CN103937318B - 非粘性涂层 - Google Patents

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Abstract

为了提供即使在负荷下也能够实现极高涂层厚度的非粘性涂层，使用了带有嵌入的非粘性颗粒的聚合基质。

Description

非粘性涂层
本申请是专利申请号为200780049237.7的发明申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及非粘性(non-stick)涂层(coating)，例如已知用于滑动轴承，地板覆盖物或甚至复印机滚筒等。
背景技术
在这方面，可以将非粘性颗粒形式的固体添加剂，例如PTFE、六方氮化硼、石墨或类似物嵌入热塑性聚合物中，该聚合物又负载在例如由烧结青铜制成的基底(substrate)上。
发明内容
本发明的目标是提供即使在载荷下也允许极高涂层厚度的非粘性涂层。
提出一种非粘性涂层作为解决方案，其特征在于非粘性颗粒嵌在热固性聚合基质(matrix)中。
在由此构造成的聚合基质中，与现有技术相反，该聚合基质具有相对较高程度的稳定性，因此可以省去本身承重的辅助基底，如青铜烧结基底或类似物。
在这方面，术语“热固性聚合基质”是指可以被液化和/或仅通过分解再次除去的聚合基质。特别地，塑性体和/或热塑性塑料可能与其不同。在这方面，该聚合基质可以例如包含聚氨酯、聚脲和/或环氧化物和/或交联的工业橡胶(technicalrubbers)。
聚合基质优选是交联的聚合基质，非粘性官能团位于其网络中。
已令人惊讶地表明，此类非粘性官能团不仅增强相应聚合基质的非粘性性，还由于该聚合基质中的此类非粘性官能团，嵌入的非粘性颗粒更好地结合在该聚合基质中。
因此，以这种方式并且不管本发明的其余特征，使用由带有嵌入的非粘性颗粒的交联的聚合基质(非粘性官能团(functionalnon-stickgroups)位于其网络中)产生的非粘性涂层，可以显著提高此类非粘性涂层的寿命。结果，一方面，耐磨性提高，且另一方面，使用合适的构造，还可以提高非粘性涂层的厚度。
例如，可以提供氟化官能团、含硅的官能团和/或官能烃基作为非粘性官能团，在这种情况下，聚合基质中最终决定材料性质和反应行为的所有原子团都可以由术语“官能团”表示。因此，非粘性官能团是指这样的官能团——其使得包含所述非粘性官能团的聚合基质在该官能团区域中的粘合性低于该聚合基质的其余区域。
如上文已指明的那样，在合适的构造下，该非粘性官能团可以与嵌入的非粘性颗粒相互作用。在其为化学键的情况下，该非粘性颗粒本身成为该非粘性涂层的聚合基质的非粘性官能团。但是这种观察仅涉及该非粘性颗粒的原子尺寸，因此不能再涉及嵌入的非粘性颗粒。这种观察是中型(mesoscopic)规模的，其中不再涉及由尺寸大于聚合基质平均自由链长的非粘性材料组成的区域。但是，由非粘性区域的这种量级，即使所述非粘性颗粒通过经由聚合基质的合适官能团的化学键而化学键合到聚合基质上，也可能涉及嵌入的非粘性颗粒。
另一方面，嵌入的非粘性颗粒与该聚合基质的官能团之间的化学键合不是必需的。相反，由于也可包括非粘性官能团的官能团，在合适的构型中，如果创造出使非粘性颗粒留在其中而不在聚合基质的其它区域中的环境，这就足够了。这可以例如通过各自的官能团与嵌入的非粘性颗粒之间的范德华力和/或粘合力发生。类似地，可以设想与嵌入的非粘性颗粒的其它相互作用，其优选在交联阶段中已经生效，因此在交联阶段中已经生成用于该非粘性颗粒的合适空间，其由于相互作用的官能团所要求的非粘性颗粒与聚合基质之间的相互作用而更加靠近，并由此提供特别适合在聚合基质固化过程中留持该非粘性颗粒的空间。
在这方面，另外独立于本发明的上述解决方案，非粘性涂层是有利的，其特征在于带有嵌入的非粘性颗粒的已交联聚合基质，用于与嵌入的非粘性颗粒相互作用的相互作用官能团位于其网络中。
在这方面，根据本发明，在相互作用的基团与非粘性颗粒之间的每一种相互作用(其导致非粘性颗粒在相互作用基团区域内中的结合大于聚合基质的其余区域)都足够，无论该相互作用仅在交联阶段中发生还是仅在交联阶段后发生和/或独立于交联阶段发生。
如上文已指明的那样，该聚合基质可以包含聚氨酯和/或环氧树脂。在这方面，该非粘性颗粒可以在交联过程之前和/或之中加入。同样有利的是，上文公开的非粘性官能团和/或相互作用官能团已并入供交联用的分子链和/或大分子中。还可以在树脂中或在环氧树脂用的硬化剂中提供这些官能团。因此有利的是，这些官能团已预先施加到制备聚合基质用的组分上，原则上也可以考虑仅在交联之中或之后施加这些官能团，但这通常复杂得多。由于非粘性官能团(functionalnon-stickgroups)和/或相互作用官能团(functionalinteractivegroups)常使交联困难和/或聚合基质的稳定性降低，可能有利的是既提供传统的交联原材料又提供具有非粘性官能团和/或相互作用官能团的交联原材料。因此，在环氧树脂的情况下，例如可以考虑将由传统树脂和具有非粘性基团的树脂构成的共混物与相应的硬化剂混合。
优选地在该非粘性涂层中，相对于整个涂层量提供大于2.5体积％、特别大于5体积％和/或大于10体积％的嵌入的非粘性颗粒。特别地，通过使用热固性塑性树脂作为合成基质和/或通过使用该非粘性官能团或相互作用官能团，可以在不削弱该非粘性涂层的稳定性的情况下在该聚合基质中使用如此高体积百分比的非粘性颗粒。
同样通过这种构造，如上文已经解释的那样，可以制造特别高度稳定的涂层厚度，因此本发明特别适用于具有大于0.8毫米，优选大于1.0毫米或甚至大于1.2毫米的涂层厚度的非粘性涂层。相应地，本发明的这种非粘性涂层也特别适用于相对大的物体，例如造纸中的滚筒或待涂布表面积大于1平方米的其它大型滚筒。立即可以看出，当涂布4米或更长且直径超过30厘米的滚筒时，可能使用不了来自精密工程的制造技术和材料品质，如可用于例如印刷或复印机滚筒的那些。本发明的非粘性涂层的优异稳定性能使其用在机械工程中，特别是在重型机械工程和工厂工程中。
该非粘性涂层优选在其涂层厚度的至少50％，特别是至少70％或甚至至少80％上基本均匀地构造。在这方面，术语“均匀”是指，在该区域中，垂直于非粘性涂层表面的组分的体积百分比变动少于20％，优选少于10％。由于这种构造，该非粘性涂层不同于现有技术的并入承载材料(bearingmaterial)中的非粘性涂层，后者导致形成格外不均匀的滑动层，其中承载材料(例如烧结青铜)的比例随材料深度而连续提高，而滑动材料的比例相应地随材料深度的增加而连续降低。由此，本非粘性涂层基本保持其材料性质，甚至在更大磨损下也如此。类似地，可毫无问题地进行再研磨，因为由于使用这样的涂层厚度，材料的去除仅对材料性质具有非常轻微的影响。即使在这种情况下，绝对显而易见的是，此类非粘性涂层特别适于高涂层厚度的极端要求，以及高磨损和极大的非粘性表面的情形。
可构造成固体添加剂的嵌入的非粘性颗粒可以包含PTFE、MoS2、六方氮化硼、石墨和/或油脂和/或其它固体滑动材料。也可以提供合成或天然蜡。还可以考虑液态和/或可液化的滑动材料和/或具有非粘性性质的添加剂，由聚合基质保持这些个体液态颗粒，从而产生固态的整体排列。相应地也可以使用具有硅氧烷结构(特别例如硅酮)的固态和/或液态材料。在这方面，该非粘性颗粒可以微粉化，即以微米或纳米尺度量级存在(即以纳米或更低的量级存在)。
在一个优选实施方案中，可以将硬颗粒嵌入该非粘性涂层中。由此可以在不过度削弱非粘性性质的情况下使磨损最小化。特别地，至少10体积％、优选至少15体积％和/或至少20体积％或30体积％的该硬颗粒可以是硬球。可以通过例如烧结、喷雾法和/或通过熔入硬颗粒(melting-inhardgrains)获得此类硬球。通过使用硬球，该非粘性涂层表现相对良好，并且与使用硬颗粒的情况相比，与其接触的材料明显较少受到应力。此外，经证实，硬球可以以明显更稳定的方式锚定在聚合基质中。
因此，至少10体积％，优选至少15体积％和/或至少20体积％或30体积％的硬颗粒可以具有>0.05、优选>0.1、特别>0.15的圆度指数。累积性地和/或替代性地，至少10体积％，特别至少15体积％和/或至少20体积％或甚至至少30体积％的硬颗粒可以具有平均粒径的<15％，优选<12％，特别<10％的表面粗糙度。作为表面粗糙度的测量，可以使用平均粗糙度Ra和/或平均粗糙深度(10点高度)Rz，以球面坐标或圆形坐标表示。
优选地，非粘性涂层的厚度为硬颗粒的平均粒径的至少四倍大。如上文已经解释的那样，这种涂层厚度是有利的，特别是在机械工程中，并且允许通过研磨来反复重修表面以及即使在磨损情况下也能实现表面性质的均匀性。
硬颗粒可以特别包括硬金属颗粒、陶瓷颗粒和/或钢颗粒。
优选地，硬颗粒具有大于4，优选大于5的莫氏硬度。这种硬度的硬颗粒特别导致聚合基质的优异的稳定性，特别是基本不会削弱非粘性性质。此外，在这种实施方案中，聚合基质可以构造成相对较硬且不会损失聚合基质与硬颗粒相比明显更大的回弹性的优点。
另一方面，也可以使用更挠性的硬颗粒，特别是当选择本身更挠性的聚合基质时。因此，如果聚合基质具有小于80的肖氏D硬度，可能是有利的。在这种构造中，硬颗粒的肖氏D硬度因此应该大于聚合基质的肖氏D硬度，从而充分使非粘性涂层稳定化。
在这方面，特别要注意的是，颗粒和/或表面通常可能仅适合莫氏硬度测量或肖氏硬度测量。对于相对极硬的颗粒，肖氏硬度测量不再提供有意义的结果。如果颗粒不是非常硬，莫氏测量就不再能够作出区分，因此不得不采用肖氏硬度测量。
具体实施方案
参照三种涂层的下列描述解释本发明的其它优点、目标和特征。
已经使用下列原材料制造三种涂层，它们例示了该效果。
1.环氧树脂：双酚A/F，当量180；比重1.2g/ccm
2.带有非粘性基团的环氧树脂：当量500；比重1.1g/ccm
3.硬化剂：异佛尔酮二胺，当量75；比重0.9g/ccm
4.硬材料：石英；比重2.2g/ccm
5.球形硬材料：氧化铝；比重3.9g/ccm
6.非粘性颗粒：PE-蜡；比重0.9g/ccm
涂层1 涂层2 涂层3
EP 100 90 90
带有非粘性基团的EP 0 10 10
硬化剂 42 39 39
石英 50 50 50
氧化铝球 10 10 10
PE-蜡 0 0 15
该涂层在混合后用丙酮表面清洁48小时，随后测试。借助Taber试验分析机械性质。借助胶带试验测试非粘性效果。所有结果都与涂层1比较考虑。评估为：1=最佳，5=最差。
涂层1 涂层2 涂层3
Taber试验 1 1 1
非粘性效果 5 4 1

Claims (46)

1.具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于所述非粘性涂层具有带有嵌入的非粘性颗粒和嵌入的硬质颗粒的交联的聚合基质，非粘性官能团位于该交联的聚合基质的网络中，与嵌入的非粘性颗粒相互作用，其中该非粘性涂层在其涂层厚度的至少50%上基本均匀地构造，其中至少10体积%的所述硬质颗粒是硬球，和/或具有大于0.05的圆度指数，且其中涂层厚度为所述硬质颗粒的平均粒径的至少四倍大。
2.根据权利要求1的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于所述非粘性官能团包含氟化官能团、含硅的官能团，和/或官能烃基。
3.具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于所述非粘性涂层具有带有嵌入的非粘性颗粒和嵌入的硬质颗粒的交联的聚合基质，用于与嵌入的非粘性颗粒相互作用的相互作用官能团位于该交联的聚合基质的网络中，其中该非粘性涂层在其涂层厚度的至少50%上基本均匀地构造，其中至少10体积%的所述硬质颗粒是硬球，和/或具有大于0.05的圆度指数，且其中涂层厚度为所述硬质颗粒的平均粒径的至少四倍大。
4.根据权利要求1-3之一的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于聚合基质包含聚氨酯。
5.根据权利要求1-3之一的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于聚合基质包含环氧树脂。
6.根据权利要求1-3之一的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于聚合基质包含聚脲。
7.根据权利要求1-3之一的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于聚合基质包含交联的橡胶。
8.根据权利要求1-3之一的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于嵌入的非粘性颗粒多于2.5体积%。
9.根据权利要求8的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于嵌入的非粘性颗粒多于5体积%。
10.根据权利要求9的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于嵌入的非粘性颗粒多于10体积%。
11.根据权利要求1-3之一的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于涂层厚度大于0.8毫米。
12.根据权利要求11的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于涂层厚度大于1毫米。
13.根据权利要求12的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于涂层厚度大于1.2毫米。
14.根据权利要求1-3之一的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于该非粘性涂层在其涂层厚度的至少70%上基本均匀地构造。
15.根据权利要求14的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于该非粘性涂层在其涂层厚度的至少80%上基本均匀地构造。
16.根据权利要求1-3之一的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于所述非粘性颗粒包含PTFE、MoS2、六方氮化硼、Na3AlF6、油脂、合成和/或天然蜡、具有硅氧烷结构的固体和/或液体材料，和/或具有非粘性性质的液体添加剂。
17.根据权利要求1-3之一的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于通过烧结、喷雾法和/或通过熔合（melting-on）硬质颗粒获得该硬球。
18.根据权利要求1-3之一的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于至少10体积%的作为硬球的硬质颗粒具有大于0.1的圆度指数。
19.根据权利要求18的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于至少10体积%的作为硬球的硬质颗粒具有大于0.15的圆度指数。
20.根据权利要求1-3之一的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于相对于所述硬质颗粒，硬球的比例为至少15体积%。
21.根据权利要求20的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于相对于所述硬质颗粒，硬球的比例为至少20体积%。
22.根据权利要求21的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于相对于所述硬质颗粒，硬球的比例为至少30体积%。
23.根据权利要求1至3之一的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于所述硬质颗粒包含硬金属颗粒和/或陶瓷颗粒。
24.根据权利要求1至3之一的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于所述硬质颗粒具有大于4的莫氏硬度。
25.根据权利要求1至3之一的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于所述聚合基质具有小于80的肖氏D硬度且所述硬质颗粒的肖氏D硬度大于所述聚合基质的肖氏D硬度。
26.根据权利要求4的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于嵌入的非粘性颗粒多于2.5体积%。
27.根据权利要求26的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于嵌入的非粘性颗粒多于5体积%。
28.根据权利要求27的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于嵌入的非粘性颗粒多于10体积%。
29.根据权利要求5的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于嵌入的非粘性颗粒多于2.5体积%。
30.根据权利要求29的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于嵌入的非粘性颗粒多于5体积%。
31.根据权利要求30的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于嵌入的非粘性颗粒多于10体积%。
32.根据权利要求6的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于嵌入的非粘性颗粒多于2.5体积%。
33.根据权利要求32的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于嵌入的非粘性颗粒多于5体积%。
34.根据权利要求33的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于嵌入的非粘性颗粒多于10体积%。
35.根据权利要求4的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于涂层厚度大于0.8毫米。
36.根据权利要求35的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于涂层厚度大于1毫米。
37.根据权利要求36的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于涂层厚度大于1.2毫米。
38.根据权利要求5的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于涂层厚度大于0.8毫米。
39.根据权利要求38的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于涂层厚度大于1毫米。
40.根据权利要求39的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于涂层厚度大于1.2毫米。
41.根据权利要求6的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于涂层厚度大于0.8毫米。
42.根据权利要求41的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于涂层厚度大于1毫米。
43.根据权利要求42的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于涂层厚度大于1.2毫米。
44.根据权利要求8的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于涂层厚度大于0.8毫米。
45.根据权利要求44的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于涂层厚度大于1毫米。
46.根据权利要求45的具有非粘性涂层的大型滚筒，其特征在于涂层厚度大于1.2毫米。
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