СПОСОБ ПРИМЕНЕНИЯ ФТОРПОЛИМЕРНОГО ПОРОШКОВОГО ПОКРЫТИЯ В КАЧЕСТВЕ ГРУНТОВОЧНОГО СЛОЯ И ПОКРЫТИЯ
METHOD OF USING FLUOROPOLYMER POWDER COATING AS GROUND COATING AND COATING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к области формирования поверхности с долговременной антиадгезионной способностью путем нанесения грунтовочного порошка на субстрат с образованием на нем фторполимерного грунтовочного слоя и нанесения фторполимерного порошка на грунтовочный слой с образованием покрытия. В частности, данное изобретение направлено на выбор фторполимерного порошка для грунтовочного слоя, с помощью которого получают хорошую адгезию промежуточного покрытия с покрытием из порошка сополимера тетрафторэтилен/перфторалкилвинилового эфира, и сохраняется длительная связь с субстратом.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фторполимерные смолы, обладающие такими свойствами, как хорошая химическая стойкость, отличные антиадгезионные свойства, хорошая теплостойкость и хорошие электроизолирующие свойства, желательны в ряде областей применения. Фторполимерные порошки, которые являются текучими при плавлении, как обнаружено, пригодны для покрытия изделий для приготовления пищи, таких как рисоварки, грили и духовки, а также для многочисленных видов применения в промышленности, такого как для термофиксирующих вальцов или лент для копировальных устройств и печатающих устройств (принтеров) и реакторов для химических технологических процессов. Одним из преимуществ нанесения порошковых покрытий вместо жидких покрытий является то, что исключаются стадии сушки и вентилирования, применяемые при нанесении жидких покрытий, а также оборудование, связанное с нанесением жидких покрытий. Кроме того, для порошковых покрытий не требуется использование летучих органических растворителей, которые загрязняют окружающую среду и вызывают необходимость в дорогостоящих процедурах по ее защите.
Порошковые покрытия как для грунтовочного слоя, так и для покрытия, описаны в патенте США № 5093403, Rau et al. В этом патенте перфторалкоксиполимер (ПФА) приводится в качестве примера как грунтовочного слоя, так и покрытия. В этом патенте установлено, что трудно связать смолу ПФА с металлическим субстратом и что ПФА необходимо наносить при относительно высокой температуре - т.е. в интервале от, примерно, 675°F до, примерно, 720°F (357-382°С). Rau et al. описывают использование связывающих веществ, таких как поли(фениленсульфид) (ПФС), с получением связывания смолы ПФА с металлическим субстратом при этих повышенных температурах без какого-либо значительного ухудшения (разрушения) ПФА.
Из-за высокой эксплуатационной температуры, хорошей абразивной резистентности и превосходных антиадгезионных свойств ПФА является предпочтительной смолой для поверхностей, используемых при промышленном применении в жестких условиях, таких как для антиадгезионных поверхностей для промышленных жаропрочных изделий. Промышленные противни для выпечки проходят многочисленные температурные циклы каждый день и должны сохранять свои антиадгезионные свойства в течение сроков значительной длительности, чтобы сделать промышленное производство выпечки экономичным. Однако опыт показал, что применение покрытия ПФА на ПФА грунтовочный слой приводит к неадекватной адгезии системы с течением времени. В результате система ПФА/ПФА, которая описана у Rаu et al., может разрушиться слишком быстро и недостаточно отвечает требованиям промышленного процесса, при котором субстраты с антиадгезионными поверхностями подвергаются тысячам циклов выпечки в год.
Таким образом, сохраняется потребность в улучшенной композиции порошковой грунтовки, которую можно использовать с верхним покрытием ПФА, которая дает возможность получения системы грунтовочного слоя/верхнего покрытия, которую можно использовать при высоких эксплуатационных температурах, с улучшенной адгезией и более продолжительным сроком эксплуатации при сохранении хороших антиадгезионных свойств и абразивной устойчивости.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Неожиданно было обнаружено, что использование тетрафторэтилен/перфторолефинового сополимера, наносимого в качестве грунтовочного порошка в сочетании с порошковым покрытием тетрафторэтилен/перфтор(винилалкиловый простой эфир) сополимером, известным также как перфторалкоксиполимер (ПФА), когда он спекается на каком-то субстрате, дает превосходную и более продолжительную адгезию системы покрытия к субстрату. Качество адгезии количественно определяется по испытанию отслаивания кипячением воды.
Кроме того, система данного изобретения, в которой использован ПФА в верхнем покрытии, дает преимущество известных хороших антиадгезионных свойств, устойчивости к истиранию и высокой эксплуатационной температуре ПФА у этого слоя.
Поэтому данное изобретение создает способ образования антиадгезионной поверхности на субстрате, включающий (а) нанесение грунтовочного порошка на субстрат с образованием на нем грунтовочного слоя, (b) нанесение покрывающего порошка на грунтовочный слой с образованием слоя покрытия на грунтовочном слое, причем грунтовочное покрытие содержит тетрафторэтилен/перфторолефиновый сополимер и полимерное связующее вещество, и покрытие содержит сополимер тетрафторэтилена/перфтор(алкилвинилового простого эфира), (с) спекание грунтовочного слоя и слоя верхнего покрытия с образованием антиадгезионной поверхности. Порошковые слои предпочтительно наносят путем электростатического напыления. Полимерное связывающее вещество предпочтительно выбирают из группы, состоящей из полиэфирсульфонов, полиэтиленсульфидов и полиариленэфиркетонов. В одном из воплощений грунтовочный порошок, включающий тетрафторэтилен/перфторолефиновый сополимер, кроме того, включает сополимер тетрафторэтилена/перфтор(алкилвинилового простого эфира).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВОПЛОЩЕНИЙ
В соответствии с данным изобретением прелагается способ образования антиадгезионной поверхности на субстрате. Данный способ включает стадии нанесения грунтовочного порошка, включающего тетрафторэтилен/перфторолефиновый сополимер и полимерное связывающее вещество, на субстрат с образованием на нем грунтовочного слоя и нанесения порошкового покрытия, содержащего сополимер тетрафторэтилен/перфтор(алкилвинилового простого эфира) на грунтовочный слой с образованием на нем верхнего слоя покрытия. Грунтовочный слой и слой покрытия спекают с образованием антиадгезионной поверхности на данном субстрате.
Фторполимеры
2
6
3
5
Фторполимеры, используемые как в грунтовочном слое, так и в покрытии данного изобретения, являются текучими при плавлении. Обычно вязкость расплавов будет находиться в пределах от 10 Па·сек до примерно 10 Па·сек, предпочтительно, от 10 до примерно 10 Па·сек, измеряемая при 372°С методом АSТМ D-1238, модифицированным, как описано в патенте США 4380618, и АSТМ D-2116 или D-3307, в зависимости от сополимера. Примеры таких текучих в расплаве фторполимеров включают сополимеры тетрафторэтилена (ТФЭ) и, по меньшей мере, один фторированный сополимеризуемый мономер (сомономер), присутствующий в полимере в количестве, достаточном для снижения температуры плавления сополимера по существу ниже температуры плавления ТФЭ гомополимера, политетрафторэтилена (ПТФЭ), например, до температуры плавления не более 315°С.
Грунтовочный порошок, используемый в данном изобретении, содержит сополимер тетрафторэтилена (ТФЭ) и перфторолефина, причем перфторолефиновый сомономер предпочтительно имеет от 3 до 8 атомов углерода, такой как гексафторпропилен (ГФП). В одном из воплощений грунтовочный порошок, содержащий сополимер тетрафторэтилена (ТФЭ) и перфторолефина, дополнительно содержит до 60% масс. сополимера тетрафторэтилена и перфтор(алкилвинилового простого эфира) (ПАВЭ), в котором линейная или разветвленная алкильная группа предпочтительно содержит от 1 до 5 атомов углерода.
Порошок покрытия содержит сополимер тетрафторэтилена и перфтор(алкилвинилового эфира) (ПАВЭ), у которого линейная или разветвленная алкильная группа предпочтительно содержит от 1 до 5 атомов углерода. Предпочтительными мономерами ПАВЭ являются те, у которых алкильная группа содержит 1, 2, 3 или 4 атома углерода, а сополимер может быть получен с использованием нескольких мономеров ПАВЭ. Предпочтительные ТФЭ сополимеры включают ПФА (ТФЭ/ПАВЭ сополимер), ТФЭ/ГФП/ПАВЭ, где ПАВЭ является ПЭВЭ и/или ППВЭ и МФА (ТФЭ/ПМВЭ/ПАВЭ, где алкильная группа ПАВЭ имеет, по меньшей мере, два атома углерода).
Температура плавления сополимеров ТФЭ/перфторолефиновых сополимеров в грунтовочном слое обычно ниже температуры плавления сополимеров ТФЭ/ПАВЭ порошка покрытия. Например, температура плавления ТФЭ/ГФП, известного также как ФЭП, обычно равна примерно 510°F (266°С) и ниже температуры плавления ТФЭ/ППВЭ, которая обычно составляет примерно 590°F (310°С). Таким образом, удивительно, что грунтовочный слой, содержащий ТФЭ/перфторолефиновый сополимер с низкой температурой плавления, образует превосходную и долговечную систему покрытия с сополимером ТФЭ/ПАВЭ (ПФА) с более высокой температурой плавления верхнего покрытия. Можно предположить, что система грунтовочного слоя с фторполимером с более низкой температурой плавления не могла выдерживать высоких температур термообработки или спекания, обычно от 675°F (357°С) до 720°F (382°С), при использовании с системами ПФА и что сополимер с более низкой температурой плавления разрушался бы (пузырился), и это было бы причиной отслоения от субстрата. Неожиданно было обнаружено, что грунтовочный порошковый слой из ТФЭ/перфторолефина в соединении с порошковым покрытием из ПФА образует систему покрытия, которая при спекании становится превосходной по адгезии по сравнению с предыдущими системами ПФА грунтовки/ПФА покрытия.
Полимерное связывающее вещество
Порошок грунтовочного покрытия, используемого в данном изобретении, кроме того, содержит в дополнение к тетрафторэтилен/перфторолефиновому сополимеру полимерное связывающее вещество, устойчивое к высоким температурам, от 5 до 90% масс. полимерного связывающего вещества от общего веса фторполимера(ов) и полимерного связывающего вещества. Связывающий компонент содержит полимер, который является пленкообразующим при нагревании до сплавления, является термически стабильным и имеет высокую продолжительность использования при температуре. Связывающее вещество, как хорошо известно, используют для неклейких отделок для сцепления фторполимера с субстратами и для формирования пленки. Связывающее вещество обычно не содержит фтор и к тому же сцепляется с фторполимером. Предпочтительные полимерные связывающие вещества, используемые в данном изобретения, включают один или более из: (1) полиэфирсульфонов (ПЭС), которые являются аморфными термопластичными полимерами с температурой стеклования, равной примерно 230°С, и длительным сроком эксплуатации при высокой температуре от примерно 170°С до 190°С, (2) полиэтиленсульфидов (ППС), которые являются частично кристаллическими полимерами с температурой плавления примерно 280°С и длительным сроком эксплуатации при высокой температуре от примерно 200°С до 240°С, и (3) полиариленэфиркетонов, таких как полиэфиркетонкетоны (ПЭКК), полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) и полиэфиркетон (ПЭК). Полиариленэфиркетоны являются термически стабильными при, по меньшей мере, 250°С и плавятся при температуре, по меньшей мере, 300°С и описаны в одном или более из следующих патентов США: 3065205, 3441538, 3442857, 5357040, 5131827, 4578427. Все из полимерных связывающих веществ, перечисленных выше, являются термически стабильными и безусадочно стабильными при температурах в интервале их длительной эксплуатации и ниже, и они устойчивы к истиранию. Эти полимеры к тому же хорошо схватываются с металлическими поверхностями.
Другие добавки
В дополнение к фторполимеру порошковая грунтовка и порошковое покрытие могут содержать неорганические наполнители, отвердители пленки, пигменты, стабилизаторы и другие добавки. Примеры подходящих наполнителей и отвердителей пленки включают неорганические оксиды, нитриды, бориды и карбиды кремния, циркония, тантала, титана, вольфрама, бора и алюминия, а также стеклянные чешуйки, стеклянные гранулы, стеклянное волокно, силикаты алюминия или циркония, слюду, чешуйки металлов, металлические волокна, тонкие керамические порошки, диоксид кремния, диоксид титана, сульфат бария, тальк, черный уголь и т.д. и синтетические волокна из полиамидов, полиэфиров и полиимидов. В одном из воплощений порошковая грунтовка содержит от 10 до 20% масс. неорганического наполнителя от общего веса фторполимера(ов), связывающего полимера и наполнителя.
Получение грунтовочного порошка
Порошковую грунтовку, содержащую тетрафторэтилен/перфторолефиновый сополимер, полимерное связывающее вещество, необязательно, другие фторполимеры и другие добавки, которые обсуждены выше, можно получить, используя обычные механические методы смешивания порошков и отдельных компонентов.
Альтернативно, поликомпонентные частицы порошковой грунтовки, т.е. тетрафторэтилен/перфторолефинового сополимера и полимерного связывающего вещества, необязательно, с другим фторполимером, можно изготовить по указаниям Brothers et al., патент США 6232372 путем объединения частиц фторполимера и других компонентов с раствором полимерного связывающего вещества, смешивания фторполимера с раствором полимерного связывающего вещества и выделения композиции поликомпонентных частиц фторполимера с недиспергированным полимерным связывающим веществом. Под «недиспергированным полимерным связывающим веществом» подразумевается, что поликомпонентное взаимное расположение частиц грунтовочного порошка не является таким, при котором компонент полимерного связывающего вещества диспергирован во фторполимерном компоненте. Таким образом, связывающий компонент, используемый в одном из воплощений данного изобретения, не находится в виде наполнителя, диспергированного во фторполимерном компоненте, а скорее существует в виде покрытия, окружающего фторполимерные частицы. Недиспергированное полимерное связывающее вещество, присутствующее на поверхности поликомпонентных частиц этого воплощения, способствует сцеплению частиц с субстратом, когда композицию используют в качестве грунтовочного покрытия.
В более предпочтительном воплощении грунтовочный порошок может быть изготовлен в виде распыляемого порошка по указаниям Felix et al. в патенте США 6518349 путем распылительной сушки жидкой дисперсии грунтовочных частиц тетрафторэтилен/перфторолефинового сополимера вместе с полимерным связывающим веществом и, необязательно, другими компонентами, которые обсуждены выше, с получением рассыпчатых гранул агломерированных частиц тетрафторэтилен/перфторолефинового сополимера и связывающего полимера. Под «рассыпчатыми» подразумевается, что данные гранулы могут быть измельчены в частицы меньшего размера (раздробленные) без причинения заметной деформации частицам, такой как образование тонких волокон, тянущихся от частиц, находящихся снизу. Смеси полимеров и компонентов, сформированные методом распылительной сушки, являются более однородными, чем смеси, сформированные обычными механическими методами смешивания порошков отдельных компонентов после формирования порошков. Поликомпонентные порошки, сформированные распылительной сушкой, не разделяются во время электростатического нанесения с получением, таким образом, более однородных покрытий на субстратах.
Фторполимерный компонент, используемый в распылительной сушке, обычно доступен для приобретения в виде дисперсии полимера в воде, которая является предпочтительной формой для композиции данного изобретения для более легкого применения и приемлемости в отношении окружающей среды. Под «дисперсией» подразумевается, что частицы фторполимера устойчиво диспергированы в водной среде, так что осаждение частиц не происходит во время, когда будет использоваться дисперсия; это достигается путем малого размера фторполимерных частиц (также называемых первичными частицами) обычно порядка 0,2 мкм и использования поверхностно-активного вещества в водной дисперсии производителем дисперсии. Такие дисперсии могут быть получены непосредственно способом, известным как дисперсионная полимеризация, необязательно, с последующей концентрацией и/или дальнейшим добавлением поверхностно-активного вещества.
Нанесение порошков
Грунтовочный порошок и порошок покрытия можно наносить на субстраты путем суспендирования сухого порошка в подходящей жидкости с подходящими поверхностно-активными веществами или модификаторами вязкости, когда желательно, и нанесения композиции путем метода влажного нанесения покрытия. Предпочтительно, порошковое покрытие, используемое в данном изобретении, наносят на высушенную форму путем хорошо известных общепринятых методик, например, горячим флокированием, электростатическим напылением, с помощью электростатического псевдоожиженного слоя, ротофутеровки и т.п. Предпочтительным является электростатическое напыление, такое как трибоэлектрическое напыление или напылением с помощью коронного разряда.
Грунтовочные порошки обычно наносят на очищенные, обезжиренные субстраты, которые предпочтительно были обработаны путем обычной обработки, такой как пескоструйная очистка, протравливание и химическая обработка, чтобы способствовать адгезии покрытия к субстрату. В то время как может быть покрыт любой соответствующий субстрат, примеры типичных металлических субстратов включают сталь, высокоуглеродную сталь, нержавеющую сталь, алюминизированную сталь и алюминий, среди прочего. Способ нанесения порошковой грунтовки и наружной грунтовки на субстрат предпочтительно происходит, когда субстрат находится при температуре от 15 до 25°С.
Порошковое покрытие можно наносить на субстрат на порошковую грунтовку без первого спекания порошковой грунтовки, причем это называется нанесение с единственным спеканием, т.е. при спекании покрытия прогревается и слой грунтовки. При системе единственного спекания покрытый субстрат обычно прогревается в течение 60 минут при примерно 735°F (390°С). Альтернативно, порошковое покрытие можно наносить и прогревать после того, как спечен слой грунтовки, причем это называется нанесением с двойным спеканием. Обычно порошковую грунтовку наносят на субстрат и спекают при 725°F (385°С) в течение примерно 30 минут с последующим нанесением порошка покрытия, которое затем спекают в течение примерно еще 30 минут при 725°F (385°С). При обычном применении толщина слоя грунтовки составляет менее чем примерно 2 мил (50 микрометров), и верхний слой покрытия составляет не более примерно 25 мил (650 микрометров). При другом нанесении толщина слоя грунтовки составляет менее примерно 1,5 мил (38 микрометров); толщина слоя покрытия составляет от примерно 1,5 до примерно 3 мил (от 38 микрометров до 76 микрометров).
Порошковые покрытия, которые описаны выше, используются в качестве грунтовочного слоя и слоя верхнего покрытия для антиадгезионных поверхностей на субстрате данного изобретения. Такие покрытия находят применение для кухонной утвари и для жаропрочной посуды, а также для многочисленных видов промышленного применения, такого как для скрепляющих вальцов или лент для копировальных устройств и печатающих устройств, клапанов, резервуаров, лопастей, труб, металлической фольги, форм для штампов, для снегоуборочных лопат и снегоочистителей, днища кораблей, желобов, транспортеров, пресс-форм, инструментальных средств, промышленных контейнеров, форм, реакторных сосудов с внутренним покрытием, автомобильных пластин, теплообменников, трубопроводов и т.п.
МЕТОД ИСПЫТАНИЯ
Испытание на прочность адгезионной связи
Алюминиевые пластины (4,0"×12,0" (10,1 см × 30,5 см) очищали ацетоновой жидкостью для промывания. Пластина имеет пескоструйно обработанную поверхность. Пластины покрывают в соответствии с описанием в каждом из примеров. Пластины подвергают испытанию на прочность адгезионной связи, как подробно описано ниже.
Прочность связи у покрытых металлических пластин определяют, подвергая покрытый субстрат упрощенному испытанию Т-отслаивание (Устойчивость адгезивов к отслаиванию). Спеченное покрытие разрезают до металлического субстрата по параллельным линиям через один дюйм. Для отрыва ленты покрытия используют стамеску шириной один дюйм, которая достаточна для удерживания. Покрытие отрывают от субстрата рукой или, альтернативно, плоскогубцами.
Прочность связи оценивали перед испытанием и после испытания кипящей водой. Для испытания кипящей водой пластину погружали в кипящую воду на предопределенный срок. Несостоятельную связь оценивали качественно с помощью системы оценок от 1 до 4, причем оценка 4 является наилучшей оценкой адгезии. Оценка 1 дается образцам, демонстрирующим несостоятельность адгезии, которая приводила к очень легкому отслаиванию пленки. Оценка 2 дается образцам, у которых проявляется несостоятельность адгезии, при которой необходимо значительное усилие по отслаиванию пленки. Оценка 3 дается образцам, у которых не удается отслаивание, но у которых в результате происходит значительное растяжение пленки или растяжение пленки с последующим постепенным задиранием и разрывами пленки. Оценка 4 дается образцам, у которых проявляется только разрыв или растяжение с последующим разрывом.
ПРИМЕРЫ
В последующих примерах субстраты из алюминиевых пластин размером примерно 4"×12" очищали ацетоном и струей песка (из 100 песчинок оксида алюминия) до шероховатости в примерно 70-125 микродюймов Rа, используя камеру для пескоструйной очистки Pro-Finish, модель РF-3648, доступная для приобретения у Empire Abrasive Equipment Company.
Порошковые покрытия наносят на субстраты, используя распылитель для электростатического нанесения порошка Nordsen Sure-Coat. Покрытые пластины прокаливают горячим воздухом в электрически нагреваемой конвекционной печи в течение сроков и при температурах, указанных в примерах. Печи, используемые для этих примеров, представляют собой духовые шкафы с вентиляцией от растворителя класса А.
2
Для примеров, где грунтовочный порошок готовят из тетрафторэтилен/перфторолефинового сополимера и полимерного связывающего вещества путем распылительной сушки, используемая распылительная сушилка является экспериментальной распылительной сушилкой АРV типа РSD52, производимой АРV Anhydro AS, Копенгаген, Дания. Распылительная сушилка работает с температурой воздуха на входе 300°С-320°С и температурой на выходе 110°С-125°С. Порошок собирают циклонным сепаратором, тонкие частицы собирают на фильтр для тонких частиц, и горячий воздух и водяные пары выбрасываются. Дисперсию выкачивают, используя перистальтический насос, и распыляют с помощью двойного жидкостного (воздух и жидкость) сопла. Давление воздуха в сопле составляет 60 фунт/дюйм.
Фторполимеры
Если не указано иначе, в следующих примерах концентрации дисперсий указаны в % масс. от общего веса твердого вещества и жидкости. Содержание твердых веществ в дисперсиях определяют гравиметрически и указывают в % масс. от общего веса твердых веществ и жидкостей.
3
Скорость течения расплава (MFR) измеряют при 372°С по методу АSТМ (D-2116 или D-3307). MFR связана с вязкостью расплава (MV) соотношением МV=53,15/MFR, когда MFR выражена в единицах г/10 мин, а MV выражена в единицах 10Па·сек.
Размер частиц сырой дисперсии (RDPS) измеряют путем фотонной корреляционной спектроскопии.
Средний размер частиц порошка определяют по рассеиванию света лазера на сухих частицах (используя счетчик частиц Microtrac 101Laser, доступный для приобретения у Leeds & Northrup, отделения Honeywell Corporation).
Дисперсия ФЭП: дисперсия смолы сополимера ТФЭ/ГФП в воде с содержанием твердых веществ от 28 до 32% масс. и размером частиц сырой дисперсии (RDPS) от 160 до 220 нанометров, смолы, имеющей содержание ГФП от 10,3 до 13,2% масс., скоростью течения расплава от 2,95 до 13,3. Температура плавления смолы равна 507°F (264°С).
Дисперсия ПФА: дисперсия смолы сополимера ТФЭ/ППВЭ в воде с содержанием твердых веществ от 28 до 32% масс. и размером частиц сырой дисперсии (RDPS) от 150 до 245 нанометров, смолы, имеющей содержание ППВЭ от 2,9 до 3,6% масс., скоростью течения расплава от 1,3 до 2,2. Температура плавления смолы равна 590°F (310°С).
3
Порошок ФЭП (продукт, код 532-8110, доступный для приобретения у компании DuPont): порошок сополимера ТФЭ/ГФП, содержащий 10,3-13,2% ГФП, размер частиц в интервале 26,3-46,6 микрон и скорость течения расплава от 2,95 до 13,3 г/10 мин, объемная плотность 48-72 г/100 см. Температура плавления смолы равна 507°F (264°С).
3
Порошок ПФА (тип 350, код продукта 532-7410, доступный для приобретения у компании DuPont): порошок фторполимера ТФЭ/ППВЭ, содержащий 2,9-3,6% ППВЭ, размер частиц в интервале 28,5-0,9 микрон и скорость течения расплава 1,3-2,2 г/10 мин, объемная плотность 56-87 г/100 см. Температура плавления смолы составляет 590°F (310°С).
Полимерные связывающие вещества
Полифениленсульфид (ППС) доступен для приобретения у Ryton PR11-10 от Chevron Phillips Chemical Company.
Полиэтиленсульфон (ПЭС) доступен для приобретения в виде Simika Excel PES 4100mp у Sumitomo Chemical.
Полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) доступен для приобретения в виде продукта марки 150РF у Victrex.
Другие компоненты
Слюда доступна для приобретения в виде продуктов марки Afflair у EMD Chemicals.
Поверхностно-активное вещество Silwet L-77 доступно для приобретения у GE Silicones.
Черный пигмент доступен для приобретения в виде пигмента СI черный 28 у Engelhard Corporation.
Сравнительный пример 1
ПФА/ППС механически смешанный грунтовочный порошок
Механически смешанный грунтовочный порошок изготавливают путем помещения ППС связывающего вещества и порошка ПФА, DuPont 532-7410, в пластиковый сосуд в пропорциях, перечисленных в таблице 1, и вращения в течение 15 минут. Порошок наносят путем электростатического напыления на обработанную струей песка алюминиевую пластину, которую подготовили, как описано выше. Порошок покрытия ПФА, DuPont 532-7410, электростатически наносят сверху на грунтовочное порошковое покрытие с образованием верхнего слоя покрытия. Пластину помещают в печь при 735°F (390°С) и спекают в течение одного часа в единственной операции спекания. Окончательная толщина покрытия имеет толщину 2,8 мил, причем толщина грунтовки равна примерно 1 мил (25,4 микрометра), и толщина верхнего покрытия составляет примерно 1,8 мил (45,7 микрометра). Прочность адгезивной связи покрытия с субстратом испытывают, используя испытание на отслаивание, описанное выше, и результаты представлены в таблице 1.
В основном прошедшее спекание покрытие не поддается отслаиванию перед кипячением, однако после помещения пластины в кипящую воду на 14 часов покрытие отслаивается с субстрата. Поэтому испытание представляет данные о плохой, непродолжительной связи.
<u>Таблица 1</u>
Механическая смесь ПФА/ППС
Образец
%ППС
%ПФА
Перед кипячением
После 14 час кипячения
1
90
10
1
1
2
70
30
2
2
3
30
70
2
2
4
10
90
2
2
Пример 1
ФЭП/ППС грунтовочный порошок - механически смешанный
Механически смешанный грунтовочный порошок изготавливают путем помещения связывающего вещества ППС и порошка ФЭП, DuPont 532-8110, в соотношениях, перечисленных в таблице 2, в пластиковый сосуд и вращения в течение 15 минут. Порошок наносили путем электростатического напыления на обработанные струей песка алюминиевые пластины, которые подготавливали, как описано выше. Порошок покрытия ПФА, DuPont 532-7410, наносят путем элестростатического покрытия сверху на грунтовочное порошковое покрытие с образованием верхнего слоя покрытия. Пластину помещают в печь при 735°F (390°С) и спекают в течение одного часа в единственной операции спекания. Окончательное покрытие имеет толщину 2,8 мил, причем толщина грунтовки равна примерно 1 мил (25,4 микрометра), и толщина верхнего покрытия составляет примерно 1,8 мил (45,7 микрометра). Прочность адгезивной связи покрытия с субстратом испытывают, используя испытание на отслаивание, описанное выше, и результаты представлены в таблице 2.
В основном прошедшее спекание покрытие не поддается отслаиванию как перед кипячением, так и после кипячения в течение 14 часов в доказательство сильной длительной связи.
<u>Таблица 2</u>
Механическая смесь ФЭП/ППС
Образец
%ППС
%ФЭП
Перед кипячением
После 14 час кипячения
5
90
10
4
4
6
70
30
4
4
7
30
70
4
4
8
10
90
4
4
Пример 2
ФЭП/ПФА/ППС грунтовочный порошок - механически смешанный
Механически смешанный грунтовочный порошок изготавливают путем помещения связывающего вещества ППС, порошка ФЭП (DuPont 532-8110) и порошка ПФА (DuPont 532-7410) в соотношениях, перечисленных в таблице 3, в пластиковый сосуд и вращения в течение 15 минут. Порошок наносили путем электростатического напыления на обработанные струей песка алюминиевые пластины, которые подготавливали, как описано выше. Порошок покрытия ПФА, DuPont 532-7410, наносят путем элестростатического покрытия сверху на грунтовочное порошковое покрытие с образованием верхнего слоя покрытия. Пластину помещают в печь при 735°F (390°С) и спекают в течение одного часа в единственной операции спекания. Окончательное покрытие имеет толщину 2,8 мил, причем толщина грунтовки равна примерно 1 мил (25,4 микрометра), и толщина верхнего покрытия составляет примерно 1,8 мил (45,7 микрометра). Прочность адгезивной связи покрытия с субстратом испытывают, используя тест на отслаивание, описанный выше, и результаты представлены в таблице 3.
В основном прошедшее спекание покрытие не поддается отслаиванию как перед кипячением, так и после кипячения.
<u>Таблица 3</u>
Механическая смесь ФЭП/ПФА/ППС
Образец
%ППС
%ФЭП
%ПФА
Перед кипячением
После 14 час кипячения
9
50
5
45
4
4
10
50
40
10
4
4
11
34
33
33
4
4
Сравнительный пример 2
ПФА/ППС грунтовочный порошок - высушенный распылением
Грунтовочный порошок ПФА/ППС получают, применяя распылительную сушку. Деионизированную (ДИ) воду, поверхностно-активное вещество (Silwet L-77) и ППС в количествах, которые показаны в таблице 4а, сначала смешивают с помощью лопастной мешалки с высоким усилием сдвига. После пяти минут перемешивания смеситель выключают и дисперсию ПФА перемешивают, применяя смешивание с низким усилием сдвига. Включают распылительную сушилку АРV размером для экспериментов и предварительно нагревают до температуры воздуха на входе 300°С и в распылитель подают ДИ воду, чтобы поддерживалась температура на выходе в 115°С. Меняют подачу ДИ воды в сушилку на подачу смеси ПФА. Скорость накачивания для смеси регулируют так, чтобы поддерживать температуру на выходе из распылительной сушилки в 115°С. В распылительной сушилке вода испаряется в потоке горячего воздуха, и получающийся порошок собирают с помощью циклонного сепаратора. Состав частиц грунтовочного порошка представлен в таблице 4b.
Грунтовочный порошок наносят путем электростатического напыления на пескоструйно обработанную алюминиевую пластину, которую подготовили, как описано выше. Порошок покрытия ПФА, DuPont 532-7410, наносят путем электростатического напыления сверху на грунтовочное порошковое покрытие с образованием верхнего слоя покрытия. Пластину помещают в печь при 735°F (390°С) и спекают в течение одного часа в единственной операции спекания. Окончательное покрытие имеет толщину 2,8 мил, причем толщина грунтовки равна примерно 1 мил (25,4 микрометра), и толщина верхнего покрытия составляет примерно 1,8 мил (45,7 микрометра). Прочность адгезивной связи покрытия с субстратом испытывают, используя тест на отслаивание, описанный выше, и результаты представлены в таблице 4b.
В основном прошедшее спекание покрытие не поддается отслаиванию перед кипячением, однако после того, как пластину кипятят в воде в течение 14 часов, покрытие отслаивается от субстрата. Поэтому испытание представляет свидетельство плохой и непродолжительной связи.
<u>Таблица 4а</u>
Образец
Вес ППС (г)
Вес ПФА (г)
Вес ДИ Н<sub>2</sub>О
Общий вес(г)
Поверхностно-активное вещество
12
180,0
66,7
753,3
1000,0
1,0
13
140,0
200,0
660,0
1000,0
1,0
14
60,0
466,7
473,3
1000,0
1,0
15
20,0
600,0
380,0
1000,0
1,0
<u>Таблица 4b</u>
Высушенная распылением смесь ФЭП/ППС
Образец
%ППС
%ФЭП
Перед кипячением
После 14 час кипячения
12
90
10
3
1
13
70
30
4
2,5
14
30
70
4
2,5
15
10
90
2В
1
Пример 3
ФЭП/ППС порошок грунтовки - высушенный распылением
Получают грунтовочный порошок ФЭП/ППС для грунтовочного слоя, применяя распылительную сушку. Деионизированную воду, поверхностно-активное вещество (Silwet L-77) и ППС в количествах, которые показаны в таблице 5а, смешивают с помощью лопастной мешалки с высоким усилием сдвига. После пяти минут перемешивания смеситель выключают и дисперсию ФЭП перемешивают, применяя смешивание с низким усилием сдвига. Включают распылительную сушилку АРV размером для экспериментов и предварительно нагревают до температуры воздуха на входе 300°С и в распылитель подают ДИ воду, чтобы поддерживалась температура на выходе в 115°С. Меняют подачу ДИ воды в сушилку на подачу смеси ФЭП. Скорость накачивания для смеси регулируют так, чтобы поддерживать температуру на выходе из распылительной сушилки в 115°С. В распылительной сушилке вода испаряется в потоке горячего воздуха, и получающийся порошок собирают с помощью циклонного сепаратора. Средний размер частиц собранного порошка составляет 25 микрон. Состав частиц грунтовочного порошка представлен в таблице 5b.
Грунтовочный порошок наносят путем электростатического напыления на пескоструйно обработанную алюминиевую пластину, которую подготовили, как описано выше. Порошок покрытия ПФА, DuPont 532-7410, наносят сверху на грунтовочный слой. Пластину помещают в печь при 735°F (390°С) и спекают в течение одного часа. Окончательное покрытие имеет толщину 2,8 мил, причем толщина грунтовки равна примерно 1 мил (25,4 микрометра), и толщина верхнего покрытия составляет примерно 1,8 мил (45,7 микрометра). Прочность адгезивной связи покрытия с субстратом испытывают, используя тест на отслаивание, описанный выше, и результаты представлены в таблице 5b.
В основном прошедшее спекание покрытие не поддается отслаиванию как перед кипячением, так и после кипячения в течение 14 часов, что свидетельствует о сильной, долговременной связи.
<u>Таблица 5а</u>
Образец
Вес ФЭП (г)
Вес ППС (г)
Вес ДИ Н<sub>2</sub>О(г)
Общий вес (г)
Поверхностно-активное вещество
16
328,2
100,0
571,8
1000,0
1,0
17
459,5
60,0
480,5
1000,0
1,0
18
590,7
20,0
389,3
1000,0
1,0
<u>Таблица 5b</u>
Высушенная распылением смесь ФЭП/ППС
Образец
%ППС
%ФЭП
Перед кипячением
После 14 час кипячения
16
50
50
4
4
17
30
70
4
4
18
10
90
4
4
Пример 4
ФЭП/ПФА/ППС грунтовочный порошок - высушенный распылением
Следуют процедуре из примера 3 с грунтовочным порошком ПФА/ФЭП/ППС. Деионизированную воду, поверхностно-активное вещество (Silwet L-77) и ППС в количествах, которые показаны в таблице 6а, сначала смешивают с помощью лопастной мешалки с высоким усилием сдвига. После перемешивания с высоким усилием сдвига дисперсию ФЭП и дисперсию ПФА перемешивают со смесью и сушат в распылительной сушилке. Средний размер частиц собранного порошка составляет 22 микрона. Состав частиц грунтовочного порошка представлен в таблице 6b.
Грунтовочный порошок наносят путем электростатического напыления на пескоструйно обработанные алюминиевые пластины. Порошок покрытия ПФА, DuPont 532-7410, наносят сверху на грунтовочный слой. Пластину помещают в печь при 735°F (390°С) и спекают в течение одного часа. Окончательное покрытие имеет толщину 2,8 мил, причем толщина грунтовки равна примерно 1 мил (25,4 микрометра), и толщина верхнего покрытия составляет примерно 1,8 мил. Прочность адгезивной связи покрытия с субстратом испытывают, используя тест на отслаивание, описанный выше, и результаты представлены в таблице 6b.
В основном прошедшее спекание покрытие не поддается отслаиванию как перед кипячением, так и после кипячения в течение 14 часов, что свидетельствует о сильной, долговременной связи.
<u>Таблица 6а</u>
Образец
Вес ФЭП (г)
Вес ППС (г)
Вес ПФА (г)
Вес ДИ Н<sub>2</sub>О (г)
Общий вес (г)
Поверхностно-активное вещество
19
32,8
100,0
300,0
567,2
1000,0
1,0
20
65,6
100,0
266,7
567,7
1000,0
1,0
21
131,3
100,0
200,0
568,7
1000,0
1,0
22
196,9
100,0
133,3
569,8
1000,0
1,0
23
262,6
100,0
66,7
570,8
1000,0
1,0
24
216,6
68,0
220,0
495,4
1000,0
1,0
<u>Таблица 6b</u>
Механическая смесь ФЭП/ППС
Образец
%ППС
%ФЭП
% ПФА
Перед кипячением
После 14 час кипячения
19
50
5
45
4
4
20
50
10
40
4
4
21
50
20
30
4
4
22
50
30
20
4
4
23
50
40
10
4
4
24
34
33
33
4
4
Пример 5
Имитация промышленного процесса, испытание при выпечке
Следуют процедуре из примера 3 с образованием грунтовочного порошка, за исключением того, что грунтовочный порошок дополнительно имеет пигменты и наполнители. Грунтовочный порошок изготовлен из 3266 г деионизированной воды, 9,9 г поверхностно-активного вещества (Silwet L-77), 460 г ППС, 85 г сульфата бария, 65 г Afflair 520 (слюда) и 40 г черного пигмента. После перемешивания с высоким усилием сдвига примешивали 1084 г дисперсии ФЭП. Композиция грунтовочного порошка представляет 46% ППС, 35% ФЭП, 8,5% сульфата бария, 6,5% Afflair (слюда), 4% черного пигмента.
Грунтовочный порошок наносят электростатическим напылением на пескоструйно обработанные алюминизированные стальные противни для булочек, примерно 2 фута × 3 фута, которые очищали и обрабатывали струей песка по методикам, описанным выше. Противни имеют углубления для обеспечения выпекания булочек для гамбургеров. Порошок ПФА, DuPont 532-7410, наносят сверху на грунтовочный слой. Противни для булочек помещают в печь при 735°F (390°С) и спекают в течение 1 часа. Окончательное покрытие имеет толщину 2,8 мил, причем толщина грунтовки равна примерно 1 мил (25,4 микрометра), и толщина верхнего покрытия составляет примерно 1,8 мил (45,7 микрометра). Пигмент и наполнители дают покрытие, хорошо скрывающее субстрат и имеющее однородный вид.
Прочность адгезивной связи покрытия с субстратом испытывают, используя тест на отслаивание, описанный выше. Прошедшее спекание покрытие не поддается отслаиванию как перед кипячением, так и после кипячения в течение 14 часов, что подтверждено оценкой сильной связи, указывающей на сильную долгосрочную связь.
Противни для булочек, полученные таким образом, подвергают имитированному промышленному применению при испытании выпечкой. В течение 4 циклов в день сырое тесто помещают в углубления на противне для булочек, противни помещают в печь для выпекания и температуру в печи линейно повышают до 450°F (232°С) в течение 20-минутного цикла выпекания с получением булочек для гамбургеров. Через 6 месяцев и 1500 циклов нет данных несостоятельности связи покрытия с субстратом противня для булочек.
Пример 6
ФЭП/ПЭС грунтовочный порошок - высушенный распылением
Следуют процедуре из примера 3 с образованием ФЭП/ПЭС грунтовочного порошка. Деионизированную воду, поверхностно-активное вещество (Silwet L-77), ПЭС сначала смешивают с помощью лопастной мешалки с высоким усилием сдвига в количествах, указанных в таблице 7а. После перемешивания с высоким усилием сдвига дисперсию ФЭП примешивают в смесь и сушат в распылительной сушилке. Средний размер частиц собранного порошка составляет 15 микрон. Состав частиц грунтовочного порошка представлен в таблице 7b.
Грунтовочный порошок наносят путем электростатического напыления на пескоструйно обработанные алюминиевые пластины. Порошок покрытия ПФА, DuPont 532-7410, наносят сверху на грунтовочный слой. Пластину помещают в печь при 735°F (390°С) и спекают в течение одного часа. Окончательное покрытие имеет толщину 2,8 мил, причем толщина грунтовки равна примерно 1 мил (25,4 микрометра), и толщина верхнего покрытия составляет примерно 1,8 мил (45,7 микрометра). Прочность адгезивной связи покрытия с субстратом испытывают, используя тест на отслаивание, описанный выше.
Прочность связи системы покрытия оценивается на 4, как перед кипячением, так и после кипячения в течение 14 часов, что свидетельствует о сильной, долгосрочной связи.
<u>Таблица 7а</u>
Образец
Вес ФЭП (г)
Вес ПЭС (г)
Вес ДИ Н<sub>2</sub>О(г)
Общий вес (г)
Поверхностно-активное вещество
25
310
100,0
590
1000,0
2
<u>Таблица 7b</u>
ФЭП/ПЭС, высушенный распылением
Образец
%ПЭС
%ФЭП
Перед кипячением
После 14 час кипячения
25
50
50
4
4
Пример 7
ФЭП/ПЭЭК грунтовочный порошок - высушенный распылением
Следуют процедуре из примера 3 с образованием ФЭП/ПЭЭК грунтовочного порошка. Деионизированную воду, поверхностно-активное вещество (Silwet L-77), ПЭЭК сначала смешивают с помощью лопастной мешалки с высоким усилием сдвига в количествах, представленных в таблице 8а. После перемешивания с высоким усилием сдвига дисперсию ФЭП примешивают в смесь и сушат в распылительной сушилке. Средний размер частиц собранного порошка составляет 19 микрон. Состав частиц грунтовочного порошка представлен в таблице 8b.
Грунтовочный порошок наносят путем электростатического напыления на пескоструйно обработанные алюминиевые пластины. Порошок покрытия ПФА, DuPont 532-7410, наносят сверху на грунтовочный слой. Пластину помещают в печь при 735°F (390°С) и спекают в течение одного часа. Окончательное покрытие имеет толщину 2,8 мил, причем толщина грунтовки равна примерно 1 мил (25,4 микрометра), и толщина верхнего покрытия составляет примерно 1,8 мил (45,7 микрометра). Прочность адгезивной связи покрытия с субстратом испытывают, используя тест на отслаивание, описанный выше.
Прочность связи системы покрытия оценивается на 4 как перед кипячением, так и после кипячения в течение 14 часов, что свидетельствует о сильной, долгосрочной связи.
<u>Таблица 8а</u>
Образец
Вес ФЭП (г)
Вес ПЭЭК (г)
Вес ДИ Н<sub>2</sub>О(г)
Общий вес (г)
Поверхностно-активное вещество
26
186
140
674
1000
2
<u>Таблица 8b</u>
ФЭП/ПЭЭК, высушенный распылением
Образец
%ПЭЭК
%ФЭП
Перед кипячением
После 14 час кипячения
26
70
30
4
4