ФТОРПОЛИМЕРНЫЕ ЭМУЛЬСИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ
FLUOROPOLYMER EMULSION COATINGS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к композициям для нанесения фторполимерных покрытий в жидкой форме.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В технологии хорошо известно, что водные дисперсии фторполимеров используют для нанесения покрытия напылением на субстраты с последующим высушиванием и отжигом с образованием непригорающего покрытия на субстрате. Такие дисперсии обычно имеют низкие вязкости, например 100 сантипуаз, для облегчения операции напыления. К сожалению, образующееся покрытие имеет ограничения по толщине, такое, что если толщина сухого покрытия приближается к 12 мкм, оно растрескивается при высушивании и отжиге, что требует применения многократных более тонких покрытий дисперсией, чередующихся с высушиванием и отжигом; для обеспечения повышенной износоустойчивости необходимо конструирование нерастрескивающихся покрытий желаемой толщины, например, по меньшей мере, 30 мкм. К водной дисперсии для увеличения вязкости дисперсии, с целью получения более плотных покрытий, осуществляемых за один проход, добавляют загустители, которые разлагаются и испаряются при отжиге. Единственным недостатком загустителей является то, что во многих странах их не рекомендуют для контакта с пищей в непригорающих оболочках, несмотря на то что по замыслу они должны испаряться при отжиге. Однако увеличение толщины покрытия препятствует испарению, что приводит к тому, что в отожженном покрытии остается неразложившийся загуститель. Другим недостатком загустителей является то, что их нет в отожженной композиции, поэтому они не оказывают влияние на свойства образующегося отожженного покрытия. Патент US 6277487 B1 раскрывает использование такого загустителя, который представляет собой простой полиэфир, и его смешивание с тонкодисперсными частицами полиэфира, поверхностно-активными веществами на основе простых полиэфиров и жидкими переносчиками, путем перемешивания с образованием однородной дисперсии. Согласно Примерам, композиция имеет вязкость от 250 дo 280 сП (Brookfield Viscometer, #2 стержень (SP2), работающий при 60 об/мин) и наносится на исходный субстрат распылением.
Существует необходимость получения плотного фторполимерного покрытия, которое можно нанести за один проход, без использования добавок временного загустителя, например простого полиэфира, описанного в патенте US 6277487 B1, где покрытие получило общераспространенное правительственное разрешение на использование в контакте с пищей.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение удовлетворяет этому требованию за счет того, что в нем предлагается водно-масляная эмульсия, содержащая частицы фторполимера. Данная водно-масляная эмульсия представляет собой истинную эмульсию, т.к. она содержит мелкие частицы одной жидкости, диспергированной в другой. В эмульсии по настоящему изобретению масло диспергируют в виде мелких капель в воде. В некоторых литературных источниках термин "эмульсия" ошибочно используют для описания твердых частиц, диспергированных в жидкой среде. В данном изобретении эмульсия не содержит частиц фторполимера, диспергированных в жидкой среде, образующей эмульсию, а дисперсия масляных капель в водной фазе оказывает существенное влияние на вязкость композиции, делая ее по вязкости схожей с майонезом, т.е. имеющей предпочтительную вязкость, по меньшей мере, приблизительно 2500 сП, измеренной вискозиметром Viscometer, cтержень #3 (SP3), работающий при 20 об/мин. Благодаря такой высокой вязкости частицы удерживаются в диспергированном состоянии в эмульсии при хранении и использовании. Эта вязкость слишком высока для использования cтержня #2 (SP2), используемого для измерения вязкости в US Patent 6277487. Если вязкость эмульсии, используемой в данном изобретении, уменьшить разбавлением водой до 1130 сП (SP3, 20 об/мин), то она может быть измерена с использованием стержня #2, что дает значение вязкости, равное 620 сП при 60 об/мин. Другими словами, предпочтительная эмульсия в настоящем изобретении имеет вязкость, которая, по меньшей мере, в 4 раза выше вязкости композиции, раскрытой в этом патенте.
Эмульсия (композиция) данного изобретения не может быть распылена с использованием обычного оборудования для распыления жидких химикатов из-за высокой вязкости эмульсии. Ее следует разбавить перед распылением до более низкой вязкости, например 1500 сП или ниже, и этот раствор делают простым перемешиванием в дополнительном количестве воды незадолго до использования спрея. Даже будучи разбавленной, распыляемая эмульсия имеет относительно высокую вязкость, в дальнейшем обозначаемую как вязкость нанесения, значение которой, например, составляет, по меньшей мере, приблизительно 500 сП, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 800 сП, и до приблизительно 1500 сП (SP3, 20 об/мин), таким образом, чтобы было возможным получить за один прогон плотное, нерастрескивающееся фторполимерное покрытие. Предпочтительна более высокая вязкость разбавленной эмульсии, поскольку требование к толщине покрытия повышаются, особенно, когда нужно покрывать вертикальные поверхности.
Эмульсия данного изобретения, предпочтительно, не содержит какого-либо полимерного загустителя, способного разлагаться или испаряться в процессе отжига покрытия, образующегося из композиции, благодаря чему не существует проблемы контакта с пищей; используемый в эмульсии данного изобретения фторполимер получил общераспространенное разрешение для использования в контакте с пищей.
Настоящее изобретение может быть также охарактеризовано как раскрывающее процесс покрытия субстрата распылением водной среды, содержащей частицы фторполимера, с последующим высушиванием и отжигом, приводящим к высвобождению покрытия на указанном субстрате, причем усовершенствование состоит в проведении распыления в один проход для получения нерастрескивающегося покрытия с толщиной, по меньшей мере, 30 мкм указанного оставшегося покрытия, где указанная водная среда представляет собой эмульсию.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Примеры фторполимеров, которые могут быть использованы в эмульсиях настоящего изобретения, включают в себя тонкодисперсный порошок политетрафторэтилена (PTFE), имеющий такую вязкость расплава, что он не проявляет значительного течения при умеренных температурах, благодаря чему такой полимер не является формуемым из расплава. PTFE может быть гомополимером или модифицированным гомополимером, где небольшое количество, например, меньшее, чем 0,5 мол.%, другого мономера сополимеризуют с тетрафторэтиленом (TFE) для улучшения свойств, что не придает смоле способности быть легко изготовленной из расплава. Дополнительные фторполимеры включают в себя такие, которые обладают текучестью в расплаве, например сополимеры тетрафторэтилена (TFE) или хлортрифторэтилена (CTFE), например coполимеры TFE с перфторолефином, имеющим от 3 дo 8 атомов углерода, например гексафторпропилен (HFP), и/или перфтор(алкилвиниловый эфир) (PAVE), в котором линейные или разветвленные алкильные группы содержат от 1 до 5 атомов углерода. Предпочтительными PAVE-мономерами являются те, в которых алкильная группа содержит 1, 2, 3 или 4 атома углерода, и сополимер может быть получен, используя несколько PAVE-мономеров, например сополимер TFE/перфтор(метилвиниловый эфир)/перфтор(пропилвиниловый эфир), иногда называемый производителем MFA. Обычно это перфторолефин или PAVE-мономер, которые используют для получения модифицированного гомополимера, описанного выше. Формуемые из расплава сополимеры получают введением большого количества сомономера в сополимер, например, для получения сополимера, имеющего скорость течения расплава приблизительно 1-100 г/10 мин, измеренную по ASTM D-1238 при температуре, являющейся стандартом для данной смолы. Вышеупомянутые вещества являются пергалогенированными полимерами и, за исключением CTFE-coдержащих полимеров, являются перфторированными. Дополнительные формуемые из расплава фторполимеры представляют собой сополимеры этилена с TFE или CTFE и полимеры поливинилиденфторида, включая сополимеры. Все указанные сополимеры содержат, по меньшей мере, 35 масс.% фтора. Предпочтительные частицы содержат сополимер тетрафторэтилен/гексафторпропилен, сополимер тетрафторэтилен/перфтор(алкилвиниловый эфир) или политетрафторэтилен.
Данные фторполимеры, используемые в настоящем изобретении, находятся в форме частиц, имеющих средний размер частиц от менее чем 1 мкм до приблизительно 100 мкм. Многие фторполимеры получены водной дисперсионной полимеризацией, когда полученные полимеризацией частицы обычно имеют размер диаметра в диапазоне 0,05-0,5 мкм. Приведенные здесь размеры частиц являются средними размерами. Данные водные дисперсии фторполимеров могут быть использованы для обеспечения воды и фторполимерных компонентов эмульсии по настоящему изобретению. Фторполимерный компонент может также присутствовать в форме больших частиц, например, от 20 до 100 мкм, предпочтительно, от 20 до 50 мкм в диаметре. Такие большие частицы могут быть получены коагуляцией из дисперсий или распылительной сушкой, как описано в US Patent 6518349 B1 (Felix et аl.) с необязательной стадией измельчения для получения частиц нужного размера. Эмульсии настоящего изобретения могут содержать фторполимеры только субмикронного размера, в подобном случае содержание фторполимера в эмульсии обычно составляет от 10 до 90 масс.%, предпочтительно, от 20 до 60 масс.%. Используемая здесь ссылка на масс.% эмульсии относится к общей массе влажной композиции. Альтернативно, эмульсии настоящего изобретения могут содержать только большие частицы фторполимера, в подобном случае содержание фторполимера в эмульсии обычно составляет от 10 до 70 масс.%. Предпочтительно, эмульсия содержит фторполимерные частицы, относящиеся к обеим группам, различающимся по размерам, например группу, содержащую 20-40 масс.% частиц субмикронного размера (менее чем 1 мкм или 0,05-0,5 мкм), наряду с группой, содержащей от 30 дo 45 масс.% более крупных частиц (от 20 дo 100 мкм или от 20 дo 50 мкм).
Масляный компонент эмульсии представляет собой алифатический или ароматический углеводород, не смешивающийся с водой при комнатной температуре (15-25°С). Примеры углеводородных масел включают в себя, но не ограничиваются триметилбензолом, ксилолом, пропилбензолом, изопропилбензолом, толуолом и их смесями.
Эмульсию настоящего изобретения получают гомогенизацией (смешиванием) масла в водной фазе, предпочтительно, уже содержащей частицы фторполимера в условиях большого сдвигового усилия, для того чтобы распределить масло в водной фазе в форме мелких частиц. Предпочтительно, в композицию перед перемешиванием со сдвиговым усилием также добавляют эмульгатор для масла для облегчения диспергирования масляных капель в водной фазе и обеспечения стабильности эмульсии. Примеры эмульгаторов включают в себя водорастворимые длинноцепочечные спирты углеводородов, например содержащие, по меньшей мере, 8 атомов углерода, включая додеканол, октанол, деканол и тетрадеканол. Органическая часть молекулы спирта взаимодействует с маслом, а гидрофильная OH-группа способна взаимодействовать с водной фазой, что способствует эмульгированию в процессе перемешивания с высоким сдвиговым усилием. Количество масла в эмульсии настоящего изобретения является эффективным, если оно увеличивает вязкость эмульсии, по меньшей мере, приблизительно до 2000  сП. Минимальное количество масла, необходимое для осуществления такого загустевания, зависит от конкретного используемого масла. Обычно, по меньшей мере, приблизительно 0,8 масс.% от массы эмульсии достаточно для такого загустевания. Желаемая степень загустевания зависит от используемого способа нанесения, как будет объяснено ниже. Обычно количество необходимого масла не превышает приблизительно 5 масс.% от массы эмульсии. Обычно не более чем приблизительно от 0,8 до приблизительно 1,5 масс. % масла необходимо для достижения вязкостей эмульсии от приблизительно 2000 до приблизительно 3000 сП (SP3,20 об/мин), что является предпочтительным диапазоном вязкостей перед разбавлением для получения систем, поддающихся распылению. Количество эмульгатора должно быть таким, которое необходимо для осуществления эмульгирования, происходящего в процессе перемешивания с высоким сдвиговым усилием. Обычно количество эмульгатора для масла находится в диапазоне массовых соотношений от приблизительно 0,2 дo приблизительно 0,5:1. Предпочтительно, чтобы количество эмульгатора находилось в диапазоне от, приблизительно, 0,4 дo приблизительно 2,5 масс. % от массы эмульсии.
Под перемешиванием с высоким сдвиговым усилием подразумевают, что скорость и конфигурация миксера вносят вклад в осуществление процесса перемешивания, приводя к образованию завихрения (водоворота, воронки). В предпочтительном процессе образования эмульсии по данному изобретению дисперсию, содержащую фторполимерные частицы, воду, все другие растворители, пигменты и добавки, зa исключением масла и эмульгатора, перемешивают в миксере со скоростью приблизительно 50 об/мин. Скорость миксера затем регулируют от приблизительно 50 об/мин до более высоких скоростей, от приблизительно 100 дo приблизительно 120 об/мин для образования воронки. Первую порцию углеводородного масла и эмульгатора добавляют в воронку. Скорость миксера затем увеличивают от приблизительно 100 дo приблизительно 120 об/мин, и добавляют оставшееся масло и эмульгатор. В более предпочтительном варианте осуществления масло и эмульгатор смешивают перед добавлением к дисперсии. Скорость (об/мин) перемешивающей (сдвигающей) лопасти для осуществления перемешивания с высоким сдвиговым усилием, необходимого для получения эмульсии, зависит от формы перемешивающей лопасти.
Дисперсия фторполимерных частиц в воде, независимо от того, имеют ли они субмикронные или большие размеры, обычно формируют перед добавлением углеводородного масла. В случае субмикронных частиц фторполимера, частицы диспергируют в водной полимеризационной среде по мере того, как образуются частицы. В водной среде находится поверхностно-активное вещество, не оказывающее влияния на реакцию полимеризации, для обеспечения образования дисперсии фторполимерных частиц, полученных полимеризацией. Примерами таких поверхностно-активных веществ являются водорастворимые соли длинноцепочечных перфторалифатических соединений, например, перфтороктаноата аммония. Для того чтобы диспергируемые частицы фторполимера не коагулировали в процессе перемешивания с высоким сдвиговым усилием, к водной дисперсии перед началом перемешивания добавляют дополнительное количество поверхностно-активного вещества; это поверхностно-активное вещество стабилизирует дисперсию. В качестве неионогенного поверхностно-активного вещества, используемого в процессе образования дисперсии, обычно используют Triton X-100, поставляемый Dow Chemical. Это поверхностно-активное вещество представляет собой этоксилат октилфенола. Другим подходящим поверхностно-активныме веществом, используемым в настоящем изобретении, является Tergitol TMN-6 или Tergitol TMN-10 или их смесь, поставляемые Dow Chemical Corporation. Они представляют собой этоксилаты спирта, различающиеся только содержанием этиленоксида. Спирт, используемый для получения такого поверхностно-активного вещества, представляет собой 2,6,8-триметил-4-нонанол, являющийся разветвленным вторичным спиртом.
Количество такого необходимого поверхностно-активного вещества зависит от способности диспергируемых частиц к коагуляции в процессе высоких сдвиговых нагрузок. Таким образом, тенденция может изменяться в зависимости от особенностей фторполимера, размера его частиц и количества присутствующих частиц фторполимера субмикронного размера. В случае, если в эмульсии настоящего изобретения присутствуют большие частицы фторполимера, частицы диспергируют в водной среде перемешиванием в присутствии поверхностно-активного вещества так, как это делают для стабилизации дисперсий субмикронных частиц, описанных выше.
Фторполимерные частицы в водной среде перед добавлением масла характеризуются вязкостью, равной, приблизительно, 300  сП. Образование эмульсии масла в водной среде приводит к увеличению вязкости до, по меньшей мере, приблизительно, 2000 сП, предпочтительно, до, по меньшей мере, приблизительно, 2500  сП. Для некоторых применений могут быть получены эмульсии, вязкость которых достигает таких высоких значений, как 10 000 сП, и они могут быть использованы для получения композиций, используемых без разбавления, для покрытий, наносимых окунанием. Дисперсии фторполимерных частиц, обладающие высокими вязкостями, стабильны независимо от того, являются ли они субмикронными или бульшими по размерам. Хотя фторполимерные частицы не вносят значительного вклада в вязкость водной дисперсии, они оказывают существенное влияние на вязкость эмульсии. Поэтому концентрацию фторполимерных частиц, присутствующих в композиции, наряду с количеством углеводородного масла, образующего эмульсионную фазу, выбирают так, чтобы получить высокую вязкость, желаемую для эмульсии. Приготовленная таким образом эмульсия данного изобретения имеет вязкость, равную, по меньшей мере, приблизительно 2000  сП. Высокая вязкость делает продукт стабильным и предотвращает осаждение. Эмульсия данного изобретения стабильна в течение года или более и превышает по стабильности имеющиеся в данной области дисперсии, сохраняющие стабильность в течение, приблизительно, 3-6 месяцев.
Нанесение Покрытия
Эмульсия настоящего изобретения может быть нанесена на субстраты обычными способами с образованием нерастрескивающихся покрытий. В зависимости от субстрата, на который должно быть нанесено покрытие, наиболее удобными способами являются нанесение покрытия напылением или валиком. Подходят также другие хорошо известные способы нанесения покрытия, включающие в себя погружение и наматывание. Композиции непригорающей эмульсии могут быть нанесены в виде единичного покрытия или нескольких слоев покрытия. Толщина высушенной пленки (DFT) единичного покрытия обычно составляет, по меньшей мере, 35 мкм, предпочтительно, по меньшей мере, 40 мкм, и более предпочтительно, по меньшей мере, 50 мкм. Обычно максимальная толщина нерастрескивающегося покрытия, полученного за один проход, составляет, приблизительно, 60 мкм. В случае эмульсий настоящего изобретения можно использовать несколько слоев покрытия для достижения толщины, большей, чем 100 мкм, предпочтительно, большей, чем 300 мкм и даже настолько большой, как 1 мм, для нанесений, например, в химической перерабатывающей промышленности, где требуются плотные покрытия. При использовании нескольких слоев композиции эмульсионного покрытия для получения плотных покрытий без использования загустителей исключена возможность присутствия частично разложившегося загустителя, который не полностью испарился. Композиция эмульсионного покрытия по настоящему изобретению может быть нанесена на ряд субстратов, способных выдерживать температуру отжига, например металл и керамику, примеры которых включают в себя алюминий, анодированный алюминий, холоднокатаную сталь, нержавеющую сталь, эмаль, стекло и ситалл.
Когда необходимо наносить эмульсию распылением, ее разбавляют водой непосредственно перед распылением до получения вязкости, желаемой для получения нерастрескивающегося покрытия желаемой толщины. Обычно такая вязкость, используемая при нанесении, равна не более чем приблизительно 1500 сП, обычно в диапазоне от приблизительно 800 дo приблизительно 1500 сП, и обычно не меньше, чем приблизительно 500  сП. Предпочтительно, толщина нерастрескивающегося покрытия, полученного за один проход, после высушивания и отжига составляет, по меньшей мере, 35 мкм и более предпочтительно, по меньшей мере, 40 мкм.
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ
Вязкость
Значения вязкости, приведенные здесь, были определены с использованием вискозиметра Brookfield SyncroLectric Viscometer, model DV II+, со стержнем #3, работающего при 20 об/мин после 2 минут непрерывного вращения при 25°С, если не приведены другие условия. Прибор измеряет вязкость как вращающий момент, производимый при вращении стержня, погруженного в испытуемый материал при определенной постоянной скорости.
Тест на Истирание на абразивной машине Тэйбера
Определение истирания обычно проводят по ASTM D4060, где поверхность пленки подвергают истиранию между двумя абразивными дисками при заданной нагрузке. Потеря веса и потеря DFT являются мерой сопротивления пленки истиранию, и их определяют после проведения заданного числа циклов. Используемым аппаратом является Taber Abrasion Model 503, от Taber Instrument Company. Все испытания по Тэйберу проводят с абразивными дискaми CS17/1 кг нагрузки /1000 циклов за исключением случаев, указанных отдельно. Диски очищают для регенерации поверхности после проведения каждых 250 циклов.
Сопротивление Истиранию по тесту Scotch-Brite 
Тест Scotch-Brite  на сопротивление истиранию (SBAR-тест) основан на стандарте British Standard Specification для кухонной утвари BS 7069 1988. Конечным этапом этого испытания является прорыв покрытия. Прорванную модель сравнивают с эталонным образцом. Поскольку образцы могут различаться в зависимости от типа субстрата, для строгого сравнения покрытий рекомендуют использовать один и тот же субстрат для различных образцов. Циклы проводят до наступления прорыва и представляют в расчете на микрон для того, чтобы нивелировать вариации DFT.
Метод Определения Критического Растрескивания (CCT)
Метод определения CCT, примененный к образцам, является методом определения максимальной толщины пленки, которая может быть получена при нанесении композиции на субстрат до растрескивания пленки. Композицию наносят на мягкую алюминиевую панель, очищенную, но не обработанную абразивным материалом. На поверхность панели наносят грунтовочный слой (10-12 микрон DFT). Грунтовочный слой высушивают в течение 5 минут при 105°С с последующим отжигом при 380°С в течение 20 минут. Испытуемое наружное покрытие наносят на образец, имеющий форму клина, таким образом, что на один конец горизонтально расположенного образца наносят покрытие, имеющее толщину 10 микрон (DFT), увеличивая толщину покрытия на значения приращений в 5-10 микрон вдоль панели до тех пор, пока противоположный конец панели не будет иметь покрытие толщиной в 60-70 микрон. Образование приращений получают повторным распылением, используя метод окраски по влажному слою, увеличивая число нанесений, что приводит к желаемой толщине с одного конца панели до другого. После того как нанесены все приращения, покрытый субстрат высушивают в течение 5 минут при 105°С, подвергают отжигу в течение 20 минут при 380°С и, по выбору, подвергают продолжительному отжигу при 330-340°С в течение 3 часов. Полностью отожженную пленку покрытия рассматривают под микроскопом с 10-кратным увеличением для определения областей растрескивания. Области растрескивания измеряют с помощью измерительного устройства Fisher Dualscope MP4C для определения DFT.
ПРИМЕРЫ
Фторполимеры
FEP-дисперсия 1: дисперсия TFE/HFP смолы фторполимера в воде, содержащая 3,2-4,04% HFP, и со скоростью течения расплава, равной 8,9-13,3 г/10 мин, измеренной при 372°С методом ASTM D-1238, масс.% твердого вещества составляет 54,50-56,50% и RDPS в диапазоне 150-210 нм. Размеры частиц грубой дисперсии (RDPS) измеряют методом фотон-корреляционной спектроскопии.
FEP-дисперсия 2: дисперсия TFE/HFP смолы фторполимера в воде, содержащая 9,8-12,4% HFP, и со скоростью течения расплава, равной 5,3-13, 3 г/10 мин, измеренной при 372°С методом ASTM D-1238, масс.% твердого вещества составляет 53,00-56,50% и RDPS в диапазоне 150-210 нм. Размеры частиц грубой дисперсии (RDPS) измеряют методом фотон-корреляционной спектроскопии.
FEP-порошок 1: TFE/HFP фторполимерного порошка, содержащего 10,3-13,2% HFP, с размером частиц, приблизительно, 10 микрон и скоростью течения расплава, равной 2,95-13,3 г/10 мин, измеренной методом лазерного рассеяния света сухих частиц (используя Microtrac 101 Laser Particle Counter, поставляемый Leeds & Northrup, подразделение Honeywell Corporation).
3
FEP-порошок 2: TFE/HFP фторполимерного порошка, содержащего 10,3-13, 2% HFP, с размером частиц в диапазоне 28,9-45,7 микрон и скоростью течения расплава, равной 2,95-13,3 г/10 мин, измеренной при 372°С методом ASTM D-1238, бестарная объемная плотность составляет 55-87 г/100 см.
Полимерный Загуститель
Полиамидо-имид (PAI) представляет собой 36 масс.% раствор смолы PAI в растворителе на основе N-метилпирролидона (NMP), содержащий лигроин и бутиловый спирт в соотношении NMP/лигроин/спирт 40,5/21,5/2,0 (степень чистоты PD-10629, Phelps-Dodge Magnet Wire Co.).
Смола PES представляет собой полиэфирсульфоновые гранулы Ultrason E 2020P, полученные от BASF.
В следующих примерах субстраты из алюминиевого листа очищены и обработаны абразивным материалом из смеси (50/50), состоящей из абразивной пыли оксида алюминия с размерами 60 и 80 меш при применении давления 5-6 бар до шероховатости, составляющей приблизительно 3-5 микрон Ra.
Грунтовочные слои, образованные в Примерах, имеют следующий состав перед отжигом (величины приведены в % масс.):
Таблица 1
Грунтовочные покрытия
Грунтовочный слой 1 Зеленый
Грунтовочный слой 2 Синий
Полимерные загустители
PAI-смола
2,83
2,70
РЕS-смола
6,87
6,57
Бутилированная меламиноформальдегидная смола Фторполимер
0,20
0,20
FEP-порошок
11,25
10,76
Растворители
N-метил-2-пирролидон
48,95
48,60
Другие органические вещества*
19,19
17,31
Пигменты
Оксид хрома (III)
2,82
Ультрамарин синий
4,83
Сульфат бария
6,58
7,67
Другие добавки**
1,31
1,36
Итого
100
100
* другие органические вещества могут включать в себя диацетоновый спирт, метилизобутиловый спирт, тяжелый лигроин, изобутиловый спирт и т.д. или их смеси.
** другие добавки могут включать в себя диспергирующие агенты, например Triton 100 и/или добавку, повышающую текучесть, например полиакриловую смолу.
Верхние слои покрытия, образованные в Примерах, имеют следующий состав перед отжигом (величины приведены в % масс.):
Таблица 2
Наружные слои покрытия
Наружный слой 1
Наружный слой 2
Наружный слой 3
Наружный слой 4
Фторполимер
FEP-дисперсия 1
83,14
70,23
70,18
FEP-дисперсия 2
23,34
FEP-порошок 2
28,00
Растворители
Глицерин
7,69
6,35
6,35
4,66
Ксилол
7,83
7,54
7,53
Другие органические вещества
0,40
Вода
5,99
7,65
35,20
Диспергирующий агент
Triton
1,34
3,00
3,10
4,00
Сурфинол
2,80
Натрий нафталинсульфонат
0,07
0,04
Пигменты
Оксид хрома (III)
6,82
Кобальт синий
5,12
Углерод черный
0,03
Эмульгатор
1-додеканол
0,53
Ароматика
1,07
Углеводородное* масло
Итого
100
100
100
100
* Solvesso 100 (от EssonMobil или Shell), углеводородная фракция, содержащая >50% лигроина (слабо ароматическая), +/-34% 1,2,4-триметилбензола и содержащая ксилол, мезитилен, пропилбензол и изопропилбензол.
Сравнительный пример А
Для получения нанесенного субстрата зеленого цвета слой зеленого грунтовочного покрытия 1 (DFT 10-15 микрометров) наносят на обработанную абразивным материалом (как описано выше) алюминиевую панель и высушивают в течение 10 минут при 250°С. Затем наносят зеленый покровный слой 2 (10-12 микрон) и высушивают в течение 5 минут при 105°С с последующим отжигом при 380°С в течение 20 минут. Второй верхний зеленый слой 2 (DTF 10-12 микрометров) наносят и высушивают в течение 5 минут при 105°С с последующим отжигом при 380°С в течение 20 минут. Затем наносят верхний прозрачный слой 1 (10-12 микрометров) на верхний отделочный слой и высушивают в течение 5 минут при 105°С с последующим отжигом при 380°С в течение 20 минут. Покрытый субстрат затем подвергают продолжительному отжигу в течение 3 часов. Общая толщина сухой пленки (DFT) покрытия составляет 40-50 микрометров. Покрытия наносят с использованием пульверизатора DeVilbiss, модель JGA с 1,4 миллиметровой насадкой при давлении 3 бар.
Перед нанесением определяют вязкости верхних слоев, используя стержень #2, работающий при 20 об/мин, как было описано выше. Вязкость верхнего слоя 1 равна 150  сП. Вязкость верхнего слоя 2 равна 200 сП.
Покрытую панель подвергают тесту по Тэйберу на истирание и SBAR-тесту, как описано в разделе Методы Измерения.
Определенное значение истирания, определенное по тесту Тэйбера, равно 57,3 мг. Результаты SBAR-теста дают значение 90 циклов/микрон.
Каждый из верхних слоев 1 и 2 подвергают тесту на Критическое Растрескивание, как описано в разделе Методы Измерения. CCT для обоих верхних слоев, используемых в этой системе, составляет 10-15 микрон.
Сравнительный Пример В
Для получения покрытого субстрата синего цвета используют тот же самый способ, который описан в Сравнительном Примере А, за исключением того, что в качестве грунтовочного слоя используется синий грунтовочный слой 2 и два синих верхних слоя 3 вместо верхнего слоя 2. Так же, как и в Сравнительном Примере А, в качестве верхнего отделочного слоя использовали слой прозрачного верхнего слоя
Перед нанесением определяют вязкости верхних слоев, используя стержень 2, работающий при 20 об/мин, как описано выше. Вязкость верхнего слоя 3 равна 200 сП.
Покрытую панель подвергают тесту по Тэйберу на истирание и SBAR-тесту. Верхний слой 3 анализируют для определения Толщины Критического Растрескивания (ССТ).
Результаты определения истирания по тесту Тэйбера, SBAR и CCT приблизительно те же, что и описанные в Сравнительном Примере А.
Пример 1
Для получения верхнего слоя 4, который получают из эмульсии, являющейся предметом данного изобретения, все ингредиенты для этого поверхностного слоя, как показано в Таблице 3, за исключением додеканола и ароматических углеводородов, смешивают в смесительном резервуаре (1390 x 1100 мм). Внутри резервуара имеются пропеллеры A320, поставляемые Mervers, причем отношение диаметра пропеллера к диаметру резервуара равно 0,44. Скорость смесителя отрегулирована на 80-100 об/мин для образования воронки. Додеканол и ароматический углеводород смешивают отдельно, а затем приблизительно половину от общего количества медленно добавляют в воронку. Скорость миксера увеличивают до 100-120 об/мин и добавляют оставшееся количество смеси додеканола и ароматического углеводорода. Вязкость увеличивается от 400-500 до 2500 сП в течение приблизительно 5-10 минут после начала добавления смеси додеканола и ароматического углеводорода. При такой высокой вязкости продукт стабилен в течение периода до одного года, и предотвращается осаждение. Для нанесения вязкость эмульсии снижают до 1100-1200 сП (SP3, 20 RPM) разбавлением 10-12% воды.
Для получения нанесенного субстрата зеленого цвета слой зеленого грунтовочного слоя 1 (DTF 10-15 микрометров) наносят на обработанную абразивным материалом (как описано выше) алюминиевую панель и высушивают в течение 10 минут при 250°С. Затем наносят зеленый покровный слой 4 (30-40 микрометров) и высушивают в течение 5 минут при 105°С с последующим отжигом при 380°С в течение 20 минут. Покрытый субстрат затем подвергают продолжительному отжигу при 330-340°С в течение 3 часов. Общая толщина сухой пленки (DFT) покрытия составляет 40-50 микрометров при нанесении только одного верхнего слоя. Грунтовочный слой покрытия наносят с использованием пульверизатора DeVilbiss, модель IGA c 1,4 миллиметровой насадкой под давлением 3 бара. Покровный слой 4 наносят, используя кремлевский пульверизатор низкого давления, модель М21G с 1,8 миллиметровой насадкой под давлением 1-2 бара.
Покрытую панель подвергают тесту по Тэйберу на истирание и SBAR-тесту. Поверхностный слой 4 анализируют для определения Критической Толщины Растрескивания, как описано в разделе Методы Измерения.
Найденное значение истирания, определенное по тесту Тэйбера, равно 13,5 мг. Результаты SBAR-теста дают значение 115 циклов/микрон. Значение ССТ для поверхностного слоя 4 этой системы больше, чем 50 микрометров, поэтому не наблюдается реального растрескивания.
Зеленый цвет грунтовочного слоя покрытия придает зеленую окраску всему покрытию, видимую через поверхностный слой 4. Альтернативно, пигмент может быть добавлен к поверхностному слою 4, что приводит к тем же результатам.
Сопротивление истиранию и критическая толщина растрескивания этой системы в значительной степени улучшились по сравнению с предыдущими композициями, известными в данной области, описанными в Сравнительных Примерах A и B. Характеристики адгезии и глянца и проведение отжига обладают прекрасными свойствами при использовании для противопригарного покрытия.
Пример 2
Для получения покрытого субстрата синего цвета используют тот же самый способ, который описан в Примере 1, за исключением того, что в качестве грунтовочного слоя используется синий грунтовочный слой 2. Так же, как и в Примере 1, в качестве верхнего отделочного слоя наносят плотный поверхностный слой 4 (DFT 40-50 микрометров).
Результаты определения истирания по тесту Тэйбера, SBAR-тесту и CCT приблизительно те же, что и описанные в Примере 1.