JP5560028B2 - 高耐摩擦摩耗性を有するフッ素樹脂積層体 - Google Patents
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Description
しかしながら、トップコーティング層及びプライマー層との2層構造では硬質充填材の脱離を原因とする自己摩耗現象等により耐摩擦摩耗性の低下が生じる。また、ダイヤモンドを含有するフッ素樹脂コーティングでは少量の添加にて高い耐摩擦摩耗性が得られるが、より高い耐摩擦摩耗性を得るため硬質充填材を増量した場合、原材料コストを高騰させ安価なコーティングを得ることが難しいという問題があった。
上記フッ素樹脂積層体において、硬質充填材が、不定形な形状を有する充填材であるフッ素樹脂積層体は、本発明の好ましい態様である。
上記フッ素樹脂積層体において、プライマー層、中間層、トップコート層に用いられるフッ素樹脂が、それぞれ、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、ビニリデンフルオライド又はビニルフルオライドから選ばれるモノマーの重合体又は共重合体、或はこれらモノマーとエチレンの共重合体であるフッ素樹脂積層体は、本発明の好ましい態様である。
上記フッ素樹脂積層体を有する物品は、本発明の好ましい態様である。
上記フッ素樹脂積層体を有する調理器具は、本発明の好ましい態様である。
例えば、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、ビニリデンフルオライド及びビニルフルオライドから選ばれるモノマーの重合体又は共重合体、或いはこれらモノマーとエチレンの共重合体などを挙げることができる。これらは勿論単独で使用することもできるし、2種以上の混合物として使用することもできる。
なお、平均粒径の測定方法としては、平均粒径を規定することの意義を失わない限り特に制限されるものではなく、公知の方法を使用することができ、例えば、HEROS、マイクロトラック X100等の機器を用いて測定される。
プライマー層の厚みはとくに限定されないが、乾燥及び/又は焼成後の膜厚が1〜50μm、好ましくは、1〜30μm、より好ましくは1〜15μmであることが望ましい。プライマー層の膜厚が5μm未満の場合には、十分な成膜性が得られず密着力及び耐食性が低下するため、好ましくない。また、プライマー層の膜厚が50μmを超える場合には、プライマー層に剥離現象が生じ易く、フッ素樹脂積層体が基材から剥離してしまうため好ましくない。
中間層の膜厚は特に限定されるものではないが、乾燥及び/又は焼成後の膜厚が1〜100μm、好ましくは2〜50μm、より好ましくは5〜30μmであることが望ましい。中間層の膜厚が1μm未満の場合には、空隙が出来易くなるため好ましくなく、100μmを超える場合には、発泡しやすくなるため好ましくない。
率が高くなり非粘着力を向上させるものの、耐摩擦摩耗性を低下させるため好ましくない。
このようにして得られる本発明のフッ素樹脂積層体の膜厚は、3〜250μm、好ましくは5〜130μm、より好ましくは11〜75μmである。
フッ素樹脂積層体が4層以上である場合は、前記プライマー層を形成した後、中間層を2層以上、及びトップコート層を順次同様にして形成させればよい。
このようにして得られる本発明のフッ素樹脂積層体が4層以上であるフッ素樹脂積層体の膜厚は、4〜650μm、好ましくは7〜330μm、より好ましくは16〜180μmである。
フッ素樹脂プライマー(PL-915AL、三井・デュポンフロロケミカル社製)
水分散系フッ素樹脂塗料(EM-700CL、三井・デュポンフロロケミカル社製)
平均粒径 5μmの炭化ケイ素(KW-36591、E. I. DuPont de Nemours & Co. 製)
平均粒径26μmの炭化ケイ素(KW-20602、E. I. DuPont de Nemours & Co. 製)
平均粒径 3μmのダイヤモンド(UF-445、Diamond Innovation.Inc 製)
170mm×170mmのアルミニウム(A1050)を基材として用い、#60アルミナによるショットブラストを施した。
その後、フッ素樹脂プライマーをスプレーガンW-101-101G(アネスト岩田社製)を用いてスプレー塗装し、120℃にて20分間乾燥させプライマー層を形成した。
次に、水分散系フッ素樹脂塗料に、中間層に用いられる硬質充填材を添加し、攪拌機(YAMATO SCIENTIFIC Co,. LTD.製)を用いて、250回転で15分間攪拌した。得られた塗料を、プライマー層上にスプレーガンW-101-101G(アネスト岩田社製)を用いてスプレー塗装し、120℃にて20分間乾燥し、中間層を形成した。
最後に、水分散系フッ素樹脂塗料に、トップコート層に用いられる硬質充填材を添加し、攪拌機(YAMATO SCIENTIFIC Co,. LTD.製)を用いて、250回転で15分間攪拌した。得られた塗料を、中間層上にスプレーガンW-101-101G(アネスト岩田社製)を用いてスプレー塗装し、120℃にて20分間乾燥した後、380℃にて20分間焼成しトップコート層を形成し、フッ素樹脂積層体を得た。得られたフッ素樹脂積層体を試験片とした。
(1)表面粗さ
共焦点型レーザー光学顕微鏡(レーザーテック社製)を用い、JIS-B-0601に規定される輪郭曲線の算術平均高さ(中心線平均粗さ)(Ra)の測定方法に従い試験片の表面粗さを測定した。単位はμmである。
MTP試験機(デュポン社製)を用いて測定した。
SBAR試験機(デュポン社製)を用いて測定した。
試験片を170℃で0.8メガパスカルの水蒸気中に100時間放置した後、常温までゆっくり冷却し、水洗浄して室温にて1日自然乾燥した。得られた試験片の裏側(コーティングされていない面)を、ガスコンロの直火にて190℃まで加熱した後、水に浸漬し急冷した。これを1サイクルとし、100時間毎300時間まで試験片表面の膨れ、及びブリスター(湿疹状の膨れ)の発生状況、腐食の有無を観察した。
○:300時間後において、目視による膨れ、及び/又はブリスターが無い
△:300時間後において、目視による2mm未満の膨れ、及び/又はブリスターが2個以内
×:300時間後において、目視による2mm以上の膨れ、及び/又はブリスターが3個以上
試験片を170℃で0.8メガパスカルの水蒸気中に50時間放置した後、常温までゆっくり冷却した。その後、おでんの素(エスビー食品製)20gを水1リットルに溶解した溶液中に試験片を浸漬し90〜100℃に保温して、1週間毎4週間まで、膨れ、ブリスター(湿疹状の膨れ)の発生状況、及び腐食の有無を観察した。
○:4週間後において、目視による膨れ、及び/又はブリスター、並びに腐食が無い
△:4週間後において、目視による2mm未満の膨れ、及び/又はブリスターが3個以内、並びに腐食が無い
×:4週間後において、目視による2mm以上の膨れ、及び/又はブリスターが3個以上、並びに腐食有り
密着力は、下記の密着力試験片を作成して測定した。
密着力試験片の作成:
50mm×100mmのアルミニウム(A1050)を基材として用い、片側約10mmをマスキングし、#60アルミナによるショットブラストを施した。
その後、フッ素樹脂プライマーをスプレーガン(W-101-101G(アネスト岩田社製))を用いてスプレー塗装し、120℃にて20分間乾燥させプライマー層を形成した後、マスキングテープを剥がして、120℃にて20分間乾燥した。
中間層及びトップコート層の形成は、上記試験片の作成と同様にして行なった。得られたフッ素樹脂積層体を、密着力試験片とした。
密着力試験片を、短辺方向に10mm幅に形成した積層体をカットし、マスキング部分(プライマー層の無いフッ素樹脂積層体部分)から、プライマー層のあるフッ素樹脂積層体部分に向かって、マスキング部分を剥離し、剥離したマスキング部分(プライマー層の無いフッ素樹脂積層体部分)をマスキングテープにて保護した。
テンシロン万能試験機(エイ・アンド・デイ社製)を用い、JIS K-6854に規定される接着剤の剥離強さ(90度剥離試験法)の測定方法に準拠し、マスキングテープにて保護した部分を試験機のチャックに挟み、速度50mm/分で引っ張り、プライマー層のあるフッ素樹脂積層体部分の密着力を測定した。単位はkgf/cmである。
表1に示す組成にて試験片を作成し、得られた試験片について、表面粗さ、耐引っ掻き性、耐摩擦摩耗性、耐スチーム性、耐食性、密着力を測定した。結果を表1に示す。
本発明のフッ素樹脂積層体は、物品、例えば調理器具、自動車部品、OA部品、等の用途に使用できる。
Claims (7)
- 基材上に形成されたプライマー層、該プライマー層上に形成された中間層、及び該中間層上に形成されたトップコート層の少なくとも3層からなるフッ素樹脂積層体であって、該中間層と該トップコート層が、各々少なくとも1種の新モース硬度10以上の硬質充填材を含み、中間層に含まれる硬質充填材は、中間層より突出しないか、又は突出してもトップコート層より突出することはなく、その平均粒径は、15μm以上200μm以下であり、且つ、トップコート層に含有されるいずれの硬質充填材も、中間層に含有されるいずれの硬質充填材の平均粒径より小さい平均粒径を有し、トップコート層より突出することはなく、さらに、15μm以下であるフッ素樹脂積層体。
- 硬質充填材が、不定形な形状を有する充填材である請求項1に記載のフッ素樹脂積層体。
- 硬質充填材が、ダイヤモンド粉末、コランダム粉、ケイ石粉、人造ダイヤ粉、窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素、融解アルミナ、又は溶融ジルコニアから選ばれる少なくとも1種である、請求項1又は2に記載のフッ素樹脂積層体。
- プライマー層、中間層、トップコート層に用いられるフッ素樹脂が、それぞれ、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、ビニリデンフルオライド及びビニルフルオライドから選ばれるモノマーの重合体又は共重合体、或はこれらモノマーとエチレンの共重合体である請求項1〜3のいずれか1項に記載のフッ素樹脂積層体。
- フッ素樹脂が、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、エチレン/テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(CTFE)、又はポリビニリデンフルオライド(PVDF)から選ばれる少なくとも1種である請求項4に記載のフッ素樹脂積層体。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のフッ素樹脂積層体を用いた物品。
- 前記物品が調理器具である請求項6に記載の物品。
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