BRPI0510867A2

BRPI0510867A2 - processo para aumentar a resistência à abrasão de um filme, composição de sobre-camada, composição de sobre-camada eletricamente condutiva, filme e uso da composição

Info

Publication number: BRPI0510867A2
Application number: BRPI0510867-5A
Authority: BR
Inventors: Laurence Waino Mckeen
Original assignee: Du Pont
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2012-05-29
Also published as: EP1749244A1; JP2008501065A; WO2005119375A1; CN1957304A; MXPA06013477A; US20050267246A1; CA2564720A1

Abstract

PROCESSO PARA AUMENTAR A RESISTêNCIA à ABRASãO DE UM FILME, COMPOSIçãO DE SOBRE-CAMADA, COMPOSIçãO DE SOBRE-CAMADA ELETRICAMENTE CONDUTIVA, FILME E USO DA COMPOSIçãO A presente invenção revela uma composição de sobre-camada resistente à abrasão compreendendo fluoropolímero e uma quantidade eficaz de zeólito para aumentar a resistência à abrasão de um filme formado a partir da composição em pelo menos 25% quando comparado a um filme formado apenas de fluoropolímero. A presente invenção também revela um processo para aumentar a resistência à abrasão do filme de revestimento de fluoropolímerico em um rolo fusor, através da formação de um filme de fluoropolímerico com uma quantidade eficaz de zeólito suficiente para aumentar a resistência à abrasão do filme.

Description

"PROCESSO PARA AUMENTAR A RESISTÊNCIA À ABRASÃO DE UM FILME, COMPOSIÇÃO DE SOBRE-CAMADA, COMPOSIÇÃO DE SOBRE- CAMADA ELETRICAMENTE CONDUTIVA, FILME E USO DA COMPOSIÇÃO"

Campo da Invenção

A presente invenção trata de composições de fluoropolirnero contendo aditivos que aumentam a resistência à abrasão dos filmes formados por tal composição.

Antecedentes da Invenção

As resinas de fíuoropoiímeros possuem uma estabilidade excepcional à luz, ao calor, aos solventes, aos ataques químicos e á tensão elétrica, conferindo propriedades desejáveis aos artigos fabricados a partir de tais polímeros ou substratos revestidos com um filme destes polímeros. Tais resinas, especialmente as resinas de perfluoropolímero, são conhecidas por sua baixa energia de superfície e por suas propriedades antiaderentes. As propriedades mecânicas, como a resistência â abrasão, podem ser melhoradas através da incorporação de aditivos a tais resinas, estendendo assim a vida útil das mesmas, porém tais adições resultam em uma diminuição da propriedade aritiaderente dos polímeros.

Uma importante aplicação dos fíuoropoiímeros é a reprodução eletrosíatográfica, em que o toner (pó) carregado eletrostaticamente é fundido a um receptor (por exemplo, o papel ou filme) produzindo uma imagem eietrostática latente. O usu de filmes de revestimento de resina de fluoropolirnero em rolos fusores de metal aquecidos produz um filme polirnérico resistente ao calor contendo uma superfície antiaderente, o que evita a aderência do toner ao rolo fusor e permite que mais toner seja fixado ao receptor para a produção de imagens impressas de alta qualidade. O roio fusor é aquecido a urna alta temperatura, geralmente de aproximadamente 200°C, para fundir as partículas do toner depositadas eletrostaticamente em um receptor e, então, libera a imagem fundida resultante ao mesmo tempo em que se adere ao receptor. Se as partículas do toner fundidas permanecerem aderidas ao rol·:· fusor.. tais partículas podem se depositar em um receptor fornecida posteriormente, produzindo assim uma imagem não desejável. Sendo assim, a aplicação de revestimento do rolo fusor da resina de fiuoropoiímero compreende uma condição crítica para a fiel transferência do toner fundido que, por sua natureza fundida e necessidade de aderir-se ao receptor, é um material aderente. Embora a resina de fiuoropoiímero já seja usada com sucesso nessa aplicação, tal revestimento possui o defeito de sofrer desgaste abrasivo pelo contato repetido do receptor com o role. fusor e ainda mais intensamente pelas unhas de separação do fusor que se friccionam contra a superfície do rolo fusor para retirar ac- receptor. A questão é corno aumentar a resistência á abrasão do revestimento, sem afetar negativamente suas propriedades antiaderentes.

A incorporação do zeólito como um aditivo está descrita na patente IJS 4.425.448 de Concannon et al. Os zeolites são silicatos de alumínio hidratado reversivelmente, geralmente contendo álcalis ou óxidos de metais alcalinos terrosos que podem, por vezes, ter ions trocados por outros metais ou por hidrogênio. Concannon et al. adicionaram pequenas quantidades (menos que 2,6% em peso baseado no peso cio filme seco) de zeólito, particularmente azul ultramarino, em Lirna composição de revestimento de poliieiraíluoretileno (PIFE), a fim de retardar a degradação oxidativa da resina de PTFE. Sabe-se também com-:, incorporar zeóiitos, tal como azul ultramarino, para pigmentação, tal como o azul ultramarino, em composições de primeis de fiuoropoiímero usados em utensílios de cozinha para obter a pigmentação, visando encobrir defeitos do substrato quando finas camadas deste primer são aplicadas e depois revestidas com urna camada superior transparente. No entanto, as referências que revelam as vantagens da incorporação de aditivos de zeólito em fluoropolimero não tratam da questão do aumento da resistência à abrasâo da resina de fluoropolímero ao mesmo tempo em que as propriedades antiaderentes do polímero são mantidas, nem revelam qualquer aplicação destas para revestimentos de rolo fusor. Permanece a necessidade de uma composição que possua os atributos de resistência à abrasão e antiaderéncia combinados, principalmente na área de reproducão eletrostatogrâfica.

Descrição Resumida da Invenção

A presente invenção satisfaz a necessidade de formação de uma composição de um filme de íluoropoiímero para revestimento de um rolo íusor de modo tal que o filme formado a partir da composição exibe uma maior resistência á abrasão, ao mesmo tempo ern que mantêm suas excelentes propriedades antiaderentes. O processo para aumentar a resistência à abrasão de um filme de revestimento de fluoropolímero em um rolo fusor consiste em incorporar ao fluoropolímero, antes da formação do filme de revestimento, uma quantidade eficiente de zeolito que seja suficiente para aumentar a resistência à abrasão do filme formado a partir da composição em pelo menos 25% quando comparado ao filme formado apenas de fluoropolímero.

A presente invenção trata ainda de uma composição de sobre- camada compreendendo fluoropolímero e unia quantidade eficaz de zeóiito siificiente para aumentar a resistência à abrasão do filme formado a partir da composição em ceio menos 25% quando comparado ao filme formado apenas de fluoropolímero. Preferencialmente, o zeólito é um silieato de alumínio de metal alcalino e, com maior preferência, é o pigmento azul ultramarino.

A presente invenção também trata de uma composição de sobre- camada eletricamente condutiva compreendendo fluoropolímero, uma quantidade eficaz de um material particulado eletricamente condutivo e uma quantidade eficaz de zeólito em quantidade suficiente para aumentar a resistência à abrasão de filme formado a partir de dita composição em pelo menos 25% quando comparado ao filme formado a partir apenas de dito fluoropolimero.

Na aplicação cie revestimento do rolo fusor, a composicão geralmente conterá uma pequena quantidade de um material particulado eletricamente condutivo em uma quantidade suficiente para evitar o acúmulo de cargas elétricas no rolo fusor, o que poderia atrair partículas de toner do receptor antes do contato e fusão pelo rolo fusor. Tal aditivo possui um efeito insignificante na resistência à abrasão do revestimento de resina de fluoropolimero e, portanto, pode ser adicionado ao fluoropolimero no teste de abrasão para determinar a resistência à abrasão apenas do fluoropolimero.

Descrição Detalhada da Invenção

O processo e a composição aperfeiçoados da presente invenção que resultam tanto em uma boa resistência à abrasão quanto em uma boa antiaderência são melhor ilustrados no uso desta composição corno um filme de revestimento para rolos fusores em copiadoras e impressoras á laser. Por exemplo, em uma reprodução eletrostatográfica em uma copiadora, um rolo formador de imagens uniformemente carregado é exposto a um laser para criar uma série de imagens eletrostáticas. O torier é subseqüentemente aplicado a cada imagem no rolo formador de imagens para criar uma série de imagens com toner que correspondem às imagens eletrostáticas. As imagens do toner sao transferidas para um receptor corno um papel ou um filme. O receptor que sustenta as imagens do toner é separado do rolo formador de imagens e alimentado a um equipamento de fusão. O equipamento de fusão é geralmente composto por dois rolos os quais formam uma beliscadura pela qual o receptor passa. O rolo superior é geralmente um rolo de metal revestidu de fluoropolimero, de agora em diante denominado "rolo fusor". O segundo rolo, de agora em diante designado "rolo de suporte", auxilia o rolo fusor a formar a beiiscadura * é comumente formado por um material flexível elastomérico, como borracha de silicone. O rolo fusor é aquecido freqüentemente por uma fonte de calor interna localizada no núcleo do rolo fusor.

O uso de filmes de revestimento de resina de fluoropolírnero no rolo fusor de metal aquecido fornece um filme de polímero resistente ao calor com uma superfície antiaderente que evita a aderência do toner ao rolo fusor e permite que mais toner seja fixado ao receptor para a produção de imagens de alta qualidade. No entanto, o grande volume de papel que passa por uma copiadora e a pressão das unhas de separação na superfície do rolo fusor exercem um efeito abrasivo sobre os revestimentos de fluoropolírnero do estado da técnica, resultando no desgaste do revestimento e na subseqüente percla da propriedade antiaderente da superfície. Como será demonstrado nos Exemplos, a composição de resina de fluoropolírnero da presente invenção contendo uma quantidade eficaz de zeólito melhora de maneira surpreendente a resistência á abrasão do filme formado a partir da composição em pelo menos 25%, e preferiveimenie em pelo menos 50%, quando comparado a um filme formado apenas de fluoropolírnero. A presente invenção descobriu inesperadamente que a adição de uma quantidade eficaz de zeólito às resinas de fluoropolírnero resulta em uma melhora de até 200% na rosisténcia à abrasão de um filme formado a partir da composição quando comparado a um fiime formado apenas de fluoropolírnero. Além disso, apesar da incorporação acrescida do aditivo de zeólito, a propriedade antiaderente do filme de revestimento de fluoropolírnero é mantida.

Fluoropolímeros U fluoropolímero na composição do filme da presente invenção é independentemente selecionado dentre um grupo de polímeros e copolímeros dy trifluoretileno, hexafluoropropileno, monoclorotrifluoretileno, diclorodifluoretileno, tetrafluoretileno, perfluorobutiletileno, perfluoro(aquil vinil éter), fluo reto de vilideno e flunereto de vinila, misturas destes e misturas dos polímeros mencionados com um polímero não-fluorado.

Os fíuoropolímeros usados na presente invenção são preferencialmente a partir da os polímeros processáveis por fusão. Por "processáveis por fusão" entende-se que o polímero pode ser processado na sua forma fundida (por exemplo, fabricado a partir de sua forma fundida em artigos moldados tal como filmes, fibras, tubos, etc. que apresentam resistência e dureza suficientes para os usos aos quais se destinam). Os exemplos de tais fluoropolirnerôs processáveis por fusão incluem os copolímeros de tetrafluoroetileno (TFE) e ao menos um monomero copolimerizável fluorado (comonômero) presente no polímero em uma quantidade suficiente para reduzir o ponto cie fusão do copolimero até que esteja substancialmente mais baixo que o ponto de fusão cio homopolímero de TFE, politetrafluoroetileno (PTFE), por exemplo, para uma temperatura de fusão inferior ou igual a 315°C. Tais fíuoropolímeros incluem o policlotOtrifluuroetilerio, os copolímeros de teirafiuoroetilerio (TFE) ou o clorotrifluoroetileno (CTFE). Os comonomeros com TFE preferidos são a perfluoroolefina contendo de 3 a 3 átomos de carbono, tais como o hexafluoropropileno (HFP) e/ou o perfluoro(alquil vinil éter) (PAVE) no qual os grupos alquila lineares ou ramificados contêm de 1 a 5 átomos de carbono. Os monòrneros PAVE preferidos são aqueles nos quais o grupo alquila contém 1, 2, 3 ou 4 átomos de carbono e o copolimero pode ser formado usando diversos monòrneros PAVE. Os copolímeros TFE preferidos incluem FEP (copolimero TFE/HFP), PFA (copolimero TFE/PAVE), TFE/HFP/PAVE cios quais PAVE e PEVE e/ou PPVE ou MFA (TFE/PMVE/PAVE serido que o grupo alquila do PAVE possui pelo menos 2 átomos de carbono). O copolimero processável por fusão é formado pela incorporação de uma quantidade de comonômero ao copolimero a fim de produzir um copolímero que possui tipicamente uma taxa de fIuidez de aproximadamente 1-100 g/10 minutos, medida em conformidade com a norma ASTM D-1238. sob a temperatura padrão para o polímero especifico. Tipicamente a viscosidade de fusão ficará entre 10^2 Pa-s a cerca de 10^6 Pa-s, preferencialmente, entre 10^5 a cerca de 105 Pa-s medida a 372°C pelo método descrito na norma ASTM-D-1238, modificado conforme descrito na patente US 4.380.618. Os fluoropolímeros processáveis por fusão adicionais incluem os copolimeros de etileno ou propileno com TFE ou CTFE, especialmente ETFE, ECTFE e PCTFE. Outros polímeros úteis são os polímeros filmogSnios de fluo reto de polivinilideno (PVDF) e os copolimeros de fluoreto de vinilideno, bem como o fluoreto de polivinil (PVF) e os copolimeros de fluoreto de vinila.

Enquanto o componente de fluoropoiímero é preferivelmente processavel por fusão, o politetrafluoretileno (PTFE), incluindo o PTFE modificado que não é processavel por fusão, pode ser usado em conjunto com fluoropoiímero processavel por fusão ou em substituição a tal fluoropoiímero. Por "PTFE modificado" entende-se Pl FE contendo uma pequena quantidade de um modificador de comonorneio que melhora a capacidade de formação do filme durante o cozimento (fusão), tais como a perfluoroolefina, especialmente o hexaNuoropropileno (HFP) ou o perfluoro(aquii vinil) éter (PAVE) nos quais o grupo alquila contém de 1 a 5 átomos de carbono, sendo que o perfluc»ro(etil vinil) éter (PEVE) e o perfluoro(propi! vinil) éter (PPVE) são preferidos. A quantidade de tal modificador será insuficiente para conferir a processabilidade por fusão ao PTFEi geralmente não mais que 0,5% em mols. O PTFE1 também para fins de simplificação, pede ter uma viscosidade de fusão única, geralmente de pelo menos 1x10^9 Pa-s, mas uma mistura de PTFE's com diferentes viscosidades de fusão pode ser usada para formar o componente de fluoropoiímero. Tal viscosidade de fusão elevada significa que o PTFE não flui no estado fundido e, portanto, não é processável por fusão. Como poderá ser percebido pelos técnicos no assunto, misturas de diferentes tipos de fluoropolímeros podem ser usadas na prática da presente invenção.

As composições na presente invenção incluem a composição aplicada a um rolo fusor para revesti-lo e a composição do revestimento, ou em termos gerais, o filme, tal como aquele formado na superfície do rolo fusor.

Com relaçao à composição usada, para formar o revestimento, os fluoropolímeros usados na presente invenção estão em forma de partículas, sendo que tais partículas têm um tamanho médio que varia de menos de 1 μm ate aproximadamente 100 μm. Muitos dos fluoropolímeros são feitos através da polimerização em dispersão aquosa, sendo que as partículas do fluoropolímero polimerizadas possuem, tipicamente, um diâmetro na faixa de 0,01 a 0,3 μm.

Os tamanhos da partícula revelados no presente representam a média dos tamanhos das partículas. O componente de fluoropolímero também pode estar presente em partículas com dimensões maiores como, por exemplo, partículas com um diâmetro de 5 a 100 μm e, preferencialmente, de 10 a 20 μm. Tais partículas com dimensões maiores podem ser obtidas através da coagulação da dispersão ou da secagem por pulverização, como descrita na patente US 6.518.349 B1 (Felix et al.), incluindo uma etapa opcional de moagem para obter as partículas do tamanho desejado. Em uma realização preferida, tanto as partículas submicron (partículas em dispersão) quanto as partículas maiores (partículas em po) estão presentes.

Enquanto os fluoropolímeros usados na presente invenção são processáveis por fusão, o filme da composição contendo o fluoropolímero irá geralmente ser formado pelo fornecimento da composição como um meio líquido, no qual as partículas de fluoropolímero estão dispersas em um solvente orgânico, em água ou ern uma mistura destes, a aplicação desta composição liquida ao substrato a ser revestido e, em seguida, a secagem e o cozimento do revestimento para criar um revestimento antiaderente no substrato. Preferenciaimente1 a dispersão contém partículas de fluoropolímero dos dois grupos de tamanho mencionados acima, por exemplo, de cerca de 15% ern peso a cerca de 30% em peso de partículas submicron juntamente com partículas maiores de cerca de 10% em peso a cerca de 20% em peso.

O meio liquido pode ser água, um solvente orgânico ou uma mistura destes. Os exemplos de solventes orgânicos incluem a N- metilpirrolidona, a butirolactona, os solventes aromáticos com aito ponto de ebulição, incluindo os âlcoois tais como o metanol, o etanol, o isopropanol e o t- butanol, cetonas como a acetona e a metil etil cetona (MEK) e mistura destes.

Em uma outra realização, a composição da presente invenção pode estar na forma de um po para o revestimento em pó de uma superfície, tal como uma superfície de um rolo fusor, para formar um filme. Em ambas as realizações, o revestimento a partir de um meio líquido ou o revestimento em po, a processabilida.de por fusão do fluoropolímero permite que as partículas de fluoropolímero sejam fundidas durante Ci cozimento para formar um filme Contínuo (revestimeηto).

Zeólito

A presente invenção trata de composições de fluoropolímero contendo zeólito que apresentam um aumento na resistência à abrasão ern urn filme formado a partir da composição quando comparado a um filme formado apenas de fluoropolímero. A resistência a abrasão de um fiime formado a partir da composição composta por fluoropolímero e zeólito e aumentada em pelo menos 25%, preferencialmente em pele, menos 50%, com maior preferência, ern pelo menos 100% e, de preferência superior, em pelo menos 200%.

Quando a composição e transformada em um filme, a quantidade total de zeólito é de pelo menos 3% em peso, preferencialmente, na faixa entre 3% em peso e 25% em peso baseado no peso seco do filme e, com maior preferência, entre 3% em peso e 12% em peso.

Os zeólitos são silicatos de alumínio reversivelmente hidratados geralmente contendo álcalis ou óxidos de metais alcalinos terrosos que por vezes podem ter ions trocados por outros metais ou por hidrogênio. A definição da fórmula geral é:

Mx/m[Al02)x(Si02)y]mH20

sendo que M é um cátion de valência n, e η é igual a 1 ou 2. A razão entre χ e ν pode variar de 1 até um numero grande como é sabido no estado da técnica. Os zeólitos incluem muitos minerais de ocorrência natural e materiais sintéticos. A classe de minerais conhecidos como os feldspatóides está intimamente relacionada aos zeólitos e está incluída no presente no sentido do termo zeólito.

Os feldspatóides, incluindo a sodalita e o ultramarino, com estrutura aberta e poros grandes, estão intimamente relacionados ao zeólito. O zeólito preferido é o azul ultramarino, um siiicato de alumínio de metal aicaiirio. Geralmente o tamanho das partículas dos zeólitos usados na presente invenção é normalmente inferior a 5 μm, encontrando-se tipicamente entre 0,5 e 3 μm.

A adição de azul ultramarino à composição resulta em revestimentos estáveis e em um filme de revestimento azulado atraente e facilmente identificável.

A pigmentacão também resulta em um aumento da absorção de calor da composição durante a aplicação, o que representa vantagens sobre os revestimentos transparentes do estado da técnica no que diz respeito à aceleração do tempo de processamento, o que será explicado em mais detalhes posteriormente.

Partículas Eletricamente Condutivas

A composição da presente invenção pode conter outros aditivos além do fluoropolímero e do zeólito. É geralmente preferível que as composições de revestimento usadas em rolos fusores contenham um material particulado eletricamente condutivo para auxiliar na dissipacão do acumulo de energia estática. Em uma realização preferida da presente invenção, um material particulado eletricamente condutivo, tal como a mica, é incluído na composição da presente invenção. A mica torna-se condutora quando seus flocos são revestidos por antimonio ou oxido de estanho. Alternativamente, a composição poderia conter grafite ou negro de fumo (Ketjen Black) como um aditivo eieiricamente condutivo. Por "eletricamente condutivo" entende-se que a resistividade da superfície do material particulado, medida com um medidor Pinion1 é inferior a 10® ohms/quadrado. A quantidade do material particulado eletricamente condutivo suficiente para evitar o acúmulo de energia estática depende do material usado. Por exemplo, quando um material particulado eletricamente condutivo for o carbono, apenas cerca de 1 ou 2% em peso do material é necessário. Quando o material eletricamente condutivo for a mica (mica revestida com material eletricamente condutivo), geralmente .cerca de 3 a 8% em peso é necessário. Tais pesos são baseados rio peso total seco da composição, que é o mesmo que o peso após o cozimento. Tanto o carbono eletricamente condutivo quanto a mica eletricamente condutiva podem ser usados na mesma composição para diminuir a quantidade de carbono eletricamente condutivo e reduzir a influência deste sobre a cor da composição.

A mica encontra-se na forma de partículas em forma de plaqueta.

As partículas em forma de plaqueta preferidas possuem um tamanho médio entre cerca de 10 e 200 μm, preferencialmente entre 20 e 100 μm, sendo que no máximo 50%. das partículas do floco têm um tamanho médio superior a 300 μm. As partículas de mica revestidas com uma camada de oxido são aquelas descritas nas patentes LIS 3.087.827 (Klenke e Stratton); US 3.087.828 (Linton) e US 3.087.829 (Linton).

Em uma realização especialmente preferida, a composição da presente invenção é uma dispersão líquida de fluoropolímero, zeólito e partículas eletricamente condutivas. Quando a composição é transformada em um filme, a quantidade total de zeólito e do material partfculado eletricamente condutivo é de pelo menos 5% em peso do peso total destes ingredientes, acrescidos do fluoropolímero, preferencialmente entre 5% em peso e 30% em peso e, com maior preferência, entre 8% em peso e 15% em peso. A composição pode conter quantidades bastante grandes de zeólito e de material eletricamente condutivo devido às baixas densidades destes ingredientes em comparação à densidade do fluoropolímero, o que resulta em quantidades em termos de volume (porcentagem em volume) bem menores destes aditivos.

Deste modo, enquanto a composição da presente invenção contém entre cerca de 85% em peso e cerca de 92%. em peso de fluoropolímero, a porcentagem em volume deste componente será muito maior.

Formação do Filme

A presente invenção trata de um processo para aumentar a resistência á abrasão de um filme de revestimento de fluoropolímero em um rolo fusor e compreende a incorporação no fluoropolímero, antes da formação do filme de revestimento, de uma quantidade eficiente de zeólito suficiente para aumentar a resistência á abrasão do filme formado a partir da mencionada composição em peio menos 25%, preferencialmente, em pelo menos 50%, quando comparado a um filme formado apenas de dito fluoropolímero.

Em urna realização, urn filme da composição da presente invenção é formado pela aplicação da composição diretamente sobre o substrato na forma de uma dispersão líquida através de métodos convencionais, tais como revestimento por aspersão, imersão, revestimento por rolo ou por cortina, seguido de aquecimento e fusão sob uma temperatura entre 310° e 430°C para criar filmes de revestimento com uma espessura na faixa de 7,6 pm (0,3 mils) a 50 μm (2 mils), preferencialmente, entre 18 μm (0,7 mils) e 36 μm (1,4 mils).

Em uma realização preferida, a dispersão da presente invenção é aplicada após uma primeira camada do substrato· com uma composição de primer contendo um polímero ligante resistente ao calor, sendo que a presença deste polímero permite que a camada de primer possa aderir ao substrato. A composição de tal ligante pode opcionalmente conter um fluoropolímero. O componente ligante é composto por um polímero formador de filme ao ser aquecido até sua fusão e é também termicamente estável. Tal componente é bastante conhecido em aplicações de primer relacionadas a acabamentos antiaderentes, por aderir a camada do primer contendo íluoropolimero aos substratos e por formar um filme dentro e como parte da camada de primer. O ligante e geralmente não-fluorado e mesmo assim se adere ao fluoropolímero.

Os exemplos de polímeros termicamente estáveis não-fluorados incluem a poliamidaimida (PAI), a poliimida (PI), o sulfito de polifenileno (PPS), a poliéter sulfona (PES), a polia rileno-etercetona e o poli(1,4(2,G- dimetüefêniljóxido), comumente conhecido como oxido de polifenileno (PPO).

Tais polímeros também não possuem flúor e são termoplásticos. Tais resinas são todas termicamente estáveis a uma temperatura de pelo menos 140°C.

Em uma realização alternativa, os filmes são obtidos através da aplicação eletrostática das composições em pó da presente invenção diretamente sobre um substrato, preferivelmente um rolo fusor, ou sobre um substrato preparado com um primer seguido de aquecimento e fusão a uma temperatura na faixa de 310°C a 430°C.

Geralmente, quando as composições da presente invenção são aplicadas como uma sobre-camada em um primer, a camada de primer possui uma espessura entre cerca de 4 μm e cerca de 15 pm e a sobre-camada possui geralmente uma espessura entre cerca de 12 μm e cerca de 50 μm. Diversas sobre-camadas podem ser aplicadas.

Os filmes da composição da presente invenção são formados em qualquer material de substrato capaz de resistir à temperatura de cozimento, tal como ο metal no caso dos rolos fusores e a cerâmica, exemplos dos. quais incluem alumínio, alumínio anodizado, aço iaminado a frio, aço inoxidável, esmalte, vidro e pyroceram. O substrato pode ser liso, gravado ou jateado.

Em uma realização preferida da presente invenção, a dispersão de fluoropolímero contendo zeólito é aplicada a um roio fusor de metal e cozida usando fornos de infravermelho. A presença de zeólito na composição produz um aumento na absorção de calor do revestimento, quando comparado a revestimentos transparentes de fluoropolímero. O aumento da absorção de calor resulta em tempos de rozimento mais curtos, de maneira que os revestimentos são curados mais rapidamente e os rolos fusores completos são produzidos com maior rapidez, uma característica importante para a produção comercial.

A boa propriedade antiaderente da composição da sobre-camada eletricamente condutiva usada na aplicação do rolo fusor pode ser melhorada compelindo urna etapa adicional na qual a superfície do filme formado a partir da composição é polida usando urna iixa fina, por «xernpio, uma lixa 600. Quando o filme se forma na superfície de um roio corno o rolo fusor, o rolo pode ser rotacionado e a lixa passada sobre a superfície durante a rotação para produzir a lisura desejada. Tal lixa remove os "picos" de zeólito e os acúmulos de fluoropolímero para alisar a superfície e então reduzir a aspereza que poderia prejudicai a propriedade antiaderente do filme. O filme polido resultante fornece tanto uma melhor resistência à abrasão quanto uma melhor propriedade antiaderente. A lisura desejada da superfície do filme é geralmente determinada visualmente, ou seja, a superfície do filme deve ser lisa e sem topografia.

Os produtos preferidos para a aplicação dos filmes formados usando as composições da presente invenção incluem rolos fusores e correias, tubos, condutores, equipamento de processamento químico, incluindo tanques, calhas, superfície de rolos, lâminas de corte, bases de ferro de passar, utensílios de cozinha, assadeiras, etc. Métodos de Testes

Testes de Abrasão - Método de Empuxo

A máquina de testes de fricção e desgaste Falex, produzida pela FALEX Corporation, de Sugar Grove, estado de IL (Estados Unidos), fabricada de acordo com os padrões da norma ASTM D3072, é usada para determinar a taxa de desgaste de um revestimento. Uma argola de amostragem fixa de alumínio é coiocada rio compartimento de amostras inferior. A configuração da argola obedece ás normas ASTM 03072. Um disco de amostragem rotativo revestido è montado sobre o eixo giratório em contato com a argola de amostragem de alumínio fixa inferior. Em seguida, uma carga de 21,8 kg é aplicada. A velocidade de rotação do disco de prova & ajustada para 500 rom. Após cada 5.000 ciclos, o teste é interrompido e a perda de peso é registrada.

O teste continua até que se atinjam 30.000 ciclos ou até que o substrato comece a aparecer (o substrato torna-se visível). A taxa de desgaste é determinada pelo numero de ciclos de abrasão total dividido pela perda total de peso em miligramas (ciclos/miligramas de desgaste).

Teste de Abrasão - Abrasão do Rolo

Um teste de resistência à abrasão destinado a simular a abrasão de um rolo fusor pelo atrito com o papel em uma copiadora é usado para determinar o taxa de desgaste de um revestimento. O diâmetro do rolo de teste e cuidadosamente e precisamente medido. O rolo de teste é montado com uma configuração» rotacional. O papel padrão para caixa registradora com 5,7 cm (2,25 polegadas) cie largura é pressionado contra o rolo aplicando-se ao papel um peso de 610 g ao longo de uma área de contato de 0,64 cm (0,25 polegada). O rolo rotaciona a 60 rpm. Após cada 10 rotações, a bobina de papel é movida 0,74 cm (0,29 polegadas) para que um novo pedaço de papel seja aplicado· à superfície que está sofrendo a abrasão. O teste é feito sob temperatura ambiente, com o ar-condicionado regulado a cerca de 24°C (75°F). Após 10.000 ciclos ou quando o substrato tornar-se visível, o teste é interrompido β o número de rotações é registrado. O diâmetro do rolo na área desgastada é registrado. A taxa de desgaste é calculada em função do número de ciclos por mícron de desgaste.

Teste de Antiaderéncia

A antiaderéncia da composição de revestimento em um rolo fusor foi testada em uma copiadora comerciai, modelo Rico AF 350. O revestimento foi avaliado pelo número de cópias produzidas sem contaminação com toner. A contaminação com toner é o resultado da fraca aderência do toner do rolo fusor, o que faz com que acumule toner no rolu e resultando em cópias de qualidade inferior.

Exemplos

Nos seguintes Exemplos, os substratos para os revestimentos são limpos por cozimento á temperatura de 42?°C (SOO0F) por 30 minutos e sofreram granalhagem com partículas de oxido cie alumínio de 40 mm de modo a conferir-lhes uma aspereza Ra de aproximadamente 177,8-317,5 μcm (70-125 micropolegadas). Os revestimentos líquidos são aplicados com uma pistola de pulverização, Modelo Número MSA-510 fabricada pela DeVilbiss, localizada em Gleciale Heights, estado de Illinois, Estados Unidos.

No Exemplo 1, uma camada de primer é aplicada em um disco de amostragem de aço rotativo que e em seguida cozido a uma temperatura de 66°C por 5 minutos. A configuração do disco rotativo obedece às normas ASTM D3072. A espessura do filme seco (EFS) da camada de primer é de cerca de 10 μm. Uma sobre-oamada é aplicada duas vezes seguidas por cozimento a uma temperatura de 66°C por 5 minutos, seguidos de 10 minutos a 149°C. O disco revestido é finalmente cozido a uma temperatura de 399°C por 5 minutos. A espessura tota! do filme seco (EFS) dn revestimento é de cerca de 100 μηι. A amostra revestida é testada utilizando-se o método que analisa a perda de peso decorrente da abrasão por empuxo.

O pnmer usado nos Exemplos contem a seguinte composição de pré-cozimento.

Tabela 1

Primer Líquido

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Outras compostos orgânicos podem incluir solventes tais como a N- metil-2-pirrolidona, MIBK (metil isobutil cetona), hidrocarbonetos, tais como a nafta pesada, o xileno, etc., álcool furfurflico, trietanol amina ou as misturas destes.

Dispersão de PTFE: 5S%-81% de sólidos de PTFE, dimensão das partículas de 170 nm-210 nm, ponto de fusão (1-) 337°C, (2°C) 317°C

Dispersão de PFA: 53%-62% de sólidos de PFA1 dimensão das partículas cie 135 nm-245 nm, teor cie PPVE de 2,9%-3,8% em peso, taxa de fluidez (MFR) de 1,3 g-2,7 g/10 min a 372°C.

Dispersão de FEP: 54,5%-55,5% de sólidos de FEP, dimensão das partículas cie 160 nrn-220 nm, teor de HFP de 9,3%-12,4% em peso, taxa de fluidez (MFR) de 11,3 g-21,3 g/10 min a 372°C. Exemplo 1

Resistêncía À Abrasão do Fluoropolímero ε do Azul Ultramarino (UMB)

Uma série de substratos na forma de discos são limpos e revestidos com um primer conforme descrito acima. As sobre-camadas são aplicadas nos substratos revestidos com o primer. As sobre-camadas formadas no Exemplo 1 têm a composição a seguir, conforme exibida na Tabela 2. A razão da concentração de azul ultramarino (UMB) varia na faixa de 0% em peso a 20,0% em peso do filme seco. Os resultados dos testes de abrasão das amostras testadas utilizando-se o método que analisa a perda de peso decorrente da abrasão por empuxo [Thrust Ahrasion Weight Loss Method) para diferentes concentrações de UMB são apresentados na Tabela 3.

Tabela 2

Composição da Sobre-Camada Modificada Por Azul Ultramarino

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Outros compostos orgânicos podem incluir solventes tais como a N-metil-1 -2-pirrolidona, dietileno glicol monobutil éter, hidrocarbonetos tais como a nafta pesada, o xileno, etc, ácido oléico, trietanol amina ou misturas destes. **Outros aditivos incluem a mica não-eondutiva, o negro de fumo.

*** Azui ultramarino e água são combinados em uma dispersão.

Dispersão de PFA: 53%-62% de sólidos de PFA1 dimensão das partículas de 185 nm-245 nm, teor de PPVE de 2,9%-3,6% em peso, taxa de fluidez (MFR) de 1,3 g-2,7 g/10 min a 372°C.

PFA em pó: resina de fluoropolímero de TFE/PPVE contendo de 3,5% a 4,6% em peso de PPVE e com taxa de fluidez de 9,7 g-17,7 g/10 min e dimensão média das partículas de 20 μιτι.

Tabela 3

Resultados dos Testes de Abrasão

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As sobre-camadas formadas nos Exemplos Comparativos A e 2 a seguir possuem as seguintes composições de pré-cozimento:

Tabela 4

Composições das Coberturas Superiores para os Exemplos A ε 2

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Outros compostos orgânicos podem incluir solventes tais como a N-metil-1-2-pirrolidona, dietileno glicol monobutil éter, hidrocarbonetos tais como a nafta pesada, o xileno, etc, ácido oléico, trietanol amina, ou misturas destes.

**Outros pigmentos incluem a mica não-condutiva, o negro de fumo.

Dispersão de PFA: 58%-62% de sólidos de PFA, dimensão das partículas de 185 nm-245 nm, teor de PPVE de 2,9%-3,6% em peso, taxa de fiuidez (MFR) de 1,3 g-2,7 g/10 min a 372°C.

PFA em pó: resina de fluoropolím&ro de TFE/PPVE contendo de 3,5% a 4,6% em peso de PPVE e com taxa de fiuidez de 9,7-17,7 g/10 min e dimensão de partícula média de 20 μm.

Exemplo Comparativo A - Revestimento de Controle

Uma camada de primer conforme descrita acima é aplicada em um rolo de testes de alumínio (comprimento de 10,5 polegadas ou 26,7 cm; diâmetro de 1,125 polegadas ou 2,9 cm) e em seguida cozida à temperatura de 150°C por 5 minutos. A espessura do filme seco (EFS) da camada de primer é de 8-12 μm. A sobre-camada A que não contém azul ultramarino e nem micropolpa é aplicada seguida de cozimento à temperatura de 427°C (800°F) por 10 minutos. A espessura do filme seco (EFS) total do revestimento é de 35-45 μm. Tal revestimento, quando testado no ensaio de at-rasão do role· conforme descrito acima, resulta em um desgaste de 1.068 ciclos μm. O revestimento foi submetido ao teste de antiaderência descrito acima através de testes em uma copiadora comercial, modelo Ricoh AF 350. A contaminação pelo toner ocorreu após aproximadamente 35.000 cópias devido ao desgaste do revestimento.

Exemplo 2

Modificação Com Azul Ultramarino

Uma camada de primer conforme descrita acima é aplicada em Lim rolo de testes de alumínio (comprimento de 10,5 polegadas ou 26,7 cm; diâmetro de 1,125 polegadas ou 2,9 cm) e em seguida cozida a uma temperatura de 150°C por 5 minutos. A espessura do filme seco (EFS) da io camada de primer é de 3-12 μm. A sobre-camada 2 que contém azul ultramarino e aplicada seguida de cozimento a uma temperatura de 427°C (800°F) por 10 minutos. A espessura do filme seco (EFS) total do revestimento é de 35-45 Tal revestimento, quando testado no ensaio de abrasão do rolo conforme descrito acima, resulta em um desgaste de 3.S14 ciclosfam. O revestimento foi submetido ao teste de antiaderência descrito acima através de testes em uma copiadora comercial, modelo Ricoh AF 350. A contaminação com toner ocorreu após aproximadamente 50.000 cópias devido ao desgaste do revestimento.

Tabela 5

Resumo dos Ensaios de Abrasão do Rolo

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Claims

1. PROCESSO PARA AUMENTAR A RESISTÊNCIA À ABRASÃO DE UM FILME, de revestimento de fluoropolímero em um rolo fusor, caracterizado pelo fato de compreender a incorporarão ao fluoropolímero, antes da formação de tal filme de revestimento, de uma quantidade eficaz cie zeólito que seja suficiente para aumentar a resistência á abrasão do filme formado a partir da mencionada composição em pelo menos 25% quando comparado a um filme formado apenas de fluoropolímero.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a resistência à abrasão de um filme formado a partir da composição compreendendo o fluoropolímero e uma quantidade eficiente de zeólito ser aumentada em pelo menos 50% quando comparado a um filme formado apenas de dito fluoropolímero.

3. COMPOSIÇÃO DE SOBRE-CAMADA, caracterizada pelo fato de compreender fluoropolímero e uma quantidade eficaz de zeólito para aumentar a resistência á abrasão do filme formado a partir de tal composição em pelo menos 25% quando comparado a um filme formado apenas pelo dito fluoropolímero.

4. COMPOSIÇÃO DE SOBRE-CAMADA ELETRICAMENTE CONDUTIVA, caracterizada pelo fato de compreender fluoropolímero, uma quantidade eficaz de um material particuiado eletricamente condutivo e uma quantidade eficaz de zeólito para aumentar a resistência à abrasão do filme formado a partir de tal compos ição em pelo menos 25% quando comparado a um filme formado apenas de dito fluoropolímero.

5. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato da quantidade de zeólito presente ser de pelo menos 3% em peso da composição do filme seco, sendo que a composição resultante, quando na forma de um filme de revestimento para rolo fusor, evita a aderência do toner ao rolo.

6. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato da quantidade de zeólito presente ser de cerca de 3% em peso a cerca de 25% em peso.

7. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente uma «quantidade eficaz de um material particulado eletricamente condutivo.

8. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada peio fato cie dito zeólito ser silicato de alumínio de metal alcalino.

9. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de dito silicato ser o pigmento azul ultramarino.

10. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fatc- de estar na forma de um filme de revestimento para um rolo fusor.

11. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de estar dispersa em um meio líquido.

12. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de estar na forma de um pó.

13. FILME, caracterizado peio fato ser formado a partir da composição conforme descrita na reivindicação 3.

14. FILME, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de ser um filme de revestimento em um rolo fusor.

15. USO DA COMPOSIÇÃO, conforme descrita na reivindicação 3, caracterizado peio fato de ser para formar um filme de revestimento em um rolo fusor.