АНТИАДГЕЗИОННОЕ ПОКРЫТИЕ НА МЕТАЛЛЕ Российский патент 2000 года по МПК C09D127/12 C09D5/00 

Изобретение относится к составам на основе водных суспензий фторопластов, предназначенных для получения антиадгезионных покрытий на металлических поверхностях и может быть использовано в химической, машиностроительной, пищевой и других отраслях промышленности, в частности для изготовления эмалированной посуды с антипригарным покрытием или при производстве типографских валков.

Известны составы на основе водных суспензии фторопластов для получения антиадгезионных покрытий на металлических изделиях, содержащие следующие основные компоненты:
- водные суспензии фторопластов;
- поверхностно-активные вещества,
- пигменты;
- органические и/или неорганические клеи.

[см., например. а.с. СССР N 1620452, МКИ C 08 Y 5/16. заявл. 24.08.87 г. , опубл. 6.02.91 г.; Пугачев А.Г "Композиционные материалы на основе политетрафторэтилена", обзорная информация, сер. "Полимеризация пластмассы", изд. НИИТЭХИМ: РЖХ 10Т164К, 1990 г.]
Недостатками антиадгезионных покрытий на основе известных составов являются:
- недостаточная адгезия к подложке (при отсутствии органических клеев);
- невысокая седиментационная устойчивость состава, приводящая к его расслоению, растеканию на подложке и снижению потребительских качеств покрытия;
- наличие токсичных ингредиентов (например, Cr₂O₃, H₂SO₄ и др.), ограничивающее применение покрытий в изделиях, используемых в пищевой промышленности;
- невысокая устойчивость покрытия к механическому истиранию.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является антиадгезионное покрытие на металле выполненное из грунтовочного и отделочного слоев, каждый из которых содержит фторопластовую суспензию с поверхностно-активным веществом, неорганический пигмент, глицерин, полимер и воду, причем, грунтовочный слой содержит также аминную соль полиамидокислоты. Полимер может быть выбран из группы, содержащей карбоксиметилцеллюлозу, поливиниловый спирт или сополимер бутилакрилата, метилметакрилата и фенилакриловой кислоты.

[см. п. РФ N 2039069, МКИ C 09 D 5/08, заявл. 08.07.93 г., опубл. 06.10.96 г.].

Недостатки прототипа заключаются в:
- ограниченной адгезии к подложке, обусловленной высокой плотностью и неравномерностью состава грунтовочного слоя покрытия, снижающей укрывистость композиции;
- ограниченной седиментационной устойчивости, приводящей к расслоению составов грунтовочного и отделочного слоев покрытия и, следовательно, снижению потребительских характеристик покрытия (например, ухудшение внешнего вида);
- невысокой устойчивости покрытия к истиранию, обусловленной разрыхлением полимера, входящего в состав отделочного слоя покрытия при несбалансированном содержании неорганических добавок.

Задачей настоящего изобретения является увеличение срока службы покрытия с одновременным улучшением его потребительских характеристик (внешнего, товарного вида) за счет увеличения адгезии, повышения седиментационной устойчивости состава и износоустойчивости покрытия.

Поставленная задача решается тем, что в известном антиадгезионном покрытии на металле, выполненном из грунтовочного и отделочного слоев, каждый из которых содержит фторопластовую суспензию с поверхностно-активным веществом, неорганический пигмент, глицерин, полимер и воду, причем, грунтовочный слой содержит также аминную соль полиамидакислоты. Согласно изобретению, оба слоя содержат кремниевый стабилизатор, грунтовочный слой дополнительно содержит разжижитель полимера - фурфуриловый спирт, а отделочный слой в качестве полимера содержит полиамид-имид, при следующем соотношении компонентов в грунтовочном слое, мас.%:
Фторопластовая суспензия - 30,00 - 32,00
Поверхностно-активное вещество - 1,60 - 3,20
Неорганический пигмент - 0,40 - 0,60
Глицерин - 2,40 - 2,65
Полимер - 0,09 - 1,83
Аминная соль полиамидокислоты - 0,03 - 0,30
Кремниевый стабилизатор - 8,00 - 8,50
Фурфуриловый спирт - 0,03 - 0,10
Вода - Остальное
в отделочном слое, мас.%:
Фторопластовая суспензия - 44,00 - 50,00
Поверхностно-активное вещество - 2,00 - 3,50
Неорганический пигмент - 2,77 - 7,00
Глицерин - 3,50 - 4,50
Полиамид-имид - 0,10 - 4,00
Кремниевый стабилизатор - 0,10 - 0,50
Вода - Остальное
В качестве кремниевого стабилизатора грунтовочный слой содержит золь кремниевой кислоты, а отделочный слой - силикат щелочного металла, а в составе неорганического пигмента отделочный слой содержит модифицированную слюду.

Введение кремниевого стабилизатора в состав грунтовочного и отделочного слоев заявляемого покрытия обеспечивает стабильность составов, препятствует их расслоению, способствует достижению поставленной задачи. Причем, введение в качестве кремниевого стабилизатора в состав грунтовочного слоя золя кремниевой кислоты, обладающего повышенным сродством к подложке (например, к силикатным эмалям) дополнительно увеличивает адгезию состава.

Использование фурфурилового спирта в качестве разжижителя полимера в грунтовочном слое предлагаемого покрытия направлено на усиление однородности состава, увеличение адгезий к подложке, приводящее к решению поставленной задачи.

Применение в отделочном слое заявляемого покрытия в качестве полимера полиамид-имида с одновременным регулированием количества неорганических добавок (введением их оптимального количества) препятствуют разрыхлению полимера, увеличивая износоустойчивость и срок службы покрытия.

Соотношение компонентов в грунтовочном и отделочном слоях антиадгезионного покрытия на металле в заявляемых пределах необходимо и достаточно для решения поставленной задачи.

Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение не известно из уровня исследуемой техники, что свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Сущность заявляемого изобретения для специалиста не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Возможность формирования предлагаемого антиадгезионного покрытия на металле на предприятиях химической, машиностроительной, пищевой и других отраслей промышленности из промышленно выпускаемых компонентов, свидетельствует о его соответствии критерию "промышленная применимость".

Формирование заявляемого "Антиадгезионного покрытия на металле" реализовано в промышленных условиях Верх-Исетского металлургического завода (г. Екатеринбург).

Примеры 1-3. Формирование антиадгезионного покрытия на металле.

Для получения антиадгезионного покрытия в качестве металла (подложки) использовали пластины листового алюминия марки АДО (или АДОО, АД1), покрытые керамическим составом (или стальные эмалированные пластины). Причем, с целью создания развитого рельефа, поверхности предварительно подвергали пескоструйной обработке до показателя шероховатости Ra = 3-8.

Для приготовления составов грунтовочного и отделочного слоев антиадгезионного покрытия использовали традиционные промышленно выпускаемые компоненты:
1. Фторопластовая суспензия марки Ф-4Д (или Ф-4ДМ),
ТУ 6-05-1246-81 (с изменениями 1,2,3,4).

2. Поверхностно-активное вещество (например, жирные спирты, алкильный остаток которых содержит 8-12 атомов углерода),
ТУ 6-02-09-07-92.

3. Неорганический пигмент, содержащий в составе:
- модифицированную слюду (перламутровый пигмент),
ТУ 21-0284393-27-89:
- ахроматические пигменты, например:
- сажу газовую (технический углерод диффузионный) ДГ 100,
ГОСТ 7885-86;
- TiO₂ марки "хч".

ГОСТ 4173-77;
- хроматические пигменты, например:
- Fe₂O₃(Co₂O₃ и др.),
ГОСТ 4173-77.

4. Глицерин
ГОСТ 6259-75.

5. Полимер для грунтовочного слоя, выбранный из группы:
- карбоксиметилцеллюлоза,
ТУ 6-55-40-90;
- метилметакрилат (полное название по ТУ полибутилметакрилат или полиизобутилметакрилат),
ТУ 6-01-252-70 (заменен на ТУ 6-01-958-75).

6. Полимер для отделочного слоя;
полиамид-имид
ТУ 6-05-211-804-72;
[Структура и свойства описаны в книге: М.И. Бессонов "Полиимиды - класс термостойких полимеров", изд. "Наука", Ленинград, 1983, стр. 19, 287- 300].

7. Фурфуриловый спирт,
ГОСТ 10930-74.

8. Кремниевый стабилизатор (в виде коллоида):
- для грунтовочного слоя - золь кремниевой кислоты,
ТУ 14-325-138-90;
- для отделочного слоя - силикат щелочного металла,
ГОСТ 13078-81, ГОСТ 13079-81.

Готовили три состава грунтовочного и отделочного слоев с варьированием соотношения компонентов в заявляемых пределах (см. таблицу 1).

Состав грунтовочного слоя наносили на подложку стандартным способом с помощью пневмопистолета.

Затем сушили образец в конвейерной печи в течение 20 минут при температуре 140^oC. После этого образец охлаждали в камере охлаждения до 20^oC в течение 20 минут.

Толщина грунтовочного слоя составляла 8-10 мкм.

Отделочный слой наносили на охлажденный образец вышеописанным способом, после чего образец с двухслойным покрытием сушили в конвейерной печи при температуре 70^oC в течение 10 минут.

Из зоны сушки конвейерной печи полученную заготовку направляли в зону обжига, где осуществляли одновременное спекание грунтовочного и отделочного слоев при температуре 400^oC в течение 10 минут. Толщина отделочного слоя составила 20 мкм, а общая толщина покрытия 28-30 мкм.

Остывшее до 20^oC изделие с покрытием выгружали из конвейерной печи и подвергали испытаниям на прочность сцепления по ТУ 14-118-329-95 и устойчивость к истиранию, которую определяли с помощью маятникового прибора марки ТМЛ-2124.

Одновременно формировали антиадгезионное покрытие, на металле в соответствии с прототипом (см. п. РФ N 2039069).

Сведения об испытаниях сформированных антиадгезионных покрытий на металле представлены в таблице 2.

Как видно из приведенных примеров и данных таблицы 2, использование заявляемого антиадгезионного покрытия на металле обеспечивает по сравнению с известным покрытием, взятым за прототип (см. п. РФ N 2039069), следующие технические и общественно полезные преимущества:
- увеличение адгезии, т.е. повышение и стабилизация прочности сцепления;
- увеличение износоустойчивости и, следовательно, удлинение срока службы покрытия;
- улучшение потребительских характеристик (внешнего товарного вида) за счет стабилизации окраски грунтовочного и отделочного слоев.

Примечание: Устойчивость к истиранию определяют в относительных единицах путем сравнения времени затухания колебаний маятника на эталонном (стеклянном) и испытуемом образцах.

Изобретение может быть использовано в химической, машиностроительной, пищевой и в др. отраслях промышленности для изготовления эмалированной посуды с антипригарным покрытием или при производстве типографских валков. Покрытие выполнено из грунтовочного и отделочного слоев, каждый из которых содержит фторопластовую суспензию с поверхностно-активным веществом, неорганический пигмент, глицерин, полимер, кремниевый стабилизатор и воду. Грунтовочный слой содержит также аминную соль полиамидокислоты и разжижитель полимера - фурфуриловый спирт, а отделочный слой в качестве полимера содержит полиамидимид. В составе неорганического пигмента отделочный слой содержит модифицированную слюду. Сочетание компонентов в определенном соотношении повышает адгезию и износоустойчивость покрытия и улучшает его потребительские характеристики. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Антиадгезионное покрытие на металле, выполненное из грунтовочного и отделочного слоев, каждый из которых содержит фторопластовую суспензию с поверхностно-активным веществом, неорганический пигмент, глицерин, полимер и воду, причем грунтовочный слой содержит также аминную соль полиамидокислоты, отличающееся тем, что оба слоя дополнительно содержат кремниевый стабилизатор, грунтовочный слой дополнительно содержит разжижитель полимеров - фурфуриловый спирт, а отделочный слой в качестве полимера содержит полиамидимид, при следующем соотношении компонентов в грунтовочном слое, мас.%:
Фторопластовая суспензия - 30,00 - 32,00
Поверхностно-активное вещество - 1,60 - 3,20
Неорганический пигмент - 0,40 - 0,60
Глицерин - 2,40 - 2,65
Полимер - 0,09 - 1,83
Аминная соль полиамидокислоты - 0,03 - 0,30
Кремниевый стабилизатор - 8,00 - 8,50
Фурфуриловый спирт - 0,03 - 0,10
Вода - Остальное
в отделочном слое, мас.%:
Фторопластовая суспензия - 44,00 - 50,00
Поверхностно-активное вещество - 2,00 - 3,50
Неорганический пигмент - 2,77 - 7,00
Глицерин - 3,50 - 4,50
Полиамидимид - 0,10 - 4,00
Кремниевый стабилизатор - 0,10 - 0,50
Вода - Остальное
2. Антиадгезионное покрытие на металле по п.1, отличающееся тем, что в качестве кремниевого стабилизатора грунтовочный слой содержит золь кремниевой кислоты, а отделочный слой - силикат щелочного металла, а в составе неорганического пигмента отделочный слой содержит модифицированную слюду.