BR112016026877B1

BR112016026877B1 - Artigo revestido compreendendo um revestimento de solgel híbrido, composição para a formação de um revestimento de sol-gel híbrido e método de formação de um revestimento

Info

Publication number: BR112016026877B1
Application number: BR112016026877-6A
Authority: BR
Inventors: Matteo Sperindio; Scott C. Lake; Riccardo Piras; Michael J. Lindstrom
Original assignee: Ppg Industries Ohio, Inc
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2022-04-19
Also published as: CN111875993A; EP3146008A4; MX2016014934A; SG11201609628UA; WO2015179152A1; US10544306B2; EP3146008A1; JP6883429B2; US20170183498A1; CN106574144A; US11193021B2; KR20170028885A; CN111875993B; CA2949491A1; JP2017528529A; US20200216669A1; BR112016026877A8

Abstract

ARTIGO REVESTIDO COM SOL-GEL HÍBRIDO, COMPOSIÇÃO E MÉTODO PARA FORMAÇÃO DO REVESTIMENTO DE SOL-GEL HÍBRIDO. A presente descrição refere-se a uma composição de revestimento híbrido incluindo um polímero à base de siloxano e um polímero orgânico. A composição pode ser aplicada a uma ampla variedade de substratos incluindo metais, materiais cerâmicos, plásticos, compósitos, minerais e similares. Um processo para a produção de artigos também é fornecido.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica o benefício sob 35 U.S.C. §119(e) do Pedido de Patente Provisório U.S. No. de Ser. 62/000.679, depositado em 20 de Maio de 2014, cuja descrição é aqui incorporada por referência na sua totalidade.

ANTECEDENTES 1. CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção se refere às composições sol-gel e, em particular, se refere às composições sol-gel híbridas tendo proprie-dades melhoradas. Em uma modalidade, um revestimento pode ser formado da composição para fornecer uma superfície tendo propriedades melhoradas tais como solidez aumentada, resistência à abrasão, resistência ao impacto e resistência química.

2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA.

[003] As reações de sol-gel para formar matrizes de siloxano são conhecidas. A reação de sol-gel ocorre em duas etapas distintas como mostradas abaixo.

[004] Na primeira etapa (1), um alcoxissilano é hidrolisado por água para formar o silanol correspondente. Esta etapa pode ser catalisado por ácido ou base, embora os sistemas catalisados por ácido sejam típicos para sistemas comerciais.

[005] Na segunda etapa (2a), uma reação de condensação entre duas moléculas de silanol forma uma ligação siloxano (Si-O-Si). Dependendo da estrutura molecular do alcoxissilano, depois da hidrólise, a etapa de condensação pode então repetir-se em duas ou mais direções formando uma matriz. A transformação em gel ou a formação de matriz é a etapa de formação de película.

[006] A sequência de reação completa pode ocorrer na tempera tura ambiente ou em temperaturas elevadas. A cura ou a condensação dos silanóis formados é muito mais lenta do que a hidrólise. A cura pode ocorrer muito lentamente na temperatura ambiente, mas a cura comercial é tipicamente executada em um forno de caixa ou de túnel.

[007] Os revestimentos de siloxano típicos com base nas reações de sol-gel formam matrizes altamente reticuladas que tendem a ser muito frágeis e facilmente lascadas. A fragilidade excessiva leva à resistência ao risco e à abrasão muito baixa.

[008] As composições híbridas típicas incluindo uma matriz de siloxano e polímeros orgânicos geralmente são misturas de uma matriz inorgânica já formada e um polímero orgânico, ou contêm polímeros orgânicos tendo grupos de alcoxissilano que podem sofrer reações de condensação de sol-gel. Estas composições envolvem a síntese complexa e tendem a não ser comercialmente viáveis. Adicionalmente, as composições híbridas típicas possuem uma baixa temperatura de uso devido aos polímeros orgânicos utilizados, limitando assim as suas aplicações.

[009] Melhoras no precedente são desejáveis.

SUMÁRIO

[0010] A presente descrição fornece uma composição de revesti mento híbrida compreendendo um polímero à base de siloxano e um polímero orgânico. Descobriu-se que se os polímeros orgânicos forem adicionados às misturas de precursores sol-gel, melhoras significativas nas propriedades de solidez e de abrasão podem ser obtidas e preservadas até temperaturas próximas ao ponto de fusão, temperatura de transição vítrea ou temperatura de deflexão térmica do polímero selecionado. A composição pode ser aplicada à uma grande variedade de substratos incluindo metais, materiais cerâmicos, plásticos, compósitos, minerais e outros mais. Um processo para a produção de artigos também é fornecido.

[0011] Em uma modalidade exemplar, uma composição de reves timento sol-gel híbrida é fornecida. A composição de revestimento solgel híbrida inclui uma matriz de siloxano; e um polímero orgânico. O polímero orgânico compreende pelo menos um dos seguintes: um termoplástico amorfo tendo uma temperatura de transição vítrea de 200 °C ou maior; um termoplástico cristalino tendo um ponto de fusão de 200 °C ou maior; e um polímero de termocura tendo uma temperatura de deflexão/distorção térmica de 200 °C ou mais. Em uma modalidade mais particular, o polímero orgânico compreende um termoplástico amorfo tendo uma temperatura de transição vítrea de 200 °C ou maior.

[0012] Em uma modalidade mais particular de qualquer uma das modalidades acima, o revestimento sol-gel híbrido inclui uma carga inorgânica. Em outra modalidade mais particular, a carga inorgânica é o carboneto de silício.

[0013] Em uma modalidade mais particular de qualquer uma das modalidades acima, o polímero orgânico está presente como inclusões de fase separadas na matriz de siloxano. Em outra modalidade mais particular de qualquer uma das modalidades acima, a matriz de siloxa- no define uma pluralidade de espaços na matriz, o polímero orgânico sendo posicionado na pluralidade de espaços.

[0014] Em uma modalidade mais particular de qualquer uma das modalidades acima, o polímero orgânico é selecionado do grupo que consiste de: sulfeto de polifenileno (PPS); polietersulonas (PES), polié- ter éter cetona (PEEK); polifenilsulfona (PPSU); polietersulfona (PE- SU); poliamida-imidas (PAI); polieterimidas (PEI), e combinações dos anteriores. Em uma modalidade ainda mais particular, o polímero orgânico compreende sulfeto de polifenileno (PPS). Em uma modalidade mais particular de qualquer uma das modalidades acima, o polímero orgânico compreende de 2 % em peso a 50 % em peso da composição em uma base de peso seco total.

[0015] Em uma modalidade mais particular de qualquer uma das modalidades acima, a matriz de siloxano é formada a partir de um or- ganoalcoxissilano de fórmula: RxSi(OR’)4-x

[0016] em que: R é um ou mais componentes selecionados inde pendentemente da alquila e arila lineares, ramificadas ou cíclicas; R' é metila, etila, propila ou alquila; e x é pelo menos 0 e menos do que 4. Em uma modalidade ainda mais particular, R é arila C6 ou alquila C1C6 linear ou ramificada. Em outra modalidade mais particular, x é pelo menos 1 e menor do que 4. Em uma modalidade ainda mais particular, x é 1. Em outra modalidade mais particular de qualquer uma das modalidades acima, a matriz de siloxano é formada de um organoalcoxis- silano selecionado do grupo que consiste de: metiltrimetoxissilano, me- tiltrietoxissilano, dimetildietoxissilano, dimetildimetoxissilano, trimetil- metoxissilano, trimetiletoxissilano, feniltrimetoxissilano, feniltrietoxissi- lano, e combinações dos anteriores.

[0017] Em uma modalidade exemplar, uma composição para a formação de um revestimento sol-gel híbrido é fornecida. A composi ção inclui pelo menos um organoalcoxissilano, pelo menos um polímero orgânico e pelo menos um solvente. O polímero orgânico compreende pelo menos um dos seguintes: um termoplástico cristalino tendo um ponto de fusão de 200 °C ou maior; um termoplástico amorfo tendo uma temperatura de transição vítrea de 200 °C ou maior; e um polímero de termocura tendo uma temperatura de deflexão/distorção térmica de 200 °C ou maior. Em uma modalidade mais particular de qualquer uma das modalidades acima, a composição inclui ainda uma carga inorgânica, tal como carboneto de silício. Em uma modalidade mais particular de qualquer uma das modalidades acima, o polímero orgânico compreende de 2 % em peso a 50 % em peso da composição em uma base de peso seco total. Em outra modalidade mais particular de qualquer uma das modalidades acima, o polímero orgânico compreen-de sulfeto de polifenileno (PPS).

[0018] Em uma modalidade exemplar, um artigo revestido é forne cido. Em uma modalidade exemplar, o artigo é revestido com um revestimento sol-gel híbrido de acordo com qualquer uma das modalidades acima. Em uma modalidade exemplar, o artigo é um artigo de utensílios para cozinha.

[0019] Em uma modalidade exemplar, um método de formação de um revestimento é fornecido, o método inclui fornecer uma mistura, aplicar a mistura a um substrato e curar a mistura para produzir um revestimento sol-gel híbrido. Em uma modalidade mais particular, a mistura é uma composição de acordo com qualquer uma das modalidades acima. Em outra modalidade, a mistura compreende um orga- nossiloxano e um polímero orgânico, em que o polímero orgânico compreende pelo menos um dos seguintes: um termoplástico cristalino tendo um ponto de fusão de 200 °C ou maior; um termoplástico amorfo tendo uma temperatura de transição vítrea de 200 °C ou maior; e um polímero de termocura tendo uma temperatura de deflexão/distorção térmica de 200 °C ou maior. Em uma modalidade mais particular de qualquer das modalidades acima, o método inclui ainda a hidrólise do organossiloxano com o catalisador antes da aplicação da mistura no substrato.

[0020] As características acima mencionadas e outras da inven ção, e a maneira de como atingir, se tornarão mais evidentes e a própria invenção será melhor compreendida com referência à seguinte descrição das modalidades da invenção, tomada em conjunto com os desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0021] A descrição é explicada com maiores detalhes abaixo com referência às figuras. Nas figuras:

[0022] a Figura 1A está relacionada com o Exemplo 1 e mostra os resultados do teste de impacto em um painel revestido de sol-gel con-vencional;

[0023] a Figura 1B está relacionada com o Exemplo 1 e mostra os resultados do teste de impacto em um painel revestido de sol-gel hí brido exemplar;

[0024] a Figura 2A está relacionada com o Exemplo 2 e mostra os resultados do teste de resistência química em um painel revestido de sol-gel convencional e um painel revestido de sol-gel híbrido exemplar com vários níveis de sulfeto de polifenileno (PPS);

[0025] a Fig. 3 está relacionada com o Exemplo 3 e é uma primei ra imagem em corte transversal do microscópio eletrônico de varredura (SEM) do revestimento curado do Exemplo 2;

[0026] a Fig. 4 está relacionada com o Exemplo 3 e é uma segun da imagem em corte transversal do microscópio eletrônico de varredura (SEM) do revestimento curado do Exemplo 2;

[0027] a Fig. 5 está relacionada com o Exemplo 4 e é o tamanho de partícula após 24 horas de moagem com bolas;

[0028] a Fig. 6A está relacionada com o Exemplo 5 e mostra o brilho medido a 60 ° em função da espessura da película seca em mícrons;

[0029] a Fig. 6B está relacionada com o Exemplo 5 e mostra a medição de brilho médio para cada polímero orgânico em função do tamanho de partícula do polímero;

[0030] a Fig. 7 está relacionada com o Exemplo 5 e mostra a resis tência ao risco para cada polímero orgânico;

[0031] a Fig. 8A está relacionada com o Exemplo 5 e mostra a re ferência padrão ISO 2409;

[0032] a Fig. 8B está relacionada com o Exemplo 5 e mostra o pa drão de aderência para cada polímero orgânico;

[0033] a Fig. 9 está relacionada com o Exemplo 5 e mostra os re sultados do teste de resistência ao impacto direto e inverso;

[0034] a Fig. 10 está relacionada com o Exemplo 5 e mostra os resultados do teste de resistência química ácida e alcalina;

[0035] a Fig. 11 está relacionada com o Exemplo 5 e mostra os resultados do teste de TGA;

[0036] a Fig. 12 está relacionada com o Exemplo 6 e mostra os resultados de DRAT;

[0037] a Fig. 13 está relacionada com o Exemplo 6 e mostra os resultados de DRAT;

[0038] a Fig. 14 está relacionada com o Exemplo 7 e mostra a re sistência alcalina do aumento do teor de PPS;

[0039] a Fig. 15 está relacionada com o Exemplo 7 e mostra a re sistência ácida do aumento do teor de PPS;

[0040] a Fig. 16 está relacionada com o Exemplo 7 e mostra a so lidez ao risco do aumento do teor de PPS.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0041] A presente invenção proporciona composições sol-gel hí- bridas que, em uma aplicação exemplar, podem ser aplicadas como um revestimento.

I. COMPOSIÇÕES SOL-GEL HÍBRIDAS.

[0042] As composições sol-gel híbridas como aqui descritas con têm pelo menos uma matriz de siloxano formada a partir de um orga- noalcoxissilano e pelo menos um polímero orgânico. A composição pode opcionalmente incluir um ou mais catalisadores, uma ou mais cargas e um ou mais solventes.

[0043] Embora não desejando ser limitado pela teoria, acredita-se que o polímero orgânico esteja presente, ou seja capturado dentro de espaços na matriz formada pelo polímero de siloxano. Neste contexto, o polímero orgânico funciona como uma fase de carga orgânica que é intercalada dentro dos espaços vazios, e em todos, presentes na matriz de polímero de siloxano inorgânica. Como visto, por exemplo, nas Figuras 3 e 4, o polímero orgânico está presente como uma fase orgânica separada da matriz de sol-gel ou fase inorgânica formada pelo polímero de siloxano. O polímero orgânico está presente em porções discretas intercaladas na matriz de sol-gel. Acredita-se também que a fase de polímero orgânico não esteja quimicamente ligada à matriz de sol gel. As partículas de polímero orgânico ou a fase orgânica absorvem a energia de impacto através da compressibilidade e atuam como centros de liberação de tensão, o que pode interromper a propagação da fissura. a. Organoalcoxissilanos

[0044] Em algumas modalidades exemplares, o organoalcoxissila- no é da fórmula: RxSi(OR’)4-x

[0045] em que:

[0046] R é um ou mais componentes selecionados independente mente da alquila e arila lineares, ramificadas ou cíclicas;

[0047] R' é metila, etila, propila ou alquila; e

[0048] x é pelo menos 0 e menor do que 4.

[0049] Em algumas modalidades exemplares, R é arila C6 ou uma alquila linear ou ramificada tendo apenas 1, 2, 3 ou tantos quantos 4, 5, 6 ou mais átomos de carbono, ou vários átomos de carbono dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores. Em uma modalidade mais particular, R é selecionado de metila, etila, propila e fenila.

[0050] Em algumas concretizações, x é pelo menos 1 e menor do que 4. Em outras modalidades, x é 1.

[0051] Em algumas modalidades exemplares, o organoalcoxissila- no é selecionado do grupo que consiste de: metiltrimetoxissilano, me- tiltrietoxissilano, dimetildietoxissilano, dimetildimetoxissilano, trimetil- metoxissilano, trimetiletoxissilano, feniltrimetoxissilano, feniltrietoxissi- lano, e combinações dos anteriores.

[0052] Em algumas modalidades, o organoalcoxissilano é um siloxano funcionalizado, tal como 3-aminopropiltrietoxissilano, (3- glicidoxipropil)trimetoxissilano e aliltrimetoxissilano.

[0053] Em algumas modalidades exemplares, o organoalcoxissila- no compreende apenas 1 % em peso, 5 % em peso, 10 % em peso, 13 % em peso, 15 % em peso, 20 % em peso, 25 % em peso, 30 % em peso, tanto quanto 31 % em peso, 35 % em peso, 40 % em peso, 45 % em peso, 50 % em peso, 60 % em peso, 70 % em peso, 75 % em peso ou mais do peso da composição total em uma base úmida, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores. Em algumas modalidades particulares, o organoal- coxissilano compreende de 1 % em peso a 75 % em peso, de 5 % em peso a 50 % em peso ou de 10 % em peso a 35 % em peso do peso da composição total em uma base úmida.

[0054] Em algumas modalidades exemplares, o organoalcoxissila- no compreende apenas 1 % em peso, 5 % em peso, 10 % em peso, 15 % em peso, 20 % em peso, 25 % em peso, 30 % em peso, 35 % em peso, 40 % em peso, 45 % em peso, 50 % em peso, tanto quanto 55 % em peso, 60 % em peso, 65 % em peso, 70 % em peso, 75 % em peso, 80 % em peso, 85 % em peso, 90 % em peso, 95 % em pe so, 99 % em peso, do peso da composição total em uma base seca (sólidos), ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores. Em algumas modalidades particulares, o organoalcoxissilano compreende de 1 % em peso a 99 % em peso, de 5 % em peso a 50 % em peso, ou de 25 % em peso a 45 % em peso do peso da composição total em uma base seca (sólidos).

b. Polímeros orgânicos

[0055] O polímero orgânico pode ser selecionado do grupo que consiste de: sulfeto de polifenileno (PPS), polietersulfona (PES), polié- ter éter cetona (PEEK), polifenilsulfona (PPSU), polietersulfona (PE- SU), poliamida-imidas (PAI), polieterimidas (PEI) e combinações dos anteriores. Em uma modalidade mais particular, o polímero orgânico é sulfeto de polifenileno (PPS). Em outra modalidade mais particular, o polímero orgânico é polietersulfona (PES).

[0056] O polímero orgânico pode ser um termoplástico cristalino tendo um ponto de fusão de 200 oC ou maior, como determinado por calorimetria de varredura diferencial (DSC), por exemplo. Alternativamente, o polímero orgânico pode ser um termoplástico amorfo tendo uma temperatura de transição vítrea (Tg) de 200 °C ou maior, como determinado por calorimetria de varredura diferencial (DSC), por exemplo. Ainda mais, o polímero orgânico pode ser um polímero de termocura tendo uma temperatura de deflexão/distorção térmica (HDT) de 200 °C ou mais, conforme determinado pela ASTM D648.

[0057] Em algumas modalidades exemplares, o polímero orgânico compreende apenas 1 % em peso, 1,5 % em peso, 1,75 % em peso, 5 % em peso, 7 % em peso, 10 % em peso, 15 % em peso, 20 % em peso, 21 % em peso, 25 % em peso, 30 % em peso, tanto quanto 35 % em peso, 40 % em peso, 45 % em peso, 50 % em peso, 60 % em peso, 70 % em peso, 75 % em peso do peso da composição total em uma base úmida, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores. Em uma modalidade mais particular, o polímero orgânico compreende de 1 % em peso a 75 % em peso, de 1 % em peso a 20 % em peso, ou de 2 % a 20 % do peso da composição total em uma base úmida.

[0058] Em algumas modalidades exemplares, o polímero orgânico compreende apenas 1 % em peso, 1,5 % em peso, 1,75 % em peso, 2 % em peso, 5 % em peso, 7 % em peso, 10 % em peso, 15 % em peso, 20 % em peso, 21 % em peso, 25 % em peso, 30 % em peso, 35 % em peso, 40 % em peso, 45 % em peso, tanto quanto 50 % em peso, 55 % em peso, 60 % em peso, 65 % em peso, 70 % em peso, 75 % em peso, 80 % em peso, 85 % em peso, 90 % em peso, 95 % em peso, 99 % em peso do peso da composição total em uma base seca (sólidos), ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores, tais como 1 % em peso a 99 % em peso, 2 % em peso a 50 % em peso, 15 % em peso a 35 % em peso, ou 20 % em peso a 30 % em peso em uma base seca (sólidos).

[0059] Em algumas modalidades exemplares, o polímero orgânico compreende apenas 1 % em peso, 2 % em peso, 5 % em peso, 10 % em peso, 15 % em peso, 20 % em peso, 25 % em peso, 30 % em peso, 35 % em peso, 40 % em peso, 45 % em peso, tanto quanto 50 % em peso, 55 % em peso, 60 % em peso, 65 % em peso, 70 % em peso, 75 % em peso, 80 % em peso, 85 % em peso, 90 % em peso, 100 % em peso do peso da composição total do organoalcoxissilano e sílica coloidal, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores. Em uma modalidade mais particular, o polímero orgânico compreende de 1 % em peso a 100 % em peso, de 2 % em peso a 80 % em peso, ou de 2 % em peso a 15 % em peso do peso da composição total em uma base úmida. Em algumas modalidades exemplares, o peso total do organoalcoxissilano e sílica coloidal é maior do que o peso total do polímero orgânico. Em uma modalidade mais particular, o peso total do organoalcoxissilano é maior do que o peso total do polímero orgânico.

[0060] Em algumas modalidades exemplares, o polímero orgânico é fornecido como uma partícula. Em uma modalidade, o polímero orgânico é fornecido como uma pluralidade de partículas tendo um diâmetro médio, ou D50, de apenas ao redor de 0,5 mícron, 1 mícron, 2 mícrons, 5 mícrons, tanto quanto 10 mícrons, 20 mícrons, 50 mícrons, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores, tais como 0,5 mícron a 50 mícrons, 1 mícron a 20 mícrons, ou 5 mícrons a 10 mícrons. Em uma modalidade, o polímero orgânico é fornecido como uma pluralidade de partículas em que 99 % das partículas possuem um diâmetro de partícula, ou D99, tão grande como cerca de 100 mícrons, 75 mícrons, 60 mícrons, apenas 50 mí- crons, 40 mícrons, 30 mícrons, ou menos, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores. d. Catalisadores

[0061] O catalisador pode ser selecionado de um catalisador de ácido ou de um catalisador de base. Tipicamente, os catalisadores de ácido são utilizados devido a uma vida útil mais longa da mistura contendo o catalisador resultante.

[0062] Em algumas modalidades, os catalisadores de ácido forne cem uma vida útil mais longa para a mistura. Os catalisadores de ácido exemplares incluem ácidos inorgânicos e orgânicos tais como ácido clorídrico, ácido fosforoso, ácido fosfórico, ácido fítico, ácido nítrico, ácido acético, ácido oxálico, ácido málico, ácido maleico, ácido cítrico, ácido fórmico e ácido benzoico.

[0063] Os catalisadores de base exemplares incluem bases orgâ nicas e inorgânicas tais como hidróxido de sódio, hidróxido de amônio, etanolamina ou dimetilaminoetanol.

[0064] Em algumas modalidades exemplares, o catalisador com preende apenas 0,05 % em peso, 0,1 % em peso, 0,2 % em peso, 0,3 % em peso, 0,5 % em peso, tanto quanto 1 % em peso, 2 % em peso, 3 % em peso, 5 % em peso, do peso da composição total em uma base úmida, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores, tais como 0,05 % em peso a 5 % em peso, 0,1 % em peso a 3 % em peso, ou 0,3 % em peso a 3 % em peso. e. Cargas

[0065] A composição pode adicionalmente compreender uma ou mais cargas. As cargas exemplares incluem sílicas tais como sílica coloidal, aluminas, titânias, zircônias, talco, wollastonita, quartzo, mica, sulfato de bário, carboneto de silício, placas ou monocristais fribilares de titanato de potássio, fibras de vidro curtas, pigmentos inorgânicos e orgânicos e agentes de liberação, tais como agentes de liberação de silicone.

[0066] Em algumas modalidades exemplares, as cargas compreendem apenas 1 % em peso, 2 % em peso, 5 % em peso, 10 % em peso, 15 % em peso, tanto quanto 20 % em peso, 25 % em peso, 30 % em peso, 35 % em peso, 40 % em peso, 45 % em peso, 50 % em peso, 55 % em peso, 60 % em peso, 65 % em peso, 70 % em peso, 75 % em peso, 80 % em peso, 85 % em peso, 90 % em peso do peso da composição total em uma base úmida, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores.

[0067] Em algumas modalidades exemplares, as cargas compre endem apenas 1 % em peso, 2 % em peso, 5 % em peso, 10 % em peso, 15 % em peso, 20 % em peso, 25 % em peso, 30 % em peso, 35 % em peso, tanto quanto 40 % em peso, 45 % em peso, 50 em pe- so, 55 % em peso, 60 % em peso, 65 % em peso, 70 % em peso, 75 % em peso, ou 80 % em peso do peso da composição total em uma base seca (sólidos) ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores.

[0068] Em algumas modalidades exemplares, a cargas compreen de sílica coloidal. Embora não desejando ser limitado pela teoria, acredita-se que a reação de sol-gel começa na superfície da sílica co- loidal e irradia para fora. A sílica coloidal exemplar possui um tamanho de partícula tão pequeno quanto 10 nm, 20 nm, 50 nm, tão grande quanto 100 nm, 200 nm, 500 nm, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores.

[0069] Em algumas modalidades exemplares, a sílica coloidal compreende apenas 1 % em peso, 2 % em peso, 5 % em peso, 10 % em peso, 15 % em peso, tanto quanto 20 % em peso, 25 % em peso. %, 30 % em peso, 35 % em peso, 40 % em peso, 45 % em peso, 50 % em peso, do peso da composição total em uma base úmida, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores.

[0070] Em algumas modalidades exemplares, a sílica coloidal compreende apenas 1 % em peso, 2 % em peso, 5 % em peso, 10 % em peso, 15 % em peso, 20 % em peso, 25 % em peso, tanto quanto 30 % em peso, 35 % em peso, 40 % em peso, 45 % em peso, 50 % em peso, 55 % em peso, 60 % em peso, 65 % em peso, 70 % em peso, 75 % em peso do peso da composição total em uma base seca, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores.

[0071] Em algumas modalidades exemplares, a carga compreende uma carga inorgânica, tal como carboneto de silício. Em uma modalidade, a carga inorgânica é uma carga orgânica sólida, tal como uma partícula de cerâmica com uma solidez de Knoop de 1200 ou superior. Embora não desejando ser limitado pela teoria, acredita-se que o carboneto de silício é mais vantajoso incorporado no revestimento na presença do polímero orgânico. Em algumas modalidades exemplares, o carboneto de silício compreende tão pouco quanto 0,1 % em peso, 0,2 % em peso, 0,5 % em peso, 1% em peso, 2 % em peso, 5 % em peso, 10 % em peso, do peso da composição total em uma base úmida, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores. Em algumas modalidades exemplares, o carboneto de silício compreende apenas 0,1 % em peso, 0,2 % em peso, 0,5 % em peso, 1 % em peso, 2 % em peso, 5 % em peso, 10 % em peso, 15 % em peso, 20 % em peso do peso da composição total em uma base seca, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores. f. Solventes

[0072] A composição pode incluir um ou mais solventes. Os sol ventes exemplares incluem água, álcoois tais como álcoois C1-C8 incluindo metanol, etanol, isopropanol e t-butanol, cetonas C2-C8 incluindo acetona, éteres C2-C20 incluindo éter dipropileno glicol metílico e outros solventes próticos ou não próticos como dimetilsulfóxido ou N- metilpirrolidona.

II. MÉTODOS DE FORMAÇÃO DE REVESTIMENTOS HÍBRIDOS a. Mistura de componentes

[0073] A composição de revestimento é formada através da mistu ra dos componentes. Em uma modalidade, os componentes podem ser misturados entre si antes da aplicação da composição de revestimento resultante a um substrato, e uma pessoa de habilidade prática na técnica pode determinar o ponto em que a mistura é executada antes da aplicação, dependendo da extensão da hidrólise e condensação dos reagentes de silano que são desejados antes da aplicação da composição de revestimento ao substrato. Em outras modalidades, os subconjuntos dos componentes podem ser preparados com cada subconjunto incluindo os componentes que não são reativos com outros componentes dentro de cada subconjunto, com dois ou mais subconjuntos dos componentes sendo combinados antes da aplicação da composição resultante ao substrato.

[0074] Em algumas modalidades exemplares, o polímero orgânico é triturado utilizando um processador de moinho de bolas para produzir uma pluralidade de partículas de grânulo, que são depois misturadas com um ou mais dos componentes remanescentes como descrito acima. As partículas de grânulo podem ter os tamanhos de partícula como descritos acima, tais como um D50 de 0,5 mícron a 50 mícrons, 1 mícron a 20 mícrons ou 5 mícrons a 10 mícrons. b. Substratos

[0075] Em algumas modalidades exemplares, a composição de revestimento é aplicada à superfície de um substrato. Os substratos exemplares incluem metais, materiais cerâmicos, plásticos, compósitos e minerais. Os metais exemplares incluem aço inoxidável, alumínio e aço carbono. Os materiais cerâmicos exemplares incluem vidros como vidro de borossilicato, esmaltes de porcelana, várias argilas colocadas no forno e outros materiais refratários. Os plásticos e compósitos exemplares incluem plásticos e compósitos de alto ponto de fusão, tais como plásticos tendo um ponto de fusão mais elevado do que a temperatura de cura da formulação de revestimento, incluindo poliés- ter, polipropileno, ABS, polietileno, compósitos de epóxi de fibra de carbono e compósitos de epóxi de fibra de vidro. Os minerais exemplares incluem micas, basaltos, aluminas, sílicas e wollastonitas, mármore e granito.

[0076] Em algumas modalidades exemplares, o substrato é uma parte de uma panela ou outro artigo de utensílios de cozinha. c. Vaporização

[0077] Em algumas modalidades exemplares, após a composição de revestimento ser aplicada ao substrato, o revestimento resultante é aquecido por vaporização para remover água e cossolventes antes da cura. Em algumas modalidades, o revestimento é aquecido por vaporização em uma temperatura tão baixa quanto 27 °C (80 °F), 38 °C (100 °F), 49 °C (120 °F), 66 °C (150 °F), tão elevada quanto 82 °C (180°F), 93 °C (200 °F), 104 °C (220 °F), ou mais elevada, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores precedentes. Em algumas modalidades, o revestimento é aquecido por vaporização durante um período tão pequeno como 30 segundos, 1 minuto, 2 minutos, 5 minutos, tão longo quanto 8 minutos, 10 minutos, 15 minutos ou mais, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores. Em uma modalidade mais particular, o revesti-mento é aquecido por vaporização durante cerca de 1 a 10 minutos em uma temperatura entre cerca de 38 °C (100 °F) e ao redor de 93 °C (200 °F). d. Cura

[0078] A cura ou condensação dos silanóis formados é muito mais lenta do que a hidrólise, de modo que as misturas ativadas tipicamente tenham uma vida útil tão longa quanto 24 horas. A cura pode ocorrer muito lentamente na temperatura ambiente, mas a cura é tipicamente executada em temperaturas elevadas, tais como em um forno de caixa ou túnel.

[0079] Em algumas modalidades, o revestimento é curado em uma temperatura tão baixa quanto 204 °C (400 °F ), 221 °C (430°F), 279 °C (535 °F), 620 °F (279 °C), tão elevada quanto 349 °C (660 °F), 371 °C (700 °F), 421 °C (790 °F), 427 °C (800 °F), 438 °C (820 °F) ou mais elevada, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores precedentes. Em algumas modalidades, o revestimento é curado apenas 5 minutos, 10 minutos, 15 minutos, 20 minu- tos, 25 minutos, tão longo quanto 30 minutos, 45 minutos, 60 minutos ou mais longo, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores. Em uma modalidade mais particular, o revestimento é curado durante cerca de 10 a 30 minutos em uma temperatura de cerca de 221 °C (430 °F) e ao redor de 427 °C (800 °F). Em outra modalidade mais particular, o revestimento é curado durante cerca de 5 a 20 minutos em uma temperatura de cerca de 279 °C (535 °F) e ao redor de 421 °C (790 °F).

III. PROPRIEDADES DO REVESTIMENTO

[0080] Em uma modalidade exemplar, o polímero orgânico está presente, ou é capturado dentro de espaços na matriz formada pelo polímero de siloxano. Neste contexto, o polímero funciona como uma fase de carga orgânica que é intercalada dentro dos espaços vazios, e totalmente, presentes na matriz inorgânica de polímero de siloxano. Como visto, por exemplo, nas Figuras 3 e 4, o polímero orgânico está presente separado da matriz de sol-gel formada pelo polímero de siloxano. O polímero orgânico está presente em porções discretas intercaladas na matriz de sol-gel.

[0081] Em algumas modalidades exemplares, a matriz de sol-gel formada pelo polímero de siloxano mantém a estrutura do revestimento global em temperaturas acima do ponto de fusão, temperatura de transição vítrea, temperatura de deflexão/distorção térmica e/ou ponto de amolecimento do polímero orgânico. Deste modo, a matriz mantém o revestimento de tal modo que o revestimento não falha nas temperaturas típicas de uso ao redor de 250 °C a 300 °C.

[0082] Em algumas modalidades exemplares, o revestimento inclui a matriz de siloxano, o polímero orgânico e uma carga inorgânica, ilustrativamente uma carga inorgânica sólida tal como carboneto de silício. Embora não desejando ser limitado pela teoria, acredita-se que o carboneto de silício é mais vantajoso incorporado no re- vestimento na presença do polímero orgânico. Acredita-se que a inclusão de uma carga inorgânica sólida tal como o carboneto de silício aumente a resistência à abrasão, e um efeito sinérgico inesperado é observado com a adição do polímero orgânico. Acredita-se que o polímero orgânico absorve energia de impacto através da com- pressibilidade do polímero, aumentando ainda mais a resistência à abrasão do revestimento. a. Solidez

[0083] Os métodos exemplares para a determinação da solidez do revestimento ou da película incluem ASTM D3363 e ISO 15184. Conforme aqui utilizado, a solidez é determinada utilizando um Erichsen Hardness Test Pencil Model 318S. O lápis de teste é mantido perpendicular sobre a superfície de teste e uma linha de 5 mm a 10 mm de comprimento é esticada sobre a superfície em uma taxa de aproximadamente 10 mm/s. O valor de solidez é determinado pela pressão aplicada (em N) indicada no lápis de teste.

[0084] Em algumas modalidades, o revestimento tem a solidez aumentada em comparação com uma composição de sol-gel semelhante que carece de polímeros orgânicos.

[0085] Em algumas modalidades, a solidez do revestimento é tão baixa quanto 10, 12, 14, tão elevada quanto 16, 18, 20 ou mais elevada, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores. b. Resistência à abrasão

[0086] Métodos exemplares para determinar a resistência à abrasão incluem British Standard 7069-1988, EN 12983-1:2004, e testes de abrasão de Taber. Como aqui utilizado, a resistência à abrasão é determinada utilizando um Dry Reciprocating Abrasion Test (DRAT). Este teste mede a resistência dos revestimentos à abrasão por um tampão Scotch-Brite alternativo. Os tampões Scotch-Brite são produzidos pela 3M Company, Abrasive Systems Division, St Paul, MN 55144-1000. Os tampões chegam em graus com níveis variáveis de abrasividade como se segue: Mais baixos -7445, 7448, 6448, 7447, 6444, 7446, 7440, 5440 — Mais elevados. Um tampão Scotch-Brite 7447 foi utilizado e trocado a cada 1000 ciclos.

[0087] O teste submete um revestimento à abrasão em um mo vimento para trás e para a frente. O teste é uma medida da vida útil dos revestimentos que foram submetidos à lavagem e outras formas semelhantes de danos provocados pela limpeza. TM 135C é específico para um aparelho de teste construído por Whitford Corporation of West Chester, PA. No entanto, é aplicável a métodos de teste semelhantes tais como aquele descrito no British Standard 70691988 e EN 12983-1:2004.

[0088] Uma máquina de teste capaz de manter um tampão abra sivo Scotch-Brite de (2 polegadas) de um tamanho específico na superfície a ser testada com uma força fixa de 3 kg e capaz de mover o tampão em um movimento para trás e para a frente (alternativo) em uma distância de 10 a 15 cm (4 a 6 polegadas). A força e o movimento são aplicados por um instrumento pontudo pesado em queda livre. A máquina é equipada com um contador. O substrato revestido é garantido sob o tampão alternativo por firmemente apertar com ferrolhos, grampos ou fitas. A peça deve ser a mais plana possível e o tempo suficiente de modo que o tampão não escorra de uma aresta.

[0089] O tampão abrasivo é depois percorrido a para a frente e para trás (um deslocamento para a frente e para trás é definido como 1-ciclo), e a máquina foi deixada operar durante 1000 ciclos. Após 1000 ciclos, o tampão foi substituído por um tampão fresco. O teste foi executado até que 10 % da área raspada seja exposta o metal descoberto. A resistência à abrasão é relatada como o número de ciclos por milésima polegada de revestimento (ciclos/mil).

[0090] Em algumas modalidades, o revestimento possui resis tência à abrasão aumentada em comparação com uma composição de sol-gel semelhante que carece de plásticos planejados.

[0091] Em algumas modalidades, o revestimento possui uma re sistência à abrasão DRAT tão baixa quanto 50.000 ciclos/mil, 70.000 ciclos/mil, 80.000 ciclos/mil, tão elevada quanto 85.000 ciclos/mil, 90.000 ciclos/mil, 100.000 ciclos/mil, ou mais elevada, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores. c. Resistência ao impacto

[0092] Um método exemplar para determinar a resistência ao impacto é ASTM D2794. Como aqui utilizado, a resistência ao impacto é determinada utilizando um SPI Modified Impact Tester from Gardner Company utilizando um peso de (4 libras). O peso é deixado cair a partir de alturas crescentes (tais como 5 polegadas, 10 polegadas, 20 polegadas, 30 polegadas) sobre a superfície de revestimento. Os painéis impactados são embebidos durante 1 hora em uma pasta fluida de tricloreto de antimônio a 1,0 % em peso seguido de enxágue. A superfície é então examinada para determinar se o revestimento foi removido pelo impacto.

[0093] Em algumas modalidades, o revestimento possui resis tência ao impacto aumentada em comparação com um plástico planejado semelhante que carece da composição de sol-gel.

[0094] Em algumas modalidades, o revestimento não é removido por um peso de (4 libras) deixado cair a partir tão pouco quanto (5 polegadas, 10 polegadas, 20 polegadas, 30 polegadas) ou mais elevado, ou dentro de qualquer faixa definida entre qualquer um de dois dos valores anteriores. d. Resistência química

[0095] Como aqui utilizado, a resistência química é determinada utilizando 24 horas de exposição ao ácido clorídrico, tal como uma solução de ácido clorídrico de 10 % em peso ou 30 % em peso, ou ao hidróxido de sódio, tal como uma solução de hidróxido de sódio de 10 % em peso.

[0096] Em algumas modalidades, o revestimento possui uma re sistência aumentada a ácido e/ou química alcalina em comparação com um plástico planejado semelhante que carece da composição de sol-gel. e. Resistência à degradação térmica

[0097] Como aqui utilizado, a degradação térmica se refere à uma temperatura em que a perda de peso gravimétrica térmica aumenta substancialmente. Em algumas modalidades, o revestimento é termi- camente resistente em uma temperatura ao redor de 200 °C, 300 °C, 350 °C, 400 °C, 450 °C, 500 °C, 550 °C, 600 °C ou mais elevada.

EXEMPLOS

[0098] Os seguintes Exemplos não limitativos ilustram vários as pectos e características da presente invenção, os quais não devem ser interpretados como limitativos dela. Em todo os Exemplos e em outros lugares neste artigo, as porcentagens são em peso, a não ser que de outra maneira indicada.

EXEMPLO 1 Comparação de um sistema sol-gel convencional com um sistema híbrido

[0099] Um sistema sol-gel preto convencional foi comparado com um sistema híbrido contendo sulfeto de polifenileno (PPS).

[00100] Metiltrimetóxi silano (MTMS) foi adicionado na quantidade indicada a uma mistura agitada contendo os componentes remanescentes resumidos abaixo na Tabela 1. TABELA 1: Sumário dos Componentes

[00101] A mistura foi agitada durante 3 horas, depois aplicada por pulverização aos painéis de alumínio jateados 54 °C (130 oF). Os painéis foram então submetidos à vaporização a 93 °C (200 °F) durante 10 minutos, e depois curados durante 30 minutos a 327 °C (620 °F). Teste de Revestimentos

[00102] Solidez: O teste de solidez foi conduzido utilizando um Erichsen Hardness Test Pencil Model 318S. Os resultados estão apresentados na Tabela 2 abaixo: TABELA 2: Solidez de Erichsen (Newtons)

[00103] Resistência ao Impacto: O teste de impacto foi conduzido em um SPI Modified Impact Tester da Gardner Company utilizando um peso de 4-LB deixado cair de 5", 10", 20" e 30", respectivamente, com o revestimento para cima. Os painéis impactados foram então embebidos durante 1 hora em uma pasta fluida de tricloreto de antimônio a 1,0 % em peso seguido de enxágue. Os resultados do revestimento sol-gel convencional são mostrados na Figura 1A. Os resultados do revestimento sol-gel híbrido exemplar são mostrados na Figura 1B. Conforme ilustrado na Figura 1A, o revestimento sol-gel convencional se separou em lâminas e separou do substrato mesmo em uma queda de 5" relativamente baixa, e o revestimento substancial foi removido na altura de queda de 30". Em comparação, a Figura 1B mostra que o revestimento de sol-gel híbrido incluindo o polímero orgânico PPS amassou, mas não se separou em lâminas ou separou do revestimento, mesmo em uma altura de queda de 30".

[00104] Resistência à Abrasão: Um teste referido como um teste DRY RAT (DRAT; Dry Reciprocating Abrasion Test) foi utilizado como uma medida de resistência à abrasão para estes revestimentos. Este teste destina-se a simular o efeito de raspagem por espátulas e outros utensílios de cozinha. Um tampão abrasivo de 2 polegadas (3M Scotch-Brite 07447) foi montado em uma armadura de 3 kg, que foi submetido a ciclos de 1000. O tampão abrasivo foi substituído com um tampão novo a cada 1000 ciclos e o teste continuou até que 10 % da área friccionada foi exposta ao metal descoberto.

[00105] Os resultados são mostrados abaixo na Tabela 3: TABELA 3: DRAT (ciclos/mil)

[00106] Como visto na Tabela 3, o revestimento híbrido requer um número substancialmente mais elevado de ciclos por mil do que o revestimento de sol-gel convencional.

[00107] A Tabela 4 abaixo resume as composições das películas curadas em termos de % de volumes secos: TABELA 4: Frações Calculadas de Volume de Película Seca

[00108] Como pode ser observada, a composição dos dois revestimentos é substancialmente semelhante, exceto que o revestimento híbrido contém ao redor de 16 % em vol. de PPS em relação ao revestimento convencional. Tanto a solidez quanto os resultados de abrasão mostram claramente um aumento surpreendente e significativo com a inclusão do PPS. O aumento na resistência ao impacto também foi inesperado. Sem PPS na matriz curada, o revestimento convencional falha durante o teste, mesmo com a altura de queda mais baixa (5"). O revestimento híbrido, que contém PPS, não falha mesmo na condição de queda mais severa (30").

EXEMPLO 2 Revestimentos Convencionais e de Sol-Gel Híbridos Baseados em Composições Variadas

[00109] Embora o Exemplo 1 ilustre um sistema adequado para aplicação em utensílios para cozinha, em algumas situações é desejável ter um sistema mais simplificado livre de fluido de silicone e com melhor aplicabilidade.

[00110] O revestimento do presente Exemplo 2 foi preparado de acordo com as quantidades listadas na Tabela 5 abaixo. TABELA 5: Componentes do Revestimento do Exemplo 2

[00111] Os componentes foram misturados e processados em uma ordem adequada de modo a obter um revestimento aplicável com boas capacidades de formação de película.

[00112] A mistura foi então pulverizada em painéis Q não jateados e curada nos tempos e temperaturas fornecidos na Tabela 6. A solidez de cada amostra foi determinada utilizando um Erichsen Hardness Test Pencil Model 318S. Os resultados são apresentados na Tabela 6. TABELA 6: Resistência a Arranhões

[00113] Conforme ilustrado na Tabela 6 acima, um grau surpreendente de solidez pode ser obtido em temperaturas de cura mais elevadas (350 °C ou acima). Isto pode ter grande utilidade dependendo da aplicação final e não foi anteriormente reconhecido ou ensinado pela técnica anterior.

[00114] Um procedimento de ativação semelhante como o descrito acima foi executado para gerar os vários revestimentos de Exemplo apresentados na Tabela 7 abaixo. Para manter os sólidos totais seme-lhantes entre as formulações, sulfato de bário foi utilizado para ajustar o nível de sólidos na mesma medida que o nível de PPS foi variado. TABELA 7: Composição dos Exemplos de A a D

[00115] Várias propriedades dos Exemplos de A a D foram depois determinadas, conforme apresentado na Tabela 8 abaixo. A Espessura da Película Seca (DFT) foi medida utilizando um ElectroPhysik MiniTest 1001. O brilho foi medido utilizando um medidor de brilho Byk a 60 graus. O teste de resistência a riscos foi realizado utilizando o mé- todo DRAT como descrito acima. A solidez de lápis foi medida utilizando ASTM D3363. TABELA 8: Propriedades dos Exemplos de A a D

[00116] Conforme apresentado na Tabela 8, uma elevada solidez de lápis foi obtida com todos os Exemplos incluindo o polímero orgânico PPS. Além disso, a resistência ao risco aumentou com o aumento dos níveis de PPS.

[00117] Finalmente, um aspecto adicional desta invenção é a resistência química melhorada. Como mostrado na Figura 2, as amostras ilustradas, da esquerda para a direita, são D (0 % de PPS), C (2,8 % de PPS), B (5,6 % de PPS) e A (8,4 % de PPS). As amostras na metade superior do painel foram expostas a HCl a 10 % durante 24 horas sem efeito aparente. As amostras na metade inferior do painel foram expostas a HCl a 30 %. Conforme apresentado na Figura 2, após 24 horas de exposição a HCl a 30 %, os revestimentos contendo níveis mais elevados de PPS apresentaram muito menos danos do que aqueles com baixo teor de PPS ou nenhum.

EXEMPLO 3 Análise SEM do Revestimento Curado do Exemplo 2

[00118] Após o revestimento do Exemplo 2 ter sido completamente curado, imagens de microscópio eletrônico de varredura em corte transversal (SEM) (difusão retrógrada, 20 KV, com incorporação adicional de resina utilizada para obter a imagem) foram obtidas através do revestimento, como mostrado nas Figuras 3 e 4. Como pode ser visto nas Figuras 3 e 4, os grãos de PPS (cor escura) permanecem separados e são uniformemente distribuídos dentro da matriz de sol-gel (cinza claro) ao longo da espessura do revestimento. Os grãos de PPS possuem um tamanho de partícula ao redor de 8 μm. O pigmento (branco) também é uniformemente distribuído por toda a espessura do revestimento.

EXEMPLO 4 Investigação do Tamanho de Partícula

[00119] Composições incluindo preto de espinélio e polímeros orgânicos foram preparadas de acordo com as porcentagens em peso fornecidas na Tabela 9. TABELA 9: Composição de Exemplos do Tamanho de Partícula

[00120] Cada composição foi triturada em um tamanho de batelada de 1 kg com um processador de moinho de bolas 24 horas. Após 24 horas, a distribuição do tamanho de partícula foi medida com uma di- fração de laser utilizando Beckman Coulter LS. Os resultados são apresentados na Tabela 10 e na Figura 5. TABELA 10: Composição de Exemplos de Tamanho de Partícula

[00121] Com referência à Figura 5, acredita-se que o pico em torno de 1 mícron esteja relacionado com o preto de espinélio na amostra, embora se acredite que o pico de maior tamanho esteja relacionado com o polímero orgânico. Conforme mostrado na Figura 5, PEEK teve o menor diâmetro de partícula, seguido por PPS e PAI, enquanto que o PES teve o maior diâmetro de partícula.

EXEMPLO 5 Composições de Híbridos de Sol-gel com Diferentes Polímeros Orgânicos

[00122] As composições incluindo preto de espinélio e polímeros orgânicos foram preparadas de acordo com as porcentagens em peso indicadas na Tabela 9. As pastas produzidas através da moagem de bolas das composições de polímero orgânico no Exemplo 4 foram introduzidas nas matrizes de sol-gel de acordo com as composições na Tabela 11. TABELA 11: Composição de híbridos de sol-gel com diferentes polímeros

[00123] Cada composição foi pulverizada sobre os painéis de liga de alumínio 3003 jateados e secada durante 5 minutos a 100 °C, seguido por cura durante 5 minutos a 420 °C.

[00124] Os painéis resultantes foram testados quanto à aparência, solidez, aderência, resistência ao impacto, resistência química e análise termogravimétrica.

Aparência - Brilho

[00125] Cada painel foi testado quanto ao brilho a 60°. Os resultados como uma função da espessura de película em mícrons para cada polímero orgânico são apresentados na Figura 6A. A dependência do tamanho de partícula de cada polímero, como medido pelo D90, ou o diâmetro de partícula em que 90 % das partículas possuem um diâmetro menor do que o valor D90 é apresentado na Figura 6B. Conforme mostrado na Figura 6A, o brilho resultante da película aplicada está diretamente relacionado com a espessura da película seca da película. Conforme mostrado na Figura 6B, o brilho resultante é inversamente proporcional à distribuição do tamanho de partícula do polímero triturado. A aparência parece ser independente da natureza química do polímero selecionado.

Solidez

[00126] A resistência ao arranhão de cada película, como uma função da espessura da película, é fornecida como Figura 7. A resistência ao arranhão média de cada polímero é apresentada na Tabela 12. TABELA 12: Composição de híbridos de sol-gel com diferentes polímeros

[00127] Conforme mostrado na Figura 7, o PAI geralmente se comporta de uma maneira muito mais frágil do que os outros polímeros testados. O PES foi observado de ter a maior resistência média ao arranhão e a mais elevada resistência ao risco na espessura de película mais baixa. Aderência

[00128] A aderência de cada película foi determinada em um substrato liso e jateado utilizando um ensaio de corte oblíquo de acordo com a ISO padrão 2409. Para cada painel, um padrão de treliça foi cortado na película para o substrato. Após escovar a área de teste com uma escova macia, uma fita de teste de aderência foi aplicada ao padrão de treliça e removida. O padrão de aderência resultante foi classificado mediante a comparação do padrão resultante com a ISO 2409 padrão, mostrada na Figura 8A. Os resultados do teste são mostrados na Figura 7B e resumidos na Tabela 13. TABELA 13: Composição de híbridos de sol-gel com diferentes polímeros

Resistência ao Impacto

[00129] Cada revestimento foi submetido a um teste de impacto a partir de um peso de 2 kg levantado 20 cm, seguido por 60 minutos em uma solução de tricloreto de antimônio a 6 %. Os resultados do teste de impacto são fornecidos na Figura 9. Como mostrado na Figura 9, todos os revestimentos geralmente passaram pelo teste de impacto inverso. No entanto, algum metal exposto foi observado no teste de impacto direto para PAI e PEEK. Resistência Química

[00130] A resistência química foi determinada através da colocação de uma gota de solução de HCl a 32 % (acídico) ou NaOH a 10 % (alcalino) na superfície do revestimento e cobrindo-o com um vidro de relógio. O dano foi avaliado após 24 horas. Os resultados do teste de resistência química são fornecidos na Figura 10. Como mostrado na Figura 10, o PAI teve a maior resistência aos ácidos, e o PEEK teve a maior resistência alcalina. Estabilidade térmica

[00131] A estabilidade térmica dos revestimentos de sol-gel modificados com vários polímeros orgânicos foi comparada com aquela de um revestimento de sol-gel não modificado. O peso da amostra foi registrado em um analisador gravimétrico térmico à medida que a temperatura das amostras foi aumentada para 600 °C. Os resultados são mostrados na Figura 11.

[00132] Conforme ilustrado na Figura 11, o PAI possui a degrada- ção térmica mais rápida dos revestimentos modificados. A degradação térmica do PAI começa ao redor de 350 °C, enquanto que os polímeros orgânicos remanescentes não começam a degradar-se termica- mente até que cerca de 530 a 550 °C. EXEMPLO 6 Investigação da Resistência à Abrasão

[00133] Um teste de abrasão alternativo seco (DRAT) foi utilizado como uma medida de resistência à abrasão para os revestimentos do Exemplo 5. Este teste simula o efeito de raspagem por espátulas e outros utensílios para cozinha. Um tampão abrasivo de 2 polegadas (3M Scotch-Brite 07447) foi montado em uma armadura de 3 kg, que foi submetido a ciclos de 1000. O tampão abrasivo foi substituído por um tampão novo a cada 1000 ciclos, e o teste continuou até que 10 % da área friccionada foi exposta ao metal descoberto. Os resultados são apresentados abaixo em cursos por mícron na Tabela 14 e na Figura 12. TABELA 14: DRAT (ciclos/mil)

[00134] Cada um dos polímeros orgânicos exceto PES forneceu uma melhora na resistência à abrasão em comparação com a composição sol-gel não modificada. Em particular, o PEEK pareceu fornecer a maior resistência à abrasão entre os polímeros orgânicos testados.

[00135] Logo depois, as composições incluindo um polímero orgânico e uma carga sólida exemplar, carboneto de silício, foram investigadas. As composições foram preparadas de acordo com os valores fornecidos na Tabela 15. TABELA 15: Composições de carga sólida

[00136] Os resultados de DRAT são mostrados abaixo em cursos por mícron na Tabela 16 e na Figura 13. TABELA 16: DRAT (ciclos/mil)

[00137] Conforme mostrado na Tabela 14, um aumento moderado na resistência à abrasão em relação ao sol-gel não modificado foi fornecido quando o polímero orgânico PPS foi adicionado. Um aumento na resistência à abrasão em relação ao sol-gel não modificado foi fornecido quando a carga SiC foi adicionada. No entanto, um efeito si- nérgico inesperado foi observado a partir da adição tanto do PPS quanto de SiC, com a resistência à abrasão mais do que duplicando a partir da adição de SiC isoladamente com base apenas na adição do PPS.

EXEMPLO 7 Investigação do Teor de Polímero Orgânico

[00138] As composições foram preparadas com quantidades variáveis do polímero orgânico PPS de 0 a 28 % em peso em uma base seca, de acordo com os valores dados na Tabela 17. TABELA 17: Composições de teor de PPS crescente

[00139] As classificações de resistência química alcalina dos revestimentos de I a O da Tabela 17 são fornecidas na Figura 14 como uma função de % em peso de PPS em uma base seca. As classificações de resistência química ácida dos mesmos revestimentos são fornecidas na Figura 15. Os valores de solidez contra o risco dos mesmos revestimentos são fornecidos na Figura 16.

[00140] Conforme mostrado nas Figuras 14 a 16, uma faixa de resistência química máxima parece ser de cerca de 2 a 50 % em peso de PPS, preferivelmente ao redor de 15 a 35 % em peso de PPS, e mais preferivelmente ao redor de 20 a 30 % em peso de PPS em uma base seca.

[00141] Embora esta invenção tenha sido descrita como tendo um propósito preferido, a presente invenção pode ser ainda modificada dentro do espírito e escopo desta descrição. Este pedido destina-se, portanto, a cobrir quaisquer variações, utilizações ou adaptações da invenção utilizando os seus princípios gerais. Além disso, este pedido destina-se a cobrir tais desvios da presente descrição quando se encontram dentro da prática conhecida ou habitual na técnica à qual esta invenção pertence e que caiam dentro dos limites das reivindicações anexas.

Claims

1. Composição para a formação de um revestimento de solgel híbrido, caracterizada pelo fato de que compreende uma mistura de: um ou mais monômeros de organoalcoxissilano selecionado dentre metiltrimetoxissilano, metiltrietoxissilano, dimetildietoxissila- no, dimetildimetoxissilano, trimetilmetoxissilano, trimetiletoxissilano, feniltrimetoxissilano, feniltrietoxissilano, e combinações dos anteriores; um catalisador; água; e um polímero orgânico compreendendo sulfeto de polifenile- no (PPS) tendo uma ou mais das seguintes propriedades: um ponto de fusão de 200 °C ou maior, como determinado por calorimetria de varredura diferencial (DSC); uma temperatura de transição vítrea de 200 °C ou maior, como determinado por calorimetria de varredura diferencial (DSC); e uma temperatura de deflexão/distorção térmica de 200 °C ou maior.

2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o polímero orgânico está na forma de partículas poliméricas tendo um diâmetro médio D50 entre 1 e 50 mícrons.

3. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que, tendo como base a quantidade total da composição em uma base úmida: o um ou mais monômeros de organoalcoxissilano estão presentes em uma quantidade de 20 a 40 % em peso; e o polímero orgânico está presente em uma quantidade de 1,75 a 15 % em peso.

4. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um ou mais materiais de car- ga presentes em uma quantidade de 1% em peso a 10% em peso, tendo como base o peso total da composição em uma base úmida.

5. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o um ou mais monômeros de organoalcoxissila- no são selecionados dentre metiltrimetoxissilano, metiltrietoxissilano, feniltrimetoxissilano, feniltrietoxissilano e combinações dos anteriores.

6. Método de formação de um revestimento, caracterizado pelo fato de que compreende: aplicar, a um substrato, uma mistura compreendendo: um ou mais monômeros de organoalcoxissilano selecionado dentre metil- trimetoxissilano, metiltrietoxissilano, dimetildietoxissilano, dimetildime- toxissilano, trimetilmetoxissilano, trimetiletoxissilano, feniltrimetoxissi- lano, feniltrietoxissilano, e combinações dos anteriores; um catalisador; água; e um polímero orgânico compreendendo sulfeto de polifenile- no (PPS), polietersulonas (PES), poliéter éter cetona (PEEK), polife- nilsulfona (PPSU), poliamida-imidas (PAI), polieterimidas (PEI) ou qualquer combinação dos mesmos, e cada polímero orgânico compreendendo ainda uma ou mais das seguintes propriedades: um ponto de fusão de 200 °C ou maior, como determinado por calorimetria de varredura diferencial (DSC); uma temperatura de transição vítrea de 200 °C ou maior, como determinado por calorimetria de varredura diferencial (DSC); e uma temperatura de deflexão/distorção térmica de 200 °C ou maior; e curar a mistura para produzir um revestimento de sol-gel híbrido apresentando uma espessura de 25 a 60 mícrons.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o substrato é um artigo de utensílios para cozinha.

8. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o polímero orgânico compreende sulfeto de polifenile- no (PPS).

9. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o polímero orgânico compreende poliéter éter cetona (PEEK).

10. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o polímero orgânico está na forma de partículas poli- méricas tendo um diâmetro médio D50 entre 1 e 50 mícrons.

11. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que, com base na quantidade total da mistura em base úmida, um ou mais monômeros de organoalcoxissilano estão presentes em uma quantidade de 20% em peso a 40% em peso; e o pelo menos um polímero orgânico está presente em uma quantidade de 1,75% em peso a 15% em peso.

12. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um ou mais materiais de carga presentes em uma quantidade de 1% em peso a 10% em peso tendo como base o peso total da composição em uma base úmida.

13. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que um ou mais monômeros de organoalcoxissilano são selecionados de metiltrimetoxissilano, metiltrietoxissilano, feniltrimeto- xissilano, feniltrietoxissilano e combinações dos anteriores.

14. Artigo de utensílios para cozinha, caracterizado pelo fato de que é revestido com um revestimento híbrido sol-gel, como definido na reivindicação 6.

15. Artigo de utensílios para cozinha, caracterizado pelo fato de que é revestido com uma composição de revestimento, como definida na reivindicação 1.