DE102013205711B4

DE102013205711B4 - Verbundstoff, Verfahren zum Herstellen eines Verbundartikels und Verfahren zum Herstellen einer Verbundbeschichtung

Info

Publication number: DE102013205711B4
Application number: DE102013205711.3A
Authority: DE
Inventors: Carolyn P. MOORLAG; Yu Qi; Brynn M. Dooley; Qi Zhang
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: US20130273255A1; DE102013205711A1; JP6061760B2; US8957138B2; JP2013221151A

Abstract

Verbundstoff, umfassend: ein Cellulosematerial, das in einer Menge von 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% vorhanden ist, wobei das Cellulosematerial C6H10O5-D-Glukoseeinheiten umfasst, die mit der unten gezeigten β(C1→C4)-Verknüpfung miteinander verknüpft sindwobei n 150 bis 5000 ist; und ein Fluorpolymer, das in einer Menge von 99 Gew.-% bis 70 Gew.-% vorhanden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundstoff, ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundartikels und ein Verfahren zum Herstellen einer Verbundbeschichtung. Genauer gesagt, die Erfindung richtet sich im Allgemeinen auf Celluloseverbundstoffe, die in Fluorpolymere inkorporiert und als Beschichtungen für diverse Anwendungen verwendet werden können, bei denen robuste Antihaft-Trennbeschichtungen für Fenster, Architekturplatten, Brillen, Kochgeschirr und mechanische sowie elektrische Komponenten, darunter O-Dichtringe, Komponenten von elektrischen Geräten und xerographische und Phasenwechsel-Tintenstrahlkomponenten, erforderlich sind.
Hintergrund
US 2010/0230629 A1 beschreibt piezoelektrische Zusammensetzungen, die Fluorpolymere enthalten.
US 5230937 A beschreibt Beschichtungen mit Fluorpolymeren.
Diese Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf mit Fluorpolymercellulose verstärkte Verbundstoffe, wobei die Cellulose als Fasern, Flocken, Whisker, Fäserchen und/oder anderen amorphen oder kristallinen Formen vorliegen kann.
Es besteht ein Bedarf für Verbundstoffe mit hoher Festigkeit, geringem Gewicht und leichter Herstellbarkeit. Es besteht ein Bedarf für Verbundstoffe, die biologisch abbaubar und aus erneuerbaren Ressourcen hergestellt sind. Solche Materialien finden in den verschiedensten Branchen Anwendung. Es besteht ein Bedarf für Verbundmaterialien, die leicht herzustellen sind.
Fluorpolymere sind bei diversen Anwendungen nützlich, da sie eine ausgezeichnete chemische und thermische Stabilität sowie einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweisen.
Mechanische Eigenschaften von Fluorpolymeren neigen dazu, bei gewissen Anwendungen akzeptabel zu sein; allerdings sind Verbesserungen bezüglich Festigkeit und Verarbeitung von Fluorpolymermaterialien wünschenswert.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundstoff, umfassend:
ein Cellulosematerial, das in einer Menge von 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% vorhanden ist, wobei das Cellulosematerial C₆H₁₀O₅-D-Glukoseeinheiten umfasst, die mit der unten gezeigten β(C1→C4)-Verknüpfung miteinander verknüpft sind
wobei n 150 bis 5000 ist; und
ein Fluorpolymer, das in einer Menge von 99 Gew.-% bis 70 Gew.-% vorhanden ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundartikels, umfassend:
Bereitstellen eines Gemischs aus Cellulosematerial, das in einer Menge von 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% vorhanden ist, wobei das Cellulosematerial C₆H₁₀O₅-D-Glukoseeinheiten umfasst, die mit der unten gezeigten β(C1→C4)-Verknüpfung miteinander verknüpft sind
wobei n 150 bis 5000 ist, und einem Fluorpolymer, das in einer Menge von 99 Gew.-% bis 70 Gew.-% vorhanden ist;
Extrudieren des Gemischs in eine Form; und
Erhitzen des geformten Gemischs auf eine Temperatur von 170°C bis 360°C, um den Artikel zu bilden. Es ist bevorzugt, dass das Fluorpolymer aus der Gruppe, bestehend aus Polytetrafluorethylen (PTFE); Perfluoralkoxypolymerharz (PFA); Copolymer von Tetrafluorethylen (TFE) und Hexafluorpropylen (HFP); Copolymeren von Hexafluorpropylen (HFP) und Vinylidenfluorid (VDF oder VF2); Terpolymeren von Tetrafluorethylen (TFE), Vinylidenfluorid (VDF) und Hexafluorpropylen (HFP); und Tetrapolymeren von Tetrafluorethylen (TFE), Vinylidenfluorid (VF2) und Hexafluorpropylen (HFP) und einem Cure Site Monomer, ausgewählt ist.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen einer Verbundbeschichtung, umfassend:
Bereitstellen eines Gemischs aus Cellulosematerial, das in einer Menge von 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% vorhanden ist, wobei das Cellulosematerial C₆H₁₀O₅-D-Glukoseeinheiten umfasst, die mit der unten gezeigten β(C1→C4)-Verknüpfung miteinander verknüpft sind
wobei n 150 bis 5000 ist, und einem Fluorpolymer, das in einer Menge von 99 Gew.-% bis 70 Gew.-% vorhanden ist, in einem Lösungsmittel;
Aufbringen des Gemischs auf einem Substrat; und
Erhitzen des Gemischs auf eine Temperatur von 170°C bis 360°C, um die Beschichtung zu bilden.
Es wird hier ein Verbundstoff aus einem Fluorpolymer und Cellulose beschrieben. Der Verbundstoff weist eine verbesserte mechanische Festigkeit auf. In der vorliegenden Offenbarung wird das Dispergieren von Cellulosefasern oder -partikeln in einem Fluorpolymer beschrieben. Der entstehende Verbundstoff weist aufgrund der mechanischen Festigkeit von Cellulosematerialien verbesserte mechanische Eigenschaften auf. Der Verbundstoff behält seine chemische und thermische Stabilität bei. Das Fluorpolymer stellt eine hohe Oberflächenenergie bereit, was zu Oberflächen mit geringer Reibung führt. Das entstehende Material ist für diverse Anwendungen wünschenswert, beispielsweise Fahrzeug- und andere gefertigte Teile, dauerhafte Antihaftbeschichtungen, O-Dichtringe und elektrische Komponenten und xerographische und Phasenwechsel-Tintenstrahlkomponenten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Cellulose ist ein Material im Überfluss, das von Pflanzen abgeleitet ist und ein natürliches Polymer enthält, das Verbundmaterialien eine hohe Festigkeit und Belastbarkeit verleiht. Sie kann als Fasern, Flocken, Whisker, Fäserchen und/oder anderen amorphen oder kristallinen Formen vorliegen. Vorteile, die durch das Inkorporieren von Cellulose mit hoher Festigkeit in ein Fluorpolymer entstehen, sind Verbesserungen bezüglich Zugfestigkeit, Steifigkeit und Belastbarkeit. Das Inkorporieren von Cellulose in ein Fluorpolymer ermöglicht den Bezug von erneuerbaren, umfassend verfügbaren, biologisch abbaubaren Materialien, die einen geringen Energieaufwand erfordern.
Cellulosehaltige Fasern und Partikel sind aufgrund der Verfügbarkeit und Erneuerbarkeit von Zellstofffasern (Holz oder andere), die als Quellen für cellulosehaltige Verstärkungsmaterialien verwendet werden, für die Herstellung von Bio-Verbundmaterialien für diverse Anwendungen von Interesse. Einige allgemeine Anwendungen für Cellulosepartikel sind Emulgatoren, Füllstoffe oder Strukturmittel und insbesondere in Vitamintabletten und Pillenkapseln. Bei biologischen Anwendungen sind amorphe Cellulosepartikel nützlich, um Materialien mit hoher Festigkeit und Flexibilität, die nicht-toxisch und biologisch abbaubar sind, zu erhalten. Cellulose kann in Form von Fasern, Flocken, Whiskern, Fäserchen und/oder anderen amorphen oder kristallinen Formen verwendet werden.
Eine chemische cellulosehaltige Grundzusammensetzung besteht aus C₆H₁₀O₅-D-Glukoseeinheiten, die durch die unten gezeigte β(C1→C4)-Verknüpfung miteinander verknüpft sind.
β(C1→C4)-Verknüpfung
Cellulose besteht aus geraden Ketten aus 300 bis 10.000 verknüpften D-Glukoseeinheiten. Natürlich abgeleitete Cellulose, die als Cellulose I bezeichnet wird, oder alternativ verarbeitete Formen von Cellulose wie die als Cellulose II, Cellulose III und Cellulose IV bezeichneten, wobei verarbeitete Celluloseformen von Cellulose I abgeleitet sind, kann in der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Eine kristalline Cellulosestruktur entspricht einer Anordnung von Wasserstoffbindungen zwischen β-Cellulosesträngen und über diese, wobei Cellulose I die kristalline Anordnung I_α oder I_β oder ein Gemisch von I_α und I_β umfassen kann. Darüber hinaus können Celluloseketten aufgrund diverser Verarbeitungsverfahren, die für den Erhalt von Cellulose in den verschiedenen Formen notwendig sind, funktionelle Restgruppen enthalten. Ein Beispiel für funktionelle Restgruppen, die an Celluloseketten gebunden sind, sind Ester wie Acetatester, Propionatester, Nitratester und Sulfatester. Ein weiteres Beispiel für funktionelle Restgruppen, die an Celluloseketten gebunden sind, sind Ether wie Methylether, Ethylether, Ethylhydroxid und Propylhydroxid.
Cellulosehaltige Materialien werden von erneuerbaren, umfassend verfügbaren Quellen abgeleitet und können mit wenig Energieaufwand verarbeitet werden. Darüber hinaus sind Cellulosepartikel biologisch abbaubar. Die Oberflächengruppen von Cellulose ermöglichen eine chemische Funktionalisierung oder Addition von Tensiden für individuelle Verarbeitung, Benetzung oder Kompatibilität mit einer Polymermatrix. Beispiele für eine chemische Funktionalisierung von Cellulose umfassen Funktionalisierung mit Alkyl- oder Benzylaminen, Iminen, Haliden, Alkoxiden, Hydroxiden, Säurehaliden oder Siloxyhaliden. Beispiele für chemische Tenside, die verwendet werden, um Oberflächeneigenschaften von Cellulose zu modifizieren, umfassen Ammoniumsalze wie quaternäre Alkyl- oder Arylammoniumhalidsalze; Alkyl- oder Arylamine; Phosphate, Phosphatester, Sulfonate, Carboxylate oder zusätzliche funktionelle Tenside. Die Funktionalisierung auf Cellulosesträngen kann in Verhältnissen von 1% bis 30% Glukoseeinheiten oder 5% bis 20% Glukoseeinheiten oder 10% bis 15% Glukoseeinheiten vorliegen.
Die Partikelgröße von Cellulose kann von Cellulosesträngen, die 1000 μm lang sein können, zu nanokristallinen Cellulosesträngen, die so kurz wie 20 nm sein können, variieren. Die Form und Größe von Cellulose hängt stark von den resultierenden Eigenschaften ab. Cellulosepartikel mit kleineren Größenabmessungen von weniger als 1 μm erfordern im Allgemeinen eine gewichtsverhältnisbezogene niedrigere Inkorporation, um eine gewünschte Modifikation von mechanischen Eigenschaften zu erzielen. Die Art und Anzahl von Verarbeitungsschritten, die für eine Dispergierung und Partikelstabilisierung von Cellulosepartikeln notwendig sind, hängen von der Größenabmessung und dem Typ der Cellulosepartikel ab.
Die Cellulose kann in kristalliner oder amorpher Form vorliegen. Die Größe der verwendeten Partikel kann innerhalb drei separater Größenbereiche von 20 nm bis 3000 nm oder von 35 nm bis 1000 nm oder von 50 nm bis 700 nm; oder im Größenbereich von 5 μm bis 500 μm oder von 10 μm bis 100 μm oder von 20 μm bis 50 μm; oder im Größenbereich von 500 μm bis 5000 μm oder von 700 μm bis 4000 μm oder von 1000 bis 3000 μm liegen. Die Cellulosepartikel können in Form von Strängen vorliegen, die ein Verhältnis von Länge zu Breite von 10 oder höher aufweisen. Die Menge an in dem Fluorpolymer dispergierten Cellulosepartikeln beläuft sich auf 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% oder auf 1 Gew.-% bis 10 Gew.-% oder auf 1 Gew.-% bis 5 Gew.-%.
Vorteile, die durch das Dispergieren von Cellulosepartikeln oder -fasern mit hoher Festigkeit in Fluorpolymerverbundstoffe erhalten werden, umfassen Verbesserungen hinsichtlich Zugfestigkeit, Steifigkeit und Belastbarkeit. Das Inkorporieren von Cellulose in Fluorpolymerverbundstoffe ermöglicht den Bezug von Verstärkungsmaterialien, die erneuerbare, umfassend verfügbare, biologisch abbaubare Materialien sind, die einen geringen Energieaufwand erfordern. Cellulose ist aufgrund ihrer geringen Kosten auch ein wünschenswertes Füllmaterial.
Fluorpolymere, die sich für die Verwendung in der hier beschriebenen Formulierung eignen, umfassen fluorhaltige Polymere. Diese Polymere umfassen Fluorpolymere mit einer monomeren Wiederholungseinheit, die aus der Gruppe, bestehend aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen, Perfluoralkylvinylether und Mischungen davon, ausgewählt ist. Die Fluorpolymere können lineare oder verzweigte Polymere und vernetzte Fluorelastomere umfassen. Beispiele für Fluorpolymer umfassen Polytetrafluorethylen (PTFE); Perfluoralkoxypolymerharz (PFA); Copolymer von Tetrafluorethylen (TFE) und Hexafluorpropylen (HFP); Copolymere von Hexafluorpropylen (HFP) und Vinylidenfluorid (VDF oder VF2); Terpolymere von Tetrafluorethylen (TFE), Vinylidenfluorid (VDF) und Hexafluorpropylen (HFP); und Tetrapolymere von Tetrafluorethylen (TFE), Vinylidenfluorid (VF2) und Hexafluorpropylen (HFP) sowie Mischungen davon. Die Fluorpolymere bieten chemische und thermische Stabilität und weisen eine geringe Oberflächenenergie auf. Die Menge an Fluorpolymer im Verbundstoff beläuft sich auf 99 Gew.-% bis 70 Gew.-% oder auf 99 Gew.-% bis 90 Gew.-% oder auf 99 Gew.-% bis 95 Gew.-%. Die Fluorpolymere haben eine Aushärtungs- oder Schmelztemperatur von 170°C bis 360°C oder von 240°C bis 330°C. Diese Partikel werden erhitzt, um den Verbundstoff zu bilden.
Der erfindungsgemäße Verbundstoff enthält zumindest das Cellulosematerial, das in einer Menge im Bereich von 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% vorhanden ist, und ein Fluorpolymer, das in einer Menge im Bereich von 99 Gew.-% bis 70 Gew.-% vorhanden ist.
Das eine oder die mehreren Cellulosematerialien können aus Holzzellstoff, Baumwolle, Samenschalen, gemahlenen Reishülsen, Zeitungspapier, Kenaf, Kokosnussschalen, Bagasse, Maiskolben, Erdnussschalen und Mischungen davon ausgewählt sein.
Vor Herstellung des Verbundstoffs kann eine Deagglomeration und Dispergierung von Cellulosepartikeln in Lösungsmittel durch Mahlen in Mahlmedien durchgeführt werden. Die verwendeten Mahlmedien können Edelstahl-, Keramik-, Polymer- oder andere kugelförmige Medien mit einer Größe von 0,1 mm bis 5 mm sein. Für die Dispergierung verwendete Lösungsmittel umfassen Ketone, Alkohole, Acetonitril, Toluol oder andere Lösungsmittel. Cellulosepartikel werden in einem prozentualen Anteil von 5 Gew.-% bis 30 Gew.-% oder von 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% oder von 12 Gew.-% bis 15 Gew.-% in das Lösungsmittel geladen. Nach der Deagglomeration und Dispergierung werden Cellulosepartikel mit einer Fluorpolymerlösung oder -dispersion kombiniert, wobei das Fluorpolymer in einem prozentualen Anteil von 10 Gew.-% bis 40 Gew.-% oder von 15 Gew.-% bis 30 Gew.-% oder von 20 Gew.-% bis 25 Gew.-% in das Lösungsmittel geladen wird. Nach dem vermischen wird die Cellulose-/Fluorpolymerdispersion verwendet, um die Verbundbeschichtung oder den Verbundartikel herzustellen.
Der Verbundstoff kann ein extrudierter Artikel sein, der durch Extrudieren eines hier offenbarten Verbundstoffs hergestellt wird.
Ein Verfahren zum Extrudieren eines cellulosehaltigen Verbundstoffs ist hier beschrieben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (1) Laden der Fluorpolymer- und Cellulosepartikel in einen Extruder; (2) Extrudieren des Verbundstoffs wie oben beschrieben; und (3) Erhitzen des Verbundstoffs zur Härtung für einen ausreichenden Zeitraum bei einer ausreichenden Temperatur, um ein festes Extrudat zu bilden. Bei einer weiteren Ausführungsform wird der extrudierte Verbundstoff verwendet, um eine Lösung oder eine Dispersion in einem Lösungsmittelsystem zu bilden. Nach dem Aufbringen oder Gießen der Lösung oder Dispersion wird die getrocknete Zusammensetzung zur Härtung für einen ausreichenden Zeitraum bei einer ausreichenden Temperatur erhitzt, um einen geschmolzenen oder gehärteten Artikel zu bilden.
Optional können duroplastische Materialien hinzugefügt werden, um Eigenschaften wie Feuchtigkeitsabsorption und Festigkeit des Fluorpolymer- und Celluloseverbundstoffs zu verbessern. Zu den duroplastischen Materialien, die verwendet werden können, zählen Amine, Siloxane, Aminosiloxane, Isocyanate und phenolische und Epoxidharze sowie Mischungen davon.
Es können übliche, im Handel erhältliche Gleitmittel, sowohl intern als auch extern, verwendet werden, die in der Kunststoffverarbeitungsbranche bekannt sind. Beispiele für Gleitmittel, die verwendet werden können, sind Calciumstearat, Ester, Paraffinwachs und Amidwachs.
Zusätzliche Komponenten, beispielsweise Schaumbildner, Tenside und Compatibilizer, können nach Wunsch zum Fluorpolymer- und Celluloseverbundstoff hinzugefügt werden.
Das Gemisch kann in einem konischen gegenläufigen Doppelschneckenextruder mit Entgasung verarbeitet werden. Ein Stopfeinfülltrichter (oder Stopfwerk) wird bevorzugt, um dem Extruder die Materialien zuzuführen, auch wenn andere Trichter verwendet werden könnten.
Der Verbundstoff aus Fluorpolymer und Cellulose kann beschichtet werden, um eine Schicht oder eine Oberflächenbeschichtung zu bilden. Eine Lösung oder Dispersion aus Cellulose- und Fluorpolymerpartikeln wird in einer beliebigen bekannten Weise hergestellt. Die Flüssigkeit oder das Lösungsmittel, die bzw. das als Medium für die Lösung verwendet wird, kann Wasser, einen Alkohol, einen aliphatischen C₅-C₁₈-Kohlenwasserstoff wie Pentan, Hexan, Heptan, Nonan oder Dodecan, einen aromatischen C₆-C₁₈-Kohlenwasserstoff wie Toluol, o-Xylol, m-Xylol oder p-Xylol, einen Ether, einen Ester, ein Keton und ein Amid umfassen. Die Flüssigkeit stellt ein Medium für die Dispergierung von Fluorpolymerpartikeln und der Cellulosepartikel bereit. Typische Verfahren zum Bilden von Artikeln aus Verbundmaterial aus Fluorpolymer- und Cellulosepartikeln umfassen Beschichtung wie Verlaufbeschichtung, flüssige Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung, drahtgewickelte Stangenbeschichtung, Stangenbeschichtung, Wirbelbettbeschichtung, Pulverbeschichtung, Sprühbeschichtung, elektrostatisches Sprühen, Schallsprühen, Blade-Coating, Formguss und Laminieren. Nachdem die Lösung aufgebracht wurde, wird die Beschichtung erhitzt, um die Beschichtung zu härten und die Fluorpolymerpartikel zu schmelzen.
Die cellulosepartikelverstärkten Fluorpolymerverbundmaterialien können eine Zugfestigkeit im Bereich von 500 psi bis 5000 psi oder von 1200 psi bis 2200 psi oder von 1400 psi bis 1800 psi; eine Belastbarkeit im Bereich von 500 in-lbs/in³ bis 5000 in-lbs/in³ oder von 1500 in-lbs/in³ bis 4000 in-lbs/in³ oder von 2400 in-lbs/in³ bis 3000 in-lbs/in³; und einen Ausgangsmodul von 400 psi bis 3000 psi oder von 500 psi bis 2000 psi oder von 600 psi bis 1000 psi aufweisen. Bei Ausführungsformen können die oben beschriebenen mechanischen Eigenschaften unter Verwendung des auf dem Gebiet bekannten ASTM D412-Verfahrens gemessen werden.
BEISPIELE
Beispiel 1 – Dispergierung von Cellulose in einem Fluorelastomer
Ein Fluorelastomerverbundstoff wurde wie folgt hergestellt: Methylcellulose wurde deagglomeriert und in Methylisobutylketon durch Mahlen mit 2 mm Edelstahl-Mahlmedien dispergiert, um eine stabile milchige Dispersion zu erhalten. Methylcellulose wurde mit einer prozentualen Inkorporierung von ungefähr 15% in Methylisobutylketon geladen. Die Methylcellulosedispersion wurde mit Viton GF (erhältlich von E. I. du Pont de Nemours, Inc.) kombiniert und in Keton mit einer Feststoffbeladung von ungefähr 20 Gew.-% aufgelöst. Die entstehende Dispersion ist stabil und weist eine prozentuale Gesamtinkorporation von modifizierter Cellulose in Viton von ungefähr 5% auf.
Beispiel 2 – Herstellung einer Cellulose-/Fluorelastomer-Topcoat-Schicht
Die in Beispiel 1 beschriebene Cellulose-/Fluorpolymer-Dispersion wurde mithilfe von Draw-Coating auf ein Aluminiumsubstrat auf eine Oberfläche aufgebracht, um einen Film zu bilden, der beim Trocknen ungefähr 30 μm dick ist. Die Beschichtung wurde danach durch schrittweise Behandlung auf 177°C über einen Zeitraum von 16 h gehärtet.
Beispiel 3 – Herstellung eines NCC-/Fluorelastomer-Verbundstoffs
Ein Fluorelastomerverbundstoff wurde wie folgt hergestellt: ungefähr 0,5 g NCC-(nanokristalline Cellulose-)Whiskers (ungefähr 150 nm) und ungefähr 50 g Viton GF (erhältlich von E. I. du Pont de Nemours, Inc.) wurden bei ungefähr 170°C unter Verwendung eines Doppelschneckenextruders bei einer Rotordrehzahl von ungefähr 20 Umdrehungen pro Minute (U/min) für ungefähr 20 min vermischt, um einen Polymerverbundstoff zu bilden, der ungefähr 1 Gew.-% NCC-Nanopartikel enthält. Ein ähnliches Verfahren wurde verwendet, um zwei andere Fluorelastomerverbundstoffe mit 3 Gew.-% bzw. 10 Gew.-% NCC-Nanopartikel herzustellen.
Beispiel 4 – Herstellung einer NCC-/Fluorelastomer-Topcoat-Schicht
Es wurden drei Beschichtungszusammensetzungen hergestellt, die den NCC-Verbundstoff aus Beispiel 3 enthielten, die jeweils ungefähr 17 Gew.-% Fluorelastomerverbundstoff, aufgelöst in Methylisobutylketon (MIBK) und kombiniert mit 5 Gew.-% VITON^®-GF und AO700 Vernetzungsmittel (Aminoethylaminopropyltrimethoxysilan-Vernetzungsmittel von Gelest), und 24 Gew.-% Methanol enthielten. Die Beschichtungszusammensetzungen wurden mit einem Stangenbeschichter auf drei Aluminiumsubstrate aufgebracht, und die Beschichtungen wurden durch schrittweise Hitzebehandlung über einen Zeitraum von ungefähr 24 h bei Temperaturen zwischen 49°C und 177°C gehärtet.
Beispiel 5 – Dispergierung von NCC in einem Fluorkunststoff und einer Beschichtungszubereitung
Eine Beschichtungsformulierung wurde durch Dispergieren von MP320 Pulver-PFA von DuPont (Partikelgröße von mehr als 15 μm) und NCC-Whiskern (ungefähr 150 nm) in 2-Propanol mit einer Feststoffgesamtbeladung von 20 Gew.-% hergestellt. Der prozentuale Gewichtsanteil von NCC versus Gesamtgewicht von NCC und PFA belaufen sich auf 1, 3 und 10%. Die Dispergierung der Komponenten in 2-Propanol wird durch wiederholte Beschallung unterstützt. Danach werden die Dispersionen mithilfe einer Paashe Spritzpistole auf ein Silikonkautschuksubstrat aufgesprüht. Die Beschichtungen werden durch eine Wärmebehandlung für 15 bis 20 min bei 350°C gehärtet, um einen Verbundfilm zu bilden.
Zu den Vorteilen, die das Verstärken von Fluorpolymer mit Cellulosepartikeln bietet, zählt die inhärente hohe Festigkeit des Verbundmaterials. Die Cellulosepartikel stellen eine im Vergleich zu herkömmlichen Fasern signifikante Verstärkung bereit. Cellulosehaltige Materialien werden von erneuerbaren, umfassend verfügbaren Quellen abgeleitet und können mit wenig Energieaufwand verarbeitet werden. Die cellulosehaltigen Materialien sind biologisch abbaubar. Die Oberflächengruppen von Cellulosepartikeln ermöglichen eine chemische Funktionalisierung oder Addition von Tensiden für individuelle Verarbeitung, Benetzung oder Kompatibilität mit der Fluorpolymermatrix.

Claims

Verbundstoff, umfassend: ein Cellulosematerial, das in einer Menge von 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% vorhanden ist, wobei das Cellulosematerial C₆H₁₀O₅-D-Glukoseeinheiten umfasst, die mit der unten gezeigten β(C1→C4)-Verknüpfung miteinander verknüpft sind
wobei n 150 bis 5000 ist; und ein Fluorpolymer, das in einer Menge von 99 Gew.-% bis 70 Gew.-% vorhanden ist.
Verfahren zum Herstellen eines Verbundartikels, umfassend: Bereitstellen eines Gemischs aus Cellulosematerial, das in einer Menge von 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% vorhanden ist, wobei das Cellulosematerial C₆H₁₀O₅-D-Glukoseeinheiten umfasst, die mit der unten gezeigten β(C1→C4)-Verknüpfung miteinander verknüpft sind
wobei n 150 bis 5000 ist, und einem Fluorpolymer, das in einer Menge von 99 Gew.-% bis 70 Gew.-% vorhanden ist; Extrudieren des Gemischs in eine Form; und Erhitzen des geformten Gemischs auf eine Temperatur von 170°C bis 360°C, um den Artikel zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Fluorpolymer aus der Gruppe, bestehend aus Polytetrafluorethylen (PTFE); Perfluoralkoxypolymerharz (PFA); Copolymer von Tetrafluorethylen (TFE) und Hexafluorpropylen (HFP); Copolymeren von Hexafluorpropylen (HFP) und Vinylidenfluorid (VDF oder VF2); Terpolymeren von Tetrafluorethylen (TFE), Vinylidenfluorid (VDF) und Hexafluorpropylen (HFP); und Tetrapolymeren von Tetrafluorethylen (TFE), Vinylidenfluorid (VF2) und Hexafluorpropylen (HFP) und einem Cure Site Monomer, ausgewählt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Verbundbeschichtung, umfassend: Bereitstellen eines Gemischs aus Cellulosematerial, das in einer Menge von 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% vorhanden ist, wobei das Cellulosematerial C₆H₁₀O₅-D-Glukoseeinheiten umfasst, die mit der unten gezeigten β(C1→C4)-Verknüpfung miteinander verknüpft sind
wobei n 150 bis 5000 ist, und einem Fluorpolymer, das in einer Menge von 99 Gew.-% bis 70 Gew.-% vorhanden ist, in einem Lösungsmittel; Aufbringen des Gemischs auf einem Substrat; und Erhitzen des Gemischs auf eine Temperatur von 170°C bis 360°C, um die Beschichtung zu bilden.