EP2492022A1 - Antihaftbeschichtung - Google Patents

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EP2492022A1
EP2492022A1 EP11155715A EP11155715A EP2492022A1 EP 2492022 A1 EP2492022 A1 EP 2492022A1 EP 11155715 A EP11155715 A EP 11155715A EP 11155715 A EP11155715 A EP 11155715A EP 2492022 A1 EP2492022 A1 EP 2492022A1
Authority
EP
European Patent Office
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layer
tetrafluoroethylene
stick coating
cover layer
copolymers
Prior art date
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EP11155715A
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English (en)
French (fr)
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EP2492022B1 (de
EP2492022B8 (de
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Hans Georg Geisel
Bernhard Jakob Neppl
Dieter Kadel
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Looser Holding AG
Original Assignee
Looser AG
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Publication date
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Priority to PCT/EP2012/051712 priority patent/WO2012113627A1/de
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Publication of EP2492022B1 publication Critical patent/EP2492022B1/de
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Publication of EP2492022B8 publication Critical patent/EP2492022B8/de
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    • B05D5/083—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an anti-friction or anti-adhesive surface involving the use of fluoropolymers

Definitions

  • the invention relates to a non-stick coating with significantly improved abrasion resistance, as well as to an article having such a non-stick coating and to a method for producing such a non-stick coating.
  • Organic fluoropolymer coatings show very good non-stick properties due to their low surface energy and high temperature and chemical resistance due to the high C-F bond energies.
  • non-stick coatings for kitchen appliances such coatings are widely used.
  • the low hardness of the fluoropolymers used in these coatings means that these coatings are not very resistant to damage.
  • the adhesion of the layers following the base layer depends on the content of thermoplastic fluoropolymers present in the interface between the base layer and the subsequent layer. This is due to the fact that the adhesion between the base layer and subsequent layer is achieved by the fluoropolymers in the base layer during the firing process with the fluoropolymers of the next layer merge.
  • An advantage with respect to adhesion to the substrate is a gradient of fluoropolymers with as few fluoropolymers as possible in the interface between the substrate and the base layer and as many fluoropolymers as possible in the interface between the base layer and the subsequent layer.
  • PAI Polyamide-imides
  • hard inorganic fillers have been used in addition to the aforementioned improvement in adhesion to the substrate.
  • EP 1016466 describes a multi-layer ceramic reinforced non-stick coating in which the base layer contains ceramic particles, but which are so large that they protrude from the cover layer and thereby keep the abrasive stress of the cover layer.
  • US 6,761,964 describes a multilayer non-stick coating comprising a base layer of fluoropolymers, primer polymers and large inorganic filler particles anchored in the base layer and projecting into the subsequent intermediate layer consisting of fluoropolymers and smaller ceramic filler particles and a cover layer consisting exclusively of fluoropolymers ,
  • a further possibility to improve the mechanical properties of non-stick coatings is the adhesion-promoting, relatively brittle polymer polyamide-imide (PAI) (elongation at break approx. 8%) at least partially against the more viscous, linear aromatic, partially crystalline polyetheretherketone (PEEK, FIG. 2 ) (Breaking elongation approx. 50%).
  • PAI polymer polyamide-imide
  • the coatings are less brittle and a force on the coating leads less quickly to breakage.
  • US 6,596,380 describes, for example, a multilayer coating which has a base layer consisting of min. 50% PEEK adhesion promoting polymers selected from polyamideimide (PAI), polyphenylene sulphide (PPS), polyetherimide (PEI) or polyimide (PI) and inert inorganic fillers, followed by an intermediate layer consisting of organic fluoropolymers and a topcoat of organic fluoropolymers.
  • PES polyphenylene sulphide
  • PEI polyetherimide
  • PI polyimide
  • WO 00/54895 a non-stick coating with improved scratch resistance with a base layer applied to a substrate which consists exclusively of polyetheretherketone (PEEK), which is covered by one or more cover layers containing a fluoroplastic.
  • PEEK polyetheretherketone
  • the on the layer following the polyetheretherketone layer is an adhesion-promoting polyamideimide-containing layer.
  • the base layer is first melted at at least 340 ° C and cooled again, then the adhesion-promoting intermediate layer consisting of polyamide-imide (PAI) and PTFE and the possibly following outer layers is applied and baked the entire assembly at 400 to 420 ° C.
  • PAI polyamide-imide
  • DE 10 2005 004828 A1 describes a multilayer coating whose base layer comprises one or more high-performance polymers selected from polyaryl ether ketones (PEEK or PEK), liquid crystal polymers (LCP), polyphenylene sulfide (PPS) or mixtures thereof and the final covering layer of a high-performance thermoplastic selected from polyaryl ether ketones (PEEK or PEK), liquid crystal polymers ( LCP), polyphenylene sulfide (PPS) and 20-30% thermoplastic fluoropolymers.
  • a high-performance thermoplastic selected from polyaryl ether ketones (PEEK or PEK), liquid crystal polymers ( LCP), polyphenylene sulfide (PPS) and 20-30% thermoplastic fluoropolymers.
  • hard inorganic fillers may be contained in the layers lying below the top layer whose d 50 value of the particle size must be at most twice as large as the layer thickness of the finished baked layer.
  • US 5,536,583 describes an article comprising as a base layer a polyether resin layer and at least one cover layer consisting of a fluoropolymer resin and an additive such as polyphenylene sulfide (PPS) or inorganic crystalline powders.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • fluoropolymers there have been used tetrafluoroethylene-perfluoro (alkyloxyvinyl ether) copolymer (PFA), poly (vinylidene fluoride) (PVDF), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (E-CTFE), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (E-TFE), perfluoroethylene-propylene copolymer (FEP) and poly (chlorotrifluoroethylene) (CTFE) or mixtures thereof, but not polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PFA tetrafluoroethylene-perfluoro (alkyloxyvinyl ether) copolymer
  • PVDF poly (vinylidene fluoride)
  • E-CTFE ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer
  • E-TFE ethylene-tetrafluoroethylene copolymer
  • FEP perfluoroethylene-propylene copo
  • PTFE has the highest non-stick effect among fluoropolymers. Due to its high melt viscosity above the Kristallitschmelz Symposiums can be PTFE does not simply melt but only sinters at the grain boundaries. This makes it difficult to formulate a cover layer for polyether resin layers with PTFE contents> 30%. Topcoats with high PTFE contents have so far shown no sufficient adhesion to the underlying layer without the use of adhesion promoter layers.
  • An object of the present invention is to propose an improved non-stick coating for an article over the prior art.
  • the object of the invention is achieved by the non-stick coating according to claim 1.
  • This non-stick coating has at least three layers, with a cover layer having a dry film thickness of 10 to 50 .mu.m, preferably 20 and 30 .mu.m, an intermediate layer having a dry film thickness of 10 to 100 .mu.m, preferably 20 and 30 .mu.m, and a base layer with a Dry film thickness of 10 to 50 microns, preferably from 20 and 30 microns.
  • the top layer contains 40% to 90% organic fluoropolymers, wherein 20% to 50%, based on the top layer, polytetrafluoroethylene (PTFE) and 20% to 70%, based on the top layer, copolymers of tetrafluoroethylene with perfluoroalkyl vinyl ether with 1-3 C atoms in the alkyl group, namely MFA or PFA, or copolymers of tetrafluoroethylene with hexafluoropropylene (FEP) or mixtures thereof. Furthermore, the topcoat contains 10% to 60% poly (oxy-1,4-phenylenecarbonyl-1,4-phenylene) (PEK).
  • PEK poly (oxy-1,4-phenylenecarbonyl-1,4-phenylene)
  • the intermediate layer contains 20-30% of organic thermoplastic fluoropolymers selected from copolymers of tetrafluoroethylene with perfluoroalkyl vinyl ether having 1-3 C atoms in the alkyl group, namely MFA or PFA, copolymers of tetrafluoroethylene with hexafluoropropylene (FEP) or mixtures thereof, and poly ( oxy-1,4-phenylenecarbonyl-1,4-phenylene) (PEK), as well as inorganic fillers.
  • the fillers comprise particles with a size of 40 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably from 45 ⁇ m to 70 ⁇ m.
  • the particle size is selected so that at least some of the particles protrude partially into the cover layer, but do not penetrate this cover layer.
  • the measures of the invention initially result in a content of more than 40% of organic fluoropolymers (selected from polytetrafluoroethylene (PTFE) through the use of large inorganic filler particles in the intermediate layer, Copolymers of tetrafluoroethylene with perfluoroalkyl vinyl ether having 1-3 C atoms in the alkyl group (MFA or PFA), copolymers of tetrafluoroethylene with hexafluoropropylene (FEP) or mixtures thereof) are possible in the cover layer and thereby an improved non-stick effect without the To lose adhesion to the underlying layer or to require an additional adhesion-promoting layer of polyamide-imide (PAI) or polyphenylene sulfide (PPS).
  • PAI polyamide-imide
  • PPS polyphenylene sulfide
  • a base layer which has more than 98% poly (oxy-1,4-phenylenecarbonyl-1,4-phenylene) (PEK).
  • the inorganic fillers comprise ceramic hard materials from the series of oxides, carbides, nitrides, borides, in particular silicon carbide and / or aluminum oxide.
  • the particles of the inorganic fillers of the intermediate layer have at least partially penetrated into the base layer. This is a particular advantage of the invention.
  • Another object of the invention is to propose an article, in particular a cookware and other household and utility articles, with a corresponding non-stick coating.
  • This object is achieved by an article according to claim 6.
  • the ceramic filler-reinforced polyetherketone (PEK) anti-adhesive coating such an article has, in addition to improved hardness and scratch resistance, a cover layer with at least 40% organic fluoropolymers and thus an improved non-stick effect and comes without an adhesion-promoting layer of polyamide-imide (PAI) or polyphenylene sulfide (US Pat. PPS) between the intermediate layer and the outer layer.
  • PAI polyamide-imide
  • US Pat. PPS polyphenylene sulfide
  • This aspect is achieved in that the layers are applied by a wet-in-wet application, namely without intermediate drying, from aqueous dispersions and subsequent drying and melting.
  • the three layers are dried at 140 ° C and baked at 420 ° C.
  • FIG. 4 has a non-stick coating, in particular for a cookware three layers, namely a cover layer 6 with a dry film thickness of about 20 and 30 microns, an intermediate layer 4 with a dry film thickness of about 20 and 30 microns, and a base layer 2 with a Dry film thickness about 20 and 30 microns.
  • the cover layer 6 in this embodiment contains about 55% of organic fluoropolymers.
  • the cover layer 6 contains about 35% poly (oxy-1,4-phenylenecarbonyl-1,4-phenylene) (PEK).
  • the intermediate layer 4 contains about 30% of a copolymer of tetrafluoroethylene with perfluoroalkyl vinyl ether having 1-3 C atoms in the alkyl group, namely PFA and about 70% poly (oxy-1,4-phenylenecabonyl-1,4-phenylene) (PEK), as well as inorganic fillers 8.
  • the fillers have particles with a size of up to 70 ⁇ m. In this case, the particle size is selected so that at least some of the particles protrude partially into the cover layer 6, but do not penetrate this cover layer 6.
  • the base layer 2 of this preferred embodiment has greater than 98% poly (oxy-1,4-phenylenecarbonyl-1,4-phenylene) (PEK).
  • PEK polyether ketone
  • PEEK polyether ketone
  • PEEK poly (oxy-1,4-phenyleneoxy-1,4-phenylenecarbonyl-1,4-phenylene; FIG. 2 ).
  • PEK has a higher glass transition temperature and a higher melting point, as compared with polyetheretherketone (PEEK; poly (oxy-1,4-phenyleneoxy-1,4-phenylenecarbonyl-1,4-phenylene), with comparable toughening elasticity.
  • the preferred method for applying the non-stick coating is such that the layers by a wet in wet application, namely without intermediate drying, from aqueous dispersions and subsequent drying and melting are applied.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
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  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

Um eine Antihaftschicht zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass sie zumindest drei Schichten aufweist, mit einer Deckschicht (6), einer Zwischenschicht (4) und einer Basisschicht (2). Die Deckschicht (6) enthält 40% bis 90% organische Fluorpolymere enthält, wobei 20% bis 50%, bezogen auf die Deckschicht (6), Polytetrafluorethylen (PTFE) und 20% bis 70%, bezogen auf die Deckschicht, Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Perfluoralkyl-vinylether mit 1-3 C-Atomen in der Alkylgruppe, oder Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Hexafluorpropylen (FEP) oder Mischungen sind. Weiterhin enthält Deckschicht (6) 10% bis 60% Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen) (PEK). Die Zwischenschicht (4) enthält 20-30% organische thermoplastische Fluorpolymere ausgewählt aus Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Perfluoralkyl-vinylether mit 1-3 C-Atomen in der Alkylgruppe, nämlich MFA oder PFA, Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Hexafluorpropylen (FEP) oder Mischungen davon, und Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen) (PEK), sowie anorganische Füllstoffe (8). Die Partikelgrösse ist so ausgewählt, dass zumindest einige der Partikel teilweise in die Deckschicht (6) hineinragen, diese Deckschicht (6) aber nicht durchdringen.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Antihaftbeschichtung mit wesentlich verbesserter Abriebbeständigkeit, sowie einen Gegenstand mit einer derartigen Antihaftbeschichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Antihaftbeschichtung.
    • Stand der Technik
  • Organische Fluorpolymerbeschichtungen zeigen aufgrund ihrer geringen Oberflächenenergie sehr gute Antihaft-Eigenschaften und aufgrund der hohen C-F Bindungsenergien hohe Temperatur- und Chemikalienbeständigkeiten. Insbesondere als Antihaft-Beschichtungen für Küchengeräte finden solche Beschichtungen breite Anwendung. Die geringe Härte der in diesen Beschichtungen verwendeten Fluorpolymere führt jedoch dazu, dass diese Beschichtungen nicht sehr widerstandsfähig gegen Beschädigungen sind.
  • Neben der geringen Härte zeigen solche Beschichtungen, aufgrund der geringen Adhäsionskräfte der verwendeten fluorhaltigen organischen Polymere meist schlechte Haftung auf der zu beschichtenden Oberfläche.
  • In der Literatur wird deshalb vorgeschlagen, zur Verbesserung der Haftung der Antihaftbeschichtung auf der zu beschichteten Oberfläche einen mehrschichtigen Aufbau vorzusehen, wobei die Fluorpolymere mit einem oder mehreren hoch temperaturbeständigen Bindemitteln wie Polyphenylensulfiden (PPS), Polyethersulfonen (PES), Polysulfonen, Polyaryletherketonen (PEEK oder PEK), Polyimiden (PI) oder Polyamid-imiden (PAI) gemischt werden, die eine bessere Haftung zum Untergrund vermitteln.
  • Darüber hinaus ist bekannt, dass die Haftung der auf die Basisschicht folgenden Schichten vom Gehalt an thermoplastischen Fluorpolymeren abhängt, die in der Grenzfläche zwischen Basisschicht und darauf folgender Schicht vorhanden sind. Dies beruht auf der Tatsache, dass die Haftung zwischen Basisschicht und darauf folgender Schicht dadurch erreicht wird, dass die Fluorpolymere in der Basisschicht beim Einbrennprozess mit den Fluorpolymeren der darauf folgenden Schicht verschmelzen.
  • Vorteilhaft bezüglich Haftung auf dem Untergrund wirkt sich ein Gradient an Fluorpolymeren mit möglichst wenig Fluorpolymeren in der Grenzfläche zwischen Substrat und Basisschicht und möglichst viel Fluorpolymeren in der Grenzfläche zwischen Basisschicht und der darauf folgenden Schicht aus.
  • Aus diesem Grund wurden in der Vergangenheit grosse Anstrengungen unternommen einen möglichst hohen Grad an Entmischung zwischen dem Bindemittel und dem Fluorpolymeren in der Basisschicht zu erreichen, so dass das Bindemittel der Basisschicht sich hauptsächlich an der Grenzfläche zwischen Substrat und Basisschicht befindet und das Fluorpolymer an der Grenzfläche zwischen Basisschicht und darauf folgender Schicht angereichert wird, um dort die Zwischenhaftung zwischen Basisschicht und darauf folgender Schicht zu erhöhen (siehe z.B. US 4,087,394 oder US 5,240,775 ).
  • Als geeignet haben sich hierbei Polyamidimide (PAI) herausgestellt, die deshalb auch als Haftvermittler-Schichten für fluorpolymerhaltige Antihaftbeschichtungen angesehen werden können (Figur 1).
  • Aus US 7,026,036 ist insbesondere bekannt, dass bestimmte Fluorpolymere, die CF2-CH2 Einheiten beinhalten mit Bindemitteln die Amin- oder Amidgruppen enthalten, insbesondere Polyamidimid (PAI), chemische Vernetzungsreaktionen eingehen können, die die Haftung zwischen hoch temperaturbeständigem Bindemittel und Fluorpolymeren weiter verbessern.
  • Zur Verbesserung der mechanischen Haltbarkeit von Antihaftbeschichtungen wurden, neben der bereits erwähnten Verbesserung der Haftung auf dem Substrat, harte anorganische Füllstoffe verwendet.
  • So beschreibt z.B. US 5,250,356 ein mehrschichtiges System, umfassend eine durch feinteiliges Aluminiumoxid verstärkte Haftvermittler-Schicht bestehend aus PTFE, PFA und PAI, einer Zwischenschicht bestehend aus PTFE, PFA und feinteiligem Aluminiumoxid sowie einer Deckschicht aus reinem PTFE.
  • EP 1016466 beschreibt eine mehrschichtige keramisch verstärkte Antihaftbeschichtung, bei der die Basisschicht keramische Partikel enthält, die aber so gross sind, dass sie aus der Deckschicht herausragen und dadurch die abrasive Belastung von der Deckschicht fernhalten.
  • US 6,761,964 beschreibt eine mehrschichtige Antihaftbeschichtung umfassend eine Basisschicht aus Fluorpolymeren, Haftvermittler-Polymeren und grossen anorganischen Füllstoffpartikeln, die in der Basisschicht verankert sind und in die darauf folgende Zwischenschicht hineinragen, welche aus Fluorpolymeren und kleineren keramischen Füllstoffpartikeln besteht, und einer Deckschicht, die ausschliesslich aus Fluorpolymeren besteht.
  • Eine weitere Möglichkeit die mechanischen Eigenschaften von Antihaftbeschichtungen zu verbessern besteht darin das haftvermittelnde, relativ spröde Polymer Polyamidimid (PAI) (Bruchdehnung ca. 8%) zumindest teilweise gegen das zähelastischere, lineare aromatische, teilkristalline Polyetheretherketon (PEEK, Figur 2) (Bruchdehnung ca. 50%) zu ersetzen.
  • Durch die Zähelastizität des Polyetheretherketon (PEEK) sind die Beschichtungen weniger spröde und eine Krafteinwirkung auf die Beschichtung führt weniger schnell zum Bruch.
  • US 6,596,380 beschreibt beispielsweise eine mehrschichtige Beschichtung die eine Basisschicht bestehend aus min. 50% PEEK, haftvermittelnden Polymeren ausgewählt aus Polyamidimid (PAI), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetherimid (PEI) oder Polyimid (PI) und inerten anorganischen Füllstoffen enthält, gefolgt von einer Zwischenschicht bestehend aus organischen Fluorpolymeren und einer Deckschicht aus organischen Fluorpolymeren.
  • Weiter offenbart WO 00/54895 eine Antihaftbeschichtung mit verbesserter Kratzfestigkeit mit einer auf einem Substrat aufgebrachten Basischicht die ausschliesslich aus Polyetheretherketon (PEEK) besteht, die durch eine oder mehrerer Deckschichten die einen Fluorkunststoff beinhaltet abgedeckt wird. Die auf die Polyetheretherketon-Schicht folgende Schicht ist eine haftvermittelnde Polyamidimid beinhaltende Schicht.
  • Die Basisschicht wird hierbei zunächst bei mindestens 340°C geschmolzen und wieder abgekühlt, anschliessend wird die haftvermittelnde Zwischenschicht bestehend aus Polyamidimid (PAI) und PTFE sowie die eventuell folgenden Deckschichten aufgebracht und die Gesamtanordnung bei 400 bis 420°C eingebrannt.
  • DE 10 2005 004828 A1 beschreibt eine mehrschichtige Beschichtung deren Basisschicht ein oder mehrerer Hochleistungspolymere ausgewählt aus Polyaryletherketonen (PEEK oder PEK), Flüssigkristallpolymeren (LCP), Polyphenylensulfid (PPS) oder Mischungen davon enthält und die abschliessende Deckschicht aus einem Hochleistungsthermoplast ausgewählt aus Polyaryletherketonen (PEEK oder PEK), Flüssigkristallpolymeren (LCP), Polyphenylensulfid (PPS) und 20-30 % thermoplastische Fluorpolymeren besteht. Neben den Hochleistungsthermoplasten können in den unter der Deckschicht liegenden Schichten harte anorganische Füllstoffe enthalten sein, deren d50-Wert der Partikelgrösse maximal doppelt so gross sein dürfen, wie die Schichtdicke der fertig eingebrannten Schicht.
  • US 5,536,583 beschreibt einen Artikel, der als Basisschicht eine Polyetherharzschicht und mindestens eine Deckschicht umfasst, die aus einem Fluorpolymerharz und einem Additiv wie Polyphenylensulfid (PPS) oder anorganischen kristallinen Pulvern besteht.
  • Als Fluorpolymere wurden Tetrafluorethylen-perfluor(alkyloxyvinyl-ether)-Copolymer (PFA), Poly(vinylidenfluorid) (PVDF), Ethylen-Chlorotrifluorethylen-Copolymer (E-CTFE), Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (E-TFE), Perfluorethylenpropylen-Copolymer (FEP) und Poly(chlortrifluorethylen) (CTFE) oder Mischungen hiervon verwendet, jedoch kein Polytetrafluorethylen (PTFE).
  • PTFE besitzt unter den Fluorpolymeren den höchsten Antihaft-Effekt. Aufgrund seiner hohen Schmelzviskosität oberhalb des Kristallitschmelzbereichs lässt sich PTFE nicht einfach schmelzen sondern versintert lediglich an den Korngrenzen. Dadurch ist die Formulierung einer Deckschicht für Polyetherharz-Schichten mit PTFE-Anteilen >30% schwierig. Deckschichten mit hohen PTFE-Anteilen zeigten bislang ohne die Verwendung von Haftvermittler-Schichten keine ausreichende Haftung zur darunterliegenden Schicht.
    • Darstellung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Antihaftbeschichtung für einen Gegenstand vorzuschlagen. Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Antihaftbeschichtung nach Anspruch 1 gelöst. Diese Antihaftbeschichtung weist zumindest drei Schichten auf, mit einer Deckschicht mit einer Trockenfilmdicke von 10 bis 50 µm, vorzugsweise von 20 und 30 µm, einer Zwischenschicht mit einer Trockenfilmdicke von 10 bis 100 µm, vorzugsweise von 20 und 30 µm, und einer Basisschicht mit einer Trockenfilmdicke von 10 bis 50 µm, vorzugsweise von 20 und 30 µm. Die Deckschicht enthält 40% bis 90% organische Fluorpolymere, wobei 20% bis 50%, bezogen auf die Deckschicht, Polytetrafluorethylen (PTFE) und 20% bis 70%, bezogen auf die Deckschicht, Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Perfluoralkyl-vinylether mit 1-3 C-Atomen in der Alkylgruppe, nämlich MFA oder PFA, oder Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Hexafluorpropylen (FEP) oder Mischungen davon sind. Weiterhin enthält die Deckschicht 10% bis 60% Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen) (PEK).
  • Die Zwischenschicht enthält 20-30% organische thermoplastische Fluorpolymere ausgewählt aus Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Perfluoralkyl-vinylether mit 1-3 C-Atomen in der Alkylgruppe, nämlich MFA oder PFA, Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Hexafluorpropylen (FEP) oder Mischungen davon, und Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen) (PEK), sowie anorganische Füllstoffe. Die Füllstoffe umfassen Partikel mit einer Grösse von 40 µm bis 100 µm, vorzugsweise von 45 µm bis 70 µm. Die Partikelgrösse ist dabei so ausgewählt, dass zumindest einige der Partikel teilweise in die Deckschicht hineinragen, diese Deckschicht aber nicht durchdringen. Dabei haben die Massnahmen der Erfindung zunächst einmal zur Folge, dass durch die Verwendung von grossen anorganischen Füllstoffpartikeln in der Zwischenschicht ein Gehalt von mehr als 40% an organischen Fluorpolymeren (ausgewählt aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Perfluoralkyl-vinylether mit 1-3 C-Atomen in der Alkylgruppe (MFA oder PFA), Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Hexafluorpropylen (FEP) oder Mischungen davon) in der Deckschicht möglich sind und dadurch ein verbesserter Antihaft-Effekt, ohne die Haftung zur darunterliegenden Schicht zu verlieren oder eine zusätzliche haftvermittelnde Schicht aus Polyamidimid (PAI) oder Polyphenylensulfid (PPS) zu benötigen. Dies wird dadurch erreicht, dass die in die Zwischenschicht eingebetteten anorganischen Füllstoffpartikeln so gross sind, dass sie in die Deckschicht hineinragen und somit die Haftung zur Deckschicht vermitteln können.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Antihaftschicht sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.
  • Vorteilhaft ist eine Basisschicht, die mehr als 98% Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen) (PEK) aufweist.
  • Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die anorganischen Füllstoffe keramische Hartstoffe aus der Reihe der Oxide, Carbide, Nitride, Boride, insbesondere Siliziumcarbid und/oder Aluminiumoxid, umfassen.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Partikel der anorganischen Füllstoffe der Zwischenschicht zumindest teilweise in die Basisschicht eingedrungen sind. Dies zu ermöglichen, ist ein besonderer Vorteil der Erfindung.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Artikel, insbesondere ein Kochgeschirr und andere Haushalts- und Gebrauchsgegenstände, mit einer entsprechenden Antihaftbeschichtung vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch einen Artikel gemäss Anspruch 6 gelöst. Ein solcher Gegenstand hat durch die mit keramischen Füllstoffe verstärkten Polyetherketon (PEK)-Antihaftbeschichtung neben verbesserter Härte und Kratzfestigkeit eine Deckschicht mit zumindest 40 % organischen Fluorpolymeren und somit einen verbesserten Antihaft-Effekt und kommt ohne eine haftvermittelnde Schicht aus Polyamidimid (PAI) oder Polyphenylensulfid (PPS) zwischen Zwischenschicht und Deckschicht aus.
  • Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Aufbringen einer Antihaftbeschichtung gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung vorzuschlagen. Dieser Aspekt wird dadurch gelöst, dass die Schichten durch eine nass in nass Applikation, nämlich ohne Zwischentrocknung, aus wässrigen Dispersionen und anschliessendem Trocknen und Aufschmelzen aufgebracht werden. Besonders bevorzugt werden die drei Schichten bei 140 °C getrocknet und bei 420 °C eingebrannt.
  • Die vorbenannten sowie die beanspruchten und in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen, erfindungsgemäss zu verwendenden Elemente unterliegen in ihrer Grösse, Formgestaltung, Materialverwendung und ihrer technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:
    • Figur 1
    die chemische Formel eines Polyamidimids;
    Figur 2
    die chemische Formel eines Polyetheretherketons (PEEK);
    Figur 3
    die chemische Formel eines Polyetherketons (PEK); und
    Figur 4
    einen Schichtaufbau gemäss eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie es in Figur 4 dargestellt ist, weist eine Antihaftbeschichtung, insbesondere für ein Kochgeschirr drei Schichten auf, nämlich eine Deckschicht 6 mit einer Trockenfilmdicke von ca. 20 und 30 µm, eine Zwischenschicht 4 mit einer Trockenfilmdicke von ca. 20 und 30 µm, und eine Basisschicht 2 mit einer Trockenfilmdicke ca. 20 und 30 µm. Die Deckschicht 6 enthält in diesem Ausführungsbeispiel ca. 55% organische Fluorpolymere. Davon sind ca. 35%, bezogen auf die Deckschicht (6), Polytetrafluorethylen (PTFE) und ca. 20%, bezogen auf die Deckschicht, ein Copolymer des Tetrafluorethylens mit Perfluoralkyl-vinylether mit 1-3 C-Atomen in der Alkylgruppe, nämlich PFA. Weiterhin enthält die Deckschicht 6 ca. 35% Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen) (PEK).
  • Die Zwischenschicht 4 enthält ca. 30% ein Copolymer des Tetrafluorethylens mit Perfluoralkyl-vinylether mit 1-3 C-Atomen in der Alkylgruppe, nämlich PFA und ca. 70% Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen) (PEK), sowie anorganische Füllstoffe 8. Die Füllstoffe weisen in diesem Ausführungsbeispiel Partikel mit einer Grösse von bis zu 70 µm auf. Dabei ist die Partikelgrösse so ausgewählt ist, dass zumindest einige der Partikel teilweise in die Deckschicht 6 hineinragen, diese Deckschicht 6 aber nicht durchdringen.
  • Die Basisschicht 2 dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels weist mehr als 98% Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen) (PEK) auf.
  • Die verwendeten anorganischen Füllstoffpartikel bestehen hauptsächlich aus Siliziumcarbid und Aluminiumoxid.
  • Es hat sich gezeigt, dass gerade diese Antihaftbeschichtung, die anorganische Füllstoffe in der Zwischenschicht in der angegebenen Grösse enthalten, eine besonders gute Haftung der Deckschicht auf der darunter liegenden Schicht ermöglicht, wobei der Gehalt an Polytetrafluorethylen (PTFE) höher als 30% ist und keine weiteren haftvermittelnden Schichten aufgebracht werden müssen.
  • Weiterhin hat sich gezeigt, dass sich für die Verwendung als Antihaftbeschichtung für Brat- und Kochgeschirr Polyetherketon (PEK; Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen); Figur 3) besonders gut eignet, besser als Polyetheretherketon (PEEK; Poly(oxy-1,4-phenylenoxy-1,4-phenylencarbonyl-1,4-phenylen; Figur 2). PEK besitzt nämlich verglichen mit Polyetheretherketon (PEEK; Poly(oxy-1,4-phenylenoxy-1,4-phenylencarbonyl-1,4-phenylen) eine höhere Glastemperatur und einen höheren Schmelzpunkt, bei vergleichbarer Zähelastizität.
  • Das bevorzugte Verfahren zum Aufbringen der Antihaftbeschichtung ist so ausgestaltet, dass die Schichten durch eine nass in nass Applikation, nämlich ohne Zwischentrocknung, aus wässrigen Dispersionen und anschliessendem Trocknen und Aufschmelzen aufgebracht werden. Durch dieses verfahren ist es möglich, dass die anorganischen Füllstoffe 8 sogar in die Basisschicht eindringen können und so die angegebenen Partikelgrössen erreicht werden können, ohne dass die Partikel aus der Deckschicht herausragen.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Basisschicht
    4
    Zwischenschicht
    6
    Deckschicht
    8
    anorganische Füllstoffpartikel
    10
    Substrat

Claims (7)

  1. Antihaftbeschichtung für einen Gegenstand, wobei die Antihaftbeschichtung zumindest drei Schichten aufweist, mit
    - einer Deckschicht (6) mit einer Trockenfilmdicke von 10 bis 50 µm, vorzugsweise von 20 und 30 µm,
    - einer Zwischenschicht (4) mit einer Trockenfilmdicke von 10 bis 100 µm, vorzugsweise von 20 und 30 µm, und
    - einer Basisschicht (2) mit einer Trockenfilmdicke von 10 bis 50 µm, vorzugsweise von 20 und 30 µm,
    wobei die Deckschicht (6) 40% bis 90% organische Fluorpolymere enthält, wobei 20% bis 50%, bezogen auf die Deckschicht (6), Polytetrafluorethylen (PTFE) und 20% bis 70%, bezogen auf die Deckschicht, Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Perfluoralkyl-vinylether mit 1-3 C-Atomen in der Alkylgruppe, nämlich MFA oder PFA, oder Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Hexafluorpropylen (FEP) oder Mischungen davon sind, und die Deckschicht (6) 10% bis 60% Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen) (PEK) enthält,
    wobei die Zwischenschicht (4) 20-30% organische thermoplastische Fluorpolymere ausgewählt aus Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Perfluoralkyl-vinylether mit 1-3 C-Atomen in der Alkylgruppe, nämlich MFA oder PFA, Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Hexafluorpropylen (FEP) oder Mischungen davon, und Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen) (PEK), sowie anorganische Füllstoffe (8) enthält, wobei die Füllstoffe (8) Partikel mit einer Grösse von 40 µm bis 100 µm, vorzugsweise von 45 µm bis 70 µm umfassen, und wobei die Partikelgrösse so ausgewählt ist, dass zumindest einige der Partikel teilweise in die Deckschicht (6) hineinragen, diese Deckschicht (6) aber nicht durchdringen.
  2. Antihaftbeschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisschicht (2) mehr als 98% Poly(oxy-1,4-phenylencabonyl-1,4-phenylen) (PEK) aufweist.
  3. Antihaftbeschichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen Füllstoffe (8) keramische Hartstoffe aus der Reihe der Oxide, Carbide, Nitride, Boride aufweisen.
  4. Antihaftbeschichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen Füllstoffe (8) Siliziumcarbid und/oder Aluminiumoxid aufweisen.
  5. Antihaftbeschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel der anorganischen Füllstoffe (8) der Zwischenschicht teilweise in die Basisschicht eingedrungen sind.
  6. Artikel (10), insbesondere Kochgeschirr und andere Haushalts- und Gebrauchsgegenstände, mit einer Antihaftbeschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  7. Verfahren zum Aufbringen einer Antihaftbeschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten durch eine nass in nass Applikation, nämlich ohne Zwischentrocknung, aus wässrigen Dispersionen und anschliessendem Trocknen und Aufschmelzen aufgebracht werden.
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