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廚房電器等產(chǎn)品尤其是油煙機(jī)長(zhǎng)期處于重油煙環(huán)境中，極易在其表面及內(nèi)腔粘附油垢或食物殘?jiān)枚弥畷?huì)成為細(xì)菌、霉菌等微生物滋生的溫床，進(jìn)而產(chǎn)生異味，存在嚴(yán)重的健康隱患，用戶體驗(yàn)極差[1]。

近年來(lái)，在當(dāng)前國(guó)家綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展的背景驅(qū)動(dòng)下，由于粉末涂料具有零VOC排放的優(yōu)點(diǎn)，在整個(gè)涂料、涂裝行業(yè)成為快速發(fā)展的領(lǐng)域。

在這種情況下目前家用油煙機(jī)、廚房電器大多采用了粉末噴涂，還有金屬餐桌等采用的也是粉末噴涂。所以，易清潔粉末涂料變成了必然選擇。油煙機(jī)和金屬餐桌等涂裝上此類涂層后，油污等污染物不易黏附，具有良好的易清潔效果[2-4]。

本文針對(duì)廚房油煙機(jī)用疏水疏油粉末涂料，從疏水疏油機(jī)理出發(fā)選擇合適的原材料并進(jìn)行性能評(píng)估，最終制備出耐油污易清潔的粉末涂料。

同時(shí)考慮油煙機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于高溫水蒸氣環(huán)境，對(duì)涂層耐水性能進(jìn)行了改善。所制備的涂層不僅具備防油污功能，易清潔，同時(shí)機(jī)械性能、耐水性性能、外觀裝飾性優(yōu)異。

1.1 主要原材料

所用原材料及其基礎(chǔ)配方配比如表1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備：電子天平:瑞安市英衡電器有限公司；高速混合機(jī):東華原醫(yī)療；粉末專用雙螺桿擠出機(jī)：煙臺(tái)東源粉末設(shè)備有限公司；磨粉機(jī)：揚(yáng)州日昇涂裝粉末機(jī)械有限公司；靜電噴槍：金馬涂裝（上海）有限公司；烘箱：愛斯佩克。檢測(cè)設(shè)備：光澤儀：BYK；秒表：深圳市惠波工貿(mào)有限公司；沖擊試驗(yàn)儀:BYK、水煮箱：TAISITE；鹽霧試驗(yàn)機(jī):翁開爾；接觸角測(cè)量?jī)x器：拓普索（北京）儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

按配方準(zhǔn)確稱取各原材料，用高速混合機(jī)混合均勻，用雙螺桿擠出機(jī)擠出，破碎后使用磨粉機(jī)進(jìn)行粉碎，破碎后過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩，獲得粉末涂料組合物。然后將所得的粉末涂料進(jìn)行靜電噴涂，固化條件為200℃×15min，然后進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試。

1.4 性能測(cè)試

性能指標(biāo)及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及方法如表2所示。

不沾油性直觀的測(cè)試方法及普通粉末與疏水疏油粉末在不沾油性能上的差異如圖1、圖2所示。

目前常見的易清潔涂層技術(shù)主要有疏水不沾涂料和親水易潔涂料。根據(jù)水在材料表面潤(rùn)濕性能的不同，把對(duì)水的接觸角θ＞90°的材料稱為疏水材料；θ＞150°的材料稱為超疏水材料；把對(duì)水的接觸角θ＜90°的材料稱為親水材料，把對(duì)水的接觸角θ＜10°的材料稱為超親水材料。

疏水疏油涂層主要是有機(jī)硅涂料、氟碳涂料等，這類涂料結(jié)構(gòu)中含有豐富的氟硅基團(tuán)，在涂料固化過(guò)程中這些表面能較低的基團(tuán)傾向于向涂層表面富集，這樣形成的涂膜表面具有較低的表面自由能，水或者油滴就難以吸附、鋪張?jiān)谕繉拥谋砻嫔稀?/p>

當(dāng)水滴或者油滴滴落在疏水疏油涂膜上的時(shí)候會(huì)自發(fā)地聚攏成小圓球，在重力的作用下會(huì)較輕易的從疏水疏油涂膜上滑落。

2.1 不同羥值樹脂在疏水疏油粉末中的運(yùn)用情況

聚氨酯樹脂耐溶劑性優(yōu)異，固化后的涂層表面細(xì)膩，具有較高的裝飾性。同時(shí)其涂層交聯(lián)密度高，具有相對(duì)較低的表面自由能，因此可較好地運(yùn)用在油煙機(jī)、洗碗機(jī)、地鐵交通軌道線等設(shè)備上。

使用不同羥值的樹脂制作的涂層的交聯(lián)密度、表面自由能是不一樣的，表現(xiàn)出來(lái)的涂料成本、涂層機(jī)械性能、疏水疏油性能是有差異的。故選用了幾種不同羥值的端羥基樹脂進(jìn)行了性能對(duì)比，其結(jié)果見表3。

由表3的結(jié)果可以得出，高羥值聚酯樹脂3115的疏水疏油性最好，中羥值聚酯樹脂CC2818效果中等，低羥值聚酯樹脂3225效果最差。

這是因?yàn)楦吡u值聚酯樹脂的交聯(lián)密度最高，整個(gè)涂層致密度高，涂膜的表面自由能相對(duì)較低，水或者油滴不容易滲透到涂層內(nèi)部去。隨著羥基聚酯樹脂的羥值降低，涂層的致密性逐漸下降，疏水疏油性能也逐漸變差。

單獨(dú)使用高羥值聚酯樹脂3115的成本較高，涂層的抗沖擊性能、柔韌性較差，不能滿足客戶對(duì)疏水疏油粉末涂料的工件進(jìn)行后加工處理的性能需求，所以對(duì)幾種不同的羥值聚酯樹脂進(jìn)行搭配，對(duì)比了其涂層的性能情況，結(jié)果見表4。

從表4可以看出，由高羥值樹脂與低羥值樹脂按照質(zhì)量比為1：1的比例搭配使用和單獨(dú)使用中羥值樹脂除了光澤有差異外，其他性能基本一致，從成本方面考慮中羥值樹脂相對(duì)要低一點(diǎn)，所以選用中羥值樹脂CC2818作為疏水疏油粉末涂層的主要成膜物質(zhì)。

2.2 不同種類助劑在疏水疏油粉末中的運(yùn)用情況

有機(jī)硅類、氟碳類物質(zhì)是疏水疏油粉末涂料成膜的重要組成部分。硅氧鍵、氟碳鍵化學(xué)鍵能比較大，具有特別優(yōu)異的各項(xiàng)性能，而且具有獨(dú)特的低表面能和低摩擦性，添加到疏水疏油粉末中可以有效降低涂層的表面張力，降低體系熔融流平過(guò)程中的黏度，提高涂膜的不沾性能。

通過(guò)在配方組成中添加不同種類的助劑來(lái)對(duì)比涂層的疏水疏油性能，其試驗(yàn)結(jié)果見表5。

將添加了不同助劑的疏水疏油粉末涂料噴涂在鋁板上固化，得到疏水疏油涂層。使用油性筆在涂層表面上進(jìn)行書寫，通過(guò)比較油墨在涂層上的鋪展-收縮情況來(lái)對(duì)比涂層的疏油性能，其結(jié)果見圖3。

從表5及圖3的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，油墨在添加了硅氧烷低聚物、含氟流平劑及氟樹脂的涂膜上的收縮最好，油墨在涂膜上的潤(rùn)濕鋪展越差，涂膜的不沾油性能越好。

油墨在空白涂膜以及添加聚四氟乙烯蠟粉的涂膜上鋪展較好，其涂膜的疏油性能較差。綜合考慮成本等因素，故選用了硅氧烷低聚物作為疏水疏油粉末的改善助劑。

2.3 評(píng)估不同種類流平劑對(duì)涂膜性能的影響

單獨(dú)使用有機(jī)硅類低聚物涂膜由于潤(rùn)濕分散不夠，容易產(chǎn)生縮孔問題。涂膜平整度稍差，所以搭配流平劑使用。

流平劑主要是丙烯酸酯類和聚醚類，丙烯酸酯類流平劑對(duì)于涂膜表面張力均稍有提高，而聚醚類流平劑能顯著降低涂膜的表面張力。

粉末涂層需要擁有較低的表面張力來(lái)實(shí)現(xiàn)其疏水疏油性能，通過(guò)對(duì)比使用不同流平劑涂層表面張力的大小情況來(lái)看，聚醚類流平劑涂層的表面張力更低，因此選用聚醚類的流平劑搭配有機(jī)硅類低聚物以達(dá)到最佳的疏水疏油性。

在同一配方體系中對(duì)比了1%添加量下不同種類流平劑的涂膜表面張力情況，使用丙烯酸酯類流平劑的涂膜表面張力較大，使用聚醚類流平劑的涂膜表面張力較小，更有利于膜層實(shí)現(xiàn)疏水疏油的性能，結(jié)果見圖4。

對(duì)比了不同添加量情況下不同聚醚類流平劑對(duì)疏水疏油涂層性能的影響，見表6。

從表6可以看出，添加了聚醚類1#、2#涂膜的疏水疏油性能較好，但聚醚類1#添加量超過(guò)0.5%會(huì)影響粉末的復(fù)噴性能，這樣不利于粉末噴涂廠的施工，故選用聚醚類2#作為疏水疏油粉末體系流平劑。

2.4 涂層耐水性能的改善

聚氨酯體系涂膜在鋁、鍍鋅板等底材上的附著力較差，經(jīng)過(guò)耐水性測(cè)試之后涂膜百格直接脫落。

聚氨酯樹脂主要的反應(yīng)基團(tuán)為羥基，同時(shí)也有少量的羧基，添加少量的環(huán)氧基團(tuán)參與固化反應(yīng)能夠明顯改善涂膜的機(jī)械性能、與底材的結(jié)合力，試驗(yàn)對(duì)比了不同TGIC添加量下的涂層性能，見表7。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在配方中添加少量的TGIC，對(duì)涂膜的機(jī)械性能、耐水性能表面張力大小（dyn/cm）改善明顯，但由于食品安全的問題，TGIC不適合使用在廚房油煙機(jī)等設(shè)備上而被放棄。后續(xù)通過(guò)添加不同類型的含環(huán)氧基團(tuán)的樹脂對(duì)比涂膜的耐水性，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧丙烯酸以及普通環(huán)氧樹脂的添加對(duì)涂膜的耐水性性能沒有明顯提高，耐水性測(cè)試后涂膜百格附著力較差，反而是多官能度的環(huán)氧樹脂的添加能夠明顯改善涂膜的耐水性能；

尤其是添加量在1.5%~2%情況下，經(jīng)過(guò)耐水性測(cè)試后膜層百格附著力可以達(dá)到0級(jí)，故選用多官能團(tuán)環(huán)氧樹脂作為改善涂膜耐水性能的助劑，其最佳添加量控制在1.5%~2%。

圖5為含不同添加涂膜經(jīng)過(guò)耐水性性能測(cè)試之后，測(cè)試百格附著力的一個(gè)情況對(duì)比，從圖（a）、（c）可以看出，不含助劑和添加環(huán)氧樹脂、環(huán)氧丙烯的涂層經(jīng)過(guò)耐水性性能測(cè)試后膜層大面積脫落，達(dá)到5級(jí)的效果；

從圖（d）可以看出，含有1%、3%多官能度環(huán)氧涂層經(jīng)過(guò)耐水性性能測(cè)試后膜層進(jìn)行百格附著力，膜層有局部的脫落，可以到達(dá)1級(jí)的效果；

從圖（b）、（e）可以看出，含有TGIC和1.5%~2%多官能度環(huán)氧涂層經(jīng)過(guò)耐水性性能測(cè)試后膜層進(jìn)行百格附著力，膜層沒有脫落情況，依然可以達(dá)到0級(jí)。

2.5 對(duì)比評(píng)估不同固化條件下涂層性能的差異

固化溫度高，異氰酸酯會(huì)與羥基迅速發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)體系黏度增大，導(dǎo)致硅氧烷低聚物鏈段的活動(dòng)性能降低，抑制硅氧烷鏈段的表面富集。

而在相對(duì)較低的固化溫度及較長(zhǎng)的固化時(shí)間下有利于硅氧烷的表面富集，獲得疏水疏油性能良好的固化膜。但過(guò)低的溫度不利于聚氨酯體系的反應(yīng)，其涂層的固化度較差，涂層的沖擊性能有所欠缺。

2.6 疏水疏油粉末產(chǎn)品的綜合性能情況

疏水疏油涂層性能展示如表10所示。

研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)采用中羥值聚酯樹脂，異氰酸酯固化劑，同時(shí)配合硅氧烷低聚物、聚醚類流平劑的使用，形成了一種疏水疏油性能好的粉末涂料，可用于防腐蝕、抗污要求的廚房油煙機(jī)等設(shè)備。