BRPI0620670A2

BRPI0620670A2 - estruturas que compeendem um substrato e um revestimento não aderente

Info

Publication number: BRPI0620670A2
Application number: BRPI0620670-0A
Authority: BR
Inventors: Osamu Hayakawa
Original assignee: Du Pont
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2011-11-22
Also published as: WO2007070601A2; KR101433388B1; WO2007070601A3; JP5319297B2; CN101914320A; RU2435653C2; RU2008128479A; TW200734174A; CN101330986A; MX2008007555A; JP2009519816A; AU2006326444A1; TWI419791B; AU2006326444B2; KR20080078047A; EP1973672A2; AU2011200940A1; EP2332661A1; US7858188B2; US20070134488A1

Abstract

ESTRUTURAS QUE COMPREENDEM UM SUBSTRATO E UM REVESTIMENTO NãO ADERENTE. A presente invenção se refere a uma composição de revestimento não aderente que compreende partículas de diamante de tamanho relativamente grande, isto é, maior do que 1 <109>m, de preferência, maior do que 10 <109>m, e um fluoropolimero, que pode ser aplicada a um substrato. Adicionalmente, a presente invenção se refere a uma estrutura que compreende um substrato e uma camada interna, que é aplicada ao substrato, onde a camada interna compreende uma camada primer que compreende um ligante polimérico de não fluoropolímero resistente ao calor e partículas de diamante e, opcionalmente, uma camada intermediária também compreendendo partículas de diamante.

Description

"ESTRUTURAS QUE COMPREENDEM UM SUBSTRATO E UM REVESTIMENTO NÃO ADERENTE"

Campo da Invenção

A presente invenção se refere a composições de revestimento não aderentes e a substratos revestidos com tais composições. Em particular, tais composições compreendem partículas de diamante.

Antecedentes da Invenção

Deseja-se há muito tempo obter revestimentos não aderentes duráveis em substratos metálicos que possuam excelente resistência à abrasão e liberação. Os revestimentos não aderentes, em especial, os utensílios de cozinha, são bem conhecidos no estado da técnica. As resinas de fluoropolímero são freqüentemente utilizadas nestes revestimentos, uma vez que estas resinas possuem uma baixa energia de superfície bem como uma resistência térmica e química. Tais polímeros produzem superfícies que liberam os itens alimentícios cozidos, são limpos facilmente, são resistentes à mancha e são úteis nas temperaturas de cozimento e assadura. Entretanto, os revestimentos não aderentes com base somente em resinas de fluoropolímero possuem baixa adesão aos substratos metálicos. Assim, têm sido um desafio otimizar um revestimento não aderente para obter boa adesão ao substrato, boa liberação das partículas alimentícias nas aplicações de cozimento e boa resistência à abrasão para limitar o desgaste da superfície de revestimento.

As soluções para este problema, em especial, na área da resistência à abrasão melhorada, foram propostas nos documentos de patentes US 6.291.054 B1 (Thomas et al.); US 6.592.977 (Thomas et al.); e US 6.761.964 (Tannenbaum), cuja descrição se refere a composições de revestimento não aderentes e suas aplicações nos substratos para produzir revestimentos aderentes, altamente resistentes à abrasão. Estas composições de revestimento resistentes à abrasão incorporam partículas de cerâmica grandes, que podem desviar as forças abrasivas da superfície de revestimento.

A resistência à abrasão também foi discursada no documento WO 00/56537 (Gazo et al.), em que os revestimentos não aderentes para a utilização em substratos de alumínio incluem um substrato de cerâmica que incorpora partículas resistentes à abrasão depositadas na superfície do alumínio com uma camada externa depositada sobre o substrato de cerâmica.

As partículas de diamante estão descritas como um possível candidato para as partículas de resistência à abrasão. A utilização das partículas de diamante em revestimentos não aderentes nos metais foi descrita no documento EP 1.048.751 (Hort). Em Hort1 as partículas de diamante que são conhecidas possuem elevada condutividade térmica, são preferencialmente incorporadas em uma camada base rígida de oxido de alumínio/ óxido de titânio, que é aplicada ao substrato metálico, antes da aplicação do revestimento não aderente, para gerar um revestimento muito rígido com boa condutividade ao calor. Também é descrita a incorporação das partículas de diamante em uma camada essencialmente de fluorsilano, que é aplicada sobre a camada base rígida antes da aplicação de uma camada de revestimento de PTFE. Hort descreve que tal construção reduz a barreira térmica entre o substrato e o revestimento não aderente e permite que uma temperatura mais uniforme seja obtida na superfície do substrato revestido.

Apesar dos ensinamentos nas descrições recentes que definem sistemas que obter maior resistência à abrasão dos revestimentos não aderentes, ainda permanece um desejo de aprimorar a durabilidade e a resistência ao desgaste dos substratos revestidos enquanto é mantida a boa liberação.

Descrição Resumida da Invenção

Foi desenvolvido que a utilização de partículas de diamante em um revestimento não aderente aumenta a resistência à abrasão do revestimento. Especificamente, a seleção e a disposição das partículas de diamante em camadas de um sistema multicamadas, a seleção do tamanho de partícula das partículas de diamante e a combinação das partículas de diamante com partículas de cerâmica dos endurecedores de filme de carga inorgânicos na composição de revestimento podem obter melhoras no grau de resistência à abrasão de tais revestimentos não identificados nos sistemas do estado da técnica anterior.

Em particular, foi desenvolvido que a disposição das partículas de diamante na camada interna de um revestimento não aderente, especificamente no primer, na camada intermediária (midcoat), ou em ambos primer e camada intermediária, fornece, em particular, boa resistência à abrasão.

Portanto, de acordo com a presente invenção, é apresentada uma estrutura que compreende um substrato e um revestimento não aderente aplicado ao substrato. O revestimento compreende uma camada interna e uma camada externa, onde a camada interna compreende um primer que inclui um não fluoropolímero contendo o Iigante aderido ao substrato. A camada interna inclui partículas de diamante. A camada interna pode ainda compreender uma camada intermediária, onde a camada intermediária inclui as partículas de diamante.

Ainda, de acordo com a presente invenção, é apresentada uma composição não aderente que compreende uma composição líquida incluindo um fluoropolímero e partículas de diamante, onde as partículas de diamante possuem um tamanho de partícula superior a 1 pm, de preferência, superior a 10 pm. Tal composição é particularmente útil como uma composição de camada interna.

As vantagens na resistência à abrasão também foram obtidas ao colocar partículas de diamante na camada externa. Portanto, ainda de acordo com a presente invenção, é apresentada uma estrutura que compreende um substrato e um revestimento não aderente aplicado ao substrato, dito revestimento compreende uma camada interna e uma camada externa, em que a camada externa compreende partículas de diamante, e a camada interna compreende partículas de cerâmica de endurecedor de filme inorgânico, em que as partículas de cerâmica do endurecedor do filme inorgânico possuem uma dureza Knopp superior a 1200.

DESCRICAO DETALHADA DA INVENCAO

De acordo com a presente invenção, uma composição de revestimento não aderente é aderida a um substrato. O substrato pode ser de qualquer material que possa suportar uma temperatura de cozimento, tal como o metal e as cerâmicas. A composição de revestimento não aderente da presente invenção consegue uma resistência à abrasão superior pela incorporação de partículas de diamante na composição de revestimento em diversas disposições na camada interna ou na camada externa. Por "camada interna" entende-se qualquer revestimento sob a superfície de revestimento (camada externa) que pode ser um primer (ou camada primer) ou uma ou mais camadas intermediárias (também referida no presente como camada midcoat) ou ambos. Especificamente, as partículas de diamante são incorporadas na camada interna de um sistema não aderente multicamadas, no primer ou na camada intermediária, de preferência, em ambos o primer e a camada intermediária, ou na camada externa. Em uma realização preferida, onde as partículas de diamante estão na camada interna, as partículas de cerâmica do endurecedor de filme inorgânico também estão inclusos na camada interna. Na realização onde as partículas de diamante estão inclusas na camada externa, as partículas de cerâmica do endurecedor de filme inorgânico, em particular, o carboneto de silício, estão inclusas no primer. Partículas de Diamante

A adição de partículas de diamante, possuindo a dureza de Knoop em um intervalo de 8000 a 8500 kg/ mm2, aumenta a dureza de superfície e, portanto, a resistência à abrasão, do revestimento. A dureza de Knoop é uma escala para descrever a resistência de um material para reentrância ou a raspagem. Os valores para a dureza dos minerais e as cerâmicas estão listados em Handbook of Chemistry1 77a edição, 12 - 186,187 com base no material de referência de Shackelford e Alexander, CRC Materials Science and Engineering Handbook, CRC Press, Boca Raton FL, 1991.

As partículas de diamante são um material cristalino de carbono.

As partículas de diamante utilizadas na presente invenção são, de preferência, monocristalinas. Estas partículas possuem as propriedades de tamanho, formato e superfície das partículas rigidamente controladas. Por "tamanho de partículas rigidamente controladas" entende-se que as partículas possuem um tamanho de partículas médio estreito com uma distribuição limitada. Tais partículas de diamante são tipicamente utilizadas nas aplicações de polimento. As partículas ainda preferidas possuem um formato uniforme, maciço, que são rígidas e resistem à fratura com boa resistência ao impacto. As partículas preferidas também são caracterizadas por uma superfície de diamante clara.

De preferência, as partículas de diamante possuem um tamanho de partícula de massa média (D50), que pode ser referida no presente simplesmente como um tamanho de partícula médio, superior a 1 μm, de preferência, superior a 10 um. O intervalo das partículas varia de cerca de 1 a 60 um, de preferência, varia de cerca de 10 a 60 pm e, de maior preferência, varia de cerca de 15 a 50 um. De preferência, de 1 a 10% em peso com base nos sólidos, das partículas de diamante são utilizadas na composição de revestimento da presente invenção. Partículas de diamantes suficientes devem ser utilizadas na composição de revestimento de modo a fornecer as características de dureza da superfície desejadas, mas não tantas que seria inviável economicamente incluir as partículas de diamante.

Fluoropolímero

A composição de revestimento da presente invenção pode ainda incluir um fluoropolímero. O fluoropolímero é uma resina de fluorcarbono. A composição de revestimento pode ser utilizada para cada camada, significando o primer, a camada intermediária e a camada externa. A utilização de um fluoropolímero no primer é preferida, mas não é necessária para a prática da presente invenção. Em geral, o fluoropolímero irá compreender de 10 a 45% I em peso do primer, pelo menos 70% da camada intermediária, e pelo menos 90% da camada externa. Todas estas porcentagens em peso são baseadas em sólidos.

O fluoropolímero utilizado para os revestimentos não aderentes da presente invenção pode ser o fluoropolímero fabricado sem fusão com uma viscosidade de fusão de pelo menos 1 χ 107 Pa.s. Uma realização é o politetrafluoretileno (PTFE) possuindo uma viscosidade de fusão de pelo menos 1 χ 108 Pa.s a 380°C com a maior estabilidade ao calor entre os fluoropolímeros. Tal PTFE também pode conter uma pequena quantidade de comonômero modificador que melhora a capacidade de formação de filme durante o cozimento (fusão), tal como a perfluorolefina, notadamente o hexafluorpropileno (HFP) ou perfluoro(alquil vinil) éter, notadamente em que o grupo alquila contém de 1 a 5 átomos de carbono, com o perfluoro (propil vinil éter) (PVE) sendo preferido. A quantidade de tal modificador será insuficiente para conferir a capacidade de fabricação por fusão ao PTFE, em geral, não sendo mais do que 0,5% em mol. O PTFE, também para simplificar, pode possuir uma única viscosidade de fusão, geralmente pelo menos 1 χ 109 Pa.s, mas uma mistura de PTFEs possuindo diferentes viscosidades de fusão pode ser utilizada para formar o componente não aderente.

O fluoropolímero também pode ser o fluoropolímero capaz de ser fabricado por fusão, combinado (mistura) com o PTFE1 ou em seu lugar. Os exemplos de tais fluoropolímeros fabricáveis por fusão incluem os copolímeros de TFE e pelo menos um monômero copolimerizável fluorado (comonômero) presente no polímero na quantidade suficiente para reduzir o ponto de fusão do copolímero substancialmente abaixo daquele do homopolímero de TFE1 o politetrafluoretileno (PTFE), por exemplo, a uma temperatura de fusão não superior a 315°C. Os comonômeros preferidos com TFE incluem os monômeros perfluorados, tais como as perfluoroolefinas possuindo de 3 a 6 átomos de carbono e o perfluoro(alquil vinil éteres) (PAVE)1 em que o grupo alquila contém de 1 a 5 átomos de carbono, em especial, de 1 a 3 átomos de carbono. Os comonômeros especialmente preferidos incluem o hexafluorpropileno (HFP)1 perfluoro(etil vinil éter) (PEVE)1 perfluoro(propil vinil éter) (PPVE) e perfluoro(metil vinil éter) (PMVE). Os copolímeros de TFE preferidos incluem o FEP (copolímero de TFE/ HFP), PFA (copolímero TFE/ PAVE), TFE/ HFP/ PAVE, em que PAVE é PEVE e/ou PPVE e MFA (TFE/ PMVE/ PAVE em que o grupo alquila de PAVE possui pelo menos dois átomos de carbono). O peso molecular dos copolímeros de tetrafluoretileno fabricáveis por fusão não é importante exceto em que ele é suficiente para ser formador de filme e ser capaz de manter um formato moldado de modo a possuir integridade na aplicação da camada interna. Tipicamente, a viscosidade de fusão será pelo menos 1 χ 10^2 Pa.s e pode variar em até cerca de 60 a 100 χ 10^3 Pa.s conforme determinado a 372°C de acordo com a ASTM D-1238.

Uma composição preferida é uma mistura de fluoropolímeros capazes de serem fabricados sem fusão, com uma viscosidade de fusão no intervalo de 1 χ 10^7 a 1 χ 10^11 Pa.s, e um fluoropolímero capaz de ser fabricado por fusão, com uma viscosidade no intervalo de 1 χ 10^3 a 1 χ 10^5 Pa.s. O componente do fluoropolímero está, em geral, disponível comercialmente como uma dispersão do polímero em água, que é a forma preferida para a composição da presente invenção para facilitar a aplicação e a aceitabilidade ambiental. Por "dispersão" entende-se que as partículas da resina de fluoropolímero estão estavelmente dispersas no meio aquoso, tal que o assentamento das partículas não ocorre na hora em a dispersão será utilizada. Isto é obtido pelo pequeno tamanho das partículas de fluoropolímero, tipicamente na ordem de 0,2 pm, e pela utilização de tensoativo na dispersão aquosa pelo fabricante da dispersão. Tais dispersões podem ser obtidas diretamente pelo processo conhecido como polimerização da dispersão, seguido opcionalmente pela concentração e/ou pela nova adição do tensoativo.

Alternativamente, o componente do fluoropolímero pode ser um pó de fluoropolímero, tal como um micropó de PTFE. Neste caso, tipicamente, um líquido orgânico é utilizado de modo a obter uma mistura interna de fluoropolímero e Iigante polimérico. O líquido orgânico pode ser selecionado porque um Iigante dissolve naquele líquido específico. Se o ligante não for dissolvido dentro do líquido, então o Iigante pode ser finamente dividido e disperso com o fluoropolímero no líquido. A composição de revestimento resultante pode compreender o fluoropolímero disperso no líquido orgânico e no Iigante polimérico, disperso no líquido ou dissolvido de modo a obter a mistura interna desejada. As características do líquido orgânico irão depender da identidade do polímero Iigante e se uma solução ou sua dispersão é desejada. Os exemplos de tais líquidos incluem a N- metilpirrolidona, butirolactona, solventes aromáticos de alto ponto de ebulição, álcoois, e suas misturas entre outros. A quantidade do líquido orgânico irá depender das características de fluxo desejadas para a operação de revestimento particular. Polímero Ligante

A composição de revestimento da presente invenção, quando utilizada para o primer, também contém um resistente ao calor, um não fluoropolímero contendo Iigante polimérico. O ligante é composto de polímero que é formador de filme do aquecimento à fusão e é também termicamente estável. Este componente é bem conhecido nas aplicações de primer para os acabamentos não aderentes, para a aderência da camada primer contendo fluoropolímero aos substratos e para a formação de filme dentro e como parte do primer. O fluoropolímero por si possui pouca e nenhuma adesão a um substrato liso. O ligante, em geral, não contém flúor e ainda se adere ao fluoropolímero. Os Iigantes preferidos são aqueles que são solúveis ou solubilizados em água ou uma mistura de água e solvente orgânico para o ligante, cujo solvente é miscível em água. Esta solubilidade auxilia na mistura do ligante com o componente do fluoropolímero na forma de dispersão aquosa.

Um exemplo do componente ligante é o sal de ácido poliâmico que converte à poliamidaimida (PAI) sob aquecimento da composição para formar o primer. Este ligante é preferido porque na forma completamente imidizada obtida pelo cozimento do sal de ácido poliâmico, este ligante possui uma temperatura de serviço contínuo de mais de 250°C. O sal de ácido poliâmico está, em geral, disponível como ácido poliâmico possuindo uma viscosidade inerente de pelo menos 0,1 conforme medido como uma solução de 0,5% em peso em Ν,Ν-dimetilacetamida a 30°C. Ele está dissolvido em um agente de coalescência, tal como a N-metilpirrolidona, e um agente de redução da viscosidade, tal como um álcool furfurílico e reagido com a amina terciária, de preferência, a trietilamina, para formar o sal, que é hidrossolúvel, conforme descrito com detalhes no documento de patente US 4.014.834 (Concannon). O meio de reação resultante contendo o sal de ácido poliâmico pode então ser misturado com a dispersão aquosa de fluoropolímero, e pelo fato do agente de coalescência e do agente de redução da viscosidade serem miscíveis em água, a mistura produz uma composição de revestimento uniforme. A mistura pode ser obtida pela simples mistura dos líquidos sem utilizar agitação em excesso de modo a evitar a coagulação da dispersão aquosa de fluoropolímero. Os exemplos de outros Iigantes apropriados para a utilização da presente invenção incluem a poliamidaimida (PAI), poliimida (PI), sulfeto de polifenileno (PPS)1 poliéter sulfona (PES), poliarileno-étercetona, poliéterimida e poli(1,4(2,6- dimetilfenil)óxido) comumente conhecido como oxido de polifenileno (PPO).

Todas estas resinas são termicamente estáveis à temperatura ambiente de pelo menos 140°C. A polietersulfona é um polímero amorfo que possui uma temperatura de utilização constante (estabilidade térmica) de até 190°C e a temperatura de transição vítrea de 220°C. A poliamidaimida é termicamente estável em temperaturas de pelo menos 250°C e funde em temperaturas de pelo menos 290°C. O sulfeto de polifenileno funde a 285°C. As poliarilenoéter cetonas são termicamente estáveis em temperaturas de pelo menos 250°C e funde em temperaturas de pelo menos 300°C.

Quando a composição de primer é aplicada como um meio líquido, em que o líquido é a água e/ou o solvente orgânico, as propriedades de adesão irão se manifestar na secagem e no cozimento da camada primer junto com o cozimento das próximas camadas aplicadas de fluoropolímero para formar o revestimento não aderente no substrato.

Para simplificar, apenas um Iigante pode ser utilizado para formar o componente Iigante do primer utilizado na presente invenção. Entretanto, os ligantes múltiplos também são contemplados para a utilização na presente invenção, em especial, quando certas propriedades de uso final são desejadas, tais como flexibilidade, dureza ou proteção contra corrosão. As combinações comuns incluem o PAI/ PES, PAI/ PPS e PES/ PPS.

A proporção de fluoropolímero e de ligante, em especial, se a composição é utilizada como um primer em um substrato liso, está, de preferência, na razão em peso de 0,5 a 2,0: 1. As razões em peso de fluoropolímero para o Iigante descrito no presente estão baseadas nos pesos destes componentes na camada aplicada formada pelo cozimento da composição após a aplicação ao seu substrato. O cozimento desloca os materiais voláteis presentes na composição de revestimento, incluindo a porção sal do sal de ácido poliâmico, c onforme as ligações de imida são formadas durante o cozimento. Por conveniência, o peso do ligante, quando ele é o sal de ácido poliâmico que é convertido a poliamidaimida pela etapa de cozimento, pode ser empregado como o peso do ácido poliâmico na composição de partida, enquanto a razão em peso do fluoropolímero para o ligante pode ser determinada a partir da quantidade de fluoropolímero e de ligante na composição de partida. Quando a composição da presente invenção está na forma de dispersão aquosa preferida, estes componentes irão constituir cerca de 5 a cerca de 50% em peso da dispersão total.

Endurecedor de Filme Inorgânico

O primer, a camada intermediária ou ambos, da presente invenção, podem ainda compreender as partículas cerâmicas de uma composição endurecedora de filme inorgânico. O termo "partícula de cerâmica" conforme utilizado no presente significa que a partícula é um corpo sinterizado que é uma mistura de fases amorfas e cristalinas. O componente do endurecedor de filme inorgânico no primer é um ou mais materiais do tipo carga não metálicos que são inertes com relação aos outros componentes da composição e termicamente estáveis em eventuais temperaturas de cozimento que funde o fluoropolímero e o ligante. O endurecedor do filme é insolúvel em água tal que ele é tipicamente dispersível de maneira uniforme, mas não dissolvido na dispersão aquosa da composição da presente invenção. As partículas de cerâmicas do endurecedor do filme da presente invenção compreendem, de preferência, partículas grandes e pequenas. As partículas de cerâmica grandes possuem um tamanho médio de partícula de pelo menos 14 pm, de preferência, pelo menos 20 um, de maior preferência, pelo menos 25 pm e ainda, de maior preferência, pelo menos 35 pm.

As partículas de cerâmica do endurecedor do filme inorgânico possuem, de preferência, uma dureza Knoop de pelo menos 1200 e, de maior preferência, de pelo menos 1500. Conforme notado acima, com relação às partículas de diamante, a dureza Knoop é uma escala para descrever a resistência de um material de reentrância ou raspagem. O componente endurecedor do filme do primer proporciona durabilidade à composição de fluoropolímero não aderente aplicado como um revestimento sobre um substrato ao defletir as forças abrasivas aplicadas à superfície de revestimento e pela resistência da penetração a objetos agudos que penetraram na camada externa do fluoropolímero.

As partículas de cerâmica grandes de endurecedoras de filme inorgânico possuem, de preferência, uma razão aparente não superior a 2,5 e, de maior preferência, não superior a 1,5. Por razão aparente entende-se uma razão do diâmetro mais longo de uma partícula para a maior distância de uma dimensão medida perpendicular ao diâmetro mais longo (eixo principal) de uma partícula. A razão aparente é um meio de quantificar um formato de partícula preferido e a orientação. As partículas com uma razão aparente elevada são planas ou alongadas, ao contrário das partículas preferidas da presente invenção, que são, de preferência, mais esféricas e se aproximam mais de uma razão aparente de 1.

Os exemplos de endurecedores de filmes de cargas inorgânicas incluem os óxidos inorgânicos, os carbonetos, boretos e nitretos possuindo uma dureza Knoop de pelo menos 1200. Os óxidos preferidos são os óxidos inorgânicos, nitretos, boretos e carbonetos de zircônio, tântalo, titânio, tungstênio, boro, alumínio e berílio. São particularmente preferidos os carbonetos de silício e o oxido de alumínio. Os valores da dureza de Knoop típicos para as composições inorgânicas preferidas são: zircônio (1200); nitreto de alumínio (1225); berília (1300); nitrideo nitreto de zircônio (1510); boreto de zircônio (1560); nitreto de titânio (1770); carboneto de tântalo (1800); carboneto de tungstênio (1880); alumina (2025); carboneto de zircônio (2150); carboneto de titânio (2470); carboneto de silício (2500); boreto de alumínio (2500); boreto de titânio (2850).

O primer contém, de preferência, partículas cerâmicas de endurecedores de filmes inorgânicos de partículas preferencialmente grandes e pequenas. As pequenas partículas cerâmicas do endurecedor de filme são, de preferência, inferiores a 10 pm no tamanho de partícula médio, de maior preferência, inferior a 5 pm do tamanho médio de partícula e, de maior preferência, ainda em um intervalo de 0,1 a 1,0 pm do tamanho de partícula médio. De preferência, a camada primer contém mais de 30% em peso de partículas de cerâmica do endurecedor de filme inorgânico e, de maior preferência, pelo menos 35% em peso. Em geral, as partículas de cerâmica do endurecedor de filme inorgânico não irão exceder 60% em peso da composição primer.

Com relação à camada intermediária, o endurecedor de filme inorgânico pode ser qualquer um dos endurecedores de filme inorgânicos descritos acima com relação ao primer, exceto que o tamanho de partícula das partículas de cerâmica do endurecedor de filme na camada intermediária será inferior a espessura da camada intermediária, de modo a estar inteiramente contida dentro de tal camada. De preferência, o tamanho das partículas de cerâmica das partículas endurecedor de filme utilizadas na camada intermediária são os tamanhos de partícula pequenos preferidos para o primer. De preferência, a camada intermediária contém pelo menos 8% em peso das partículas de cerâmica do endurecedor de filme inorgânico e, de maior preferência, de 10 a 30% em peso do mesmo. A identidade do endurecedor de filme inorgânico das partículas cerâmicas do endurecedor de filme no primer e a camada intermediária pode ser a mesma ou diferente, e o mesmo é verdade para a identidade das partículas de cerâmica grandes e pequenas do endurecedor de filme no primer.

Outras Cargas

Em adição às partículas de cerâmica grandes e às partículas de cerâmica pequenas do endurecedor de filme de carga inorgânica, as composições de revestimento não aderentes da presente invenção podem conter outros materiais de carga possuindo um valor da dureza de Knoop inferior a 1200. As cargas adicionais apropriadas incluem o floco de vidro, esfera de vidro, fibra de vidro, silicato de alumínio e zircônio, mica, floco de metal, fibra de metal, pós de cerâmica finos, dióxido de silício, sulfato de bário, talco, etc.

Aplicação do Revestimento

As composições utilizadas na presente invenção podem ser aplicadas aos substratos pelos meios convencionais. As aplicações de spray e roletes formando cada camada são os métodos de aplicação mais convenientes, dependendo do substrato sendo revestido. Outros métodos de revestimento bem conhecidos, incluindo o gotejamento e o revestimento da bobina, são apropriados. A composição da camada intermediária pode ser aplicada pelos métodos convencionais a um primer antes de sua secagem.

Entretanto, quando o primer e as composições da camada intermediária são dispersões aquosas, a composição da camada intermediária pode ser aplicada ao primer, de preferência, após a secagem ao toque. O mesmo é verdadeiro para a aplicação da composição da camada externa à camada intermediária. Quando o primer é fabricado pela aplicação da composição a partir de um solvente orgânico, e a camada intermediária é aplicada a partir de um meio aquoso, o primer deve ser seco tal que todo o solvente incompatível com a água seja removido antes da aplicação da camada intermediária.

Uma estrutura compósita resultante pode ser cozida para fundir todos os revestimentos ao mesmo tempo para formar um revestimento não aderente no substrato. Quando o fluoropolímero é o PTFE1 uma rápida temperatura de cozimento elevada é preferida, por exemplo, por 5 minutos em uma temperatura de partida a 800° F (42 7°C) e progredindo para 815° F (435°C). Quando o fluoropolímero na camada interna ou na camada externa é uma mistura de PTFE e FEP, por exemplo, de 50 a 70% em peso de PTFE e 50 a 30% em peso de FEP, a temperatura de cozimento pode ser reduzida a 780° F (415°C), progredindo para 800° F (427°C) em 3 minutos (tempo de cozimento total).

O substrato revestido da presente invenção possui, de preferência, um primer que não é superior a 0,5 mils (13 pm) de espessura, de maior preferência, de 0,4 a 0,5 mils (de 10 a 13 pm) de espessura. De preferência, a camada intermediária é mais espessa do que o primer e é, de maior preferência, pelo menos 50% mais espessa. De preferência, a camada intermediária é de 0,7 a 0,9 mils (de 18 a 23 pm) e a camada externa é de 0,3 a 0,5 mils (de 8 a 12 pm) de espessura. A espessura do primer descrito no presente é medida pelo princípio da corrente de Foucault (norma ASTM B244) após o cozimento. Os valores da corrente de Foucault refletem uma média dos valores através do substrato incluindo a altura da partícula grande e a profundidade dos vales entre as partículas. A espessura do primer também pode ser medida pela seleção da panela e pela medida da espessura a partir de uma micrografia obtida a partir de um microscópio eletrônico de varredura (SEM). Ao utilizar o SEM, uma distinção pode ser realizada entre a altura das partículas grandes e a profundidade dos vales entre as partículas. Os valores SEM que revelam a espessura do primer no vale entre as partículas são de cerca de 50% dos valores da corrente de Foucault reveladas (eddy-current). A espessura da camada intermediária e da camada externa descrita no presente é medida pelo princípio da corrente de Foucault.

O substrato da presente invenção pode ser um metal ou uma cerâmica, os exemplos dos quais que incluem o alumínio, o alumínio anodizado, o aço de roleta fria, o aço inoxidável, o esmalte, o vidro e o piroceram. A substância pode ser lisa, isto é, possuindo um perfil de superfície inferior a 50 micropolegadas (1,25 um) conforme medido por um testador de superfície modelo RT 60 fabricado pela Alpa Co. de Milão, Itália, e precisa ser limpa. Para o piroceram e alguns vidros, os melhores resultados são obtidos pela ativação da superfície do substrato, tal como por uma leve corrosão química, que não é visível a olho nu, isto é, a superfície ainda é lisa. O substrato também pode ser quimicamente tratado com um agente de adesão, tal como um revestimento de névoa do sal de ácido poliâmico, tal conforme descrito no documento de patente US 5.079.073 de Tannenbaum.

Os produtos possuindo os acabamentos não aderentes da presente invenção incluem os utensílios de cozinha, instrumentos de cozedura, panelas de arroz e suas inserções, bules de água, pratos de ferro únicos, condutores, calhas de transporte, superfícies de rolagem, lâminas de corte, etc.

Métodos de Teste

Teste SBAR

Um substrato revestido é avaliado para a resistência à abrasão dos revestimentos não aderentes utilizando o teste SBAR. Este teste está baseado na Especificação Padrão Britânica (British Standard Specification) para os utensílios de cozinha BS 7069: 1988 em que o sistema de revestimento está submetido a uma bucha ligada em um braço vertical com o movimento horizontal recíproco. O equipamento realiza um movimento horizontal recíproco do braço de 100 mm ± 5 mm (4 pol. ± 0,25 pol.) a partir do centro do cilindro em uma velocidade média de ± 10 m/ min. A bucha (3M Scotch-Brite 7447) é uma rede de náilon aleatória impregnada com resina fenólica e óxido de alumínio e é presa ao cilindro e carregada para aplicar uma força total de ± 15 N (massa do braço + peso morto = 4,5 kg por 10 libras) no revestimento. A amostra teste é preparada ao revestir um substrato conforme explicado nos exemplos com secagem e cozimento conforme especificado. O substrato revestido é lavado com água limpa e seco suavemente antes do teste. O teste é realizado em substratos secos e úmidos conforme explicado abaixo.

O substrato revestido é fixado em um suporte fixo e a bucha carregada é aplicada na superfície não aderente. Para realizar o procedimento úmido, a superfície é Iubrificada pela adição de 50 ml_ de uma solução de lavagem contendo 5 g de detergente suave em um litro (33 onças) de solução. O procedimento seco é realizado sem a adição da solução detergente e todos os outros procedimentos permanecem os mesmos.

O espécime é mantido estacionário e o braço da bucha é movido para trás e para frente por uma distância de 50 mm ± 2,5 mm (2 pol. ± 0,1 pol) em ambos os lados do ponto do centro do cilindro.

A bucha é ligada após 250 ciclos e renovada após outros 250 ciclos. Este procedimento é continuado até o metal ser visível e, então, o número de ciclos para o rompimento do revestimento é registrado. O rompimento do revestimento é o ponto final do teste.

Teste da Abrasão da Pata de Tigre Mecânica (Teste da Abrasão MTP)

Um substrato é avaliado quanto à resistência à abrasão pela rotação contínua de três extremidades de canetas esferográficas pesadas na superfície do substrato revestido enquanto o substrato é aquecido e oscilado para trás e para frente em uma mesa de agitação (shaker table). O equipamento de teste utilizado para realizar o Teste de Abrasão MTP é mostrado e descrito nas Figuras 1, 2 e 3 no documento de patente US 6.761.964 de Tannenbaum, citado acima.

Em operação, uma frigideira com um substrato de alumínio revestido é lavada em detergente suave para remover qualquer sujeira ou óleo. Uma panela teste é locada em um prato quente com o auxílio de um bastão de centro removível instalado temporariamente em um eixo acionador central. O bastão central age como um fio de prumo para a disposição da panela em uma superfície do prato quente após o qual o bastão central é removido. A panela teste é submetida à ação de uma cabeça da pata de tigre. Uma cabeça da pata de tigre é um disco com canais para acomodar três refis de canetas esferográficas que são livres de danos antes da utilização. Para cada teste, três novos refis de caneta são instalados nos canais da cabeça da pata de tigre, tal que cada refil se estende para baixo a % de polegada (1,9 cm) do fundo de um disco giratório. A cabeça da pata de tigre é ligada a um eixo oscilante que se estende para baixo do disco direcionador ligado ao eixo de acionamento. O peso da cabeça da pata de tigre e do eixo de acionamento é regulado. No equipamento ilustrado no documento de patente US 6.761.964, o peso é de aproximadamente 400 g. O peso combinado do eixo oscilante e dos lavadores (todos cerca de 115 g), a cabeça da pata de tigre (cerca de 279 g) e as pontas da caneta esferográficas (cerca de 10 g) totaliza 404 g. O peso contrabalanceado também totaliza cerca de 400 g.

O prato quente é ligado e o substrato teste (panela) é aquecido a uma temperatura de 400°F ± 10°F (204°C ± 6°C). Quando a panela atinge a temperatura teste conforme determinado pela medida de temperatura infravermelha na superfície do substrato, os refis da caneta são diminuídos sobre a panela e o equipamento é ativado para começar a oscilação da mesa de agitação e da rotação da cabeça da pata de tigre. Desta maneira, o equipamento teste gira as canetas contra e ao redor da superfície do substrato revestido. A velocidade da rotação da cabeça da pata de tigre é controlada a 30 rotações por minuto. A velocidade da mesa de agitação é controlada por 30 oscilações para frente e para trás por minuto. Um contador registra em um período de cada 15 minutos da rotação da cabeça da pata de tigre em uma direção particular. O dado é registrado em intervalos de 15 minutos. A rotação da cabeça da pata de tigre é revertida após cada período de 15 minutos. Periodicamente, os pontos do refil da caneta são inspecionados para a construção do revestimento. A construção do revestimento é removida conforme necessário.

A falha do revestimento no substrato (panela) é monitorada pela observação das vias em formato oval que se desenvolve conforme os pontos dos refis das canetas penetram através do revestimento e atingem o substrato do metal não revestido. Ao aquecer o substrato, o tempo de falha é acelerado.

Quanto maior o tempo de falha, melhor a durabilidade do revestimento não aderente.

No final de cada ciclo de 15 minutos, a panela é avaliada de acordo com as seguintes classificações numéricas MTP:

10 -NovapaneIa

9 - Ranhuras no revestimento

8 - Primeira fenda no metal (para substratos lisos)

- Superfície áspera (para substratos jateados com grânulos)

7 - Marcas de linhas no metal (fora e/ou dentro)

6 - Forma oval começando fora

5 - Forma oval completa

Cozimento Acelerado Com o Teste da Pata de Tigre (ATP)

Um substrato revestido, tal como uma frigideira é avaliada quanto ao desempenho do cozimento e a resistência à abrasão pela exposição do sistema de revestimento aos ciclos de ácido, sal e gordura enquanto o substrato é submetido ao calor e a rotação manual de uma cabeça da pata de tigre. O substrato teste também é submetido ao detergente durante as operações de limpeza múltipla entre os ciclos de alimento. Uma bucha de fibras sintéticas (Dobie) é utilizada durante os ciclos de limpeza.

Para cada teste, as panelas revestidas mais uma panela controle são testadas em um fogão a gás comercial com queimadores suficiente para cozinhar todas as panelas simultaneamente. A panela controle é uma panela padrão revestida com um sistema de revestimento de utensílio de cozinha comercial conhecido, para o qual as propriedades padrão sendo julgadas foram pré-determinadas muitas vezes. A temperatura para o teste é mantido a 374° F (190°C) a 401° F (205°C) conforme medido por um pirômetro de contato na superfície do substrato. As panelas são giradas metodicamente entre todos os queimadores. A porção raspada do teste é conduzida utilizando uma cabeça da pata de tigre. Similar à cabeça descrita acima para o teste MTP1 a cabeça da pata de tigre é um disco com canais para hospedar três refis de caneta esferográfica que são livres de dano antes do uso. Anterior ao teste, cinco itens alimentícios são preparados para o cozimento e uma solução detergente é preparada:

Item 1: Hambúrguer - carne moída é formada em empada de hambúrguer e salgada fortemente em um lado.

Item 2: Cebolas - 16 colheres de sopa de sal são adicionadas a uma lata número 10 das cebolas.

Item 3: Molho de tomate: 8 colheres de sopa de sal são adicionadas a 32 onças de molho de tomate e diluído para gerar um galão e então misturados totalmente.

Item 4: Panquecas - uma massa de panquecas prontas para a mistura é preparada de acordo com as instruções da embalagem. 4 colheres de sopa de sal são adicionadas por 1 galão de mistura.

Item 5: Ovos - 4 dúzias de ovos, 1 copo de água, 4 colheres de sopa de sal são misturados em um liqüidificador.

Detergente: 3 volumes de líquido detergente em 3 gaios de água quente.

Em atividade, a posição das panelas teste é colocada nos queimadores e aquecida dentro do intervalo de temperatura especificado. As panelas são submetidas a cinco processos de cozimento seqüencial.

Cozimento 1: Duas colheres de sopa de óleo vegetal são colocadas no centro da panela. Uma empada de hambúrguer pré-formada salgada fortemente em um lado é colocada com o sal para baixo no óleo. A empada é cozida por 5 minutos. Então uma tampa é colocada sobre a frigideira e a empada é cozida por mais 5 minutos com a tampa. A empada é então virada e deixada cozinhar por mais 5 minutos com a tampa.

Cozimento 2: Meio copo de cebolas é adicionado em cada panela e deixado cozinhar em fogo brando sem uma tampa por 5 minutos. A água é adicionada caso necessário para evitar que os ingredientes queimem.

Cozimento 3: Dois copos (16 onças) de mistura de molho de tomate preparado são adicionados a cada panela e a tampa é recolocada.

Quando a mistura do molho de tomate foi adicionada a todas as panelas, a empada de hambúrguer é removida e a mistura é deixada cozinhar em fogo brando por 15 minutos. Durante este período de cozimento em fogo brando por 15 minutos, o teste de abuso da raspagem é realizado utilizando a cabeça da pata do tigre. A mistura é agitada em cada panela com a cabeça da pata do tigre em um padrão circular por 25 revoluções em uma direção horária e por mais 25 revoluções em uma direção anti-horária. Na conclusão do período de cozimento em fogo brando por 15 minutos, as panelas são removidas dos queimadores, os conteúdos são esvaziados e cada panela é lavada totalmente com uma solução detergente. A panela é enxaguada em água limpa e seca com um pano.

Cozimento 4: As panelas são então retornadas para os queimadores em uma posição girada e aquecida dentro do intervalo de temperatura especificado. A massa de panqueca é vertida dentro do centro da panela para formar uma panqueca de 5 a 6 polegadas de diâmetro. A panqueca é deixada para cozinhar até ficar bem cozida e então girada para cozinhar do outro lado. Todas as panquecas são removidas. Cada panela é resfriada em água quente/ solução de detergente e lavada completamente. As panelas são enxaguadas e então secas.

Cozimento 5: As panelas são novamente retornadas para os queimadores em uma posição girada e aquecida dentro do intervalo de temperatura especificado. Na seqüência, cada panela é coberta com cerca de 8 onças de uma mistura de ovos mexidos. A mistura é agitada em cada panela com a cabeça da pata do tigre em um padrão circular por 25 revoluções em uma direção horária e por mais 25 revoluções em uma direção anti-horária. Quando os ovos são completamente cozidos, as panelas são removidas dos queimadores, os conteúdos são esvaziados e cada panela é lavada completamente com uma solução detergente. A panela é enxaguada em água limpa e seca com pano.

Após cada 5 cozimentos, as panelas são classificadas quanto às raspagens. Durante o Cozimento 4, nenhum problema com a liberação foi notado. As panelas são então retornadas aos queimadores em uma posição girada e aquecida dentro do intervalo de temperatura especificado. O teste é resumido começando com o Cozimento 1 (hambúrguer). O teste continua até uma panela ser determinada a possuir uma classificação de raspagem de 5 descrita abaixo, em que o tempo de teste pára.

Raspagem (0 a 10): A classificação da raspagem é determinada por uma comparação visual das figuras dos substratos de teste padrão nas classificações especificadas de 10, 9, 7, 5. A classificação de 10 é para uma panela nova e a classificação de 5 significa uma panela com tanto desgaste de abrasão que a dona de casa descartaria a panela.

Teste de Liberação ε Abrasão Mecânica (MAR)

Um substrato revestido, tal como uma frigideira é avaliada quanto à resistência à abrasão e a liberação.

Um substrato revestido é avaliado quanto à resistência à abrasão dos revestimentos não aderentes no teste SBAR modificado. A bucha abrasiva (3M Scotch-Brite 7447) é presa ao cilindro e carregada para aplica uma força total de ± 15 N (massa do braço + peso morto = 4,5 kg por 10 libras) no revestimento. O teste é realizado em condições úmidas com a solução de detergente. A bucha abrasiva é virada após 1.000 ciclos e renovada após outros 1.000 ciclos. Após um número de ciclos especificado, o braço é parado e a panela teste é lavada em água e seca. Então, a espessura do filme de revestimento é medida e um teste de liberação é realizado no centro da marca formada pela bucha abrasiva. Conforme descrito abaixo, o teste de liberação é um meio de determinar a capacidade do revestimento não aderente de liberar um ovo. Este procedimento é continuado até o metal ficar visível. A espessura do filme é medida com um instrumento de espessura do filem descrito posteriormente. A abrasão é expressa como a perda da espessura do filme como uma função do número de ciclos de abrasão.

Teste de Liberação

A panela é aquecida a um intervalo de 374° F(190°C) a 392° F (200°C) e mantida neste intervalo de temperatura conforme medido por um pirômetro de contato na superfície do substrato através do teste. Um ovo é frito em uma panela que não foi cozinhada. Para conduzir o teste, um ovo é quebrado sobre a panela e cozido por 3 minutos. O ovo é erguido com uma espátula e a panela é inclinada para permitir o deslizamento do ovo. A facilidade com que o ovo desliza é avaliada. A panela é retornada ao queimador e o ovo é virado. A gema do ovo é quebrada com uma espátula e o ovo é cozido por mais 2 minutos. O ovo é novamente erguido com uma espátula e a facilidade com que o ovo desliza é determinada com base na escala designada "liberação" descrita abaixo.

Liberação (0 a 5): A classificação da liberação é determinada pela avaliação da facilidade do deslizamento do ovo e de quanto o ovo se adere na panela.

5 - Excelente 4 - Muito bom 3 - Bom 2 - Regular 1 - Áspero 0 - Muito áspero

AIHAT

Um substrato revestido, tal como uma frigideira, é submetido a uma série de ciclo de cozimento de temperatura elevada utilizando utensílios de cozinha de metal domésticos comuns (garfo, espátula, batedor de ovos, faca). Uma descrição do teste é exposta no documento US 5.250.356 (Batzar) coluna 3, linhas 11 - 64. O teste é uma medida do MAR e da raspagem do abuso de cozimento comum.

Espessura do Filme Seco (DFT) A espessura do revestimento cozido é medida com um instrumento de espessura do filme, por exemplo, um Fisherscope, com base no princípio da corrente de Foucault (norma ASTM B244).

Fluoropolímeros

Dispersão de PTFE: dispersão de fluoropolímero de TFE Du Pont com um teor de sólidos de 59 a 61% em peso de TDPS de 170 a 210 nanômetros. A dispersão de fluoropolímero de PTFE grau 30 está disponível pela DuPont Company1 Wilmington, DE.

Dispersão de FEP: dispersão de fluoropolímero de TFE/ HFP com um teor de sólidos de 54,5 a 56,5% em peso e RDPS de 150 a 210 nanômetros, a resina possuindo um teor de HFP de 9,3 a 12,4% em peso e uma velocidade de fluxo do fundido de 11,8 a 21,3 g/ 10 min, medido a 372°C pelo método da norma ASTM D-1238, modificado conforme descrito no documento de patente US 4.380.618.

Dispersão de PFA: dispersão de fluoropolímero de PFA DuPont com um teor de sólidos de 58 a 62% em peso e RDPS de 185 a 245 nanômetros, a resina possuindo um teor de PPVE de 2,9 a 3,6% em peso e uma velocidade de fluxo do fundido de 1,3 a 2,7 g/ 10 min, medido a 372°C pelo método da norma ASTM D-1238, modificado conforme descrito no documento de patente US 4.380.618. A dispersão do fluoropolímero PFA de grau 335 está disponível pela DuPont Company, Wilmington, DE.

Ligante Polimérico

PAI é Torlon® AI-10 poli(amida-imida) (Solvay advanced polymers), uma resina sólida (que pode ser revertida a um sal poliâmico) contendo de 6 a 8% de NMP residual.

O sal poliâmico está, em geral, disponível como ácido poliâmico possuindo uma viscosidade inerente de pelo menos 0,1 conforme medido como uma solução a 5% em peso em Ν,Ν-dimetilacetamida à 30°C. Ele está dissolvido em um agente de coalescência, tal como a N-metil pirrolidona, e um agente redutor da viscosidade, tal como o álcool furfurílico e reagido com a amina terciária, de preferência, a trietil amina para formar o sal que é hidrossolúvel, conforme descrito com mais detalhes no documento de patente US 4.014.834 (Concannon). Partículas de Diamante

As partículas de diamante micronizadas são utilizadas em uma variedade de tamanhos e misturas. Os diversos tamanhos que são utilizados são:

- 60, 24 pm do tamanho de partícula médio - 37,82 pm do tamanho de partícula médio

- 28,93 pm do tamanho de partícula médio

- 17,49 pm do tamanho de partícula médio

- 8,61 pm do tamanho de partícula médio

- 1,26 pm do tamanho de partícula médio

A distribuição do tamanho de partícula e o tamanho médio de partícula da massa (d50) são medidos pelo analisador do tamanho de partícula de difração e difusão a laser Microtrac-Xl 00, disponível pela Microtrac Inc. PA1 EUA.

Endurecedor de Filme Inorgânico

Carboneto de Silício

O carboneto de silício fornecido pela Elektroschmelzwerk Kempten GmbH (ESK), Munich, Alemanha, é utilizado.

P 600 = 25,8 ± 1 pm do tamanho de partícula médio.

O tamanho médio de partícula é medido pela sedimentação utilizando o FEPA- Padrão-43-GB 1984R 1993 resp. ISO 8486 de acordo com a informação fornecida pela fabricante.

Óxido de Alumínio

O óxido de alumínio (partículas pequenas) é fornecido pela Aluminum Corporation of America - Grau SG A-16 com um tamanho médio de partícula de 0,35 a 0,50 pm.

Exemplos

Exemplo 1

Um sistema não aderente representativo da presente invenção é pulverizado sobre as panelas teste de alumínio liso que foram tratadas apenas pela lavagem para remover a gordura, mas não esfregadas mecanicamente. As composições de dispersão aquosa do primer, camada intermediária e camada externa estão listadas nas Tabelas 1, 2 e 3, respectivamente.

Tabela 1

Composição do Primer

<table>table see original document page 28</column></row><table> <table>table see original document page 29</column></row><table>

Tabela 2 Composição da camada intermediária (midcoat) <table>table see original document page 29</column></row><table> <table>table see original document page 30</column></row><table>

Tabela 3

Composição da Camada Externa

<table>table see original document page 30</column></row><table> O primer é pulverizado sobre o substrato de alumínio e seco a 150°F (66°C) por 5 minutos. A camada intermediária é então pulverizada sobre o primer seco. A camada externa é aplicada (pulverizada) úmida sobre úmida na camada intermediária. O revestimento é forçado a secar ao ar a 300°F (149°C) por 10 minutos e então curado a 800°F (427°C) por cinco minutos. A espessura do filme de revestimento seco (DFT) para o primer/ camada intermediária / camada externa é determinada pela análise da corrente de Foucault como sendo 0,4 a 0,5 mils (de 10 a 13 pm)/ 0,7 a 0,9 mils (18 a 23 pm)/ 0,3 a 0,4 mils (7 a 10 um).

Os exemplos apresentados abaixo mostram uma resistência à abrasão do sistema de três revestimentos com quantidades e tamanhos variados de partículas de diamante em localizações diferentes do revestimento. As panelas teste são submetidas ao SBAR úmido e MTP para avaliar uma resistência à abrasão.

Partículas de Diamante no Primer

Os resultados do teste de abrasão de um sistema de 3 camadas com partículas de diamante no primer são mostrados na Tabela 4. O tamanho da partícula de diamante no primer é variável no intervalo de 1 a 60 pm na razão de carregamento de 2,9% em peso no filme seco. Todos os tamanhos de partícula mostram alguma melhora em relação à panela controle. Com as partículas de diamante de 38 um, o desempenho do teste SBAR é muito melhor a 14.250 ciclos.

Tabela 4

Resistência à Abrasão do Sistema de 3 Camadas com as Partículas de Diamante no Primer

<table>table see original document page 31</column></row><table> <table>table see original document page 32</column></row><table>

Partículas de Diamante na camada intermediária

Os resultados do teste de abrasão do sistema de 3 camadas com partículas de diamante na camada intermediária são mostrados na Tabela 5. O tamanho da partícula de diamante na camada intermediária é variável no intervalo de 1 a 60 pm nas diferentes razões de carregamento de 1,6, 3,1 e 6,0% em peso no filme seco. Todos os tamanhos de partícula mostram melhora da resistência à abrasão em relação à panela controle. A resistência à abrasão superior é indicada por ambos o SBAR úmido e o MTP para 38 e 29 pm das partículas de diamante nos Exemplos 1 a 9 e 1 a 10. A boa resistência à abrasão também é mostrada com carga maior de partículas de diamante conforme mostrado nos Exemplos de 1 a 17 e de 1 a 19. Tabela 5

Resistência à Abrasão do Sistema de 3 Camadas com Partículas de Diamante na camada intermediária

<table>table see original document page 33</column></row><table> Tabela 5 - Continuação

<table>table see original document page 33</column></row><table> <table>table see original document page 34</column></row><table>

Partículas de Diamante na Camada Externa

Os resultados do teste de abrasão do sistema de 3 camadas com partículas de diamante na camada externa são mostrados na Tabela 6. O tamanho da partícula de diamante na camada externa é variável no intervalo de 1 a 60 pm na razão de carregamento de 3,3% em peso no filme seco. A resistência à abrasão MTP elevada a 420 min com classificações de 9 é mostrada em todos os tamanhos de partículas de diamante com melhores resultados de SBAR em relação à panela controle.

Tabela 6

Resistência à Abrasão do Sistema de 3 Camadas com Partículas de Diamante na Camada Externa

<table>table see original document page 34</column></row><table> <table>table see original document page 35</column></row><table>

Exemplo 2

Similar ao Exemplo 1, um sistema não aderente de 3 camadas é pulverizado sobre as panelas teste de alumínio liso. Os exemplos apresentados abaixo mostram uma resistência à abrasão do sistema de 3 camadas com quantidades e tamanhos variáveis de partículas de diamante em ambos a camada intermediária e o primer. As panelas teste são submetidas ao SBAR (ambos úmido e seco) e MTP para avaliar a resistência à abrasão.

Os resultados são mostrados na Tabela 7. Conforme mostrado nos Exemplos 2 - 2 e 2 -3, a presença de partículas de diamante no primer em conjunto com a camada intermediária e xibe um SBAR úmido e uma resistência à abrasão MTP muito melhor comparado às partículas de diamante no primer ou na camada intermediária sozinha conforme mostrado nos Exemplos 1-3, 1-10e1-11.A importância da seleção do tamanho de partícula apropriado para a camada intermediária para otimizar o sistema de revestimento pode ser observada na comparação do Exemplo 2 - 1 com tamanho de partícula de 38 μιτι com os Exemplos 2 - 2 a 2 - 7 possuindo tamanho de partícula de 9, 17 e 29 μιτι. O tamanho de partícula do diamante a ser adicionado na camada intermediária deve ser determinado ao considerar o tamanho de partícula do diamante como sendo adicionado no primer e a espessura do filme total do revestimento. Se os tamanhos de partícula em ambos o primer e a camada intermediária foram muito grandes com relação à espessura do filme total, as partículas de diamante que se estendem da camada interna até a camada externa serão capturadas na bucha abrasiva do equipamento teste e puxadas para fora durante a oscilação, não sendo mais capaz de ancorar o revestimento de fluoropolímero que confere características de liberação. Tal ação simula o que irá ocorrer no uso abrasivo do produto revestido.

Com 6% em peso do carregamento de partículas de diamante com 29 μιτι na camada intermediária, ambos o SBAR e a resistência à abrasão MTP são melhorados conforme mostrado no Exemplo 2 - 5 em comparação com os Exemplos 1 a 18.

Especialmente, o desempenho SBAR melhora cerca de 8 vezes a úmido e cerca de 6 vezes (163.000 ciclos) a seco em comparação com o revestimento sem quaisquer partículas de diamante.

Para os Exemplos de 2 - 7, as partículas de diamante no revestimento da camada intermediária são uma mistura de três tamanhos 29, 17, 9 a 3,0, 1,5, 1,5% em peso, respectivamente. A distribuição dos tamanhos de partículas maiores pela mistura de tamanhos de partículas diferentes mostra menos melhoras para a resistência à abrasão SBAR, indicando a preferência por uma distribuição do tamanho de partícula mais estreito. Para a presente invenção, é preferível utilizar partículas de um único tamanho, ao invés das misturas de partículas possuindo tamanhos diferentes.

Tabela 7

Resistência à Abrasão do Sistema de 3 Camadas com Partículas de Diamante em Ambos o Primer ε a camada intermediária

<table>table see original document page 37</column></row><table> <table>table see original document page 38</column></row><table>

Exemplo 3

Similar ao Exemplo 1, um sistema não aderente de 3 camadas é pulverizado sobre as panelas teste de alumínio liso. Os exemplos apresentados abaixo mostram uma resistência à abrasão do sistema de 3 camadas sem partículas SiC no primer, mas com 3,1% em peso de partículas de diamante de tamanhos diferentes em ambos a camada intermediária e o primer. As composições de primer da dispersão aquosa sem SiC estão listadas na Tabela 8. As panelas teste são submetidas ao SBAR úmido e MTP para avaliar a resistência à abrasão.

Tabela 8

Composição de Primer sem SiC, mas com Partículas de Diamante

<table>table see original document page 38</column></row><table> <table>table see original document page 39</column></row><table>

SEM SIC, MAS COM PARTICULAS DE DIAMENTE NO PRIMER

Os resultados do teste de abrasão do sistema de 3 camadas sem SiC, mas com partículas de diamante no primer são mostrados na Tabela 9. O tamanho de partícula do diamante é variável no intervalo de 1 a 60 μm em uma razão de carregamento constante de 3,1% em peso no filme seco.

A comparação de SBAR úmido e resistência à abrasão MTP dos Exemplos 3 - 1 a 3 - 3 com os Exemplos de 1-2 a 1-7 mostra que há uma melhora modesta com as partículas de diamante de tamanho alvo no primer com maior melhora da resistência à abrasão se as partículas de cerâmica de SiC (endurecedor de filme inorgânico) também estiverem presentes.

Tabela 9

RESISTENCIA A ABRASAO DO SISTEMA DE 3 CAMADAS SEM SIC, MAS COM

PARTICULAS DE DIAMANTE NO PRIMER

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SEM SIC NO PRIMER, MAS COM PARTICULAS DE DIAMANTE

NA CAMADA INTERMEDIARA

Os resultados do teste de abrasão do sistema de 3 camadas sem

SiC no primer, mas com partículas de diamante na camada intermediária são mostrados na Tabela 10. O tamanho de partícula do diamante é variável no intervalo de 1 a 60 μM em uma razão de carregamento constante de 3,1% em peso no filme seco. A comparação de SBAR úmido e resistência à abrasão 1MTP dos Exemplos 3 - 4 a 3 - 9 com os Exemplos de 1-8 a 1-13 mostra a importância da adição de partículas de diamante na camada intermediária, em especial, nos tamanhos de partícula alvo. Tabela 10

Resistência à Abrasão do Sistema de 3 Camadas sem SiC no Primer, mas com Partículas de Diamante na camada intermediária

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Exemplo 4

Os Exemplos apresentados nas Tabelas 11 e 12 mostram as classificações da liberação do ovo e a perda da espessura do filme seco versus o número de ciclos de abrasão do sistema de 3 camadas com partículas de diamante na camada intermediária.

A composição do primer é a mesma conforme mostrado na Tabela 1, sem as partículas de diamante. A composição da camada intermediária possui partículas de diamante de 38 pm com 3,1% em peso em filme seco conforme mostrado na Tabela 2. A composição da camada externa é conforme mostrada na Tabela 3. A resistência à abrasão do revestimento e a liberação são avaliados pelo protocolo de teste de Abrasão Mecânica e a Liberação. O Exemplo 4 -2 na Tabela 11 mostra que as panelas teste da presente invenção com partículas de diamante de 38 pm na camada intermediária continuam a receber uma classificação de boa liberação do ovo.

Conforme mostrado no Exemplo 4 - 1 na Tabela 12, a perda medida na espessura do filme seco para o revestimento que não possui partículas de diamante no mesmo mostra baixa resistência à abrasão e o metal não revestido é exposto logo após 7.000 ciclos. Em contraste, o revestimento com partículas de diamante na camada intermediária no Exemplo 4 - 2 é uma evidência clara da menor perda da espessura do filme da abrasão mesmo após 28.000 ciclos. A perda na espessura do filme conforme mostrada no Exemplo 4 - 2 ilustra que as partículas de diamante rígidas ancoram o revestimento de fluoropolímero, resistindo desta maneira às forças de abrasão. Este é o motivo do porque a boa liberação do ovo dura mais para o revestimento com partículas de diamante.

Tabela 11

Classificação da Liberação do Ovo versus o Número de Ciclos de Abrasão

<table>table see original document page 42</column></row><table> <table>table see original document page 43</column></row><table>

Tabela 12 Perda na Espessura do Filme Seco versus o Número de Ciclos de Abrasão

<table>table see original document page 43</column></row><table> <table>table see original document page 44</column></row><table>

Os sistemas de 3 camadas com as partículas de diamante na camada intermediária ou em ambas a camada intermediária e o primer conforme descrito nos Exemplos 1 - 9 e 2 - 5 são avaliados quanto a resistência à abrasão nas condições de cozimento pelo Cozimento Acelerado com o teste da Pata de Tigre e o teste AlHAT. O teste de liberação é realizado com uma panela após a falha do SBAR seco. Os resultados são mostrados na Tabela 13. MAR e a resistência à raspagem nas condições de cozimento são os mesmos ou mais aprimorados quando comparados ao desempenho do revestimento sem quaisquer partículas de diamante. Conforme mostrado no Exemplo 4 - 4, a boa liberação do ovo ainda permanece mesmo após 163.000 ciclos de abrasão na falha SBAR seca.

Tabela 13

Resistência à Abrasão ε Liberação nas Condições de Cozimento

<table>table see original document page 44</column></row><table>

Cozimento acelerado com TP 100/6, 100/6 100/6, 100/6 100/6, 100/6 <table>table see original document page 45</column></row><table>

Claims

1. ESTRUTURA QUE COMPREENDE UM SUBSTRATO E UM REVESTIMENTO NÃO ADERENTE, aplicado ao dito substrato, caracterizada pelo fato de que o revestimento compreende uma camada interna e uma camada externa, em que a mencionada camada interna compreende uma camada primer e uma camada intermediária, em que a camada primer adere ao dito substrato, sendo que a camada primer compreende um Iigante polimérico contendo um não fluoropolímero e dita camada intermediária compreende uma pluralidade de partículas de diamante.

2. ESTRUTURA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que dito primer compreende partículas de diamante.

3. ESTRUTURA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que dita camada externa compreende um fluoropolímero.

4. ESTRUTURA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que dita camada interna ainda compreende um fluoropolímero.

5. ESTRUTURA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partículas de diamante possuem um tamanho médio de partícula superior a 1 pm.

6. ESTRUTURA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partículas de diamante possuem um tamanho médio de partícula superior a 10 μιτι.

7. ESTRUTURA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partículas de diamante possuem um tamanho médio de partícula que varia de cerca de 10 a 60 pm.

8. ESTRUTURA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partículas de diamante possuem um tamanho médio de partícula que varia de cerca de 15 a 50 um.

9. ESTRUTURA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que dita camada interna compreende, ainda, partículas de cerâmica de endurecedor de filme inorgânico, em que as partículas de cerâmica de dito endurecedor de filme inorgânico possuem uma dureza Knoop superior a 1200.

10. ESTRUTURA, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que as partículas de cerâmica do endurecedor de filme inorgânico compreendem as partículas de carboneto de silício.

11. ESTRUTURA QUE COMPREENDE UM SUBSTRATO E UM REVESTIMENTO NÃO ADERENTE, aplicado ao dito substrato, caracterizada pelo fato de que o revestimento compreende uma camada interna e uma camada externa, em que a camada externa compreende partículas de diamante, e a camada interna compreende partículas de cerâmica de um endurecedor de filme inorgânico, em que as partículas de cerâmica do endurecedor de filme inorgânico possuem uma dureza Knoop superior a 1200.

12. ESTRUTURA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que as partículas de diamante possuem um tamanho médio de partícula superior a 1 μm.

13. ESTRUTURA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que as partículas de diamante possuem um tamanho médio de partícula que varia de cerca de 1 a 60 um.