在电饭煲、煎锅、电磁炉、发夹等小家电产品中以及厨房用品当中,保护涂层是一种非常关键的材料,特别是对于电饭煲、电炒锅一类直接与食物接触的产品,在整个产品质量中占有至关重要的地位,保护涂层的好坏直接关系到广大消费者的健康和使用方便性.因此,这类保护必须满足耐高温、耐腐蚀、耐磨、环保无毒、使用寿命长等要求,对于电饭煲、电炒锅等一类则还需涂层具有不粘性.

  小家电用保护涂料市场需求巨大.仅不粘涂料市场的需求增长每年国内就以数百吨计(2010 年,氟树脂预计销售量 6.1 万 t,不粘涂料是氟树脂基体主导产品).每年中国的仅涂有"特富龙"的不粘锅年产量 8000 万只,其中国内销售量约为 3000 万左右.随着人们环保意识的加强及安全卫生标准等的逐步实施,水性无机陶瓷涂料替代特富龙等氟碳涂料将成为市场发展趋势.

 含有防粘保护涂层的常见小型家用电器

一、 小家电用功能涂层的种类

  目前,市场这类保护涂层主要包括有机和无机两大类.其中有机类包括氟树脂和有机硅树脂类基体的涂料,而使用最普遍的是以聚四氟乙烯(PTFE)又称"铁富龙"为代表的氟树脂类不粘涂料,此外 FEP、ETFE、PFA 等氟树脂也有应用,但价格较贵,应用较少.

  虽然氟碳涂料有其独特的优势,但是需要在高温条件下固化,除极少量可以在 177  ℃以下固化之外,绝大多数需要在260~343  ℃之间固化,涂层硬度较低,易被刮伤,耐磨性一般不好,所以涂层寿命不长,涂层破坏以后导致食物直接与金属基材接触,特别是目前研究表明铁富龙在高温下还可能分解释放出有毒致癌性物质全氟辛酸铵(PFOA).这使得聚四氟乙烯涂料在电饭煲、煎锅、电磁炉等小家电产品中的应用受到质疑并面临逐步被其它安全无毒的功能涂层替代的危机.近些年来,国内外研究人员正在寻求合适的环保产品来替代这种传统的聚四氟乙烯涂料.

 防粘涂层锅

  作为特富龙的替代产品之一,有机硅树脂类保护涂料主要是采用耐高温的有机硅树脂作为主体,然后添加无机纳米耐磨、防腐填料及各种助剂以提高涂层的耐磨性、耐刮性和耐蚀性.这类有机硅涂料的硬度和丰满度好,使用时不易出现开裂、起泡、脱落等现象,可用于电炒锅、烤箱、烤肉架等小家电的内部保护涂层.

  但是这类有机树脂涂料的 VOC 含量很高(50  %),固化温度较高(180 ℃以上)、耐热性不够高、温度较高时漆膜的机械强度下降、耐磨性不高、价格较贵,限制了其推广应用.

  最近几年,以 SiO2 、Al2O3 、TiO2 等纳米无机化合物为主要成分的水性纳米复合陶瓷涂料在电饭煲、煎锅、电磁炉、发夹等小家电产品中以及厨房用品等领域中的推广应用获得了较快的发展,并有逐步取代以氟树脂和有机硅树脂涂料的发展趋势.

  众所周知,陶器是中国人沿用几千年的最安全的容器之一.陶瓷涂料凭借其高强度、高弹性模量、良好的高温性能和抗疲劳性能、良好的耐磨性和耐腐蚀性、无毒、低表面能等优点已在国民经济各领域得到了广泛应用.韩国、中国台湾一些企业已相继开发出替代特富龙的水性陶瓷涂料.水性陶瓷不粘涂料不仅适用于厨具行业,而且还适用于许多老旧技术无法承受由于反覆使用而导致磨损的领域,满足了这些领域对于较强耐磨损性的要求.

  2  小家电用水性纳米陶瓷涂层的特点

水性纳米陶瓷涂层不粘锅

  水性陶瓷涂料之所以一经推出即获得巨大的成功在于水性纳米陶瓷涂料以 SiO 2 、Al 2 O 3 、TiO 2 等纳米无机化合物为主要成分,克服了以有机乳化树脂为主的水性涂料耐火性、耐燃性和硬度不理想的问题,可耐 600 ℃以上的高温.具有稳定、耐磨和阻燃等无机原料的特性,是金属高效保护涂层的良好材料,能广泛应用于不粘锅、发热管、建筑铝幕墙等多种产品.水性陶瓷涂料加热无有机溶剂挥发,环保无毒.与传统的氟树脂和有机硅保护涂料相比,水性陶瓷涂料还具有如下特点:

  (1)独特的不粘性.

  引入了先进的纳米合成技术制备的陶瓷涂层具有纳米结构而达到优越的不粘效果,高温加热下仍保持良好的不粘和硬度性能.而传统氟碳涂料是通过化学原理来达到良好的不粘效果,但在高温加热过程中(温度达到或超过 260 ℃),氟碳涂层将会变软,硬度降低,同时不粘性能也将大大下降,甚至冒烟.

  (2)节能.

  陶瓷涂料的烧结温度仅为 200 ℃,而传统氟碳涂料则需要 400 ℃或以上,其大大减少了能源资源的耗用和企业的生产成本;同时产品在生产过程中能将二氧化碳排放量减少 60 %,大量减少了温室气体的排放,是提倡环保的首要选择.

  (3)高硬度.

  陶瓷涂料硬度高达 6~8  H,是传统氟碳和有机硅涂料的 2 倍或以上,涂料本身更为耐磨、耐刮擦,从而使应用的产品获得更长的使用寿命.

  (4)耐高温.

  有机硅涂料和传统氟碳涂料的耐温性能很低,仅有 120~280 ℃,而且当加热温度超过承受能力时,涂料本身将会冒烟,甚至释放出有毒或致癌的物质.容易污染环境及危害我们人类的身体健康.而新型陶瓷涂料,耐温高达 600 ℃或以上,并且绝对不会产生烟雾及释放出任何有毒物质.

  (5)远红外线功能.

  陶瓷涂料具有远红外加热作用,其发射的远红外线能够软化和促进有机物体的活性而不损害其原始特性,而且升温明显加快,更为节省能耗,其主要加工原料均可循环使用,完全符合"可持续发展"的环保理念.

  (6)抗菌、防霉、防臭.

  纳米陶瓷涂料可以通过添加抗菌无机填料而具有很好的抗菌、防霉、防臭的效果.

  3  小家电用水性纳米陶瓷涂层的发展趋势

  由于水性纳米无机陶瓷涂料综合性能明显优于耐高温高挡有机硅涂料和氟碳涂料(表 1),并有望在众多领域替代有机硅或氟碳涂料,具有很好的发展前景.但目前国内市场上的无机陶瓷涂料主要以韩国以及中国台湾进口为主.由于国内从事生产水性陶瓷涂料的企业很少,以中小企业为主,创新意识、创新能力不够,基本上都是通过引进国外技术,采用进口原料制备,相关的核心技术都掌握在外资或合资企业手中.同时产品仍存在涂膜固化温度较高(200 ℃以上),涂层的韧性不够、容易开裂,与基体材料的附着力不够强等,仍有待进一步改进.因此,开发具有自主知识产权的新型耐高温、耐腐蚀、耐磨损的水性纳米陶瓷涂料的任务日趋紧迫.

  4  展望

  随着人们环保意识的加强及安全卫生标准等的逐步实施,无机陶瓷涂料等新型环保产品替代特富龙等有机涂料将成为市场发展趋势.致力于新型环保纳米功能涂层产品的开发机遇与挑战并存,具有广阔的市场前景和重要的研究意义.