[发明专利]具有改善的疏水特性的不粘涂层

说明书

本申请是申请日为2008年4月10日、申请号为200880012640.7、发明名称为“具有改善的疏水特性的不粘涂层”的中国发明专利申请的分案申请。

本发明一般涉及用于炊具的不粘涂层，该不粘涂层显示出改善的疏水特性和耐高温特性。

在本领域中，基于珐琅(enamel)的涂层是已知的，但是这些涂层不具有适当的不粘性，并且需要较高的玻璃化(vitrification)温度(高于540℃)。溶胶-凝胶涂层特别是通过硅烷聚合得到的那些涂层也是已知的。但是它们不能沉积太大的厚度，并且通常是厚度为约10微米的釉陶(faience)。并且，它们的附着只有长时间应用足够高的温度才能实现，例如温度高于400℃持续至少30分钟。相反，这种类型的涂层可广泛用在比基于PTFE的涂层的适用温度更高的温度下，该温度可高达600℃，而相对的基于PTFE的涂层最高为300℃。但是，这是以不粘性的损失为代价的。

这类涂层的缺点是在受到可能侵蚀该涂层表面的侵害后会丧失其疏水特性，尤其是诸如由洗碗机洗涤剂引起的化学侵害，或者诸如由磨蚀性磨光器(buffer)对涂层的过度刮擦引起的机械型侵害，或者甚至是在极端温度下暴露几分钟时间。

为了解决这些问题，本申请的申请人开发了一种不粘涂层，该涂层通过基于至少一种金属性烃氧基化物(metallic alcoxide)和胶体金属氧化物的组合物的溶胶-凝胶聚合获得。申请人意外地发现当向这种组合物中加入非常少量的硅油时，由这种组合物通过溶胶-凝胶聚合形成的涂层不仅耐高温，而且能够承受与Bünsen燃烧器的火焰(其温度高于600℃)接触约几分钟，并且随后迅速恢复其疏水特性。

本领域技术人员公知可以使用硅油由基于烃氧基硅烷(alcoxysilane)和硅胶的组合物制备溶胶-凝胶涂层。

美国专利申请US2006/0147829记载了制备用于自净表面的超疏水涂层的方法，该涂层与水的接触角大于130°。该方法包括尺寸优选为1nm到100nm的纳米颗粒(特别是二氧化硅纳米颗粒)的制备步骤，以及用疏水试剂和添加剂对这些颗粒进行处理的处理步骤，所述疏水试剂优选基于硅，并且所述添加剂选自无机和有机碱类。这些纳米颗粒由包含水、溶剂特别是醇类、和金属性烃氧基化物如四甲氧基硅烷(TMOS)或四乙氧基硅烷(TEOS)的前体通过湿合成方法，特别是溶胶-凝胶法制得。在纳米颗粒形成后，将它们直接与疏水试剂和添加剂混合，并让其在0-100℃的温度下反应。通过任何用于由液体生成涂层的技术(通过离心、浸渍或通过用刷或辊涂覆)，将所得材料涂敷(apply)到基材(特别是玻璃、塑料、金属、陶瓷或聚合物或复合物)上。随后，在涂敷到所述基材之后，在室温到200℃的温度下对涂层进行干燥。所得涂层具有疏水表面，该表面与水形成的接触角大于130°，或者甚至大于150°。

然而，在US2006/0147829中没有提及所得涂层的不粘特性，亦未提及其耐高温能力，以及在涂层表面受到侵害后显示疏水特性的能力。此外，US2006/0147829没有公开所述溶胶-凝胶涂层为厚度至少10μm的连续膜形式。

因此，本发明的主题是一种具有改善的疏水特性并且耐高温的不粘涂层，其特征在于，其为厚度至少10μm的膜形式，并且由包括以下成分的溶胶-凝胶材料构成：

-至少一种金属性多烃氧基化物(polyalcoxylate)的基质，

-分散在所述基质中的占所述涂层总重的至少5％重量比的至少一种胶体金属性氧化物，以及

-至少一种硅油。

优选地，本发明的涂层不含PTFE。

金属性多烃氧基化物和硅油确保了所述涂层表面的疏水特性的主要方面。事实上，金属性多烃氧基化物具有疏水基团，该基团在与火焰接触期间的高温下被破坏。但是这种疏水特性的消失是暂时的，因为它会逐渐被多烃氧基化物中捕集的硅油所补偿，并且其中所述表面的极微小的迁移有利于所述膜表面的多烃氧基化物的疏水基团不断重构。

已经证明，对于包含至少0.1％重量比硅油的本发明涂层，在新鲜(fresh)烹饪时疏水特性的重构是充分的。事实上，在火焰接触型的热侵害之后，沉积到本发明涂层上的水滴的静态接触角Θ的数值约为20°。在一段包括在至少5分钟的时间段内由室温再次加热至200℃的疏水特性重构过程之后，即当所述炊具适用于新烹饪过程时，该静态接触角提升到至少75℃。