DE69411644T4

DE69411644T4 - Bügeleisen mit einer Antihaftschichtbeschichtung

Info

Publication number: DE69411644T4
Application number: DE69411644T
Authority: DE
Inventors: Emmanuel W.J.L. C/O Int.Octrooibureau B.V. Oomen; Hans C/O Int.Octrooibureau B.V. De Beurs
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1993-08-23
Filing date: 1994-08-19
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2014-08-20
Also published as: CN1076416C; JP3690826B2; DE69411644D1; BE1007457A3; EP0640714B1; JPH0780199A; US5592765A; CN1124311A; EP0640714A1; DE69411644T2; SG44021A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bügeleisen mit einer metallenen Sohlenplatte, die mit einer Antihaftschicht versehen ist. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zum Anbringen einer solchen Antihaftschicht auf einer metallenen Sohlenplatte.
Ein Bügeleisen der eingangs erwähnten Art ist an sich bekannt. So wird in der Deutschen Patentschrift DE 36.17.034 ein Bügeleisen beschrieben, dessen Sohlenplatte mit einer Antihaftschicht versehen ist, die aus wenigstens zwei Teilschichten aufgebaut ist. Die erste Teilschicht besteht aus einer Basisschicht aus beispielsweise Alumniumoxid oder einem Gemisch aus Aluminiumoxid und Titanoxid, das beispielsweise in einem Plasmasprühverfahren auf der metallenen Sohlenplatte angebracht ist. Auf dieser Basisschicht wird eine zweite Teilschicht aus Kunststoff angebracht, vorzugsweise auf Basis von Teflon.
Das bekannte Bügeleisen hat aber Nachteile. So stellt es sich heraus, daß insbesondere die mechanische Stärke der Antihaftschicht unzureichend ist. Dies wird namentlich verursacht durch die relativ geringe Kratzfestigkeit der Kunststoffschicht. Auch stellt es sich heraus, daß es Probleme gibt mit der Beständigkeit der Kunststoffschicht. Es stellt sich heraus, daß die Beständigkeit der Kunststoffe gegen die für Bügeleisen üblichen Temperaturen von maximal 300°C im Allgemeinen nicht optimal ist. Außerdem ist das Anbringen einer Doppelschicht, wie dies für die bekannte Antihaftschicht beschrieben wird, aufwendig.
In DE-A 21.51.858 wird ebenfalls ein Bügeleisen beschrieben, das eine metallene Sohlenplatte mit einer Antihaftschicht aufweist. Diese Schicht besteht aus Silikonenöl, einer Silikonenemulsion oder einem Silikonenlack. Schichten aus solchem Silikonenmaterial sind weder hart noch kratzfest und lösen sich beim Bügeln auf einfache Weise von der Sohlenplatte.
In GB 956.740 wird ein Haushaltgerät beschrieben, wie ein Bügeleisen, mit einer Antihaftschicht. Diese Schicht ist im Spritzverfahren auf einer Oberfläche des Gerätes angebracht und besteht aus einem Metall, wie Aluminium oder Legierungen desselben, aus Kupfer oder Legierungen desselben, aus Kupfernickellegierungen oder aus Eisen oder Legierungen desselben, wobei Poren in der Schicht mit Antikleber, wie Fluorkarbonpolymer, gefüllt werden.
In EP-A 227.111 wird ein anderes Bügeleisen mit einer Antihaftschicht beschrieben. Die genannte Schicht enthält eine erste im Spritzverfahren aufgetragene Schicht aus keramischem oder metallischem Material. Eine zweite Schicht aus einem organischen Bindemittel wird danach im Spritzverfahren auf der genannten ersten Schicht angebracht.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Bügeleisen zu schaffen, bei dem die obengenannten Nachteile nicht auftreten. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bügeleisen mit einer metallenen Sohlenplatte zu schaffen, deren Antihaftschicht eine große Kratzfestigkeit aufweist. Die Antihaftschicht soll auf einfache und preisgünstige Weise auf der Sohlenplatte angebracht werden können. Die Antihaftschicht soll außerdem eine gute Kossosionsfestigkeit aufweisen sowie eine Beständigkeit gegen viele und schnelle Temperaturschwankungen bis maximal 300°C. Die Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen zum Anbringen einer Antihaftschicht auf einer Sohlenplatte.
Diese und andere Aufgaben werden erfüllt mit einem Bügeleisen der eingangs erwähnten Art, das nach der Erfindung das Kennzeichen aufweist, daß die Antihaftschicht ein anorganisches Polymer aufweist, vorzugsweise aus Polysilikat, das in einem Sol-Gel-Prozeß angebracht ist.
Es stellt sich heraus, daß eine in einem Sol-Gel-Prozeß angebrachte Schicht eine im Vergleich zu Teflon ausgezeichnete Kratzfestigkeit aufweist. Wie nachstehend noch näher beschrieben wird, kann eine derartige Schicht auf einfache Weise auf einer metallenen Sohlenplatte angebracht werden. Es hat sich herausgestellt, daß eine Antihaftschicht in Form eines anorganisches Polymers eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit hat und gegen viele und schnelle Temperaturschwankungen im Bereich von 20–300°C durchaus beständig ist. An sich kann ein derartiges anorganisches Polymer auf Poly-Zr-Oxid, Poly-Ti-Oxid oder Poly-Al-Oxid basiert sein. Aus Kostengründen wird jedoch vorzugsweise ein anorganisches Polymer auf Basis von Polysilikat verwendet. Sole auf Basis von Polysilikaten lassen sich einfacher herstellen und sind länger stabil als die anderen Sole.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bügeleisens weist das Kennzeichen auf, daß die Antihaftschicht zugleich fluoridierte Kohlenwasserstoffverbindungen aufweist. Das Vorhandensein derartiger Verbindungen verleiht dem Bügeleisen einen sprürbar niedrigeren Reibungswiderstand beim Büglen. Diese Maßnahme verbessert daher die Bügeleigenschaften des erfindungsgemäßen Bügeleisens wesentlich. Die fluoridierten Kohlenwasserstoffe können als einzelne Verbindungen in die anorganische polymere Matrix der Antihaftschicht eingebettet sein, beispielsweise in Form eines feinkörnigen Pulvers von Teflon. Vorugsweise sind aber diese fluoridierten Kohlenwasserstoffverbindungen gleichwertig an das anorganische Polymer gebunden.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zum Anbringen einer Antihaftschicht auf einer metallenen Sohlenplatte. Dieses Verfahren weist nach der Erfindung das Kennzeichen auf, daß auf der Sohlenplatte eine Schicht aus einer Sol-Gel-Lösung angebracht wird, woraus bei höherer Temperatur ein anorganisches Polymer gebildet wird.
Die Herstellung einer Sol-Gel-Lösung ist an sich bekannt. Bei der Verwendung einer Sol-Gel-Lösung zum Herstellen von Schichten auf einem Substrat wird zunächst eine Kolloidalsuspension zubereitet aus festen Teilchen in einer Flüssigkeit. In dem vorliegenden Fall betrifft es vorzugsweise hydrolysierte Metalloxidteilchen in einem organischen Lösungsmittel. Bekannte Metallalkoide in diesem Zusammenhang sind Ti-, Zr-, Al- und Si-Alkoxide. Als organisches Lösungsmittel wird meistens ein Alkohol verwendet. Die genannte Kolloidallösung oder der Sol wird nach Hinzufüg-ung einer geringen Menge Wasser sowie einer geringen Menge einer Säure oder einer Base als Katalysator in einer dünnen Schicht angebracht auf einem gewünschten Substrat. Der hinzugefügte Katalysator und das Wasser verursachen Hydrolyse der Alkoxide, wonach bei höherer Temperatur Polykondensation zu einem anorganischen Polymer auftreten kann, wobei die Lösungsmittel aus der erhaltenen Sol-Gel-Schicht verdunstet werden.
Mit dem Sol-Gel-Prozeß können sehr dünne Schichten eines anorganischen Polymers auf der Sohlenplatte angebracht werden. So lassen sich Dicken von weniger als 1 μm und sogar weniger als 0,5 μm mit dieser Technik verwirklichen. Verwendung solcher dünnen Schichten und die Wahl eines Alkoxysilikats als Monomer für das anorganische Polymer machen die erfindungsgemäßen Antihaftschichten besonders preisgünstig.
Eine günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Kennzeichen auf, daß die Lösung zugleich 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan (GLYMOL) aufweist in einer Menge von max. 50 Gew.-% der Gesamtmenge an Alkoxysilikat. Das Vorhandensein dieser Verbindung in der Kolloidallösung verursacht eine wesentlich bessere Haftung der gebildeten Sol-Gel-Antihaftschicht an der metallenen Sohlenplatte. Beim Fehlen dieser Verbindung sollen die Sohlenplatten eine Anzahl zusätzlicher Reinigungsschritte erfahren, bevor sie mit eine Antihaftschicht aus einem anorganischen Polymer versehen werden. Durch die genannte Verbindung können diese Prozeßschritte fortgelassen werden.
Eine andere günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Kennzeichen auf, daß die Lösung zugleich eine fluoridierte Silanverbindung aufweist. Es stellt sich heraus, daß das Vorhandensein derselben die hydrophoben Eigenschaften der Antihaftschicht wesentlich verbessert. Es stellt sich heraus, daß eine Menge von 0,1 Gew.-% berechnet zu der Gesamtmenge an Kolloidalteilchen bereits ausreicht um die hydrophoben Eigenschaften des gebildeten anorganischen Polymers denen von Teflon nahezu entsprechen zu lassen. Bei einer größeren Menge als 5 Gew.-% stellt es sich heraus, daß die hydrophoben Eigenschaften der Antihaftschicht sich nicht mehr verbessern.
Die Kolloidallösung kann verschiedenartig in Form einer Schicht auf der Sohlenplatte, beispielsweise im Tauch- oder Schleuderverfahren. Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schicht mit Hilfe von Sprühtechniken angebracht. Es stellt sich heraus, daß auf diese Weise ange brachte Schichten einen niedrigeren Reibungskoeffizienten haben als Schichten, die im Schleuderverfahren angebracht worden sind. Es hat sich ergeben, daß wegen der Einstellbarkeit der Tropfengröße beim Sprühen und der Tempoeratur der Sohlenplatte der Reibungskoeffizient der Antihaftschicht variiert werden kann. Die auf die Sohlenplatte aufgesprühten Tropfen verleihen der Antihaftschicht eine Buckelstruktur. Es hat sich herausgestellt, daß die Bügeleigenschaften einer Antihaftschicht mit einer Buckelstruktur besser sind als die einer glatten Antihaftschicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt:
1 ein erfindungsgemäßes Bügeleisen.
1 zeigt ein Dampfbügeleisen. Dieses hat ein Kunststoffgehäuse 1, das auf der Unterseite mit einer metallenen Sohlenplatte 2 versehen ist. In dem vorliegenden Fall besteht die Sohlenplatte aus einer rostfreien Stahllegierung. Die Sohlenplatte ist an der von dem Gehäuse abgewandten Oberfläche mit einer Antihaftschicht 3 versehen. Diese enthält ein anorganisches Polymer auf Basis von Polysilikat, das in einem Sol-Gel-Verfahren angebracht ist. Nachstehen werden einige erfindungsgemäße Verfahren beschrieben zum Anbringen der Antihaftschicht aus organischem Polymer auf der Sohlenplatte.
Nach einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde eine Sol-Gel-Lösung hergestellt, die 10 g TEOS (Tetraäthylorthosilikat), 80 g Äthanol, 10 g angesäuertes Wasser (1 N HCL) enthielt. Nach einer Hydrolyse von einer Stunde wurde dien Lösung auf der Bügelfläche einer Sohlenplatte aus rostsicherem Stahl im Schleuderverfahren angebracht, wobei eine Drehzahl von 600 Umdrehungen in der Minute angewandt wurde. Die Sohlenplatte wurde vorher dadurch gereinigt, daß diese nacheinander einer Ultraschallbehandlung in einer Seifenlösung und einer UV-Ozon-Behandlung ausgesetzt wurde. Die Schleuder-Sol-Gel-Schicht wurde 30 Minuten lang bei 300°C ausgehärtet. Es stellte sich heraus, daß die gebildete Antihaftschicht aus Polysilikat (Dicke 200 ns) eine gute Kratzfestigkeit hatte un eine gute Haftung an der metallenen Sohlenplatte. Es ergab sich, daß diese Haftung nicht beeinträchtigt worden war, nachdem die Sohlenplatte 500 mal einem Temperaturzyklus von 20–300°C ausgesetzt worden war.
Nach einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde die oben beschriebene Sol-Gel-Lösung mit Hilfe einer Spritzrobots auf der gereinigten Sohlenplatte angebracht. Bei einer Reihe von versuchen stellte es sich heraus, daß mit diesem Verfahren Antihaftschichten mit einem geringeren Reibungskoeffizienten erhalten werden konnten als mit Hilfe eines Tauch- oder Schleuderverfahrens. Die Glätte der Antihaftschicht konnte u. a. dadurch beeinflußt werden, daß die Tropfengröße und die Temperatur der Sohlenplatte variiert wurde. Die erhöhte Glätte der Antihaftschicht steigert das Bügelverhalten des Bügeleisebs.
Nach einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde eine Lösung von 2 g Glymo, 8 g TEOS, 80 g Äthanol und 10 g angesäuertem Wasser (1 N HCl) zwei Stunden lang hydrolysiert. Diese Lösung wurde danach in einem Schleuderverfahren auf einer Sohlenplatte aus rostfreiem Stahl (AISI 304) angebracht. Die Sohlenplatten waren nur in einem Ultraschallverfahren in einer Seifenlösung gereinigt worden. Die angebrachte Sol-Gel-Schicht wurde 30 Minuten lang bei 200°C ausgehärtet. Die dabei gebildete Antihaftschicht aus dem anorganischen Polymer (Dicke 300 nm) hatte eine einwandfreie Haftung an der metallenen Sohlenplatte, trotz der Tatsache, daß keine UV/Ozonbehandlung durchgeführt wurde. Die Kratzfestigkeit der Schicht war ausgezeichnet.
Nach einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde eine Sol-Gel-Lösung hergestellt, die 10 g TEOS und FTES enthielt, das in 80 g Äthanol und 10 g angesäuertem Wasser (1 N HCl) gelöst war. Unter FTES wird Fluoralkyltriäthylsilan verstanden. Die Länge der Fluoralkylgruppe kann im Grunde zwischen 5–15 Atomen variiren. In dem vorliegenden Fall wurde C₆F₁₃CH₂-Si(OC₂H₅)₃ verwendet. Die Lösung wurde auf einer Sohlenplatte angebracht mit Hilfe einer Spritzrobots und daraufhin bei 160°C ausgehärtet. Die gebildete Antihaftschicht hatte eine gute Härte und es stellte sich heraus, daß sie gegen Temperaturschwankungen bis 300°C beständig war. Durch die vorhandenen fluoridierten Kohlenwasserstoffe in der Antihaftschicht waren die Bügeleigenschaften der Bügeleisen wesentoich besser als die der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Zum Bestimmen der optimalen Menge der relativ teuren fluoridierten Alkylsilane wurde bei einigen Versuchen das Molverhältnis von TEOS und FTES in den Sol-Gel-Lösung variiert. Der Kontaktwinkel eines Wassertropfens auf der Schicht aus dem anorganischen Polymer der untersuchten Zusammensetzung wurde daraufhin bestimmt. Die Werte derselben als Funktion der Konzentration an FTES sind in den nacjfolgenden Tafel angegeben. Diese Tafel zeigt, daß eine relativ geringe Menge von etwa 0,1 Mol% an FTES die hydrophoben Eigenschaften der Antihaftschicht stark verbessert. Hinzufügung von mehr als 5 Gew.-% FTES an TEOS liefert keine weitere Verbesserung der hydrophoben Eigenschaften der Antihaftschicht. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der Wasserkontaktwinkel auf Teflon etwa 107° beträgt.

FTES/TEOS Winkel (°)

0/100 40 ± 4

0.03/100 75 ± 5

0.1/100 101 ± 5

0.3/100 107 ± 5

0.6/100 109 ± 5

1/100 110 ± 5

4/100 102 ± 5

15/100 104 ± 5

30/100 102 ± 5

Claims

Bügeleisen mit einer metallenen Sohlenplatte, die mit einer Antihaftschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht eine kratzfeste und harte Schicht ist, die ein anorganisches Polymer aufweist, das mit einem Sol-Gel-Verfahren herstellbar ist.
Bügeleisen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht auch fluoridierte Kohlenwasserstoffverbindungen aufweist.
Verfahren zum Bereitstellen einer Antihaftschicht auf einer metallenen Sohlenplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die Bügelfläche mit einer Schicht aus einer Sol-Gel-Lösung versehen ist, die bei höherer Temperatur in ein anorganisches Polymer umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sol-Gel-Lösung ein Alkoxysilikat aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung auch 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan in einer Menge von max. 50 Gew.-% der Gesamtmenge an Alkoxysilikat aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung auch eine fluoridierte Silanverbindung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sol-Gel-Lösung mit Hilfe von Sprühtechniken auf der Sohlenplatte aufgebracht wird.