日用陶瓷不粘器皿的開發

摘 要：本文主要介紹了日用陶瓷不粘器皿的產品特點、功能和開發技術，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用，研究了不粘涂層與陶瓷基體結合的基本條件及施工工藝，開發生產出具有優良不粘特性的日用陶瓷制品。

關鍵詞：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。幾年前，美國國內曾對杜邦公司生產的不粘涂料的衛生方面提出質疑（主要懷疑有害揮發物的產生），但因為未有確切證據而無明確定論。目前，不粘涂料已有多個國家生產，在我國也已得到普及和使用。

不粘涂料主要應用于金屬飲具、食品器械等方面。不粘涂料在金屬基材上的應用，很關鍵的一點是要選擇具備適應性的金屬材質，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系，基材的預處理至關重要。金屬基材經過機械粗化（如噴砂）之后，表面形成凹凸點，凸點在重復噴砂中形成鉤狀，有利于涂層的結合。而鐵基材應先經磷化處理，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用作過研究，其結果并不理想，主要是不粘涂層與陶瓷基體的結合問題未能解決。研究發現，不粘涂層在陶瓷基材上結合不牢的原因，是由于陶瓷屬于硬度很高的結晶物，在機械粗化處理中產生表面脫屑，不能產生鉤狀的峰點；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，導致產品吸水率不同，吸水率高時，在不粘涂層的制備過程中易產生氣體，沖脫不粘膜層，導致涂層附著不牢固。

2 試 驗

通過分析陶瓷基材的特點，根據不粘涂層牢固結合的要素，優化生產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→制品內面機械粗化處理→制品內面清潔→制品內面噴涂不粘涂料（底漆）→涂層烘干成膜→制品內面噴涂不粘涂料（面漆）→涂層燒結→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、釉應選擇適應中高溫燒成的原料，通常燒成溫度在1250℃以上，確保產品的吸水率不大于3%，因為吸水率太大會影響不粘涂層的結合力。泥、釉的膨脹系數要基本一致，確保釉層與坯體結合良好。

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。既可節省瓷釉，又減少了后續內腔機械處理的難度。有些產品可根據需要，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，對后續的不粘涂層施工無直接影響。出窯產品不應接觸水或溶劑類物質，不應置放于潮濕的環境中。

2.2.5制品內面機械粗化處理

制品內面（即內腔）應進行表面粗化處理，有利于涂料的結合，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不粘涂層的結合力將產生直接影響。

2.2.6制品內面清潔

在不粘涂料噴涂前，應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合又能與面漆親和，形成復合層。如果不分底漆和面漆，則影響涂層結合力和不粘性能。噴涂底漆采用精密的壓出式噴槍，也可專設加壓容器；涂層應均勻、不流掛、不露底、不超厚；涂層厚度通常為0.5~1mm。噴涂作業過程不得產生污染，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

經噴底漆和面漆的制品送入燒結爐中進行燒結。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。目前不同廠家生產不粘涂料的配方有差異，最低的燒結溫度不低于385℃，特殊的配方可達440℃。應根據涂層生產商的要求進行溫度控制。一般情況下，燒結溫度高比燒結溫度低的質量更好。但是燒結溫度過高，特別是達到500℃之后，可能會產生揮發物對環境造成污染，也影響制品質量。

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℃時急速進入冷環境（如風冷、水冷等），但涂層附著在日用陶瓷上，則應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，還應對涂層進行檢驗，包括涂層外觀缺陷和結合強度等。衛生指標應符合食品容器的衛生要求。

3 總 結

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

筆者經過研究和試驗，將核心技術應用于制品的批量生產中，生產的產品符合相關標準要求，特別是制品的衛生指標穩定。經國內質監部門及境外的SGS機構檢測，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，“關于重復使用的容器表面的涂料的規定”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）在陶瓷基體上的應用，關鍵要求是材料質量的可靠和穩定、技術的成熟和工藝的規范。不粘涂層除了在日用陶瓷的應用之外，在衛生陶瓷等其它類型產品的應用上，也會產生良好的效果。國內已產生了經授權的不粘衛生陶瓷等系列專利。