CN1953821B - 生产防粘涂层的方法及底涂层组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在支持物上产生基于碳氟树脂的防粘涂层的方法，所述方法包括：通过机械处理在所述支持物上形成粗糙度，涂敷至少一层粘性底涂层，随后涂敷一层外涂层，然后烧结所述层。每一粘性底层通过丝网印刷涂敷并且在烧结以前按照相对于全部组分测定的干物质百分比包括11％至55％重量比的碳氟树脂、0.1％至6％重量比的聚酰胺-亚胺树脂(PAI)、2％至25％重量比的增稠剂、0.5％至5％重量比的消泡剂、5％至50％重量比的蒸汽压比水的蒸汽压低的溶剂，以及水。
Description
本发明涉及在铝或铝合金支持物上产生防粘涂层的方法。对这样的涂层烘烤后，经涂敷的支持物尤其可以被拉制成烹调容器的形状。
通常用于涂敷炊具的防粘涂层是基于碳氟树脂的，例如聚四氟乙烯(PTFE)。
生产这些涂层所广泛使用的方法包括在金属支持物上喷洒碳氟树脂的水分散体，所述金属支持物预先被化学腐蚀以便在涂层中形成固定微腔(microcavity)。
然而，该喷洒法的主要缺点是会造成碳氟树脂的严重损失。
现有技术中已知的另一种方法包括在表面预处理之后，通过滚筒涂敷防粘涂层组合物。可以使用化学腐蚀进行该预处理，以便得到微腔，或者通过机械处理以便得到表面粗糙度。
然而，尽管可以有效地限制碳氟树脂的损失，但应用滚筒的方法并不能总是得到完全光滑的表面，因为滚筒的通道实际上会造成波动。
因此，这种涂层相对容易地形成裂缝。
除此之外，波动的存在使得不可能在涂层的表面满意地涂敷文献EP 0 188 958或文献WO 00/22395中描述的装饰性元素，无论是通过丝网印刷或是压印进行这种涂敷。
涂层表面低劣的质量对于装饰性元素包括文献WO 00/22395中所述的热变色组合物的情况尤其有害。因为不规则的表面状态，用于形成装饰性元素的热变色组合物的量在涂层表面的每个点的分布是不相同的，这严重降低了最终装饰性元素的颜色变化感。
为了克服上述缺点，特别是为了得到没有严重材料损失的光滑的涂层，申请人开发出了通过丝网印刷涂敷防粘涂层的方法。
文献EP 0 562 968 A1中所述的该丝网印刷法包括直接在金属支持物上连续涂敷基于碳氟树脂的涂层。该涂敷借助推动涂层组合物通过丝网的刀片进行。预先对支持物进行化学腐蚀以形成碳氟树脂颗粒渗入的微腔。
该方法使得能够在不损失碳氟树脂的情况下生产厚度均匀并且厚度易于控制的光滑的防粘合剂涂层。
除此之外，可以使用完全令人满意的方式在这种涂层上使用文献EP 0 188 958或文献WO 00/22395中描述的装饰性元素。
除此之外，该涂层可以特别好地附着在金属支持物上。
通过在支持物上进行预化学腐蚀形成微腔，以及碳氟树脂的涂敷的条件，从而获得了该良好的附着力。用于丝网印刷涂敷的刀片实际上施加了优化使碳氟树脂颗粒渗入所述微腔的压力。
然而，该化学腐蚀需要使用盐酸，一方面，这构成了工业方法中的棘手的步骤，另一方面也有环境方面的限制。
文献EP 0 562 968 A1还考虑在预先打磨的铝支持物上通过基于碳氟树脂涂层的丝网印刷完成所述涂敷。
与化学腐蚀不同，支持物的机械预处理得到表面粗糙度和并非真正地如同化学腐蚀的锚定位点。因此，依据在机械处理的金属支持物和直接涂敷于所述支持物的基于碳氟树脂的的涂层之间的附着力，并不能得到令人满意的结合。
因此，在支持物机械处理之后和涂敷基于碳氟树脂的一层或多层外涂层之前，需要涂敷至少一层底涂层。
然而，申请人注意到，现有技术中已知的、特别适用于喷洒涂敷的底涂层组合物具有完全不适于特定丝网印刷涂敷的粘度。
因此，这种底涂层在工业上用于丝网印刷涂敷是不可能的。
因此，本发明的目的是通过提出在铝支持物上产生基于碳氟树脂的防粘涂层的方法来克服上述的所有缺点，其使得能得到均匀的和可控厚度的、完全附着在铝支持物上的光滑涂层，所述方法简单易行，无需使用不必要的材料并且不涉及环境污染的危险。
因此，本发明涉及在铝或铝合金支持物上产生基于碳氟树脂的防粘涂层的方法，所述方法包括下列步骤：
-通过机械处理在至少一个支持物表面形成粗糙度，
-对该机械处理的支持物涂敷至少一层的基于碳氟树脂的底涂层，然后在干燥后涂敷至少一层也基于碳氟树脂的外涂层，
-对由此沉积的每一底涂层和每一外涂层进行同时烘烤，以便烧结碳氟树脂颗粒。
根据本发明的方法，通过丝网印刷涂敷每一底涂层，在所述烘烤步骤之前，每一底涂层包括11％至55％重量比的碳氟树脂、0.1％至6％重量比的聚酰胺-亚胺树脂、2％至25％重量比的增稠剂、0.5％至5％重量比的消泡剂、5％至50％重量比的溶剂和水，所述溶剂的蒸汽压比水的蒸汽压低，所述重量百分比是基于每一底涂层的全部组分测定的干物质或液体(在溶剂的情况下)的重量百分比。
根据本发明，底涂层组合物具有适合底涂层的丝网印刷涂敷的流变学性质，与此同时不但提供了底涂层与机械处理的支持物的优秀的附着力，而且还提供了底涂层与基于碳氟树脂的外涂层的优秀的附着力。
无论预先经机械处理的铝或铝合金支持物的每一表面的粗糙度如何，只要与光滑的铝或铝合金支持物Ra为0.6μm至1μm相比，该粗糙度Ra的最小值为2μm±0.5μm时，即可获得底涂层和由此而来最终的防粘涂层与机械处理的支持物的优秀的附着力。
本说明书中提及的所有粗糙度值Ra是根据Perthometer
装置测量得到的。
重要的是要注意到取决于本发明方法第一步中进行的机械处理类型，粗糙度将或多或少地提高。
根据本发明的优选实施方案，对铝支持物至少一个表面进行的该机械处理通过刷光(brushing)或蚀刻(etching)进行，每一种均能达到Ra为2μm±0.5μm的粗糙度。
也可以考虑通过粒化(graining)进行机械处理，这可以得到Ra为3μm±0.5μm。
可以观察到铝或铝合金支持物上的最终防粘涂层的优秀附着力，甚至是在拉拔力效应下在涂敷的支持物拉制后，尽管所述支持物、特别是在粗糙表面的水平位置产生了变形。
还完全可以对铝支持物至少一个表面进行打磨(sanding)处理，机械砂纸打磨处理可以得到Ra为5μm±0.5μm。
然而，通与机械砂纸打磨处理比较，机械粒化、刷光或蚀刻处理具有某些经济和环境优势。
特别地，大幅降低了原料成本、生产成本和生产设备的维护成本。除此以外，可以不受任何限制地使用任何类型的铝合金。从环境角度来看，改善了工作条件，显著减少了废物并降低了噪音水平。
除此之外，与粒化、刷光或蚀刻处理相比，砂纸打磨处理提供更大的粗糙度。
而且，与低粗糙度表面有良好附着力的底涂层组合物可适于高粗糙度的表面，但是反之不行。
本发明还涉及生产炊具的方法。
根据本发明，该方法是这样的，即在进行完上述在支持物上产生基于碳氟树脂的防粘涂层的方法的各步骤之后，进行拉制由此涂敷的金属支持物的步骤，以便得到想要的炊具形状。
本发明的其它优点和特征将在下面的说明中变得清晰。该说明特别指出了本发明底涂层组合物、防粘涂层和炊具的实例。
根据本发明，在金属支持物上产生基于碳氟树脂的防粘涂层的方法的第一步包括，通过机械处理在铝支持物的至少一个表面上形成粗糙度。
金属支持物通常是铝或铝合金盘。
在本发明的有利方案中，可以通过粒化、刷光或蚀刻进行机械处理。
粒化是可以实现给定粗糙度的特别的抛光处理。通常使用砂布，例如金刚砂布或磨砂抛光轮的方法进行铝的粒化。
蚀刻例如可使用圆筒(cylinder)的方法进行。
除去在机械处理期间产生的铝残渣后，通过丝网印刷涂敷至少一层基于碳氟树脂的底涂层。
通常由水分散体形式的树脂制备底涂层。
根据本发明，底涂层包括下列重量比例的化合物：
-PTFE的水分散体(60％干提取物) 10至50％
-PFA的水分散体(50％干提取物) 10至50％
-PAI的水分散体(10％干提取物) 1至60％
-增稠剂 2至25％
-消泡剂 0.5至5％
-蒸汽压比水的蒸汽压低的溶剂 5至50％
-水 剩余部分
可以使用胶凝剂代替增稠剂，或者将胶凝剂与增稠剂混合。这些化合物的一种或其它几种是为了增加底涂层组合物的粘度，以便可以使用丝网印刷涂敷。优选期望获得20℃下5,000至50,000mPa.s(cP)的粘度。
特别地，增稠剂和/或胶凝剂可以是聚电解丙烯酸树脂、半乳甘露聚糖、多糖或甲基纤维素。
消泡剂可以避免在涂敷底涂层后形成的薄膜中形成气泡，以得到光滑均匀的涂层。
特别地，可以从矿物油或硅酮中选择消泡剂。
蒸汽压比水的蒸汽压低的溶剂可以是二元醇，尤其是脂肪族二元醇。这可以防止底涂层在丝网网孔上和丝网网孔间过快地变干。
当然可以向上述的底涂层组合物中加入一定数量的其它化合物，例如填充剂和/或诸如碳黑的颜料。
根据本发明组合物的有利可选实施方案，底涂层可以包括粘着剂，尤其是硅石，在基于全部组分测定的干物质重量百分比中，所述粘着剂的重量比为1.5至6％。
通常使用混悬液中的硅石或胶态硅石。例如，可以使用5％至20％重量百分比的水中30％干提取物的胶态硅石。
在特别有利的方法中，底涂层组合物还包括碱，例如氨水NH4OH，以便使该组合物具有大于9的pH从而催化凝胶的形成。
特别有利的是碱的重量百分比为0.5至2％。
在底涂层干燥后，涂敷至少一层的基于碳氟树脂的外涂层。
适于底涂层组合物和外涂层组合物的碳氟树脂尤其是文献US 5536 583中所描述的。
更优选地，可以引述下列物质：聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯和全氟丙基乙烯醚的共聚物(PFA)或四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物(FEP)，这些化合物中的每一种均可单独使用或在与一种和/或其它化合物的混合物中使用。
在本发明的有利方案中，在至少一层底涂层的组合物中使用的碳氟树脂包括PTFE和PFA。
更具体地说，基于每一底涂层全部组分测定的干物质百分比，每一底涂层包括6％至30％重量比的聚四氟乙烯(PTFE)和5％至25％重量比的全氟烷基乙烯醚树脂(PFA)。
可以通过任何已知的常规方法进行每一外涂层的涂敷，尤其是可以通过喷洒、滚筒或幕式淋涂。
然而，如上述的原因，尤其是考虑到材料的节约、不出现表面缺陷和环境问题，优选使用丝网印刷进行每一外涂层的沉积。
在这种情况下，通过丝网印刷或压印可有利地进行沉积文献EP 0 188 958和WO 00/22395中所述类型的装饰性元素。
在涂敷最终的外涂层后，同时烘烤底涂层和由此沉积的每一外涂层，以便获得烧结的碳氟树脂颗粒，在PTFE和PFA这种特定的情况下，同时烘烤底涂层和每一外涂层的碳氟树脂颗粒。
当在形成涂层的各层组合物中使用PTFE作为碳氟树脂时，尤其可以通过将涂敷有底涂层和外涂层的支持物放入至烘箱中，在400℃下烧结例如5分钟。
在该烘烤步骤之后，拉制经涂敷的支持物以便得到想要的形状，然后根据情况，进行最后的步骤，例如生产最终炊具产品所必须的修整、焊接和/或连接附件。
已经描述了涂敷有底涂层和一层或多层外涂层的支持物的制造。
应该注意到，当然可以使用两层、三层或更多层的底涂层。
除此之外，还完全可以对铝或铝合金盘的两面进行机械处理，以便对所述的每一面进行防粘涂层的涂敷。
对于盘两面的每一面，形成防粘涂层的每一底涂层和每一外涂层组合物和所述层的数目可以是严格相同的。
对于特定需要，尤其是出于美观目的还可以改变形成防粘涂层的底涂层和外涂层的数目及其各自组成。
具有深色的内部防粘涂层，而外部涂层为浅色，这实际上是在带有防粘涂层的炊具领域中的通常做法。
为了满足这样的条件，申请人注意到，使用适量的聚苯硫醚(phenylene polysulfide，PPS)代替一定比例的聚酰胺-亚胺树脂(PAI)，在涂敷外涂层并烧结之后将可以得到更浅的涂层，可以通过加入颜料调节其颜色。
因此，含有聚苯硫醚(PPS)的底涂层可以得到更浅颜色的最终涂层，优选PPS的最大重量比为10％，这是基于每一底涂层的全部组分测定的干物质的百分比。
以下是在涂涂层和外涂层烘烤以前底涂层组成的一些实例，使得能得到防粘涂层，其中一种具有浅色外观，另一种具有更深颜色的外观。
旨在在涂敷至少一层基于碳氟树脂的外涂层之后形成浅色涂层的底涂层组成如下：
-PTFE 6至30％
-PFA 5至25％
-PPS 2至10％
-PAI 0.1至2％
-二元醇 5至50％
-硅石 1.5至6％
-增稠树脂 0.16至2％
-碳黑 0.25至1.25％
-消泡剂 0.5至5％
-NH4OH 0.5至2％
-水 剩余部分，
上述的百分比是基于每一底涂层的全部组分测定的每一化合物的干物质的百分比。
可以产生浅色涂层的具体底涂层组成A如下：
-PTFE的水分散体(60％干提取物) 10至50％
-PFA的水分散体(50％干提取物) 10至50％
-基于PPS的分散体(20％干提取物) 10至50％
-PAI的水分散体(10％干提取物) 1至20％
-二元醇 5至50％
-胶态硅石(30％干提取物) 5至20％
-增稠树脂(8％干提取物) 2至25％
-碳黑(25％干提取物) 1至5％
-消泡剂 0.5至5％
-NH4OH 0.5至2％
-水 剩余部分。
包括至少一层具有上述组成使得能产生浅色涂层以及具有例如组成A的底涂层的防粘涂层可有利地作为炊具的外部涂层。
旨在在涂敷至少一层基于碳氟树脂的外涂层之后形成了深色涂层的底涂层，组成如下：
-PTFE 6至30％
-PFA 5至25％
-PAI 2至6％
-二元醇 5至50％
-硅石 1.5至6％
-增稠树脂 0.16至2％
-碳黑 0.25至1.25％
-消泡剂 0.5至5％
-NH4OH 0.5至2％
-水 剩余部分
上述的百分比是基于每一底涂层的全部组分所测定的每一化合物的干物质的百分比。
可以产生深色涂层的具体底涂层组成B如下：
-PTFE的水分散体(60％干提取物) 10至50％
-PFA的水分散体(50％干提取物) 10至50％
-PAI的水分散体(10％干提取物) 20至60％
-二元醇 5至50％
-胶态硅石(30％干提取物) 5至20％
-增稠树脂(8％干提取物) 2至25％
-灯黑(25％干提取物) 1至5％
-消泡剂 0.5至5％
-NH4OH 0.5至2％
-水 剩余部分
包括至少一层具有上述组成使得能产生深色涂层以及具有例如组成B的底涂层的涂层可有利地作为炊具的内部涂层。
可以想象通过拉制在一面涂敷有包括诸如组成B的深色底涂层的第一防粘涂层，另一面涂敷有包括诸如组成A的浅色底涂层的第二防粘涂层的铝盘以生产炊具。
Claims (14)
1.在铝或铝合金支持物上产生基于碳氟树脂的防粘涂层的方法，包括下列步骤：
-通过机械处理在所述支持物的至少一个表面上形成粗糙度，
-对所述经机械处理的支持物涂敷至少一层底涂层，然后涂敷至少一层外涂层，每一底涂层和每一外涂层是基于碳氟树脂的，
-对由此沉积的每一底涂层和每一外涂层进行同时烘烤，以便烧结碳氟树脂颗粒，
其特征在于每一底涂层通过丝网印刷涂敷，在所述烘烤步骤之前，每一底涂层基于每一底涂层的全部组分测定的干物质百分比包括：
-11％至55％重量比的碳氟树脂，
-0.1％至6％重量比的聚酰胺-亚胺树脂，
-2％至25％重量比的增稠剂，
-0.5％至5％重量比的消泡剂，
-5％至50％重量比的蒸汽压比水的蒸汽压低的溶剂，以及
-水。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述碳氟树脂包括至少一种选自聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯和全氟丙基乙烯醚的共聚物(PFA)和四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物(FEP)中的化合物。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于每一底涂层基于全部组分测定的干物质百分比包括6％至30％重量比的聚四氟乙烯(PTFE)和5％至25％重量比的四氟乙烯和全氟丙基乙烯醚的共聚物(PFA)。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述涂层还包括聚苯硫醚(PPS)。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述底涂层还包括碱。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述底涂层还包括硅石。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述底涂层还包括颜料。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述颜料是碳黑。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述机械处理通过打磨、刷光或蚀刻进行。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于每一外涂层通过喷洒、滚筒或幕式淋涂涂敷。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于每一外涂层通过丝网印刷涂敷。
12.制造炊具的方法，其特征在于进行权利要求1-11中任一权利要求所述的方法后，进行所述经涂敷的铝或铝合金支持物的拉制步骤以便得到所述炊具的期望形状。
13.底涂层组合物，其在烘烤前基于全部组分测定的干物质百分比包括：
-PTFE 6至30％
-PFA 5至25％
-PPS 2至10％
-PAI 0.1至2％
-二元醇 5至50％
-硅石 1.5至6％
-增稠树脂 0.16至2％
-碳黑 0.25至1.25％
-消泡剂 0.5至5％
-NH4OH 0.5至2％
-水 剩余部分。
14.底涂层组合物，其在烘烤前基于全部组分测定的干物质百分比包括：
-PTFE 6至30％
-PFA 5至25％
-PAI 2至6％
-二元醇 5至50％
-硅石 1.5至6％
-增稠树脂 0.16至2％
-碳黑 0.25至1.25％
-消泡剂 0.5至5％
-NH4OH 0.5至2％
-水 剩余部分。
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