各种耐高温涂料现状及发展分析
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各种耐高温涂料现状及发展分析
涂料的作用主要是保护、装饰、以及附加新性能。在家电领域,特别是长期在高温环境下使用的小家电产品,对涂料的要求同样集中在这三点上。但因高温环境的原因,要求有所侧重且标准更高。
在高温环境下使用的小家电产品是很多的,如:燃气灶具、锅煲等炊具、电磁炉、微波炉、烤炉烤箱、电熨斗、电吹风、烫发夹、热水器、浴霸、取暖器、洗碗机、消毒柜,等等。这些电器中,绝大部分加热元件或离热源很近的工件,是长期工作在100℃以上高温环境下的。环境中的高温、明火、频繁摩擦,加上油、水、盐、酸碱等物质,使得小家电对耐高温涂料必然提出了更高的要求。
(一)保护作用:
塑料材料件因成本低、易加工、分量轻等优点,在小家电中得到广泛使用,但因高分子材料制品分子结构受温度影响很大的原因,家电中常用的工程塑料件一般耐不了很高温度,大部分不能长期工作在80℃以上,超过200℃的工程塑料在实用中比较少见。超过其耐温上限以后,塑料件会出现软化,熔解,变形等,严重影响其使用。(包括所有的有机涂料,因成膜物质同样是高分子材料,同样会出现类似现象)因此,在小家电的高温位置,大多使用金属制品。
金属制品(常用铝、铁、铜、钢等)在高温的作用下,比常温下更易氧化,加上家电往往使用在油、水汽、盐分、弱酸、弱碱比较多的环境,金属制品如果不做保护,极易出现锈斑、腐蚀、表面硬度下降等现象,而且表面光泽下降,严重影响美观。比如现在燃气灶的炉头流行使用铜抛光处理工艺,新鲜的铜裸露在空气中,本身就极易氧化,实际使用时,600℃以上的高温加上炒菜使用的,油、盐、水等,可以迅速地让娇嫩的铜表面变的斑斑驳驳、黯淡无光。
因此小家电高温部分对涂料的保护要求,主要是耐高温、隔绝空气、防氧化、防腐蚀(耐腐蚀)。同时作为涂料的基本要求,还要耐磨、抗冲击、有一定硬度、抗划伤、附着力好,以及在使用温度内不变色、高温下不会变形、焦化、爆皮、脱落等等。
(二)装饰作用:
家电作为日常家居用品,对外观的要求相当高。涂料就是家电外面的“衣服”,这层“衣服”除了基本功能之外,自然要美观、时尚,否则就抓不住顾客的“第一眼”。因此,家电厂家在选择涂料时,对涂料的光滑度、光泽、丰满度、色彩、纹理等等都有着很高的要求。不过,每个厂家也有自己审美习惯,另外受国外大量采购的客户的影响和潮流的影响,
每个厂家对外观的要求又各不相同。比如:欧美的顾客往往喜欢家电产品光泽不要太高,要自然、大方。而国内的消费者相对更喜欢家电产品外观光泽高、感觉新而亮丽。
(三)附加新功能
除了保护和装饰,越来越多的耐高温涂料,被要求给家电产品赋予特定使用领域中的新功能。
最典型的例子莫过于“不粘锅”,涂料良好的不粘性能,使锅的清洗大为简便。随着生活水平的提高,环保和保健意识的加强,人们不断给涂料提出诸如抗菌、防霉、除臭、防火、更加环保安全等要求。家电厂家由于市场竞争的需要,也不断开发新产品新功能,使自己的产品有与众不同的新卖点。比如远红外涂料可以使加热电器升温快、加热均匀、能耗低,并对人体有保健作用,因而受到家电厂商的追捧。
以上是小家电产品对耐高温涂料的基本要求。另外,站在家电生产厂家的角度,涂料最好具有施工方便、对前处理要求低、加工能耗低、环保、涂装时对工人无毒害、对环境少污染的优点,特别是综合成本尽可能低而附加值高。
目前,小家电上使用的耐高温涂料种类繁多,为便于介绍,我们只考虑100℃及以上的“高温”环境。在这种环境下,使用较多的涂料(含涂装方式)有:有机硅涂料,氟碳涂料,粉末涂料,搪瓷,以及新近出现的无机瓷膜涂料。
(一)有机硅涂料
有机硅涂料是在高温环境中使用最多的涂料,也是种类最繁多的。
有机硅涂料的主要成份是有机硅树脂,它以硅-氧-硅为主链,硅原子上连接有机基团,属于半无机高聚物。“硅=氧”化学键键能较高(363kJ/mol),因而比较稳定,耐热性和耐高温性能均很高。一般说来其热稳定性范围可达200~250℃,特殊类型的树脂可以更高一些。在制成涂料的过程中,通过在树脂中添加合适的颜填料和助剂,可以使涂料耐热性提高到600℃甚至更高。在大分子主链上引进甲基、苯基等各种功能基团,也可以使有机硅树脂力学性能、刚性、强度、电绝缘性能、耐高压电弧、疏水性、耐腐蚀性能等等得到很大的提高,这也成就了有机硅涂料种类、功能的丰富多样。
但有机硅涂料也存在很多明显的问题:有机硅涂料尽管耐温很高,但是在高温下会出现严重的“回粘”现象,也就是漆膜硬度下降得很厉害,低档有机硅涂料,升温到200℃硬度就可能下降到H(铅笔硬度)。这时候漆膜如果和其他硬物接触,极易被划伤。有机硅涂料在接触高温、明火一段时间后,往往颜色会黄变或发灰,光泽也大大降低。经常可以看到,涂装有机硅涂料的燃气灶头,使用一个月就黯然失色,伤痕累累。炒锅外壁也是这样。
有机硅涂料尽管有一定的疏水性,但耐沾污、抗溶剂、耐酸碱等性能还不够好,因而燃气灶的面板上使用的有机硅漆膜脏后很难清洗。
现在国内有机硅树脂的制备技术成熟,厂家众多,竞争激烈,这使得有机硅涂料的价格可以做到非常低---在浙江某些炊具厂家集中的地区,当地产的低档有机硅涂料每公斤售价甚至低到了20元以下。大的涂料厂商,技术力量雄厚,所产的有机硅涂料耐温、硬度稳定性、抗粘污等性能比小厂好很多,往往占据了高端市场,价格相应也较高。但是有机硅涂料在大多数用户心目中已经定位成“低档涂料”,这种印象靠一两个大厂家的力量很难改变。因此高档有机硅涂料的竞争力不强。
有机硅涂料还有很多优点:附着力好,施工简便,对前处理要求低,光泽高,丰满度好,耐候性佳。同时,优秀的性能,方便的施工,低廉的成本,这些因素推动了有机硅涂料在家电领域得到广泛的使用。但有机硅涂料一般也不宜与食物长期接触;阻燃性也不是很好。有机硅涂料绝大多数使用二甲苯等油性溶剂作稀释剂,施工时容易造成对人体的毒害和对环境的污染。现在以水性化为代表的环保、健康和安全成为涂料发展的重要趋势,这也是有机硅涂料不能回避的问题。另外在200℃以上的高温环境下,在经常与其他物体接触的家用电器表面,使用有机硅涂料作表面保护与装饰,有些勉为其难。特别是对炊具、燃气灶、烤炉等使用温度在300-600℃的小家电制品而言,有机硅涂料并不是最理想的选择。
(二)氟碳涂料
氟碳涂料的历史比较短,但发展很快。氟碳涂料的基本成分是氟树脂,氟树脂的分子链结构中由于有C-F键,其键能为485KJ/mol,在所有化学键中堪称第一;碳链外又有氟原子形成的空间屏蔽效应,故其具有优异的化学稳定性、耐热、耐酸碱、阻燃/耐火、耐老化和自润滑性等。在家用电器上使用的主要是聚四氟乙烯(PTFE),它能在260℃以下长期连续使用,它不溶解或溶胀于任何已知的溶剂,即使在高温下,油水对它也不起作用。优异的自润滑和疏水疏油双疏性能,使得氟碳漆膜非常“不粘”,极易清洗。因此,在小家电领域,如炊具内壁,电熨斗底板,食品托盘,灶具面板等等,随处可见氟碳涂料的影子。
因生产PTFE最有名的厂家是美国杜邦公司,它给自己的氟碳涂料产品注册了一个商业名称“特富龙”(又称“特氟隆”,英文Teflon),业内有时候把“特富龙”与“氟碳涂料”混称。经过厂商的努力改进,水性氟碳涂料现在也比较成熟了,在氟碳涂料销量中的比重越来越大。
氟碳涂料的优点很明显,缺点也很明显,主要体现在硬度、耐温和施工三个方面。氟树脂本身也是热塑性的,常温下硬度只有2-3H,200℃以上更是低于H,形象的说法是“手指甲都能划伤”。因此,使用氟碳涂料的炒锅、电饭煲等炊具不能使用铁铲,洗刷也不能用钢丝球,甚至百洁布都不可以使用。电熨斗底板在使用中,如遇拉链、钮扣等硬物,也是