ES2344439T3 - Composicion de revestimiento antiadherente. - Google Patents

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ES2344439T3 ES07854269T ES07854269T ES2344439T3 ES 2344439 T3 ES2344439 T3 ES 2344439T3 ES 07854269 T ES07854269 T ES 07854269T ES 07854269 T ES07854269 T ES 07854269T ES 2344439 T3 ES2344439 T3 ES 2344439T3
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Abstract

Una composición de revestimiento antiadherente que comprende una resina fenoxi acuosa, un reticulador y un compuesto de silicona, composición de revestimiento que sustancialmente está exenta de resina de fluorocarburo.

Description

Composición de revestimiento antiadherente.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a composiciones de revestimientos que tienen aplicaciones antiadherentes.
Técnica anterior
Los revestimientos antiadherentes son bien conocidos en la técnica. En estos revestimientos normalmente se usan resinas de fluorocarburo dado que estas resinas tienen una baja tensión superficial así como resistencia química y térmica. Sin embargo, los revestimientos antiadherentes basados en resinas de fluorocarburo tienen limitaciones en cuanto a la resistencia al contacto con la llama así como adherencia a sustratos metálicos. Tales revestimientos se estropean fácilmente cuando se cortan con un cuchillo u otra herramienta metálica. El frotamiento o lijado también desgasta fácilmente estos revestimientos.
También se conoce reticular resinas fenoxi acuosas con resinas fenólicas y de melamina para formar revestimientos para acero y aluminio.
Los revestimientos antiadherentes se pueden aplicar como revestimientos de una sola capa o de multicapas.
Sorprendentemente se ha encontrado que se puede obtener un revestimiento antiadherente superior sin usar resinas de fluorocarburo, sino incorporando un compuesto de silicona en una composición que comprende una resina fenoxi y un reticulador.
Sumario de la invención
Consecuentemente, en una realización, la presente invención comprende una composición de revestimiento no pegajoso que comprende una resina fenoxi, un reticulador y un compuesto de silicona. La composición está sustancialmente exenta de resinas de fluorocarburo.
En otra realización, la invención comprende un procedimiento para aplicar la antes mencionada composición de revestimiento a un sustrato, a lo que sigue el secado y curado de la composición de revestimiento.
En otra realización, la invención comprende aplicar a un sustrato una composición de revestimiento que comprende una resina fenoxi acuosa y un reticulador, y un compuesto de silicona, que comprende las etapas secuenciales de:
A.
Preparar la superficie del sustrato para ser revestido,
B.
Aplicar el revestimiento como revestimiento antiadherente de una capa o de multicapas, del que la primera capa comprende la resina fenoxi y el reticulador, y un compuesto de silicona si el revestimiento se aplica como revestimiento antiadherente de una capa, y, si el revestimiento se aplica como revestimiento antiadherente de multicapas, una o más de sus capas que no son la primera capa comprende(n) un compuesto de silicona, y
C.
Cocer el sustrato revestido para curar el revestimiento. Típicamente esto se realiza a una temperatura que varía de aproximadamente 200ºC a 350ºC.
En todos los casos, cada capa o capas está(n) sustancialmente exenta(s) de resina de fluorocarburo.
Otras realizaciones de la invención comprenden detalles concernientes a las composiciones, cantidades relativas de ingredientes, tamaños de partícula y etapas del procedimiento.
Descripción detallada de la invención
Un componente de la composición de la presente invención es una resina fenoxi. Resina fenoxi es un término genérico usado para describir polihidroxiéteres de alto peso molecular derivados de difenoles y epiclorhidrina. Los polihidroxiéteres son materiales de alta resistencia, alto módulo, que son térmicamente estables porque carecen de grupos epoxi terminales, se fabrican fácilmente y se han usado para objetos moldeados, películas, materiales de envasado, revestimientos y adhesivos. Las emulsiones y dispersiones coloidales de resinas fenoxi son particularmente útiles como ingrediente para la composición de la presente invención. Combinada con un reticulador apropiado, la resina fenoxi proporcionará adherencia y también una matriz de polímero resistente al calor y la abrasión.
Otros componentes de la presente invención son:
Cualquier reticulador que permita que se formen polímeros con la resina fenoxi apropiada. Un reticulador preferido es la melamina (cianurotriamida, cianuramida, 2,4,6-tri-amino-8-triazina).
La silicona es un elastómero en el que los enlaces de C de un hidrocarburo polimerizado están reemplazados por enlaces Si-O. Las siliconas particularmente preferidas para uso con la composición de la presente invención son fluidos de silicona y emulsiones de fluidos, en particular emulsiones de silicona y agua, así como emulsiones de resina de silicona, o combinaciones de las mismas.
Se prefiere que en la composición de la presente invención estén incluidos epóxidos. Son muy preferidas las emulsiones acuosas epoxifuncionales modificadas con ácido fosfórico.
De acuerdo con una realización de la presente invención, un sustrato, tal como aluminio o un artículo de aluminio conformado, se reviste con un revestimiento antiadherente que comprende la composición de la presente invención. Se pueden aplicar multicapas, pero en el caso de que se aplique un revestimiento antiadherente de una capa, es esencial que esa capa comprenda el producto de una mezcla de resina fenoxi acuosa y un reticulador, y un compuesto de silicona. Cuando se aplica como sistema de multicapas, es esencial que al menos una capa que no sea la primera (por ejemplo, la capa central y la de cobertura) comprenda un componente de silicona.
Se prefiere que, cuando el revestimiento es de una sola capa, la capa comprenda el producto de una mezcla de resina fenoxi acuosa y un reticulador, un epóxido y una resina de poliamidaimida, y cuando el revestimiento es multicapa, las capas que no son la capa exterior comprendan el producto de una mezcla de resina fenoxi acuosa y un reticulador, un epóxido y una resina de poliamidaimida.
Una primera capa preferida (imprimación) en un sistema de multicapas puede comprender el producto de una mezcla de resina fenoxi y reticulador, pero está excluido un componente de silicona.
Sobre la base de la cantidad total de resina sólida, una composición preferida de la invención comprende 30-85% en peso de resina fenoxi, 0,15% en peso de epóxido, 8-25% en peso de reticulador y 5-75% en peso de silicona.
La primera capa (imprimación) y la segunda y/o tercera capa (capa central y/o capa de cobertura) pueden comprender también uno o varios de los componentes siguientes: cargas, pigmentos, tensioactivos, disolventes, desespumantes y cualquier otro componente para una composición de revestimiento conocida por la persona experta en la técnica; de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 60% en peso de partículas inorgánicas inertes y de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 60% en peso de otros ingredientes seleccionados entre el grupo constituido por cargas, pigmentos, tensioactivos, disolventes, antiespumantes y sus mezclas, calculándose el porcentaje en peso sobre la base del contenido de sólidos de la composición de imprimación.
Las cargas de las composiciones de la primera capa (imprimación) se pueden seleccionar entre el grupo constituido por sulfato bárico, sulfato cálcico, carbonato cálcico, sílices y silicatos, carburo de silicio y óxido de aluminio.
El revestimiento antiadherente de una capa o de multicapas esta sustancialmente exento de resina de fluorocarburo. El término "sustancialmente exento" significa menos de aproximadamente 5% en peso del total de sólidos de cualquier capa. Se prefiere menos de aproximadamente 1% en peso del total de sólidos. Se ha encontrado sorprendentemente que el revestimiento de la invención tiene propiedades superiores en cuanto a carencia de pegajosidad de la superficie en comparación con revestimientos convencionales que no están sustancialmente exentos de resina de fluorocarburo.
La primera capa (imprimación) y las otras capas (central y/o de cobertura) pueden incluir partículas inorgánicas que sean inertes respecto a los otros componentes que estén presentes en la composición y puedan resistir una temperatura de servicio continuo de más de 250ºC. Además, estas partículas son también estables a la eventual temperatura de cocimiento del revestimiento antiadherente. También, estas partículas son insolubles en agua o cualquier disolvente presente en la composición. La cantidad preferida de partículas inorgánicas comprende 10-110% en peso respecto a la totalidad de resina sólida.
Entre los ejemplos de partículas inorgánicas adecuadas están incluidos óxidos inorgánicos, carburos o nitruros, o elementos de los grupos IIA-VB de la tabla periódica y minerales naturales, y mezclas de ellos. Las partículas inorgánicas preferidas incluyen partículas con un tamaño medio de partícula de como mínimo 3 micrómetros y, más preferiblemente, del intervalo de aproximadamente 5 a aproximadamente 20 micrómetros. Las partículas inorgánicas tienen una dureza Mohs preferida de como mínimo aproximadamente 5, más preferiblemente una dureza Mohs de como mínimo aproximadamente 6. Entre los ejemplos de partículas inorgánicas con una dureza Mohs de más de 5 figuran alúmina, zirconia, carburo de silicio, carburo de titanio, boruro de aluminio y cristobalita.
Además de las partículas inorgánicas mencionadas, las composiciones de revestimiento usadas de acuerdo con la presente invención pueden comprender también cargas, aditivos y pigmentos que se usan comúnmente en la preparación de composiciones de revestimiento. Las cargas pueden ser cualesquier cargas conocidas por los expertos en la técnica, por ejemplo, sulfato bárico, sulfato cálcico, carbonato cálcico, sílices o silicatos (tales como talco, feldespato y arcilla de caolín). También se pueden añadir aditivos tales como estabilizadores, antioxidantes, agentes igualadores, agentes antisedimentación, agentes conservantes del brillo, modificadores de la reología, agentes tensioactivos, absorbentes de la luz UV, fotoestabilizadores, agentes sinérgicos de aminas, ceras o promotores de la
adherencia.
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Los sustratos revestidos de acuerdo con la presente invención pueden ser artículos de aluminio conformados tales como ollas, sartenes, tapas, cucharas para mezclar y todos los otros utensilios usualmente empleados para la preparación de alimentos y para cocinar (cazuelas para asar, bandejas para horno, etc.) así como hoja de aluminio para ser conformada en los artículos mencionados. En ambos casos, el soporte de aluminio se desengrasa simplemente de acuerdo con cualquier procedimiento conocido, por ejemplo, en medio alcalino o ácido, o con disolventes orgánicos. En este tratamiento, el soporte de aluminio mantiene la rugosidad superficial de la hoja de aluminio, esto es, inferior a 1,2 micrómetros. Además de desengrasar, también es posible hacer rugosa la superficie.
Otros metales pueden ser sustratos adecuados, tales como acero inoxidable chorreado con arena.
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Ejemplos
A los ejemplos que se presentan a continuación se aplica lo siguiente:
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Ensayo de abrasión con Scotch Brite
El ensayo de abrasión con Scotch Brite mide la resistencia de un revestimiento a un frote continuo con un estropajo abrasivo. La carga vertical sobre el estropajo se ajusta a 4,54 kg y el estropajo se cambia cada 10.000 pasadas. Con el fin de evaluar la resistencia a la abrasión del sistema antiadherente, se registra el número de ciclos requerido para raspar el revestimiento hasta llegar al metal desnudo.
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Ensayo de sacamiento de un huevo de la sartén
Se calienta a 150ºC una sartén con revestimiento antiadherente y luego se fríe un huevo. Se determina como sigue el nivel en que se saca el huevo de la sartén.
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Escala para evaluar el sacamiento del huevo
1.
Muy malo: el huevo se pega a las rayas de desgaste y es difícil limpiar.
2.
Muy malo: el huevo se pega a las rayas de desgaste pero la limpieza es algo más fácil.
3.
Muy malo: el huevo se pega al 90% de las rayas de desgaste pero se limpia bastante más fácilmente.
4.
Muy malo: el huevo se pega al 80% de las rayas de desgaste pero se limpia bastante fácilmente.
5.
Malo: el huevo se pega al 70% de las rayas de desgaste pero se limpia bastante fácilmente.
6.
Aceptable: el huevo se pega al 60% de las rayas de desgaste pero se limpia bastante fácilmente.
7.
Aceptable: el huevo se pega al 20-40% de las rayas de desgaste pero se limpia bastante fácilmente.
8.
Bueno: el huevo se pega al 10% de las rayas de desgaste pero se limpia bastante fácilmente.
9.
Muy bueno: el huevo se podía sacar intacto con alguna dificultad; la limpieza es fácil.
10.
Excelente: el huevo se saca intacto limpiamente y no queda residuo alguno.
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Ensayo de pata de tigre portátil
El dispositivo portátil de "pata de tigre" es una norma aceptada por la industria que se diseñó para ensayar la resistencia de un revestimiento antiadherente a un abuso a largo plazo en la cocina. La Pata de Tigre portátil está constituida por un aparato pesado que usa tres bolígrafos para rayar la película de revestimiento. El utensilio que se está ensayando se carga con una capa delgada de aceite de cocinar y se calienta a 205ºC.
Se hace girar la pata de tigre sobre la superficie no pegajosa en un movimiento circular 2000 veces cambiando la dirección cada 100 rotaciones. Luego se examina el revestimiento por si hay peladuras, ampollas o penetración al metal desnudo.
La invención se ilustrará haciendo referencia a los ejemplos siguientes. Estos ejemplos son ilustrativos de la invención y no debe interpretarse de forma alguna que limitan su alcance.
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Control 1
Se preparó como sigue un revestimiento antiadherente de la invención del estado de la técnica que contenía PTFE (politetrafluoroetileno), conforme se describe en el documento US 6863974 B2: Se aplicó una imprimación que comprendía 33,0% en peso de poliamidaimida (Toron Al 10 de Solvay), 38,0% de SiC (nº. 600W, de Electro Abrasive Powders; tamaño medio de partícula 11 micrómetros) y no contenía componente fluorocarburo alguno, y una capa de cobertura que comprendía 58,14% en peso de una dispersión de PTFE (Fluon GP1, de Asahi Glass) y 0,5% en peso de poliamidaimida Torlon Al 10, de Solvay), a un sustrato de aluminio anodizado duro no chorreado con arena en forma de una sartén, de manera que se obtuvo un espesor de película seca de 12,7 \mum y un espesor de la capa de cobertura de 12,7 \mum, a lo que siguió una calcinación final durante 3-5 minutos a 427ºC (temperatura del metal). La película seca calcinada resultante comprendía 33,0% en peso de PAI (poliamidaimida) y 38,0% en peso de SiC en la imprimación y 90,3% en peso de PTFE y 1,3% en peso de PAI en la capa de cobertura.
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Ejemplo 1
En una realización de la invención se preparó como sigue un revestimiento antiadherente de dos capas exento de fluoropolímero:
Se preparó como sigue una imprimación de acuerdo con la presente invención.
Intermedio A: Se premezclaron 17,50 g de agua desionizada y 17,50 g de dimetiletanolamina y la mezcla se añadió con agitación a 720,70 g de PKHW 34 (resina fenoxi adquirible comercialmente en Inchem). A esta mezcla se añadió con agitación una mezcla de 79,80 g de una emulsión epoxídica 14-9051 (adquirible comercialmente en Peninsula Polymers) y 39,90 g de agua desionizada. A esta mezcla se añadieron, mientras que se agitaba y hasta obtener una mezcla homogénea, las siguientes materias primas: 35,00 g de propilenglicol, 35,00 g de Dowanol PM (disolvente, adquirible comercialmente en Dow), 17,50 g de Surfynol 440 (tensioactivo) y 17,50 g de Surfynol 104 BC (ambos adquiribles comercialmente en Air Produts) y 70,00 g de Ajac Black 511 (negro de carbón, adquirible comercialmente en Solutions Dispersiones Inc.).
A esta composición se añadió, mientras que se agitaba, la siguiente mezcla: 70,00 g de Cymel 303 LF (melamina adquirible comercialmente en Cytec), 35,00 g de propilenglicol, 35,00 g de n-butanol, 46,70 g de agua desionizada y 23,30 g de trietilamina.
Intermedio B: Se mezclaron durante 15 min con una mezcladora de alta velocidad: 551,52 g de agua desionizada, 31,91 g de alcohol furfurílico, 44,68 g de N-metilpirrolidona, 2,14 g de Troykyd D 999 (un desespumante comercial de Troy Chemicals), 19,68 g de AMP 95 (una amina adquirible comercialmente en Angus Chemical Company), 39,54 g de Triton X-100 (un tensioactivo adquirible comercialmente en Rohm and Haas), 87,11 g de Torlon Al-10 (poliamidaimida adquirible comercialmente en Solvay), 66,59 g de pigmento azul de ultramar (qadquirible comercialmente en Whittaker and Daniels) y 7,54 g de Tiltanium Dioxide RCL 535 (adquirible comercialmente en Millenium Chemicals). Después de mezclar a alta velocidad, se molió la suspensión resultante en un molino de bolas equipado con bolas cerámicas durante un período de 24 horas, sacándose seguidamente del molino de bolas. Para lavar el molino se usaron 312,10 g de agua desionizada y posteriormente se mezcló con la pasta obtenida. La pasta resultante tenía una finura de molienda de menos de 5 \mum y un contenido de sólidos de 17,5% en peso.
Se añadieron 1162,81 g del Intermedio B, mientras que se agitaba, a 1260,40 g del Intermedio A. Se añadieron mientras que se agitaba 210 g de carburo de silicio SlC 600 y 210 g de carburo de silicio SCD 320 (ambos adquiribles comercialmente en Electro Abrasives). Después de mezcla homogénea se obtuvo el producto; se añadieron 760,80 g de agua desionizada.
La composición de imprimación resultante tenía un contenido de sólidos de 40% en peso y una viscosidad de 30-40 s EZ con la copa nº. 2.
Se preparó como sigue un revestimiento de cobertura exento de fluoropolímero:
A 188,20 g de Inchemrez PKHW (resina fenoxídica adquirible comercialmente en Inchem) se añadieron 47,60 g de Silrez MP 42E (resina de silicona adquirible comercialmente en Wacker) mientras que se agitaba. A esta mezcla se añadió luego, mientras que se agitaba, una premezcla de 3,30 g de agua deionizada y 3,3 g de dimetiletanolamina. Mientras que se agitaba, se añadieron 5,00 g de propilenglicol, 1,70 g de Surfynol 104 BC (adquirible comercialmente en Air Products), 5,00 g de Dowanol PM (disolvente, adquirible comercialmente de Dow) y 1,70 g de Surfynol 440 (tensioactivo adquirible comercialmente de Air Products). A esta mezcla se añadió una mezcla de los componentes siguientes mientras que se agitaba: 16,00 g de Cymel 303 LF (melamina, adquirible comercialmente en Cytec), 8,00 g de propilenglicol, 8,00 g de n-butanol, 10,70 g de agua desionizada y 5,30 g de trietanolamina. A esta mezcla se añadieron, mientras que se agitaba: 30,00 g de una suspensión acuosa al 50% de óxido de aluminio sólido (SGD 1000, adquirible comercialmente en Mineral & Pigment Solutions, Inc.) y 1,70 g de perla de resplandor KW153 (adquirible comercialmente en Wenzhou Kunwei Pearl Pigment Co,). Finalmente se añadieron mientras que se agitaba 2,00 g de Acrysol RM 825 (un agente reológico adquirible comercialmente en Rohm and Haas).
La imprimación se aplicó por pulverización por AVAP (alto volumen, alta presión) con una pistola Binks Mach 1 Gun de alimentación por succión (presión de 27,6-68,9 kPa en la punta, boquilla de 0,9 mm) a un sustrato de aluminio que tenía una Ra típica de 0,77-1,00 \mum, a un espesor de película seca de 15 a 18 micrómetros y posteriormente se secó a 100ºC durante 3-5 min.
La capa de cobertura se aplicó de forma análoga sobre la imprimación seca a un espesor de película seca de 12 a 15 micrómetros y luego se secó a 100ºC durante 3-5 min.
El revestimiento de dos capas resultante se curó seguidamente durante 5-7 min, a una temperatura pico del metal de 288ºC.
Las sartenes revestidas se sometieron a los ensayos de abrasión con Scotch Brite adhesiva, sacamiento del huevo de la sartén y pata de tigre.
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Resultados del ensayo de abrasión con Scotch Brite
1
Resultados del ensayo de sacamiento de un huevo
2
Resultados del ensayo de pata de tigre
3
Estos resultados de los ensayos demuestran que el revestimiento antiadherente exento de fluoropolímero de acuerdo con la presente invención da una mejor resistencia al deterioro y el desgaste que el revestimiento antiadherente de fluoropolímero del estado de la técnica, mientras que se mantienen propiedades de adherencia aceptables.

Claims (20)

1. Una composición de revestimiento antiadherente que comprende una resina fenoxi acuosa, un reticulador y un compuesto de silicona, composición de revestimiento que sustancialmente está exenta de resina de fluorocarburo.
2. La composición de revestimiento de la reivindicación 1, en la que el reticulador mencionado es melamina.
3. El revestimiento de la reivindicación 1 que comprende uno o varios epóxidos.
4. El revestimiento de la reivindicación 3 que comprende una emulsión acuosa con funcionalidad epoxi modificada con ácido fosfórico.
5. El revestimiento de la reivindicación 1, revestimiento que es de una sola capa y que comprende como mínimo una poliamidaimida o un epóxido.
6. El revestimiento de la reivindicación 1 que comprende, sobre la base de la totalidad de la resina sólida, 30-85% en peso de resina fenoxi, 0-15% en peso de epóxido, 8-25% de reticulador y 5-70% en peso de un compuesto de silicona.
7. El revestimiento de la reivindicación 1 que comprende 10-110% en peso, en relación a la totalidad de resina sólida, de partículas inorgánicas con una dureza Mohs de como mínimo 5.
8. Un artículo revestido que comprende un sustrato revestido con un producto de una mezcla de resina fenoxi acuosa y un reticulador, y un compuesto de silicona, producto que está sustancialmente exento de resina fluorocarburo.
9. El artículo revestido de la reivindicación 8, en el que el mencionado producto comprende un sistema antiadherente multicapa, incluidas una primera capa y una capa exterior, en el que la mencionada primera capa no está formada a partir de una mezcla que contiene un compuesto de silicona, y como mínimo una de las otras capas está formada a partir de una mezcla que contiene un compuesto de silicona.
10. El artículo revestido de la reivindicación 9, en el que las mencionadas capas que no son la capa exterior comprenden el producto de una mezcla de resina fenoxi acuosa, reticulador y como mínimo una entre una resina epoxídica o una resina de poliamidaimida.
11. El artículo revestido de la reivindicación 9, en el que una o varias de las mencionadas capas contienen una carga seleccionada entre el grupo constituido por sulfato bárico, sulfato cálcico, carbonato cálcico, sílices y silicatos.
12. Un procedimiento para revestir un sustrato, que comprende aplicar al mencionado sustrato una composición de revestimiento que comprende una resina fenoxi acuosa y un reticulador, y un compuesto de silicona, composición que está sustancialmente exenta de una resina de fluorocarburo, a lo que sigue el secado y curado de la mencionada composición de revestimiento.
13. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que el mencionado sustrato comprende aluminio o un artículo de aluminio conformado.
14. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que el mencionado sustrato comprende acero inoxidable chorreado con arena o un artículo de acero inoxidable chorreado con arena conformado.
15. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que la mencionada resina fenoxi se aplica como una dispersión de la mencionada resina en agua con un tensioactivo.
16. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que la mencionada resina fenoxi se aplica como un polvo de polímero con un líquido orgánico.
17. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que el mencionado reticulador es melamina.
18. Un procedimiento para revestir un sustrato, que comprende aplicar al mencionado sustrato una composición de revestimiento que comprende una resina fenoxi acuosa y un reticulador, y un compuesto de silicona, composición de revestimiento que está sustancialmente exenta de resina de fluorocarburo, que comprende las etapas secuenciales de:
A.
Preparar la superficie del sustrato para ser revestido.
B.
Aplicar el revestimiento como revestimiento antiadherente de una capa o multicapa, en el que la primera capa comprende la resina fenoxi y el reticulador, y un compuesto de silicona si el revestimiento se aplica como revestimiento antiadherente de una capa, y, si el revestimiento se aplica como revestimiento antiadherente multicapa, una o más de las capas que no son la primera capa comprende(n) un compuesto de silicona, y
C.
Cocer el sustrato revestido para curar el revestimiento.
\vskip1.000000\baselineskip
19. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que el mencionado cocimiento se realiza a temperaturas de aproximadamente 200 a 350ºC.
20. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que el mencionado reticulador es melamina.
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