JP4097474B2 - フルオロポリマーの被膜を有する金属基材およびその被膜の形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、良好な機械特性と基材への付着力、および基材の腐食と被膜離層を避け得る水蒸気への低い浸透性を与えるポリマー被膜を有する金属基材に関する。
より詳しくは、この発明は、上記の特性の組み合わせを付与するエチレン/クロロトリフルオロエチレン(E/CTFE)コポリマーをベースとするポリマー被膜を有する金属基材に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えば、黄銅、アルミニウム、青銅、ステンレス鋼および炭素鋼で作られた、例えば、タンク、配管、反応器、ポンプおよびバルブのようなCPI(化学プロセス工業)において用いられる金属装置を、ポリマーをベースとする保護被膜を用いることにより腐食から保護することが知られている。
【0003】
種々の被膜塗布方法の中で、有機溶剤または水性ラテックス中に分散したポリマーを用いる方法および静電粉末被覆が挙げられる。前記の方法の中で、ポリマー粒子を静電気的にチャージし、加熱かつ接地された金属表面上に堆積する静電粉末被覆は、注目に値する重要な事柄をもたらす。一般に、予め金属表面を洗浄し、例えばエッチングおよびサンドブラストによって粗くし、基材への被膜のより高い付着性を得、次いでポリマー被膜の融点よりも高い温度に加熱する。
【0004】
高いメルトフローインデックス(>10g/10’)を有するE/CTFEをベースとするフッ素化されたポリマーは、静電粉末被覆技術によって製造される製品において、被膜材料として、それらの良好な耐薬品性を得るために工業的に用いられている。出願人は、前記のコポリマーと金属基材との間の付着は、膨れまたは被膜離層の存在により示されるように、被覆された金属で製造された製品が水蒸気の飽和した環境に接触する状態になる適用において、あまり高くないことを見出した(比較例参照)。
【0005】
付着性を増加させるために、前記のE/CTFEベースのコポリマー、エポキシ樹脂およびCo、Ni、Mn、Wのような遷移金属酸化物の混合物によって形成されるプライマーの使用が、米国特許第4,098,756号公報に提案されている。しかしながら、前記の方法は、被膜が、水蒸気浸透に対するその障壁特性の本質的な低下を結果として生じさせるプライマー層の不連続性および/または破裂の原因と成り得る機械的な衝撃に抵抗する、製造された製品を得ることを見込めない。
【0006】
したがって、次の組み合わせの性質を有する被膜が入手可能になる必要性があった。
− 被膜を形成する単層の良好な機械特性および脆さの欠如、
− 高温(100℃)で水蒸気が飽和した環境で、500時間、好ましくは1000時間より長い時間でさえ、非常に良好な金属基材への付着性。
【0007】
【課題を解決するための手段】
E/CTFEベースのポリマーでの静電粉末被覆において、第一の被膜層として特定のポリマーを用いたとき、上記の性質を有する被膜が得られることを予期せず、意外にも見出した。
【0008】
この発明の目的は、230〜264℃の範囲に第二の融点(TmII)および5g/10’より低いメルトフローインデックス(MFI)を有し、任意に無機顔料、金属酸化物、マイカ粉末で満たされているエチレン/クロロトリフルオロエチレン(E/CTFE)をベースとするコポリマーによって形成された、基材に接触するポリマー層a)からなる被膜を有する金属基材である。
【0009】
【発明の実施の形態】
層a)は、少なくとも100μm、好ましくは少なくとも200μmの厚さを有する。
【0010】
もう1つの方法として、層a)に加えて、任意に3,3,3−トリフルオロ−2−トリフルオロメチルプロパン(HFIB)、パーフルオロプロピルビニルエーテル(PFVE)(好ましくは、PFVEが5〜30g/10’の範囲にメルトフローインデックスを有する)、2,2,4−トリフルオロ−5−トリフルオロメトキシ−1,3−ジオキソール(TTD)によりなる群から選択されるコモノマーを含み、任意に無機顔料、金属酸化物、マイカ粉末で満たされている、エチレン/クロロトリフルオロエチレン(E/CTFE)コポリマーにより形成された、層a)に接触する層b)を用いることができる。
【0011】
被膜を構成する層a)およびb)中に含まれるマイカ粉末の量は、0.1〜15重量%の範囲、好ましくは0.5〜5重量%の間とすることができる。マイカ粉末は、二酸化チタンで被覆されているのが好ましい。顔料および金属酸化物のような他の任意成分は、0.1〜30重量%の範囲である。
【0012】
層a)のE/CTFEは、
− エチレン45〜55モル%、
− クロロトリフルオロエチレン55〜45モル%
により形成される。
【0013】
層a)のコポリマーのMFIは、0.01〜5g/10’、好ましくは0.1〜3g/10’の範囲とすることができる。
【0014】
また、エチレンおよびクロロトリフルオロエチレンをベースとする層a)ポリマーは、上記の範囲中にある第二の融点TmIIおよびMFIを備えた、少量の第三のコモノマーを含むことができる。第三のコモノマーとしては、例えば、3,3,3−トリフルオロ−2−トリフルオロメチルプロパン(HFIB)、パーフルオロプロピルビニルエーテル(PFVE)、2,2,4−トリフルオロ−5−トリフルオロメトキシ−1,3−ジオキソール(TTD)、n−ブチルアクリレートまたはそれらの混合物を用いることができる。
【0015】
好ましくは、層a)のコポリマーは、235〜250℃の範囲に第二の融点(TmII)を有する。
【0016】
層b)のE/CTFEは、
− エチレン40〜60モル%、
− クロロトリフルオロエチレン60〜40モル%、
− E+CTFEの合計に対して0〜10モル%の第三のモノマー
により形成される。
【0017】
層a)およびb)ポリマーは、酸化防止剤、UV防止剤(anti-UV agents)、熱安定剤、酸掃去剤のような添加剤を、一般にそれらのそれぞれの成分を0.1〜5重量%の間からなる量で含むことができる。
【0018】
より好ましくは、この発明の被膜は、少なくとも300μmの層a)および用途により選択される500〜2500μmの間の被膜の厚さが得られるように任意に層b)からなる。
【0019】
この発明の被膜をもって、被膜が水蒸気への低い浸透性、高い付着性、耐離層性、良好な機械特性および耐薬品性を有する、被覆された製造された製品を得ることができる。
【0020】
この発明のポリマーで被覆することができる前記の基材としては、黄銅、アルミニウム、青銅、ステンレス鋼および炭素鋼のような金属類、好ましくは炭素鋼により形成される。
【0021】
前記のように、この発明のポリマーは、当該技術分野で公知の種々の方法により、金属基材に塗布することができる。
例えば、有機溶剤中に分散したポリマー、水性ポリマーラテックス、および静電粉末被覆が挙げられる。後者は、この発明の被膜を塗布するための好ましい方法である。前記のように、前記の方法によれば、ポリマー粒子を静電気的にチャージし、加熱かつ接地された金属表面上に堆積する。通常、基材の表面は、上記のように予め洗浄される。
【0022】
【実施例】
次の特徴付けが、実施例に記載されたポリマーに対して行われた。
特徴付け:
− メルトフローインデックス(M.F.I.)
フッ素化されたポリマーのM.F.I.は、ASTM3275−89の方法に従って、275℃で2.16kgの荷重をかけて測定される。
【0023】
− 第二の融点(T mII )
フッ素化されたポリマーのTmIIは、示差走査熱量計(DSC)により測定される。
【0024】
− 100℃での水蒸気への浸透性
ポリマー層を有する金属プラックを100℃で飽和した水蒸気雰囲気に曝す。被膜表面上に膨れが表れる時間を測定する。
【0025】
− 剥離強度
基材から被膜を分離するために必要な力(N/mm)を動力計により測定する。
【0026】
いくつかの実施例を説明するが、以下はこの発明を限定するものではない。
【0027】
実施例
試料片の製造
3mmの厚さを有する100mm×100mmの炭素鋼プラックに、タイプ16メッシュサイズのブラウンレッド Corindone ALIDUR(登録商標)の砂を吹き付けて磨き、約7μmの粗さを得た。
その後、プラックを275℃のオーブンで40分間加熱し、次いでオーブンから引き出し、接地した。スイスの会社GEMAによって製造された噴霧器、mod.710/6を用いて、静電気的に電圧40kVをチャージした前記の粉末をを、乾燥粉の形態で、その上に直接に噴霧した。
【0028】
第一の粉末層で均質に被覆した後で、プラックを再び、同温度のオーブンに10分間入れた。
ひとたびプラックをオーブンから引き出すと、第一の層と同一または異なる他の粉末層を、上記の噴霧とオーブン中での加熱手順を繰り返して、その上に塗布することができた。
さらに、プラックを製造し、そのいくつかを100℃(1atm)で飽和した水蒸気に曝した。次いで、飽和した水蒸気に曝されたプラックとそれらに曝されていないプラックの剥離強度を測定した。
【0029】
実施例1
試料片を製造するための上記の一般的な手順を用いることにより、いくつかのプラックに、前者が金属表面に接触する2層により形成され、各々が約150μmの厚さを有し、0.7g/10’のMFIと240℃のTmIIを有し、10〜70μmの間の粒度を有するエチレン/クロロトリフルオロエチレン(E/CTFE)50/50モルのコポリマーの粉末から得られる層a)と、3つの連続する層により形成され、各々が約200μmの厚さを有し、13と同程度のMFIと221℃のTmIIを有し、120μm平均粒度を有するエチレン/クロロトリフルオロエチレン/パーフルオロプロピルビニルエーテル(E/CTFE/PFVE)ポリマー49.8/48.5/1.7モルの粉末から得られる層b)とを被覆した。
【0030】
そのようにして得られたプラックにおいて、飽和した水蒸気に曝されたプラックとそれらに曝されていないプラックの剥離強度を測定した。
また、プラック上に膨れが表れた後、飽和した水蒸気に曝された時間を測定した。得られた結果を表1に示す。
【0031】
層a)に用いたポリマーの23℃における機械特性は次の通りである。
− 弾性率: 1480 MPa
− 降伏応力: 32 MPa
− 破断応力: 55 MPa
− 破断点伸び: 240 %
前記の数値は、層a)ポリマーが脆くはなくて強く、実質的には、層b)ポリマーと同じ良好な強度を有することを示す。
【0032】
実施例2(比較)
第一の2層の製造において、10g/10’のMFIおよび242℃のTmIIを有し、かつ120μmの平均粒度を有するエチレン/クロロトリフルオロエチレン(E/CTFE)50/50モルのコポリマーの粉末を用いたこと以外は、実施例1の製造を繰り返した。
【0033】
そのようにして得られたプラックにおいて、飽和した水蒸気に曝されたプラックとそれらに曝されていないプラックの剥離強度を測定した。
また、プラック上に膨れが表れた後、飽和した水蒸気に曝された時間を測定した。得られた結果を表1に示す。
【0034】
実施例3
層a)に、実施例1のE/CTFEコポリマーの粉末の97重量%およびマイカ粉末(二酸化チタンで被覆された)、5〜25μmの間の粒度を有する、MERCK社によるIRIODEN(登録商標)123の3重量%を含む混合物を用いたこと以外は、実施例1の製造を繰り返した。
【0035】
そのようにして得られたプラックにおいて、飽和した水蒸気に曝されたプラックとそれらに曝されていないプラックの剥離強度を測定した。また、プラック上に膨れが表れた後、飽和した水蒸気に曝された時間を測定した。得られた結果を表1に示す。
【0036】
層a)に用いた混合物の23℃における機械特性は次の通りである。
− 弾性率: 1598 MPa
− 降伏応力: 30.6MPa
− 破断応力: 45 MPa
− 破断点伸び: 190 %
前記の数値は、層a)ポリマー混合物が脆くはなくて強く、実質的には、層b)ポリマーと同じ良好な強度を有することを示す。
【0037】
実施例4
粉末の同じ混合物により形成された3層を塗布することにより、層a)を得ることの違いをもって、実施例3を繰り返した。
【0038】
そのようにして得られたプラックにおいて、飽和した水蒸気に曝されたプラックとそれらに曝されていないプラックの剥離強度を測定した。得られた結果を表1に示す。
【0039】
実施例5(比較)
先の実施例で用いた同じ被覆方法を用いて、いくつかのプラックを、13g/10’のMFIおよび223℃のTmIIを有し、かつ120μm平均粒度を有するエチレン/クロロトリフルオロエチレン/3,3,3−トリフルオロ−2−トリフルオロメチルプロパン(E/CTFE/HFIB)49/49/2モルのポリマーの粉末から得られ、それぞれが約230μmの厚みを有する5層で被覆した。
【0040】
そのようにして得られたプラックにおいて、飽和した水蒸気に曝されたプラックとそれらに曝されていないプラックの剥離強度を測定した。
また、プラック上に膨れが表れた後、飽和した水蒸気に曝された時間を測定した。得られた結果を表1に示す。
【0041】
実施例6(比較)
13と同程度のMFIおよび221℃のTmIIを有し、かつ120μmの平均粒度を有するエチレン/クロロトリフルオロエチレン/パーフルオロプロピルビニルエーテル(E/CTFE/PFVE)49.8/48.5/1.7モルのポリマーの粉末を用いて実施例5を繰り返した。
【0042】
そのようにして得られたプラックにおいて、飽和した水蒸気に曝されたプラックとそれらに曝されていないプラックの剥離強度を測定した。
また、プラック上に膨れが表れた後、飽和した水蒸気に曝された時間を測定した。得られた結果を表1に示す。
【0043】
【表1】
【0044】
【発明の効果】
この発明によれば、良好な機械特性と基材への付着力、および基材の腐食と被膜離層を避け得る水蒸気への低い浸透性を与えるポリマー被膜を有する金属基材を提供することができる。
Claims (16)
- 235〜250℃の範囲に第二の融点(TmII)および5g/10’より低いメルトフローインデックス(MFI)を有するエチレン/クロロトリフルオロエチレン(E/CTFE)をベースとするコポリマーによって形成された、基材に接触するポリマー層a)からなり、かつ100℃で水蒸気が飽和した環境で、500時間より長い時間、付着性を示す被膜を有する金属基材。
- 前記層a)が、該層a)に接触する層b)を有し、前記層b)が、エチレン、クロロトリフルオロエチレンコポリマーにより形成されている請求項1に記載の金属基材。
- 前記層b)が、3,3,3−トリフルオロ−2−トリフルオロメチルプロパン(HFIB)、パーフルオロプロピルビニルエーテル(PFVE)、2,2,4−トリフルオロ−5−トリフルオロメトキシ−1,3−ジオキソール(TTD)によりなる群から選択される第3のコモノマーを含む、エチレン、クロロトリフルオロエチレンコポリマーにより形成されている請求項2に記載の金属基材。
- 前記パーフルオロプロピルビニルエーテル(PFVE)が、5〜30g/10’の範囲にメルトフローインデックス(MFI)を有する請求項3に記載の金属基材。
- 前記層a)が、0.01〜5g/10’の範囲にメルトフローインデックス(MFI)および235〜250℃の範囲に(TmII)を有する、エチレン45〜55モル%、クロロトリフルオロエチレン55〜45モル%からなるコポリマーにより形成されている請求項1〜4のいずれか1つに記載の金属基材。
- 前記メルトフローインデックス(MFI)が、0.1〜3g/10’の範囲である請求項5に記載の金属基材。
- 前記層b)が、エチレン40〜60モル%およびクロロトリフルオロエチレン60〜40モル%により形成されたコポリマーからなる請求項2、5および6のいずれか1つに記載の金属基材。
- 前記層b)が、エチレン40〜60モル%、クロロトリフルオロエチレン60〜40モル%、およびエチレン+クロロトリフルオロエチレンの合計に対して0モル%を超え10モル%以下の前記第三のコモノマーにより形成されたコポリマーからなる請求項3〜6のいずれか1つに記載の金属基材。
- 前記層a)および/または前記層b)が、無機顔料、金属酸化物、マイカ粉末で満たされている請求項1〜8のいずれか1つに記載の金属基材。
- 前記マイカ粉末の量が、前記被膜を構成する前記層a)および/または前記層b)中0.1〜15重量%である請求項9に記載の金属基材。
- 前記マイカ粉末の量が、0.5〜5重量%である請求項10に記載の金属基材。
- 前記マイカ粉末が、二酸化チタンで被覆されている請求項9〜11のいずれか1つに記載の金属基材。
- 前記層a)が、少なくとも100μmの厚さを有する請求項1〜12のいずれか1つに記載の金属基材。
- 前記層a)が、少なくとも200μmの厚さを有する請求項13に記載の金属基材。
- 前記層a)が少なくとも300μmの厚さを有し、かつ前記層a)前記層b)の合計の厚さ(前記被膜の厚さ)が500〜2500μmの範囲である請求項2〜14のいずれか1つに記載の金属基材。
- 請求項1〜15のいずれか1つに記載の、235〜250℃の範囲に第二の融点(T mII )および5g/10’より低いメルトフローインデックス(MFI)を有するエチレン/クロロトリフルオロエチレン(E/CTFE)をベースとするコポリマーを金属基材上に塗布形成することからなる、100℃で水蒸気が飽和した環境で、500時間より長い時間、付着性を示す被膜の形成方法。
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