BE1023018B1 - Email composities met metaalglans - Google Patents

Abstract

De huidige uitvinding voorziet in nieuwe emails of composities die specifiek bruikbaar zijn voor het coaten van metaal oppervlakken bestaand uit giet-ijzer of plaatstaal en een metaalglans effect creëren.

Figuur 1

Description

EMAIL COMPOSITIES MET METAALGLANS TECHNISCH WERKGEBIED

De uitvinding situeert zich in het veld van email (vitreous enamel) composities, meerbepaald in email composities die een metaalglans effect geven aan het eindproduct, met name gietijzeren gebruiksvoorwerpen, zoals potten en pannen.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

Vanuit esthetisch en design oogpunt is men steeds op zoek naar nieuwe technieken om het uitzicht van gebruiksvoorwerpen zoals (kook)potten en pannen te verbeteren. Een metaalglans meegeven aan dergelijke gebruiksvoorwerpen is daarom zeer interessant. Voor aluminium en stalen potten en pannen zijn emails bekend die een metaalglans effect geven aan het eindproduct, waarbij het eindproduct tevens bestand is aan hoge temperaturen en aanwezigheid van zuren die tijdens het kookproces kunnen voorkomen. Voor gebruiksvoorwerpen uit gietijzer heeft men echter een ander type email nodig, om dit effect te kunnen bekomen, wegens de lange inbrandsduur. Standaard emails voor gietijzeren gebruiksvoorwerpen zijn doorgaans opgebouwd uit een combinatie van netwerk-bouwende en netwerk-brekende componenten. De combinatie van en het evenwicht tussen beiden zorgt voor het perfect uitvloeien van de email gedurende het inbranden, voor een gepaste uitzettingscoëfficiënt en chemische resistentie. Om een metaalglans effect te verkrijgen moet een bepaald pigment (luster, pailette) worden toegediend zoals bijvoorbeeld irriodine. Dit irriodine is echter zeer gevoelig voor afbraak door voornamelijk de netwerk-brekende componenten in de frit, waardoor het metaalglans effect in standaard frits voor gietijzer niet wordt bekomen.

Er is dus nood aan email composities (emails) voor gebruik op gietijzer, die een metaalglans effect geven aan het eindproduct, zonder in te boeten aan uitzettingscoëfficiënt en chemische resistentie.

De huidige uitvinding biedt een oplossing voor bovenstaand probleem.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De uitvinding voorziet in de volgende aspecten:

Aspect 1. Een frit compositie bruikbaar voor het coaten van gietijzer die de volgende componenten bevat: a) 35 - 50 gew. % Si02, b) 14-20 gew. % K20 + Na20, c) 0 - 0.5 gew. % Li20,

Aspect 2. Een email compositie die opgebouwd is uit 1 of meerdere fritten, met frit compositie volgens aspect 1, en waaraan 1 -10 gew. % luster pigment werd toegevoegd.

Aspect 3. De email compositie volgens aspect 2, die bruikbaar is voor inbrand (firing) in een temperatuursvork van 700 tot 900°C, preferentieel van 750 tot 800°C, en meer preferentieel van 770 tot 790°C.

Aspect 4. De email compositie volgens eender welke der aspecten 2 tot en met 3, gebruikt als een email top-laag.

Aspect 5. De email compositie volgens eender welke der aspecten 1 tot en met 4, waarbij de email compositie na inbranden op een gietijzer oppervlak de volgende reflectiecoëfficiënt heeft:

Si -15° is hoger dan of gelijk aan 35;

Si 45° is hoger dan of gelijk aan 20; en/of

Si 75° is hoger dan of gelijk aan 15.

Aspect 6. Het gebruik van de email compositie volgens eender welke aspecten 1 tot en met 5, voor het coaten van gietijzer oppervlakken.

Aspect 7. Het gebruik volgens aspect 6, voor het coaten van eender welk voorwerp geselecteerd uit de lijst omvattend: potten, kasserollen, sauspannen, (steel)pannen, braadpannen, wokpannen en de eventueel bijbehorende deksels daarvan; braad- of grilplaten, en braad- of grilroosters; barbecues, ovenwanden, kachels, sierschouwen, en haarden; reclameborden en badkuipen.

Aspect 8. Een proces voor vormen van een email coating op een gietijzer oppervlak, die ondermeer de volgende stappen bevat: (a) voorzien van een gietijzer oppervlak, optioneel voorzien van een grondlaag email compositie; (b) het deponeren van de email compositie volgens eender welke der conclusies 2 tot en met 5 op het gietijzer oppervlak uit a); (c) het inbranden (firing) van de email laag op het oppervlak, bij een temperatuur tussen de 700 en 900°C, preferentieel tussen 750 en 800°C, meer preferentieel tussen 770 en 790°C, waarbij een glasharde email coating wordt gevormd op het oppervlak.

Aspect 9. Het proces volgens aspect 8, waarbij de email laag een dikte heeft van 50 tot 1000 pm, preferentieel van 100 tot 700 pm, meer preferentieel van 100 tot 500 pm.

Aspect 10. Het proces volgens eender welke der aspecten 8 tot en met 9, waarin de email compositie wordt ingebrand gedurende ongeveer 10 tot 20 minuten, preferentieel 12 tot 16 minuten.

Aspect 11. Het proces volgens eender welke der aspecten 8 tot en met 10, waarbij de reflectiecoëfficiënt van het eindproduct als volgt is:

Si -15° is hoger dan of gelijk aan 35;

Si 45° is hoger dan of gelijk aan 20; en/of

Si 75° is hoger dan of gelijk aan 15.

Aspect 12. Metalen voorwerp gecoat met een van de email composities volgens eender welke der aspecten 2 tot en met 5.

Aspect 13. Metalen voorwerp gecoat volgens eender welke der aspecten 8 tot en met 11. GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING

Alle hierin gebruikte termen moeten worden gezien als bekend in het technische veld van de uitvinding en hebben de daarin bekende betekenis.

De term “gewichtsprocent” slaat op procent op gewichtsbasis, afgekort “% w/w” of “gew. %” en is het gewichtspercentage op het totaalgewicht van de email compositie.

Zoals hierin gebruikt, omvatten de enkelvoudige vormen "een" en "de" zowel enkelvoud als meervoud tenzij de context duidelijk anders voorschrijft.

De termen “bevat”, "bevat ondermeer", "omvat" en “omvat ondermeer” zoals hierin gebruikt zijn synoniem en moeten worden gezien als open en sluiten extra, niet -gereciteerd leden, elementen of stappen niet uit. De term omvat ook "bestaande uit" en "hoofdzakelijk bestaande uit".

De numerieke eindpunten van de concentratie ranges omvatten de eigenlijke eindpunten alsook een variatie daarop van minder dan 1,0 gew.%, bij voorkeur minder dan 0,5 gew.%, meer bij voorkeur minder dan 0,2 gew.%, nog meer bij voorkeur minder dan 0,1 gew.% of minder. Alle getallen en fracties die binnen de respectieve range vallen, evenals de vermelde eindpunten vormen deel uit van de uitvinding.

De term "ongeveer" zoals hierin gebruikt om naar een meetbare waarde zoals een parameter, een hoeveelheid, een bepaalde tijd en dergelijke te verwijzen, is bedoeld om variaties van de voorgeschreven waarde, met name variaties van + / -10 % of minder, bij voorkeur + / -5% of minder, liever + / -1% of minder, en nog liever + / -0,1% of minder van de voorgeschreven waarde te omvatten, voor zover dergelijke variaties geschikt zijn in de respectievelijke uitvoeringsvormen van de uitvinding. Het is duidelijk dat de waarde waarop de bepaling "ongeveer" slaat zelf ook specifiek en bij voorkeur beschreven is.

De term “substantieel geen” slaat op minder dan 0,1 gew.%, bij voorkeur minder dan 0,01 gew.%, meer bij voorkeur 0 gew.%.

De term “frit” slaat op de flakes of granaliën, die bekomen wordt door het smelten van de gemengde componenten (e.g.) op een temperatuur van 1200 tot 1400 °C waarbij een glasstructuur gevormd, en het nadien afkoelen van dit gesmolten glas tot kamertemperatuur tussen koelrollen of in water.

De term “email” slaat op de email compositie, die bekomen wordt door frit in combinatie met hulpstoffen en kleurstoffen te malen tot fijn poeder of slib De email wordt door inbranden in reactie gebracht met en vastgehecht op het substraat. In de huidige context worden de termen “email” en “email compositie” als synoniem beschouwd.

De term “inbrand” slaat op de Engelse term “firing”, de verhittingsstap die gedaan wordt om de email compositie finaal te laten reageren met het substraat of het oppervlak en kan worden uitgevoerd door middel van elke daartoe bekende technologie. De email compositie verandert hierbij tot een glasharde coating. Inbrand vindt typisch plaats in daartoe speciaal ontwikkelde ovens, die verschillende groottes kunnen hebben en verschillende energiebronnen kunnen aanwenden voor het inbranden van de email composities. Voorbeelden zijn zogenaamde lichtgewicht kamerovens (box-furnaces), geladen ovens (charge furnaces), tunnel ovens (tunnel-furnaces), transportband ovens (conveyer-belt furnaces), continue ovens (continuous furnaces), met U- of L-type verhittingskamers. Belangrijk is dat de ovens een uniforme warmteverdeling hebben in de ovenkamer, met een zo klein mogelijke temperatuurs-fluctuatie in functie van tijd en plaats in de oven.

De term “aanbrengen van de email compositie” omvat alle mogelijke technieken voor het aanbrengen van de email-laag (ook “email” genoemd) op het substraat of oppervlak. Meerbepaald omvat de term ondermeer: het nat onderdompelen (wet dipping), vloeibaar-coaten (flow-coating), sproeien (spraying), nat elektrostatisch coaten (wet electrostatic coating), elektroforetisch coaten (electrophoretic coating), poeder coaten (dusting of dipping), poeder elektrostatisch coaten (powder electrostatic coating), of combinaties hiervan.

De emails volgens de uitvinding zijn speciaal ontworpen voor het coaten van oppervlaktes uit gietijzer die moeten kunnen weerstaan aan grote temperatuurschommelingen en chemische bestanddelen uit voedingswaren zoals zuren, zouten en basen. Voorbeelden van dergelijke gietijzer oppervlakken zijn kook benodigdheden zoals potten, kasserollen, sauspannen, (steel)pannen, braadpannen, wok pannen, alsook de eventueel bijbehorende deksels daarvan, alsook barbecues, braad- of gril-platen, en braad- of gril-roosters. De email composities volgens de huidige uitvinding kunnen natuurlijk ook gebruikt worden voor het coaten van overige gietijzeren oppervlaktes zoals ovens, kachels, haarden, badkuipen, reclameborden, etc.. Ook voor het coaten van staal zijn de emails die hierin worden beschreven geschikt.

Kookbenodigdheden uit gietijzer moeten typisch aan de volgende eisen voldoen die door de European Enamel Authority (EEA) werden uitgeschreven (EEA quality requirements vs.4.1, 2014)

In de volgende tabel worden de testmethodes weergegeven voor de respectievelijke kwaliteitseisen hierboven opgenoemd:

De emails die hierin worden beschreven zijn geschikt voor het aanbrengen als een toplaag, die moet aanhechten op een email grondlaag, specifiek gericht op gietijzer en/of staal. Een voorbeeld van een dergelijke grondlaag voor gietijzer is het product GC5028 (Prince Belgium bvba). Een voorbeeld van een dergelijke grondlaag voor staal is het product PM 1/10/5800/1 (Prince Belgium bvba).

De grondlaag en toplaag worden typisch via een two-coat-two-fire proces aangebracht op het oppervlak. Een eerste grondcoating wordt aangebracht via vb. een spuitpistool en ingebrand op een typische temperatuur tussen 820°C-850°C. Daarna wordt een tweede coating aangebracht eveneens met vb. een spuitpistool en terug ingebrand maar op een lagere temperatuur (760°C-840°C).

De emails die hierin worden beschreven zijn tevens geschikt voor het aanbrengen als een enkelvoudige email laag, specifiek gericht op gietijzer en/of staal. Dergelijke enkelvoudige email laag wordt aangebracht op het oppervlak door een one-coat-one-fire proces. Hierbij wordt er geen grondcoating aangebracht, en wordt de top-coat (toplaag) rechtstreeks op het substraat aangebracht en ingebrand bij 760°C-840°C.

De term “luster pigment” zoals hierin gebruikt slaat op pigmenten die een parel effect of metaalglans veroorzaken in de finale email coating. Luster pigmenten kunnen natuurlijke of synthetisch zijn en zijn in principe opgebouwd uit gecoate inerte materialen. De coating die gebruikt wordt is veelal Titanium dioxide. Iriodine (Merck) bijvoorbeeld is een natuurlijk mica dat gecoat is met titanium dioxide (Ti02).

De term “reflectiecoëfficiënt” is een maat voor de hoeveelheid metaalglans die het eindproduct na inbranden van de email volgens de uitvinding. Dergelijke coëfficiënt kan worden gemeten met behulp van bijvoorbeeld een spectrofotometer van het type BYK mac i (BYK-Gardner GMBH), waarbij het oppervlak wordt belicht vanuit verschillende hoeken en het gebied van de glinstering (Sa) alsook de intensiteit van de ginstering (Si) wordt gemeten, waardoor men de glinstering kwantitatief kan uitdrukken als een functie van Sa en Si (f(Sa; Si)). Ook de korrelgrootte (uniform/fijn vs. korrelig/grof) kan met een dergelijk toestel worden gemeten en kan op een schaal van 0 (uniform/fijn) tot 15 (korrelig/grof) worden aangeduid.

VOORBEELDEN

De huidige uitvinding wordt hier verder beschreven in de vorm van de volgende niet beperkende voorbeelden.

Voorbeeld 1: Testen van de composities volgens de uitvinding

Email composities met verschillende samenstelling (cfr. Tabel 1), werden getest op hun metaalglans effect.

De gebruikte testmethodes wordt hierna kort geschetst, maar kan door om het even welke gelijkaardige methodologie bekend in het vakgebied worden vervangen. “Lab”-waarden: kleurwaarden op basis van de Lab color space annotering, waarbij L de lichtheid weergeeft (100 is zeer licht, 0 is zeer donker), A de hoeveelheid rood of groen weergeeft, en B de hoeveelheid geel en blauw weergeeft.

De verschillende frits werden op hetzelfde gietijzer substraat aangebracht en de metaalglans reflectie werd bepaald (Figuur 1). Een gepaste maalformule voor toepassing als top-coat op gietijzer werd gebruikt, met toevoeging van 3 gew. % luster pigment. De substraten worden, na drogen, ongeveer 12 minuten gebakken op 780°C.

Het impressie-effect (Si, Sa, AG) werd gemeten met een BYK-mac i Sensor 23mm (BYK gardner GMBH) volgens de handleiding van de producent. De reflectiecoëfficiënt wordt hoofdzakelijk bepaald door de verschillende Si waarden (reflectie) te bepalen bij het belichten van het product vanuit verschillende invalshoeken.

De glans werd gemeten met een BYK gardner - micro Tri gloss 20/60/85° glans meter (BYK gardner GMBH) volgens de handleiding van de producent.

Tabel 1: overzicht van de specifieke voorbeeld frits en hun bestanddelen (in gew. %) voor inbrand (firing) en de resulterende metaalglans na aanbrengen op substraat na two-coat-two-fire.

Zoals in de tabel aangegeven werd enkel een goede metaalglans intensiteit bekomen indien de som van K2O+Na2O tussen de 14 en 20 gew. % ligt en indien de hoeveelheid Li2O lager is dan 0,5 gew. %. We merken op dat in alle voorbeelden evenveel luster pigment (3 gew. %) werd toegevoegd. Ook de korreligheid (graininess) is afhankelijk van de samenstelling van de frit.

Indien aan deze vereisten niet wordt voldaan krijgt het eindproduct onvoldoende metaalglans.

Claims (13)

1. CONCLUSIES

   1. Een frit compositie bruikbaar voor het coaten van gietijzer die de volgende componenten bevat: a) 35 - 50 gew. % Si02, b) 14-20 gew. %K20 + Na20, c) 0 - 0.5 gew. % Li20,
2. 2. Een email compositie die opgebouwd is uit 1 of meerdere fritten, met frit compositie volgens conclusie 1, en waaraan 1 -10 gew. % luster pigment werd toegevoegd.
3. 3. De email compositie volgens conclusie 2, die bruikbaar is voor inbrand (firing) in een temperatuursvork van 700 tot 900°C, preferentieel van 750 tot 800°C, en meer preferentieel van 770 tot 790°C.
4. 4. De email compositie volgens eender welke der conclusies 2 tot en met 3, gebruikt als een email toplaag.
5. 5. De email compositie volgens eender welke der conclusies 1 tot en met 4, waarbij de email compositie na inbranden op een gietijzer oppervlak de volgende reflectiecoëfficiënt heeft: Si -15° is hoger dan of gelijk aan 35; Si 45° is hoger dan of gelijk aan 20; en/of Si 75° is hoger dan of gelijk aan 15.
6. 6. Het gebruik van de email compositie volgens eender welke conclusies 1 tot en met 5, voor het coaten van gietijzer oppervlakken.
7. 7. Het gebruik volgens conclusie 6, voor het coaten van eender welk voorwerp geselecteerd uit de lijst omvattend: potten, kasserollen, sauspannen, (steel)pannen, braadpannen, wokpannen en de eventueel bijbehorende deksels daarvan; braad- of grilplaten, en braad- of grilroosters; barbecues, ovenwanden, kachels, sierschouwen, en haarden; reclameborden en badkuipen.
8. 8. Een proces voor vormen van een email coating op een gietijzer oppervlak, die ondermeer de volgende stappen bevat: (a) voorzien van een gietijzer oppervlak, optioneel voorzien van een grondlaag email compositie; (b) het deponeren van de email compositie volgens eender welke der conclusies 2 tot en met 5 op het gietijzer oppervlak uit a); (c) het inbranden (firing) van de email laag op het oppervlak, bij een temperatuur tussen de 700 en 900°C, preferentieel tussen 750 en 800°C, meer preferentieel tussen 770 en 790°C, waarbij een glasharde email coating wordt gevormd op het oppervlak.
9. 9. Het proces volgens conclusie 8, waarbij de email laag een dikte heeft van 50 tot 1000 pm, preferentieel van 100 tot 700 pm, meer preferentieel van 100 tot 500 pm.
10. 10. Het proces volgens eender welke der conclusies 8 tot en met 9, waarin de email compositie wordt ingebrand gedurende ongeveer 10 tot 20 minuten, preferentieel 12 tot 16 minuten.
11. 11. Het proces volgens eender welke der conclusies 8 tot en met 10, waarbij de reflectiecoëfficiënt van het eindproduct als volgt is: Si -15° is hoger dan of gelijk aan 35; Si 45° is hoger dan of gelijk aan 20; en/of Si 75° is hoger dan of gelijk aan 15.
12. 12. Metalen voorwerp gecoat met een van de email composities volgens eender welke der conclusies 2 tot en met 5.
13. 13. Metalen voorwerp gecoat volgens eender welke der conclusies 8 tot en met 11.