JP2010043287A - 耐摩耗性被覆剤組成物、およびそれを被覆された基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】摩耗力に抵抗する非粘着性被膜により被覆された基板であって、その被膜は、それぞれフルオロポリマー樹脂を含有するアンダーコートとオーバーコートとを含み、そのアンダーコートは、そのアンダーコートから出っ張るセラミック粒子をも含有し、そのオーバーコートは、そのアンダーコートから出っ張るその粒子をそのオーバーコートの厚さを介して伝達して、前記被膜から前記摩耗力をそらすことを特徴とする被覆された基板。
【選択図】図1
Description
粒子13(b=35マイクロメートル):a/b=1.3 −請求の範囲内
粒子14(b=56マイクロメートル):a/b=0.8 −最大の大きさ
粒子15(b=16マイクロメートル):a/b=2.8 −小さすぎる
粒子16(b=23マイクロメートル):a/b=2.0 −最小の大きさ
粒子17(b=64マイクロメートル):a/b=0.7 −大きすぎる
図1を参照するときに、本発明の請求される範囲内の粒子のアスペクト比b/sは
粒子13 b/s=2.3
粒子14 b/s=2.3
粒子16 b/s=1.3
である。
本発明の非粘着性被覆剤組成物のフルオロポリマー成分は、好ましくは、380℃において1×108Pa・sの溶融粘度を有するポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である。なぜなら、組成物を配合することにおける簡単さおよびPTFEがフルオロポリマー類の中で最高の熱安定性を有している事実のためである。そのようなPTFEはベーキング中の皮膜形成能力を改良するための少量のコモノマー改質剤を含有してもよく、そのコモノマー改質剤は、パーフルオロオレフィン類(特にヘキサフルオロプロピレン(HFP))、またはパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)類(特にアルキル基が1から5炭素原子を含有する)であり、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)(PPVE)が好ましい。そのような改質剤の量は、PTFEに対して溶融加工性を与えるのには不十分であり、一般的に0.5モル%以下である。同様に簡単さのために、PTFEは単一の溶融粘度(通常、少なくとも1×109Pa・s)を有することができるが、異なる溶融粘度を有するPTFE類の混合物を用いてフルオロポリマー成分を形成することができる。組成物中の単一のフルオロポリマーの使用は、フルオロポリマーが単一の化学的本質および溶融粘度を有することを意味し、それは好ましい条件である。
本発明のフルオロポリマー組成物は、好ましくは耐熱性ポリマー結合剤を含有する。結合剤成分は、融解のために加熱するときに皮膜を形成し、および熱的に安定であるポリマーから構成される。この成分は、非粘着仕上げのための、基板に対してフルオロポリマーを含有するプライマー層を接着するための、およびプライマー層の内部またはその一部として皮膜を形成するための、プライマー付着においてよく知られている。フルオロポリマーそれ自身は、平滑な基板に対して、ほとんどもしくは全く接着性を持たない。結合剤は、一般的にフッ素を含有しないが、それでもなおフルオロポリマーに接着する。好ましい結合剤は、水または結合剤のための有機溶媒と水との混合物中に、可溶性であるかあるいは可溶化されるものである。この溶解性は、水性分散液形態中のフルオロポリマー成分とその結合剤をブレンドすることを補助する。
無機充填剤フィルム硬化剤成分は、1つまたは複数の充填剤タイプの材料であり、それは組成物のその他の成分に対して不活性であり、およびフルオロポリマーと結合剤とが融合するその最終ベーキング温度において熱的に安定である。そのフィルム硬化剤は水に不溶性であるので、それは典型的には均一に分散可能であるが、本発明の組成物の水性分散液の形態中には溶解しない。典型的には、本発明の充填剤フィルム硬化剤は、好ましくは少なくとも14マイクロメートルの、好ましくは少なくとも20マイクロメートルの、およびより好ましくは少なくとも25マイクロメートルの平均粒度を有する大きなセラミック粒子を含む。
無機充填剤フィルム硬化剤の大きな粒子に加えて、本発明の非粘着性被覆剤組成物は、無機充填剤フィルム硬化剤のより小さい粒子も、1200未満のヌープ硬度を有する他の充填剤も含有してもよい。好ましくは、フルオロポリマー樹脂に対する充填剤フィルム硬化剤の重量比は少なくとも1.4:1である。より好ましくは、充填剤フィルム硬化剤の少なくとも30重量%は、少なくとも14マイクロメートルの、好ましくは20マイクロメートルの、およびより好ましくは25マイクロメートルの平均粒度を有する大きな粒子であり、およびその大きな粒子の量は、その組成物から形成される皮膜の横断面の長さ1cm当り少なくとも3個の前記粒子を与えるのに十分なものである。
本発明の組成物を、慣用の手段により基板に対して付着することができる。付着される基板に依存して、吹付およびローラー塗が、最も便利な付着方法である。浸漬およびコイル被覆を含む別のよく知られている被覆方法も適当である。非粘着性被覆剤組成物は、単一被膜系またはアンダーコートおよびオーバーコートを含む多重被膜系であってもよい。フルオロポリマーを含有する1つまたは複数の層のオーバーコートを、アンダーコートの乾燥前に、アンダーコートに対して慣用の方法により付着することができる。アンダーコート層およびオーバーコート層の組成物が水性分散液であるときには、好ましくは指触乾燥状態になった後のアンダーコート層に対して、オーバーコート組成物を付着することができる。アンダーコート層が有機溶媒による組成物を付着することにより作成され、および次の層(中間被膜またはトップコート)が水性媒体から付着されるときには、アンダーコート層を乾燥して、そのような次の層の付着の前に水と非相溶性の溶媒の全てを除去するようにしなければならない。
Taber摩耗試験
摩耗試験を、ASTM D4060に概して従って実施する。そこではフィルムの表面を、既知の荷重における2つの摩耗輪による摩滅にさらす。重量減損とdft減損とが、摩耗に対するフィルムの抵抗性の測定値であり、および規定数のサイクルの後に測定される。用いる装置はTaber Instrument Company製のTaber Abration Model 503である。異なるように記載された場合を除いて、全てのTaber試験は、CS17摩耗輪、荷重1kg、および1000サイクルを用いて行われる。250サイクル毎に、その摩耗輪を掃除して、摩耗表面を回復させる。
非粘着性に被覆されたアルミニウムパネル(10cm×30cm)のサンプルを、サンドペーパーの正方形(5cm×5cm)片を用いて摩耗させる。そのサンドペーパーは、粗面と感圧性接着剤を被覆された柔らかい面とを有する。試験の目的のために、その柔らかい面を、柔らかいスポンジ(7×7×2.5cm)に接着し、サンドペーパーの粗面を露出したままにする。サンドペーパーの粗面を、一定の規定荷重の下で非粘着性被膜をこすって作用させる。サンドペーパーを、全長16.4cmにわたって、53サイクル毎分の振動数で前後に振動させる。規定回数のサイクルの後に、サンドペーパーを、新しいサンドペーパー片に交換する。最初に、および規定回数のサイクルの後に被膜のフィルム厚さを測定する。サンドペーパーの摩耗により形成された跡の中央、すなわち両端から約8cmの場所で、測定を実施した。摩耗は、サイクル数の関数として、フィルム厚さの減損で表す。
重り付ホルダー(400g総重量)により保持される3点のペン先を用いて、被覆された基板を連続的に引掻く。そのホルダーは、被覆された基板の表面をこすって、およびその表面に円を描いて、ペンを回転させる。被膜の厚さ全体の破損(すなわちペンの回転が、被膜全体を貫通する連続的な円形の道筋を形成して、基板に到達すること)を加速するために、この引掻き試験中は基板を200℃に加熱する。そして、そのような破損までの時間を記録する。破損までの時間が長ければ長いほど、非粘着性被膜の耐久性が良好である。
非粘着性に被覆されたアルミニウム基板のサンプルを、被覆された表面に対して三角形の金属製の旋盤ビットを作用させることにより、摩耗および引掻き両方の抵抗性に関して試験した。三角形の旋盤ビットは、MSC Industrial Supply Company(Plainview, N. Y.)から商業的に入手可能な炭化タングステン施削インサート(turning insert)TNMG 322である。被覆された基板は、華氏400度(204℃)の温度に加熱された加熱板上に取り付けられて、調理条件をシミュレートする。被覆された基板は、1.6Kgの規定加重の下で三角形のビットを取り付けられた往復運動をする腕の移動にさらされる。ビットは、1サイクル毎秒の振動数で非粘着性表面を横切って振動して、3mm×53mmの摩滅パターンを作成する。ビットは、そのビットにより作成される溝の中に露出した金属の最初の出現が観測されるまで振動させられる。この観察がなされた時点で、試験を停止し、サイクルの総数を記録する。試験は3回繰り返され、そして破損までのサイクルの平均数を記録する。
PTFE微粉末:DuPont Company(Wilmington, DE)から入手可能なZonyl(登録商標)FluoroadditiveグレードMP 1600。
2種のポリアミドイミド樹脂を用いる。
(実施例1中の)PAI−1は、NMP/ナフサ/アルコール=40.5/21.5/2.0の比率でナフサおよびブチルアルコールを含有するNMPベースの溶剤中の、PAI樹脂の36重量%溶液(グレードPD−10629、Phelps-Dodge Magnet Wire Co.)。
(実施例3中の)PAI−2は、Torlon(登録商標)AI-10ポリ(アミド−イミド)(Amoco Chemicals Corp.)であって、6〜8%の残留NMPを含有する(ポリアミド酸塩に戻すことができる)固体樹脂である。
Elektroschmelzwerk Kempten GmbH(ESK)(Munich, Germany)により供給される炭化ケイ素:
P1200=平均粒度15.3±1マイクロメートル;
P600=平均粒度25.8±1マイクロメートル;
P400=平均粒度35.0±1.5マイクロメートル;
P320=平均粒度46.2±1.5マイクロメートル。
F1200=平均粒度3マイクロメートル;
F500=平均粒度12.8マイクロメートル;
F360=平均粒度22.8マイクロメートル;
F240=平均粒度44.5マイクロメートル。
PTFE樹脂、ポリアミドイミド結合剤および溶媒を含む非粘着性被覆剤組成物を、表1の組成にしたがって調製し、そしてこの組成物100gに対して、異なる平均粒度および2500〜2900のヌープ硬度を有する3種のグレードの炭化ケイ素の異なる量を、表2に示すように添加する。
(減損したフィルム塗り厚)/(初期dft)×100
ローラー塗布(すなわち、一連のローラーにより基板に対して被膜が付着される)により、基板に対して、プライマー/中間被膜/トップコートの3被膜系を付着する。基板は平滑であり、洗浄して油脂を除去されているが、機械的に粗面化されていない。表3に記載されるようなプライマー組成物は、金属基板に対する接着を促進し、および3マイクロメートルの平均フィルム厚さにおいて付着される。
P/B(顔料/結合剤)=99.6(主顔料=30.2、増量剤=36.21)
結合剤=3.66
フルオロポリマー=24.02
F/B(フルオロポリマー/結合剤)=6.6
表6の結果は、アルミナの粒度が増大するにつれて、耐摩耗性が向上することを示す。実施例2−1に示されるように、酸化アルミニウムの添加を伴わない場合には、基板は極度に摩滅されて、裸の金属を露出させる。実施例2−2に関して、中程度の量の摩滅が見られ、F1200粒子(平均粒度3マイクロメートル)が、この多重被膜系に対して小さすぎることを示唆する。より大きなF500/F360アルミナ粒子を有する実施例2−3は、ほとんど摩滅が無くSPAT試験の摩耗に耐え、およびさらに大きなF240アルミナ粒子を添加する場合の実施例2−4において摩滅は顕著でない。
平滑なアルミニウム基板上に、プライマー中にSiC粒子を有する、プライマー/中間被膜/トップコートの3被膜非粘着系を吹付ける。そのアルミニウム基板は、洗浄して油脂を除去したのみで、機械的に粗面化されなかった。SiC粉末は、20/40/40の重量比の3つのグレードP320/P400/P600のブレンドである。その平均粒度は、前に明記したようなものである。プライマーの組成を表7に記載する。そのプライマーは、アンダーコートとして機能し、および平滑なアルミニウム基板上に付着され、そして乾燥される。その表面のテクスチャーは、サンドペーパーに類似して見える。
P/B=142%
密度=1.21
揮発性溶媒(Vol. Sol.)=15.16%
実施例3と同様に、一連の平滑なアルミニウム試験パネルを、プライマー/中間被膜/トップコートの3つの被膜の非粘着系を用いて被覆する。1つのパネルのプライマー組成物は、その中にSiC粒子を含有しない。その他のパネルは、それぞれ異なる粒度のSiC粒子(それぞれ、3マイクロメートル平均、15マイクロメートル平均、および25マイクロメートル平均を超えるもの(表7に示すようなブレンド)である)を有するプライマーを有する。全てのパネルを、実施例3に記載したような中間被膜とトップコートとを用いてオーバーコートする。その被膜の耐摩耗性を、4.211Kgの荷重の下でP320アルミナサンドペーパーで研磨するSPAT試験を用いて試験する。各50サイクルの後に、サンドペーパーを新しいものと交換して、そのフィルムの塗り厚を測定する。結果を図3に示す。図3は、プライマー中の8.3重量%の一定添加量における、耐摩耗性に対するSiC粒度の関係を示すグラフである。フィルムの減損を測定する摩耗のサイクルの数に対して、乾燥フィルム厚さ(dft)をプロットする。プライマー中に小さい粒子(3マイクロメートル)を有する多重被膜系に関して、フィルムの塗り厚の減損は、少しもSiCを持たないプライマーに関してとほぼ同一である。プライマー中に大きなSiC粒子(25マイクロメートル超)を有する場合、耐摩耗性は大いに改良される。15マイクロメートルのSiC粒度に関して、中間の結果が得られる。
実施例3と同様に、一連の平滑なアルミニウム試験パネルを、プライマー/中間被膜/トップコートの3つの被膜の非粘着系を用いて被覆する。パネル上のプライマーの組成は、SiC粒子の量が異なる。全てのプライマー中のSiC粉末は、20/40/40の重量比の3つのグレードP320/P400/P600のブレンドである。全てのパネルを、実施例3に記載したような中間被膜とトップコートとを用いてオーバーコートする。
[1] 摩耗力に抵抗する非粘着性被膜により被覆された基板であって、前記被膜は、それぞれフルオロポリマー樹脂を含有するアンダーコートとオーバーコートとを含み、前記アンダーコートは、前記アンダーコートから出っ張るセラミック粒子をも含有し、前記オーバーコートは、前記アンダーコートから出っ張る前記粒子を前記オーバーコートの厚さを介して伝達して、前記被膜から前記摩耗力をそらすことを特徴とする基板。
[2] 前記セラミック粒子の最長径に対する前記アンダーコートおよび前記オーバーコートの総合厚さの比は、0.8〜2.0の範囲内であることを特徴とする[1]に記載の被覆された基板。
[3] 前記セラミック粒子は、少なくとも1200のヌープ硬度を有することを特徴とする[1]に記載の被覆された基板。
[4] 前記セラミック粒子は、2.5以下のアスペクト比を有することを特徴とする[3]に記載の被覆された基板。
[5] 前記セラミック粒子は、無機窒化物類、炭化物類、ホウ化物類、および酸化物類から成る群から選択されることを特徴とする[3]に記載の被覆された基板。
[6] 前記アンダーコートの面より上に出っ張る前記セラミック粒子は、前記アンダーコートにより実質的に包まれていることを特徴とする[1]に記載の被覆された基板。
[7] 前記オーバーコートは、中間被膜およびトップコートを含むことを特徴とする[1]に記載の被覆された基板。
[8] 前記アンダーコートは、前記基板上のプライマーであることを特徴とする[1]に記載の被覆された基板。
[9] 被覆する前の前記基板は、平滑であることを特徴とする[1]に記載の被覆された基板。
[10] 前記アンダーコート中の前記粒子の数は、前記被膜の横断面の長さ1cmあたり少なくとも3個であることを特徴とする[1]に記載の被覆された基板。
[11] 前記アンダーコートは、少なくとも1つの耐熱性ポリマー結合剤を含むことを特徴とする[1]に記載の被覆された基板。
[12] 平滑な基板上に付着性被膜を形成し、および耐摩耗性を示すことができるプライマー組成物であって、フルオロポリマー、ポリマー結合剤および無機充填剤フィルム硬化剤を含み、前記ポリマー結合剤に対するフルオロポリマーの重量比は0.5〜2.0:1であり、および前記フルオロポリマーに対する前記充填剤フィルム硬化剤の重量比は少なくとも1.4:1であることを特徴とするプライマー組成物。
[13] 前記充填剤フィルム硬化剤の少なくとも30重量%は、少なくとも20マイクロメートルの平均粒度を有する大きなセラミック粒子から成ることを特徴とする[12]に記載のプライマー組成物。
[14] 前記充填剤フィルム硬化剤の少なくとも30重量%は、少なくとも25マイクロメートルの平均粒度を有する大きなセラミック粒子から成ることを特徴とする[12]に記載のプライマー組成物。
[15] 前記粒子は少なくとも1200のヌープ硬度を有することを特徴とする[13]に記載のプライマー組成物。
[16] 前記粒子は、2.5以下のアスペクト比を有することを特徴とする[15]に記載のプライマー組成物。
[17] 前記大きな粒子の量は、前記組成物から形成される前記被膜の横断面の長さ1cm当り少なくとも3個の前記粒子を与えるのに十分であることを特徴とする[13]に記載のプライマー組成物。
[18] 平滑な基板上に付着性被膜を形成し、および耐摩耗性を示すことができる組成物であって、フルオロポリマー、ポリマー結合剤および無機充填剤フィルム硬化剤を含み、少なくとも30重量%の前記充填剤フィルム硬化剤は、少なくとも14マイクロメートルの平均粒度を有する大きなセラミック粒子で構成され、および前記大きな粒子の量は、前記組成物から形成される前記被膜の横断面の長さ1cm当り少なくとも3個の前記粒子を与えるのに十分であることを特徴とする組成物。
[19] 前記充填剤フィルム硬化剤は、少なくとも20マイクロメートルの平均粒度を有する大きなセラミック粒子を含むことを特徴とする[18]に記載の組成物。
[20] 前記セラミック粒子は少なくとも1200のヌープ硬度を有することを特徴とする[18]に記載の組成物。
[21] 前記セラミック粒子は、無機窒化物、炭化物、ホウ化物、および酸化物から成る群から選択されることを特徴とする[18]に記載の組成物。
[22] 水性分散液であることを特徴とする[18]に記載の組成物。
[23] 有機液体をさらに含むことを特徴とする[18]に記載の組成物。
[24] 有機液体をさらに含むことを特徴とする[22]に記載の組成物。
[25] [18]に記載の組成物で被覆された基板。
[26] 摩耗力に抵抗する非粘着性被膜を用いて被覆された基板であって、前記被膜はセラミック粒子を含有するフルオロポリマー樹脂を含んで、前記被膜から前記摩耗力をそらせ、前記セラミック粒子の最長径に対する前記被膜の厚さの比は0.8〜2.0の範囲内であることを特徴とする基板。
[27] 前記セラミック粒子は少なくとも1200のヌープ硬度を有することを特徴とする[26]に記載の被覆された基板。
[28] [1]に記載の基板を被覆するための方法であって、前記アンダーコートおよび前記オーバーコートは、次が付着される前に一方の被膜が完全に乾燥することなしに、基板に対して付着され、および少なくとも350℃の温度に加熱することにより、前記非粘着性被膜が形成されることを特徴とする方法。
12 非粘着性被膜
13 充填剤粒子
14 充填剤粒子
15 充填剤粒子
16 充填剤粒子
17 充填剤粒子
18 偏向点
19 偏向点
20 偏向点
21 粒子
22 偏向点
Claims (3)
- 平滑な基板上に付着性被膜を形成し、および耐摩耗性を示すことができるプライマー組成物であって、フルオロポリマー、ポリマー結合剤および無機充填剤フィルム硬化剤を含み、前記ポリマー結合剤に対するフルオロポリマーの重量比は0.5〜2.0:1であり、および前記フルオロポリマーに対する前記充填剤フィルム硬化剤の重量比は少なくとも1.4:1であり、前記無機充填剤フィルム硬化剤の少なくとも30重量%は、少なくとも14マイクロメートルの平均粒径を有する大きなセラミック粒子で構成されていることを特徴とするプライマー組成物。
- 摩耗力に抵抗する非粘着性被膜を用いて被覆された基板であって、
前記基板は平滑な表面を有し、
前記非粘着性被膜は前記平滑な表面の上に設けられ、
前記非粘着性被膜はフルオロポリマー樹脂、ポリマー結合剤および無機充填剤フィルム硬化剤を含み、
前記無機充填剤フィルム硬化剤の少なくとも30重量%は少なくとも14マイクロメートルの平均粒径を有する大きなセラミック粒子で構成され、
前記非粘着性被膜の表面の前記セラミック粒子に対応する位置に、前記被膜から前記摩耗力をそらす偏向点が形成されており、
前記セラミック粒子の最長径に対する前記被膜の厚さの比は0.8〜2.0の範囲内であることを特徴とする基板。 - 平滑な基板上に付着性被膜を形成し、および耐摩耗性を示すことができる組成物であって、フルオロポリマー、ポリマー結合剤および無機充填剤フィルム硬化剤を含み、少なくとも30重量%の前記無機充填剤フィルム硬化剤は、少なくとも14マイクロメートルの平均粒度を有する大きなセラミック粒子で構成され、および前記大きなセラミック粒子の量は、前記組成物から形成される前記被膜の横断面の長さ1cm当り少なくとも3個の前記粒子を与えるのに十分であることを特徴とする組成物。
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