DK146963B - Overtraeksmateriale til fremstilling af et afskraelningsfast, ikke-adhaesivt overtraek paa metaloverflader - Google Patents

Description

i 146963

Den foreliggende opfindelse angår et overtræksmateriale til fremstilling af et afskrælningsfast, ikke-adhæsivt overtræk på metaloverflader, bestående af en vandig dispersion af fluorcarbonharpiks og en emaljefritte, hvis 5 smeltepunkt ligger over 400°C.

Det er kendt at anvende overtræk på basis af polymere fluor-carboner som ikke-adhæsive overtræk til køkkenredskaber.

Fra beskrivelsen til fransk patent nr. 1.120.749 kendes således en fremgangsmåde til sikker befæstigelse af sådan-10 ne overtræk på forskellige metaller, især aluminium og dets legeringer.

Denne fremgangsmåde består i at tilvejebringe et porøst fastgørelsesunderlag på metaloverfladen ved hjælp af en forudgående kemisk ætsning. Man kan derefter fastgøre den 15 polymere fluorcarbon i ren tilstand på den ætsede metaloverflade.

Endvidere kendes andre fremgangsmåder til fastgørelse, hvorved man til en dispersion af fluorcarbonharpiksen sætter forskellige kemiske midler til forbedring af ved-20 hæftningen. Sådanne fremgangsmåder er beskrevet i beskrivelsen til fransk patent nr. 1.020.903, 1.536.986, 1.537.129 og 1.386.898.

De overtræk, der er fremstillet i henhold til disse kendte fremgangsmåder, har alle den ulempe, at deres slidstyrke 25 kun er netop så god, at køkkenredskaber med et sådant overtræk ved almindelig og ikke for hårdhændet benyttelse er tilstrækkeligt holdbare.

For at afhjælpe denne ulempe har man foreslået at frembringe sammensatte overtræk, idet et porøst lag, ofte benævnt 30 "hårdt underlag", påføres metalredskaberne, inden de dæk-kes med fluorcarbonharpiksen. I praksis opnås disse hårde underlag ved at påføre metaloverfladen metaller, legeringer eller metaloxider, som f.eks. aluminiumoxid, eller eventuelt en cermet. Sådanne intermediære lag påføres i 146963 2 praksis ved påsprøjtning af de føromtalte midler ved hjælp af en flammepistol eller en plasmapistol.

Disse forskellige fremgangsmåder er ret kostbare. Endvidere er vedhæftningen af fluorcarbonharpiksen til det 5 hårde lag ikke altid tilfredsstillende/ ligesom det ofte er vanskeligt at tilvejebringe et lag, der samtidig· har en passende grad af porøsitet og hårdhed.

Fra beskrivelsen til fransk patent nr. 1.536.889 kendes desuden en fremgangsmåde, ved hvilken en metaloverflade 10 påføres et særligt lag af glasagtige kugler med en diameter på ca. 10-500 μ på en sådan måde, at der befinder sig 2 ca. 15 kugler pr. cm . Disse kugler er fastgjort ved hjælp af et bindemiddel, der dækker dem, og dette bindemiddel dækkes selv af en vandig dispersion af partikler af 15 fluorcarbonharpiksen.

Udførelsen af denne fremgangsmåde er imidlertid vanskelig, idet det er besværligt at sikre en regelmæssig fordeling af kuglerne på metaloverfladen. Ydermere er fremgangsmåden bekostelig, og der anvendes chromsyre og chromater, som 20 er sundhedsfarlige.

Endvidere er det fra schweizisk patent nr. 390.740 blandt andet kendt at tilvejebringe et polytetrafluorethylen-holdigt overtræk ved at fremstille en blanding af fluorcarbonharpiksen i natron- eller kali-vandglas i vægtforhold 25 mellem 2:1 og 1:1. Denne dispersion påføres materialet, der skal overtrækkes, i et tyndt lag, og efter tørring opvarmes materialet til ca. 400°C. Et således påført tyndt overtræk hæfter godt til sit underlag og danner selv et godt underlag for påførsel af et yderligere lag af en dis-30 persion som ovenfor angivet eller af polytetrafluorethylen uden vandglastilsætning. Overtræksmaterialet ifølge opfindelsen er nedenfor sammenlignet med disse kendte overtræksmaterialer .

Fra beskrivelsen til fransk patent nr. 2.024.171 er det des- 3 146963 uden kendt at tilvejebringe god hæftning af polytetrafluor-ethylen til materialet, der skal overtrækkes, ved at anvende en dispersion, der indeholder lithiumpolysilicat. For at opnå en god forankring er det imidlertid nødvendigt at 5 anvende en forholdsvis stor mængde lithiumpolysilicat i forhold til polytetrafluorethylen, hvilket bevirker, at det dannede overtræk ikke har den ønskede ikke-adhæsive overflade og derfor må overtrækkes endnu en gang med polytetra-fluorethylen uden lithiumpolysilicattilsætning.

10 Det er formålet med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe et overtræksmateriale, der ved blot én påføring giver et overtræk, der hæfter lige så godt til sit underlag som de kendte, og som har en slidstyrke, der ligger væsentligt over disses.

15 Dette opnås med overtræksmaterialet ifølge opfindelsen, der er ejendommeligt ved, at det indeholder mellem 9,5 og 30 vægt-% emaljefritte i form af en slikker, der desuden indeholder silicater af kalium og natrium, kaliumhydroxid og borsyre, at emaljefrittens korn har kantet form og en 20 størrelse mellem 3 og 20 μ, og at fluorcarbonharpiksmæng-den er 52-30 vægt-%.

Forsøg viser, at den omhandlede blanding af fluorcarbon-harpiks og fritte muliggør frembringelse af et i sig selv hårdt overtræk af fluorcarbon, hvilket overtræk besidder 25 en fremragende slidstyrke, samtidig med at det bibeholder de ved benyttelsen nødvendige ikke-adhæsive egenskaber.

Den anvendte emaljefritte har fortrinsvis et smeltepunkt, der ligger mellem 500 og 600°C.

Fritten i en sådan slikker bør især være fri for bly samt 30 i almindelighed fri for alle metaller, hvis smeltepunkt ligger under 400°C, af grunde^ der vil blive forklaret senere.

En foretrukken blanding til et ikke-adhæsivt overtræk fås ved at gå ud fra en vandig suspension indeholdende i alt 4 146963 60% tørprodukt og 40% vand.

Ifølge opfindelsen indeholder emaljefritten uregelmæssige korn, der forårsager, at fluorcarbonharpiksen hasnger fast ved disse korn på en sådan måde, at disse ikke kan forsky-5 des af det tryk, der udøves af f.eks. en ske, hvilket tryk ellers ville ødelægge kohæsionen af overtrækket. En lige så stærk kohæsion opnås ikke, dersom man anvender små kugler, f. eks. som ved den tidligere omtalte kendte fremgangsmåde. Endvidere har kornene i emaljefritten en kornfor-10 deling, der modsvares af kornfordelingen af fluorcarbon-harpikspartiklerne og omfatter korn mellem 3 og 20 μ med et gennemsnit på 8 y.

Det er fordelagtigt at vælge den totale tykkelse af overtrækket til at ligge mellem 30 og 60 y, dog fortrinsvis 15 mellem 30 og 35 y, for derved at give de indeholdte emalje-frittekorn mulighed for at fordele sig ligeligt over hele lagets tykkelse således at tre korn af emaljefritten i gennemsnit fuldstændigt omgiver et fluorcarbonharpikskorn.

En sådan tykkelse medfører yderligere en bedre varmetrans-20 mission fra opvarmningsstedet gennem overtrækket.

Forsøg viser, at den maksimale totale tykkelse af overtrækket, der kan opnås, uden at der opstår fare for krakelering af overtrækket efter frittering af den polymere fluor-carbon, er på 60 y. Dersom man Ønsker at opnå overtræk 25 med en tykkelse på større end 60 y, er det nødvendigt at anbringe flere på hinanden følgende overtræk med en ovnbehandling imellem den første og den anden påføring og således fremdeles for hver yderligere efterfølgende påføring, idet hver ovnbehandling sikrer sintring af det sidst 30 anbragte overtræk med det foregående. Imidlertid kan en for stor tykkelse nedsætte den gode varmetransmission gennem det ikke-adhæsive overtræk til de madvarer, der skal varmebehandles.

Den vandige suspension af emaljefritte, der kaldes slikker, 35 indeholder tilsætninger til at fremme formalingen og 5 146963 hærdningen, nemlig silicater af natrium og kalium, kaliumhydroxid og borsyre.

Disse tilsætninger tjener som suspensionsmidler for den formalede fritte, hvorfor de tillader, at man indstiller 5 viskositeten inden indførelsen i ovnen. I særdeleshed tjener borsyre og kaliumhydroxid til at lette befugtningen af aluminium med slikkerpastaen og til at regulere pH-værdien af denne pasta, der skal dække aluminiumet, til en værdi beliggende mellem 10 og 11. pH-Værdien er således meget 10 hær ved pH-værdien af dispersionen af den polytetrafluor-ethylen (P.T.F.E.), der er betemt til at blandes i pastaen, og som er fastsat til en værdi på mellem 9,5 og 11.

Dette letter blandingen af pastaen og dispersionen af P.T.F.E.

15 Den til overtræksmaterialet ifølge opfindelsen foretrukne fluorcarbonharpiks er polytetrafluorethylen, men man kan også vælge harpiksen blandt andre fluor-copolymere, såsom· polyfluorethylen-propylen og polyethylen-tetrafluorethylen.

Overtræksmaterialet ifølge opfindelsen kan yderligere være 20 farvet ved hjælp af pigmenter, enten ved at formale pigmenterne sammen med pastaen for at give kornene i sidstnævnte den ønskede finhedsgrad eller ved at inkor-• porere dem i den blanding, der er dannet af pastaen og fluorcarbonharpiksen, eller endelig ved at blande pigmen-25 terne i dispersionen af fluorcarbonharpiksen.

Med henblik på dets industrielle anvendelse påføres overtræksmaterialet ifølge opfindelsen over hele overfladen af i det mindste den ene side af de plader, skiver eller metalblanketter, der skal behandles, på en sådan måde, at 30 der dannes et sammenhængende overtræk, hvis tykkelse fortrinsvis ligger mellem 30 og 60 μ, således som omtalt ovenfor. Denne påføring kan foretages med ethvert egnet middel, som f.eks. pensel, svamp eller trykluftpistol, fortrinsvis af typen AIRLESS.

6 146963

Blandingen underkastes derefter en tørring ved 70-90°C ved hjælp af varm luft eller infrarøde stråler eller ved hjælp af ethvert andet middel, der er foreneligt med opretholdelsen af en god kohæsion mellem blandingens bestanddele. Varig-5 heden af denne tørring beregnes således, at den tilsikrer en fuldstændig fordampning af det vand, der befinder sig i den vandige suspension. Efter at denne tørring er afsluttet, sintres blandingen ved at passere gennem en ovn ved en temperatur på 400°C i løbet af et tidsrum af 10-15 minutter.

10 Man vil på grund af de særlige karakteristika for den uregelmæssige form af kornene samt disses granulometri, i henhold til hvilke emaljefritten udvælges, forstå, at det er vigtigt, at emaljefritten er fri for bly og mere almindeligt fri for alle metaller, hvis smeltepunkt ligger lavere end 15 400°C, med det formål at undgå, at disse metaller under sintringen ved passagen gennem ovnen, hvilken passage foregår ved nøjagtigt 400°C, smelter og på grund af tyngdekraften trækker kornene i emaljéfritten med sig ned imod de underliggende dele af overtrækket, idet de således ødelægger 20 den regelmæssige lagfordeling af kornene i den polymere fluorcarbon.

Overtrækket dannet af overtræksmaterialet ifølge opfindelsen frembyder en bemærkelsesværdig hårdhed, kompakthed samt slidstyrke, samtidig med at det overfor levnedsmidlerne dan-25 ner en ikke-adhæsiv overflade, der forhindrer disse i at hænge fast ved køkkenredskaberne, og samtidig har fordelene ved overtræk af rent P.T.F.E.

Ved den ovenfor beskrevne anvendelse af overtræksmaterialet ifølge opfindelsen kan man ud fra plader, skiver eller 30 metalblanketter fremstille alle tilvirkede genstande, fortrinsvis køkkenredskaber, der er fremstillet ved allerede kendte fremgangsmåder, som f.eks. drivning, oppresning eller ved hjælp af enhver anden fremgangsmåde. De således opnåede tilvirkede genstande bliver derved forsynet med et 35 ikke-adhæsivt, i sig selv hårdt overtræk af polymere fluor-carboner.

146963 7

Opfindelsen belyses ved hjælp af de efterfølgende eksempler.

Eksempel 1

Man fremstiller en slikker svarende til følgende sammensætning: 5 Na20 22,2%, K20 7,2%, Si02 32,1%, A1203 7,7% B203 19,9%, Sb203 5,8%, NaF 2,3%, AlF3 1,6% og

CaF2 1,2%: 1000 g

Natriumsilicatopløsning (vf. 1,33) 1 del") 1Q

Kaliumsilicatopløsning (vf. 1,33) 3 delej 10 Kaliumhydroxid 10 g

Borsyre 40 g

Vand 350 g

Man formaler ingredienserne i f.eks. en kuglemølle med por celænskugler med høj vægtfylde, indtil man opnår en finheds- 15 grad på 0,1 på en keglestubformet sigte Bayer med 16.900 mas- 2 ker pr. cm ifølge DIN 1171-E 130 svarende til ca. 8 μ.

Efter at denne finhedsgrad er opnået, blander man denne slikker med en vandig dispersion af P.T.F.E. i nedenstående forhold: 20 Vandig dispersion af P.T.F.E. med 60% tørstof 1.000 g

Slikker 150 g

Ved hjælp af en sprøjtepistol eller et hvilket som helst andet egnet middel påføres denne blanding en skive af aluminium, der i forvejen er gjort ru ved sandblæsning, men 25 dog fortrinsvis ved kemisk behandling ved hjælp af saltsyre. Der tørres ved ca. 80-90°C for at fordampe den flydende fase, hvorpå man sintrer i en ovn ved 400°C.

Eksempel 2

Man fremstiller en slikker svarende til følgende sammensæt-30 ning:

Na20 20,3%, K20 5,0%, Li20 3,0%, SiC>2 21,9%, A1203 5,4%, B203 24,0%, Sb203 5,0%, CaF2 1%,

ZnO 6% og LiF 8,4%: 1000 g 8 146963

Natriumsilicatopløsning (vf. 1,33) 1 del') > 10 g

Kalitunsilicatopløsning (vf. 1,33) 3 deleJ Kaliumhydroxid 10 g

Borsyre 40 g 5 Vand 30-0 g

Der fremstilles et overtræksmateriale som i eksempel 1, idet der anvendes 1000 g vandig dispersion af P.T.F.E. med 60% tørstof og 500 g slikker. Man opnår et udpræget ikke-adhæ-sivt overtræk med god slidstyrke.

10 overtrækket kan være farvet af pigmenter, som det er anført ovenfor.

Man opnår gode resultater med fritter med sammensætninger svarende f.eks. til følgende formulering:

Si02 30-45% 15 B203 0-10%

Li02 + Na20 + K20 25-35%

Ti02 15-30% ai2o3 0-10%

Andre oxider, såsom f.eks. Zr02, Sn02, ZnO, CaO og £>2°5' kan 20 ligeledes inkorporeres i blandingen i mængder svarende til 0-10%.

Sådanne emaljefritteblandinger er bragt i handelen af firmaet BAYER under fabrikationsmærkerne AL 6110 og 6100 samt af firmaet FERRO under mærkerne AL 8 og CN 500.

25 Specielt har man ved forsøg konstateret, at de i den efterfølgende tabel anførte tre emaljefritteformuleringer ligeledes er egnet til fremstillingen af overtræksmaterialet ifølge den foreliggende opfindelse.

9 146963

Tabel

Formulering_Nr, 1_Nr. 2_Nr, 3_ % % %

Na20 16/8 17,8 24,8 5 K20 3,7 3,9 3,7

Si02 21,0 22,3 21,5 A1203 5,9 - 1,0 B203 33,6 35,6 19,6

Sb203 4,8 5,1 4,9 10 NaF 8,0 8,6 11,0 A1F3 5,4 5,7 7,0

CaF2 0,8 1,0 1,5

ZnO - - 4,0

Tilsat ovenstående formuleringer spiller natrium- og kalium-15 silicaterne en rolle som formalingsfremmende middel for emaljefritten. De udgør endvidere hjælpemidler til suspen-' dering af den formalede fritte og fremmer såvel tilpasningen af blandingens viskositet som hærdningen af overtræksmaterialet, før det passerer ovnen.

20 Sammenliqninqseksempel

Der fremstilles 4 prøveplader, hvor pladerne nr. 1 og 2 er belagt med overtræksmaterialet ifølge opfindelsen og pladerne nr. 3 og 4 er belagt med det i CH-patentbeskrivelse nr. 390.740 i eksempel 1 angivne materiale.

25 Pladerne nr. 1 og 3 underkastes behandling i et apparat til afprøvning af slidstyrke af typen "PLYNOMETRE".

Behandlingen gennemføres med en grov, slibende svamp, der forhandles under navnet "SCOTCH-BRITE", og denne svamp føres 3200 gange frem og tilbage over prøvepladerne under en 30 belastning på 2 kg og uden anvendelse af noget smøremiddel.

2

For begge pladers vedkommende er det behandlede areal 46,75 cm .