本发明专利技术公开了一种可以通过丝网印刷法获得的基于溶胶凝胶前体并含有有机硅烷化合物的用于家用器具的层。该层由浓缩的预聚合的溶胶凝胶前体得到。该层可以用作加热元件中的绝缘层或传导层。此外,该层可用于装饰目的。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种基于溶胶凝胶前体的用于家用器具的层。此外,本专利技术涉及一种至少含有绝缘层和电阻层的加热元件,其中所述层的至少一层含有本专利技术的基于溶胶凝胶的层。本专利技术也涉及一种带有表面层的家用器具,该表面层含有本专利技术的基于溶胶凝胶的层。本专利技术的层应当适用于高压和低压应用。公开的层十分适合用作熨斗中的绝缘层、电阻层和装饰层,特别适用于蒸汽的控制形成,因为这需要用到高电流密度(>20W/cm2)。在制造平面加热元件中,基于溶胶凝胶材料的绝缘层和传导层被施用在基材上。喷涂是应用这些层特别是绝缘层的常用方法。而且喷涂也常用于装饰目的。然而,为了精确地控制层厚,需要使用更精确的技术。本专利技术提供了一种可以通过丝网印刷法获得的基于溶胶凝胶前体并含有有机硅烷化合物的用于家用器具的层。该基于溶胶凝胶的层可以被用作加热元件的绝缘和传导层或是用于装饰目的。优选用于本专利技术层的基材是铝,该铝可以在沉积绝缘层之前进行阳极化以确保具有好的粘附性。为了通过丝网印刷法提供基于溶胶凝胶的层,本专利技术的层由浓缩的预聚合的溶胶凝胶前体得到。通过使用这些浓缩的预聚合的溶胶凝胶前体,同使用未浓缩的未预聚合的溶胶凝胶前体相比,溶胶凝胶前体组合物的收缩量大幅降低。降低的收缩量允许使用精确的丝网印刷技术将该层施用到该基材上。应该注意,该预聚合的溶胶凝胶前体含有几种不同的组合物。为了清楚地说明这些组合物,它们被定义成单取代有机硅烷,(Si-Ox-Ry)n,其中y=1和n>1,该有机硅烷可以由溶胶凝胶前体生成或以如Silres(Wacker,Silres610)的商标商购。为了得到高的热稳定性,R优选是甲基或苯基。当铝存在时,只能选择甲基从而获得好的热稳定性。少量(<10%)的如下组分可以存在于有机硅烷中组合物(Si-Ox-Ry),其中y=2或y=0或者是组合物(Si-Ox-R1yR2z),其中y=z=1并且R1和R2是不同的有机基团。在一个优选的实施方式中,该预聚合的溶胶凝胶前体至少包含有机硅烷化合物和溶剂。为了限定收缩量,存在的溶剂量应当小于40%。然而,在一个更优选的实施方式中,溶剂量是15-25%。在本专利技术一个有利的实施方式中,该层形成了加热元件的绝缘层。通常一个(平面)加热系统含有两种施用在基材上的功能层,分别是电绝缘层和导电层。上述加热元件中的导电层通常含有高欧姆电阻的层,即电阻层,同时含有充当接触层的较低欧姆电阻的层。热量是通过电流经过电阻层产生的。绝缘层的功能在于将生热电阻元件同基材隔离开来,基材从外部是可以直接接触的。用于加热元件的绝缘层同用于电子应用的低压绝缘相比相对厚些,参见例如US-A-4,670,299,其中厚度最高达仅仅几微米。例如WO02/085072中,用于平面加热元件中的绝缘层的溶胶凝胶层厚度最高达约50μm,而在WO02/072495中层厚度为150-500μm。为了制造这样厚的溶胶凝胶层,干燥和固化步骤中的收缩必须最小化。那些本领域熟练技术人员熟知的减小收缩的方法是向溶胶凝胶系统中添加颗粒。在一个优选的实施方式中,绝缘层的层厚是25-100μm,优选35-80μm。因为加热元件的绝缘层的层厚相对较薄,所以例如同WO02/072495中公开的那些相比,绝缘层的温度下降是受到限制的。这使得50μm绝缘层的纤道(track)温度相当低。对于要求加热表面温度为250℃的特定高电流密度应用50W/cm2来说,只需要320℃的传导纤道温度。相反,对于绝缘层厚300μm来说,需要600℃的纤道温度,该温度已经超过很多可以潜在地用于纤道的材料的热稳定温度从而对热膨胀有更多的限制。如果相对薄(即约50μm厚)的绝缘层基本上是无孔的,那么它们就可以单独提供足够的绝缘。含有本专利技术层的绝缘层是如此致密以至于它们的介电强度为约100kV/mm。本专利技术因此也涉及一种至少包括电绝缘层和导电层的加热元件,其中电绝缘层包括上面公开的本专利技术的层。本专利技术涉及一种加热元件,该元件由预聚合前体形成的绝缘层制得,这些前体可以被浓缩以使得它们适用于平面加热元件绝缘层的(丝网)印刷。有利地,电绝缘层包括不传导颗粒。部分所述不传导颗粒优选有着薄片形状并且尺寸最长为2-500微米,优选2-150微米和更优选5-60微米。这些薄片状的不传导颗粒是基于氧化材料,例如,云母或粘土,和/或用二氧化钛、氧化铝和/或二氧化硅涂层进行表面改性的云母或粘土颗粒。绝缘层中薄片状材料含量应当小于20体积%,优选小于15体积%和更优选为4-10体积%。优选地,电绝缘层含有各向异性的不传导颗粒。这些各向异性颗粒(例如,云母和iriodin123)的优点是它们防止了在加热元件频繁加热和冷却之后在电绝缘层中形成裂缝。在本专利技术另一个优选实施方式中,本专利技术的层形成了加热元件的导电层。本专利技术施用在绝缘层上的电阻纤道涉及一种由溶胶凝胶或预聚合的溶胶凝胶前体制成的层,该层被传导颗粒填充以得到传导层。本专利技术涉及一种上面公开的加热元件,其中导电层含有本专利技术的层。在一个优选实施方式中,该导电层含有传导的和/或半导颗粒以及含量为0-20体积%的绝缘颗粒。优选实施方式中的电阻层由溶胶凝胶或预聚合的溶胶凝胶前体制得,优选填充有如石墨或银或金属涂覆的颗粒的传导颗粒。通过调整颗粒体积份数,涂覆层的电阻能被设成所需值。颗粒尺寸优选小于10μm并且优选薄片和球状的颗粒。在单个丝网印刷步骤中层厚可以大于10μm,通常15μm。干燥和固化收缩可以通过使用蒸发,例如通过蒸馏水解的和部分缩合的(预聚合的)溶胶凝胶溶液的额外的浓缩步骤被减小。该浓缩步骤可以用于很多溶胶凝胶前体,例如,用于US 4,670,299公开的介电膜的甲基三甲氧基硅烷和US 6,284,682公开的异丙醇铝。为了进一步减少层中的孔隙率,有利的是溶胶凝胶材料呈液相直到在干燥和固化步骤中所有溶剂都蒸发掉。如US 4,672,099中针对MTMS公开的那样,熔融取决于预聚合的溶胶凝胶材料的分子量和分子结构。假如溶胶凝胶材料呈熔融状态,则溶剂可以轻易地被蒸发掉而且形成的层有着最小的由于干燥和固化造成的残余压力。另一个要求是沉积和固化的层的热膨胀系数(CTE)应当同基材的匹配。优选用于平面加热元件的基材有着相当低的CTE,其中铝基材的CTE最高,约为25ppm/K。尽管层的CTE值可能取决于固化条件,但控制涂层CTE的最便利的方法是向溶胶凝胶树脂中加入额外的组分如陶瓷粉末。陶瓷粉末如氧化铝、硅石、氮化硼、碳化硅和其它陶瓷粉末有着低CTE,通常小于10ppm/K。这些材料能有利地被混入涂层组合物以降低CTE直至同基材的相当。陶瓷颗粒填充剂的最优量取决于基材的CTE。然而,通常在固化涂层中含量范围为10体积%-60体积%。除了降低涂层的CTE的效应之外,为了应用在平面加热器中,这些颗粒必须也是绝缘的和耐热的。颗粒的形状和尺寸不重要。然而,颗粒尺寸应当明显小于预计的涂层厚度(小约5倍或更小)。选择高纵横比的颗粒,尽管这并不重要,但是可以帮助减小开裂的倾向。将盘状颗粒同近乎球形颗粒混合可以制成特别有用的组合物。这种混合使得CTE控制比单独使用盘状颗粒更容易。该盘状颗粒可以是云母小盘或涂有另一种陶瓷材料的云母小盘。本专利技术的层因此十分适用作熨斗中绝缘层、电阻层和装饰层本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过丝网印刷法获得的基于溶胶凝胶前体并含有有机硅烷化合物的用于家用器具中的层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员:PL李,G克诺森,MR贝默,S内梅思,PJ维尔克曼,
申请(专利权)人:皇家飞利浦电子股份有限公司,新加坡制造业科技研究所,
类型:发明
国别省市:NL[荷兰]
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