BR102013033687B1 - Artigo compreendendo suporte metálico e revestimento de cerâmica e método para fabricar o mesmo - Google Patents
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Abstract
revestimento de cerâmica com resistência ao risco aprimorada e propriedades de condução térmica. trata-se de um revestimento de cerâmica, que se destina a ser aplicado em um suporte metálico e que tem a forma de pelo menos um filme continuo que tem uma espessura entre 2 e 100 (micrômetro), sendo que esse revestimento compreende uma matriz que inclui pelo menos um polialcôxido metálico e em que partículas do qual são dispersas cujo diâmetro varia entre 0,01 e 50 (micrômetro), sendo que as ditas partículas são de um material que tem uma condutividade térmica igual ou superior a 0,1 w.cm-1.°c-1 (10 w.m-1.k-1) e uma densidade aparente de no máximo 3,9 g/cm3. a invenção refere-se também a um artigo, por exemplo, culinário, que compreende tal revestimento e o método de fabricação do mesmo
Description
[001] A presente invenção refere-se geralmente a um revestimento de cerâmica obtido através de um processo sol-gel que torna possível a produção de material vítreo sem recorrer à possível fusão, sendo que o dito revestimento de cerâmica se destina a ser aplicado em um suporte metálico.
[002] A invenção refere-se também a um método de produção do dito revestimento assim como a um artigo que compreende pelo menos uma camada de tal revestimento, sendo que o artigo tem capacidade de ser um artigo culinário, uma base de ferro de passar, placas de ferro de alisamento de cabelo ou mesmo uma tampa de um eletrodoméstico.
[003] Por revestimento de cerâmica considera-se, dentro do significado da presente invenção, um revestimento sintetizado através de processo solgel de uma solução à base de precursor de fase líquida, que se converte em um sólido através de um conjunto de reações químicas (hidrólise e condensação) em temperatura baixa. O revestimento assim obtido pode ser organo-mineral ou inteiramente mineral.
[004] Por revestimento organo-mineral considera-se, dentro do significado da presente invenção, um revestimento do qual a rede é substancialmente inorgânica, mas compreende grupos orgânicos, particularmente devido à natureza dos precursores usados e à temperatura de cura do revestimento.
[005] Por revestimento inteiramente mineral considera-se, dentro do significado da presente invenção, um revestimento que consiste em um material completamente inorgânico, livre de qualquer grupo orgânico. Tal revestimento pode ser obtido também através de processo sol-gel com uma temperatura de cura de pelo menos 400 °C, ou a partir de precursores do tipo tetraetoxissilano (TEOS) com uma temperatura de cura que pode ser inferior a 400 °C.
[006] Esses revestimentos de cerâmica estão testemunhando atualmente um desenvolvimento importante no campo de artigos culinários e, particularmente, a título de revestimentos que cobrem a superfície interna e externa de artigos culinários. Além disso, os mesmos têm a vantagem de tornar possível obter revestimentos coloridos particularmente resistentes à temperatura e que tem propriedades de fácil limpeza.
[007] Tais revestimentos são obtidos comumente combinando-se alcóxidos metálicos à base de silício tais como silanos, ou à base de alumínio tais como aluminatos, e podem ser aplicados em substratos metálicos, tais como alumínio, alumínio fundido ou aço inoxidável.
[008] Entretanto, esses revestimentos de sol-gel têm propriedades de resistência mecânica limitadas no suporte metálico, e/ou não permitem uma condução térmica ótima, devido ao caráter termicamente isolante dos mesmos. Na verdade, no caso, por exemplo, de artigos culinários, parte da energia fornecida ao dito artigo é dissipada no revestimento isolante ao invés de ser transmitida diretamente ao alimento a ser cozido. Além disso, com um revestimento de sol-gel que não conduz ou que conduz mal o calor, uma formação local de pontos quentes, desfavoráveis para a qualidade de cozimento, pode ser observada na área em contato com o membro de aquecimento.
[009] Não obstante, é essencial poder ter revestimentos termicamente resistentes em mais do que 200 °C, que conduzem calor de uma maneira eficaz e homogênea no uso final dos mesmos e que, além disso, são mecanicamente resistentes às agressões de uso (riscos, abrasão...).
[0010] A fim de solucionar tal problema, o indivíduo versado na técnica pode considerar normalmente o uso de cargas metálicas padrão de tamanho micrométrico. Entretanto, essas cargas têm uma densidade alta, tornando a suspensão das mesmas difícil e gerando um risco de decantação rápida em uma formulação que contém as mesmas.
[0011] O requerente procurou solucionar, desse modo, esse problema de densidade incorporando cargas que têm uma densidade aparente baixa e uma condutividade térmica alta. O diamante e partículas de nitreto de boro cúbico preenchem essas duas restrições e o uso dos mesmos em revestimentos de cerâmica obtidos através do processo sol-gel é conhecido pelo indivíduo versado na técnica.
[0012] Assim, a Patente americana n° US 6.939.908 ensina o uso, em revestimentos de cerâmica transparentes obtidos através do processo solgel de um precursor tal como um alcoxissilano, de partículas resistentes à abrasão de tipo agregado com um diâmetro que varia entre 0,05 μm e 20 μm para aprimorar a resistência à deformação de revestimento, assim como o uso de nanopartículas de cerâmica, de diâmetro inferior a 0,1 μm para aumentar a transparência do revestimento. O mesmo consiste em revestimentos transparentes para substratos plásticos que se destinam substancialmente a aplicações do tipo oftálmico, de vidro de veículo a motor ou de cabine de aeronave. Tais revestimentos também podem ser aplicados em substratos metálicos a fim de aprimorar a propriedades de resistência à corrosão e dureza dos mesmos.
[0013] Além disso, o Pedido de Patente n° US 2011/0127461 descreve uma composição termocondutora obtida através do processo solgel, que consiste em uma matriz de polissiloxano em que partículas inorgânicas são dispersas, tal como partículas de diamante ou de nitreto de boro, de dimensão que varia entre 0,003 e 50 μm, sendo que as partículas e a matriz estão ligadas quimicamente. Devido à condutividade térmica alta das mesmas, as partículas de CBN ou de diamante favorecem a transmissão de calor no interior da matriz de polissiloxano bastante termicamente isolante.
[0014] Os revestimentos de sol-gel têm uma espessura que varia entre 200 e 500 μm. Os mesmos consistem em revestimentos muito espessos que se destinam a ser usados no campo de potência eletrônica como material para membros semicondutores de proteção e de vedação. As propriedades de resistência mecânica não são consideradas para esses tipos de revestimentos.
[0015] Em particular, o teor elevado de partículas necessário para garantir a condução térmica sob uma camada espessa de revestimento gera um risco alto de lascagem, que é aceitável para uma aplicação eletrônica difícil e mecanicamente solicitada, mas é inaceitável para uma aplicação culinária que é submetida a agressões mecânicas constantes (impactos, abrasão, choques repetidos).
[0016] Entretanto, os revestimentos de sol-gel ensinados por estes documentos não tornam possível solucionar o problema da técnica da presente invenção, que consiste em aprimorar conjunta e eficientemente a resistência mecânica de um revestimento de sol-gel de espessura baixa (particularmente menos do que 100 nm) e a homogeneidade térmica do mesmo durante o uso.
[0017] A fim de solucionar esse problema, o requerente desenvolveu através do processo sol-gel um revestimento de cerâmica em que há partículas de densidade aparente baixa (menos do que 3,9 g/cm3) ao mesmo tempo em que tem propriedades de condutividade térmica boas.
[0018] A presente invenção refere-se, portanto, a um revestimento de cerâmica, que se destina a ser aplicado em um suporte metálico e que está na forma de pelo menos um filme contínuo que tem uma espessura que varia entre 2 e 100 μm, sendo que o dito revestimento compreende uma matriz que inclui pelo menos um polialcóxido metálico e em que as partículas são dispersas do mesmo, o diâmetro varia entre 0,01 e 50 μm, sendo que essas partículas são de um material que tem uma condutividade térmica igual ou superior a 0,1 W.cm-1.°C-1 (10 W.m-1.K-1) e uma densidade aparente de no máximo 3,9 g/cm3.
[0019] Vantajosamente, o material que constitui as partículas tem uma dureza de Mohs igual ou superior a 9, para fornecer um excedente de dureza para a matriz do revestimento com base no polialcoxilato metálico de acordo com a invenção. Embora graus elevados de dureza possam ser obtidos para revestimentos de sol-gel à base de polialcoxilato metálico graças a uma escolha judiciosa de alcóxido metálico (usando-se, por exemplo, derivados aluminizados ao invés de derivados que contêm silício), a dureza máxima possível não pode ser atingida visto que o processo de reação através do processo sol-gel leva preferencialmente a compostos amorfos, que são intrinsicamente de dureza menor do que compostos cristalinos. A obtenção de compostos cristalinos somente pode ser adquirida se um processo de endurecimento tivesse sido realizado em temperatura muito alta, que pode ser incompatível com o uso de determinados suportes metálicos e as restrições de produtividade e ambientais.
[0020] As partículas, que podem ser ou não das mesmas espécies químicas, podem ser de tamanhos diferentes ou idênticos. Desse modo, torna-se possível ter partículas de natureza química diferente e de tamanhos diferentes.
[0021] Vantajosamente, o diâmetro das partículas varia entre 0,05 e 20 μm, preferencialmente entre 0,1 e 5 μm e ainda melhor entre 0,5 e 3 μm.
[0022] Vantajosamente, as partículas dispersas na matriz do revestimento de cerâmica de acordo com a invenção podem ser selecionadas dentre as partículas de diamante; partículas de CBN ou de nitreto de boro cúbico; partículas de tipo carbono-diamante ou DLC; partículas de carboneto de silício, partículas de carboneto de boro, partículas de nitreto de alumínio, partículas de nitreto de silício e combinações das mesmas.
[0023] Por “carbono-diamante”, abreviado como DLC, considera- se, de acordo com a presente invenção, uma estrutura amorfa com ligações tetraédricas do mesmo tipo que a estrutura de diamante.
[0024] Essas partículas dispersas estão presentes vantajosamente no revestimento de acordo com a invenção na taxa de 0,5 a 8% e, preferencialmente, na taxa de 2 a 4% em peso do revestimento.
[0025] Vantajosamente, a matriz do revestimento de cerâmica de acordo com a invenção é formada a partir de um polialcoxilato metálico selecionado dentre polialcoxissilanos, aluminatos, titanatos, zirconatos, vanadatos, boratos e combinações dos mesmos.
[0026] O polialcoxilato metálico da matriz do revestimento de cerâmica de acordo com a invenção pode compreender adicionalmente pelo menos um grupo alquila não funcional. Esse grupo alquila pode ser linear ou ramificado e selecionado dentre os grupos alquila em C1, C2, C3 ou C4, ou seja, os grupos metila, etila e alquila que compreendem 3 ou 4 átomos de carbono. A presença de grupos alquila se torna particularmente vantajosa para aprimorar a hidrofobicidade do revestimento de acordo com a invenção, sem obstruir, entretanto, a formação da rede inorgânica.
[0027] Além das partículas dispersas que têm uma condutividade térmica boa e uma densidade aparente baixa, a matriz do revestimento de cerâmica de acordo com a invenção pode compreender adicionalmente pelo menos um óleo de silicone reativo ou não reativo (ou uma mistura de óleos de silicone), para aprimorar o caráter hidrofóbico da superfície de revestimento.
[0028] A título de óleos de silício reativos que são usados dentro da armação da presente invenção, podem ser citados particularmente os óleos clorados, óleos amino, óleos (met)acrilados, óleos hidroxilados, e óleos com terminação vinil-hidreto, anidrido. A título de exemplos de óleos de silício reativos disponíveis no mercado, um indivíduo pode citar particularmente óleo hidroxilado comercializado pela empresa Wacker sob o nome de marca OEL CT101M ou óleo vinilado comercializado pela empresa BRB sob o nome de marca fluido de vinil 100.
[0029] A título de óleos de silicone não reativos que podem ser usados dentro da armação da presente invenção, um indivíduo pode citar particularmente fenil silicones, metil fenil silicones e metil silicones.
[0030] Se o revestimento de acordo com a invenção se destinar a uma aplicação culinária, particularmente para estar em contato com o alimento, é preferencial optar por um óleo de silicone selecionado dentre óleos de metil fenil silicones e metil silicone.
[0031] A título de exemplos de metil fenil silicones, um indivíduo pode citar particularmente os óleos comercializados pela empresa WACKER sob nome comercial WACKER SILICONOL AP150 e pela empresa DOW CORNING sob nome de marca fluido DOW CORNING 550 assim como os óleos comercializados pela empresa WACKER AROO.
[0032] A título de exemplos de óleos de metil silicone, pode ser citado particularmente o óleo comercializado pela empresa RHODIA sob nome de marca RHODIA 47 V 100, o óleo da empresa DOW CORNING 200 fluid, ou até mesmo o óleo da empresa TEGO ZV 9207, que são óleos de metil silicone.
[0033] O óleo de silicone pode ter vantajosamente uma viscosidade dinâmica a 20 °C que varia entre 0,012 e 0,5 Pa.s.
[0034] Vantajosamente, o óleo de silicone representa 0,01 a 2% em peso do dito revestimento, vantajosamente de 0,3 a 2% em peso do peso total do revestimento.
[0035] A matriz do revestimento de cerâmica de acordo com a invenção pode compreender adicionalmente, pelo menos uma carga de estruturação e/ou pelo menos um pigmento que dá cor ao revestimento.
[0036] Por carga de estruturação considera-se, dentro do significado da presente invenção, uma carga que torna possível aprimorar a aptidão do revestimento para formar camadas de espessura alta (particularmente superiores a 2 μm).
[0037] A título das cargas de estruturação úteis no revestimento de acordo com a invenção, podem ser citados particularmente: (i) óxidos metálicos tais como alumina, óxido de zinco, óxido de cobre, óxido de ferro, (ii) sílica, (iii) zircônia, (iv) mica, (v) argilas tais como montmorilonita, sepiolita, gipsita, caulinita e laponita, (vi) óxido de zinco, (vii) quartzo, e (viii) fosfato de zircônio,
[0038] sendo que essas cargas estão na forma de um pó ou de suspensões coloidais.
[0039] Será usado, preferencialmente, a título de cargas que aprimoram a aptidão do revestimento, de acordo com a invenção, para formar camadas de espessura alta, pós ou suspensões coloidais de alumina e sílica.
[0040] A título de pigmentos em conformidade com a invenção, podem ser citados particularmente mica revestida ou não revestida, dióxido de titânio, óxidos misturados de cobre-cromo-manganês, cobre-cromo, cromo- antimônio-titânio, estanho-zinco-titânio, espinélios, aluminossilicatos, óxidos de ferro, negro de fumo, vermelho de perileno, flocos, pigmentos de interferência, pigmentos termocrômicos, pigmentos magnetizáveis ou magnéticos, sais de cobalto, tatanato de níquel e combinações dos mesmos.
[0041] Preferencialmente, o filme tem uma espessura que varia entre e 70 μm de modo que a película assim formada seja contínua, coerente e suficiente para absorver a rugosidade do suporte.
[0042] A menos que seja especificado de outro modo, todas as porcentagens indicadas acima, que pertencem aos componentes do revestimento, são expressas em porcentagem de massa e expressam a porcentagem do componente em relação ao peso total do revestimento em estado seco.
[0043] A invenção refere-se também a um artigo que compreende pelo menos uma camada de revestimento de cerâmica de acordo com a invenção (tal como definido anteriormente).
[0044] Vantajosamente, o artigo de acordo com a invenção pode compreender pelo menos duas camadas de revestimento de cerâmica de acordo com a invenção, a espessura total das ditas camadas que varia entre 10 e 120μm.
[0045] O artigo de acordo com a invenção pode ser um artigo culinário, ou uma base de ferro de passar, ou placas de ferro de alisamento de cabelo, ou até mesmo uma tampa de um eletrodoméstico.
[0046] Se o mesmo consistir em um artigo culinário, o último compreenderá tipicamente um suporte metálico que tem um lado interno que tem capacidade de receber alimento e um lado externo que se destina a ser disposto em direção à fonte de calor, sendo que o dito revestimento é aplicado em pelo menos um dos lados interno e externo.
[0047] A título de suportes metálicos úteis dentro do arcabouço da presente invenção para artigos culinários, podem ser citados particularmente os suportes que têm: - uma estrutura de monocamada em alumínio anodizado ou não, ou em alumínio polido, escovado ou em microesferas, lixado ou quimicamente tratado, ou em alumínio fundido, ou aço inoxidável polido, escovado ou em microesferas, ou ferro fundido, ou em cobre polido ou batido; ou - uma estrutura de múltiplas camadas, parcial ou em totalidade, compreendendo a partir do exterior para o interior as camadas a seguir aço inoxidável/alumínio/aço inoxidável ou mesmo aço inoxidável/alumínio/cobre/alumínio/aço inoxidável, ou mesmo uma tigela de alumínio fundido, de alumínio ou ligas de alumínio duplicada com um fundo exterior em aço inoxidável.
[0048] Finalmente, a invenção refere-se também a um método para fabricação de um revestimento de cerâmica em pelo menos uma superfície de suporte metálico, sendo que o dito método compreende as etapas a seguir: i) possivelmente, um tratamento de superfície da dita superfície de suporte metálico a fim de aprimorar a adesão da camada de sol-gel aplicada na etapa iv); ii) preparar uma composição de sol-gel com: • pelo menos um precursor de sol-gel selecionado dentre os alcóxidos metálicos, • partículas que têm um diâmetro que varia entre 0,01 e 50 micrômetros e que estão em um material que tem uma condutividade térmica igual ou superior a 0,1 W.cm-1.°C-1 (10 W.m-1.K-1) e uma densidade aparente de no máximo 3,9 g/cm3, e preferencialmente uma dureza de Mohs igual ou superior a 9, e • possivelmente (a) pelo menos um óleo de silicone, reativo ou não, e/ou (b) pelo menos uma carga para aprimorar as propriedades mecânicas do revestimento formado, preferencialmente alumina ou sílica, e/ou (c) pelo menos um pigmento, iii) hidrolisar do dito precursor de sol-gel introduzindo-se água e um catalisador, ácido ou base, seguido por uma reação de condensação parcial para a obtenção de uma composição de sol-gel SG; iv) aplicar na dita superfície pelo menos uma camada da dita composição de sol-gel SG obtida seguindo a etapa iii); v) possivelmente secar a dita camada a uma temperatura que varia entre 40 e 90 °C; e vi) curar o dito artigo revestido seguindo a etapa iv) ou v) a uma temperatura que varia entre 150 °C e 400 °C.
[0049] O suporte metálico em que o revestimento de cerâmica é aplicado de acordo com a invenção é conforme definido anteriormente.
[0050] A fim de aprimorar a aderência da camada de sol-gel em um suporte metálico, particularmente alumínio, ou aço inoxidável ou ferro fundido, o indivíduo versado na técnica pode realizar vantajosamente um tratamento de superfície (i) da superfície do suporte metálico que se destina a receber a camada de sol-gel. Tal tratamento de superfície pode consistir em, por exemplo, um tratamento químico (por exemplo, através de gravura química) ou um tratamento mecânico (por exemplo, através de escovação ou lixamento), ou mesmo uma combinação desses tratamentos. Esse tratamento de superfície pode ser vantajosamente seguido com um empoeiramento e/ou desengorduramento possível.
[0051] Em relação à etapa ii) de preparação de uma composição de sol-gel, a última compreende principalmente as partículas de um material que tem propriedades físico-químicas específicas (condutividade térmica igual ou superior a 0,1 W.cm-1.°C-1 (10 W.m-1.K-1) e densidade aparente de no máximo 3,9 g/cm3), que são tal como definido anteriormente, e pelo menos a precursor de sol-gel selecionado dentre os alcóxidos metálicos.
[0052] É usado preferencialmente, a título de precursor de sol-gel, um alcóxido metálico selecionado a partir do grupo constituído dos: • precursores que têm a fórmula geral M1(OR1) n, • precursores que têm a fórmula geral M2(OR2)(n-1)R2', e • precursores que têm a fórmula geral M3(OR3)(n-2)R3'2, com: R1, R2, R3 ou R3’ que designam um grupo alquila em C1-C4, R2’ que designa um grupo alquila em C1-C4, ou fenila, sendo que n é um número inteiro que corresponde à valência máxima de metais M1, M2 ou M3, M1, M2 ou M3, que designam um metal selecionado dentre Si, B, Zr, Ti, Al, V.
[0053] O alcóxido metálico pode ser selecionado, portanto, vantajosamente, por exemplo, dentre os alcoxissilanos, aluminatos, titanatos, zirconatos, vanadatos, boratos e combinações dos mesmos.
[0054] É usado preferencialmente um alcoxissilano a título de precursor de sol-gel.
[0055] A título de alcoxissilanos em conformidade com a invenção, podem ser citados particularmente metiltrimetoxissilano (MTMS), tetraetoxissilano (TEOS), metiltrietoxissilano (MTES), dimetildimetoxissilano e combinações dos mesmos.
[0056] Preferencialmente, os alcoxissilanos MTES e/ou TEOS serão usados visto que os mesmos têm a vantagem de não conter grupos metóxi. Na verdade, a hidrólise de metóxi leva à formação de metanol na formulação sol-gel, a qual, dado à classificação tóxica da mesma, exige tomar cuidado extra durante a aplicação. Em contrapartida, a hidrólise de grupos etóxi gera somente etanol que tem uma classificação mais favorável e, portanto, requisitos de uso menos rigorosos para o revestimento de sol-gel.
[0057] A composição de sol-gel preparada na etapa (i) pode compreender adicional e vantajosamente pelo menos um óleo de silicone, reativo ou não, e/ou pelo menos uma carga para aprimorar as propriedades mecânicas do revestimento a ser formado, e/ou pelo menos um pigmento, óleo de silicone, sendo que a carga para aprimorar as propriedades mecânicas do revestimento a ser formado e o pigmento também são conforme definidos anteriormente.
[0058] Em relação à etapa iii) de hidrolisar o precursor de sol-gel, a título de catalisador, é usado vantajosamente um ácido selecionado dentre ácido acético, ácido fórmico e ácido clorídrico.
[0059] Em relação à etapa iv) de aplicar a composição de sol-gel na superfície do suporte, a última pode ser realizada vantajosamente através de aspersão. A camada de composição de sol-gel SG aplicada na etapa iv) pode ter uma espessura no estado úmido de entre 4 e 200 μm (correspondendo a uma espessura no estado seco entre 2 e 100 μm), vantajosamente entre 10 e 140 μm (correspondendo a uma espessura no estado seco entre 5 e 70 μm), e/ou a etapa (iv) pode ser repetida até obter uma sucessão de camadas das quais a espessura total no estado úmido é de 20 a 240 μm (correspondendo a uma espessura no estado seco entre 10 a 120 μm).
[0060] A etapa iv) de aplicar a composição de sol-gel pode ser possivelmente seguida por uma etapa de secagem a uma temperatura que varia entre 40°C e 90°C, anterior à cura final vi) do artigo.
[0061] Além disso, o método de acordo com a invenção pode compreender adicionalmente a etapa de aplicar uma camada contínua ou descontínua de decoração, entre a etapa iv) de aplicar a composição de solgel (ou, se for necessário, de secagem v)) e a etapa vi) de curar o artigo, sendo que essa aplicação de uma camada de decoração tem capacidade de ser seguida (ou não), a própria, com uma etapa de secagem a uma temperatura menor do que 90 °C anterior à cura final vi) do artigo.
[0062] A menos que seja especificado de outro modo, todas as porcentagens dos componentes da presente aplicação são expressas em porcentagens de massa. A invenção está ilustrada em detalhes adicionais nos exemplos a seguir.
[0063] O revestimento de cerâmica é preparado na forma de um bicomponente das composições A e B.
[0064] A composição A torna possível fornecer pigmentação, aditivos para aprimorar as qualidades antiaderência do revestimento (fácil limpeza) assim como as cargas tornam possível aprimorar a aderência do revestimento e confiam no aspecto final do mesmo. Essa composição A contém pó de diamante.
[0065] A composição B compreende silanos reativos que tornam possível formar a matriz de revestimento.
[0066] O procedimento de trabalho é o seguinte: 1) A composição A é preparada introduzindo-se sucessivamente (em peso em relação ao peso total da dita composição A): • 40% de sílica coloidal (ou seja, Klebosol 40V12); • 15% de água desmineralizada, • 10% de isopropanol (que se destina a aprimorar a compatibilidade das composições A e B); • 2% de óleo de silicone não reativo (ou seja, Rhodorsil 47V50) que torna possível aprimorar as qualidades antiaderência do revestimento; • 30% de pigmento preto (isto é, FA1220); e • 3% de pó de diamante de diâmetro médio de 12 micrômetros, em relação ao peso do filme seco.
[0067] 2) A composição B é preparada misturando-se metiltrietoxissilano com o ácido acético a fim de limitar a reatividade do silano através da criação de um quelato. O teor de ácido é de 5% em peso em relação ao peso total da composição B. Um teor elevado é vantajoso se o mesmo for exigido para aumentar a vida da dita mistura.
[0068] Essas duas composições A e B podem ser mantidas por mais do que 6 meses nessa forma separada.
[0069] 3) Desse modo, em um misturador, as composições A e B são unidas com uma razão A/B de 50/50 em peso, para criar uma mistura íntima e tornar a reação de hidrólise possível. A operação de agitação pode ser rápida em si, entretanto, é necessário deixar essa mistura maturar por pelo menos 24 horas antes de aplicar a mesma como revestimento.
[0070] A vida útil da mistura é de pelo menos 72 horas.
[0071] 4) A mistura é filtrada em uma grelha de aço inoxidável de 40 μm.
[0072] 5) O suporte de alumínio, na forma de uma panela de diâmetro 26, é tratado mecanicamente através de uma operação de lixamento e é desengordurado, em seguida.
[0073] 6) A mistura é aplicada com o uso de uma pistola pneumática em um dos dois lados do dito suporte obtido na etapa 5, em uma camada de revestimento com uma espessura de 30 ± 3 μm.
[0074] Maiores espessuras de até 100 ou 120 μm são possíveis multiplicando-se o número de camadas, sendo que cada camada é seca antes da aplicação da seguinte.
[0075] 7) A peça assim revestida é cozida levemente durante 30 minutos a uma temperatura de 220 °C.
[0076] O revestimento de cerâmica é preparado na forma de um bicomponente das composições A e B.
[0077] A composição A torna possível fornecer pigmentação, aditivos para aprimorar as qualidades antiaderência do revestimento (fácil limpeza) assim como as cargas tornam possível aprimorar a aderência do revestimento e confiar no aspecto final do mesmo. A composição A compreende partículas de SiC. A composição B compreende silanos reativos que tornam possível formar a matriz de revestimento.
[0078] O procedimento de trabalho é o seguinte: 1) A composição A é preparada introduzindo-se sucessivamente (em peso em relação ao peso total da dita composição A): • 40% de sílica coloidal (ou seja, Klebosol 40V12); • 15% de água desmineralizada, • 10% de isopropanol (que se destina a aprimorar a compatibilidade das composições A e B); • 2% de óleo de silicone não reativo (ou seja, Rhodorsil 47V50) que tornam possível aprimorar as qualidades antiaderência do revestimento; • 27% de pigmento preto (isto é, FA1220); e • 6% de carboneto de silício de diâmetro médio de 5 micrômetros, em relação ao peso do filme seco.
[0079] 2) A composição B é preparada misturando-se metiltrietoxissilano com o ácido acético, a fim de limitar a reatividade do silano através da criação de um quelato.
[0080] O teor de ácido é de 5% em peso em relação ao peso total da composição B. Um teor elevado é vantajoso se o mesmo for exigido para aumentar a vida da dita mistura.
[0081] Essas duas composições A e B podem ser mantidas por mais do que 6 meses nessa forma separada.
[0082] 3) Desse modo, em um misturador, as composições A e B são unidas com uma razão A/B de 50/50 em peso, para criar uma mistura íntima e tornar a reação de hidrólise possível. A operação de agitação pode ser rápida em si, entretanto, é necessário deixar essa mistura maturar por pelo menos 24 horas antes de aplicar a mesma como revestimento.
[0083] A vida útil da mistura é de pelo menos 72 horas.
[0084] 4) A mistura é filtrada em uma grelha de aço inoxidável de 40 μm.
[0085] 5) O suporte de alumínio, na forma de a panela de diâmetro 26, é tratado mecanicamente através de uma operação de lixamento e é desengordurado, em seguida.
[0086] A mistura é aplicada com o uso de uma pistola pneumática em um dos dois lados do dito suporte obtido na etapa 5, em uma camada de revestimento com uma espessura de 30 ± 3 μm.
[0087] Espessuras maiores de até 100 ou 120 μm são possíveis multiplicando-se o número de camadas, sendo que cada camada é seca antes da aplicação da seguinte.
[0088] 7) A peça assim revestida é cozida levemente durante 30 minutos a uma temperatura de 220 °C.
[0089] O revestimento de cerâmica é preparado na forma de um bicomponente das composições A e B.
[0090] A composição A torna possível fornecer pigmentação, aditivos para aprimorar as qualidades antiaderência do revestimento (fácil limpeza) assim como as cargas tornam possível aprimorar a aderência do revestimento e confiar no aspecto final do mesmo. A composição A compreende partículas de CBN. A composição B compreende silanos reativos que tornam possível formar a matriz de revestimento. O procedimento de trabalho é o seguinte:
[0091] A composição A é preparada introduzindo-se sucessivamente (em peso em relação ao peso total da dita composição A): • 40% de sílica coloidal (ou seja, Klebosol 40V12); • 15% de água desmineralizada, • 10% de isopropanol (que se destina a aprimorar a compatibilidade das composições A e B); • 2% de óleo de silicone não reativo (ou seja, Rhodorsil 47V50) que tornam possível aprimorar as qualidades antiaderência do revestimento; • 27% de pigmento preto (isto é, FA1220); e • 6% de nitreto de boro cúbico de diâmetro médio de 2 micrômetros, em relação ao peso do filme seco.
[0092] 2) A composição B é preparada misturando-se metiltrietoxissilano com o ácido acético, a fim de limitar a reatividade do silano através da criação de um quelato.
[0093] O teor de ácido é de 5% em peso em relação ao peso total da composição B. Um teor elevado é vantajoso se o mesmo for exigido para aumentar a vida da dita mistura.
[0094] Essas duas composições A e B podem ser mantidas por mais do que 6 meses nessa forma separada.
[0095] 3) Desse modo, em um misturador, as composições A e B são unidas com uma razão A/B de 50/50 em peso, para criar uma mistura íntima e tornar a reação de hidrólise possível. A operação de agitação pode ser rápida em si, entretanto, é necessário deixar essa mistura maturar por pelo menos 24 horas antes da aplicação da mesma como revestimento.
[0096] A vida útil da mistura é de pelo menos 72 horas.
[0097] 4) A mistura é filtrada em uma grelha de aço inoxidável de 40 μm.
[0098] 5) O suporte de alumínio, na forma de a panela de diâmetro 26, é tratado mecanicamente através de uma operação de lixamento e é desengordurado, em seguida.
[0099] 6) A mistura é aplicada com o uso de uma pistola pneumática em um dos dois lados do dito suporte obtido na etapa 5, em uma camada de revestimento com uma espessura de 30 ± 3 μm.
[00100] Espessuras maiores de até 100 ou 120 μm são possíveis multiplicando-se o número de camadas, sendo que cada camada é seca antes da aplicação da seguinte.
[00101] 7) A peça assim revestida é cozida levemente durante 30 minutos a uma temperatura de 220 °C. Exemplo comparativo 4: Preparação de um revestimento de cerâmica que não está em conformidade com a invenção 1) A composição A é preparada introduzindo-se sucessivamente (em peso em relação ao peso total da dita composição A): • 40% de sílica coloidal (ou seja, Klebosol 40V12); • 15% de água desmineralizada, • 10% de isopropanol; • 2% de óleo de silicone não reativo (ou seja, Rhodorsil 47V50); e • 33% de pigmento preto (isto é, FA1220).
[00102] 2) A composição B é preparada separadamente misturando-se o metiltrietoxissilano com 5% em peso de ácido acético em relação ao peso total da composição B.
[00103] 3) Desse modo, em um misturador, as composições A e B são unidas com uma razão A/B de 50/50 em peso, essa mistura é deixada para maturar por pelo menos 24 horas antes da aplicação da mesma como revestimento.
[00104] 4) A mistura é filtrada em uma grelha de aço inoxidável de 40 micrômetros.
[00105] 5) O suporte de alumínio, na forma de uma panela de diâmetro 26, é tratado mecanicamente através de uma operação de lixamento e é desengordurado, em seguida.
[00106] 6) A mistura é aplicada com o uso de uma pistola pneumática em um dos dois lados do dito suporte obtido na etapa 5, em uma camada de revestimento com uma espessura de 30 ± 3 μm.
[00107] 7) A peça assim revestida é cozida levemente durante 30 minutos a uma temperatura de 220 °C.
[00108] Descrição do teste: Com o uso de uma ponta de diamante de 50 micrômetros em diâmetro, uma carga progressiva é aplicada no revestimento do exemplo 1 e do exemplo comparativo 2, aumentando-se a força aplicada de 0 a 4 Newtons. Em seguida, o traço do risco é observado através de 10 microscópio óptico. O valor de delaminação retido para o revestimento corresponde à força para a qual uma ruptura clara do filme para o metal é observada. Os parâmetros de taxa de aumento de taxa e velocidade de percurso da ponta são mantidos constantes para todos os testes. Os resultados dos testes de resistência ao risco são apresentados na tabela 1 15 abaixo para cada um dos exemplos 1 a 4: Tabela 1
[00109] A comparação de cada um dos exemplos 1 a 3 com o exemplo 4 mostra que, graças à dureza dessas cargas, um ganho de 15 a 20% é observado nos resultados do teste de resistência ao risco. Avaliação da condução térmica dentro dos revestimentos
[00110] Descrição do teste: A diferença de temperatura é medida entre o ponto mais quente e o ponto mais frio de uma panela de diâmetro de 26 cm em um queimador de gás com o uso de uma câmera térmica quando o artigo atinge uma temperatura próxima à temperatura de operação do mesmo, ou seja, em 180 °C, no centro do suporte. Os resultados dos testes de avaliação de condução térmica são apresentados na tabela 2 abaixo para cada um dos exemplos 1 a 4: Tabela 2
[00111] A comparação de cada um dos exemplos 1 a 3 com o exemplo 4 mostra que uma aplicação culinária com um revestimento notavelmente aprimorado é obtida sem “pontos quentes” no artigo com um fluxo térmico bom. Como resultado, a eficiência de energia é otimizada e o risco de degradação do alimento é reduzido.
Claims (22)
1. Artigo compreendendo um suporte metálico e um revestimento de cerâmica aplicado em dito suporte metálico e que está na forma de pelo menos um filme contínuo que tem uma espessura entre 2 e 100 μm, o dito revestimento CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma matriz que inclui pelo menos um polialcóxido metálico e em que são dispersas partículas cujo diâmetro varia entre 0,01 e 50 μm, ditas partículas sendo de um material que tem uma condutividade térmica igual ou superior a 0,1 W.cm-1.°C-1 (10 W.m-1.K-1) e uma densidade aparente de no máximo 3,9 g/cm3 e ditas partículas sendo selecionadas dentre partículas de diamante; partículas de nitreto de boro cúbico ou CBN; partículas do tipo de carbonodiamante ou DLC, partículas de carboneto de silício, partículas de carboneto de boro, partículas de nitreto de alumínio, partículas de nitreto de silício e combinações das mesmas e, pelo menos um óleo de silicone reativo ou não reativo selecionado dentre óleos clorados, óleos amino, óleos (met)acrilados, óleos hidroxilados e óleos com terminação de vinil-hidreto, anidrido.
2. Artigo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o material constituinte das ditas partículas tem uma dureza de Mohs igual ou superior a 9.
3. Artigo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o polialcoxilato metálico é selecionado dentre os polialcoxissilanos, aluminatos, titanatos, zirconatos, vanadatos, boratos e combinações dos mesmos, sendo que o dito polialcoxilato metálico tem capacidade de compreender adicionalmente pelo menos um grupo alquila não funcional.
4. Artigo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o filme contínuo tem uma espessura que varia entre 5 e 70 μm.
5. Artigo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o diâmetro das ditas partículas varia entre 0,05 e 20 μm, vantajosamente entre 0,1 e 5 μm e ainda melhor entre 0,5 e 3 μm.
6. Artigo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas dispersas representam 0,5 a 8% em peso do dito revestimento, vantajosamente entre 2 e 4% em peso do peso total do revestimento.
7. Artigo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o óleo de silicone representa 0,01 a 2% em peso do dito revestimento, vantajosamente de 0,3 a 2% em peso do peso total do revestimento.
8. Artigo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o óleo de silicone tem uma viscosidade dinâmica a 20 °C de 0,02 a 0,05 Pa.s.
9. Artigo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a matriz compreende adicionalmente pelo menos uma carga de estruturação e/ou pelo menos um pigmento.
10. Artigo de revestimento, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o pigmento é selecionado dentre mica revestida ou não revestida, dióxido de titânio, óxidos misturados de cobre cromo-manganês, cobre-cromo, cromo-antimônio-titânio, estanho-zinco- titânio, espinélios, aluminossilicatos, óxidos de ferro, negro de fumo, vermelho de perileno, flocos, pigmentos de interferência, pigmentos termocrômicos, pigmentos magnetizáveis ou magnéticos, sais de cobalto, tatanato de níquel e combinações dos mesmos.
11. Artigo, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a carga de estruturação é selecionada dentre: (i) óxidos metálicos tais como alumina, óxido de zinco, óxido de cobre, óxido de ferro, (ii) sílica, (iii) zircônia, (iv) mica, (v) argilas tais como montmorilonita, sepiolita, gipsita, caulinita e laponita, (vi) óxido de zinco, (vii) quartzo, e (viii) fosfato de zircônio, sendo que essas cargas estão na forma de um pó ou suspensões coloidais.
12. Artigo, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a carga de estruturação é um pó ou uma suspensão coloidal de alumina ou sílica.
13. Artigo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende pelo menos duas camadas de revestimento, sendo que a espessura total das ditas camadas varia entre 10 e 120 μm.
14. Artigo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o mesmo é um artigo culinário, ou uma base de ferro de passar, ou placas de ferro de alisamento de cabelo ou mesmo uma tampa de um eletrodoméstico.
15. Artigo, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o mesmo é um artigo culinário que compreende um suporte metálico que tem um lado interno que tem capacidade de receber alimento e um lado externo que se destina a ser disposto em direção à fonte de calor, e em que o dito revestimento é aplicado em pelo menos um dos ditos lados interno e externo.
16. Artigo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o suporte é: - uma estrutura de monocamada em alumínio anodizado ou não, ou em alumínio polido, escovado ou em microesferas, lixado ou quimicamente tratado, ou em alumínio fundido, ou aço inoxidável polido, escovado ou em microesferas, ou ferro fundido, ou em cobre polido ou batido; ou - uma estrutura de múltiplas camadas, parcial ou em totalidade, que compreende a partir do exterior para o interior as camadas a seguir aço inoxidável/alumínio/aço inoxidável ou mesmo aço inoxidável/alumínio/cobre/aço inoxidável, ou mesmo uma tigela de alumínio fundido, de alumínio ou ligas de alumínio duplicadas com um fundo exterior em aço inoxidável.
17. Método para a fabricação de um artigo conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 16, sendo o dito método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas a seguir: i) possivelmente, um tratamento de superfície do dito suporte metálico a fim de aprimorar a adesão da camada de sol-gel aplicada na etapa iv); ii) preparação de uma composição de sol-gel com: • pelo menos um precursor de sol-gel selecionado dentre os alcóxidos metálicos, • pelo menos partículas que têm um diâmetro que varia entre 0,01 e 50 μm, que estão em um material que tem uma condutividade térmica igual ou superior a 0,1 W.cm-1.°C-1 (10 W.m-1.K-1) e uma densidade aparente de no máximo 3,9 g/cm3, e preferencialmente uma dureza de Mohs igual ou superior a 9, e sendo selecionadas dentre partículas de diamante; partículas de nitreto de boro cúbico ou CBN; partículas do tipo de carbono-diamante ou DLC, partículas de carboneto de silício, partículas de carboneto de boro, partículas de nitreto de alumínio, partículas de nitreto de silício e combinações das mesmas, e • (a) pelo menos um óleo de silicone, reativo ou não, selecionado dentre óleos clorados, óleos amino, óleos (met)acrilados, óleos hidroxilados e óleos com terminação de vinil-hidreto, e • possivelmente (b) pelo menos uma carga de estruturação e/ou (c) pelo menos um pigmento, iii) hidrolisar o dito precursor de sol-gel introduzindo-se água e um catalisador, ácido ou base, seguida por uma reação de condensação parcial para a obtenção de uma composição de sol-gel SG; iv) aplicar no dito suporte metálico pelo menos uma camada da dita composição de sol-gel SG obtida seguindo a etapa iii); v) possivelmente secar a dita camada a uma temperatura que varia entre 40 e 90 °C; e vi) curar o dito artigo revestido seguindo a etapa iv) ou v) a uma temperatura que varia entre 150 °C e 400 °C.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito catalisador é um ácido selecionado dentre ácido acético, ácido fórmico e ácido clorídrico.
19. Método, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, CARACTERIZADO pelo fato de que a carga é um pó ou uma suspensão coloidal de alumina ou sílica.
20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 19, CARACTERIZADO pelo fato de que a aplicação iv) de pelo menos uma camada da composição de sol-gel SG resultante da etapa (iii) em um artigo metálico é realizada através de aspersão após um empoeiramento e/ou desengorduramento possível do dito artigo metálico.
21. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 20, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de composição de solgel SG aplicada na etapa iv) tem uma espessura no estado úmido entre 4 e 200 μm, e/ou em que a etapa (iv) é repetida até a obtenção de uma sucessão de camadas cuja espessura total no estado úmido é de 20 a 240 μm.
22. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 21, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente uma etapa de aplicar uma camada contínua ou descontínua de decoração, entre a etapa iv) de aplicar a composição de sol-gel, ou se for necessário, de secar v) e a etapa vi) de curar o artigo, essa aplicação de uma camada de decoração pode ser seguida com uma etapa de secagem a uma temperatura inferior a 90 °C que precede a cura final vi) do artigo.
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