DE102005037338A1 - Producing a nonstick coating on a substrate comprises applying a primer coat having inclusions, applying a top coat and heat-treating the top coat - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Antihaftbeschichtung auf einem Substrat, eine Antihaftbeschichtung auf einem Substrat und die Verwendung einer Antihaftbeschichtung.The The invention relates to a process for producing a non-stick coating on a substrate, a non-stick coating on a substrate and the use of a non-stick coating.
Antihaftbeschichtungen
werden in verschiedenen Zusammensetzungen und einem großen Spektrum von
Verwendungen vorgeschlagen. Die
Die
Verwendung von Antihaftbeschichtungen im Bereich der medizinaltechnischen
Prothesen offenbart die
Die
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Antihaftbeschichtung und eine Antihaftbeschichtung sowie deren Verwendung vorzusehen, wobei die Antihaftbeschichtung hochwirksam auch gegen ein Anhaften besonders klebfähiger Klebstoffe geeignet ist, die insbesondere auf ein breites Spektrum von Substratmaterialien applizierbar ist.It It is the object of the invention to provide a process for producing a non-stick coating and to provide a non-stick coating and its use, the non-stick coating is highly effective against sticking too especially sticky Adhesives suitable, in particular, to a wide range of Substrate materials can be applied.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 14, 33, 34 bzw. 35 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.These The object is achieved with the features of claim 1, 14, 33, 34 and 35 solved. Advantageous embodiments are the subject of dependent claims.
Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Herstellung einer hochwirksamen Antihaftbeschichtung auf einem Substrat bereitgestellt, bei dem zunächst auf das Substrat eine Primerschicht aufgebracht wird, die Einlagerungen in Pulver- bzw. Kornform aufweist. Die Korngröße der Einlagerungen liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 70 μm, vorzugsweise von 10 bis 50 μm oder 10 bis 40 μm. Vorzugsweise erstreckt sich die Korngrößenverteilung innerhalb dieser Bereiche mit einer Halbwertsbreite von ≤ 15 μm, vorzugsweise von ≤ 5 μm. Die engere Verteilung der Korngröße begünstigt dann die Antihafteigenschaften in Abhängigkeit von dem Medium, das mit der beschichteten Oberfläche in Kontakt kommt. Durch diese Primerschicht wird eine Strukturierung der späteren Oberfläche aufgeprägt, die die Antihaftwirkung der mit dem Medium in direkten Kontakt stehenden Oberfläche besonders verstärkt. Die Haupteigenschaft der Primerschicht kann sich dabei auf die Funktion konzentrieren, die Pulver- bzw. Korneinlagerungen in einer vernetzten Matrix mechanisch zu stabilisieren und eine gute Haftwirkung gegenüber dem Substrat zu erzielen.According to claim 1 is a process for producing a high-performance non-stick coating provided on a substrate, wherein first on the substrate Primer layer is applied, the deposits in powder or Having grain shape. The grain size of the inclusions is preferably in a range of 5 to 70 μm, preferably from 10 to 50 μm or 10 to 40 μm. Preferably, the particle size distribution extends within this Areas with a half width of ≤ 15 microns, preferably ≤ 5 microns. The closer Distribution of grain size then favors the non-stick properties in dependence from the medium that comes in contact with the coated surface. By this primer layer is imprinted with a structuring of the later surface, which the Non-stick effect of being in direct contact with the medium surface especially reinforced. The main property of the primer layer may be on the function concentrate the powder or grain deposits in a cross-linked Matrix to stabilize mechanically and a good adhesion to the Substrate to achieve.
Auf die zumindest eine Primerschicht wird anschließend eine Deckschicht aufgebracht, die als Funktionsschicht wirkt und dann der Gesamtbeschichtung die für die Berührung mit dem kontaktierenden Medium notwendige Eigenschaft verleiht. Neben der Antihafteigenschaft der Deckschicht als Funktionsschicht sind dies Eigenschaften wie kratzfest, abriebfest, chemisch resistent, temperaturbeständig und/oder ätzfest. Es ist daher nicht notwendig, dass die Primerschicht bereits diese Eigenschaft selbst aufweist.On the at least one primer layer is then applied a cover layer, which acts as a functional layer and then the total coating the for the contact gives necessary property with the contacting medium. In addition to the non-stick property of the top layer as a functional layer these are properties such as scratch resistant, abrasion resistant, chemically resistant, temperature resistant and / or etch resistant. It is therefore not necessary that the primer layer already have this Property itself.
Zumindest nach dem Aufbringen der zumindest einen Deckschicht wird eine thermische Behandlung zur Stabilisierung der Antihaftbeschichtung bzw. der Deckschicht durchgeführt.At least after applying the at least one cover layer is a thermal Treatment for stabilizing the non-stick coating or the Covering performed.
Versuche mit der Beschichtung haben ergeben, dass diese einen hochwirksamen Antihafteffekt hat, der die Beschichtung besonders für die Verarbeitung von Heißkleber, Powerkleberetiketten und -Bänder einsetzbar macht.tries with the coating have shown that these are highly effective Non-stick effect, which has the coating especially for processing of hot glue, Power adhesive labels and tapes can be used.
Die thermische Behandlung der zumindest einen Deckschicht erfolgt vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 120 bis 300°C vorzugsweise im engeren Temperaturbereich von 200 bis 230°C. Eine thermische Behandlung bzw. ein Sintern in diesem Temperaturbereich ermöglicht auch die Beschichtung von ansonsten temperaturempfindlichen Kunststoffsubstraten, so dass sich ein erheblich erweiterter Einsatzbereich der Beschichtung ergibt, indem beispielsweise Formwerkzeuge, Walzen, Etikettierwalzen, Umlenkwalzen, Rollen, Zufuhrrinnen und andere Maschinenbauteile damit beschichtbar sind. Natürlich ist die Beschichtung für entsprechende Teile aus anderen Materialien wie Metall möglich. Im Vergleich dazu lassen sich Teflon oder andere fluorhaltige Beschichtungen nur auf metallischen Substraten in einem Temperaturbereich von 350 bis 450°C sintern.The thermal treatment of the at least one cover layer is preferably carried out in a temperature range of 120 to 300 ° C, preferably in the narrower temperature range of 200 to 230 ° C. Thermal treatment or sintering in this temperature range also makes it possible to coat otherwise temperature-sensitive plastic substrates, thus resulting in a considerably wider range of applications the coating results, for example, by molding tools, rollers, labeling rollers, guide rollers, rollers, feed chutes and other machine components are coatable. Of course, the coating for corresponding parts made of other materials such as metal is possible. In comparison, Teflon or other fluorine-containing coatings can be sintered only on metallic substrates in a temperature range of 350 to 450 ° C.
Ganz besonders vorteilhaft umfasst das Aufbringen der zumindest einen Primerschicht das Aufbringen von zumindest zwei Primerschichten. Dadurch bietet sich eine funktionelle Aufteilung der zumindest zwei Primerschichten, wobei vorteilhaft die zuerst auf dem Substrat aufgetragene Primerschicht (erste Primerschicht) eine Haftvermittlerfunktion hat, so dass die gesamte aufgetragene Schicht gut auf dem Substrat haftet. Hierdurch ist ebenfalls gewährleistet, dass eine weitgehende Unabhängigkeit der Funktion der Antihaftbeschichtung vom Substratmaterial besteht. In vorteilhafter Ausgestaltung enthält dann lediglich die zweite Primerschicht bzw. enthalten die darauf folgenden Primerschichten die Einlagerungen in Korn- bzw. Pulverform. Da somit die erste Primerschicht frei von Einlagerungen ist, wird eine gleichmäßige, flächendeckende Beschichtung der Substratoberfläche und somit eine Hafterhöhung erreicht. Abgesehen von den Einlagerungen können die erste Primerschicht und die zweite bzw. die weiteren Primerschichten eine identische Materialzusammensetzung aufweisen, so dass auch eine Vernetzung zwischen der ersten und den weiteren Primerschichten besonders begünstigt ist.All Particularly advantageously, the application comprises the at least one Primer layer, the application of at least two primer layers. This offers a functional distribution of at least two Primer layers, wherein advantageously the first applied to the substrate Primer layer (first primer layer) an adhesion promoter function so that the entire applied layer is well on the substrate liable. This also ensures that a substantial independence the function of the non-stick coating consists of the substrate material. In an advantageous embodiment then contains only the second Primer layer or contain the subsequent primer layers the deposits in grain or Powder form. As a result, the first primer layer is free of inclusions is, becomes a uniform, nationwide Coating the substrate surface and thus a liability increase reached. Apart from the inclusions, the first primer layer and the second and the further primer layers are identical Have material composition, so that a crosslinking between the first and the further primer layers is particularly favored.
Vorteilhaft weist die erste Primerschicht neben der Haftvermittlereigenschaft auch eine Ausgleichseigenschaft auf, wobei eine möglicherweise vorhandene Oberflächenstruktur eines Substrats (beispielsweise Kratzspuren nach dem Sandstrahlen) nivelliert bzw. geglättet werden. Beispielsweise wird die erste Primerschicht (Vorprimer) dazu verwendet, Lunker, die in Gussbauteilen vorhanden sein können, zu verschließen, so dass sich die Fehlstelle nicht durch die Schichtfolge hindurch fortsetzt und so auf der Schichtoberfläche der Antihaftbeschichtung eine Fehlstelle hervorruft. Durch die Ausgleichsfunktion wird eine ebene Oberflächenstruktur zum Aufbringen der zweiten bzw. weiteren Primerschicht geschaffen, so dass eine Oberflächenstruktur nahezu ausschließlich durch die Beschaffenheit der zweiten bzw. weiteren Primerschicht und deren Einlagerungen bestimmt ist.Advantageous indicates the first primer layer next to the adhesion promoter property also a balancing feature, with one possibly existing surface structure a substrate (for example scratch marks after sandblasting) leveled or smoothed become. For example, the first primer layer (preprimer) used to lunker, which may be present in cast components, too close, so that the defect does not pass through the layer sequence continues and so on the layer surface of the non-stick coating causes a defect. The compensation function becomes a even surface texture created for applying the second or further primer layer, leaving a surface texture almost exclusively by the nature of the second or further primer layer and their deposits are determined.
Beim Aufbringen der Schichten wird vorteilhaft nach dem Aufbringen der Primerschicht, nach dem Aufbringen der ersten Primerschicht und so weiter eine Zwischenbehandlung ausgeführt, die insbesondere das Tempern und/oder Trocknen zum Entfernen von Lösungsmitteln und/oder dem Stabilisieren der bereits aufgebrachten Schicht dient. Entsprechend kann eine solche Zwischenbehandlung nach dem Aufbringen jeder oder eines Teils der Einzelschichten bei einer zusammengesetzten Deckschicht erfolgen. Auch hier wird die Zwischenbehandlung, soweit eine erhöhte Temperatur notwendig, unterhalb von 300°C durchgeführt, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 180 bis maximal 250°C. Neben dem Tempern oder Trocknen kann die Zwischenbehandlung auch eine fotoaktivierte oder infrarotaktivierte Behandlung sein, die im Falle der Verwendung von Kunststoffschichten das Vernetzen der Kunststoffverbindungen begünstigt.At the Application of the layers is advantageous after application of the Primer layer, after the application of the first primer layer and so further carried out an intermediate treatment, in particular the annealing and / or drying to remove solvents and / or stabilize the already applied layer serves. Accordingly, a such intermediate treatment after the application of each or a part the individual layers take place in a composite cover layer. Again, the intermediate treatment, as far as an elevated temperature necessary, below 300 ° C carried out, preferably in a temperature range from 180 to a maximum of 250 ° C. Next the intermediate treatment can also be a tempering or drying photoactivated or infrared-activated treatment, which in the case the use of plastic layers to crosslink the plastic compounds favored.
Vorzugsweise werden nach dem Aufbringen der Primerschicht mit deren Einlagerungen die folgenden Temper- bzw. Trocknungsprozesse bei Temperaturen und Einwirkzeiten durchgeführt, die ein Zerfließen der weiteren Primerschichten bzw. der darauf abgeschiedenen Deckschicht(en) vermeidet, so dass bis zur Oberfläche der Antihaftbeschichtung die Strukturierung durch die Primerschicht mit den Einlagerungen aufrecht erhalten wird.Preferably are after the application of the primer layer with their inclusions the following annealing or drying processes at temperatures and Exposure times performed, the one bleeding the further primer layers or the covering layer (s) deposited thereon avoids so that up to the surface of the non-stick coating the structuring by the primer layer with the inclusions is maintained.
Ganz besonders vorteilhaft umfasst die Deckschicht zumindest eine erste und eine zweite Deckschicht, so dass eine funktionelle Aufteilung der Deckschichteigenschaften ermöglicht wird. Wie oben beschrieben, ist durch die Struktur der Primerschicht der Anti-Hafteffekt der Deckschicht verstärkt und zusätzlich weist die oberste Deckschicht bevorzugt eine kratz-, chemie- und/oder abriebbeständige Eigenschaft auf, während die unmittelbar auf die oberste Primerschicht aufgebrachte Deckschicht als Haftvermittler und Stabilisator zwischen der äußersten Deckschicht und der letzten Primerschicht wirkt.All Particularly advantageously, the cover layer comprises at least a first and a second cover layer, allowing a functional division the cover layer properties allows becomes. As described above, the structure of the primer layer the anti-adhesive effect of the top layer is reinforced and additionally the topmost top layer has preferably a scratch, chemical and / or abrasion resistant property on, while the cover layer applied directly to the uppermost primer layer as a primer and stabilizer between the extreme Cover layer and the last primer layer acts.
Vorteilhaft sind die oberen bzw. die gesamten Schichten der Antihaftbeschichtung aus Fluor-freien Ausgangsstoffen hergestellt, so dass einerseits eine Umweltbelastung bei der Herstellung der Antihaftbeschichtung vermindert bzw. nicht vorhanden ist und ebenfalls der Einsatz der Antihaftbeschichtung im Lebensmittelbereich sowie im medizinischen Bereich ermöglicht wird. Weiterhin begünstigt der Verzicht auf fluorhaltige Verbindungen die Notwendigkeit des Sinterns bei hoher Temperatur, so dass die oben beschriebenen Sinter- und Tempervorgänge im beschriebenen niedrigen Temperaturbereich ausführbar sind.Advantageous are the upper and the entire layers of the non-stick coating made from fluorine-free raw materials, so on the one hand an environmental impact in the production of the non-stick coating diminished or absent and also the use of Non-stick coating in the food sector as well as in the medical field Area allows becomes. Furthermore favors the omission of fluorine compounds the need for Sintering at high temperature so that the above-described sintering and tempering processes in the described low temperature range are executable.
Liegen eine, mehrere oder alle der Einzelschichten der Antihaftbeschichtung als vorgefertigtes Gemisch zum Auftragen vor, so erhöht sich die Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung und Bedienungsfehler beim Auftragen werden weitgehend ausgeschlossen, da die Zusammensetzung der Mischung wesentlich einfacher und reproduzierbarer kontrollierbar ist als ein Mischungsvorgang während des Auftragens einer einzelnen Schicht.If one, several or all of the individual layers of the non-stick coating are as prefabricated Ge When mixed with the application, the consistency of the composition increases and operating errors during application are largely ruled out since the composition of the mixture is much easier and more reproducibly controllable than a mixing process during the application of a single layer.
Ganz besonders vorteilhaft ist die Zusammensetzung der Deckschicht bzw. der Deckschichten und der anschließenden Behandlung (Temperatur/Zeit) so gewählt, dass die durch die Einlagerung in der Primerschicht hervorgerufene Oberflächenstruktur beibehalten wird. Beispielsweise wird dies über die Zusammensetzung und Größe der Ausgangssubstanzen sowie das Beimischen von Lösungsmitteln gewährleistet, wobei einerseits eine gleichmäßig dicke Benetzung der zuvor ausgebildeten Schicht erreicht wird, während ein Zerfließen der aufgetragenen Schicht beim Tempern bzw. Trocknen nicht stattfindet.All Particularly advantageous is the composition of the cover layer or the surface layers and the subsequent treatment (temperature / time) chosen so that caused by the inclusion in the primer layer surface structure is maintained. For example, this is about the composition and Size of the starting substances as well as the admixing of solvents guaranteed on the one hand a uniformly thick Wetting of the previously formed layer is achieved while a melt away the applied layer does not take place during annealing or drying.
Bezüglich der Antihaftbeschichtung, der Beschichtung von Werkzeugen oder Substraten mit der Antihaftbeschichtung und der Bereitstellung von Ausgangsgemischen zur Herstellung der Bestandteile der Antihaftbeschichtung trifft das oben Gesagte entsprechend zu.Regarding the Non-stick coating, the coating of tools or substrates with the non-stick coating and the provision of starting mixtures for the preparation of the components of the non-stick coating the above.
Anhand von Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:Based Figures become embodiments closer to the invention explained. Show it:
Wie
in
Auf
dem Vorprimer
Dauer
und Temperatur von ggf. durchgeführten
thermischen Behandlungen (siehe unten) des Hauptprimers
In
weiterer, nicht dargestellter Ausführung kann die Vorprimerschicht
In
dem in
In
weiterer, nicht dargestellter Ausführung kann die Zwischendeckschicht
Beim
Grundverfahren der
Anschließend wird
auf den Hauptprimer
Auf
der rechten Seite der
Zusätzlich oder
alternativ kann nach dem Aufbringen des Hauptprimers
Die einzelnen Temperschritte liegen unterhalb von 300°C, vorteilhaft unterhalb 250 bzw. 230°C, so dass die Beschichtung neben Metall-, Keramik- und Glassubstraten auch für Kunststoffsubstrate geeignet ist. Die Sinter- bzw. Trocknungsdauer kann im Zeitbereich zwischen 20 und 40 Minuten liegen. Das Einsintern erfolgt beispielsweise bei 220°C für 25 Minuten. Das Zwischensintern/Trocknen kann ebenfalls bei 220°C für 25 Minuten erfolgen.The individual tempering steps are below 300 ° C, advantageous below 250 or 230 ° C, so that the coating next to metal, ceramic and glass substrates also for Plastic substrates is suitable. The sintering or drying time can be in the time range between 20 and 40 minutes. The Einsintern takes place for example at 220 ° C. for 25 Minutes. The intermediate sintering / drying can also be done at 220 ° C for 25 minutes respectively.
Das
Auftragen der Ausgangsgemische der einzelnen Schichten erfolgt beispielsweise
mittels Sprühen.
Auftragungsbedingt erfolgt die Verteilung der Partikel
Die
folgende Tabelle zeigt eine Beispielzusammensetzung für die einzelnen
Schichten, wobei der Vorprimer und/oder die Zwischendeckschicht
- – Gewichtsanteil ohne Berücksichtigung des variablen Lösungsmittelanteils
- – In Klammern vorteilhafte Werte
- - Weight fraction without consideration of the variable solvent content
- - In parentheses advantageous values
Der Anwendungsbereich der Antihaftschicht sind Werkzeuge, wie Walzen, Etikettierwalzen, Umlenkwalzen, Rollen, Trichter und Zufuhrrinnen, und andere Maschinenbauteile.Of the Scope of the non-stick coating are tools, such as rollers, Labeling rollers, guide rollers, rollers, funnels and feed channels, and other machine components.
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