一种不锈钢表面抗菌型仿陶瓷涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料表面处理技术领域，具体涉及一种不锈钢表面抗菌型仿陶瓷涂层及其制备方法。
背景技术
不锈钢在食品包装行业中得到了大量的应用。目前，这类接触食品级水的不锈钢制品存在的主要问题有：1、不锈钢中的Cr、Ni等合金元素在接触水的情况下，与Fe、C构成大量原电池，结果Cr、Ni等有害合金元素以离子形式扩散到水体中，造成不同程度的水污染；2、不锈钢表面容易滋生细菌；3、不锈钢颜色单调，传热效率高导致手感较凉。因此有必要对这类接触食品级水的不锈钢制品进行表面改性。
目前，表面处理型不锈钢的制备方法大致分为两类：一类是不锈钢外表面涂层的制备方法，主要针对不锈钢表面的硬度、颜色和手感；一类是不锈钢杯体或管内涂层制备方法，主要针对防臭和抗菌性。
中国专利CN105131658A公开了一种用于保温杯表面高硬度水性涂料的制备方法。该方法是先在搅拌条件下将水性硅溶胶、颜料、晶须硅和纳米氧化铝混合均匀、研磨得到水性浆料，再调解酸性，最后与烷基硅氧烷反应得到保温杯表面高硬度水性涂料。
中国专利CN109772655A公开了一种不锈钢保温杯的涂层表面处理工艺。该工艺在抛光后的保温杯外壁上喷好五金底漆，把大理石纹涂抹在喷好底漆的产品表面，用自来水冲出纹路，再烘烤。该发明工序简单，经处理后喷漆不易脱落，表面光滑，手感好。
中国专利CN108838041A公开了一种节能保温涂层的涂覆方法。该方法所述涂层均为合金粉末，包括结合层、隔热层和保温层，采用静电喷涂工艺处理粉末，再经激光熔覆。该发明能够提高涂层抗老化性能，增加涂层使用寿命。
中国专利205322002U公开了用于保温杯的内部防臭涂层结构及保温杯。该发明在保温杯内壁喷涂一层疏水涂层，防止了发臭现象。
中国专利CN109439141A公开了一种树脂涂层抗菌不锈钢水管及其制备方法。其树脂涂层包括纳米银离子、5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、季铵盐、壳聚糖、天然生物粘附材料、双酚A型树脂、酚醛树脂、硫酸钡、高岭土。该树脂涂层利用喷涂方式附着在钝化后的钢管的内外表面。该不锈钢水管具有良好的抗菌效果，广谱性高、抗菌持续时间长，抗药型好。
上述现有技术中的不锈钢涂层在一定程度上解决了不锈钢的硬度、手感、保温和抗菌性能，但这些发明只对一个方面提出了解决方法，没有同时兼顾硬度、手感、保温和抗菌性能这四个方面。
因此，目前需要一种能同时解决不锈钢内外表面问题的涂层。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题，本发明第一个目的是提供一种不锈钢表面抗菌型仿陶瓷涂层的配方，特别适用于食用级的不锈钢表面。本发明的第二个目的是提供前述仿陶瓷涂层的制备方法。
为实现本发明第一个目的，通过以下技术方案予以实现：
一种不锈钢表面抗菌型仿陶瓷涂层，按质量份计算包括以下组分：
有机硅改性树脂90-95份
纳米二氧化钛4-9份
活性炭1份。
优选地，所述有机硅改性树脂为水性有机硅改性丙烯酸树脂。
优选地，所述纳米二氧化钛为金红石型，平均粒径范围在50-100nm。
优选地，所述活性炭的粒径≥8000目。
为实现本发明第二个目的，通过以下技术方案予以实现：
一种前述不锈钢表面抗菌型仿陶瓷涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)按照比例称取各成分，混合均匀得混合涂料；
(2)在混合涂料中加入无水乙醇，得仿陶瓷涂料；
(3)将仿陶瓷涂料涂抹在不锈钢基材的表面，并通过加热后得到产品。
优选地，所述步骤(1)使用均质机对各成分进行混合均匀，均质机的转速为20000-30000rpm，时间为20-30min。
优选地，所述步骤(2)中加入无水乙醇的量使粘度达到2号涂料杯的流出时间至少20s。
优选地，所述步骤(3)中，在加热前至少静置30min。
进一步优选地，所述步骤(3)中，加热方法为程序升温，程序升温的最高温度为160-180℃，并保温至少30min。
更进一步优选地，所述程序升温分为三段，其中第一段升至70℃，保温5min；第二段升至110℃，保温5min；第三段升至160-180℃，保温30-40min。
本发明将抗菌型仿陶瓷涂料喷涂在不锈钢表面，通过加热将其与不锈钢表面结合，其结合力强，表面硬度高，耐划擦，可有效抑制不锈钢制品的电化学腐蚀，阻止Cr、Ni等有害合金元素以离子形式扩散到水体中，同时手感温润，具有一定的抗菌性能。本发明在日用不锈钢中特别是接触水的不锈钢中具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下列实施例中使用的不锈钢为SUS304，所用2号涂料杯为岩田二号粘度杯，活性炭为食品级活性炭。
不锈钢表面抗菌型仿陶瓷涂层的制备包括以下步骤
(1)不锈钢基材首先使用质量百分比10％的NaOH溶液在保持70-80℃下浸泡5min，然后用水冲洗后烘干备用。
(2)按表1中比例和参数称取各组分并利用均质机搅拌，得到仿陶瓷涂料。
(3)向步骤(2)所述仿陶瓷涂料加入无水乙醇，调节涂料粘度到2号涂料杯流出时间为20S。
(4)将步骤(3)的涂料浸涂在步骤(1)所得的不锈钢表面上，室温放置一段时间后程序升温至160-180℃，得到抗菌型仿陶瓷涂层。并对产品进行性能测试，其结果如表1。
表1
其中涂层附着力按照《GB/T 9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验》进行，抗菌效果按照《GB/T 21866-2008抗菌涂料(漆膜)抗菌性测定法和抗菌效果》进行。铅笔硬度按照《JGB/T6739-2006色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》进行。抗重金属析出(其中主要检测Cr、Ni)按照《GB4806.9-2016食品安全国家标准食品接触用金属材料及制品》标准。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围。
