КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ Российский патент 1997 года по МПК C09D127/18 C09D127/18 C09D127/20 C09D139/06 C09D177/12 

Изобретение относится к получению композиций для термостойких антифрикционных (антипригарных) покрытий на основе фторполимеров и может быть использовано в качестве грунтового слоя, наносимого методом накатки на металлическую поверхность в форме дисков (кругов) и, которых далее штампуется кухонная посуда (сковороды, кастрюли, жаровни, формы для кондитерских изделий и др.).

Известна композиция для теплостойких антифрикционных покрытий на рабочую поверхность стальных режущих инструментов, теплостойких изделий, например, труб, пресс-форм, кухонной утвари [1] Композиция содержит следующие компоненты: сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, в качестве вспомогательного пленкообразующего использован полиэфирный лак, получаемый поликонденсацией пиромеллитового диангидрида, ароматического диамина и полиэфира терефталевой кислоты в среде диметилфориамида, совмещающим агентом является персульфат калия (перхлорат или бихромат щелочного металла) органическую жидкость, воду.

Особенностью данной композиции является способность давать гладкое покрытие с послойно неоднородной структурой: на поверхности субстрата покрытие состоит преимущественно из полиимида, а на границе с воздухом - преимущественно из фторопласта. Благодаря этому покрытие обладает антифрикционными, антиадгезионными свойствами. Однако, в качестве субстрата рекомендуется лишь нержавеющая сталь, так как получить из указанной композиции покрытие с высокой адгезией, износостойкостью (твердостью) на подложках из алюминия и его составов не возможно. Кроме того, композиция не стабильна во времени по свойствам: изменяется вязкость состава, ухудшается фильтруемость за счет коагуляции. Склонность к коагуляции полностью исключает использование указанной композиции для нанесения методом накатки. Не обеспечены также требуемые механические свойства покрытия на основе этой композиции: низкая устойчивость к воздействию на изгиб и вытяжке, что недопустимо при изготовлении изделий по технологии, предусматривающей вначале нанесение композиции и получение покрытия на дисках (кругах), а затем формование (вытяжка) из них изделий (сковород, кастрюль и др.).

Известна композиция, используемая как грунтовочная, предпочтительно для алюминиевой кухонной посуды, содержащая: суспензию политетрафторэтилена, соль полиамидокислоты, наполнитель двуокись титана, коллоидную двуокись кремния коалесцирующий агент, такой как метилпирролидон, диметилформамид: для снижения вязкости или в качестве жидкой среды фурфуриловый спирт, бутанол, моноэтиловый эфир этиленгликоля, триэтиленгликоль и муравьиную кислоту, а также пигменты, добавки, регулирующие текучесть, поверхностно-активные вещества и пластификаторы [2]
Недостатком этой композиции является низкая адгезия грунтовочного покрытия непосредственно к металлу, что вызывает необходимость нанесения композиции на подслой из твердого стеклогрунта, нанесенного обязательно на опескоструенную поверхность алюминия. Кроме того, сложная технология приготовления коллоидной двуокиси кремния, включающая пигментирование ее алюминием.

Известна грунтовочная композиция. Используется композиция предпочтительно для алюминиевой кухонной посуды и содержит: политетрафторэтилен, в качестве связующего коллоидную двуокись кремния и соль полиамидокислоты, наполнитель слюду, растворитель толуол, N-метилпирролидон (коалесцирующий агент), фурфуриловый спирт (регулятор вязкости), воду [3]
Фторполимер может быть использован как в виде порошка так и в виде стабилизированной водной дисперсии. Коллоидная двуокись кремния присутствует в композиции в солевой Na стабилизированной форме, содержание SiO₂ - 20% Частицы SiO₂ могут быть модифицированы (пигментированы) алюминием. pH среды 9. Соль полиамидокислоты получена этерификацией полиамидокислоты третичным амином или морфолином. Предпочтительно соль готовят из бис-4-аминофенилметана, тримеллитового ангидрида в среде N-метилпирролидона. N-метилпирролидон является растворителем соли полиамидокислоты и коалесцирующим агентом.

Наносится композиция предпочтительно на алюминиевую подложку. Для обеспечения требуемой адгезии, последняя должна быть опескоструена и покрыта стеклоэмалевым грунтом (твердый грунт фритта 2 3 мкм). Закрепление твердого грунта осуществляется термообработкой, после чего наносят распылением грунтовочную композицию.

Композиция стабильна в процессе хранения по таким свойствам, как вязкость, фильтруемость, устойчивость к седиментации и коагуляции, технологична при аэрозольном распылении, покрытие на основе этой композиции не имеет дефектов в виде трещин и пор.

Однако, эта композиция имеет ряд недостатков: низкая адгезия грунтовочного покрытия непосредственно к металлической подложкой, что влечет необходимость нанесения твердого грунта и его термоотверждение, а также - недостаточную термоустойчивость в процессе эксплуатации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является композиция, включающая (в мас.) 60%-ную водную суспензию политетрафторэтилена (10 90), соль полиамидокислоты, например, на основе пирромелитового диангидрида и 4,4'-диаминодифенилового эфира в среде диметилформамида и моноэтаноламина (5 95), наполнитель, агенты разлива, поверхностно-активное неионогенное вещество, например, оксиэтилированные алкилфенолы, (15 200), растворитель (крезол, формамид, N-метилпиролидон, вода) (10 90) [4]
Покрытие на основе данной композиции обладает хорошей износостойкостью на кухонной посуде, однако обладает недостаточной седиментационной устойчивостью, склонна к коагуляции.

В последнее время получает распространение иная технология изготовления посуды с антипригарным покрытием, а именно: покрытие наносится не на отштампованное изделие, а на заготовки в виде диска, круга для будущего изделия. Диск (круг) пропускают через ряд спаренных катков, через щель в которых подается циркуляционным насосом композиция, получаемое покрытие термообрабатывают, а затем из дисков (кругов) с покрытием вытягивают (штампуют изделия сковороды, кастрюли различного объема и т. д.).2 Технология изготовления изделий из заготовок с предварительно полученным полимером на них покрытием является более совершенной сравнительно с технологией, предусматривающей нанесение покрытия на уже готовое изделие, так как основана на методе накатки композиции на плоскую заготовку для изделия, а не распыление композиции на изделие. Это обусловливает отсутствие аэрозолей, и, как следствие, потерь наносимого материала, экологическую чистоту и, одновременно, более жесткие требования к качеству накаточной композиции и покрытию на ее основе сравнительно с распылительной композицией: повышенную вязко-текучесть для обеспечения оптимальной толщины покрытия при одноразовом проходе через катки; полное отсутствие коагуляции и седиментации, так как композиция, стекающая с катков по желобу, снова возвращается в цикл; высокие физико-механические свойства получаемого покрытия: прочность при изгибе, ударе, способность к вытяжке без дефектов (трещины, отслоения).

Задачей настоящего изобретения является повышение коагуляционной и седиментационной устойчивости состава, адгезии, прочности при ударе, изгибе, вытяжке покрытия.

Поставленная задача достигается тем, что композиция для покрытий, содержащая 50 65%-ную водную суспензию политетрафторэтилена, соль полиамидокислоты на основе пиромеллитового диангидрида и 4,4"-диаминодифенилового эфира в среде диметилформамида и моноэтаноламина, наполнитель, оксиэтилированный алкилфенол, органические растворители и воду, дополнительно содержит поливинилпирролидон молекулярной массы (90 - 165)•10³ и 50%-ную водную суспензию сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом Ф4МД при следующем соотношении компонентов мас.

50 65%-ная водная суспензия политетрафторэтилена 25,5 45,6
50%-ная водная суспензия сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом Ф-5МД 7,0 15,4
Поливинилпирролидон мол. массы (90 165)•10³ 1,0 2,0
Соли полиамидокислоты 2,5 4,5
Наполнитель 3,5 4,5
Органические растворители 4,0 8,0
Оксиэтилированный алкилфенол 3,0 4,0
Вода остальное.

В качестве наполнителя используют слюду, технический углерод, двуокись титана и др.

Пример приготовления композиции для покрытий, наносимый методом накатки приводится ниже.

Используемую в композиции соль полиамидокислоты получают следующим образом.

К смеси моноэтаноламина, N-метилпирролидона и воды при перемешивании прибавляют частями пленку полиамидокислоты. Процесс ведут при 45±5^oС до полного растворения пленки. В качестве полиамидокислоты используют продукт конденсации пиромеллитового диангидрида и 4,4'-диаминодифенилового эфира в среде диметилформамида. К полученному составу добавляют суспензию политетрафторэтилена (ТУ-6-05-1246-81), суспензию сополимера тетрафторэтилена Ф-4МД (ТУ 6 05 2012 86). Смесь перемешивают со скоростью 60 об/мин в течение 20 мин при комнатной температуре, затем, продолжая перемешивание, вводят наполнитель поливинилпирролидон (ТУ 6 02 1858 81), оксиэтилированный алкилфенол ОП-10 (ГОСТ 8433 81), растворитель, например, ксилол (ГОСТ 9949 76) и воду. В качестве наполнителя используют слюду молотую мусковит, например (ГОСТ 855 74, размер частиц 10 90 мкм, характеристическое отношение 300 500) и технический углерод (ГОСТ 7885 77) и другие.

После 20 30 мин перемешивания композиция готова к нанесению.

Примеры с указанием конкретных соотношений компонентов сведены в табл.1.

В табл.2 приведены результаты испытаний грунтовочных покрытий на основе различных составов по изобретению и покрытия на основе известной композиции.

Изобретение относится к термостойким антифрикционным покрытиям и может быть использовано в качестве грунтовочного, получаемого на плоской металлической подложке методом накатки с последующим формованием изделий, в частности, - кухонной посуды. Сущность изобретения: композиция содержит, мас.%: 50 - 60%-ную водную суспензию политетрафторэтилена 25,5 - 45,6; 50%-ную водную суспензию сополимеpа тетрафторэтилена и гексафторпропилена 7,0 - 15,4; соль полиамидокислоты 2,5 - 4,5; наполнитель 3,5 - 4,5; органические растворители 4,0 - 0,8; оксиэтилированный алкилфенол 3,0 - 4,0; поливинилпирролидон молекулярной массы (90 - 165)•10³ 1,0 - 2,0 и воду - остальное. Смешивают суспензию фторопластов, соль полиамидокислоты при комнатной температуре. Добавляют наполнитель, поливинилпирролидон, оксиэтилированный алкилфенол, растворитель и воду. Характеристики свойств: адгезия 1 балл, адгезия методом отрыва - не отделяется от подложки, прочность при ударе 50 кг, прочность при изгибе 1 мм, прочность при вытяжке - отсутствуют дефекты в виде трещин, отслоений седиментационная устойчивость композиции через 30 дней - седиментация отсутствует, через 180 дней частичное расслоение, но при небольшом перемешивании восстанавливается исходное текучее состояние, коагуляция отсутствует. 2 табл.

Композиция для покрытий, содержащая 50 65%-ную водную суспензию политетрафторэтилена, соль полиамидокислоты на основе пиромеллитового диангидрида и 4,4'-диаминодифенилового эфира в среде диметилформамида и моноэтаноламина, наполнитель, оксиэтилированный алкилфенол, органические растворители и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 50%-ную водную суспензию сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом ФЧМД и поливинилпирролидон мол.м. (90 165) • 10³ при следующем соотношении компонентов, мас.

50 65%-ная Водная суспензия политетрафторэтилена 25,5 45,6
50% -ная Водная суспензия сополимера тетрафторэтилена и гексафторпропилена 7,0 15,4
Поливинилпирролидон мол.м. (90 165) • 10³ 1 2
Соль полиамидокислоты 2,5 4,5
Наполнитель 3,5 4,5
Органические растворители 4 8
Оксиэтилированный алкилфенол 3 4
Вода Остальное