JP2008540090A - 粉体コーティングベースコート - Google Patents

Abstract

ある粒子サイズの、フルオロポリマー、熱可塑性ポリマー、パーフルオロポリマーの粉体および無機フィラーの混合物で基体を被覆する逐次的な段階を含む、基体をコーティングで被覆する方法。該被覆された基体は、パーフルオロポリマーを含んでいるトップコートに強力に接着する特性を有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、非こげ付き性（ｎｏｎ−ｓｔｉｃｋ）コーティングを基体に施与する方法に関する。

関連出願の相互参照
本出願の優先権は２００５年５月６日に出願された米国特許仮出願番号第６０／６７８９０８号に基づいており、その全内容は引用によって本明細書に取り込まれる。

フルオロポリマーおよび熱可塑性ポリマーの粉体、並びに顔料である無機フィラーを一緒にブレンドし、それに続いて該粉体混合物を金属基体上に施与し、施与された粉体を溶融して該基体上に均一なコーティングを形成することは、特許文献１のような刊行物によって周知である。

各種のフッ素樹脂および熱可塑性ポリマーの多層を施与することも、特許文献２のような刊行物によって公知である。
国際公開第２００５／５８３８９号パンフレット 国際公開第２００３／０１５９３５号パンフレット

本発明は、逐次的段階の独特の組み合わせを含む方法の発見に基づいており、該方法によってフルオロポリマーおよび熱可塑性ポリマー、無機フィラー並びにパーフルオロポリマーの混合物の多層が基体に施与される。

したがって、本発明は、フルオロポリマーを含んでいるコーティングで基体を被覆する方法を含む。該方法は、
ａ．１以上のフルオロポリマーおよび４００℃を超える温度において熱的に安定な１以上の熱可塑性ポリマーを含んでいる固形混合物を調製する段階、
ｂ．約２５０℃〜約４００℃の温度において該固形混合物を溶融ブレンドし押出して、均一性を達成する段階、
ｃ．該押出物を機械的手段に付して、約１００ミクロンまでの平均粒子サイズの粉体を得る段階、
ｄ．該得られた粉体と、約５〜１００ミクロンの平均粒子サイズを有する無機フィラーおよび約５〜１００ミクロンの粒子サイズを有するパーフルオロポリマー粉体を段階ｃ．のブレンドにブレンドして、粉体コーティングを得る段階、ただし該段階ｃ．の粉体と、該無機フィラーおよびパーフルオロポリマーが同時にブレンドされ、またはパーフルオロポリマーの前に無機フィラーがブレンドされ、または無機フィラーの前にパーフルオロポリマーがブレンドされる、
ｅ．該粉体コーティングを該基体上へと施与する段階、および
ｆ．該粉体を部分的に融合させるのに十分な温度まで該基体を加熱する段階
の逐次的な段階を含む。

本発明の他の実施態様は、用いられる方法および物質についての詳細に関する。

本発明の方法は、ベースコートとトップコートとの間の優れた接着を備えた多層の非こげ付き性コーティングをもたらす段階、物質および条件の独特の組み合わせに基づく。

本発明は、ＶＯＣを含んでいないコーティング系を好都合に提供する。現在、工業的に使用されている液状プライマーは溶媒に基づいており、したがって望ましくない高ＶＯＣ含有量を有する。水に基づいた系でさえも、かなりのレベルのＶＯＣを含有している。

本発明はまた、本発明の方法を完全な粉体プロセスである方法に絞り込んでいる。ＶＯＣを低減することに加えて、コーティング施与装置が維持しなければならない機器の数および複雑さを、これは低減する。

本発明の非こげ付き性粉体コーティングのための粉体プライマーは、フルオロポリマー、熱可塑性ポリマーおよびパーフルオロポリマーの粉体、並びに無機フィラーに基づいている。工業的に溶媒とともに使用されるＦＥＰ（ヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとのコポリマー）またはＰＦＡ（パーフルオロプロピルビニルエーテルとテトラフルオロエチレンとのコポリマー）に基づいた粉体コーティングとは、これは異なる。本発明のこれらの物質を粉体コーティングへと転化する方法は、該物質をブレンドし、それに続いて共押出し、それから所望の粒子サイズに粉砕することである。

フルオロポリマーおよび熱可塑性ポリマーのベースコート並びにそれらの使用に関しては、本発明の技術は米国特許出願公開第２００４／０２５３３８７号に記載されたものと似ているが同一ではなく、この内容は引用によって本明細書に取り込まれる。しかし、この特許出願に記載された発明が、粉体コーティングのためのベースコートとして使用されるならば、該ベースコートとパーフルオロポリマー粉体のトップコートとのコーティング間接着に不足が生じるだろう。該トップコート、典型的にはＰＦＡ、ＦＥＰおよび／またはＭＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロメチルビニルエーテルとのコポリマー）は、基本的な接着性試験（碁盤目および爪接着性試験）によって試験されると、文字通り層間剥離するだろう。

本発明のコーティングは、任意の所望の硬さの基体に使用されることができる。該コーティングが施与される基体のタイプ、およびそれがその形状へと形成されるところの形状は、本発明の範囲を限定しない。好まれる実施態様では、本発明の非こげ付き性コーティングは、調理器具へと形成される鋼またはアルミニウムのような金属基体を被覆するために使用される。該ベースコートの接着を改良するために、たとえば化学エッチングまたはサンドブラスト法によって、基体は前処理されることが極めて好まれる。サンドブラスト法が最良である。

本発明は二つの手法を使用してコーティング間接着を改良する。コーティング間接着を改良する一つの手法は、ベースコート（プライマー）とトップコートとの間に機械的な結合を形成する粗な表面をベースコート上に形成することであり、粒子サイズが小さければ小さいほど、ベースコートの表面はそれだけ低度に粗になり、コーティング間接着はそれだけ不十分になる。プライマーが施与され焼付けされたときに、粗な表面をもたらすであろう粒子サイズを有する無機フィラー、たとえば顔料を、押出され粉砕された粉体コーティングにブレンドすることによって、この粗な表面および改良された機械的接着は得られることができる。このような顔料の一つの例は、粉体ベースコートに結合されているアルミニウムフレークである。このようにして、得られた粉体プライマーが金属基体に施与され硬化され、それに続いて粉体トップコートが施与され硬化されると、ベースコートとトップコートとの間の結合は、沸騰水浸漬試験、碁盤目および粘着テープ試験に合格するのに十分なほどには強い。しかし、標準規格の沸騰水後の指の爪接着性試験によって試験されると、このように調製されたコーティングそれ自体だけでは、コーティング間接着が不合格になるだろう。

コーティング間接着を改良する第二の手法は、ベースコートを構成することになる粉体をブレンドすることであり、該粉体は該ベースコートに施与されることになるトップコートの粒子サイズと同様な粒子サイズのＥＦＰ、ＰＦＡおよびＭＦＡを包含することができる。化学的および機械的な結合によって、ベースコートとトップコートとの間がはるかにより緊密に結合することを、これは促進する。得られたコーティングが沸騰水、碁盤目およびテープ試験、並びに指の爪試験に合格する程度まで、ベースコートとトップコートとの接着は改良され、このことは、市販の耐熱皿（ｂａｋｅ−ｗａｒｅ）のためのコーティングへのようなほとんどの工業的用途にとって、非常に重要である。

上記の手法の一方または双方が用いられることができるが、両手法を使用することによって最良の接着が得られる。

本明細書で使用される、粒子サイズに関する「同様」の語は、問題の粒子の平均直径が、比較されている粒子の平均直径より５０％を超えて大きくないまたは小さくないことを意味する。

ベースコートを形成するために、本発明は約２５０℃〜約４００℃の温度においてフルオロポリマーと熱可塑性ポリマーとの溶融ブレンドを実施して、均一性を達成する。得られた固形混合物中のフルオロポリマーの量は約５重量％〜約５０重量％であり、かつ該固形混合物中の熱可塑性ポリマーの量は約５０重量％〜約９５重量％であり、二軸押出機を用いて約２５０〜４００℃の好まれる温度において該固形混合物がブレンドされ押出されることが好まれる。空気中で約−１０〜２０℃の温度において、約１００ミクロンまでの平均粒子サイズの粉体へ、押出物は粉砕されることができる。

該粉体は次に、約５〜１００ミクロンの平均粒子サイズを有する無機フィラー、たとえば顔料、および約５〜約１００ミクロンの粒子サイズを有するパーフルオロポリマー粉体とブレンドされて、粉体コーティングが得られる。粉砕された押出物の粉体と、無機フィラーおよびパーフルオロポリマーは同時にブレンドされても、またはパーフルオロポリマーの前に無機フィラーがブレンドされ、または無機フィラーの前にパーフルオロポリマーがブレンドされてもよい。無機フィラー粉体の粒子サイズは、ポリマー粉体の粒子サイズと同様であることが好まれる。

無機フィラー／ポリマーブレンドは段階ｅ．の前に結合されてもよく、その場合、ポリマー粒子が十分に粘着性になって無機フィラー粒子に付着するまで、該ブレンドは加熱される。

本発明に使用されるための好まれるフルオロポリマーは、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＴＦＥ（テトラフルオロエチレン）とＰＭＶＥ（パーフルオロメチルビニルエーテル）、ＰＰＶＥ（パーフルオロプロピルビニルエーテル）、ＨＦＰ（ヘキサフルオロプロピレン）、エチレン、ＣＴＦＥ（クロロトリフルオロエチレン）およびこれらのコモノマーの組み合わせのようなコモノマーとのコポリマー、からなる群から選択されることができる。

本発明に使用されるための好まれる熱可塑性ポリマーは、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアリールスルホン（ＰＡＳ）、ポリフェニルスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）およびポリアミドイミド（ＰＡＩ）からなる群から選択されることができる。ＰＰＳが最も好まれる。

本発明に使用されることができる無機フィラーは、マイカメタケイ酸塩またはワラストナイト、タルクおよびアルミニウムフレークを包含する。アルミニウムフレークが最も好まれる。一例は、Ａｌｃｏｎ−Ｔｏｙａ社によって製造されたＰＣＦ ７１３０として知られているアルミニウムフレークである。該アルミニウムフレークをアクリル樹脂で被覆することが有利である。

無機フィラーの平均粒子サイズは、段階ｆ後の基体上のコーティングの厚さ以上であることが好まれる。

粉体混合物は次に、好ましくは静電的に厚さ約２０〜６０ミクロンの層で基体に施与されるが、用途によっては厚さ１００ミクロンまでであってもよく、そして粉体が部分的に融合する（粉体粒子が互いに粘着する程度までにのみ溶融する）のに十分な温度まで、通常約３７０℃〜約４１５℃まで該基体が加熱される。

トップコートを形成するために、パーフルオロポリマー粉体が次に、被覆された基体に施与され、該基体はこの場合も普通約３７０℃〜約４１５℃の温度において再び加熱されて、該パーフルオロポリマー粉体が十分に流動性になるようにされて第一層に結合される。前述のように、トップコートを形成する粉体は、好ましくはベースコートを形成する粉体と同様な粒子サイズのものである。

本発明に使用されるための好まれるパーフルオロポリマーは、ベースコートおよびトップコートの双方において、ＰＦＡ、ＦＥＰおよびＭＦＰであり、ＰＦＡがその物理的特性（靭性、剥離特性等）の故に最も好まれる。

ベースコートが施与されると直ぐに、約３７０℃〜４００℃の温度において２〜３分間それはフラッシュ乾燥されてもよい。それからトップコートが施与されることができ、それに続いて４００℃で約１０分間最終硬化がされる。フラッシュ乾燥が用いられないならば、約４００℃〜４２５℃、好ましくは約４１５℃の温度において１０分間最終硬化が行われることができる。

以下の非限定的実施例において、種々のベースコートによって基体は被覆され、そのうち１実施例のみが本発明に従って調製され、そして三つの試験に付されて、パーフルオロポリマーのトップコートがベースコートにどの程度良好に接着するかが測定された。第一の試験は鉛筆試験であり、該試験では種々の硬さの鉛筆の芯がコーティング表面上を引かれ、トップコートがカットされたときにベースコートから層間剥離するか否かが観察された。第二の試験では、種々の圧力でコーティング中へとボールペンが押し込まれて、上と同じ評価がされた。第三の試験は指の爪試験であり、試験者の指の爪を用いてトップコートが剥がされることができるか否かが、最初に指の爪によって容易に剥がされることができるか否か、次に被覆された板が沸騰水中に３０分間浸漬された後に指の爪によって剥がされることができるか否かが測定された。

この実施例では、フィラーが使用されなかったことおよび粉体化された押出物にパーフルオロポリマーがブレンドされなかったことを除いて、本発明の全ての要件が充足された。

この実施例では、粉体化された押出物にパーフルオロポリマーがブレンドされなかったことを除いて、本発明の全ての要件が充足された。

この実施例は、あらゆる点で本発明を例証する。

以下の表は、上記の実施例に用いられた物質をまとめる。

原料物質の説明

Ｒｙｔｏｎ Ｖ１は、米国、オクラホマ州、ＢａｒｔｌｅｓｖｉｌｌｅのＣｈｅｖｒｏｎ−Ｐｈｉｌｌｉｐｓ社によって造られた低粘度ポリフェニレンスルフィドである。

ＰＴＦＥ ＴＬ−１は、ポリテトラフルオロエチレンとして最もよく知られたフルオロポリマーである。これは、米国、ペンシルバニア州、ＤｏｗｎｎｉｎｇｔｏｗｎのＡＧＣ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ａｍｅｒｉｃａｓ社によって造られている。

チャンネルブラックは、米国、イリノイ州、シカゴのＫｅｙｓｔｏｎｅ Ａｎｉｌｉｎｅ社によって販売され、着色のためのみに使用される微粉砕チャンネルカーボンブラックである。

Ｎｅｏｃｒｙｌ ＢＴ−４４は、ＤＳＭ社の事業単位であるＮｅｏＲｅｓｉｎｓ社によって固形分４５％で製造された水性アクリルラテックスである。

ヒュームシリカは、Ｃａｂｏｔ社またはＤｅｇｕｓｓａ社によって製造され、粉体コーティングのスプレー塗布を改良するために使用される添加剤である。

ＰＣＦ ７１３０は、Ｔｏｙａｌ Ａｍｅｒｉｃａ社によって製造されたノンリーフィングアルミニウムフレーク顔料である。この顔料は、２３ミクロンのＤ５０を持つ粒子サイズを有する。

Ｈｙｆｌｏｎ（商標）ＰＦＡ ７０１０は、テトラフルオロエチレンとパーフルオロプロピルビニルエーテルとのコポリマーであり、３８ミクロンのＤ５０を持つ粒子サイズを有する。

実施例１〜３では、段階ｃ後に製造された粉砕物は、２２ミクロンのＤ５０（粒子の約５０％がその特定の直径のものである。）を持つ粒子サイズを有し、その際に押出温度は３００℃、空気温度は−１℃であった。トップコートを構成するパーフルオロポリマーの粒子サイズは、約２０〜２５ミクロンであった。

鉛筆試験に関しては、芯の硬さは硬さの増加する順にＢ、ＨＢおよびＦであった。

ボールペン試験に関しては、用いられた圧力は２０、５０および７０ｐｓｉであった。

以下の表に結果がまとめられる。

実施例３のコーティングのみが全ての試験に合格し、その際にトップコートは層間剥離せず、または剥ぎ取られなかった。

Claims (9)

1. フルオロポリマーを含んでいるコーティングで基体を被覆する方法であって、
   ａ．１以上のフルオロポリマーおよび４００℃を超える温度において熱的に安定な１以上の熱可塑性ポリマーを含んでいる固形混合物を調製する段階、
   ｂ．約２５０℃〜約４００℃の温度において当該固形混合物を溶融ブレンドし押出して、均一性を達成する段階、
   ｃ．該押出物を機械的手段に付して、約１００ミクロンまでの平均粒子サイズの粉体を得る段階、
   ｄ．該得られた粉体と、約５〜１００ミクロンの平均粒子サイズを有する無機フィラーおよび約５〜１００ミクロンの粒子サイズを有するパーフルオロポリマー粉体を段階ｃ．のブレンドにブレンドして、粉体コーティングを得る段階、ただし該段階ｃ．の粉体と、当該無機フィラーおよびパーフルオロポリマーが同時にブレンドされ、またはパーフルオロポリマーの前に無機フィラーがブレンドされ、または無機フィラーの前にパーフルオロポリマーがブレンドされる、
   ｅ．当該粉体コーティングを当該基体上へと施与する段階、および
   ｆ．当該粉体を部分的に融合させるのに十分な温度まで当該基体を加熱する段階
   の逐次的な段階を含む、上記方法。
2. 段階ｄ．の無機フィラー粉体とポリマー粉体とのブレンドが結合される、請求項１に従う方法。
3. パーフルオロポリマー粉体コーティングが段階ｆからの被覆された基体に施与され、当該基体が再び加熱されて、該粉体が十分に流動性になるようにされて第一層に第二層として結合される、請求項１に従う方法。
4. 当該段階ｅの粉体コーティングが、厚さ約２０〜１００ミクロンの層で静電的に施与される、請求項１に従う方法。
5. 当該無機フィラーの平均粒子サイズが、段階ｆ後の基体上のコーティングの厚さ以上である、請求項４に従う方法。
6. 当該無機フィラーが顔料を含む、請求項１に従う方法。
7. 当該顔料がアルミニウムフレークを含む、請求項６に従う方法。
8. 段階ｃ．の粉体の粒子サイズが、段階ｄの無機フィラーの粒子サイズと類似である、請求項１に従う方法。
9. 第二層を形成する粉体の粒子サイズが、第一層を形成する粉体の粒子サイズと類似である、請求項３に従う方法。