DE2631036A1 - Ueberzug aus einem fluorhaltigen polymer mit verbesserter kratzfestigkeit - Google Patents

Ueberzug aus einem fluorhaltigen polymer mit verbesserter kratzfestigkeit

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DE2631036A1
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Description

Dr. !ng. Wstfsr Ahfti Dr. DiPter F, Morf Dr. Hans-Α. Brauns
Wlochea 8S1 PltnzeiMMrstr. 28
9. JuIi 1976 FF-7376
E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY Wilmington, Delaware, V.St,A.
Überzug aus einem fluorhaltigen Polymer mit verbesserter Kratzfestigkeit
Mit fluorhaltigen Polymeren, insbesondere Polytetrafluoräthylen (PTFE) beschichtete Küchengeräte werden in den letzten Jahren zunehmend verwendet. Viele Köche bevorzugen derartige Küchengeräte, weil das Kochgut sich nicht festsetzt, und weil die Küchengeräte so leicht zu reinigen sind.
Während ein Küchengerät dieser Art recht haltbar ist, wird die Beschichtung aus fluorhaltigem Polymer nach langem Ge-
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brauch zerkratzt, veil sie etwas weicher als die Geräte sind, mit denen das Kochgut gerührt und gewendet wird.
Fluorhaltige Polymerzusammensetzungen, die Glimmerparti— kel, mit Pigment beschichtete Glimmerpartikel oder Metall— schuppen enthalten, führen zu Überzügen aus fluorhaltigern Polymer dieser Art mit verbesserter Kratzfestigkeit. Diese ist tatsächlich vorhanden und kann physikalisch mit entsprechenden Instrumenten gemessen werden. Die scheinbare Kratzfestigkeit, die der Benutzer des Küchengeräts wahrnimmt, kann gegebenenfalls nicht so hoch wie die tat— sächliche Kratzfestigkeit sein, weil Nahrungsmittel in den gegebenenfalls vorhandenen leichten Kratzern festsitzt und oxidiert wird. Diese Kratzer heben sich dann wegen des großen optischen Kontrastes zwischen dem Überzug und dem oxidierten Nahrungsmittel deutlich ab und sind deshalb sehr viel leichter zu bemerken, als sie es normalerweise wären.
Es wurde nun gefunden, daß die scheinbare Kratzfestig— keit eines solchen Überzugs verbessert werden kann, in dem der Überzug mit einer anderen Beschichtungszusammensetzung aus fluorhaltigen Polymer überbeschichtet wird.
Beispielhafte und geeignete GrundbeSchichtungen für er— findungsgemäß beschichtete Gegenstände werden in den US-Anmeldungen US-SN 597 491, 552 87O, 552 871, 552 873, 552 872 und 400 040 beschrieben. In diesen Anmeldungen werden die Grundbe Schichtungen und ihre Herstellung beschrieben.
Die Zusammensetzung des ÜberbeSchichtungsmittels ist in ihrer einfachsten Ausführungs-form eine Dispersion eines fluorhaltigen Polymeren in einem Träger. Die fluorhaltigen
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Polymeren und Träger, die verwendet werden können, sind die, die in den angegebenen Anmeldungen beschrieben werden. Das fluörhaltige Polymer ist vorzugsweise das gleiche, das in der Grundbeschichtungszusammensetzung verwendet wird; insbesondere bevorzugt ist Poly te traf luoräthylen in sowohl der Grundbe schichtung als der Üb erbe schichtung.
Die Menge an Festkörpern in der Üb erb es chi chtungs zusammensetzung wird durch die Aufbringungsmethode, die Härtungs— vorgänge und ähnliche Faktoren bestimmt. Normalerweise enthält die Zusammensetzung insgesamt etwa 10 bis 80 Prozent Festkörper.
Die Überbeschichtungszusammensetzung zeigt nach dem Härten verbesserte Koaleszenz, wenn sie ebenfalls als ein Polymeradditiv ein Polymer von äthylenisch ungesättigten Monomeren enthält, das bei der Härtungstemperatur des Films depolymerisiert, wie es im einzelnen in der TJS-SN 597 491 beschrieben wird.
Dieses Polymeradditiv ist normalerweise in der Zusammensetzung des Überbeschichtungsmittels in Konzentrationen von etwa 5 bis 75 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht von fluorhaltigen Polymer und Polymeradditiv, vorzugsweise etwa 5 bis 15 Gewichtsprozent, enthalten, wobei das fluorhaltige Polymer in entsprechenden Mengen enthalten ist, so daß das Gesamtgewicht von fluorhaltigen Polymer und Polymeradditiv 100 Prozent ergibt.
Wird das Polymeradditiv verwendet, kann die ÜberbeschichtungsZusammensetzung bei Bedarf eine Metallverbindung enthalten, die die Depolymerisation von verbleibendem Polymeradditiv, dessen Anwesenheit den Endüberzug verfärben kann, katalysiert.
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Diese Metallverbindung kann ein Oxid oder Hydroxid der folgenden Metalle sein:
(1) Kupfer, Kobald, Eisen, Nickel, Chrom, Vanadin, Tantal, Cer, Thorium, Mangan, Wismuth, Cadmium, Molybdän, Gallium, Iridium, Rhodium, Platin, Palladium, Zinn, Wolfram, Lithium, Natrium, Kalium, Blei, Ytterbium und/oder Silber;
(2) eine Verbindung einer der Metalle nach (i), die sich im Temperaturbereich von 100 bis 5000C zersetzt und mindestens 0,2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Metall in der Verbindung, eines Oxids oder Hydroxids ergibt.
Die Metallverbindung, falls sie verwendet wird, ist normalerweise in der Zusammensetzung des Überbeschichtungsmittels in einen Konzentration enthalten, die etwa 0,005 bis 5 Teile Metall je 100 Teile verwendetes fluorhaltiges Polymer ergibt.
Die Überbeschichtungszusammensetzung kann ebenfalls solche üblichen Additive wie Mittel zur Regelung der Fließeigenschaft en, oberflächenaktive Mittel, Weichmacher u.a. enthalten, sofern dieses nötig oder angebracht erscheint. Diese Zusätze werden aus üblichen Gründen, in der üblichen Weise und in den üblichen Mengen zugesetzt.
Soll die Farbe der Grundbeschichtung erhalten bleiben, wird die Überbeschichtung aus einer klaren Zusammensetzung hergestellt. Ist die Farbe der Grundbeschichtung nur von sekundärer Bedeutung, kann die scheinbare Kratzfestigkeit des Überzugs weiter verbessert werden, indemder Zusammensetzung des Überbeschichtungsmittels ein Pigment zugesetzt wird, das praktisch den gleichen Brechungsindex wie das verwendete fluorhaltige Polymere besitzt. Zu geeigneten Beispielen solcher
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Pigmente zählen Aluminiumoxid, Kieselsäure, Tone und Glas— kügelchen. Diese Pigmente sind normalerweise in der Zusammensetzung des Überbeschichtungsmittels in Konzentrationen von etwa 3 bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des fluorhaltigen Polymeren, enthalten.
Ist die Farbe der Grundbeschichtung unwichtig, kann die Überbeschichtungszusammensetzung irgendein Pigment enthalten, das normalerweise verwendet wird, um Zusammensetzungen dieser Art zu färben.
Die Zusammensetzung des ÜberbeSchichtungsmittels wird hergestellt, in dem einfach geeignete Mengen der entsprechenden Komponenten gemischt werden.
Die Grundbeschichtungszusammensetzung wird aufgebracht, wie es in den angeführten Anmeldungen beschrieben wird. Die Überbeschichtungszusammensetzung wird dann auf die Grundbeschichtung aufgebracht, vorzugsweise durch Sprühen, wobei die Überbeschichtung normalerweise eine Dicke von etwa 10 bis 75 Mikron, vorzugsweise 15 bis 35 Mikron aufweist. Die Zusammensetzung des Überbeschichtungsmittels kann auf eine luftgetrocknete oder auf eine feuchte Grundbeschichtungszusammensetzung aufgebracht werden. In jedem Fall wird die ganze Beschichtung dann ausreichend lange und bei einer Temperatur in der Wärme behandelt, um das verwendete fluorhaltige Polymere zu schmelzen.
Die Grundbeschichtungs— und Überbeschichtungszusammensetzungen sind ausgesprochen geeignet zur Beschichtung von Küchengeräten aus Metall, insbesondere Bratpfannen; die Zusammensetzungen können jedoch auch verwendet werden, um andere Gegenstände zu beschichten, die kratzfeste fluorhaltige Polymerbeechichtungen benötigen. Diese anderen Gegenstände können aus Glas oder irgendeinem anderen Material hergestellt sein, das Back- und Brat-
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temperatüren widersteht. Beispielsweise können die Zusammensetzungen verwendet werden, um Lager, Ventile, Draht, Metallfolie, Kessel, Rohre, Schiffsrumpfe, Ofenunterlagen, eiserne Grundplatten, Waffeleisen, Eiswtirfelschalen und— Behälter, Schneeschuppen und Pflüge, Rutschen, Förderanlagen, Prägestempel und Druckplatten, und Werkzeuge wie Sägen, Feilen und Bohrer, Trichter und andere industrielle Behälter und Formen zu beschichten.
Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels näher erläutert ·
In diesem Beispiel werden, sofern nicht anders angegeben, die Mengenangaben in Gewichtsteilen und Gewichtsprozenten angegeben.
Beispiel
Eine sandstrahlbehandelte Aluminiumbratpfanne wurde gemäß Beispiel 2 der amerikanischen Anmeldung US-SN 597 491 mit einer Grundbeschichtung versehen, mit der Ausnahme, daß die abschließende Hitzebehandlung unterlassen wurde.
Über diese feuchte Grundbe schichtung wurde eine Zusammensetzung des Überbeschichtungsmittels aufgebracht, das wie folgt hergestellt wurde:
(i) Die folgenden Komponenten wurden in der angegebenen Reihenfolge miteinander vermischt:
(a) Cer-2-äthylhexanoat-Lösung
(50$ in 2-Äthylhexansäure) 15,2 Teile
(b) Triäthanolamin 31 »3 Teile
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(c) Ölsäure 18,9 Teile
(d) Toluol 56,0 Teile
(e) Butylcarbitol 18,7 Teile
(2) Das Produkt nach (i) wurde unter Vermischung zu 718,04 Teilen einer wässrigen PTFE-Dispersion, 60 Prozent Pestkörper, ("Teflon", TFE-Fluorcarbon Resin Aqueous Dispersion, T-3O, E.I. du Pont de Nemours Company) zugegeben.
(3) Dem Produkt nach (2) wurden langsam unter Vermischung 157*^-5 Teile einer wässrigen Dispersion, 40 Prozent Festkörper, eines Methylmethacrylat/Äthylacrylat/Meth-. arylsäure-Teerpolymeren (39/57/4) zugegeben.
(4) Dem Produkt nach (3) wurden unter Mischen 57» 12 Teile entionisiertes Wasser zugesetzt.
Die Überbeschichtungszusammensetzung wurde über die feuchte Grundbeschichtung zu einer Dicke von etwa 12 Mikron aufgesprüht. Beide BeSchichtungen wurden dann luftgetrocknet und die Pfanne 5 Minuten bei 425°C hitzebehandelt.
Der gebildete Überzug zeigte nach langer Benutzung praktisch keine scheinbaren Sprünge oder Kratzer.
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Beispiele 1 und 2 der im vorstehenden Beispiel erwähnten amerikanischen Anmeldung US-SN 597 491 lauten wie folgt:
Beispiel 1
In der nachfolgend angegebenen Reihenfolge werden vermischt:
(1) PTFE (Polytetrafluoräthylen)-Dispersion
(60 % Feststoffe in Wasser)
(2) entionisiertes Wasser
(3) TiOp beschichtet mit Glimmer
(4) in einer Kugelmühle vermahlene Mischung aus
rotes Eisenoxid
entionisiertes Wasser
ölsäure
Triäthanolamin
Butylcarbitol
Toluol
(5) eine Mischung aus
Triäthanolamin ölsäure
Toluol
Butylcarbitol
(6) MethyImethacrylat/Äthylacrylat/Methacrylsäure 39/57/^-Terpolymerdispersion (40#ig in Wasser)
64,9 Teile
10,5 Teile 4,0 Teile
0,2 Teile
44,9 Teile
33,7 Teile
3,3 Teile
6,7 Teile
2,9 Teile
8,5 Teile
0,92 Teile 0,75 Teile 3,48 Teile 1,3 Teile
14 Teile
Die erhaltene Zusammensetzung wurde auf eine Aluminiumbratpfanne aufgetragen, die vorher frittbeschichtet und (fritcoated) mit einem Primer versehen worden war entsprechend Beispiel 1 der US-SN 405 798 vom 12. Oktober 1973.
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Die Beschichtung wurde durch Sprühen bis zu einer Dicke von 25 um (trocken) aufgetragen. Die beschichtete Pfanne wurde dann etwa 5 Minuten bei 425°C hitzebehandelt, wobei man einen kratzfesten, goldenen Überzug erhielt.
Beispiel
Das Verfahren nach Beispiel 1 wird wiederholt mit der Ausnahme, dass die Komponenten (3) und (4) ausgetauscht wurden wie folgt:
(3) TiO„ beschichtet mit Glimmer H Teile
(4) kugelmühlenvermahlene Mischung aus
entionisiertem Wasser 55 Teile
Kobaltoxidblau 45 Teile
Die erhaltene Zusairanensetzung wurde auf eine Bratpfanne, die gemäss Beispiel 1 vorbehandelt worden war, aufgetragen, wobei man einen kratzfesten silbrigen überzug erhielt.
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Claims (1)

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    Patentansprüche
    1, Beschichteter Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Grundbeschichtung mit Gehalt an
    (a) einem teilchenförmigen Polymeren von monoäthyle— nisch ungesättigten Kohlenwasserstoffmonomeren, die vollständig mit Fluoratomen oder einer Kombination von Fluoratomen und Chloratomen substituiert sind;
    (b) Glimmerpartikeln, mit Pigment beschichteten Glimmerpartikeln und/oder Metallschuppenj und
    (c) einem flüssigen Träger beschichtet ist,
    wobei die Grundbeschichtung mit einem Überzug aus einer klaren Dispersion eines Polymeren gemäß (a) überschichtet ist.
    2« Gegenstand gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einer Zusammensetzung mit Gehalt an
    (a) einem Polymeren von monoäthylenisch ungesättigten Monomeren, die mit Fluoratomen oder einer Kombination von Fluoratomen und Chloratomen vollständig substituiert sind;
    (b) einem Polymeren von äthylenisch ungesättigten Monomeren, das depolymerisiert , und dessen De— polymerisationsprodukte im Temperaturbereich von etwa 150 C unterhalb der Schmelztemperatur von
    (a) bis etwa zur Zersetzungstemperatur von (a) ver«
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    dampfen; und
    (c) einem flüssigen Träger gebildet ist.
    3· Gegenstand gemäß Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug der Uberbesch.ich.tung aus einer Zusammensetzung gebildet ist, die zusätzlich einen Katalysator zur Depolymerisation des Polymeren (b) enthält.
    4. Gegenstand gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einer Zusammensetzung gebildet wird, die zusätzlich ein Pigment enthält.
    5. Gegenstand gemäß Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einer Zusammensetzung gebildet ist, deren Pigment einen praktisch, gleichen Brechungsindex wie das Polymer (a) aufweist.
    6. Gegenstand gemäß Anspruch 2, dadurch, gekennzeichnet, daß das Polymer aus monoäthylenisch ungesättigten Monomeren eine oder mehrere äthylenisch. ungesättigte Säuregruppen enthält,
    7. Gegenstand gemäß Anspruch. 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer von monoäthylenisch ungesättigten Monomeren aus einem oder mehreren Polymeren aus Alkylacrylat oder Methacrylat mit 1 bis 8 Kohlenstoff atomen in der Alkylgruppe, Styrol, e< -Methylstyrol, Vinyltoluol oder einem Glyzidylester ist, und die Säuregruppe die einer Acrylsäure, Methacrylsäure , Fumarsäure, Xtaconsäure, Maleinsäure oder Maleinanhydrid ist.
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    4L
    8. Gegenstand gemäß Anspruch 7t dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein
    (a) Methylmethacrylat/2—Äthylhexylacrylat/ ethacryl— säure terpolymer,
    (b) Butylacrylat/Methylmethacrylat/Cardura E/Acryl— säure-quadripolymer,
    (c) Styrol/Methylmethacrylat/Cardura E/Acrylsäure— quadripolymer und/oder
    ( d) Methylmethacrylat/Äthylacrylat/Me thacrylsäure— quadripolymer ist.
    9. Gegenstand gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten Glimmerpartikel in der Grund— beschichtungszusammensetzung mit einem Oxid von Titan, Zirkon, Aluminium, Zink, Antimon, Zinn, Eisen, Kupfer, Nickel, Kobalt, Chrom und/oder Vanadin beschichtet sind.
    10. Gegenstand gemäß Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer (a) PTFE ist.
    11. Gegenstand gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (d) Wasser ist.
    12. Verfahren zur Verbesserung der scheinbaren Kratzfestig— keit eines Gegenstandes, der eine Grundbeschichtung trägt, die aus einer Zusammensetzung mit Gehalt an
    (a) einem Polymeren von monoäthyIonisch ungesättigten Kohlenwasserstoffmonomeren, die vollständig mit Fluoratomen oder einer Kombination von Fluoratomen und Chloratomen substituiert sind;
    (b) Glimmerpartikeln, mit Pigment beschichteten Glimmerpartikeln oder Metallschuppen oder Metallpartikeln;
    - 12 -
    60 988 Λ / 1 175
    FF-7376
    42,
    (c) einem Polymeren von monoäthylenisch. ungesättigten Monomeren, das depolymerisiert, und dessen De— polymerisationsprodukte in Temperaturbereich von etwa 150 C unter der Verschmelzungstemperatur von (a) bis etwa zur Zersetzungstemperatur von (a) verdampfen; und
    (d) einem flüssigen Träger gebildet ist, dadurch, gekennzeichnet, daß man die Grundbeschichtung mit einer Zusammensetzung, die eine Dispersion eines Polymeren wie unter (a) enthält, überschichtet und diese dann schmilzt.
    - 13 609884/1 175
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