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耐高温颜料现状及前景预测


发布者:admin 查看次数:376 发布时间:2015/3/26

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--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200250℃,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2-3H200℃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,也是非常容易划伤。如果我们细心观察一下,可以看到在商场展台上某些使用氟碳涂料的电熨斗,在底板上贴上一层耐磨的保护膜,可见氟碳涂料是多么的“娇贵”。氟碳涂料耐温只有260℃,为避免划伤,实际适合的使用温度是180℃以下。而大多数用于高温环境的家电,都工作在这个温度以上。
另外,据美国的媒体报道,氟碳涂料在800℃以上会分解,会释放出有毒/致癌气体。这一说法并未得到权威机构的认证,也没有充分的试验依据,但消费者对此还是很敏感的。
施工方面,PTFE氟碳涂料必须要烘烤,烘烤温度较高380-420℃而且要求很严格,温差要求控制在±5℃以内,有些厂家的氟碳涂料还要按照一定的升温曲线烘烤。这无疑大大加重了厂家在设备、能耗上的投资,操作难度的增加相当于提高了废品出现的机率。大多数氟碳涂料都要2-3次喷涂,1-2次烘烤。多一道喷涂或者多一道烘烤,就意味着家电厂家要多投资和维护一套涂装设备或烘道。
还有一些性能之外的因素也影响了氟碳涂料的发展。氟碳涂料的核心是氟树脂,目前国内外成熟掌握氟树脂的生产工艺、并能快速跟进市场需要改进产品的原料供应商并不太多,目前产量也跟不上,而很多涂料厂家是购进氟树脂“勾兑”式生产。这样氟碳涂料的价格一直居高不下,这也大大削弱了其市场竞争力。
粉末涂料
严格说来不能把粉末涂料和有机硅涂料、氟碳涂料这样类比因为粉末涂料只是涂料的一种加工形态!并不说明其中的成分。但因为粉末涂料在家电领域使用越来越广泛!同时粉末涂料所使用的树脂大多数是环氧或聚醋其他有机硅等树脂很少做成粉末涂料来使用,故在介绍小家电使用的耐高温涂料时,笔者把粉末涂料单独列出讨论。粉末涂料是一种含有100%固体份的、以粉末形态进行涂装的涂料它与一般溶剂型涂料和水性涂料不同不是使用溶剂或水作为分散介质进行湿涂而是借助于空气作为分散介质进行干涂。粉末涂料具有独特的技术性能、更加经济、更加安全和健康。技术方面粉末涂料涂装后漆膜更均匀性能更一致不必使用底漆有优良粘接性施工更容易%可以有大范围的膜厚度从而可以有效提高硬度、耐磨性和耐冲击性;非常好地耐多种化学物品;漆膜非常致密,有效隔绝水气、氧气、酸碱盐分等,防腐保护性能较好;耐热性好;外观饱满。经济方面粉末涂料不耗溶剂通常为一次涂用能够高度自动化,涂料可以回收再利用相对高的颜料填充剂可使涂料的制造成本更低廉。安全方面,在涂装和固化的过程没有挥发物释放减少火灾或爆炸的危险。
因为这些优点粉末涂料大多用来涂装家电产品的外壳等。粉末涂料也存在着一些问题:涂料产品制备复杂精确的调色比液体涂料困难很多在产品生产线中改变颜色较困难,大多需要相对较高的烘房温度多数在150℃以上;现有液体涂料的涂装线不能直接涂装粉末涂料,回收设备比较复杂要求较高外观相对不够平整细腻漆膜作厚容易作薄难在有的工件上太厚的涂层太浪费,而且可能达不到理想效果。



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