DE69614160T2 - Hydrolack für Antihaft-PTFE-Beschichtung von geformten Aluminiumartikeln oder Aluminiumband - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hydrolack auf PTFE-Basis für eine sehr stark abriebfeste Antihaftbeschichtung eines vorentfetteten Aluminiumträgers. Es ist eine wesentliche Aufgabe der Erfindung, eine Formulierung zur Verfügung zu stellen, die für die Konstituierung der Grundierung geeignet ist und enthält:
• - Polytetrafluorethylen (PTFE) als eine 60 Gew.-% wäßrige PTFE-Dispersion;
• - Polyamidoimid(PAI)-Harz als eine 30 Gew.-%ige PAI-Lösung in N-Methylpyrrolidon;
• - Ruß;
• - kolloidales Siliciumdioxid als eine wäßrige Dispersion;
• und die außerdem pro 100 Gewichtsteile der Formulierung 1 bis 6 Gewichtsteile eines "Antiabrieb"-Additivs enthält, das die Funktion hat, die Abriebfestigkeit der Beschichtung zu erhöhen, und aus der siliciumhaltigen Substanz Cristobalit besteht, insbesondere des Typs, der unter dem Markennamen Sibelco B0012 erhältlich ist.
• Eine typische Formulierung dieser Grundierung ist in Tabelle 1 spezifiziert (Standardformulierung bezeichnet mit LBD.007).
• Eine weitere Grundierungsformulierung gemäß der Erfindung, die auch 1 bis 6 Gewichtsteile des obengenannten Antiabriebmittels enthält, besteht aus den folgenden Inhaltsstoffen:
• - PTFE als eine 60 Gew.-%ige wäßrige Polymerdispersion;
• - Polyphenylensulfid (PPS), in Pulverform;
• - PAI-Harz als eine Lösung in N-Methylpyrrolidon;
• - Ruß.
• Die Gewichtsverhältnisse besagter Inhaltsstoffe, bezeichnet als PTFE, PPS und PA1, auf Trockenbasis, sind ungefähr wie folgt:
• PTFE/PPS: 35/65 bis 55/45; PAI-Harzgehalt auf Trockenbasis weniger als 10% von PTFE + PPS (auf Trockenbasis), Rußgehalt 10% bis 15% von PTFE + PPS + PAI.
• Die obige Formulierung kann des weiteren Acrylharz in Form einer wäßrigen Dispersion in einer Menge enthalten, die 1 bis 1,5 Gewichtsteilen (Trockenmasse) auf 100 Gewichtsteile Formulierung entspricht.
• Eine typische Formulierung dieses Grundierungstyps ist in Tabelle 2 spezifiziert (Standardformulierung bezeichnet mit LBD.2).
• Die Antihaftbeschichtung wird erhalten mit einer Grundierung, die überzogen wird mit einer Deckschicht als einem Finish. Eine besonders geeignete Deckschichtzusammensetzung ist wie folgt (hierin bezeichnet mit LBD.4):
• a) kommerzielle wäßrige PTFE-Dispersion, die 60 Gew.-% PTFE und herkömmliche Tenside enthält;
• b) Polyoxyalkylen-modifiziertes Dimethylpolysiloxan (DMPS), in einer Menge, die 0,5 bis 5 Gewichtsteilen und vorzugsweise 2 bis 4 Gewichtsteilen entspricht;
• c) Acrylpolymere, als eine wäßrige Dispersion, in einer Menge von bis zu 2 Gew.-% von PTFE + DMPS.
• Inhaltsstoff b) besteht aus DMPS, modifiziert mit Oxyalkylen(Oxyethylen und/oder Oxypropylen)-Einheiten mit einem Verhältnis von Oxyalkylen-Einheiten/Siloxan-Einheiten (CH&sub3;)&sub2;SiO in einem Bereich zwischen 92 : 8 und 88 : 12, gewichtsbezogen.
• Diese Daten stammen aus der thermogravimetrischen Analyse von Polyether-modifiziertem DMPS, die einen experimentellen Beleg dafür liefert, daß bei 420ºC das Produkt sich in nur 5 Minuten vollständig zersetzt und der Rückstand ausschließlich aus dem Siloxan-Teil besteht, wobei besagter Rückstand 8 bis 12% des ursprünglichen Gewichts ausmacht.
• Inhaltsstoff b), als eine wäßrige Dispersion, kann vorteilhafterweise aus Produkt BYC 302 (BYC Chemie) bestehen, das 90 Gew.-% Polyether(Ethoxy und/oder Propoxy)-Gruppen enthält.
• Das Dokument aus dem Stand der Technik GB 833,899 offenbart die Verwendung von Silikonen in Kombination mit PTFE, um eine Überzugsschicht mit verringerter Adhäsionsneigung von Substanzen an der Oberfläche zu bilden. Als Silikone erwähnt dieses Dokument nur Methylphenylsilikone und Methylsilikon, in keiner Weise sind Polyoxyalkylen-modifizierte Dimethylpolysiloxane angeführt. Gemäß diesem Stand der Technik werden die Silikone außerdem überwiegend in der Grundierungsschicht verwendet: im Gegensatz dazu werden die Silikone (vom "modifizierten" Typ) gemäß der vorliegenden Erfindung nur in der Deckschicht, nicht in der Grundierungsschicht verwendet.
• Die Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf Aluminium-Formkörper wie etwa Töpfe, Pfannen, Deckel, Mischlöffel und alle anderen Utensilien, die zur Lebensmittelherstellung und zum Kochen üblicherweise verwendet werden (Backbleche, Ofenroste, etc.), sowie auf Aluminiumband, das zu den vorgenannten Artikeln geformt werden soll, aufgebracht werden. Im letzteren Fall ist die in Tabelle 2 spezifizierte Formulierung besonders geeignet.
• In beiden Fällen wird der Aluminiumträger einfach gemäß einem der bekannten Verfahren vorentfettet, d. h. in einer alkalischen oder sauren Umgebung oder mit organischen Lösungsmitteln. In jedem Fall behält der resultierende Aluminiumträger die Ra- Oberflächenrauheit des Aluminiumband, d. h. weniger als 1,2 u.
• Die Beschichtung wird realisiert durch Aufbringen der Formulierung für die Grundierung und Unterwerfen der beschichteten hergestellten Gegenstände unter einen Zwangsluftstrom, um die Schicht der Grundierungsformulierung zu trocknen (ohne 120ºC zu überschreiten). Anschließend wird die Deckschichtformulierung aufgebracht und der lackierte Gegenstand wird anschließend einem Aushärten im Ofen bei einer Temperatur zwischen 380º und 440ºC, vorzugsweise zwischen 410º und 430ºC, unterzogen.
• Die beanspruchte Beschichtung zeigt eine hervorragende Adhäsion am Aluminiumträger, ohne Vorbehandlungen (Sandstrahlen, Schleifen) unterzogen werden zu müssen, die zur Erhöhung der Rauheit gedacht sind.
• Der Lack, dem Cristobalit zugesetzt ist, zeigt einen außerordentlichen Anstieg der Abriebfestigkeit, verglichen mit Formulierungen identischer Zusammensetzung, mit der Ausnahme, daß der mineralische Füllstoff von Cristobalit verschieden ist (siehe Tabelle 3).
• Der Test der Anmelderin wurde durchgeführt durch Messen der Beschichtungsdicke nach jeder Abfolge von 250 Abriebzyklen bis zu vollständigem Verschleiß der Beschichtung. Das Verhalten der verschiedenen Proben im Hinblick auf die Abriebfestigkeit wurde so klar belegt.
• Die Teilchengröße des Cristobalits sollte ebenfalls so ausgewählt werden, daß eine Beschichtung mit überlegenen Qualitäten erhalten wird: tatsächlich wurde festgestellt, daß eine Beschichtung des Endproduktes, beruhend auf einer Lackformulierung, die Cristobalit H. mit größerer Teilchengröße (Sibelco B0006) enthielt, ungeeignet war, da sie zu rauh war.
• Ein hervorstechender Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß der beanspruchte Lack eine hervorragende Abriebfestigkeit zeigt, wenn er auf einen Aluminiumträger mit sehr geringer Rauhheit aufgebracht wird, die derjenigen des Aluminiumbandes entspricht, das üblicherweise für die Herstellung von Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Es folgt, daß keine Notwendigkeit zur Erhöhung der Oberflächenrauhheit - die üblicherweise zur Verbesserung der Abriebfestigkeit beiträgt - mit geeigneten mechanischen Behandlungen besteht, wie etwa Schleifen und Sandstrahlen (siehe Tabelle 4).
• Die Markennamen und relevanten Teilchengrößen der Produkte, die als Antiabriebmittel getestet worden sind, sind in Tabelle 5 angegeben.
• Fig. 1 ist ein Diagramm, das die in Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse veranschaulicht.
• Fig. 2 ist ein Diagramm, das die in Tabelle 3 angegebenen Ergebnisse veranschaulicht.
• Die Ergebnisse von Adhäsionstests an den Aluminiumträger ist in Tabelle 6 angegeben.
• Die Ergebnisse von Adhäsionstests verkohlter Milch sind in Tabelle 7 angegeben. Tests, die an Beschichtungen durchgeführt wurden, die unter Verwendung der in Tabelle 2 spezifizierten Formulierung als einer Grundierung erhalten wurden, ergaben im wesentlichen analoge Ergebnisse zu denjenigen, die in den Tabellen 3, 4, 6 und 7 angegeben sind.
• Die folgenden Schlußfolgerungen können aus den Ergebnissen gezogen werden, die aus den Tests erhalten wurden, die an den verschiedenen Formulierungen durchgeführt wurden.
• Cristobalit-Zugabe bewirkt einen außerordentlichen Anstieg der Abriebfestigkeit und behielt die Adhäsion am Aluminiumträger mit hohen Werten bei. Die Antihaft-Eigenschaften der Deckschicht blieben unverändert.
Tabelle 1 - Grundierung für Aluminiumträger - Formulierung LBD.007 für Antiabriebtests - Zusammensetzung (Gew.-%) POLYMERE
• - PTFE-Dispersion (60% Polytetrafluorethylen) 30
• - Polyamidoimidharz PAI (trockener Rückstand) (als 29%ige Lösung in N-Methylpyrrolidon) 4,4
TENSIDE
• - Polyethoxylierte Alkylphenole, die bereits in der PTFE-Dispersion, wie geliefert, vorhanden sind 0,9
• - Polyethoxylierte Alkylphenole 2
• - aus Acetylen gewonnenes Diol (Surfinol 104 von Air Products) 0,5
PIGMENTE
• - Ruß 1,5
LÖSUNGSMITTEL
• - Methoxypropanol 5
• - N-Methylpyrrolidon (in der PAI-Lösung wie geliefert) 11
ANDERE INHALTSSTOFFE
• - kolloidales Siliciumdioxid in Natrium-Ionen-stabilisierter wäßriger Dispersion (30% trockener Rückstand) 20
• - Triethylamin TEA 2,5
• - Dimethylethanolamin DMEOLA 2,5
• - entionisiertes Wasser Rest auf 100
• - Antiabriebmittel: Die überprüfte Antiabriebmenge ist 1 bis 6 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Formulierung.
Tabelle 2 - Grundierung für Aluminiumträger - Formulierung LBD.2 für Antiabriebtests - Zusammensetzung (Gew.-%) POLYMERE
• - PTFE-Dispersion, Algoflon D60 (60% Polytetrafluorethylen) 19
• - Polyamidoimidharz PAI (trockener Rückstand) (als 29%ige Lösung in N-Methylpyrrolidon) 2,25
• - PPS-Harz in Pulverform, Fortron X 12
• - Acrylharz als 45%ige wäßrige Dispersion 3,2
TENSIDE
• - Polyethoxylierte Alkylphenole, die bereits in der PTFE-Dispersion, wie geliefert, vorhanden sind, % 0,9
• - Polyethoxylierte Alkylphenole 2
• - Ethoxyliertes Urethan (Verdickungsmittel) 6,7
PIGMENTE
• - Ruß 3,5
LÖSUNGSMITTEL
• - Ethylenglykolmonomethylether 2
• - N-Methylpyrrolidon (in der PAI-Lösung wie geliefert) 6
ANDERE INHALTSSTOFFE
• - Triethylamin TEA 1,5
• - Dimethylethanolamin DMEOLA 1,5
• - Entionisiertes Wasser Rest auf 100
• - Antiabriebmittel: Die überprüfte Antiabriebmenge ist 1 bis 6 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Formulierung TABELLE 3 ABRIEBFESTIGKEITSTESTS GEMÄß BS 2069 (1988) A.1
• * Standardformulierung ohne Füllstoff Die obigen Zahlen drücken die ungefähre übrigbleibende Beschichtungsdicke (%) nach dem Abriebtest aus. TABELLE 4 Übrigbleibende Beschichtungsdicke nach Abriebtest (% der ursprünglichen Beschichtung)
• (*) 4 Gewichtsteile Füllstoff pro 100 Gewichtsteile Lack Grundierungsstandardformulierung: LBD.007. Deckschicht: LBD.4.
• (**) Grundierungsstandardformulierung ohne Füllstoff: LBD.007. Deckschicht: LBD.4 TABELLE 5 Tabelle 6 - Kreuzschraffur- und Reißfestigkeitstests nach 24-ständigem Eintauchen in Wasser bei 90ºC
• Standard steht für eine Beschichtung, die aus einer Grundierung ohne Antiabriebmittel besteht. Tabelle 7 - Adhäsionstest für verkohlte Milch gemäß BS 7069 (0 = hervorragend; 4 = sehr schlecht)
• Standard steht für eine Beschichtung, die aus einer Grundierung ohne Antiabriebmittel besteht.

Claims (4)

1. Verfahren zum Erhalten einer Antihaftbeschichtung auf PTFE-Basis auf ausgeformten Aluminiumartikeln oder Aluminiumband, das bei der Herstellung besagter Artikel verwendet werden soll, bestehend aus den folgenden Verfahrensschritten:

a) Aufbringen einer Formulierung, die geeignet ist, die Grundierung darzustellen, und die folgende wesentliche Inhaltsstoffe enthält:

- kommerzielle wäßrige PTFE-Dispersion, die 60 Gew.-% PTFE und herkömmliche Tenside enthält;

- PAI-Harz als eine Lösung in N-Methylpyrrolidon;

- Ruß;

- Cristobalit, in einer Menge, die 1 bis 6 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Formulierung entspricht;

- herkömmliche Tenside und Wasser (Rest auf 100 Gewichtsteile);

b) Trocknen der Grundierungsformulierungsschicht durch einen Zwangsluftstrom in solchen Arbeitsbedingungen, daß 120ºC nicht überschritten werden;

c) Aufbringen einer Formulierung, die geeignet ist, die Deckschicht auf der Grundierung darzustellen, und die folgende wesentliche Inhaltsstoffe enthält:

- kommerzielle wäßrige PTFE-Dispersion, die 60 Gew.-% PTFE und herkömmliche Tenside enthält;

- Polyoxyalkylen-modifiziertes DMPS, in einer Menge von 2 bis 4 Gew.-% des PTFE;

- Acrylpolymere, als eine wäßrige Dispersion, in einer Menge von bis zu maximal 2 Gew.-% des PTFE;

d) erschöpfendes Aushärten der Beschichtung bei 380º bis 440ºC.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die "Deckschicht"- Formulierung ein DMPS verwendet wird, das mit Oxyalkylen(Oxyethylen und/oder Oxypropylen)-Einheiten modifiziert ist, mit einem Verhältnis von Oxyalkylen- Einheiten/Siloxan-Einheiten (CH&sub3;)&sub2;SiO im Bereich zwischen 92 : 8 und 88 : 12, gewichtsbezogen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formulierung für die Grundierungsschicht enthält:

- kommerzielle wäßrige PTFE-Dispersion, die 60 Gew.-% PTFE und herkömmliche Tenside enthält, in einer Menge, die 18 Gewichtsteilen PTFE pro 100 Gewichtsteile Formulierung entspricht;

- PAI-Harz als eine Lösung in N-Methylpyrrolidon, in einer Menge von 4,4 Gewichtsteilen;

- Ruß, in einer Menge von 1,5 Gewichtsteilen;

- kolloidales Siliciumdioxid in einer wäßrigen Dispersion mit 30 Gew.-%, in einer Menge von 20 Gewichtsteilen,

- Cristobalit, in einer Menge von 4 Gewichtsteilen;

- herkömmliche Tenside, Lösungsmittel und Wasser (Rest auf 100 Gewichtsteile).

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formulierung für die Grundierungsschicht enthält:

- kommerzielle wäßrige PTFE-Dispersion, die 60 Gew.-% PTFE und herkömmliche Tenside enthält, in einer Menge, die 11,4 Gewichtsteilen PTFE pro 100 Gewichtsteile Formulierung entspricht;

- PAI-Harz als eine Lösung in N-Methylpyrrolidon, in einer Menge von 2,25 Gewichtsteilen;

- PPS-Harz in Pulverform, in einer Menge von 12 Gewichtsteilen;

- Acrylharz in einer wäßrigen Dispersion in einer Menge, die 1,44 Gewichtsteilen entspricht (Trockenmasse);

- Ruß, in einer Menge von 3,5 Gewichtsteilen;

- Cristobalit, in einer Menge von 4 Gewichtsteilen;

- herkömmliche Tenside, Lösungsmittel und Wasser (Rest auf 100 Gewichtsteile).