DE102013015501B4

DE102013015501B4 - Enamel coating, enamel-coated substrate and manufacturing method thereof

Info

Publication number: DE102013015501B4
Application number: DE102013015501.0A
Authority: DE
Inventors: Benford jun. Albert L.; Andrew Gorecki; Louis John Gazo; Charles A. Baldwin
Original assignee: Ferro Corp
Current assignee: Vibrantz Corp
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2033-09-20
Also published as: DE102013015501A1

Abstract

Zusammensetzung, geeignet für die Bildung einer Email-Beschichtung, wobei die Zusammensetzung vor dem Brennen umfasst: (i) einen Glasbestandteil, umfassend: von 13,4 bis 14,8 Gew.-% Na2O, von 5,7 bis 7,4 Gew.-% K2O, von 0,2 bis 1,2 Gew.-% CaO, von 0,01 bis 0,3 Gew.-% SrO, von 1,6 bis 2,9 Gew.-% BaO, von 0,01 bis 0,7 Gew.-% MnO, von 0,01 bis 0,7 Gew.-% NiO, von 0,01 bis 0,3 Gew.-% CuO, von 18,2 bis 19,9 Gew.-% SiO2, von 3,2 bis 4,5 Gew.-% TiO2, von 9,5 bis 12 Gew.-% ZrO2, von 0,4 bis 1,3 Gew.-% Cr2O3, von 1,1 bis 2,3 Gew.-% Fe2O3, von 0,01 bis 0,4 Gew.-% Co3O4, von 0,01 bis 0,4 Gew.-% Y2O3, von 12,6 bis 13,8 Gew.-% Al2O3, von 22,4 bis 24,2 Gew.-% P2O5, von 0,01 bis 0,8 Gew.-% SO3, und von 0,8 bis 2 Gew.-% F, (ii) weniger als 0,25 Gew.-% Nickel, und (iii) 0,1–1,5 Gew.-% Pigment.A composition suitable for forming an enamel coating, said composition prior to firing comprising (i) a glass component comprising: from 13.4 to 14.8 wt% Na 2 O, from 5.7 to 7.4 wt % K2O, from 0.2 to 1.2% by weight CaO, from 0.01 to 0.3% by weight SrO, from 1.6 to 2.9% by weight BaO, from 0, From 01 to 0.7% by weight MnO, from 0.01 to 0.7% by weight NiO, from 0.01 to 0.3% by weight CuO, from 18.2 to 19.9% by weight. % SiO 2, from 3.2 to 4.5% by weight TiO 2, from 9.5 to 12% by weight ZrO 2, from 0.4 to 1.3% by weight Cr 2 O 3, from 1.1 to 2, 3% by weight Fe 2 O 3, from 0.01 to 0.4% by weight Co 3 O 4, from 0.01 to 0.4% by weight Y 2 O 3, from 12.6 to 13.8% by weight Al 2 O 3, of 22.4 to 24.2 wt .-% P2O5, from 0.01 to 0.8 wt .-% SO3, and from 0.8 to 2 wt .-% F, (ii) less than 0.25 wt. % Nickel, and (iii) 0.1-1.5 wt% pigment.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung stellt Emailzusammensetzungen und Grundmassenzusammensetzungen bereit. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung Zusammensetzungen für die Verwendung bei der Bildung einer säureresistenten und splitterbeständigen Emaildeckbeschichtung bereit, von der eingebrannte Nahrungsmittel ohne Notwendigkeit einer Pyrolyse oder von hochalkalischen Reinigungsmitteln entfernt werden können. Auch werden Verfahren zur Bildung der Emailbeschichtung, emailbeschichtete Substrate, Grundmassen- und Mehrschicht-beschichtete Substrate bereitgestellt. The present invention provides enamel compositions and matrix compositions. In particular, the present invention provides compositions for use in forming an acid resistant and shatter resistant enamel topcoat from which baked foods can be removed without the need for pyrolysis or high alkaline detergents. Also provided are methods of forming the enamel coating, email coated substrates, base and multilayer coated substrates.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION

Ein Ofen kann eines der am schwierigsten zu reinigenden Küchengeräte sein. Nahrungsmittel, die während dem Garen auf die Innenoberflächen eines Ofens spritzen, brennen gewöhnlich ein, was das Entfernen davon besonders schwierig macht. Wenn der Ofen nicht häufig gereinigt wird, kann die Menge an eingebrannten Nahrungsmitteln sehr schnell zunehmen, was somit die Schwierigkeiten beim Reinigen erhöht. An oven can be one of the most difficult to clean kitchen appliances. Foods that splash onto the interior surfaces of a stove during cooking usually burn, making removal particularly difficult. If the oven is not cleaned frequently, the amount of baked food can increase very quickly, thus increasing the difficulty of cleaning.

Beschichtungen, die für die Innenräume von Öfen verwendet werden, sind überwiegend eine der drei Arten: (1) selbstreinigende, pyrolytische Grundmassen, (2) nicht-selbstreinigende Grundmassen und (3) katalytisch kontinuierlich reinigbare Emails. Coatings used in the interiors of ovens are predominantly one of the three types: (1) self-cleaning, pyrolytic bases, (2) non-self-cleaning bases, and (3) catalytically continuously cleanable enamels.

Die erste Art an Beschichtungen, d.h. selbstreinigende, pyrolytische Grundmassen, ermöglichen, dass Nahrungsmittelreste durch Aussetzen an Temperaturen zwischen etwa 455 und 538°C (850 und 1000°F) zu Asche reduziert werden. Allerdings gibt es im Zusammenhang mit dem Aufheizen der Ofenbeschichtungen auf solche Temperaturen mehrere Bedenken. Zunächst werden hohe Temperaturen erfordert, die eine zusätzliche Isolierung um die Ofenkammer und Sicherheitsverriegelungen für den Ofenbetrieb erfordern. Zweitens erfordert das Erzeugen solch hoher Temperaturen relativ hohe Mengen beim Energieverbrauch. Drittens bestehen in Abhängigkeit von den Materialien, die solch hohen Temperaturen ausgesetzt werden, Bedenken bezüglich der möglichen Freisetzung von toxischen Dämpfen. Viertens dauert der Reinigungszyklus, der im Zusammenhang mit diesen Beschichtungen verwendet wird, bis zu drei Stunden und vermindert möglicherweise die gesamte Betriebsdauer des Ofens. Darüber hinaus enthalten solche Emailbeschichtungen, um mehreren Reinigungszyklen standzuhalten, im Allgemeinen harte, chemisch resistente Fritten, die ohne Hochtemperaturaussetzung von Natur aus geringe Freisetzungseigenschaften aufweisen, wodurch die Schwierigkeit beim Entfernen von eingebackenen Rückständen erhöht wird. The first type of coatings, i. Self-cleaning, pyrolytic bases allow food residues to be reduced to ashes by exposure to temperatures between about 455 and 538 ° C (850 and 1000 ° F). However, there are several concerns associated with heating the oven coatings to such temperatures. First, high temperatures are required which require additional insulation around the furnace chamber and safety interlocks for furnace operation. Second, generating such high temperatures requires relatively high amounts of energy consumption. Third, there are concerns about the potential release of toxic fumes, depending on the materials exposed to such high temperatures. Fourth, the cleaning cycle used in conjunction with these coatings lasts up to three hours and may reduce the overall service life of the furnace. In addition, in order to withstand multiple cycles of cleaning, such enamel coatings generally contain hard, chemically resistant frits which have inherently low release properties without high temperature exposure, thereby increasing the difficulty in removing baked residue.

Die zweite Art an Beschichtung, d.h. nicht-selbstreinigende Grundmassen, erfordern signifikante Reinigungsbemühungen durch den Verbraucher und/oder aggressive, alkalisch verseifende Reinigungsmittel, welche einen pH-Wert von etwa 14 aufweisen. Wie es erkennbar ist, bestehen bei der Verwendung, Handhabung und der Lagerung solcher starker und oft toxischer Reinigungsmittel signifikante Sicherheitsbedenken. Zusätzlich kann die Herstellung von verschiedenen Ofenmodellen jeweils mit möglicherweise verschiedenen inneren Beschichtungen die Herstellungskomplexität und somit die Kosten erhöhen. Um Haushaltsgeräte zu geringeren Kosten bereitzustellen, verwenden Originalgerätehersteller (OEMs) im Allgemeinen das gleiche pyrolytische Email, wie es bei selbstreinigenden Öfen verwendet wird, rüsten aber den Ofen nicht mit einem Selbstreinigungszyklus aus. Somit verwenden, obwohl es ausreichend ist, viele Öfen, wie solche, denen ein Selbstreinigungszyklus fehlt, Beschichtungen, die für den Ofen nicht optimal ausgestaltet sind. The second type of coating, i. non-self-cleaning base stocks require significant consumer cleaning efforts and / or aggressive, alkaline saponifying cleaners having a pH of about 14. As can be seen, there are significant safety concerns with the use, handling and storage of such strong and often toxic detergents. Additionally, producing different furnace models, each with possibly different internal coatings, can increase manufacturing complexity and hence cost. To provide home appliances at a lower cost, original equipment manufacturers (OEMs) generally use the same pyrolytic enamel used in self-cleaning ovens, but do not equip the oven with a self-cleaning cycle. Thus, while sufficient, many ovens, such as those lacking a self-cleaning cycle, use coatings that are not optimally designed for the oven.

Die dritte Art der Beschichtung, d.h. katalytisch kontinuierlich reinigbare Emails brennen mit einer porösen Mikrostruktur, was die Reduzierung von Nahrungsmittelrückstand zu Asche bei normalen Gartemperaturen ermöglicht. Obwohl diese Beschichtungen in vielerlei Hinsicht zufrieden stellend sind, werden sie in Nordamerika zum Großteil nicht verwendet, obwohl sie auf anderen Märkten noch in der Verwendung sind. The third type of coating, i. Catalytically continuously cleanable enamels burn with a porous microstructure, allowing the reduction of food residue to ashes at normal cooking temperatures. Although these coatings are satisfactory in many respects, they are largely not used in North America, although they are still in use in other markets.

Die Patentliteratur hat Emaildeckbeschichtungen beschrieben. US-Patent 7,005,396 beschreibt Emailformulierungen, die Mischungen aus einer alkalischen Aluminophosphatfritte mit geringem Erweichungspunkt mit einer Zirkoniumphosphatfritte mit einem hohen Erweichungspunkt umfassen. Die weiche Fritte fluxt die harte Fritte, was eine Verarbeitbarkeit innerhalb typischer Ofenemail-Brennbedingungen von 827 bis 871°C (1.520 bis 1.600°F) erzeugt. Die gebrannte Beschichtung verliert beim Aussetzen an eine feuchte Umgebung eingebrannte Nahrungsmittel. Es wird angenommen, dass der Schmutzfreisetzungsmechanismus auf relativ schwach gebundenes, an der Oberfläche absorbiertes Wasser anstelle der signifikant stärkeren Bindungen zurückzuführen ist, die auf der anderen Seite bei herkömmlichen Emails auftreten. Wenn auf eine Ofenkammer angewendet, erzeugt diese Oberfläche eine vierte Möglichkeit zum Schmutzentfernen durch relativ kurzes Aussetzen an Wasser oder Dampf bei viel geringeren Temperaturen als die, die bei den pyrolytischen Emails verwendet werden und ohne die Verwendung eines aggressiven, alkalischen Reinigungsmittels. The patent literature has described enamel topcoats. U.S. Patent 7,005,396 describes enamel formulations comprising blends of a low softening point alkaline aluminophosphate frit with a high softening point zirconium phosphate frit. The soft frit floats the hard frit, producing processability within typical furnace enamel firing conditions of 827 to 871 ° C (1520 to 1600 ° F). The fired coating loses on exposure to a humid environment baked food. It is believed that the soil release mechanism is due to relatively weakly bonded, surface-absorbed water instead of the significantly stronger bonds that occur on the other side in conventional enamels. If on one When applied to a furnace chamber, this surface provides a fourth potential for debris removal by relatively brief exposure to water or steam at much lower temperatures than those used in pyrolytic enamels and without the use of an aggressive, alkaline cleaning agent.

Allerdings weisen die Gläser, die in dem US-Patent 7,005,396 diskutiert werden, bestimmte Eigenschaften auf, die deren Verwendung bei Ofenanwendungen unter Verwendung von Grundmassen ausschließen, oder die es ihnen schwierig machen, mit elektrostatischen Trockenverfahren an Ofenoberflächen aufgebracht zu werden. Die thermische Expansion der Gläser ist relativ zu den Grundmassen, die typischerweise bei Öfen verwendet werden, zu hoch. Dieser Unterschied bei den thermischen Expansionseigenschaften würde zu einer Rissbildung oder anderen Verbiegungen in einer Ofenbeschichtung unter Verwendung solcher Gläser führen. Zusätzlich ist die Glasübergangstemperatur des Glases unter 750°F (400°C). Bei Öfen mit nicht sichtbarem Backelement, bei dem ein Ofenboden das Heizelement bedeckt, kann der Boden diese Temperaturen übersteigen. Nahrungsmittel, die oberhalb der Glastemperatur eingebrannt sind, würden somit nicht notwendigerweise beim Aussetzen an Feuchtigkeit freigesetzt werden. Wie für ihre Anwendungseigenschaften würden eine weiche und harte Fritte mit gemahlenen, zugegebenen Ausgangsmaterialien, die in diesem Patent beschrieben sind, bei einer Rückführung durch eine automatische Beschichtungskabine zu einer Abtrennung tendieren, und somit beeinträchtigt diese Eigenschaft die Anwendung der Glasmischung mittels Aufsprühen. Die US 2011/0262758 A1 beschreibt eine Zusammensetzung, geeignet für die Bildung einer Email-Beschichtung, wobei die Zusammensetzung vor dem Brennen umfasst: einen Glasbestandteil, umfassend: von etwa 10,0 % bis etwa 20,0 % von wenigstens einem R₂O, von etwa 2,7 % bis etwa 3,3 % von wenigstens einem RO, von etwa 0,6 % bis etwa 2,8 % von wenigstens einem MO, von etwa 15,1 % bis etwa 17,6 % von wenigstens einem MO₂, von etwa 0,1 % bis etwa 6,3 % von wenigstens einem M₂O₃, von etwa 19,3 % bis etwa 20,7 % von Al₂O₃, von etwa 10,8 % bis etwa 11,8 % von SiO₂, von etwa 29,2 % bis etwa 31,3 % von P₂O₅, und eine wirksame Menge von einem Additiv; wobei R₂O ein Alkalioxid ist, RO ist ein Erdalkalioxid und MO, MO₂ und M₂O₃ Übergangsmetalloxide sind. However, the glasses that are in the U.S. Patent 7,005,396 are discussed, have certain properties that preclude their use in furnace applications using base stocks, or that make them difficult to apply to oven surfaces by electrostatic dry methods. Thermal expansion of the glasses is too high relative to the base masses typically used in ovens. This difference in thermal expansion properties would result in cracking or other distortions in a furnace coating using such glasses. In addition, the glass transition temperature of the glass is below 750 ° F (400 ° C). In ovens with an invisible baking element, where a bottom of the oven covers the heating element, the floor may exceed these temperatures. Thus, foods baked above the glass transition temperature would not necessarily be released upon exposure to moisture. As for their application properties, a soft and hard frit with ground, added starting materials described in this patent would tend to separate on return through an automatic coating booth, and thus this property affects the application of the glass composition by spraying. The US 2011/0262758 A1 describes a composition suitable for forming an enamel coating, the composition before firing comprising: a glass component comprising: from about 10.0% to about 20.0% of at least one R ₂ O, of about 2.7 % to about 3.3% of at least one RO, from about 0.6% to about 2.8% of at least one MO, from about 15.1% to about 17.6% of at least one MO ₂ , from about zero From about 1% to about 6.3% of at least one M ₂ O ₃ , from about 19.3% to about 20.7% of Al ₂ O ₃ , from about 10.8% to about 11.8% of SiO ₂ from about 29.2% to about 31.3% of P ₂ O ₅ , and an effective amount of an additive; wherein R ₂ O is an alkali oxide, RO is an alkaline earth oxide and MO, MO ₂ and M ₂ O _{3 are} transition metal oxides.

Dementsprechend besteht ein Bedarf an einer Zusammensetzung, die auf die inneren Oberflächen von Ofenkammern aufgebracht werden kann, und an anderen Gegenständen, von denen eingebrannte Nahrungsmittel ohne Notwendigkeit einer Pyrolyse oder von hochalkalischen Reinigungsmitteln entfernt werden können. Accordingly, there is a need for a composition that can be applied to the interior surfaces of oven chambers and other articles from which baked foods can be removed without the need for pyrolysis or high alkaline detergents.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION

Die Schwierigkeiten und Nachteile im Zusammenhang mit bis dahin bekannten Systemen werden in den vorliegenden Zusammensetzungen, Verfahren und beschichteten Substraten, die Emaildeckbeschichtungen und Grundmassen involvieren, die ermöglichen, dass eingebrannte Nahrungsmittel leicht entfernt werden, angesprochen. The difficulties and disadvantages associated with heretofore known systems are addressed in the present compositions, methods, and coated substrates that include enamel topcoats and base stocks that allow baked foods to be easily removed.

Die Zusammensetzungen der Erfindung können in einem breiten Farbenbereich hergestellt werden, jedoch wird verkohlter Nahrungsmittelschmutz eine heller gefärbte Beschichtung beschmutzen. Um das Erscheinungsbild von Flecken zu vermindern, sollte die Farbe des Porzellanemails relativ dunkel sein. Der Hunter-L-Farbwert sollte unter 30, vorzugsweise unter 25, stärker bevorzugt unter 20 und noch stärker bevorzugt unter 15 liegen. The compositions of the invention can be made in a wide range of colors, but charred food soils will soil a lighter colored coating. To reduce the appearance of stains, the color of the porcelain enamel should be relatively dark. The Hunter L color value should be less than 30, preferably less than 25, more preferably less than 20, and even more preferably less than 15.

Die Erfinder haben festgestellt, dass, während Nickel wirksam verwendet werden kann, um die Farbe einzustellen, das Entfernen von Nickel die Probleme der Metallisierung um die Kanten eines Substrates, das mit der Emailzusammensetzung der Erfindung beschichtet ist, eliminiert. The inventors have found that while nickel can be effectively used to adjust the color, the removal of nickel eliminates the problems of metallization around the edges of a substrate coated with the enamel composition of the invention.

Gemischte Metalloxide, wie Kobaltoxid, Chromoxid, Kupferoxid und Manganoxid werden zu den erfindungsgemäßen Emails ohne Verwendung von Nickeloxid zugegeben, um die gewünschte Farbe, neutrales Grau, mit einem Hunter-L < 30 zu erhalten. Kobalt und Chrom stellen eine dunklere, noch neutralere Farbe dar. Insbesondere umfassen die Emailzusammensetzungen der Erfindung weniger als 2 Gew.-% Ni, vorzugsweise weniger als 1,5% Ni, stärker bevorzugt weniger als 1 Gew.-% Ni, noch stärker bevorzugt weniger als 0,5 Gew.-% Ni, sogar noch stärker bevorzugt weniger als 0,25 Gew.-% Ni, sogar noch stärker bevorzugt weniger als 0,2 Gew.-% Ni und noch stärker bevorzugt weniger als 0,1 Gew.-% Ni. Am stärksten bevorzugt sind die Zusammensetzungen der Erfindung nickelfrei. Mixed metal oxides such as cobalt oxide, chromium oxide, copper oxide and manganese oxide are added to the enamels of the invention without the use of nickel oxide to obtain the desired color, neutral gray, with a Hunter L <30. Cobalt and chromium are a darker, more neutral color. In particular, the enamel compositions of the invention comprise less than 2% by weight Ni, preferably less than 1.5% Ni, more preferably less than 1% by weight Ni, even more preferably less than 0.5% by weight of Ni, even more preferably less than 0.25% by weight of Ni, even more preferably less than 0.2% by weight of Ni, and even more preferably less than 0.1% by weight .-% Ni. Most preferably, the compositions of the invention are nickel free.

Die Erfindung umfasst die nachfolgenden Gegenstände 1–12.

1. Zusammensetzung, geeignet für die Bildung einer Email-Beschichtung, wobei die Zusammensetzung vor dem Brennen umfasst: (i) einen Glasbestandteil, umfassend: von 13,4 bis 14,8 Gew.-% Na₂O, von 5,7 bis 7,4 Gew.-% K₂O, von 0,2 bis 1,2 Gew.-% CaO, von 0,01 bis 0,3 Gew.-% SrO, von 1,6 bis 2,9 Gew.-% BaO, von 0,01 bis 0,7 Gew.-% MnO, von 0,01 bis 0,7 Gew.-% NiO, von 0,01 bis 0,3 Gew.-% CuO, von 18,2 bis 19,9 Gew.-% SiO₂, von 3,2 bis 4,5 Gew.-% TiO₂, von 9,5 bis 12 Gew.-% ZrO₂, von 0,4 bis 1,3 Gew.-% Cr₂O₃, von 1,1 bis 2,3 Gew.-% Fe₂O₃, von 0,01 bis 0,4 Gew.-% Co₃O₄, von 0,01 bis 0,4 Gew.-% Y₂O₃, von 12,6 bis 13,8 Gew.-% Al₂O₃, von 22,4 bis 24,2 Gew.-% P₂O₅, von 0,01 bis 0,8 Gew.-% SO₃, und von 0,8 bis 2 Gew.-% F, (ii) weniger als 0,25 Gew.-% Nickel, und (iii) 0,1–1,5 Gew.-% Pigment.
2. Zusammensetzung nach Gegenstand 1, wobei vor dem Brennen die Zusammensetzung ferner zu 0,01–1 Gew.-% von wenigstens einem Organopolysiloxan umfasst.
3. Verfahren zum Bilden einer Email-Beschichtung auf einem Substrat, wobei das Verfahren umfasst (a) Bereitstellen eines Substrats (b) Bereitstellen einer Zusammensetzung, umfassend (i) einen Glasbestandteil, wobei der Glasbestandteil von 13,4 bis 14,8 Gew.-% Na₂O, von 5,7 bis 7,4 Gew.-% K₂O, von 0,2 bis 1,2 Gew.-% CaO, von 0,01 bis 0,3 Gew.-% SrO, von 1,6 bis 2,9 Gew.-% BaO, von 0,01 bis 0,7 Gew.-% MnO, von 0,01 bis 0,7 Gew.-% NiO, von 0,01 bis 0,3 Gew.-% CuO, von 18.2 bis 19.9 Gew.-% SiO₂, von 3,2 bis 4,5 Gew.-% TiO₂, von 9,5 bis 12 Gew.-% ZrO₂, von 0,4 bis 1,3 Gew.-% Cr₂O₃, von 1,1 bis 2,3 Gew.-% Fe₂O₃, von 0,01 bis 0,4 Gew.-% Co₃O₄, von 0,01 bis 0,4 Gew.-% Y₂O₃, von 12,6 bis 13,8 Gew.-% Al₂O₃, von 22,4 bis 24,2 Gew.-% P₂O₅, von 0,01 bis 0,8 Gew.-% SO₃, und von 0,8 bis 2 Gew.-% F, (ii) weniger als 0,25 Gew.-% Nickel, und (iii) 0,1–1,5 Gew.-% Pigment umfasst, (c) Abscheiden einer Schicht der Zusammensetzung auf das Substrat; und (d) Brennen der Schicht, um somit eine Email-Beschichtung auf dem Substrat zu bilden.
4. Verfahren nach Gegenstand 3, wobei das Brennen bei einer Temperatur von 770 °C bis 870 °C durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Gegenstand 4, wobei das Brennen für 2 bis 8 Minuten durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Gegenstand 4, wobei nach dem Bilden der Email-Beschichtung auf dem Substrat die Email-Beschichtung bei 93,33°C bis 260°C (200 bis 500 °F) für 1 bis 60 Stunden wärmebehandelt wird.
7. Email-beschichtetes Substrat, wobei die Email-Beschichtung eine Zusammensetzung vor dem Brennen aufweist, die umfasst: (i) einen Glasbestandteil, wobei der Glasbestandteil von 13,4 bis 14,8 Gew.-% Na₂O, von 5,7 bis 7,4 Gew.-% K₂O, von 0,2 bis 1,2 Gew.-% CaO, von 0,01 bis 0,3 Gew.-% SrO, von 1,6 bis 2,9 Gew.-% BaO, von 0,01 bis 0,7 Gew.-% MnO, von 0,01 bis 0,7 Gew.-% NiO, von 0,01 bis 0,3 Gew.-% CuO, von 18,2 bis 19,9 Gew.-% SiO₂, von 3,2 bis 4,5 Gew.-% TiO₂, von 9,5 bis 12 Gew.-% ZrO₂, von 0,4 bis 1,3 Gew.-% Cr₂O₃, von 1,1 bis 2,3 Gew.-% Fe₂O₃, von 0,01 bis 0,4 Gew.-% Co₃O₄, von 0,01 bis 0,4 Gew.-% Y₂O₃, von 12,6 bis 13,8 Gew.-% Al₂O₃, von 22,4 bis 24,2 Gew.-% P₂O₅, von 0,01 bis 0,8 Gew.-% SO₃, und von 0,8 bis 2 Gew.-% F, umfasst.
8. Email-beschichtetes Substrat nach Gegenstand 7, wobei das Substrat aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Stahl und Aluminium besteht.
9. Verfahren zum Erhalten einer gebrannten Beschichtung, umfassend: (a) Aufbringen einer Zusammensetzung auf ein Substrat, umfassend einen Glasbestandteil, umfassend: von 13,4 bis 14,8 Gew.-% Na₂O, von 5,7 bis 7,4 Gew.-% K₂O, von 0,2 bis 1,2 Gew.-% CaO, von 0,01 bis 0,3 Gew.-% SrO, von 1,6 bis 2,9 Gew.-% BaO, von 0,01 bis 0,7 Gew.-% MnO, von 0,01 bis 0,7 Gew.-% NiO, von 0,01 bis 0,3 Gew.-% CuO, von 18,2 bis 19,9 Gew.-% SiO₂, von 3,2 bis 4,5 Gew.-% TiO₂, von 9,5 bis 12 Gew.-% ZrO₂, von 0,4 bis 1,3 Gew.-% Cr₂O₃, von 1,1 bis 2,3 Gew.-% Fe₂O₃, von 0,01 bis 0,4 Gew.-% Co₃O₄, von 0,01 bis 0,4 Gew.-% Y₂O₃, von 12,6 bis 13,8 Gew.-% Al₂O₃, von 22,4 bis 24,2 Gew.-% P₂O₅, von 0,01 bis 0,8 Gew.-% SO₃, und von 0,8 bis 2 Gew.-% F, und (b) Brennen der Zusammensetzung zum Aufschmelzen davon auf das Substrat.
10. Verfahren zum Emaillieren eines Substrats, umfassend: (a) Aufbringen einer Grundmasse einer Emailzusammensetzung auf ein Substrat, um ein beschichtetes Substrat zu bilden, (b) Brennen, um die Grundmassenzusammensetzung auf das Substrat aufzuschmelzen, wobei eine aufgeschmolzene Grundmasse gebildet wird, (c) Aufbringen einer Deckschicht einer Emailzusammensetzung nach Gegenstand 1 auf die aufgeschmolzene Grundmasse, (d) Brennen, um die Deckschichtzusammensetzung aufzuschmelzen, um eine aufgeschmolzene Deckschicht zu bilden.
11. Verfahren nach Gegenstand 10, wobei die Grundmasse der Emailzusammensetzung und die Deckschicht-Emailzusammensetzung beide in einem trockenen Zustand aufgebracht werden.
12. Verfahren nach Gegenstand 11, ferner umfassend die Wärmebehandlung der aufgeschmolzenen Grundmasse und der aufgeschmolzenen Deckschicht bei 93,33°C bis 260°C (200 bis 500 °F) für 1 bis 60 Stunden.

The invention comprises the following items 1-12.

A composition suitable for forming an enamel coating, said composition prior to firing comprising (i) a glass component comprising: from 13.4 to 14.8 weight percent Na ₂ O, from 5.7 to 7.4 wt.% K ₂ O, from 0.2 to 1.2 wt.% CaO, from 0.01 to 0.3 wt.% SrO, from 1.6 to 2.9 wt. % BaO, from 0.01 to 0.7 wt% MnO, from 0.01 to 0.7 wt% NiO, from 0.01 to 0.3 wt% CuO, from 18.2 to 19.9% by weight SiO ₂ , from 3.2 to 4.5% by weight TiO ₂ , from 9.5 to 12% by weight ZrO ₂ , from 0.4 to 1.3% by weight Cr ₂ O ₃ , from 1.1 to 2.3 wt.% Fe ₂ O ₃ , from 0.01 to 0.4 wt.% Co ₃ O ₄ , from 0.01 to 0.4 wt. % Y ₂ O ₃ , from 12.6 to 13.8 wt.% Al ₂ O ₃ , from 22.4 to 24.2 wt.% P ₂ O ₅ , from 0.01 to 0.8 wt. -% SO ₃ , and from 0.8 to 2 wt .-% F, (ii) less than 0.25 wt .-% nickel, and (iii) 0.1-1.5 wt .-% pigment.
2. The composition of item 1 wherein, prior to firing, the composition further comprises 0.01-1 wt% of at least one organopolysiloxane.
3. A method of forming an enamel coating on a substrate, the method comprising (a) providing a substrate; (b) providing a composition comprising (i) a glass component, wherein the glass component is from 13.4 to 14.8 wt. % Na ₂ O, from 5.7 to 7.4% by weight K ₂ O, from 0.2 to 1.2% by weight CaO, from 0.01 to 0.3% by weight SrO, from 1.6 to 2.9 wt.% BaO, from 0.01 to 0.7 wt.% MnO, from 0.01 to 0.7 wt.% NiO, from 0.01 to 0.3 Wt .-% CuO, from 18.2 to 19.9 wt .-% SiO ₂ , from 3.2 to 4.5 wt .-% TiO ₂ , from 9.5 to 12 wt .-% ZrO ₂ , from 0.4 to 1.3% by weight Cr ₂ O ₃ , from 1.1 to 2.3% by weight Fe ₂ O ₃ , from 0.01 to 0.4% by weight Co ₃ O ₄ , of 0.01 up to 0.4% by weight Y ₂ O ₃ , from 12.6 to 13.8% by weight Al ₂ O ₃ , from 22.4 to 24.2% by weight P ₂ O ₅ , from 0, From 01 to 0.8% by weight of SO ₃ , and from 0.8 to 2% by weight of F, (ii) less than 0.25% by weight of nickel, and (iii) from 0.1 to 1.5 Wt% pigment comprises, (c) depositing a layer of the composition onto the substrate; and (d) firing the layer so as to form an enamel coating on the substrate.
4. The method of item 3, wherein the firing is carried out at a temperature of 770 ° C to 870 ° C.
5. The method of item 4, wherein the firing is carried out for 2 to 8 minutes.
6. The method of item 4, wherein after forming the enamel coating on the substrate, the enamel coating is heat treated at 93.33 ° C to 260 ° C (200 to 500 ° F) for 1 to 60 hours.
An enamel-coated substrate, wherein the enamel coating has a pre-baked composition comprising: (i) a glass component, wherein the glass component comprises from 13.4 to 14.8% by weight of Na ₂ O, of 5, 7 to 7.4 wt .-% K ₂ O, from 0.2 to 1.2 wt .-% CaO, from 0.01 to 0.3 wt .-% SrO, from 1.6 to 2.9 wt % BaO, from 0.01 to 0.7% by weight MnO, from 0.01 to 0.7% by weight NiO, from 0.01 to 0.3% by weight CuO, from 18, 2 to 19.9% by weight SiO ₂ , from 3.2 to 4.5% by weight TiO ₂ , from 9.5 to 12% by weight ZrO ₂ , from 0.4 to 1.3% by weight. -% Cr ₂ O ₃ , from 1.1 to 2.3 wt .-% Fe ₂ O ₃ , from 0.01 to 0.4 wt .-% Co ₃ O ₄ , from 0.01 to 0.4 wt % Y ₂ O ₃ , from 12.6 to 13.8% by weight Al ₂ O ₃ , from 22.4 to 24.2% by weight P ₂ O ₅ , from 0.01 to 0.8 Wt .-% SO ₃ , and from 0.8 to 2 wt .-% F comprises.
The enamel-coated substrate of item 7, wherein the substrate is selected from the group consisting of steel and aluminum.
9. A method of obtaining a fired coating, comprising: (a) applying a composition to a substrate comprising a glass component comprising: from 13.4 to 14.8 wt% Na ₂ O, from 5.7 to 7, 4 wt .-% K ₂ O, from 0.2 to 1.2 wt .-% CaO, from 0.01 to 0.3 wt .-% SrO, from 1.6 to 2.9 wt .-% BaO , from 0.01 to 0.7% by weight MnO, from 0.01 to 0.7% by weight NiO, from 0.01 to 0.3% by weight CuO, from 18.2 to 19, 9% by weight SiO ₂ , from 3.2 to 4.5% by weight TiO ₂ , from 9.5 to 12% by weight ZrO ₂ , from 0.4 to 1.3% by weight Cr ₂ O ₃ , from 1.1 to 2.3 wt .-% Fe ₂ O ₃ , from 0.01 to 0.4 wt .-% Co ₃ O ₄ , from 0.01 to 0.4 wt .-% Y ₂ O ₃ , from 12.6 to 13.8% by weight Al ₂ O ₃ , from 22.4 to 24.2% by weight P ₂ O ₅ , from 0.01 to 0.8% by weight SO ₃ , and from 0.8 to 2 wt% F; and (b) firing the composition to melt it on the substrate.
A process for enamelling a substrate comprising: (a) applying a matrix of an enamel composition to a substrate to form a coated substrate; (b) firing to melt the base composition onto the substrate to form a molten matrix; c) applying a topcoat of an enamel composition according to item 1 to the molten matrix; (d) firing to melt the topcoat composition to form a melted topcoat.
11. The method of item 10, wherein the matrix of the enamel composition and the topcoat enamel composition are both applied in a dry state.
12. The method of item 11, further comprising heat treating the molten matrix and the melted topcoat at 93.33 ° C to 260 ° C (200 to 500 ° F) for 1 to 60 hours.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Emaillieren eines Substrats, umfassend: (a) Aufbringen einer Grundmasse einer Emailzusammensetzung auf ein Substrat, um ein beschichtetes Substrat zu bilden, (b) Brennen, um die Grundmassenzusammensetzung auf das Substrat aufzuschmelzen, wodurch eine aufgeschmolzene Grundmasse gebildet wird, (c) Aufbringen einer Deckschicht einer Emailzusammensetzung auf die aufgeschmolzene Grundmasse, (d) Brennen, um die Deckschichtzusammensetzung aufzuschmelzen, um eine aufgeschmolzene Deckbeschichtung zu bilden. Irgendeine entsprechende Grundmasse und Deckschicht, die hierin offenbart sind, können in den Verfahren von diesem Abschnitt verwendet werden. One embodiment of the invention is a process for enamelling a substrate, comprising: (a) applying a matrix of an enamel composition to a substrate to form a coated substrate; (b) firing to melt the base composition onto the substrate, thereby forming a molten matrix (c) applying a topcoat of enamel composition to the molten matrix; (d) firing to reflow the topcoat composition to form a melted topcoat. Any corresponding matrix and topcoat disclosed herein may be used in the methods of this section.

Wie es realisiert werden wird, umfasst die Erfindung andere und verschiedene Ausführungsformen und deren zahlreichen Details sind zu Modifikationen in vielerlei Hinsicht befähigt, ohne von der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend wird die Beschreibung als veranschaulichend und nicht als einschränkend betrachtet. As will be realized, the invention includes other and different embodiments, and the numerous details of which are capable of modification in many ways without departing from the invention. Accordingly, the description is considered to be illustrative and not restrictive.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

Die vorliegende Erfindung stellt Zusammensetzungen für die Verwendung bei der Bildung einer Emaildeckbeschichtung bereit, von der eingebrannte Nahrungsmittel ohne Notwendigkeit einer Pyrolyse oder von hochalkalischen Reinigungsmitteln entfernt werden können. Die unter Verwendung der Zusammensetzungen gemäß der Erfindung hergestellte Emaildeckbeschichtung zeigt kein Absplittern oder andere Oberflächendefekte nach dem Reinigen und Entfernen von eingebrannten Nahrungsmitteln. Erfindungsgemäße beschichtete Substrate zeigen herausragende Nahrungsmittelentfernungseigenschaften und erfordern keine Pyrolyse oder die Verwendung von ätzenden Reinigungsmitteln. Die vorliegende Erfindung stellt auch Zusammensetzungen für die Verwendung bei der Bildung von Grundbeschichtungen oder „Grundmassen“ auf Substrate bereit, und bei denen die Beschichtungen zur Aufnahme der Emaildeckbeschichtungen, die hierin beschrieben sind, gut geeignet sind. The present invention provides compositions for use in the formation of an enamel finish coating from which baked foods can be removed without the need for pyrolysis or high alkaline detergents. The enamel topcoat prepared using the compositions of the invention shows no chipping or other surface defects after cleaning and removing baked foods. Coated substrates according to the invention exhibit outstanding food removal properties and do not require pyrolysis or the use of corrosive detergents. The present invention also provides compositions for use in forming basecoats or "base stocks" on substrates, and in which the coatings for receiving the enamel topcoats described herein are well suited.

Emailzusammensetzungen Email compositions

Die Emailzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise in Form eines trockenen Pulvers bereitgestellt. Dies fördert die Lagerung und ermöglicht, dass die Zusammensetzung auf Substrate durch bekannte Pulverbeschichtungsverfahren aufgebracht wird. Allerdings können die Zusammensetzungen auch in einem Nass-Zustand, wie eine Aufschlämmung auf Wasserbasis, bereitgestellt und aufgebracht werden. Die Emailzusammensetzungen der Erfindung umfassen einen Glasbestandteil umfassend Na₂O, K₂O, CaO, SrO, BaO, MnO, NiO, CuO, SiO₂, TiO₂, ZrO₂, Cr₂O₃, Fe₂O₃, Co₃O₄, Y₂O₃, Al₂O₃, P₂O₅, SO₃, und F, weniger als 0,25 Gew.-% Nickel, und Pigment. The enamel compositions of the present invention are preferably provided in the form of a dry powder. This promotes storage and allows the composition to be applied to substrates by known powder coating techniques. However, the compositions may also be provided and applied in a wet state, such as a water-based slurry. The enamel compositions of the invention comprise a glass component comprising Na ₂ O, K ₂ O, CaO, SrO, BaO, MnO, NiO, CuO, SiO ₂ , TiO ₂ , ZrO ₂ , Cr ₂ O ₃ , Fe ₂ O ₃ , Co ₃ O ₄ , Y ₂ O ₃ , Al ₂ O ₃ , P ₂ O ₅ , SO ₃ , and F, less than 0.25 weight percent nickel, and pigment.

In der Tabelle werden Zusammensetzungen G bereitgestellt. Tabelle G Bestandteil Am stärksten bevorzugter Bereich G Bevorzugter Bereich G Typischer Bereich G Na₂O 14,01–14,53 13,69–14,61 13,4–14,8 Al₂O₃ 12,95–13,45 12,72–13,59 12,6–13,8 SiO₂ 18,65–19,35 18,42–19,66 18,2–19,9 P₂O₅ 23,11–23,79 22,87–24,07 22,4–24,2 SO₃ 0,01–0,25 0,01–0,50 0,01–0,8 K₂O 6,27–6,93 6,02–7,15 5,7–7,4 CaO 0,48–0,91 0,37–1,03 0,2–1,20 TiO₂ 3,58–4,01 3,37–4,23 3,2–4,5 Cr₂O₃ 0,64–0,98 0,55–1,09 0,4–1,3 MnO 0,05–0,39 0,01–0,54 0,01–0,70 Fe₂O₃ 1,48–1,94 1,25–2,12 1,1–2,3 Co₃O₄ 0,01–0,15 0,01–0,25 0,01–0,4 NiO 0,05–0,35 0,01–0,51 0,01–0,7 CuO 0,07–0,20 0,01–0,25 0,01–0,3 SrO 0,01–0,10 0,01–0,20 0,01–0,3 Y₂O₃ 0,03–0,15 0,01–0,21 0,01–0,4 ZrO₂ 11,10–11,59 9,87–11,82 9,5–12,0 BaO 2,01–2,59 1,87–2,77 1,6–2,9 F 1,27–1,76 1,14–1,85 0,8–2,0 In the table compositions G are provided. Table G component Most preferred range G Preferred range G Typical area G Na ₂ O 14.01 to 14.53 13.69 to 14.61 13.4 to 14.8 Al ₂ O ₃ 12.95 to 13.45 12.72 to 13.59 12.6 to 13.8 SiO ₂ 18.65 to 19.35 18.42 to 19.66 18.2 to 19.9 P ₂ O ₅ 23.11 to 23.79 22.87 to 24.07 22.4 to 24.2 SO ₃ 0.01-0.25 0.01-0.50 0.01-0.8 K ₂ O 6.27 to 6.93 6.02 to 7.15 5.7 to 7.4 CaO .48 to .91 0.37 to 1.03 0.2 to 1.20 TiO ₂ 3.58 to 4.01 3.37 to 4.23 3.2-4.5 Cr ₂ O ₃ from 0.64 to 0.98 0.55 to 1.09 0.4-1.3 MnO 0.05 to 0.39 from 0.01 to 0.54 0.01 to 0.70 Fe ₂ O ₃ 1.48 to 1.94 1.25 to 2.12 1.1-2.3 Co ₃ O ₄ 0.01-0.15 0.01-0.25 0.01-0.4 NiO 0.05-0.35 0.01 to 0.51 0.01-0.7 CuO 0.07-0.20 0.01-0.25 0.01-0.3 SrO 0.01-0.10 0.01-0.20 0.01-0.3 Y ₂ O ₃ 0.03-0.15 0.01 to 0.21 0.01-0.4 ZrO ₂ 11.10 to 11.59 9.87 to 11.82 9.5-12.0 BaO 2.01 to 2.59 1.87 to 2.77 1.6 to 2.9 F 1.27 to 1.76 1.14 to 1.85 0.8-2.0

Die Glasfritten, die den Glasbestandteil der Zusammensetzungen gemäß der Erfindung umfassen, werden vorzugsweise vor der Anwendung gemahlen. Irgendeine der herkömmlichen Mahltechniken kann verwendet werden. Der Mahlfeinheitsgrad ist nicht kritisch, aber ein Feinheitsgrad von etwa 2 Gramm, der von einer 50 Gramm Probe unter Verwendung eines Siebs mit einer Maschenweite von 200 erhalten wird, wird derzeit als optimal betrachtet. Andere Teilchengrößeverteilungen können auch verwendet werden. Nach dem Mahlen kann es wünschenswert sein, die gemahlene Zusammensetzung einer Wärmenachbehandlung zu unterziehen, wie das Aussetzen an Temperaturen von etwa 93°C (200 °F) für etwa 18 Stunden. Im weiteren Sinne kann die Wärmebehandlung nach dem Brennen vollzogen werden und kann bei 25°C bis 260°C (70°F bis 500°F) für 1 bis 50 Stunden, vorzugsweise 2 bis 25 Stunden, durchgeführt werden. The glass frits comprising the glass component of the compositions according to the invention are preferably ground before use. Any of the conventional milling techniques may be used. The degree of fineness is not critical, but a fineness of about 2 grams obtained from a 50 gram sample using a 200 mesh screen is currently considered optimal. Other particle size distributions may also be used. After milling, it may be desirable to subject the milled composition to post-heat treatment, such as exposure to temperatures of about 93 ° C (200 ° F) for about 18 hours. In a broader sense, the heat treatment may be performed after firing and may be carried out at 25 ° C to 260 ° C (70 ° F to 500 ° F) for 1 to 50 hours, preferably 2 to 25 hours.

Es wäre wünschenswert, dass die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ferner bis zu etwa 20 Gew.-% ein oder mehrerer Mahlzusätze umfassen können. Geeignete Mahlzusätze schließen beispielsweise Ton, Bentonit, Magnesiumcarbonat, Kaliumnitrat, Natriumaluminat, Borsäure und Pigmente ein. Anorganische Materialien, wie Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Metaphosphat, Spodumen und Feldspat können auch zu der Zusammensetzung zugegeben werden, um die Struktur und/oder die Rauigkeit des gebrannten Emails einzustellen. It would be desirable for the compositions of the invention to further comprise up to about 20% by weight of one or more grinding additives. Suitable grinding additives include, for example, clay, bentonite, magnesium carbonate, potassium nitrate, sodium aluminate, boric acid and pigments. Inorganic materials such as zirconia, alumina, alumina metaphosphate, spodumene and feldspar may also be added to the composition to adjust the structure and / or roughness of the fired enamel.

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind für die Verwendung als eine Deckbeschichtung vorgesehen. Die Zusammensetzungen können wie irgendwelche der bekannten Deckbeschichtungsemails für die Verwendung auf Stahlblech aufgebracht werden. Beispielsweise können die Zusammensetzungen direkt auf gebeizten, nickelbeschichteten Stahl aufgebracht werden. Die Zusammensetzungen können auf Aluminiumsubstrate aufgebracht werden. Die Zusammensetzungen können unter Verwendung von bekannten Zweischicht/Zweibrennverfahren auf gebrannte Emailgrundmassensubstrate aufgebracht werden. Und die Zusammensetzungen können auf nicht gebrannte Grundmassen unter Verwendung von irgendwelchen der bekannten Zweischicht/Einbrennverfahren (z.B. nass/nass, nass/trocken und trocken/trocken) aufgebracht werden. The compositions of the invention are intended for use as a topcoat. The compositions, like any of the known topcoat enamels, can be applied to steel sheet for use. For example, the compositions may be applied directly to pickled nickel coated steel. The compositions can be applied to aluminum substrates. The compositions can be applied to fired enamel base substrates using known two-layer / two-burn techniques. And the compositions can be applied to unfired base stocks using any of the known two-coat / stoving methods (e.g., wet / wet, wet / dry and dry / dry).

Zusammensetzungen der Grundmasse Compositions of the matrix

Die vorliegende Erfindung stellt auch verschiedene Zusammensetzungen der Grundmasse bereit. Diese Zusammensetzungen der Grundmasse umfassen im Allgemeinen einen Glasbestandteil und einen zusätzlichen Bestandteil. Es wurde festgestellt, dass diese Zusammensetzungen der Grundmasse insbesondere für die Verwendung mit den hierin beschriebenen Emailzusammensetzungen gut geeignet sind. Darüber hinaus ist es auch beabsichtigt, dass die verschiedenen Zusammensetzungen der Grundmasse zusammen mit ein oder mehreren anderen Deckschicht- oder Bedeckungsschichtformulierungen verwendet werden können. The present invention also provides various compositions of the matrix. These matrix compositions generally comprise a glass component and an additional component. It has been found that these compositions of the matrix are particularly well suited for use with the enamel compositions described herein. In addition, it is also contemplated that the various compositions of the matrix may be used in conjunction with one or more other topcoat or topcoat formulations.

Verfahren method

Die erfindungsgemäßen Emailzusammensetzungen können durch irgendeines der bekannten Nassaufbringungsverfahren, wie Sprühen, Eintauchen, Flutverfahren und Elektroabscheidung aufgebracht werden. Vorzugsweise werden die Zusammensetzungen vor dem Brennen getrocknet, wenn die Zusammensetzungen unter Verwendung eines Nassaufbringungsverfahrens aufgebracht werden. Das Trocknen wird typischerweise unter Verwendung von Wärmelampen vervollständigt. Die Trocknungszeit und die Temperatur sind nicht kritisch. Die Auftragsmenge der Zusammensetzungen durch Nassaufbringungsverfahren wird in Abhängigkeit von der gewünschten Dicke der entstandenen gebrannten Emaildeckschicht variieren. Beispielsweise kann eine gebrannte Emaildeckbeschichtung mit einer Dicke von etwa 140 mm erhalten werden, wenn die Auftragsmenge der nassen Emailzusammensetzung etwa 400 g/m² beträgt. The enamel compositions of the present invention can be applied by any of the known wet application methods, such as spraying, dipping, flooding, and electrodeposition. Preferably, the compositions are dried before firing when the compositions are applied using a wet application process. The drying is typically completed using heat lamps. Drying time and temperature are not critical. The application amount of the compositions by wet application method becomes dependent vary from the desired thickness of the resulting fired enamel topcoat. For example, a fired enamel topcoat having a thickness of about 140 mm can be obtained when the application amount of the wet enamel composition is about 400 g / m ² .

Die Emailzusammensetzungen können auch unter Verwendung von herkömmlichen elektrostatischen Trockenaufbringungsverfahren aufgebracht werden. In solchen Fällen wird typischerweise ein Organopolysiloxan zu den Zusammensetzungen zugegeben, um die elektrostatische Aufbringung zu erleichtern. Die Auftragsmenge der Zusammensetzungen durch elektrostatische Trockenverfahren wird zu einem breiten Bereich gemäß der gewünschten Dicke der entstandenen Emaildeckbeschichtung variieren. Typische Auftragsmengen sind von etwa 200 g/m² bis etwa 600 g/m². Mit anderen Worten kann das Organopolysiloxan zu der vorgebrannten Emailzusammensetzung der Erfindung in einer Menge von 0,01–1 Gew.-%, vorzugsweise 0,02–0.5 Gew.-%, stärker bevorzugt 0,03–0,4 Gew.-% und noch stärker bevorzugt 0,05–0,25 Gew.-% zugegeben werden. The enamel compositions can also be applied using conventional electrostatic dry coating techniques. In such cases, an organopolysiloxane is typically added to the compositions to facilitate electrostatic application. The application rate of the compositions by electrostatic dry methods will vary to a wide range according to the desired thickness of the resulting enamel topcoat. Typical application rates are from about 200 g / m ² to about 600 g / m ² . In other words, the organopolysiloxane can be added to the prefired enamel composition of the invention in an amount of 0.01-1 wt%, preferably 0.02-0.5 wt%, more preferably 0.03-0.4 wt%. and even more preferably 0.05-0.25% by weight.

Die Emailzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung werden typischerweise bei einer Temperatur von etwa 770°C bis etwa 870°C (1.420 bis etwa 1.600°F) für etwa 2 bis etwa 8 Minuten gebrannt. Stärker bevorzugt werden die Zusammensetzungen bei einer Temperatur von etwa 800°C bis etwa 850°C für etwa 3 bis etwa 6 Minuten gebrannt. Die optimalen Brennbedingungen sind 820°C für etwa 3,5 Minuten. Es ist wünschenswert, dass die Brennzeiten und die Temperaturen nicht kritisch sind und ein Bereich eines Brennplans verwendet werden kann. The enamel compositions of the present invention are typically fired at a temperature of from about 770 ° C to about 870 ° C (1420 to about 1600 ° F) for about 2 to about 8 minutes. More preferably, the compositions are fired at a temperature of from about 800 ° C to about 850 ° C for about 3 to about 6 minutes. The optimal firing conditions are 820 ° C for about 3.5 minutes. It is desirable that the firing times and temperatures are not critical and a range of firing schedule can be used.

Bei einem Brennen bilden die Emailzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung eine Emaildeckschicht, von der eingebrannte Nahrungsmittel ohne Notwendigkeit einer Pyrolyse oder von hochalkalischen Reinigungsmitteln entfernt werden können. Die Emailzusammensetzungen gemäß der Erfindung sind insbesondere für die Aufbringung auf die Innenoberflächen von Ofenkammern, Fettpfannen, Kochgeschirr und anderen Gegenständen, die dem Risiko einer eingebrannten Nahrungsmittelverschmutzung ausgesetzt sind, gut geeignet. Von den Zusammensetzungen wird auch erwartet, dass sie eine breite Anwendung in Mikrowellenöfen finden. Die gebrannten Emaildeckschichten können in einem breiten Farbbereich, einschließlich hellen Farben, wie Blau und Grün, hergestellt werden, indem die Pigmente, die als Mahlzusätze eingeschlossen sind, variiert werden. When fired, the enamel compositions of the present invention form an enamel topcoat from which baked foods can be removed without the need for pyrolysis or high alkaline cleaners. The enamel compositions according to the invention are particularly well suited for application to the interior surfaces of oven chambers, fat pans, cookware and other items which are at risk of burned food contamination. The compositions are also expected to find wide application in microwave ovens. The baked enamel topcoats can be made in a wide range of colors, including light colors such as blue and green, by varying the pigments included as milling additives.

Oxid (d.h. Pigmente) als Mahlzusatz kann auch zugegeben werden, beispielsweise Kobalt-Chromspinellschwarz. Dies vermindert auch den L-Farbwert der gebrannten Farbe. Allerdings führt eine übermäßige Zugabe von Oxid zu Sprühproblemen mit den Emails der Erfindung, die elektrostatisch trocken aufgebracht werden. Oxide (i.e., pigments) as a mill addition can also be added, for example, cobalt-chromium spin black. This also reduces the L color value of the fired paint. However, excessive addition of oxide results in spray problems with the enamels of the invention which are applied electrostatically dry.

Pigmente können in der vorgebrannten Zusammensetzung der Erfindung in einer Menge von 0,1–1,5 Gew.-%, stärker bevorzugt 0,25–1,25 Gew.-%, noch stärker bevorzugt 0,5–1 Gew.-% und am meisten bevorzugt etwa 1 Gew.-% eingeschlossen werden. Pigments may be used in the prefired composition of the invention in an amount of 0.1-1.5 wt.%, More preferably 0.25-1.25 wt.%, Even more preferably 0.5-1 wt.%. and most preferably about 1% by weight.

Die gebrannten Deckschichtemails gemäß der Erfindung sind kratzresistent, farbresistent und behalten ihre leicht zu reinigenden Eigenschaften über viele Heizzyklen. Zusätzlich können eingebrannte Nahrungsmittel leicht von den gebrannten Deckschichtemails ohne Notwendigkeit von Hochtemperatur-Heizzyklen oder von hochalkalischen, chemischen Reinigungsmitteln entfernt werden. Die meisten eingebrannten Nahrungsmittel können von den gebrannten Emaildeckschichten unter Verwendung von warmem Wasser entfernt werden. In einer besonders bevorzugten Reinigungstechnik werden Oberflächen gemäß der Erfindung mit eingebrannten Nahrungsmittelresten einem warmen Wasserdampf ausgesetzt, wie z.B. mit einer Temperatur von wenigstens 66°C(150 °F), und am stärksten bevorzugt Dampf mit einer Temperatur von etwa 100°C (212 °F) für wenigstens etwa 3 Minuten, stärker bevorzugt bei wenigstens etwa 5 Minuten und noch stärker bevorzugt bei wenigstens etwa 10 Minuten. Solche Oberflächen können auch flüssigem Wasser ausgesetzt werden, welches vorzugsweise warm ist, und stärker bevorzugt zu den angegebenen Temperaturen für die angegebenen Zeiträume. Nach solch einer Aussetzung können die Nahrungsmittel oder Nahrungsmittelreste leicht von der Oberfläche gereinigt werden. Wie erwähnt erfordern die Reinigungsbemühungen nicht die Verwendung von scharfen oder ätzenden Reinigungsmitteln oder eine Aussetzung an viel höhere Temperaturen wie im Zusammenhang mit einer Pyrolyse. The fired topcoat enamels of the invention are scratch resistant, colorfast and retain their easy-to-clean properties over many heating cycles. In addition, baked foods can be easily removed from baked topcoat enamels without the need for high temperature heating cycles or high alkaline chemical cleaners. Most baked foods can be removed from the baked enamel topcoats using warm water. In a particularly preferred cleaning technique, surfaces according to the invention with baked-on food residues are exposed to a warm water vapor, e.g. at a temperature of at least 66 ° C (150 ° F), and most preferably steam at a temperature of about 100 ° C (212 ° F) for at least about 3 minutes, more preferably at least about 5 minutes and even more preferably at at least about 10 minutes. Such surfaces may also be exposed to liquid water, which is preferably warm, and more preferably to the indicated temperatures for the indicated periods of time. After such exposure, the food or food residue can be easily cleaned from the surface. As mentioned, the cleaning efforts do not require the use of harsh or corrosive detergents or exposure to much higher temperatures, such as pyrolysis.

Die Zusammensetzungen der Grundmasse gemäß der vorliegenden Erfindung können durch irgendwelche bekannten Nass-Aufbringungsverfahren, wie Sprühen, Tauchen, Flutverfahren und Elektroabscheidung aufgebracht werden. Vorzugsweise werden die Zusammensetzungen vor dem Brennen getrocknet, wenn die Zusammensetzungen unter Verwendung eines Nassaufbringungsverfahrens aufgebracht werden. Ein Trocknen wird typischerweise unter Verwendung von erzwungener Konvektion von Luft oder Gebläseluft vervollständigt. Die Trocknungszeit und die Temperatur sind nicht kritisch. Die Auftragsmenge der Zusammensetzungen durch Nassaufbringungsverfahren wird in Abhängigkeit von der gewünschten Dicke der entstandenen gebrannten Emaildeckschicht abhängen. The compositions of the matrix according to the present invention can be applied by any known wet application method such as spraying, dipping, flooding method and electrodeposition. Preferably, the compositions are dried before firing when the compositions are applied using a wet application process. Drying is typically completed using forced convection of air or forced air. Drying time and temperature are not critical. The application amount of the compositions by wet application method will depend on the desired thickness of the resulting baked enamel topcoat.

Die Zusammensetzungen der Grundmasse können auch unter Verwendung von herkömmlichen elektrostatischen Trockenaufbringungsverfahren aufgebracht werden. In solchen Fällen werden typischerweise ein oder mehrere Mittel zu den Zusammensetzungen zugegeben, um die elektrostatische Aufbringung zu erleichtern. Die Auftragsmengen der Zusammensetzungen durch elektrostatische Trockenverfahren wird zu einem Großteil von der gewünschten Dicke der entstandenen Grundmasse abhängen. The compositions of the matrix may also be applied using conventional electrostatic dry coating techniques. In such cases, one or more agents are typically added to the compositions to facilitate electrostatic application. The application rates of the compositions by electrostatic dry processes will depend to a large extent on the desired thickness of the resulting matrix.

Die Zusammensetzungen der Grundmasse gemäß der vorliegenden Erfindung werden typischerweise gemäß Praktiken, die im Stand der Technik bekannt sind, gebrannt. Es ist wünschenswert, dass Brennzeiten und Temperatur nicht kritisch sind und dass ein Bereich eines Brennplans verwendet werden kann. The compositions of the matrix according to the present invention are typically fired in accordance with practices known in the art. It is desirable that firing times and temperature are not critical and that a portion of a firing plan may be used.

Gemäß der Erfindung werden mehrschichtbeschichtete Substrate bereitgestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt ein Substrat eine Grundmasse, wie hierin beschrieben, auf und nimmt anschließend auch eine Emaildeckschicht, wie hierin beschrieben, auf. Die Grundmasse ist vorzugsweise zwischen und in Kontakt mit dem Substrat und der Emaildeckschicht angeordnet. Jedoch ist es wünschenswert, dass die Erfindung einen breiten Bereich von anderen Konfigurationen umfasst. According to the invention, multi-layer coated substrates are provided. In a preferred embodiment, a substrate receives a matrix as described herein and subsequently also receives an enamel topcoat as described herein. The matrix is preferably disposed between and in contact with the substrate and the enamel topcoat. However, it is desirable for the invention to encompass a wide range of other configurations.

Wenn sie zusammen miteinander verwendet werden, können die Grundmasse und die Emaildeckbeschichtung in einer Vielzahl von verschiedenen Vorgehensweisen aufgebracht, getrocknet und gebrannt werden. Beispielsweise können eine Grundmasse und eine Emaildeckbeschichtung über ein Zweischicht/Zweibrenn-Trockenverfahren aufgebracht werden, bei dem eine trockene Grundmasse aufgebracht und anschließend gebrannt wird, gefolgt von einer Aufbringung einer trockenen Emaildeckschicht zu der gebrannten Grundmasse. Die Emaildeckschicht wird anschließend gebrannt. Es kann ein Zweischicht/Ein-Brenn-Trockenverfahren verwendet werden, bei dem eine trockene Grundmasse aufgebracht wird, und anschließend eine trockene Emaildeckschicht auf die nicht gebrannte Grundmasse aufgebracht wird. Die beiden Schichten werden anschließend zusammen gebrannt. Ein anderes Verfahren involviert ein Zweischicht/Zweibrenn-Nass/Nassverfahren, bei dem eine nasse Grundmasse aufgebracht, getrocknet und anschließend gebrannt wird. Eine nasse Emaildeckschicht wird anschließend auf die gebrannte Grundmasse aufgebracht, getrocknet und anschließend gebrannt. Noch ein anderes Verfahren wird als Zweischicht/Ein-Brenn-Nass/Trockenverfahren involvierende Aufbringung einer nassen Grundmasse bezeichnet, Trocknen und anschließend Aufbringung einer trockenen Emaildeckschicht auf die getrocknete Grundmasse. Die entstandenen Schichten werden anschließend zusammen gebrannt. Bei noch einer anderen Technik, die als ein Zweischicht/Ein-Brenn-Nass/Nassverfahren bezeichnet wird, wird eine nasse Grundmasse aufgebracht, gefolgt von der Aufbringung einer nassen Emailschicht auf die nicht getrocknete Grundmasse. Es wird ein einziger Brennvorgang durchgeführt. Beispiele When used together, the matrix and enamel topcoat can be applied, dried and fired in a variety of different ways. For example, a matrix and enamel topcoat may be applied via a two-layer / two-burn dry process wherein a dry matrix is applied and then fired, followed by application of a dry enamel topcoat to the fired matrix. The enamel topcoat is then fired. A two-layer / one-firing dry process may be used wherein a dry matrix is applied and then a dry enamel topcoat is applied to the unfired matrix. The two layers are then fired together. Another method involves a two-layer / two-burn wet / wet process in which a wet matrix is applied, dried, and then fired. A wet enamel top coat is then applied to the fired base, dried and then fired. Yet another method is referred to as a wet matrix two-layer / one-burn wet / dry process, drying, and then applying a dry enamel topcoat to the dried matrix. The resulting layers are then fired together. In yet another technique, referred to as a two-layer / one-burn wet / wet process, a wet matrix is applied, followed by the application of a wet enamel layer to the undried matrix. It is carried out a single burning process. Examples

Beispiel 1. Verfahren zum Emaillieren eines Substrats, Nass/Trocken Example 1. Method of Enamelling a Substrate, Wet / Dry

Ein beschichtetes Substrat konnte durch geeignetes Aufbringen einer nassen Grundmassenzusammensetzung, wie hierin beschrieben, gebildet werden. Die Grundmasse wurde anschließend einem Trocknungsvorgang unterzogen. Nach einem ausreichenden Trocknen wird anschließend eine trockene Emailzusammensetzung auf die getrocknete und nicht gebrannte Grundmasse aufgetragen. Die trockene Emailzusammensetzung kann in einer Vielzahl von unterschiedlichen Arten aufgetragen werden, die beispielsweise Pulverbeschichtungstechniken umfassen. Nach der Aufbringung der Emailzusammensetzung wird das Multischichtlaminat anschließend einem Brennvorgang unterzogen, um gemeinsam die Grundmasse und die Emailbeschichtung zu brennen. A coated substrate could be formed by properly applying a wet matrix composition as described herein. The matrix was then subjected to a drying process. After sufficient drying, a dry enamel composition is then applied to the dried and unfired base. The dry enamel composition can be applied in a variety of different ways, including, for example, powder coating techniques. After application of the enamel composition, the multi-layer laminate is then subjected to a firing operation to collectively burn the matrix and enamel coating.

Beispiel 2. Verfahren zum Emaillieren eines Substrats, Nass/Nass Example 2. Method of Enamelling a Substrate, Wet / Wet

Unter Verwendung von diesem Verfahren konnte ein beschichtetes Substrat durch geeignetes Aufbringen einer nassen Grundmassenzusammensetzung auf ein Substrat gebildet werden. Vor dem Trocknen der Grundmasse wird darauf eine nasse Emailzusammensetzung aufgebracht. Die entstandene beschichtete Anordnung wird anschließend Brennbedingungen unterzogen, wobei die Grundmasse und die Emailbeschichtung beide zusammen gebrannt werden. Using this method, a coated substrate could be formed by properly applying a wet matrix composition to a substrate. Before drying the matrix, a wet enamel composition is applied thereto. The resulting coated assembly is then subjected to firing conditions whereby the matrix and enamel coating are both fired together.

Ohne Zweifel werden viele andere Vorzüge von der weiteren Anwendung und der Entwicklung dieser Technologie ersichtlich. Undoubtedly, many other benefits will be evident in the continued application and development of this technology.

Alle Patente, veröffentlichten Anmeldungen und Artikel, die hierin angegeben sind, werden hierin durch Bezugnahme darauf in ihrer Gesamtheit eingeschlossen. All patents, published applications, and articles cited herein are incorporated herein by reference in their entirety.

Es ist klar, dass irgendwelche oder mehrere Eigenschaften oder Bestandteile von einer Ausführungsform, die hierin beschrieben ist, mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Bestandteilen von einer anderen Ausführungsform kombiniert werden können. Somit umfasst die vorliegende Erfindung irgendwelche und alle Kombinationen von Bestandteilen oder Merkmalen der hierin beschriebenen Ausführungsformen. It will be understood that any one or more features or components of one embodiment described herein may be combined with one or more other features or components of another embodiment. Thus, the present invention includes any and all combinations of components or features of the embodiments described herein.

Wie hierin zuvor beschrieben, löst die vorliegende Erfindung viele Probleme im Zusammenhang mit Zusammensetzungen und Verfahren und Beschichtungen von bisherigen Arten. Allerdings ist es wünschenswert, dass verschiedene Änderungen bei den Details, in den Materialien und Anordnungen, welche hierin beschrieben und veranschaulicht wurden, um die Natur der Erfindung zu erklären, von dem Fachmann vorgenommen werden können, ohne von dem Prinzip und Umfang der Erfindung, wie in den beigefügten Patentansprüchen angegeben, abzuweichen. As described hereinbefore, the present invention solves many problems associated with prior art compositions and methods and coatings. However, it is desirable that various changes in the details, materials, and arrangements described and illustrated herein to explain the nature of the invention, be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention in the appended claims, to depart.

Claims

Composition suitable for forming an enamel coating, the composition prior to firing comprising (i) a glass component comprising: from 13.4 to 14.8 wt% Na ₂ O, from 5.7 to 7, 4 wt .-% K ₂ O, from 0.2 to 1.2 wt .-% CaO, from 0.01 to 0.3 wt .-% SrO, from 1.6 to 2.9 wt .-% BaO , from 0.01 to 0.7% by weight MnO, from 0.01 to 0.7% by weight NiO, from 0.01 to 0.3% by weight CuO, from 18.2 to 19, 9% by weight SiO ₂ , from 3.2 to 4.5% by weight TiO ₂ , from 9.5 to 12% by weight ZrO ₂ , from 0.4 to 1.3% by weight Cr ₂ O ₃ , from 1.1 to 2.3 wt .-% Fe ₂ O ₃ , from 0.01 to 0.4 wt .-% Co ₃ O ₄ , from 0.01 to 0.4 wt .-% Y ₂ O ₃ , from 12.6 to 13.8% by weight Al ₂ O ₃ , from 22.4 to 24.2% by weight P ₂ O ₅ , from 0.01 to 0.8% by weight SO ₃ , and from 0.8 to 2 wt% F, (ii) less than 0.25 wt% nickel, and (iii) 0.1 to 1.5 wt% pigment.

The composition of claim 1, wherein prior to firing, the composition further comprises from 0.01 to 1% by weight of at least one organopolysiloxane.

A method of forming an enamel coating on a substrate, the method comprising (a) providing a substrate (b) providing a composition comprising (i) a glass component, wherein the glass component is from 13.4 to 14.8% by weight Na ₂ O, from 5.7 to 7.4 wt% K ₂ O, from 0.2 to 1.2 wt% CaO, from 0.01 to 0.3 wt% SrO, from 1 , 6 to 2.9 wt.% BaO, from 0.01 to 0.7 wt.% MnO, from 0.01 to 0.7 wt.% NiO, from 0.01 to 0.3 wt. % CuO, from 18.2 to 19.9% by weight SiO ₂ , from 3.2 to 4.5% by weight TiO ₂ , from 9.5 to 12% by weight ZrO ₂ , from 0.4 to 1.3% by weight Cr ₂ O ₃ , from 1.1 to 2.3% by weight Fe ₂ O ₃ , from 0.01 to 0.4% by weight Co ₃ O ₄ , from 0.01 to 0.4% by weight of Y ₂ O ₃ , from 12.6 to 13.8% by weight of Al ₂ O ₃ , from 22.4 to 24.2% by weight of P ₂ O. ₅ , from 0.01 to 0.8% by weight SO ₃ , and from 0.8 to 2% by weight F, (ii) less than 0.25% by weight nickel, and (iii) 0, 1-1.5 wt% pigment comprises, (c) depositing a layer of the composition onto the substrate; and (d) firing the layer so as to form an enamel coating on the substrate.

The method of claim 3, wherein the firing is carried out at a temperature of 770 ° C to 870 ° C.

The method of claim 4, wherein the firing is carried out for 2 to 8 minutes.

The method of claim 4, wherein after forming the enamel coating on the substrate, the enamel coating is heat treated at 93.33 ° C to 260 ° C (200 to 500 ° F) for 1 to 60 hours.

An enamel-coated substrate, wherein the enamel coating has a pre-baked composition comprising: (i) a glass component, wherein the glass component comprises from 13.4 to 14.8 wt% Na ₂ O, from 5.7 to 7.4 wt.% K ₂ O, from 0.2 to 1.2 wt.% CaO, from 0.01 to 0.3 wt.% SrO, from 1.6 to 2.9 wt. % BaO, from 0.01 to 0.7 wt% MnO, from 0.01 to 0.7 wt% NiO, from 0.01 to 0.3 wt% CuO, from 18.2 to 19.9% by weight SiO ₂ , from 3.2 to 4.5% by weight TiO ₂ , from 9.5 to 12% by weight ZrO ₂ , from 0.4 to 1.3% by weight Cr ₂ O ₃ , from 1.1 to 2.3 wt.% Fe ₂ O ₃ , from 0.01 to 0.4 wt.% Co ₃ O ₄ , from 0.01 to 0.4 wt. % Y ₂ O ₃ , from 12.6 to 13.8 wt.% Al ₂ O ₃ , from 22.4 to 24.2 wt.% P ₂ O ₅ , from 0.01 to 0.8 wt. -% SO ₃ , and from 0.8 to 2 wt .-% F comprises.

An enamel-coated substrate according to claim 7, wherein the substrate is selected from the group consisting of steel and aluminum.

A method of obtaining a fired coating comprising: (a) applying a composition to a substrate comprising a glass component comprising: from 13.4 to 14.8 wt% Na ₂ O, from 5.7 to 7.4 wt % Of K ₂ O, from 0.2 to 1.2% by weight of CaO, from 0.01 to 0.3% by weight of SrO, from 1.6 to 2.9% by weight of BaO, of 0.01 to 0.7 wt .-% MnO, from 0.01 to 0.7 wt .-% NiO, from 0.01 to 0.3 wt .-% CuO, from 18.2 to 19.9 wt % SiO ₂ , from 3.2 to 4.5 wt% TiO ₂ , from 9.5 to 12 wt% ZrO ₂ , from 0.4 to 1.3 wt% Cr ₂ O ₃ , from 1.1 to 2.3 wt.% Fe ₂ O ₃ , from 0.01 to 0.4 wt.% Co ₃ O ₄ , from 0.01 to 0.4 wt.% Y ₂ O ₃ , from 12.6 to 13.8 wt.% Al ₂ O ₃ , from 22.4 to 24.2 wt.% P ₂ O ₅ , from 0.01 to 0.8 wt.% SO ₃ , and from 0.8 to 2% by weight of F, and (b) firing the composition to melt it on the substrate.

A method of enamelling a substrate, comprising: (a) applying a matrix of an enamel composition to a substrate to form a coated substrate, (b) firing to melt the matrix composition onto the substrate to form a molten matrix; (c) applying a topcoat of an enamel composition according to claim 1 to the molten matrix; (d) firing to melt the topcoat composition to form a melted topcoat.

The method of claim 10, wherein the matrix of the enamel composition and the topcoat enamel composition are both applied in a dry state.

The method of claim 11, further comprising heat treating the molten matrix and the melted topcoat at 93.33 ° C to 260 ° C (200 to 500 ° F) for 1 to 60 hours.