃,而且當加熱溫度超過承受能力時,涂料本身將會冒煙,甚至釋放出有毒或致癌的物質.容易污染環境及危害我們人類的身體健康.而新型陶瓷涂料,耐溫高達 600 ℃或以上,并且絕對不會產生煙霧及釋放出任何有毒物質.

    (5)遠紅外線功能.

    陶瓷涂料具有遠紅外加熱作用,其發射的遠紅外線能夠軟化和促進有機物體的活性而不損害其原始特性,而且升溫明顯加快,更為節省能耗,其主要加工原料均可循環使用,完全符合"可持續發展"的環保理念.

    (6)抗菌、防霉、防臭.

    納米陶瓷涂料可以通過添加抗菌無機填料而具有很好的抗菌、防霉、防臭的效果.

    3  小家電用水性納米陶瓷涂層的發展趨勢

    由于水性納米無機陶瓷涂料綜合性能明顯優于耐高溫高擋有機硅涂料和氟碳涂料(表 1),并有望在眾多領域替代有機硅或氟碳涂料,具有很好的發展前景.但目前國內市場上的無機陶瓷涂料主要以韓國以及中國臺灣進口為主.由于國內從事生產水性陶瓷涂料的企業很少,以中小企業為主,創新意識、創新能力不夠,基本上都是通過引進國外技術,采用進口原料制備,相關的核心技術都掌握在外資或合資企業手中.同時產品仍存在涂膜固化溫度較高(200 ℃以上),涂層的韌性不夠、容易開裂,與基體材料的附著力不夠強等,仍有待進一步改進.因此,開發具有自主知識產權的新型耐高溫、耐腐蝕、耐磨損的水性納米陶瓷涂料的任務日趨緊迫.

    4  展望

    隨著人們環保意識的加強及安全衛生標準等的逐步實施,無機陶瓷涂料等新型環保產品替代特富龍等有機涂料將成為市場發展趨勢.致力于新型環保納米功能涂層產品的開發機遇與挑戰并存,具有廣闊的市場前景和重要的研究意義.

責任編輯：周婭

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