IT202100005393A1

IT202100005393A1 - La presente invenzione riguarda l’uso di composti perfluorurati come rivestimento superficiale di piastre metalliche riscaldate o/ed emittenti per ridurre l’attrito dello scorrimento della piastra su tessuti e ridurre quindi lo sforzo necessario allo spostamento della piastra riscaldata.

Info

Publication number: IT202100005393A1
Application number: IT102021000005393A
Authority: IT
Inventors: Umberto Cattaneo; Giuseppe Cattaneo
Original assignee: Umberto Cattaneo
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2022-09-09

Description

DESCRIZIONE dell?invenzione industriale

La presente invenzione riguarda l?uso di composti perfluorurati come rivestimento superficiale di piastre metalliche riscaldate o/ed emittenti per ridurre l?attrito dello scommento della piastra su tessuti e ridurre quindi lo sforzo necessario allo spostamento della piastra riscaldata.

La presente invenzione riguarda anche un metodo per ottenere un rivestimento superficiale su superfici metalliche riscaldate o/ed emittenti utilizzate per stirare tessuti di qualsiasi natura, metodo comprendente l?applicazione di una soluzione polare di un composto perfluorurato seguito da un ciclo termico della piastra stessa.

STATO DELL?ARTE

Che cos'? la stiratura? ? dare una nuova forma al tessuto, da spiegazzato a liscio. Sembra semplice, ma se si guarda pi? a fondo si scopre che: La temperatura del ferro da stiro allenta la connessione tra le catene intramolecolari nelle fibre. La pressione della piastra d? una nuova fonna al tessuto e quando si raffredda le connessioni tra le catene intermolecolari si ricostituiscono. Quindi, quella che era una piega ostinata ? ora liscia e rester? tale fino a quando il capo non sar? di nuovo indossato e lavato. Rispetto alla stiratura "a secco", l'utilizzo del vapore accelera notevolmente il riscaldamento del tessuto pertanto la connessione tra le catene intermolecolari nelle fibre si allenta pi? rapidamente. ? un altro modo per dire che con il vapore si stira pi? velocemente.

Il vapore non ? solo un modo molto efficiente di trasmissione del calore. Il vapore che fuoriesce dal ferro da stiro ? acqua evaporata trasformata in fase vapore e contiene in genere piccole gocce d'acqua disperse che contribuiscono ad inumidire le fibre del tessuto.

All'interno di un ferro da stiro, il vapore viene generato sotto pressione in un'unit? separata. Maggiore la pressione, maggiore sar? il tempo necessario per l'ebollizione e maggiore sar? il calore del vapore. Quindi, la maggiore pressione rende il vapore pi? caldo e gli consente di penetrare nel tessuto pi? velocemente e pi? a fondo.

Lo scorrimento quindi della piastra sulle fibre del tessuto ? significativamente condizionato non solo dal tipo di fibre ma anche dalla quantit? di acqua che le fibre hanno trattenuto e dalla temperatura del vapore.

Lo scorrimento del ferro da stiro sul tessuto ? quindi direttamente proporzionale alle condizioni superficiali e di interfaccia del sistema solido (piastra) e tessuto contenente liquido/vapore trattenuti dalle fibre del tessuto. Le propriet? quali la bagnabilit? ed il coefficiente d'attrito detenninano pertanto lo sforzo necessario allo scorrimento della piastra sul tessuto in presenza di acqua. Le molecole d?acqua trattenute dalle fibre del tessuto interagiscono in maniera diversa se la superficie della piastra riscaldata ? stata modifica apportando uno strato di spessore nanometrico atto a modificarne l?interazione tra solido e liquido. Inoltre i primi strati atomici dell'interfaccia tra solido ed un fluido sono determinanti per stabilire le propriet? e caratteristiche del comportamento del solido su di una superf?cie in presenza di abbondante umidit?. Per questa ragione la scienza oggi giorno cerca sempre di pi? modificare le caratteristiche superficiali dei materiali anche attraverso tecniche di rivestimenti o modificazioni strutturali superficiali anzich? intervenendo sull?intera struttura del solido.

L?uso quindi di rivestimenti permette di migliorarne la sola superficie senza modificare, in alcuni casi, le propriet? ed il comportamento complessivi del materiale oggetto del rivestimento.

Attraverso questo studio si vuole valutare il miglioramento dello scorrimento di una piastra riscaldata ed emittente vapore su un tessuto di qualsiasi natura.

Il coefficiente d?attrito statico ?? ? una misura della resistenza al movimento del corpo dovuto alla sollecitazione di una forza esterna F. Il calcolo del coefficiente d?attrito statico ? stato misurato applicando una forza F0 uguale a una massa m0 per l?accelerazione gravitazionale. La forza F da cui ? stato calcolato il coefficiente d?attrito statico ? uguale alla forza necessaria per muovere la massa m1 (del ferro sul piano) poich? il coefficiente d?attrito statico ? un forza che si oppone al movimento stesso del corpo trovata la forza necessaria al movimento del corpo si potr? calcolare il coefficiente stesso

Ne consegue quindi che in condizioni di insieme costanti, applicazione di diverse F implicheranno coefficienti d?attrito statico proporzionalmente diversi.

TEORIA DELLA STIRATURA

Le pieghe dei tessuti sono legate alla chimica dei tessuti a base vegetale. Cotone, lino, canapa e cos? via sono prevalentemente fatti di cellulosa. La cellulosa ? ci? che ? noto come polimero perch? consiste di migliaia di molecole di glucosio unite insieme per formare catene lineari. Ogni subunit? di glucosio ? "appiccicosa" perch? pu? legarsi a molecole di cellulosa vicine tramite qualcosa chiamato legami idrogeno. Individualmente, questi legami sono molto deboli, ma insieme Formano una rete forte che conferisce al tessuto la sua forza.

Questi legami idrogeno sono legami intermolecolari di tipo debole e con l?applicazione della pressione e temperatura a cui sono soggetti durante il processo di stiratura si possono rompere e riformare conferendo loro una determinata forma. Di conseguenza, i tessuti iniziano a prendere la forma in cui sono lasciati.

Le cose peggiorano ancora quando l'acqua entra nell'equazione (come in lavatrice). Le molecole d?acqua si inseriscono tra le molecole di cellulosa, facilitando la rottura dei legami idrogeno ed agendo come un lubrificante, permettendo alle molecole di cellulosa di scivolare l?una sull'altra. Quindi, quando il tessuto si asciuga, il cotone mantiene la sua forma ora rugosa.

Qui entra in gioco la piastra calda con emissione di vapore. La combinazione di calore e umidit? rompe rapidamente i legami dell'idrogeno che con un po? di pressione, tutte le molecole di cellulosa sono costrette a giacere parallele l'una all'altra, cos? da appiattire il tessuto.

Le forze quindi necessarie alla stiratura sono una forza perpendicolare necessaria ad appiattire il tessuto ed una forza parallela al tessuto stesso necessaria allo spostamento della piastra riscaldata.

La forza necessaria per la stiratura ? data dalla risultante tra la forza verticale applicata (massa ferro da stiro componente verticale della forza esercitata) e la forza applicata e parallela al tessuto, solitamente orizzontale, necessaria allo spostamento della piastra sul tessuto stesso.

Quest?ultima, ? proporzionale al coefficiente di attrito del sistema piastra/tessuto e pi? precisamente all?interazione tra piastra e acqua contenuta nel tessuto, pertanto con una riduzione del coefficiente d?attrito si ha proporzionalmente una riduzione della forza necessaria allo spostamento del ferro da stiro in senso parallelo al tessuto, e quindi anche una riduzione della forza risultante necessaria alla stiratura.

Per la ragione che una riduzione dell?interazione tra le molecole d?acqua e la piastra riscaldata opportunamente modificata consente una riduzione dell?attrito statico e dinamico nel sistema piastra/f?bre, la forza risultante necessaria alla stirata sar? proporzionalmente ridotta.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Figura 1: Disegno del sistema di prova

DESCRIZIONE DELLE PROVE CONDOTTE

Con il termine ?superf?cie? secondo la presente invenzione, si intende la superficie di contatto di un ferro da stiro sia essa metallica o di mescole varie quali, poliuretani, fibre di plastica e/o i loro derivati con un tessuto da stirare.

La presente invenzione ha quindi per oggetto l?uso di almeno un composto perfluorurato come rivestimento di superfici riscaldate.

Detto composto perfluorurato presenta almeno un gruppo funzionale, preferibilmente due, in grado di interagire specificatamente con diverse superfici. Tale gruppo funzionale ? un?ammide, un fosfato e/o un silano, preferibilmente un silano.

Il composto perfluorurato secondo la presente invenzione pu? ad esempio essere il teflon e/o i suoi derivati, oppure un perfluoropolietere; preferibilmente esso ? un perfluoropolietere.

Un perfluoropolietere particolarmente preferito della presente invenzione ha una struttura chimica contenente gruppi terminali etossisilanici che, interagendo chimicamente con i gruppi -OH presenti sui substrati sui quali viene applicato, ne permettono una buona adesione su una vasta gamma di superfici, tra cui poliuretani e polimeri policarbonati, gomme. Detto composto impartisce al substrato le propriet? tipiche dei materiali compositi innovativi, quali un miglior rapporto peso-resistenza rispetto ad altri materiali e un?elevata resistenza chimica e termica. La sua applicazione permette di ottenere uno strato molto sottile e permanente di rivestimento, lo spessore dello strato infatti non influenza la struttura del pneumatico perch? di solito ? di pochi strati molecolari.

La sua struttura molecolare pu? essere rappresentata come segue:

dove:

F ? un gruppo funzionale, scelto tra ammide, fosfato o silano,

la somma n+p ? compresa tra 9 e 15,

il rapporto p/n essendo preferibilmente compreso tra 1 e 2.

Una struttura molecolare preferita della presente invenzione ?:

dove:

m ? compreso tra 1 e 2,

la somma n+p ? compresa tra 9 e 15,

il rapporto p/n essendo preferibilmente compreso tra 1 e 2.

Un?altra struttura molecolare preferita della presente invenzione ?:

dove:

la somma n+p ? compresa tra 9 e 13,

il rapporto p/n essendo preferibilmente compreso tra 1 e 2.

I perfluoropolieteri sopra indicati sono disponibili in commercio sotto il marchio Fluorolink<? >S10 e Fluorolink<? >F10, rispettivamente.

In particolare, il Fluorolink<? >S10 gode tra l?altro di alcune propriet? tipiche dei perfluoropolieteri che lo rendono altamente stabile. Queste sono dalla bassa temperatura di transizione vetrosa (circa di -120?C), inerzia chimica, resistenza alle alte temperature e ai solventi, propriet? di barriera. Alcune propriet? fisiche del Fluorolink<? >sono riportate qui di seguito in Tabella 1.

Tabella 1

Un ulteriore oggetto della presente invenzione ? un metodo per ottenere una superficie rivestita che comprendente i seguenti passaggi:

a) Applicazione di una soluzione polare di un composto perfluorurato su una superficie;

b) Trattamento tennico della superficie cos? rivestita.

Per ottenere il rivestimento di cui sopra, il composto perfluorurato, preferibilmente un perfluoropolietere, quale il Fluorolink<? >S10 viene sciolto in un solvente polare, preferibilmente un alcool o acqua o una loro miscela. Un alcool preferito secondo la presente invenzione ? l?alcool isopropilico.

La percentuale in peso del composto perfluorurato presente nella soluzione secondo la presente invenzione ? compreso tra 0,1% e 20%, preferibilmente tra 0,5% e 15%, ancora pi? preferibilmente tra 0,5% e 10%, rispetto al peso totale di detta soluzione. Inoltre, detta soluzione pu? eventualmente contenere una quantit? catalitica di acido, organico od inorganico, preferibilmente organico, ancora pi? preferibilmente acido acetico. Detto acido pu? essere presente nella suddetta soluzione di materiale perfluorurato in una quantit? in peso compresa tra 0,05% e 5%, preferibilmente tra 0,5% e 2%, rispetto alla soluzione.

Detto composto perfluorurato viene in seguito applicato sulla superficie da trattare, per esempio per spennellamento della superf?cie oppure mediante spruzzo o altro metodo idoneo al rivestimento dell?intera superficie della superficie.

Secondo la presente invenzione, la superf?cie rivestita con la suddetta soluzione contenente detto composto perfluorurato viene sottoposta ad un trattamento termico di riscaldamento ed asciugatura per evaporazione in un unico step ad una temperatura inferiore a 150?C, preferibilmente intorno a 60?C. Detto trattamento tennico ha una durata inferiore a 2 ore, preferibilmente compresa tra 10 minuti ed 1 ora.

Al fine di caratterizzare l?idrofobicit? della superf?cie ricoperta con il suddetto rivestimento, ovvero la tendenza della superficie ad essere idrorepellente, ? stato misurato il suo angolo di contatto prima e dopo il rivestimento.

I dati sono indicati in tabella 1

Tale verifica dimostra che dopo il rivestimento con processo della presente invenzione, la superficie assume una caratteristica di idonea idrorepellenza al fine di aumentare la velocit? di scorrimento dell?acqua sulla sua superficie.

Il rivestimento essendo di spessore nanometrico non altera l?aspetto visivo della superficie e non modifica le caratteristiche di trasmissione del calore della superf?cie.

SEZIONE SPERIMENTALE

Si ? preparato un piano rivestito con tessuto di cotone al 100% per l?esecuzione di prove atte a determinare i valori del coefficiente d?attrito statico della superficie secondo le formule sopracitate.

I pesi dei ferri da stiro sono stati misurati ad ogni inizio di prova.

Le prove con i ferri da stiro qui sotto elencati, sono state eseguite sia con emissione di vapore che senza.

I ferri da stiro utilizzati per la determinazione del coefficiente d?attrito sono stati cos? denominati:

Femo da stiro A):

- Ferro da stiro con camera di produzione vapore e con superficie utilizzata oltre 100ore non rivestita

Ferro da stiro A1):

- Ferro da stiro A) con successivo rivestimento al presente brevetto

Ferro da stiro B)

- Ferro da stiro nuovo, con camera di produzione vapore e con superficie non rivestita Ferro da stiro Bl)

- Ferro da stiro B) con successivo rivestimento al presente brevetto

Ferro da stiro C)

- Ferro da stiro identico al tipo B), avente quindi superficie rivestita al presente brevetto al nuovo ed utilizzato per 50ore.

Ferro da stiro C1)

- Ferro da stiro C) e rivestito una seconda volta al presente brevetto.

I campioni utilizzati e le prove per la determinazione del coefficiente d?attrito sono state condotte sia a secco che con emissione di vapore ed avranno lo scopo di riportare le seguenti variazioni:

Variazione tra A) e A1)

Variazione tra B) e B1)

Variazione tra C) e C1 )

Variazione tra B) e C)

Variazione tra B1) e C)

PREPARAZIONE DEI CAMPIONI

I modelli di ferro da stiro utilizzati presentano una piastra in acciaio inossidabile senza trattamenti superficiali e con le seguenti caratteristiche principali:

Potenza 2200 w

Temperatura della superficie alla massima potenza 55?65 ?C

Portata vapore alla superficie: 120 g/min (vedi immagine 3)

La soluzione alcolica del rivestimento delle superf?ci ? cos? composta in termini di peso:

> 2% in peso di Fluorolink<? >S 10

> 4% in peso di acqua distillata

> 2% in peso di acido acetico

> 92% in peso di alcool isopropilico

e applicata con uno spruzzino manuale e con piastra da applicare in posizione quasi verticale, comunque detta di riposo per il ferro da stiro.

In seguito all'applicazione della soluzione, il ferro da stiro ? stato alimentato alla rete elettrica avente tensione a 220V, la temperatura superficiale della piastra ha raggiunto quindi la sua temperatura operativa di 55?65 ?C e mantenuta per 30 minuti.

I ferri da stiro in sequenza sono stati posizionati come da disegno allegato su piano e connessi con forza peso progressivamente crescente fino alla determinazione della forza peso necessaria 1 movimento del ferro da stiro.

Con sensore laser posizionato perpendicolarmente al movimento del ferro da stiro ? stato determinato il momento esatto del movimento e quindi la forza peso necessaria a vincere la resistenza generata dall'attrito statico.

RISULTATI DELLE PROVE

A seguito delle prove effettuate per la determinazione della forza peso F applicata e necessaria al movimento dei ferri da stiro di cui sopra descritti, i valori del coefficiente di attrito statico calcolati secondo le formule sopra esposte sono:

Ferro da stiro A) e Al)

Tabella 2

Con queste prove si ? dimostrato che il rivestimento applicato, riduce l?attrito statico di una superficie di un ferro da stiro gi? utilizzato per pi? di 100ore del 58.79% senza l?utilizzo del vapore, e del 71,25% con emissione di vapore.

Ferro da stiro B) e Bl)

Tabella 3

Con queste prove si ? dimostrato che il rivestimento applicato, riduce l?attrito statico di una superficie di un ferro da stiro nuovo del 36.19% senza l?utilizzo del vapore, e del 49,65% con emissione di vapore.

Ferro da stiro C) e C1)

Tabella 4

Con queste prove si ? dimostrato che il rivestimento applicato, riduce l?attrito statico di una superficie di un ferro da stiro nuovo, trattato ed utilizzato per 50 ore e successivamente rivestito una seconda volta, del 32.42% senza l?utilizzo del vapore, e del 59,81% con emissione di vapore.

Inoltre incrociando i dati fra le tabelle 3 e 4 si dimostra quanto segue:

a) il rivestimento mantiene le sue propriet? anche dopo 50ore di utilizzo in quanto confrontando i dati tra B) e C) si nota che il coefficiente d?attrito di C) ? ancora molto inferiore di B).

CONCLUSIONI FINALI

La presenza del rivestimento oggetto del presente brevetto sulla superficie del ferro da stiro riduce l?attrito statico del sistema con la conseguente riduzione della forza complessiva necessaria al movimento necessario per la stiratura di tessuti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Uso di almeno un composto perfluorurato come rivestimento atto a migliorare 10 scorrimento di superfici sui tessuti.
2. Uso secondo la rivendicazione 1, in cui detto composto perfluorurato presenta almeno un gruppo funzionale, scelto tra ammide, fosfato o silano, preferibilmente silano.
3. Uso secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-2, in cui detto composto perfluorurato ? il teflon e/o i suoi derivati oppure un perfluoropolietere, preferibilmente un perfluoropolietere.
4. Uso secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui detto composto perfluorurato ha la seguente struttura chimica:

dove: F ? un gruppo funzionale, secondo la rivendicazione 2, la somma n+p ? compresa tra 9 e 15, il rapporto p/n essendo preferibilmente compreso tra 1 e 2.
5. Uso secondo la rivendicazione 4, in cui detto composto perfluorurato ha la seguente struttura chimica:

dove:

m ? compreso tra 1 e 2, la somma n+p ? compresa tra 9 e 15, il rapporto p/n essendo preferibilmente compreso tra 1 e 2.
6. Uso secondo la rivendicazione 4, in cui detto composto perfluorurato ha la seguente struttura chimica:

dove:

la somma n+p ? compresa tra 9 e 13, il rapporto p/n essendo preferibilmente compreso tra 1 e 2.
7. Superficie rivestita con composto perfluorurato, preferibilmente con un composto perfluorurato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2-6.
8 Superficie rivestita secondo la rivendicazione 7, in cui detta superficie ? di materiale plastico, elastomeri o loro miscele.
9, Metodo per ottenere una superficie di ferro da stiro rivestita secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7-8, comprendente i seguenti passaggi; a) applicazione di una soluzione polare di un composto perfluorurato su detta superficie; b) trattamento termico di detta superficie cos? rivestita.
10 Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui detta soluzione polare ? una soluzione alcolica e/o acquosa.
11. Metodo secondo la rivendicazione 9, l' ambiente in cui si svolge del trattamento termico ? aria o altro gas inerte o in vuoto.
12. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui la percentuale in peso di detto materiale perfluorurato ? compresa tra 0,1% e 20%, preferibilmente tra 0,5% e 15%, ancora pi? preferibilmente tra 0,5% e 10%, rispetto al peso totale di detta soluzione.
13. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-11, in cui detta soluzione contiene una quantit? catalitica di acido organico o inorganico, preferibilmente organico, ancora pi? preferibilmente acido acetico.
14. Metodo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto trattamento termico di cui al passaggio b), viene effettuato ad una temperatura inferiore a 150?C, preferibilmente intorno ai 60?C, e/o in cui detto trattamento tennico ha una durata inferiore a 2 ore, preferibilmente compresa tra 30 sec e 2 ore.