日用陶瓷不粘器皿的開發(fā)

摘 要：本文主要介紹了日用陶瓷不粘器皿的產(chǎn)品特點、功能和開發(fā)技術(shù)，著重介紹了由高分子材料制成的不粘涂料在日用陶瓷上的應(yīng)用，研究了不粘涂層與陶瓷基體結(jié)合的基本條件及施工工藝，開發(fā)生產(chǎn)出具有優(yōu)良不粘特性的日用陶瓷制品。

關(guān)鍵詞：日用陶瓷；不粘涂層

1 前 言

日用陶瓷不粘器皿是指日用陶瓷接觸食物的部分牢固附著有不粘涂層。它在使用中具有不易粘附食物、食物不易燒焦、制品在使用后易于清洗等優(yōu)點。不粘器皿屬于日用陶瓷的新品種，特別適合于微波爐上使用。

20世紀60年代，美國杜邦公司率先研發(fā)出不粘涂料。該涂料是以聚四氟乙烯為主要材料，聚四氟乙烯具有較好的化學穩(wěn)定性和耐候性，其熔融溫度為330~385℃。涂料固化成膜層之后，具有不粘（憎水性）、耐腐蝕性能，且涂層固化后不易被分解揮發(fā)。幾年前，美國國內(nèi)曾對杜邦公司生產(chǎn)的不粘涂料的衛(wèi)生方面提出質(zhì)疑（主要懷疑有害揮發(fā)物的產(chǎn)生），但因為未有確切證據(jù)而無明確定論。目前，不粘涂料已有多個國家生產(chǎn)，在我國也已得到普及和使用。

不粘涂料主要應(yīng)用于金屬飲具、食品器械等方面。不粘涂料在金屬基材上的應(yīng)用，很關(guān)鍵的一點是要選擇具備適應(yīng)性的金屬材質(zhì)，例如鋁合金、不銹鋼等。1986年，潮州市鋁制品廠通過選擇抗氧化比較好的銅鋅合金，成功地將不粘涂料應(yīng)用于銅基材上，可見，不粘涂料的使用效果與金屬基材有密切關(guān)系，基材的預(yù)處理至關(guān)重要。金屬基材經(jīng)過機械粗化（如噴砂）之后，表面形成凹凸點，凸點在重復(fù)噴砂中形成鉤狀，有利于涂層的結(jié)合。而鐵基材應(yīng)先經(jīng)磷化處理，形成抗氧化和防銹膜層。

20世紀末期，曾有人對不粘涂料在陶瓷基體上的應(yīng)用作過研究，其結(jié)果并不理想，主要是不粘涂層與陶瓷基體的結(jié)合問題未能解決。研究發(fā)現(xiàn)，不粘涂層在陶瓷基材上結(jié)合不牢的原因，是由于陶瓷屬于硬度很高的結(jié)晶物，在機械粗化處理中產(chǎn)生表面脫屑，不能產(chǎn)生鉤狀的峰點；陶瓷在坯體成形中，很難形成均勻且深度小于0.2mm的粗化點；而且陶瓷由于配方和燒成溫度的差別，導(dǎo)致產(chǎn)品吸水率不同，吸水率高時，在不粘涂層的制備過程中易產(chǎn)生氣體，沖脫不粘膜層，導(dǎo)致涂層附著不牢固。

2 試 驗

通過分析陶瓷基材的特點，根據(jù)不粘涂層牢固結(jié)合的要素，優(yōu)化生產(chǎn)工藝及不粘涂層的施工。

2.1工藝流程

原料選用→坯體成形→坯體外施釉→坯體燒成→制品內(nèi)面機械粗化處理→制品內(nèi)面清潔→制品內(nèi)面噴涂不粘涂料（底漆）→涂層烘干成膜→制品內(nèi)面噴涂不粘涂料（面漆）→涂層燒結(jié)→涂層冷收縮處理→制品檢驗。

2.2工藝要點

2.2.1原料選用

陶瓷泥、釉應(yīng)選擇適應(yīng)中高溫燒成的原料，通常燒成溫度在1250℃以上，確保產(chǎn)品的吸水率不大于3%，因為吸水率太大會影響不粘涂層的結(jié)合力。泥、釉的膨脹系數(shù)要基本一致，確保釉層與坯體結(jié)合良好。

2.2.2坯體成形

坯體可采用滾壓或注漿成形，最好是滾壓成形，以提高坯體的密度。

2.2.3坯體外施釉

制品內(nèi)腔是接觸食物和噴涂不粘涂層部分，不必施釉，只對外部施釉。既可節(jié)省瓷釉，又減少了后續(xù)內(nèi)腔機械處理的難度。有些產(chǎn)品可根據(jù)需要，先素燒后施釉。

2.2.4坯體燒成

坯體燒成是按照制品常規(guī)的燒成制度進行，要保證溫度的均勻性，盡量減小溫差。燒成氣氛對制品外觀有影響，對后續(xù)的不粘涂層施工無直接影響。出窯產(chǎn)品不應(yīng)接觸水或溶劑類物質(zhì)，不應(yīng)置放于潮濕的環(huán)境中。

2.2.5制品內(nèi)面機械粗化處理

制品內(nèi)面（即內(nèi)腔）應(yīng)進行表面粗化處理，有利于涂料的結(jié)合，一般采用機械噴砂粗化法。噴砂過程及噴砂之后的制品嚴禁油污沾附，制品噴砂面的均勻和粗細程度對后續(xù)不粘涂層的結(jié)合力將產(chǎn)生直接影響。

2.2.6制品內(nèi)面清潔

在不粘涂料噴涂前，應(yīng)對制品的被噴涂面進行清潔。最好的清潔方法是超聲波清潔，條件不允許時，也可采用加壓的清潔空氣吹塵處理。

2.2.7制品內(nèi)面噴涂不粘涂料（底漆）

不粘涂料通常分為底漆和面漆。底漆的作用是與陶瓷基體結(jié)合又能與面漆親和，形成復(fù)合層。如果不分底漆和面漆，則影響涂層結(jié)合力和不粘性能。噴涂底漆采用精密的壓出式噴槍，也可專設(shè)加壓容器；涂層應(yīng)均勻、不流掛、不露底、不超厚；涂層厚度通常為0.5~1mm。噴涂作業(yè)過程不得產(chǎn)生污染，特別是對噴涂層的污染。

2.2.8涂層烘干成膜

已噴涂底漆的制品采用烘干爐進行烘干，溫度控制在120℃左右，使涂層烘干成膜。

2.2.9噴涂不粘涂層（面漆）

經(jīng)噴涂底漆并烘干成膜的膜層上加噴面漆。面漆的主要成份為聚氟樹脂，配制成分散液。噴涂需均勻，不得流掛，厚度約為底漆厚度的二分之一。

2.2.10涂層燒結(jié)

經(jīng)噴底漆和面漆的制品送入燒結(jié)爐中進行燒結(jié)。升溫速度不宜太快，溫度到達330℃之后，用15~20min時間，使溫度達到385℃以上。目前不同廠家生產(chǎn)不粘涂料的配方有差異，最低的燒結(jié)溫度不低于385℃，特殊的配方可達440℃。應(yīng)根據(jù)涂層生產(chǎn)商的要求進行溫度控制。一般情況下，燒結(jié)溫度高比燒結(jié)溫度低的質(zhì)量更好。但是燒結(jié)溫度過高，特別是達到500℃之后，可能會產(chǎn)生揮發(fā)物對環(huán)境造成污染，也影響制品質(zhì)量。

2.2.11涂層冷收縮處理

為提高涂層的硬度和耐磨性，制品出窯時可進行急冷處理。不粘涂層本身可以在350℃時急速進入冷環(huán)境（如風冷、水冷等），但涂層附著在日用陶瓷上，則應(yīng)考慮到日用陶瓷的耐熱性。普通的日用陶瓷的抗熱震性為180~20℃熱交換一次不裂，因此，日用陶瓷不粘涂層的冷收縮處理只能在180℃以下，而精細陶瓷烹調(diào)器則例外。

2.2.12制品檢驗

制品除了按日用陶瓷的標準要求檢驗外，還應(yīng)對涂層進行檢驗，包括涂層外觀缺陷和結(jié)合強度等。衛(wèi)生指標應(yīng)符合食品容器的衛(wèi)生要求。

3 總 結(jié)

日用陶瓷不粘器皿的生產(chǎn)，重點是解決涂層與陶瓷基體的結(jié)合力問題，應(yīng)從原料選用、各工序的嚴格控制來確保制品的質(zhì)量。

筆者經(jīng)過研究和試驗，將核心技術(shù)應(yīng)用于制品的批量生產(chǎn)中，生產(chǎn)的產(chǎn)品符合相關(guān)標準要求，特別是制品的衛(wèi)生指標穩(wěn)定。經(jīng)國內(nèi)質(zhì)監(jiān)部門及境外的SGS機構(gòu)檢測，以及國外客戶的檢測，均能符合要求，包括采用美國FDA175.300條款，“關(guān)于重復(fù)使用的容器表面的涂料的規(guī)定”中的“食物容器可溶性氯仿提取物限量測定方法”測定，其結(jié)果也符合要求。

可以看出，不粘涂層（聚氟高分子材料）在陶瓷基體上的應(yīng)用，關(guān)鍵要求是材料質(zhì)量的可靠和穩(wěn)定、技術(shù)的成熟和工藝的規(guī)范。不粘涂層除了在日用陶瓷的應(yīng)用之外，在衛(wèi)生陶瓷等其它類型產(chǎn)品的應(yīng)用上，也會產(chǎn)生良好的效果。國內(nèi)已產(chǎn)生了經(jīng)授權(quán)的不粘衛(wèi)生陶瓷等系列專利。