ФТОРПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1997 года по МПК C09D127/18 

Изобретение относится к области композиций на основе органических высокомолекулярных соединений, в частности на основе политетрафторэтилена, предназначенных для нанесения покрытий, защищающих от коррозии, а также предотвращающих пригорание и прилипание продуктов.

Фторполимерные покрытия на основе политетрафторэтилена, получаемые из суспензии фторопласта марки Ф-4Д (Ф-4ДУ), обладают уникальным сочетанием свойств: высокой коррозиционной стойкостью во многих агрессивных средах, высокой термо- и морозостойкостью, противопригарными и антифрикционными свойствами и физиологической безвредностью. Это позволяет использовать такие покрытия в самых различных областях народного хозяйства.

В настоящее время фторполимерные покрытия марки Ф-4Д нашли применение в химической промышленности, медицинской технике и в производстве товаров народного потребления, например посуды с противопригарным покрытием.

Известная фторполимерная композиция для покрытий, состоящая из суспензии фторопласта Ф-4Д, красителя и поверхностно-активного вещества /1/. В качестве красителя используются следующие вещества и их сочетания: двуокись титана, сажа газовая, окись железа. В качестве поверхностно-активного вещества используют ОП-7.

Недостатками известной композиции являются: недостаточно высокая прочность сцепления, получаемого из этой композици покрытия с металлом при нанесении его на травленную металлическую поверхность, а также использование в составе композиции экологически опасного вещества ОП-7.

Известно, что прочность сцепления фторполимерного покрытия к металлу можно повысить путем использования песко- или дробеструйной обработки для создания искусственной шероховатости на металлической поверхности, однако эти способы подготовки поверхности отличаются низкой экологичностью и производительностью по сравнению со способами подготовки поверхности методом травления.

Наиболее близким техническим решением, выбранным авторами за прототип, является композиция для покрытий /2/, включающая суспензию фторопласта Ф-4Д, пигменты, наполнители, поверхностно-активные вещества и промотор адгезии. В качестве промотора адгезии в состав композиции входит кремнезоль /3/ в количестве 25 мас.ч. на 100 мас.ч. композиции.

Покрытие, получаемое из данной композиции, обладает более высокой прочностью сцепления по сравнению с покрытием из вышеописанной композиции. Однако недостатком известной композиции для покрытий является недостаточно высокая прочность сцепления получаемого покрытия с травленной металлической поверхностью.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение прочности сцепления покрытия с травленной поверхностью металла.

Указанная задача решается следующим образом. В отличие от известной композиции для покрытий, включающей суспензию фторопласта Ф-4Д, пигменты, наполнители, поверхностно-активные вещества и промотор адгезии по заявляемому техническому решению в качестве промотора адгезии она содержит соль циркония при следующем соотношении компонентов, мас.

Пигменты 0,1-3,99
Наполнители 0,15-2,47
Поверхностно-активные вещества 0,2-4,96
Соль циркония 0,5-25,0
Суспензия фторопласта Ф-4Д Остальное
При анализе патентных и научно-технических источников не выявлено технических решений, обладающих всей совокупностью существенных признаков заявляемой композиции.

Введение во фторполимерную композицию для покрытий соли циркония приводит к повышению активности центров связи покрытия с травленной металлической поверхностью, к созданию значительного количества новых активных центров связи и к большей разветвленности структурных связей "металлическая поверхность покрытие", в результате чего существенно повышается прочность сцепления покрытия с травленной металлической поверхностью.

В качестве соли циркония могут быть использованы следующие цирконийсодержащие порошкообразные вещества:
фторцирконат калия по ТУ 083.50.286-91 (K₂ZrF₆);
ацетилацеонат циркония /Zr(C₅H₅O₂)₄/;
пропионат циркония /Zr(OH)_2,6 • (C₂H₅COO)_1,7/;
циркон (ZrSiO₄);
диоксид циркония (ZrO₂);
тетрахлорид циркония (ZrCl₄);
нитрид циркония (ZrN);
цирконат натрия (Na₄ZrO₄);
гексахлорцирконат натрия /Na₂(ZrCl₆)/;
сульфат четырехвалентного циркония /Zr(SO₄)₂/ и другие.

Для проверки заявляемого технического решения была проведена следующая работа. Изготавливали образцы из стали 3 и пищевого алюминия марки АД1 по ГОСТ 4784-74 с геометрическими размерами 100х150х3 мм. Поверхность образцов подвергали травлению в растворе, содержащем едкий натр в количестве 150 г/л и хлористый натрий в количепстве 30 г/л при температуре 50^oC в течение 50 мин, а затем обезжиривали в водном растворе МС-15 с последующей промывкой водой по общепринятой технологии.

На подготовленные образцы из фторполимерной композиции наносили двухслойное покрытие толщиной 25-30 мкм методом распыления. Первый слой покрытия наносили из композиции, содержащей промотор адгезии, а второй слой покрытия наносили из композиции без промотора адгезии. Покрытие предварительно сушили при температуре менее 100^oC в течение 20 мин, а затем спекали первый слой покрытия при температуре 200-250^oC в течение 8-12 мин. Второй слой покрытия спекали при температуре 400-420^oC в течение 15-20 мин.

По прототипу первый слой покрытия наносили из композиции следующего состава, мас.

Сажа газовая 2,1
Двуокись титана 1,1
Смачиватель ДБ 3,6
Кремнезоль 10,5
Суспензия фторопласта Ф-4Д Остальное
По заявляемому техническому решению первый слой покрытия наносили из композиций разных составов, в которых компоненты варьировали в следующих пределах, мас.

Сажа газовая 0,1; 2,1; 3,99
Двуокись титана 0,15; 1,1; 2,47
Смачиватель ДБ. 0,2; 3,6; 4,96
Фторцирконат калия 0,3; 0,5; 12; 25; 27
Суспензия фторопласта Ф-4Д Остальное
Для сравнения в заявляемой композиции в качестве соли циркония использовали следующие цирконийсодержащие вещества: ацетилацеонат циркония, пропионат циркония, циркон, диоксид циркония, тетрахлорид циркония, нитрид циркония, цирконат натрия, гексахлорцирконат натрия, сульфат четырехвалентного циркония. По каждому варианту было изготовлено по 6 образцов. Качество покрытия на образцах оценивали по ГОСТ 17151-81 по следующим показателям: внешний вид, толщина покрытия, сплошность покрытия, прочность сцепления покрытия с металлом, термостойкость покрытия, неприлипаемость покрытия. Оценку адгезии покрытия к травленной металлической поверхности проводили методом отслаивания покрытия по стандартной методике. Составы исследованных композиций и результаты сравнительных испытаний представлены в таблице.

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что заявляемая композиция отличается от композиции по прототипу более высокой прочностью сцепления покрытия к травленной металлической поверхности (12,2-13,9 кгс/мм² вместо 9,7 по прототипу).

Оптимальный состав заявляемой композиции для покрытий следующий, мас.

Пигменты 0,1-3,99
Наполнители 0,15-2,47
Поверхностно-активные вещества 0,2-4,96
Соль циркония 0,5-25,0
Суспензия фторопласта Ф-4Д Остальное
Уменьшение количества соли циркония в заявляемой композиции менее 0,5 мас. снижает прочность сцепления покрытия с травленной поверхностью.

Увеличение количества соли циркония в заявляемой композиции более 25 мас. приводит к ухудшению внешнего вида покрытия (неоднородность покрытия) и снижению прочности сцепления покрытия с травленной металлической поверхностью из-за нарушения соотношения в покрытии между примесным локальным уровнем, валентной зоной и зоной проводимости.

Заявляемая композиция для покрытий опробована в производственных условиях АО "ЧМЗ" при нанесении защитного фторполимерного покрытия на химическое оборудование реактор растворения отходов производства, а также при нанесении противопригарного покрытия на партии изделий "Сковорода 24-21ТПр ТО-95.083. ТНП-66-92" с положительным результатом.

Источники информации:
1. Н. Е.Явзина, Ю.А.Паншин, А.Л.Петрова. Опыт использования противопригарных фторполимерных покрытий в различных областях техники и народного хозяйства. Л. ЛДНТП, 1982, стр. 10-11.

2. ТУ 14-11-260-92. Композиция фторопластовая "Сталафлон" марки ФС-1.

3. ТУ 108-СГ-ПС-08-83. Кремнезоль.

Использование: композиция для нанесения покрытий, защищающих от коррозии и предотвращающих пригорание и прилипание продуктов. Сущность: композиция для покрытий, включающая пигменты 0,1-3,99%, наполнители 0,15-2,47%, поверхностно-активные вещества 0,2-4,96%, соль циркония 0,5-25,0% и суспензию фторопласта Ф-4Д - остальное. На образцы из фторполимерной композиции наносили двухслойное покрытие толщиной 25-30 мкм распылением. Первый слой содержит промотор адгезии, а второй слой не содержит. Покрытие предварительно сушат при температуре менее 100^oC 20 мин. Затем спекают первый слой при температуре 200-250^oC 8-12 мин. Второй слой покрытия спекают при температуре 400-420^oC 15-20 мин. Композиция обладает более высокой прочностью сцепления покрытия к травленной металлической поверхности 12,2-13,9 кгс/мм². 1 табл.

Композиция для покрытий, включающая суспензию фторопласта Ф-4Д, пигменты, наполнители, поверхностно-активные вещества и промотор адгезии, отличающаяся тем, что в качестве промотора адгезии она содержит соль циркония при следующем соотношении компонентов, мас.

Пигменты 0,1 3,99
Наполнители 0,15 2,47
Поверхностно-активные вещества 0,2 4,96
Соль циркония 0,5 25,0
Суспензия фторопласта Ф-4Д Остальноет