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各種耐高溫塗料現狀及發展分析

鸿运来彩票:2015-12-04 15:43:16

塗料的作用主要是保護、裝飾、以及附加新性能。在家電領域,特別是長期在高溫環境下使用的小家電産品,對塗料的要求同樣集中在這三點上。但因高溫環境的原因,要求有所側重且標准更高。

在高溫環境下使用的小家電産品是很多的,如:燃氣竈具、鍋煲等炊具、電磁爐、微波爐、烤爐烤箱、電熨鬥、電吹風、燙發夾、熱水器、浴霸、取暖器、洗碗機、消毒櫃,等等。這些電器中,絕大部分加熱元件或離熱源很近的工件,是長期工作在100℃以上高溫環境下的。環境中的高溫、明火、頻繁摩擦,加上油、水、鹽、酸堿等物質,使得小家電對耐高溫塗料必然提出了更高的要求。


(一)保護作用:

塑料材料件因成本低、易加工、分量輕等優點,在小家電中得到廣泛使用,但因高分子材料制品分子結構受溫度影響很大的原因,家電中常用的工程塑料件一般耐不了很高溫度,大部分不能長期工作在80℃以上,超過200℃的工程塑料在實用中比較少見。超過其耐溫上限以後,塑料件會出現軟化,熔解,變形等,嚴重影響其使用。(包括所有的有機塗料,因成膜物質同樣是高分子材料,同樣會出現類似現象)因此,在小家電的高溫位置,大多使用金屬制品。

金屬制品(常用鋁、鐵、銅、鋼等)在高溫的作用下,比常溫下更易氧化,加上家電往往使用在油、水汽、鹽分、弱酸、弱堿比較多的環境,金屬制品如果不做保護,極易出現鏽斑、腐蝕、表面硬度下降等現象,而且表面光澤下降,嚴重影響美觀。比如現在燃氣竈的爐頭流行使用銅抛光處理工藝,新鮮的銅裸露在空氣中,本身就極易氧化,實際使用時,600℃以上的高溫加上炒菜使用的,油、鹽、水等,可以迅速地讓嬌嫩的銅表面變的斑斑駁駁、黯淡無光。

因此小家電高溫部分對塗料的保護要求,主要是耐高溫、隔絕空氣、防氧化、防腐蝕(耐腐蝕)。同時作爲塗料的基本要求,還要耐磨、抗沖擊、有一定硬度、抗劃傷、附著力好,以及在使用溫度內不變色、高溫下不會變形、焦化、爆皮、脫落等等。

(二)裝飾作用:

家電作爲日常家居用品,對外觀的要求相當高。塗料就是家電外面的“衣服”,這層“衣服”除了基本功能之外,自然要美觀、時尚,否則就抓不住顧客的“第一眼”。因此,家電廠家在選擇塗料時,對塗料的光滑度、光澤、豐滿度、色彩、紋理等等都有著很高的要求。不過,每個廠家也有自己審美習慣,另外受國外大量采購的客戶的影響和潮流的影響,每個廠家對外觀的要求又各不相同。比如:歐美的顧客往往喜歡家電産品光澤不要太高,要自然、大方。而國內的消費者相對更喜歡家電産品外觀光澤高、感覺新而亮麗。

(三)附加新功能

除了保护和装饰,越来越多的耐高溫塗料,被要求给家电产品赋予特定使用领域中的新功能。

最典型的例子莫過于“不粘鍋”,塗料良好的不粘性能,使鍋的清洗大爲簡便。隨著生活水平的提高,環保和保健意識的加強,人們不斷給塗料提出諸如抗菌、防黴、除臭、防火、更加環保安全等要求。家電廠家由于市場競爭的需要,也不斷開發新産品新功能,使自己的産品有與衆不同的新賣點。比如遠紅外塗料可以使加熱電器升溫快、加熱均勻、能耗低,並對人體有保健作用,因而受到家電廠商的追捧。

以上是小家电产品对耐高溫塗料的基本要求。另外,站在家电生产厂家的角度,涂料最好具有施工方便、对前處理要求低、加工能耗低、環保、塗裝時對工人無毒害、對環境少汙染的優點,特別是綜合成本盡可能低而附加值高。

目前,小家电上使用的耐高溫塗料种类繁多,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,粉末塗料,搪瓷,以及新近出現的無機瓷膜塗料

(一)有機矽塗料

有機矽塗料是在高溫環境中使用最多的塗料,也是種類最繁多的。

有機矽塗料的主要成份是有機矽樹脂,它以矽-氧-矽爲主鏈,矽原子上連接有機基團,屬于半無機高聚物。“矽=氧”化學鍵鍵能較高(363kJ/mol),因而比較穩定,耐熱性和耐高溫性能均很高。一般說來其熱穩定性範圍可達200~250℃,特殊類型的樹脂可以更高一些。在制成塗料的過程中,通過在樹脂中添加合適的顔填料和助劑,可以使塗料耐熱性提高到600℃甚至更高。在大分子主鏈上引進甲基、苯基等各種功能基團,也可以使有機矽樹脂力學性能、剛性、強度、電絕緣性能、耐高壓電弧、疏水性、耐腐蝕性能等等得到很大的提高,這也成就了有機矽塗料種類、功能的豐富多樣。

但有機矽塗料也存在很多明顯的問題:有機矽塗料盡管耐溫很高,但是在高溫下會出現嚴重的“回粘”現象,也就是漆膜硬度下降得很厲害,低檔有機矽塗料,升溫到200℃硬度就可能下降到H(鉛筆硬度)。這時候漆膜如果和其他硬物接觸,極易被劃傷。有機矽塗料在接觸高溫、明火一段時間後,往往顔色會黃變或發灰,光澤也大大降低。經常可以看到,塗裝有機矽塗料的燃氣竈頭,使用一個月就黯然失色,傷痕累累。炒鍋外壁也是這樣。有機矽塗料盡管有一定的疏水性,但耐沾汙、抗溶劑、耐酸堿等性能還不夠好,因而燃氣竈的面板上使用的有機矽漆膜髒後很難清洗。

現在國內有機矽樹脂的制備技術成熟,廠家衆多,競爭激烈,這使得有機矽塗料的價格可以做到非常低---在浙江某些炊具廠家集中的地區,當地産的低檔有機矽塗料每公斤售價甚至低到了20元以下。大的塗料廠商,技術力量雄厚,所産的有機矽塗料耐溫、硬度穩定性、抗粘汙等性能比小廠好很多,往往占據了高端市場,價格相應也較高。但是有機矽塗料在大多數用戶心目中已經定位成“低檔塗料”,這種印象靠一兩個大廠家的力量很難改變。因此高檔有機矽塗料的競爭力不強。

有机硅涂料还有很多优点:附着力好,施工简便,对前處理要求低,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)氟碳塗料

氟碳塗料的曆史比較短,但發展很快。氟碳塗料的基本成分是氟樹脂,氟樹脂的分子鏈結構中由于有C-F鍵,其鍵能爲485KJ/mol,在所有化學鍵中堪稱第一;碳鏈外又有氟原子形成的空間屏蔽效應,故其具有優異的化學穩定性、耐熱、耐酸堿、阻燃/耐火、耐老化和自潤滑性等。在家用電器上使用的主要是聚四氟乙烯(PTFE),它能在260℃以下長期連續使用,它不溶解或溶脹于任何已知的溶劑,即使在高溫下,油水對它也不起作用。優異的自潤滑和疏水疏油雙疏性能,使得氟碳漆膜非常“不粘”,極易清洗。因此,在小家電領域,如炊具內壁,電熨鬥底板,食品托盤,竈具面板等等,隨處可見氟碳塗料的影子。

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冊了一个商业名称“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。

氟碳塗料的優點很明顯,缺點也很明顯,主要體現在硬度、耐溫和施工三個方面。氟樹脂本身也是熱塑性的,常溫下硬度只有2-3H,200℃以上更是低于H,形象的說法是“手指甲都能劃傷”。因此,使用氟碳塗料的炒鍋、電飯煲等炊具不能使用鐵鏟,洗刷也不能用鋼絲球,甚至百潔布都不可以使用。電熨鬥底板在使用中,如遇拉鏈、鈕扣等硬物,也是非常容易劃傷。如果我們細心觀察一下,可以看到在商場展台上某些使用氟碳塗料的電熨鬥,在底板上貼上一層耐磨的保護膜,可見氟碳塗料是多麽的“嬌貴”。氟碳塗料耐溫只有260℃,爲避免劃傷,實際適合的使用溫度是180℃以下。而大多數用于高溫環境的家電,都工作在這個溫度以上。

另外,據美國的媒體報道,氟碳塗料在800℃以上會分解,會釋放出有毒/致癌氣體。這一說法並未得到權威機構的認證,也沒有充分的試驗依據,但消費者對此還是很敏感的。

施工方面,PTFE氟碳塗料必須要烘烤,烘烤溫度較高(380℃-420℃)而且要求很嚴格,溫差要求控制在±5℃以內,有些廠家的氟碳塗料還要按照一定的升溫曲線烘烤。這無疑大大加重了廠家在設備、能耗上的投資,操作難度的增加相當于提高了廢品出現的機率。大多數氟碳塗料都要2-3次噴塗,1-2次烘烤。多一道噴塗或者多一道烘烤,就意味著家電廠家要多投資和維護一套塗裝設備或烘道。

還有一些性能之外的因素也影響了氟碳塗料的發展。氟碳塗料的核心是氟樹脂,目前國內外成熟掌握氟樹脂的生産工藝、並能快速跟進市場需要改進産品的原料供應商並不太多,目前産量也跟不上,而很多塗料廠家是購進氟樹脂“勾兌”式生産。這樣氟碳塗料的價格一直居高不下,這也大大削弱了其市場競爭力。

粉末塗料

严格说来不能把粉末塗料和有机硅涂料、氟碳涂料这样类比因为粉末塗料只是涂料的一种加工形态!并不说明其中的成分。但因为粉末塗料在家电领域使用越来越广泛!同时粉末塗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塗料来使用,故在介绍小家电使用的耐高溫塗料时,笔者把粉末塗料单独列出讨论。粉末塗料是一种含有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。粉末塗料具有独特的技术性能、更加经济、更加安全和健康。技术方面粉末塗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。经济方面粉末塗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。

因为这些优点粉末塗料大多用来涂装家电产品的外壳等。粉末塗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);现有液体涂料的塗裝線不能直接涂装粉末塗料,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。

搪瓷工藝

搪瓷工藝具有数千年的历史它堪称无机涂料的代表。搪瓷工藝的基本原理是把矽酸盐、氧化物等无机粉末高温熔化后覆盖在无机坯体外面。搪瓷的概念和陶瓷、珐琅、釉非常接近,一般来说坯体为粘土质的称之为陶瓷器:如为金属坯体则称之为搪瓷或珐琅(珐琅现今一般作艺术搪瓷讲)。搪瓷涂层的表面也常成为“釉面”。涂料界有人把搪瓷称为“陶瓷涂料”,也有人把添加了大量陶瓷粉的环氧等涂料成为“陶瓷涂料”。

搪瓷有着一般有机涂料无法比拟的独特优点耐温高一般可以耐到)800℃甚至更高,耐腐蚀,对强酸和一般的碱“抵抗力”很强涂层很厚且比较致密,不渗水,防腐防锈性能优异;硬度高,在9H以上(表面的铅笔硬度)而且硬度不会随着温度发生变化,耐磨擦耐电压绝缘性非常好耐候性超常属于“永久型”的涂层耐火附着力好,表面易清洁不结水垢,外观丰满,无毒非常安全。搪瓷还具有天然的远红外功能加热时释放出远红外射线特别适合加热领域升温快,加热均匀且对人体无害。搪瓷工藝历史悠久,因为其独特的性能现在仍然大量使用在家电产品上。中高档家用电热水器大多数采用搪瓷内胆,使用寿命(一般5年以上)远高于不锈钢内胆(一般2年)和树脂内胆(一般3年)在燃气灶(面板)、炊具、电烫发夹、电取暖器,还有食品容器等家电产品上也时常可以看到搪瓷制品的身影。

不過搪瓷的缺點也非常明顯主要集中在柔韌性、施工、外觀、成本等方面。

硬度太高随之而来的就是柔韧性很差太“脆”,抗冲击、抗摔的能力很差,耐冷热温变的能力也比较差,加工复杂必须要经过850℃以上高温烧结而成,远高于铝的熔点660℃所以搪瓷工藝只能使用于钢、铁等熔点较高的金属上加工的能耗非常高,操作也不易掌握,易出现砂眼、气泡等瑕疵,成品率低,返工困难,造成搪瓷工藝的综合成本非常高一一例如搪瓷燃气灶面板的成本和不锈钢相差无几。搪瓷工藝的色彩比较单调常见颜色是黑、大红、蓝、绿、黄等目前用在炒锅内的瓷釉面只有黑色能长期稳定使用。搪瓷涂层表面外观不细腻有的工艺易出现“桔皮”现象感觉档次不高,搪瓷涂层和粉末塗料一样,只能作厚,不能做薄。另外,在热水器内胆等精密产品的制备上对搪瓷表面毛细针孔合格率(尤其是焊缝处)要求高但检查较困难。

值得關注的是現在熱噴塗技術发展非常快。热喷涂不同于传统的搪瓷工藝,它是利用热源将陶瓷粉等无机材料加热熔化靠热源自身动力或外加高速气流喷射到基体表面形成涂层的工艺方法。热喷涂有火焰喷涂、电弧喷涂等离子喷涂等种类。其优点有工件不限,不像搪瓷工藝对基材那么挑剔,涂层更加致密,结合强度显著提高,孔隙率大大降低,耐腐蚀效果更好,涂层广泛,通过使用特殊的涂层材料可以大大丰富和加强涂层性能。

瓷膜塗料

无机涂料一般耐高温、硬度高、超耐候、耐腐蚀,大部分性能指标远远高于有机涂料,并且非常环保,但涂装大多需要高温,超高温,色彩种类不丰富,表面效果不佳,严重限制了其使用用途。而有机涂料除涂装容易外,又具有韧性好,色彩丰富,装饰性佳,对基材适用性强等优点。可见,无机涂料的优点多数是有机涂料捉襟见肘之处,有机涂料的优点也是无机涂料的软肋,而瓷膜塗料的出现,恰恰将两者的优点结合。

瓷膜塗料是一种崭新的涂料种类,它现身市场不过3,4年的时间,但发展非常快,瓷膜塗料的技术思路和原油涂料不同,日本对瓷膜塗料的研究起步最早,韩国瓷膜塗料的技术发展也日趋成熟,市场接受速度非常快,韩国的家电产品特别厨卫设备,加热设备中,瓷膜塗料使用的比例越来越高。目前国内也有厂家开始推广自主研发的瓷膜塗料产品,如宜瓷龙等品牌,这也显示了我国涂料界跟踪国外先进技术的速度和实力。

瓷膜塗料使用纳米无机氧化物作为基础的成膜物质,而不使用绝大多数有及涂料都使用的树脂,它经过低温烘烤、脱水反应后,形成“硅铝”键为主的致密网状结构,这种分子结构非常类似搪瓷的结构。因而具有接近搪瓷的耐高温(>600℃)、耐腐、耐水、耐候(>30年)、耐火、疏水疏油(不粘)、无毒等物理性能,同时具有相当高的硬度(6-9H),耐磨性非常好,尤其是高温下硬度不变化,高温耐磨性非常好。

同时,瓷膜塗料未涂装前是液态,可以通过有机涂料常用的有气喷涂、靜電噴塗等方式進行塗裝,烘烤溫度更低更寬泛(100-250℃),廠家不需要另外增加生産線或者大幅度改動生産線,塗膜在大部分基材上附著力很好,甚至是玻璃、石材等無機基材。所以塗膜很薄,柔韌性也比搪瓷大大改觀,並可以加入各種顔填料形成豐富的色彩,還可以做成透明狀,外觀比無機塗料更加豐富和美觀,塗料爲水性,施工環保,納米材料的質地,還具有抗菌、防黴的優勢;它還繼承了搪瓷塗料的遠紅外特點,加熱效率高,效果更佳,能耗也低。

瓷膜塗料结合了无机和有机涂料的优点,可以应用在电熨斗底板的耐磨、炊具内壁的高温耐磨、香肠机、汉堡机、烙饼机的耐温、不粘与耐磨,烧烤炉、壁炉的高温保护,燃气灶的装饰与保护等。

以发展迅速的电磁炉为例,现在美国的电磁炉微晶玻璃面板价格低廉因而被大量采用。但因为工艺技术问题,面板表面微孔较多,不能挡住油污、灰尘等,防污能力差、疏水疏油性也较低,且容易黄变,这是目前国产微晶面板和进口面板的主要差距。因为电磁炉与锅体接触的部位,温度在300℃以上,瞬间能达到500℃或更高,常见的有机涂料(有机硅涂料和氟碳涂料)都不能同时保证耐温和硬度两个指标,在微晶玻璃板表面上涂装瓷膜塗料后,可以封住微孔,加上瓷膜塗料本身很好的不粘性,增强了面板的防污效果。涂膜附着力好,耐高温,高温下硬度不变,耐磨,因而可以长期使用,还可以利用涂料改换面板的颜色,增加金属质感,提高光泽等,提升面板的外观,缩小了和国外高档产品的差距。

瓷膜塗料在市场上应用时间较短,但也暴露出一些缺点,柔韧性、耐冷热温变相比有机涂料还有不足,容易做到亚光和中光,但不容易做高光,丰满度也略差,多为双组份,施工稍复杂,不适合流水线长期连续涂覆,不粘性比氟碳涂料还有差距,对前處理要求比较高,在有机基材上附着力不佳,重涂性不理想等,因此瓷膜塗料还需要不断改善。

目前进口瓷膜塗料的价格相当高,国产瓷膜塗料价位和中档氟碳涂料接近,不过随着市场接受程度的提高、产量的扩大、价格将逐渐走低,综合来看,由于具有性能优势、价格优势和新的卖点,瓷膜塗料前景乐观。






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