ES2903245T3

ES2903245T3 - Sustrato revestido con revestimiento no adherente, resistente a la abrasión y al rayado

Info

Publication number: ES2903245T3
Application number: ES18705796T
Authority: ES
Inventors: Philippe Andre Fernand Thomas; Wim Marie-Thérèse Jacques Beatse
Original assignee: Chemours Co FC LLC
Current assignee: Chemours Co FC LLC
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2018-02-04
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2038-02-04
Also published as: CN110249012A; KR20190111047A; JP2020507493A; EP3580289B1; EP3580289A1; CN110249012B; WO2018148122A1; KR102591876B1; US20180223122A1; US11339305B2; JP7105787B2

Abstract

Un sustrato revestido con un revestimiento no adherente resistente a la abrasión y al rayado, comprendiendo dicho revestimiento no adherente: i.) una capa de imprimación continua adherida a dicho sustrato, comprendiendo dicha capa de imprimación un aglutinante polimérico, un primer fluoropolímero y una primera película inorgánica de partículas endurecedoras, ii.) una capa de revestimiento intermedia discontinua que comprende agregados de partículas adheridos a dicha capa de imprimación y distribuidos de forma discontinua a través de la superficie de dicha capa de imprimación para revelar las áreas expuestas de la superficie de la capa de imprimación, en donde del 5 por ciento al 20 por ciento de dichos agregados de partículas están en agrupaciones que tienen un diámetro de al menos 0,1 mm y una altura de al menos 0,016 mm medido desde la superficie de dicha capa de imprimación, y en donde dichos agregados de partículas comprenden un segundo fluoropolímero y segundas partículas de endurecedor de película inorgánica, y iii.) una capa superior que comprende un tercer fluoropolímero adherido a dicha capa intermedia y dichas áreas expuestas de la superficie de dicha capa de imprimación.

Description

DESCRIPCIÓN

Sustrato revestido con revestimiento no adherente, resistente a la abrasión y al rayado

Campo técnico

La presente divulgación se refiere a sustratos revestidos con revestimientos de fluropolímero no adherentes que tienen excelente resistencia a la abrasión y al rayado.

Tecnología antecedente

Las resinas de fluoropolímero y, especialmente, las resinas de perfluoropolímero, son conocidas por su baja energía superficial y propiedades antiadherentes así como por su resistencia térmica y química. Ha sido deseable desde hace mucho tiempo conseguir revestimientos poliméricos antiadherentes más duraderos y más resistentes al rayado. De especial interés para conseguir sustratos revestidos con una vida útil prolongada es la capacidad del sustrato revestido para resistir la abrasión así como su resistencia al rayado. "Rayado" está relacionado con la deformación plástica del revestimiento tal como el corte de una cuchilla, espátula u otra herramienta metálica. Abrasión se refiere a la cantidad de revestimiento que se desgasta como se puede producir al frotar o lijar, en donde el revestimiento forma fibrillas y se rompe o se desgarra de la superficie. Al dañarse un sustrato revestido, el rayado puede ir seguido de la abrasión, ya que una cuchilla que produce la deformación plástica del revestimiento, puede conducir también a la formación de fibrillas que posteriormente se desgastan.

Los esfuerzos anteriores para conseguir revestimientos previos y resistentes al rayado se han recogido en los documentos EP 0 580 557 B1, EP 1016 466 A2 y US 2008/0237241 A1, en donde se han desarrollado diversas técnicas para obtener revestimientos no adherentes que tienen resistencia al rayado mejorada. Para un artículo culinario formado a partir de un soporte metálico, estas técnicas proponen un revestimiento no adherente depositado sobre el soporte metálico, y que incluye al menos dos revestimientos basados en resina de fluoropolímero, siendo uno de estos dos revestimientos un revestimiento discontinuo formando patrones. Sin embargo, dichos revestimientos de la técnica anterior son propensos a agrietarse, resquebrajarse, formar ampollas y "erupciones" de carga inorgánica procedente del revestimiento, y a la abrasión y al rayado del revestimiento, que, con el tiempo, reducen la calidad del revestimiento, que a continuación pierde rápidamente sus propiedades no adherentes y su utilidad.

Se necesitan revestimientos no adherentes resistentes a la abrasión y al rayado que superen dichos inconvenientes, especialmente revestimientos que tengan una resistencia al rayado mejorada sobre los revestimientos no adherentes de la técnica anterior, aunque manteniendo sus propiedades no adherentes y de abrasión a lo largo del tiempo.

Sumario

La presente invención aborda la necesidad de un revestimiento no adherente duradero con resistencia a la abrasión y al rayado superiores. Específicamente, la invención proporciona un sustrato revestido con un revestimiento no adherente resistente a la abrasión y al rayado, comprendiendo el revestimiento no adherente: i.) una capa de imprimación continua adherida al sustrato, comprendiendo la capa de imprimación continua un aglutinante polimérico, un primer fluoropolímero y una primera película inorgánica de partículas endurecedoras, ii.) una capa de revestimiento intermedia discontinua que comprende agregados de partículas adheridos a la capa de imprimación y distribuidos de forma discontinua a través de la superficie de la capa de imprimación para revelar las áreas expuestas de la superficie de la capa de imprimación, en donde de 5 por ciento al 20 por ciento de los agregados de partículas están en agrupaciones que tienen un diámetro de al menos 0,1 mm y una altura de al menos 0,016 medida desde la superficie de la capa de imprimación, y en donde los agregados de partículas comprenden un segundo fluoropolímero y una segunda película inorgánica con partículas endurecedoras, y iii.) una capa de revestimiento superior que comprende un tercer fluoropolímero adherido a la capa de revestimiento intermedia y las áreas expuestas de la superficie de la primera capa de revestimiento en los puntos donde no existen partículas de la capa intermedia.

En una realización, el primer fluoropolímero es PTFE, el segundo fluoropolímero es el mismo o diferente PTFE y el tercer fluoropolímero es PFA o MFA.

En una realización, los fluoropolímeros como componentes de cada capa del revestimiento comprenden de 10 al 45 por ciento en peso de todos los componentes curados de la capa de imprimación, al menos un 70 por ciento en peso de todos los componentes curados de la capa intermedia y al menos un 90 por ciento en peso de todos los componentes curados de la capa superior.

En una realización, el tamaño de partícula promedio de las partículas endurecedoras de la primera película inorgánica de la capa de imprimación varía de 10 a 60 micrómetros, y el tamaño de partícula promedio de las partículas endurecedoras de la segunda película inorgánica en la capa de revestimiento intermedia varía de 5 a 44 micrómetros.

En una realización, los agregados de partículas que comprenden fluoropolímero y partículas endurecedoras de película inorgánica tienen un tamaño de partícula promedio desde 0,1 hasta 4 mm y, en otra realización, de 0,1 a 1 mm.

En una realización, las agrupaciones tienen un diámetro de al menos 0,2 mm. En otra realización, las agrupaciones tienen un diámetro de al menos 0,2 mm a 4 mm.

En una realización, un 15 por ciento del número de partículas agregadas está contenido en las agrupaciones.

En una realización, la capa de revestimiento intermedia tiene un peso por metro cuadrado sobre una base curada de 0,05 a 0,25 g/m2, en otra realización, de 0,1 a 0,2 g/m2 y, en otra realización, de 0,12 a 0,18 g/m2

Los detalles de una o más realizaciones de la presente divulgación se muestran en los dibujos adjuntos y la siguiente descripción. Otras características, objetos y ventajas de la presente divulgación serán evidentes a partir de la descripción y dibujos, y a partir de las reivindicaciones.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones se ilustran en las figuras acompañantes para mejorar la comprensión de los conceptos que se presentan en el presente documento. Los expertos en la materia apreciarán que los objetos en las figuras se ilustren por su simplicidad y no se han dibujado necesariamente a escala. Por ejemplo, las dimensiones de algunos de los objetos en las figuras pueden estar exageradas con relación a otros objetos para ayudar a mejorar la comprensión de las presentes realizaciones.

La Fig. 1 es una representación esquemática de una sección transversal de un revestimiento de la presente divulgación.

La Fig. 2 es una representación esquemática tridimensional girada de una sección transversal de un sustrato que tiene una capa de imprimación continua de la presente divulgación.

La Fig. 3 es una representación esquemática tridimensional girada de una sección transversal de un sustrato que tiene una capa de imprimación continua y una capa de revestimiento intermedia discontinua de la presente divulgación.

La Fig. 4 es una representación esquemática tridimensional girada de una sección transversal de un revestimiento de la presente divulgación.

La Fig. 5 es una fotografía de microscopio de una vista en planta con un aumento x55 de un revestimiento de la presente divulgación.

La Fig. 6 es una fotografía de microscopio de una vista en sección transversal con un aumento x80 de un revestimiento de la presente divulgación.

Descripción detallada

Fluoropolímero

En una realización, el fluoropolímero del presente revestimiento no adherente es politetrafluoroetileno no fabricable en estado fundido (PTFE), por simplicidad en la formulación de la composición para el revestimiento, y por el hecho de que el PTFE tiene la estabilidad térmica más elevada entre los fluoropolímeros. En una realización, el PTFE tiene una viscosidad en estado fundido de al menos 1 x 108 Pa s a 380 °C. En otra realización, el PTFE puede contener también unidades de repetición que surgen de la copolimerización de una pequeña cantidad de un modificador de comonómeros, que mejoran la capacidad fimógena durante la cocción (fusión) de los presentes revestimientos que comprenden dicho PTFE. Los ejemplos de comonómeros son perfluoroolefinas tales como hexafluoropropileno (h Fp ) o perfluoro(alquilvinil) éter en donde el grupo alquilo contiene de 1 a 5 átomos de carbono, por ejemplo, perfluoro(propilvinil éter) (PPVE). La cantidad de dicho modificador será insuficiente para transmitir capacidad de fabricación del PTFE en estado fundido y, generalmente, no es superior a 0,5 moles por ciento del fluoropolímero. En una realización, para cualquier capa dada del presente revestimiento, se usa como mezcla una mezcla de PTFE que tienen diferentes viscosidades en estado fundido, teniendo la mezcla una única viscosidad en estado fundido (combinada) para formar el componente del fluoropolímero. En una realización, para cualquier capa dada del presente revestimiento, se usa un único PTFE y el fluoropolímero tiene una única constitución química y viscosidad en estado fundido.

En una realización, para cualquier capa dada del presente revestimiento, el fluoropolímero del primer revestimiento no adherente se selecciona independientemente entre fluoropolímeros fabricables en estado fundido y perfluoropolímeros. En otra realización, para cualquier capa dada del presente revestimiento, el fluoropolímero fabricable en estado fundido se combina (mezcla) con PTFE. En otra realización, para cualquier capa dada del presente revestimiento, el fluoropolímero fabricable en estado fundido se usa en lugar de PTFE en cualquiera o todas las capas del presente revestimiento no adherente. Los ejemplos de fluoropolímeros fabricables en estado fundido incluyen copolímeros de tetrafluoroetileno (TFE) y al menos un monómero fluorado copolimerizable con TFE (comonómero), cuyas unidades de repetición están presentes en el polímero en cantidad suficiente para reducir el punto de fusión del copolímero sustancialmente por debajo del que tiene el homopolímero de PTFE, por ejemplo, hasta una temperatura de fusión menor de 315 °C. Los comonómeros preferidos con PTFE para la formación de dichos fluoropolímeros fabricables en estado fundido incluyen monómeros perfluorados tales como perfluoroolefinas que tienen 3-6 átomos de carbono, perfluoro(alquilvinil éteres) (PAVE) en donde el grupo alquilo contiene 1-5 átomos de carbono, especialmente 1-3 átomos de carbono. Dichos comonómeros preferidos incluyen hexafluoropropileno (HFP), perfluoro(etilvinil éter) (PEVE), perfluoro(propilvinil éter) (PPVE) y perfluoro(metilvinil éter) (PMVE). Los ejemplos de fluoropolímeros fabricables en estado fundido incluyen copolímeros de TFE tales como FEP (copolímero de TFE/HFP), PFA (copolímero de TFE/PAVE), copolímero de TFE/HFP/PAVE en donde PAVE es PEVE y/o PPVE y MFA (copolímero de TFE/PMVE/PAVE en donde el grupo alquilo de PAVE tiene al menos dos átomos de carbono). El peso molecular de los copolímeros de TFE fabricables en estado fundido no es crítico, pero es deseablemente suficiente para que sea filmógeno y pueda soportar una forma moldeada para que tenga integridad en la aplicación de uso. En una realización, la viscosidad en estado fundido del copolímero de t Fe fabricable en estado fundido es al menos de 1 x 102 Pas y hasta de 60-100 x 103 Pas, determinada a 372 °C según el método de la ASTM D1238 usando una pesa de 5 kg.

Los fluoropolímeros presentes en cada una de las tres capas del presente revestimiento no adherente se denominan alternativamente en el presente documento como i.) "primer fluoropolímero", en referencia al fluoropolímero de la primera capa, ii.) "segundo fluoropolímero", en referencia al fluoropolímero de la capa de revestimiento intermedia, y iii.) "tercer fluoropolímero", en referencia al fluoropolímero de la capa de revestimiento superior. En una realización, cada una de las capas de imprimación, revestimiento intermedio y revestimiento superior comprende el mismo fluoropolímero. En otra realización, cada una de las capas de imprimación, revestimiento intermedio y revestimiento superior comprende independientemente diferentes fluoropolímeros. En otra realización, dos de las capas de imprimación, revestimiento intermedio y revestimiento superior comprenden el mismo fluoropolímero y la tercera capa comprende un fluoropolímero diferente. En otra realización, cualquiera o cada una de las capas de imprimación, revestimiento intermedio y revestimiento superior comprende independientemente una mezcla de diferentes fluoropolímeros. En una realización preferida, el primer y el segundo fluoropolímeros comprenden el mismo o diferente PTFE, y el tercer fluoropolímero comprende PFA (copolímero de TFE/PAVE) o MFA (copolímero de TFE/PMVE/PAVE en donde el grupo alquilo de PAVE tiene al menos dos átomos de carbono).

Los presentes fluoropolímeros están comercialmente disponibles como dispersiones en agua, que es su forma de uso preferida en la formación de los presentes revestimientos, y para facilitar la aplicación y el cuidado del medio ambiente. Por "dispersión" se entiende que las partículas del fluoropolímero están dispersas de forma estable en el medio acuoso, de manera que no se produce la sedimentación de las partículas entre el momento de formación de las dispersiones y el momento de usarlas para formar un revestimiento. Esto se consigue por el tamaño pequeño de las partículas de fluoropolímero, normalmente en el orden de 0,18 a 0,3 micrómetros, generalmente de aproximadamente 0,2 micrómetros, y el uso de tensioactivo en la dispersión acuosa para estabilizar la dispersión. Se pueden obtener dichas dispersiones directamente mediante el proceso conocido como polimerización en dispersión, seguido opcionalmente por concentración y/o adición adicional de tensioactivo.

Como alternativa, el componente de fluoropolímero puede ser un polvo de fluoropolímero tal como un micropolvo de PTFE. En el caso de la presente capa de imprimación, se usa normalmente un líquido orgánico para conseguir una mezcla íntima de fluoropolímero y aglutinante polimérico. Se puede seleccionar el líquido orgánico ya que el aglutinante seleccionado se disuelve en este líquido. Si el aglutinante no se disuelve en el líquido, entonces, el aglutinante puede dividirse y dispersarse finamente con el fluoropolímero en el líquido. La composición de revestimiento resultante puede comprender fluoropolímero disperso en líquido orgánico y aglutinante polimérico, tanto disperso como disuelto en el líquido para conseguir la mezcla íntima deseada. Las características del líquido orgánico dependerán de la identidad del aglutinante polimérico y de si se desea una solución o dispersión del mismo. Los ejemplos de dichos líquidos orgánicos incluyen N-metilpirrolidona, butirolactona, disolventes aromáticos de alto punto de ebullición, alcoholes, mezclas de los mismos, entre otros. La cantidad del líquido orgánico dependerá de las características de flujo deseadas para el proceso de revestimiento concreto.

En una realización, el fluoropolímero como componente de cada capa del presente revestimiento comprende de 10 al 45 por ciento en peso de todos los componentes curados de la capa de imprimación, al menos un 70 por ciento en peso de todos los componentes curados de la capa intermedia y al menos un 90 por ciento en peso de todos los componentes curados de la capa superior.

Aglutinante polimérico

Además del fluoropolímero, la composición que forma la primera capa contiene también un aglutinante polimérico termorresistente (denominado alternativamente en el presente documento como aglutinante). El aglutinante comprende un polímero filmógeno tras calentar hasta la fusión y es también térmicamente estable a su temperatura de fusión. Los aglutinantes adecuados son bien conocidos en aplicaciones de imprimación para los acabados con fluoropolímeros no adherentes, para adherir una capa de imprimación que contiene un fluoropolímero a un sustrato y para formar película dentro y como parte de una capa de imprimación. El fluoropolímero por sí mismo tiene poca o ninguna adhesión a sustratos más ligeros. El aglutinante no contiene generalmente flúor y sin embargo se adhiere tanto al fluoropolímero como a los sustratos. Los aglutinantes preferidos son los que son solubles o se solubilizan en agua o una mezcla de agua y un disolvente orgánico, donde dicho disolvente es miscible con agua. Esta solubilidad ayuda a combinar el aglutinante con el componente del fluoropolímero cuando se encuentra en forma de dispersión acuosa.

En una realización, el aglutinante polimérico es una sal de ácido poliámico que se convierte en una poliamidaimida (PAI) tras la cocción de una composición de revestimiento que contiene una sal de ácido poliámico para formar la capa de imprimación que contiene PAI. El aglutinante es preferido para revestimientos estables a alta temperatura, ya que está en forma completamente imidizada obtenida por cocción de la sal de ácido poliámico, el aglutinante de PAI tiene una temperatura de servicio continua superior a 250 °C. La sal de ácido poliámico está generalmente disponible como ácido poliámico que tiene una viscosidad inherente de al menos 0,1 medida en solución al 0,5% en peso en N,N-dimetilacetamida a 30 °C. Está disuelto en un agente coalescente tal como N-metilpirrolidona y un agente reductor de la viscosidad, tal como alcohol furfurílico y hecho reaccionar con una amina terciaria, preferentemente trietilamina, para formar la sal, que es soluble en agua, por ejemplo, como se describe en la patente de Estados Unidos n.° 4.014.834. El medio de reacción resultante que contiene la sal del ácido poliámico puede a continuación combinarse con la dispersión acuosa de fluoropolímero, y debido a que el agente coalescente y el agente reductor de la viscosidad son miscibles en agua, la mezcla produce una composición de revestimiento uniforme. La combinación se puede conseguir por mezclado simple de los líquidos entre sí sin utilizar agitación en exceso para evitar la coagulación de la dispersión acuosa de fluoropolímero.

En otra realización, el aglutinante polimérico que se puede usar en la presente capa de imprimación incluye poliéter sulfona (PES) y sulfuro de polifenileno (PPS).

Si la composición de imprimación se aplica como medio líquido, en donde el líquido es agua y/o un disolvente orgánico, las propiedades de adhesión descritas anteriormente se manifestarán por si mismas tras el secado y la cocción (curado) de la capa de imprimación junto con la curación de las capas de revestimiento intermedio y superior aplicadas posteriormente, dando como resultado el presente revestimiento no adherente sobre el sustrato.

En una realización, por simplicidad, se usa un único aglutinante como componente aglutinante de la presente capa de imprimación. En otra realización, se usan múltiples aglutinantes como componente aglutinante de la presente capa de imprimación, especialmente cuando se desean determinadas propiedades de uso final, tales como flexibilidad, dureza y la protección frente a la corrosión. Dichas combinaciones comunes de aglutinantes incluyen PAI/PES, PAI/PPS y PES/PPS.

Las proporciones de fluoropolímero y aglutinante en la composición de la capa de imprimación, especialmente si la composición se usa como capa de imprimación sobre un sustrato suave, están preferentemente en la relación en peso de 0,5 a 2,0:1 de fluropolímero a aglutinante. Las relaciones de peso entre fluoropolímero y aglutinante divulgadas en el presente documento se basan en la película curada, el peso de estos componentes en la capa aplicada formada por secado y cocción (curación) de la composición tras la aplicación al sustrato. La cocción desprende los materiales volátiles presentes en la composición de revestimiento, incluyendo el resto salino de la sal del ácido poliámico a medida que se forman los enlaces imida durante la cocción. Por conveniencia, el peso del aglutinante, cuando es la sal del ácido poliámico la que se convierte en poliamidaimida en la etapa de cocción, puede tomarse como el peso de ácido poliámico en la composición inicial, por lo cual se puede determinar la relación de peso entre el fluoropolímero y el aglutinante a partir de la cantidad de fluoropolímero y aglutinante en la composición inicial. Cuando la composición para formar la presente capa de imprimación está en la forma de dispersión acuosa preferida, estos componentes constituirán de 5 al 50 por ciento en peso de la dispersión acuosa total.

Endurecedor de película inorgánica

Las capas de imprimación e intermedia del presente revestimiento no adherente contienen un endurecedor de película inorgánica. El componente endurecedor de película inorgánica en estas capas es uno o más materiales de carga no metálica que es inerte con respecto a los otros componentes de la composición de revestimiento y térmicamente estable a la temperatura de cocción utilizada para fusionar el fluoropolímero y el aglutinante polimérico, si está presente. El endurecedor de película es insoluble en agua tal manera que normalmente se puede dispersar uniformemente, pero no se disuelve en la forma de una dispersión acuosa de las presentes composiciones útiles para formar las presentes capas de imprimación y de revestimiento intermedia.

En una realización, el presente endurecedor de película inorgánica comprende partículas cerámicas. Estas partículas tienen preferentemente una dureza Knoop de al menos 1200 y más preferentemente de al menos 1500. La dureza Knoop es una escala para describir la resistencia de un material a la indentación o al rayado. Los valores de la dureza de los minerales y los materiales cerámicos se relacionan en el Handbook of Chemistry, 77a Edición, 12-186,187 basándose en el material de referencia de Shackelford y Alexander, CRC Materials Science and Engineering Handbook, CRC Press, Boca Raton Fla., 1991. Los componentes endurecedores de película de las capas de imprimación e intermedia transmiten durabilidad a la composición del fluoropolímero no adherente aplicada como revestimiento sobre un sustrato mediante la deflexión de las fuerzas abrasivas aplicada a la superficie de revestimiento y resistiendo a la penetración de objetos afilados que han penetrado en la capa superior del fluoropolímero y que se están desplazando hacia la capa de imprimación y el sustrato.

En una realización, el tamaño de partícula promedio de las presentes partículas del endurecedor de película inorgánica en la capa de imprimación varía de 10 a 60 micrómetros. En una realización preferida, el tamaño de partícula promedio de las presentes partículas del endurecedor de película inorgánica en la capa de imprimación varía de 21 a 44 micrómetros. En una realización, el tamaño de partícula promedio de las presentes partículas del endurecedor de película inorgánica en la capa intermedia varía de 1 a 60 micrómetros. En una realización preferida, el tamaño de partícula promedio de las presentes partículas del endurecedor de película inorgánica en la capa intermedia varía de 5 a 44 micrómetros. Las partículas del endurecedor de película inorgánica están disponibles de numerosas fuentes comerciales, y el tamaño de partícula se notifica como medido por la sedimentación.

Los ejemplos de endurecedores de películas inorgánicas incluyen óxidos inorgánicos, carburos, boruros y nitruros que tienen una dureza Knoop de al menos 1200. Son preferidos los óxidos inorgánicos, nitruros, boruros y carburos de circonio, tantalio, titanio, wolframio, boro, aluminio y berilio. Son particularmente preferidos el carburo de silicio y el óxido de aluminio. Los valores de la dureza Knoop típicos para las composiciones inorgánicas preferidas son: circonio (1200); nitruro de aluminio (1225); berilio (1300); nitruro de circonio (1510); boruro de circonio (1560); nitruro de titanio (1770); carburo de tantalio (1800); carburo de wolframio (1880); alúmina (2025); carburo de circonio (2150); carburo de titanio (2470); carburo de silicio (2500); boruro de aluminio (2500); boruro de titanio (2850).

Capa de imprimación

El presente revestimiento no adherente incluye como elemento una capa de imprimación continua adherida al sustrato. La capa de imprimación comprende un aglutinante polimérico, un fluoropolímero y una película inorgánica de partículas endurecedoras. La capa de imprimación sirve a múltiples funciones, ella: se adhiere fuertemente al sustrato; se adhiere fuertemente a las otras capas del revestimiento de fluoropolímero intermedia y superior con las que está en contacto y revestidas por la misma; y proporciona una resistencia a la abrasión sustancial al presente revestimiento no adherente.

En el contexto de la capa de imprimación, el término continuo significa que la capa de imprimación cubre esencialmente todas las porciones del área superficial del sustrato que están cubiertas por el presente revestimiento no adherente.

En una realización, el espesor de la película seca curada de la capa de imprimación es de 16 a 30 micrómetros. En una realización preferida, el espesor de la película seca curada de la capa de imprimación es de 18 a 22 micrómetros.

En una realización, las cantidades relativas en una base de película curada de aglutinante polimérico, fluoropolímero y partículas del endurecedor de película inorgánica en la capa de imprimación son de 16 a 30 por ciento en peso de aglutinante polimérico, de 16 a 50 por ciento en peso de fluoropolímero, y de 25 a 60 por ciento en peso de endurecedor de película. En una realización preferida, las cantidades relativas en una base de película curada de aglutinante polimérico, fluoropolímero y partículas del endurecedor de película inorgánica en la capa de imprimación son de 18 a 22 por ciento en peso de aglutinante polimérico, de 44 a 52 por ciento en peso de fluoropolímero, y de 25 a 39 por ciento en peso de endurecedor de película.

En una realización preferida del presente revestimiento no adherente, el fluoropolímero de la presente capa de imprimación es PTFE, por ejemplo, Teflon™ PTFE DISP 30 fabricado por la Chemours Co. FC, LLC. En una realización, del presente revestimiento no adherente, el aglutinante polimérico de la capa de imprimación comprende PAI, el fluoropolímero de la capa de imprimación comprende PTFE y el endurecedor de película inorgánica de la capa de imprimación comprende carburo de silicio.

En una realización, la capa de revestimiento contiene partículas del endurecedor de película inorgánica que tienen un tamaño de partícula promedio de entre 20 a 45 micrómetros.

Capa de revestimiento intermedia

Los presentes revestimientos no adherentes alcanzan una resistencia a la abrasión y el rayado superior mediante la presencia en el revestimiento de una capa de revestimiento intermedia discontinua localizada en la interfase de las capas de imprimación y de revestimiento superior. La capa de revestimiento intermedia es una capa discontinua que comprende agregados de partículas que están en contacto y adheridos a las capas de imprimación y del revestimiento superior. Los agregados de partículas están distribuidos de forma discontinua a través de la superficie de la capa de imprimación para revelar las áreas expuestas de la superficie de la capa de imprimación que se muestran a través de la disposición discontinuas de las partículas que forman la capa de revestimiento intermedia. Del 5 por ciento al 20 por ciento de los agregados de partículas están en agrupaciones, en donde las agrupaciones tienen un diámetro de al menos 0,1 mm y una altura de al menos 0,016 mm. La altura de una agrupación se refiere a la distancia medida normal a la superficie de la capa de imprimación hasta el borde exterior del punto más elevado de una agrupación dada.

Los agregados de partículas y las agrupaciones de agregados de partículas forman la capa intermedia del presente revestimiento. Estas partículas se extienden a su través y definen el espesor de la capa intermedia. Estas partículas alteran la topografía de la capa superior aplicada sobre la parte superior de la capa intermedia, telegrafiando el tamaño y la forma de los agregados de partículas y las agrupaciones de los agregados de partículas a través de la capa superior, dando como resultado que las fuerzas de abrasión y las fuerzas de rayado se desvíen del revestimiento mediante estas partículas. Esta desviación reduce los casos de fuerzas abrasivas que destruyen el revestimiento y también reducen la deformación plástica del revestimiento que daría como resultado la eliminación del revestimiento (rayándolo) y el fracaso del revestimiento en proporcionar una superficie no adherente. El presente revestimiento inventivo incluye la presencia de una capa de revestimiento intermedia discontinua de agregados de partículas y agrupaciones de agregados de partículas en contacto y adheridas a la capa de imprimación y la capa de revestimiento superior que actúa desviando las fuerzas abrasivas y de rayado, aunque reteniendo aún suficientes propiedades no adherentes del revestimiento proporcionadas por los componentes del fluoropolímero del revestimiento. Los presentes inventores descubrieron que el presente revestimiento intermedio discontinuo que comprende agregados de partículas y agrupaciones de agregados de partículas da como resultado un revestimiento (por ejemplo, sobre la superficie de cocción de una sartén) con resistencia al rayado mejorada (es decir, el revestimiento desvía mejor los utensilios de cocina tales como tenedores, cuchillos, espátulas y batidores de varilla) durante un revestimiento similar que tiene un revestimiento de la capa intermedia que contiene una cantidad idéntica de las mismas partículas del endurecedor de película inorgánica y el fluoropolímero, sin embargo, las partículas del endurecedor de película inorgánica se distribuyen de forma homogénea en una capa de revestimiento intermedia que las partículas individuales del endurecedor de película inorgánica más bien que distribuyéndose de forma discontinua como agregados de partículas y agrupaciones de agregados de partículas.

La capa de revestimiento intermedia discontinua del presente revestimiento no adherente puede entenderse mejor por referencia a las presentes figuras. La Fig. 1 es un esquema de una sección transversal de un sustrato 10 que tiene un revestimiento no adherente 12 de la presente invención. Los tamaños, formas y escalas relativas de los elementos que se muestran en la Fig. 1 están distorsionados con respecto a los reales para ilustrar de forma más clara estos elementos del presente revestimiento. La capa de imprimación continua 14 se adhiere al sustrato 10 en un revestimiento continuo, que cubre esencialmente la superficie total del sustrato 10. La capa de revestimiento intermedio discontinua 16 comprende los agregados de partículas 16a a 16f en contacto y adheridos a la capa de imprimación 14, estando los agregados de partículas 16a a 16f distribuidos de forma discontinua a través de la superficie de la capa de imprimación 14 para revelar las áreas expuestas 18 de la superficie de la capa de imprimación 14 que se muestran a través de la capa de revestimiento intermedia discontinua 16. La capa de revestimiento superior 20 está en contacto y adherida a la capa de revestimiento intermedia 16 y está también en contacto y adherida a la capa de imprimación 14. La capa de revestimiento superior 20 está en contacto y adherida a la capa de imprimación 14 en las interfases de la capa de revestimiento superior 20 y la capa de revestimiento 14 que existen en las áreas expuestas 18 de la superficie de la capa de imprimación 14 cuando no existen agregados de partículas 16a a 16f de ^{la capa de revestimiento intermedia} 16^.

En referencia a la Fig. 1, los agregados de partículas 16a a 16f de la capa de revestimiento intermedia 16 están en contacto y adheridos a la superficie de la capa de imprimación 14, y algunos están también adyacentes entre sí sobre la superficie de la capa de imprimación 14 y están en íntimo contacto entre sí para formar agrupaciones de agregados de partículas. En la Fig. 1 se ilustran en sección transversal dos de dichas agrupaciones de agregados de partículas. Se muestra una de dichas agrupaciones de dos agregados de partículas que comprende los agregados de partículas 16a y 16b, y se muestra otra de dichas agrupaciones de tres agregados de partículas que comprende los agregados de partículas 16d, 16e, y 16f. Están también presentes agregados de partículas únicos en la capa de revestimiento intermedia 16 y están en contacto y adheridos a la superficie de la capa de imprimación 14 pero no están en íntimo contacto con otros agregados de partículas y no forman parte de ninguna agrupación de agregados de partículas. En la Fig. 1 se muestra un único agregado de partículas representativo que no forma parte de ninguna agrupación de agregados de partículas como un agregado de partículas 16c.

La Fig. 2 es una representación esquemática tridimensional girada de una sección transversal de un sustrato 100 y una capa de imprimación continua 140 adherida al sustrato 100 en un revestimiento continuo y que cubre esencialmente la superficie total del sustrato 100. Los tamaños, formas y escalas relativas de los elementos que se muestran en la Fig. 2 están distorsionados con respecto a los reales para ilustrar de forma más clara estos elementos del presente revestimiento.

La Fig. 3 es una representación esquemática tridimensional girada de una sección transversal de un sustrato 100 que tiene una capa de revestimiento continua 140 adherida al sustrato 100 en un revestimiento continuo y que cubre esencialmente la superficie total del sustrato 100, y una capa de revestimiento intermedia discontinua que comprende agregados de partículas 160 (en la Fig. 3 solo están marcados tres de los muchos agregados de partículas ilustrados 160) adheridos a la capa de imprimación 140 y distribuidos de forma discontinua a través de la superficie de la capa de imprimación para revelar el área expuesta 180 de la superficie de la capa de imprimación 140 que no está cubierta por los agregados de partículas 160. Los tamaños, formas y escalas relativas, de elementos que se muestran en la Fig. 3 están distorsionados con respecto a los reales para ilustrar de forma más clara estos elementos del presente revestimiento.

La Fig. 4 es una representación esquemática tridimensional girada de una sección transversal de un sustrato 100 que tiene un revestimiento no adherente 120 (que comprende las capas 140, 160 y 200) de la presente invención. Los tamaños, formas y escalas relativas de los objetos de la Fig. 4 están distorsionados con respecto a los reales para ilustrar de forma más clara determinados elementos de la presente invención. La capa de imprimación continua 140 se adhiere al sustrato 100 en un revestimiento continuo y cubre esencialmente el área de la superficie total del sustrato 100. La capa de revestimiento intermedia discontinua 160 comprende agregados de partículas (por ejemplo, 160a a 160f) (en la Fig. 4 solo están marcados seis de los muchos agregados de partículas ilustrados) adheridos a la capa de imprimación 140 y se distribuyen de forma discontinua a través de la superficie de la capa de imprimación para revelar el área expuesta 180 de la superficie de la capa de imprimación 140 que no está cubierta por los agregados de partículas 160. La capa de revestimiento superior 200 está adherida a la capa de revestimiento intermedia 160. La capa de revestimiento superior 200 está también adherida a la capa de imprimación 140 en las interfases de la capa de revestimiento superior 200 y de la capa de revestimiento 140 que existe en el área expuesta 180 de la superficie de la capa de imprimación 140 que no contiene agregados de partículas (por ejemplo, 160a a 160f) de la capa de revestimiento intermedia 160. En la Fig. 4, una parte de la ilustración de la capa de revestimiento superior 200 está recortada para mostrar de forma más clara los ejemplos de agregados de partículas (por ejemplo, 160a a 160f) de la capa de revestimiento intermedia discontinua 160.

En referencia a la Fig. 4, una parte de los agregados de partículas de la capa de revestimiento intermedia 160 en contacto y adherida a la superficie de la capa de imprimación 140 están adyacentes entre sí sobre la superficie de la capa de imprimación 140 y en íntimo contacto y en íntimo contacto entre sí formando agrupaciones de agregados de partículas. La Fig. 4 ilustra numerosas de dichas agrupaciones de agregados de partículas, por ejemplo, una agrupación de dos agregados de partículas está representada por 160a y 160b, y otra agrupación de tres agregados de partículas está representada por 160d, 160e, y 160f. También están presentes agregados de partículas solitarios en la capa de revestimiento intermedia 160 y están en contacto y adheridos a la superficie de la capa de imprimación 140 pero no están en íntimo contacto con otros agregados de partículas y por tanto no son parte de una agrupación de agregados de partículas. En la Fig. 4, un ejemplo de un agregado de partículas solitario que no forma parte de ninguna agrupación de agregados de partículas es el agregado de partículas 160c. Los tamaños, formas y escalas relativas de los elementos que se muestran en la Fig. 4 están distorsionados con respecto a los reales para ilustrar de forma más clara estos elementos del presente revestimiento.

La Fig. 5 es una fotomicrografía a un aumento x55 de una vista en planta de un presente revestimiento inventivo. La Fig. 6 es una fotomicrografía a un aumento x80 de una vista en sección transversal de un presente revestimiento inventivo. En la Fig. 6 son visibles tres agrupaciones de agregados de partículas, identificadas en la anterior como 600, 610, y 620. La Fig. 5 y la Fig. 6 proceden de diferentes ejemplos de revestimientos no adherentes.

Los agregados de partículas y las agrupaciones de agregados de partículas que forman la capa de revestimiento intermedia del presente revestimiento están comprendidos por fluoropolímero y partículas de endurecedor de película inorgánica. En una realización de la presente capa de revestimiento intermedia, los agregados de partículas que comprenden fluoropolímero y partículas de endurecedor de película inorgánica tienen un tamaño de partícula promedio de 0,1 a 4 mm. En otra realización de la presente capa de revestimiento intermedia, los agregados de partículas que comprenden fluoropolímero y partículas endurecedoras de película inorgánica tienen un tamaño de partícula promedio desde 0,1 hasta 1 mm.

En una realización del presente revestimiento no adherente, la capa de revestimiento intermedia discontinua comprende agregados de partículas adheridos a la capa de imprimación y distribuidos de forma discontinua a través de la superficie de la capa de imprimación para revelar las áreas expuestas de la superficie de la capa de imprimación, en donde de 5 a 20 por ciento de dichos agregados de partículas están en agrupaciones que tienen un diámetro de al menos 0,1 mm y una altura de al menos 0,016 mm. En otra realización del presente revestimiento no adherente, las agrupaciones tienen un diámetro de al menos 0,2 mm y una altura de al menos 0,016 mm. En otra realización de la presente capa de revestimiento intermedia, las agrupaciones tienen un diámetro en el intervalo de al menos 0,1 mm a 4 mm y una altura de al menos 0,016 mm. En otra realización de la presente capa de revestimiento intermedia, las agrupaciones tienen un diámetro en el intervalo de al menos 0,2 mm a 4 mm y una altura de al menos 0,016 mm. La altura de una agrupación se refiere a la distancia medida normal a la superficie de la capa de imprimación hasta el borde exterior del punto más elevado de una agrupación dada. En otra realización, las agrupaciones tienen cualquier diámetro como se ha indicado anteriormente en el presente documento y una altura en el intervalo de 0,016 mm hasta no mayor de 0,1 mm. En otras realización, las agrupaciones tienen cualquier diámetro como se ha indicado anteriormente en el presente documento de 0,016 mm hasta no más de 0,070 mm, Los presentes inventores descubrieron que las agrupaciones con un diámetro por encima de 4 mm son menos deseables, ya que pueden producir la incorporación de pasos de aire dentro de dichas agrupaciones, que puede dar como resultado de forma indeseable un colapso de dichas agrupaciones o conducir al agrietamiento del revestimiento tras la curación o cuando la superficie de revestimiento se pone en contacto con artículos sólidos (por ejemplo, un utensilio de cocina). Los presentes inventores han descubierto que las agrupaciones con un diámetro por debajo de 0,2 mm, y ciertamente, aquellas por debajo de 0,1 mm, son también menos deseables, dado que el revestimiento no adherente resultante que contiene dichas agrupaciones no presenta resistencia al rayado superior.

En una realización del presente revestimiento no adherente, la capa de revestimiento intermedia discontinua comprende agregados de partículas adheridos a la capa de imprimación y distribuidos de forma discontinua a través de la superficie de la capa de imprimación para revelar las áreas expuestas de la superficie de la capa de imprimación, en donde de 5 a 20 por ciento de los agregados de partículas están en agrupaciones. En una realización preferida, un 15 por ciento del número de agregados de partículas están en agrupaciones.

En una realización, las cantidades relativas de fluoropolímeros y partículas del endurecedor de película inorgánica en la capa de revestimiento intermedia sobre una base curada son de 78 a 88 por ciento en peso de fluoropolímero y de 7 a 15 por ciento en peso de partículas del endurecedor de película inorgánica, comprendiendo el porcentaje en peso restante de la capa de revestimiento intermedia (hasta un 100%) otros componentes opcionales, por ejemplo, pigmento coloreado o mica. En otra realización, las cantidades relativas de fluoropolímeros y partículas del endurecedor de película inorgánica en la capa de revestimiento intermedia sobre una base curada son de 81 a 85 por ciento en peso de fluoropolímero y de 9 a 13 por ciento en peso de partículas del endurecedor de película inorgánica, comprendiendo el porcentaje en peso restante de la capa de revestimiento intermedia (hasta un 100%) otros componentes opcionales, por ejemplo, pigmento coloreado o mica.

En una realización, la capa de revestimiento intermedia del presente revestimiento que comprende fluoropolímero y partículas del endurecedor de película inorgánica tienen un peso por metro cuadrado sobre una base curada de 0,05 a 0,25 g/m2 En otra realización, la capa de revestimiento intermedia del presente revestimiento que comprende fluoropolímero y partículas del endurecedor de película inorgánica tienen un peso por metro cuadrado sobre una base curada de 0,1 a 0,2 g/m2. En otra realización, la capa de revestimiento intermedia del presente revestimiento que comprende fluoropolímero y partículas del endurecedor de película inorgánica tienen un peso por metro cuadrado sobre una base curada de 0,12 a 0,18 g/m2.

En una realización preferida de la presente capa de revestimiento intermedia, el fluoropolímero comprende PTFE y el endurecedor de película inorgánica comprende carburo de silicio.

Capa de revestimiento superior

El presente revestimiento no adherente incluye como un elemento una capa de revestimiento superior continua que comprende un fluoropolímero adherido a la capa de revestimiento intermedia y adherido también a la capa de imprimación en las interfases de la capa de revestimiento superior y la capa de imprimación que existe en las áreas expuestas de la superficie de la capa de imprimación que no contienen partículas de la capa de revestimiento intermedia.

En una realización, la capa de revestimiento superior comprende un fluoropolímero y está sustancialmente exenta de partículas del endurecedor de película inorgánica.

En el contexto de la capa de revestimiento superior, el término continuo significa que el revestimiento de la capa de revestimiento superior cubre esencialmente todas las partes del área superficial de la capa de revestimiento intermedia y las áreas expuestas de la superficie de la capa de imprimación que no contienen partículas de la capa de revestimiento intermedia.

En una realización, el espesor de la película seca curada de la capa de revestimiento superior es de 14 a 22 micrómetros. En una realización preferida, el espesor de la película seca curada de la capa de revestimiento superior es de 16 a 20 micrómetros.

En una realización preferida del presente revestimiento no adherente, el fluoropolímero de la presente capa de revestimiento superior es PFA o MFA.

Aplicación de las capas

Cada una de las capas del presente revestimiento no adherente se puede aplicar secuencialmente al sustrato por medios convencionales, preferentemente en la forma de un medio líquido, y más preferentemente en donde el líquido del medio comprende agua y la composición que se aplica al sustrato es una dispersión acuosa.

El revestimiento mediante pulverización es un método de aplicación adecuado para aplicar las capas del presente revestimiento no adherente y, en una realización, las capas se aplican secuencialmente, mojado sobre mojado, y a continuación se curan. En una realización, la composición de revestimiento intermedia se aplica sobre la capa de imprimación antes de secarse. Sin embargo, cuando las composiciones de imprimación e intermedia son dispersiones acuosas, la composición de revestimiento intermedia puede aplicarse también a la capa de imprimación tras secar al tacto. En una realización preferida, una capa de revestimiento intermedia húmeda se reviste inmediatamente con una composición de revestimiento superior, y a continuación, se cura el revestimiento. Cuando se prepara la capa de imprimación aplicando la composición de imprimación a partir de un disolvente orgánico, y la capa de revestimiento intermedia se aplica a partir de un medio acuoso, la capa de imprimación debe secarse para eliminar todo el disolvente incompatible con agua antes de la aplicación del revestimiento intermedio. Las propiedades de adhesión de la imprimación al sustrato y la adhesión entre revestimientos se manifestarán por sí mismas tras el secado y la cocción (curación) de la capa de revestimiento intermedia junto con el secado y la cocción de la imprimación y el revestimiento superior para formar el revestimiento no adherente sobre el sustrato.

En una realización, la composición para formar la capa de revestimiento intermedia es una dispersión líquida que comprende fluoropolímero y endurecedor de película inorgánica (composición de revestimiento intermedia). En una realización, la composición de revestimiento intermedia se pulveriza sobre una capa de imprimación seca a una temperatura de entre 30 a 50 °C, utilizando un aparato de pulverización convencional ajustado adecuadamente para dar como resultado una capa de revestimiento intermedia discontinua que comprende agregados de partículas en contacto y adheridos a la capa de imprimación, distribuyéndose los agregados de partículas de forma discontinua a través de la superficie de la capa de imprimación para revelar las áreas expuestas de la superficie de la capa de imprimación. de 5 por ciento a 20 por ciento de los agregados de partículas de la capa de revestimiento intermedia en contacto adheridos a la superficie de la capa de imprimación son también adyacentes entre sí sobre la superficie de la capa de imprimación y están en íntimo contacto entre sí para formar agrupaciones de agregados de partículas. Se puede usar un aparato de pulverización convencional para formar la presente capa de revestimiento intermedia y, dependiendo de la viscosidad del líquido y el producto, la atomización y la presión de gancho, se puede determinar el tamaño y la densidad de los agregados. Se pueden formar también agregados de partículas usando pistolas de pulverización en boquillas de chorro redondeadas específicas mezclando la composición de revestimiento intermedia (alimentación por separado) y el aire (aire de atomización), también alimentación por separado en el cabezal de aire en la parte frontal de la pistola de pulverización. Impulsando la composición de revestimiento intermedia líquida a través de un orificio recto (principio de flujo sólido) se forman gotículas líquidas que contienen los presentes agregados de partículas. Algunos de estos orificios junto con un determinado cabezal de aire con abertura definida generarán la cantidad de agregados que salen de la pistola de pulverización. En un ejemplo de realización del uso de dicho aparato de pulverización, la presión de pulverización puede ser de 1,0 a 2,0 kg/cm2, la presión de administración del fluido puede ser de 0,4 a 1 kg/cm2, la velocidad de giro de los soportes puede estar entre 60 y 120 rpm (siendo de 80-100 la recomendada), y la distancia de las pistolas al sustrato que se está revistiendo es de entre 20 y 25 cm. La forma de las agrupaciones de los agregados de partículas, su cantidad, y la distribución entre agrupaciones relativamente pequeñas y relativamente grandes realizan una contribución sobre la resistencia a la abrasión y al rayado del sustrato revestido. La forma y las cantidades de las agrupaciones de agregados de partículas puede estar influenciada por cambios conocidos en las variables del control del funcionamiento de dicho aparato de pulverización, por ejemplo, cambiando la presión del fluido desde la olla a presión a la de la pistola, cambiando la presión de atomización, o cambiando la velocidad de giro de los soportes. La modificación adecuada de dichas variables del aparato de pulverización para conseguir como resultado una capa de revestimiento intermedia deseada, como se reivindica en el presente documento estará dentro de los conocimientos de la persona experta media en este campo.

El revestimiento en capas resultante puede cocerse para fusionar todos los revestimientos al mismo tiempo para formar el presente revestimiento no adherente sobre el sustrato. Cuando el fluoropolímero es PTFE, se prefiere una temperatura de cocción muy alta, por ejemplo, durante 3 a 5 minutos a una temperatura inicial a 800 °F (427 °C) y aumentando a 815 °F (435 °C). Cuando el fluoropolímero en la imprimación o el revestimiento intermedio es una mezcla de PTFE y FEP, por ejemplo, 50-70 % en peso de PTFE y 50-30 % en peso de FEP, la temperatura de cocción puede reducirse a aproximadamente 780 °F (415 °C), aumentando a 800 °F (427 °C) en aproximadamente 3 minutos (tiempo de cocción total).

En una realización, el sustrato revestido resultante tiene un espesor de la capa de imprimación de entre 16 a 30 micrómetros. En otra realización, el espesor de la película seca curada de la capa de imprimación es de 18 a 22 micrómetros. En una realización, la capa de revestimiento intermedia es más gruesa que la capa de imprimación y es más preferentemente al menos un 50 % más gruesa. El espesor de la capa de revestimiento intermedia se establece por el tamaño de partícula de los agregados de partículas, y las agrupaciones de agregados de partículas, que comprenden fluoropolímero y partículas del endurecedor de película inorgánica como se describen inicialmente en el presente documento. El espesor de la capa de revestimiento intermedia que contiene agregados de partículas, y las agrupaciones de agregados de partículas, pueden medirse mediante el principio de corrientes parásitas (norma ASTM B244) o el método de prueba de inducción magnética (norma ASTM 7091), que depende del sustrato usado, tras la curación. Los valores de la corriente parásita o inducción magnética reflejan un promedio de valores a través del sustrato que incluyen la altura de las partículas y la profundidad de los valles entre partículas. Este método se aplica a la construcción de las capas de revestimiento sobre un sustrato en la formación del revestimiento no adherente. Se puede medir también el espesor de la capa de imprimación sobre el revestimiento no adherente cocido seccionando el sustrato revestido, por ejemplo, la sartén, y midiendo el espesor de una micrografía obtenida mediante el uso de un microscopio electrónico de barrido (SEM). Usando un SEM, se puede hacer una distinción entre la altura de los agregados de partículas, y las agrupaciones de los agregados de partículas, y la profundidad del valle entre dichas partículas. Normalmente, los valores del SEM que indican el grosor de la imprimación en el valle entre partículas son aproximadamente un 50 % de los valores de la corriente parásita o la inducción magnética notificados.

Sustrato

Los presentes sustratos pueden ser sustratos metálicos o cerámicos, cuyos ejemplos incluyen aluminio, aluminio anodizado, acero laminado en frío, acero inoxidable, esmalte, vidrio y piroceram. Estos materiales pueden formar el sustrato total o, en el caso de los materiales compuestos, solo la superficie del sustrato. En una realización, el sustrato puede ser uniforme y estar limpio, es decir, tener un perfil superficial de menos de 50 micropulgadas (1,25 |jm) según se midió mediante un modelo RT 80 de probador de superficies fabricado por Alpa Co. de Milán, Italia o alguno o cualquier analizador de la rugosidad superficial equivalente que sea capaz de medir los recuentos de picos separados y la distribución de picos así como el Promedio de la Rugosidad (Ra), la altura total del perfil de rugosidad (Rt) y la profundidad de la rugosidad media (Rz). Para el piroceram y algunos vidrios, se obtuvieron resultados mejorados mediante la activación de la superficie del sustrato tal como mediante un leve grabado químico, que no es visible a simple vista, es decir, la superficie sigue siendo lisa. El sustrato puede también tratarse químicamente con un agente de adhesión tal como una película fina de sal de ácido poliámico, tal como la divulgada en la patente de EE.UU n.° 5.079.073.

Los presentes sustratos revestidos con un revestimiento no adherente pueden tener aplicación comercial en productos tales como utensilios de cocina (por ejemplo, sartenes), utensilios para hornear, ollas arroceras e inserciones de los mismos, ollas de agua, placas con suela de hierro, cintas transportadoras, tolvas, superficies rodantes y cuchillos para cortar.

Salvo que se indique lo contrario, todos los términos técnicos y científicos usados en el presente documento tienen el mismo significado que el entendido comúnmente por una persona normalmente experta en la materia a la cual pertenece la presente invención. Aunque en la práctica o el ensayo de realizaciones de la invención pueden utilizarse métodos y materiales similares o equivalentes a los descritos en el presente documento, a continuación se describen los métodos y materiales adecuados.

MÉTODOS DE ENSAYO

Probador de utensilios mecánicos asistido por ordenador (CAMUT)

El aparato CAMUT prueba el desgaste de revestimientos no adherentes sobre superficies y está diseñado para simular situaciones en la cocina típicas tales como el corte, rayado, raspado y la agitación que aparecen en el uso diario de superficies de cocinado no adherentes. Su aplicación se basa en los patrones de movimientos que realizan los seres humanos mientras cocinan. Este ensayo mide la resiliencia de los utensilios de cocina en situaciones extremas.

El aparato CAMUT fue descrito por R. Walter, G. Bechtold, K. Friedrich, P. Thomas en Mechanische Verschleissprüfung von Antihaftbeschichtungen mit automatisierter Bewertung der Oberflachen (es decir, Ensayo de desgaste mecánico de revestimientos no adherentes con evaluación superficial automatizada), Material Prüfung (es decir, Ensayo de materiales) 43 (2001) 467-472, y también por R. Walter, G. Bechtold, K. Friedrich en Eine Prüfmaschine für Bratpfannen (es decir, Máquina de ensayo para sartenes), Uni-Spektrum 3 (2000) 50-55.

CAMUT simula el desgaste de las superficies de cocinado no adherentes utilizando un cabezal de ensayo que tiene cuatro herramientas de cocina separadas (tenedor, cuchillos, espátula, batidora), teniendo cada una su propia carga calibrada y operando cada una de forma independiente diferentes movimientos sobre el sustrato revestido (superficie de cocinado) para dañar el revestimiento, simulando el daño producido por un ser humano durante el cocinado sobre la superficie de cocinado no adherente. Cada herramienta puede retirarse para sustituirse por otro tipo o sustituirse cuando se ha desgastado según necesidad. Cada herramienta tiene una carga independiente (peso muerto). El movimiento de la herramienta a través de la superficie del sustrato revestido se controla mediante un microprocesador y dos ejes X-Y que permiten muchos tipos de movimientos (geométricos hasta aleatorios). Cada herramienta de ensayo sigue un patrón normalizado y ejecuta diversos ciclos siguiendo el patrón. La rutina de ensayo completa por sustrato revestido (por ejemplo, sartén) tarda 2 horas y ejecuta 40 ciclos en total, incluyendo cortes lineales (10 ciclos durante 90 segundos), seguido por rayado lineal y agitación circular (20 ciclos durante 190 segundos y 60 ciclos durante 360 segundos respectivamente), seguido por movimientos lineales hacia adelante y hacia atrás (10 ciclos durante 48 segundos), seguido por movimientos circulares usuales de agitación (10 ciclos durante 80 segundos). El sustrato revestido se calienta también a 200 °C durante la duración del ensayo.

El objetivo del método de ensayo CAMUT es determinar la resistencia al rayado de un revestimiento aplicado sobre un sustrato (por ejemplo, cacerola o sartén). Tras finalizar los 40 ciclos y el enfriamiento del elemento ensayado a temperatura ambiente, el elemento ensayado se compara con fotografías normalizadas para determinar la clasificación del rayado. La clasificación del rayado varía desde 1 (gravemente dañado, cantidad significativa de revestimiento eliminada, y/o rayado a su través, el sustrato, sustrato descubierto evidente) a 9 (casi sin dañar, esencialmente sin revestimiento eliminado, y/o rayado a través del sustrato) y se asigna mediante observación visual frente a las fotografías normalizadas.

Ejemplos

Fluoropolímero

Dispersión de PTFE: Dispersión de resina de fluoropolímero Chemours TFE grado 40, disponible de Chemours Company, Wilmington, Delaware, con nombre comercial PTFE Fluoroplastic Dispersion DISP 40, con una densidad de dispersión de 1,51 g/cm3 (en 60 % de sólidos) medida según la norma ASTM D4441 y un diámetro promedio del tamaño de partícula de la dispersión de 0,23 micrómetros.

Dispersión de FEP: Dispersión de resina de fluoropolímero Chemours FEP, disponible de Chemours Company, Wilmington, Delaware, con nombre comercial FEP Fluoroplastic Dispersion FEPD 121, una dispersión de resina de fluoropolímero THF/HFP con un contenido de sólidos del 55 % medida según la norma ASTM D4441 y un diámetro promedio del tamaño de partícula de la dispersión de 0,18 micrómetros, teniendo la resina un contenido de HFP de entre 10,6 - 12,8 % en peso y un caudal en fundido de 8 g/10 min., medido a 372 °C según el método de la norma ASTM D2116.

Dispersión de PFA: Dispersión de resina de fluoropolímero Chemours PFA, disponible de Chemours Company, Wilmington, Delaware, con nombre comercial PFA Fluoroplastic Dispersion PFAd 335D. con una densidad de dispersión de 1,50 g/cm3 (en 60% de sólidos) medida según la norma ASTM D4441 y un diámetro promedio del tamaño de partícula de la dispersión de 0,20 micrómetros y un caudal en fundido de 2 g/10min., medido a 372 °C según el método de la norma ASTM D2116.

Aglutinante polimérico

El polímero de ácido poliámico - sal de ácido poliámico está generalmente disponible como ácido poliámico que tiene una viscosidad inherente de al menos 0,1 medida en una solución del 0,5 % en peso en N,N-dimetilacetamida al 30 °C. Se disolvió en un agente coalescente tal como N-metilpirrolidona, y un agente reductor de la viscosidad, tal como alcohol furfurílico y se hizo reaccionar con una amina terciaria, preferentemente trietil amina, para formar la sal que es soluble en agua, como se describe con mayor detalle en la patente de EE.UU. N.° 4.014.834 (Concannon).

Endurecedor de la película inorgánica

Carburo de silicio suministrado por Elektroschmelzwerk Kempten GmbH (ESK), Múnich Alemania.

F 1000 = 5,0 - 7,0 micrómetros mediana del tamaño de grano dS50

P 1200 = 41,8 - 44,8 micrómetros mediana del tamaño de grano dS50

P 600 = 20,6 - 22,6 micrómetros mediana del tamaño de grano dS50

P 320 = 5,0 - 7,0 micrómetros mediana del tamaño de grano dS50

El tamaño de partícula promedio se mide por sedimentación según FEPA-Standard-43-GB 1984R 1993 resp. ISO 6344 de acuerdo con la información proporcionada por el suministrador.

EJEMPLO COMPARATIVO 1 (CE1) - SISTEMA DE DOBLE CAPA

Una composición de revestimiento líquida de imprimación que contenía resina de PTFE, resina de FEP, un aglutinante polimérico de ácido poliámico y un disolvente acuoso se preparó de acuerdo con la composición de la Tabla 1. Se preparó una composición de revestimiento líquida para la capa superior que contenía una resina de PTFE, resina de PFA, una resina de polímero acrílico y disolvente acuoso de acuerdo con la composición de la Tabla 2.

Tabla 1

continuación

Tabla 2

Se trató un sustrato de aluminio liso lavándolo para eliminar la grasa pero no se desbastó mecánicamente. Un sistema de revestimiento no adherente de doble revestimiento de la imprimación/capa superior sin partículas SIC en la imprimación se revistió mediante pulverización sobre el sustrato. La composición de la imprimación se relaciona en la Tabla 1. La imprimación se revistió mediante pulverización en una capa continua sobre el sustrato en un espesor de película seca secada y curada de 10-15 pm. La capa de imprimación se secó a una temperatura de 120-150 °C en un horno de aire, y a continuación se enfrió a una temperatura de 35-45 °C antes de que se aplicara la capa superior. La composición de la capa superior se relaciona en la Tabla 2. La capa superior se revistió mediante pulverización en un espesor de película seca de 15-20 pm sobre la imprimación seca. La capa de imprimación/revestimiento superior combinada se secó a una temperatura de 120-150 °C en un horno de aire. La capa de imprimación/capa superior combinadas se curaron a continuación a una temperatura de 428-435 °C durante 3 a 5 minutos. El espesor total de la película seca del sistema de doble capa es de 25 pm.

EJEMPLO COMPARATIVO 2 (CE2) - SISTEMA DE TRIPLE CAPA- CAPA INTERMEDIA CONTINUA

Se preparó una composición de revestimiento líquida de imprimación que contenía resina de PTFE, resina de FEP, aglutinante de PAI y disolvente acuoso de acuerdo con la composición de la Tabla 7 de la patente de EE.UU. n.° 6.291.054. Se preparó una composición de revestimiento líquida de la capa intermedia que contenía resina de PTFE, resina de PFA, resina acrílica, alúmina y disolvente acuoso de acuerdo con la composición de la Tabla 8 de la patente de EE.UU. n.° 6.291.054. Se preparó una composición de revestimiento líquida de la capa superior que contenía resina de PTFE, resina de PFA, resina acrílica y disolvente de acuerdo con la composición en la Tabla 9 de la patente de EE.UU n.° 6.291.054.

Se trató un sustrato de aluminio liso lavándolo para eliminar la grasa pero no se desbastó mecánicamente. Un sistema de revestimiento no adherente de triple capa de imprimación/capa intermedia /capa superior con partículas SIC en la imprimación se revistió mediante pulverización en una capa continua sobre el sustrato. La composición de la imprimación se relaciona en la Tabla 7 de la patente de EE.UU. n.° 6.291.054. La capa de imprimación se secó a una temperatura de 120-150 °C en un horno de aire y a continuación se curó a una temperatura de 428-435 °C durante 3 a 5 minutos. El espesor de la película seca de la imprimación medido tras la curación es de 18- 22 pm. El sustrato que contenía la capa de imprimación curada se enfrió a una temperatura de 35-45 °C antes de la aplicación de la capa intermedia y la capa superior. Se revistió mediante pulverización una capa intermedia continua de una manera convencional cuando se atomizó la composición líquida de la capa intermedia mediante la presión del aire en una pistola de pulverización para crear una nube de gotículas de la composición líquida de la capa intermedia que se dirigía y se depositaba sobre la imprimación curada, formando una capa continua de composición líquida de la capa intermedia sobre la capa de imprimación curada. La capa intermedia y la capa superior se aplicaron cada una en un espesor de película seca de 15-20 pm sobre la imprimación curada. La capa superior se aplicó mojado sobre mojado sobre la capa intermedia. Tras secar la capa intermedia y la capa superior (según la imprimación), el sistema total de imprimación/capa intermedia/capa superior se curó a una temperatura de 428-435 °C durante 3 a 5 minutos. El espesor total de la película seca tras la curación del sistema de triple capa de imprimación/capa intermedia/capa superior es de 42 pm.

EJEMPLO 1 (E1) - SISTEMA DE TRIPLE CAPA- CAPA INTERMEDIA DISCONTINUA

Se preparó una composición de revestimiento líquida de imprimación que contenía resina de PTFE, resina de FEP, aglutinante de PAI y disolvente acuoso de acuerdo con la composición de la Tabla 7 de la patente de EE.UU. n.° 6.291.054. Se preparó una composición de revestimiento líquida de la capa superior que contenía resina de PTFE, resina de PFA, resina acrílica y disolvente de acuerdo con la composición en la Tabla 9 de la patente de EE.UU n.° 6.291.054. Se preparó una composición de revestimiento líquida de la capa intermedia que contenía una resina de PTFE, carburo de silicio y disolvente de acuerdo con la composición de la Tabla 3.

TABLA 3

Se trató un sustrato de aluminio liso lavándolo para eliminar la grasa pero no se desbastó mecánicamente. Un sistema de revestimiento no adherente de triple capa de imprimación/capa intermedia/capa superior se pulverizó sobre el sustrato. La composición de la imprimación es como se relaciona en la Tabla 7 de la patente de EE.UU. 6.291.054. La imprimación se revistió mediante pulverización en una capa continua sobre el sustrato. La capa de imprimación se secó a una temperatura de 120-150 °C en un horno de aire y a continuación se curó a una temperatura de 428-435 °C durante 3 a 5 minutos. El espesor de la película seca de la imprimación medido tras la curación es de 20- 24 pm. El sustrato que contenía la capa de imprimación curada se enfrió a una temperatura de 35-45 °C antes de la aplicación de la capa intermedia y la capa superior. La capa intermedia es un sistema reforzado con diferentes tamaños de SIC que se aplica en una capa discontinua sobre la imprimación curada. Para una aplicación discontinua, la composición de revestimiento líquida de la capa intermedia se atomizó en una pistola de pulverización automática convencional, equipada por ejemplo con un tamaño de boquilla de al menos 1,0 mm (combinada con casquillo de aire adecuado) y un máximo de tamaño de boquilla de 1,5 mm (combinada con un casquillo de aire adecuado) y operada a muy baja presión de aire (0,3-0,6 bar de presión de aire), creando gotículas que se salpicaron sobre la imprimación resultante en la presente capa intermedia discontinua). La capa intermedia discontinua contiene agregados de partículas adheridos a la capa de imprimación y distribuidos de forma discontinua a través de la superficie de la capa de imprimación para revelar las áreas expuestas de la superficie de la capa de imprimación. Por ejemplo, del 5 por ciento al 20 por ciento de los agregados de partículas están en agrupaciones, y, tras la curación, se encuentra que tienen un diámetro de al menos 0,1 mm y una altura de al menos 0,016 mm como se midió a partir de la superficie de la capa de imprimación, y la capa intermedia tiene un peso por metro cuadrado (sobre una base curada) de 0,05 a 0,25 g/m2 La capa superior se revistió mediante pulverización, mojado sobre mojado, en un espesor de película seca de 15-20 |jm sobre la imprimación seca. Tras secar la capa intermedia y la capa superior (según la imprimación), el sistema total de imprimación/capa intermedia/capa superior se curó a una temperatura de 428-435 °C durante 3 a 5 minutos. El espesor total de la película seca tras la curación del sistema de triple capa de imprimación/capa intermedia/capa superior es de 42 jm .

EJEMPLO COMPARATIVO 3 (CE3) - SISTEMA DE TRIPLE CAPA- CAPA INTERMEDIA CONTINUA

Los materiales y el procedimiento del Ejemplo 1 se repitieron, y la cantidad de capa intermedia administrada sobre un peso por metro cuadrado de base de revestimiento curada son iguales que para el Ejemplo 1, excepto que la capa intermedia de este ejemplo comparativo se revistió mediante pulverización sobre la imprimación curada como una capa continua.

Tabla 4 R m n l n ni n r r lí l in r ni n l im rim i n in ermedia

RESULTADOS DEL ENSAYO CAMUT

Tabla 5

Los resultados del ensayo CAMUT muestran que la resistencia a la abrasión y al rayado de los revestimientos de la presente invención (E1) que utilizan la presente capa intermedia discontinua está muy mejorada sobre la de los revestimientos comparativos que utilizan una capa intermedia continua.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sustrato revestido con un revestimiento no adherente resistente a la abrasión y al rayado, comprendiendo dicho revestimiento no adherente:

i. ) una capa de imprimación continua adherida a dicho sustrato, comprendiendo dicha capa de imprimación un aglutinante polimérico, un primer fluoropolímero y una primera película inorgánica de partículas endurecedoras, ii. ) una capa de revestimiento intermedia discontinua que comprende agregados de partículas adheridos a dicha capa de imprimación y distribuidos de forma discontinua a través de la superficie de dicha capa de imprimación para revelar las áreas expuestas de la superficie de la capa de imprimación, en donde del 5 por ciento al 20 por ciento de dichos agregados de partículas están en agrupaciones que tienen un diámetro de al menos 0,1 mm y una altura de al menos 0,016 mm medido desde la superficie de dicha capa de imprimación, y en donde dichos agregados de partículas comprenden un segundo fluoropolímero y segundas partículas de endurecedor de película inorgánica, y

iii. ) una capa superior que comprende un tercer fluoropolímero adherido a dicha capa intermedia y dichas áreas expuestas de la superficie de dicha capa de imprimación.

2. El sustrato de la reivindicación 1, en donde dicho primer fluoropolímero es PTFE, dicho segundo fluoropolímero es PTFE que es igual o diferente de dicho PTFE de dicho primer fluoropolímero, y dicho tercer fluoropolímero es PFA o MFA.

3. El sustrato de las reivindicaciones 1 o 2, en donde dichos fluoropolímeros, como un componente de cada capa de dicho revestimiento, comprenden del 10 al 45 por ciento en peso de todos los componentes curados de dicha capa de imprimación, al menos el 70 por ciento en peso de todos los componentes curados de dicha capa intermedia y al menos el 90 por ciento en peso de todos los componentes curados de dicha capa de superior.

4. El sustrato de la reivindicación 1, en donde el tamaño de partícula promedio de las primeras partículas de endurecedor de película inorgánica en dicha capa de imprimación varía de 10 a 60 micrómetros, y el tamaño de partícula promedio de las segundas partículas de endurecedor de película inorgánica en dicha capa intermedia varía de 5 a 44 micrómetros, midiéndose dichos tamaños de partículas promedio de acuerdo con la sección experimental.

5. El sustrato de la reivindicación 1, en donde dichos agregados de partículas que comprenden fluoropolímero y partículas endurecedoras de película inorgánica tienen un tamaño de partícula promedio desde 0,1 hasta 4 mm.

6. El sustrato de la reivindicación 1, en donde dichos agregados de partículas que comprenden fluoropolímero y partículas endurecedoras de película inorgánica tienen un tamaño de partícula promedio desde 0,1 hasta 1 mm.

7. El sustrato de la reivindicación 1, en donde dichas agrupaciones tienen un diámetro de al menos 0,2 mm.

8. El sustrato de la reivindicación 1, en donde dichas agrupaciones tienen un diámetro de al menos 0,2 mm a 4 mm.

9. El sustrato de la reivindicación 1, en donde dichas agrupaciones tienen una altura en el intervalo de 0,016 mm a no más de 0,1 mm.

10. El sustrato de la reivindicación 1, en donde dichas agrupaciones tienen una altura en el intervalo de 0,016 mm a no más de 0,07 mm.

11. El sustrato de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde un 15 por ciento del número de partículas agregadas está contenido en las agrupaciones.

12. El sustrato de la reivindicación 1, en donde dicha capa intermedia tiene un peso por metro cuadrado sobre una base curada de 0,05 g/m2 a 0,25 g/m2.

13. El sustrato de la reivindicación 1, en donde dicha capa intermedia tiene un peso por metro cuadrado sobre una base curada de 0,1 g/m2 a 0,2 g/m2.

14. El sustrato de la reivindicación 1, en donde dicha capa intermedia tiene un peso por metro cuadrado sobre una base curada de 0,12 g/m2 a 0,18 g/m2.

15. El sustrato de la reivindicación 1, en donde dicho segundo fluoropolímero es PTFE y dicho segundo endurecedor de película inorgánica comprende carburo de silicio.