CH656350A5 - Nicht-haftend ueberzogener stahlgegenstand. - Google Patents

Nicht-haftend ueberzogener stahlgegenstand. Download PDF

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CH656350A5 CH8209/81A CH820981A CH656350A5 CH 656350 A5 CH656350 A5 CH 656350A5 CH 8209/81 A CH8209/81 A CH 8209/81A CH 820981 A CH820981 A CH 820981A CH 656350 A5 CH656350 A5 CH 656350A5
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Description

Die Erfindung betrifft einen nicht-haftend überzogenen Stahlgegenstand, auf welchem eine erste Schicht aus einer im wesentlichen nicht-porösen, keramischen Fritte, eine zweite Schicht aus einer porösen keramischen Fritte und eine dritte Schicht aus einer ein Fluor-Kohlenstoff-Homo- oder -Copolymeres aufweisenden Grundierung aufgebracht sind.
Es ist schwierig, Koch-, Back- und Bratgeschirr aus Stahl mit nicht-haftenden Überzügen, wie beispielsweise Fluor-kohlenstoff-Überzügen, zu überziehen. Wegen der geringen thermischen Leitfähigkeit und des geringen thermischen Diffusionsvermögens, verglichen mit Aluminium oder Kupfer, können sich bei Koch- und Bratgeschirren aus Stahl Bereiche bilden, die heisser sind als andere Bereiche. Dies führt zu einer schnelleren Erweichung oder Zerstörung von Teilbereichen des Überzugs, verglichen mit anderen Teilbereichen.
Um die Rostbildung auf einem Minimum zu halten und wegen der Härte des Stahls wird vorzugsweise eine keramische Fritte verwendet, um das Substrat für den Fluorkohlenstoff-Überzug vorzubereiten, und es wird kein Standstrahlen angewandt, wie dies oft bei Koch- und Bratgeschirr aus Aluminium gemacht wird. Die gegenwärtig verwendeten Fluor-kohlenstoff-Grundierungen enthalten jedoch gewöhnlich Polyamid/imid-Harze, die unerwünschte Reaktionen mit den auf den Stahlsubstraten verwendeten Fritten eingehen. Es ist daher notwendig, Fluorkohlenstoff-Grundierungen zu finden, die auf mit Fritten überzogenen Stahlsubstraten die gewünschten Ergebnisse zeigen.
Die US-PS 3 986 993 (Vassiliou, 19. Oktober 1976) beschreibt eine Fluorkohlenstoff-Grundierungszusammenset-zung, die 1 bis 10 % eines Alkylbenzols, vorzugsweise To-luol, enthält. Toluol ist ein Lösungsmittel, das, wenn irgend möglich, vermieden werden sollte.
In zahlreichen Patenten werden Fritten beschrieben, die auf Stahl gebrannt werden können, sowie Fritten im Zusammenhang mit Fluorkohlenstoff-Überzügen. Beispielsweise beschreibt die US-PS 3 850 867 (Hartmann, 26. November 1974) eine wässrige Mischung von Fluorkohlenstoffharzen und Fritten für die Verwendung auf Metall, wie beispielsweise Aluminium.
Die japanische Patentveröffentlichung 52/121 685 (Matsushita Electric Industries KK, 13. Oktober 1977) beschreibt einen Fluorkohlenstoff-Überzug über einem mit einer Fritte überzogenen Metallsubstrat. Desgleichen die GB-PS 1 239 217 (Welsh Tinplate and Metal Stamping Co. Limited, 14. Juli 1971) und die GB-PS 1 377 955 (VEB Jenaer Glaswerk Schott und Gen., 18. Dezember 1974).
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Im Stand der Technik ist jedoch kein System bekannt, das für einen nicht-haftenden Überzug auf Stahl vollständig zufriedenstellend ist.
Der erfmdungsgemässe, nicht-haftend überzogene Stahlgegenstand, auf welchem eine erste Schicht aus einer im wesentlichen nicht-porösen keramischen Fritte, eine zweite Schicht aus einer porösen keramischen Fritte und eine dritte Schicht aus einer ein Fluorkohlenstoff-Homo- oder -Copo-lymeres aufweisenden Grundierung aufgetragen sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Grundierung von einer Überzugszusammensetzung abgeleitet ist, die enthält:
a) 20 bis 64 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines teilchenförmigen Fluorkohlenstoff-Homo- oder -Copolymeren,
b) 10 bis 22 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, einer kolloidalen Kieselerde mit einem pH-Wert von 8,4 bis 9,9 bei 25°C, deren Teilchen eine Grösse von 5 bis 100 mjim und eine spezifische Oberfläche von 125 bis 420 m2/g aufweisen,
c) 1,5 bis 3,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eines Alkohols mit 4 oder mehr Kohlenstoffatomen, wobei der Alkohol mit Wasser mischbar ist,
d) 1,0 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, einer Fettsäure mit 8 oder mehr Kohlenstoffatomen,
e) 0,3 bis 0,7 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eines Amins der allgemeinen Formel in welcher Rj für einen gegebenenfalls substituierten Al-kyl-Rest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und R2 und R3 jeweils für einen gegebenenfalls substituierten Alkyl-Rest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder für Wasserstoff stehen,
f) 1 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines Siliconharzes,
g) 1 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines polymeren Zusatzes,
h) bis zu 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines Pigments und i) einen flüssigen Träger.
Beim genannten Stahlgegenstand ist das Fluorkohlenstoffpolymere der Grundierung bevorzugterweise ein Homo-oder Copolymeres, das sich von Monomeren ableitet, die von monoäthylenisch ungesättigten Kohlenwasserstoffmonomeren und Kohlenwasserstoffäthermonomeren stammen, wobei die Monomeren vollständig durch Fluoratome oder durch eine Kombination aus Fluor- und Chloratomen substituiert sind, und das Polymere ein zahlenmässiges durchschnittliches Molekulargewicht von wenigstens 20 000 aufweist. Speziell bevorzugterweise ist das Fluorkohlenstoffpolymere Polytetrafluoräthylen. Weitere bevorzugte Komponenten sind:
als Alkohol Diäthylenglykolmonobutyläther, als Fettsäure Ölsäure und als Amin Triäthanolamin.
Die genannte Grundierung ist vor allem abgeleitet von einer Überzugszusammensetzung, die enthält: a) ca. 64 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, teilchenförmiges Polytetrafluoräthylen,
b) ca. 22 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, kolloidale Kieselerde mit einem pH-Wert von 8,4 bis 9,9 bei 25°C, deren Teilchen eine Grösse von 5 bis 100 m (im und eine spezifische Oberfläche von 125 bis 420 m2/g aufweisen,
c) 1,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, Diäthylenglykolmonobutyläther,
d) 1,0 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, Ölsäure,
e) 0,3 bis 0,7 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, Triäthanolamin,
f) ca. 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, Silicon,
g) ca. 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines Acrylpolymeren,
h) 8 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, Pigmente und i) einen flüssigen Träger.
Bei den im Rahmen der Erfindung für die Grundierun-gen verwendeten Fluorkohlenstoffen wird die Technologie der oben erwähnten US-PS 3 986 993, deren gesamte Offenbarung hier mit umfasst sein soll, verwendet, mit der Ausnahme, dass das Alkylbenzol vorteilhafterweise eliminiert wird, und dass gefunden wurde, dass sehr viel engere Bereiche für die Bestandteile notwendig sind, um einen zufriedenstellenden Überzug gemäss der Erfindung auf Stahl zu erhalten.
Die bei der Erfindung zur Anwendung kommenden Stahlsubstrate sind in erster Linie Kohlenstoffstahl-, Legierungsstahl- und rostfreie Stahlmaterialien. In dem Beispiel wurde Kohlenstoffstahl verwendet.
Die im Rahmen der Erfindung einzusetzenden Fritten können gewöhnlicher Art oder auch geschützt sein. Vorzugsweise besteht die erste Schicht der Fritte aus einer Zusammensetzung, die bei einer ersten Temperatur zu einem rohen (unglasierten), jedoch im wesentlichen nicht-porösen Zustand gebrannt werden kann, und die zweite Schicht der Fritte besteht aus einer Zusammensetzung, die bei einer höheren Temperatur als der ersten Temperatur gebrannt werden kann, um eine anhaftende und poröse Schicht zu ergeben. Die Porosität sollte durch das Brennen und die Formulierung so eingestellt werden, dass die Fluorkohlenstoff-Grundierungsschicht zur Verbindung in die poröse Schicht eindringt, jedoch eine kontinuierliche Schicht auf der Fritte ausbildet. Dies erhöht die Zwischenüberzugshaftung mit dem Fluorkohlenstoff-Decküberzug. Geeignete Zusammensetzungen der Fritte umfassen bekannte Zusammensetzungen, die durch bekannte Abmischungstechniken zur Anhe-bung oder Erniedrigung der gewünschten oder benötigten Brenntemperaturen modifiziert worden sind. Beispielsweise wird die Zugabe von A1203 die Brenntemperatur einer Fritte im allgemeinen erhöhen.
Die auf dem Koch- bzw. Bratgeschirr zu verwendenden Fritten enthalten keine toxische Materialien, die für den Kontakt mit Nahrungsmitteln ungeeignet wären. Geeignete Fritten sind offenbart in der US-PS 3 393 086 (Keating, 16. Juli 1968); in der FR-PS 2 282 410 (Ferro Corp., 19. März 1976) und in der oben erwähnten US-PS 3 890 867, die die Bayer-Fritten AL6110 und AL8 und die Ferro-Fritte CN500 betreffen. Die Ferro-Fritte CN700 ist besonders geeignet.
. Eine Frittenzusammensetzung, die zur Anhebung oder Erniedrigung der Brenntemperatur eingestellt werden kann, weist die folgende allgemeine Zusammensetzung auf:
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50
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656 350
4
Gewichtsteile
Quartz
18,0
Feldspat
31,0
hydratisiertes Borax
37,1
Sodaasche
5,9
Natronsalpeter
3,8
Fluorspat
3,0
C03O4
0,5
NiO
0,6
Mn02
1,1
insgesamt 101,0
io
Über der Fluorkohlenstoff-Grundierung kann, gegebenenfalls, eine vierte Schicht aus einem Fluorkohlenstoff als Decküberzug vorliegen. Als Decküberzug kann jeder bekannte und geeignete Fluorkohlenstoff-Decküberzug eingesetzt werden, wie beispielsweise diejenigen von Beispiel 4 der US-PS 4 123 401 (Berghmans und Vary, 31. Oktober 1978). Die Offenbarungen aller oben genannten Patente sollen hier mit umfasst sein.
20
Gewichtsteile bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammen- Feststoffe Setzung
Wässrige Dispersion von PTFE,
60 Gew.% Feststoffe kolloidales Siliciumdioxid
«Ludox AM» (Du Pont) Ti02-Pigment
Diäthylenglykolmonobutyläther Ölsäure
Triäthanolamin Siliconharz
(60% Feststoffe in Xylol) Acrylharz
(Methylmethacrylat/Äthylacry-lat/
Methacrylsäure, US-PS 3 986 993)
entionisiertes Wasser
46.9
32.4 4.6 1.5-3.5 1.0-1.5 0.3-0.7
1.9 1.0
8.0
63
22 10
100
100
Beispiel
Da bei der Fritte und den Fluorkohlenstoff-Decküberzügen eine herkömmliche Technik angewandt werden kann, wird nachfolgend nur die Fluorkohlenstoff-Grundierung an einem Beispiel erläutert. Die Grundierung wurde hergestellt durch Vermischen der folgenden Bestandteile:
25 Tests haben ergeben, dass die Abschälhaftung der Überzüge, wenn sie über Nacht in eine Reinigungsmittellösung getaucht wurden, zusammen mit der Rissfestigkeit am besten sind, wenn die in der vorliegenden Erfindung spezifizierten Mengen an Silicon, Acrylharz und Pigment eingehalten 30 werden.
35
50
«o
65

Claims (7)

656350 PATENTANSPRÜCHE 1. Nicht-haftend überzogener Stahlgegenstand, auf welchem eine erste Schicht aus einer im wesentlichen nichtporösen keramischen Fritte, eine zweite Schicht aus einer porösen keramischen Fritte und eine dritte Schicht aus einer ein Fluorkohlenstoff-Homo- oder -Copolymeres aufweisenden Grundierung aufgetragen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Grundierung von einer Überzugszusammensetzung abgeleitet ist, die enthält: a) 20 bis 64 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines teilchenförmigen Fluorkohlenstoff-Homo- oder Copolymeren, b) 10 bis 22 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, einer kolloidalen Kieselerde mit einem pH-Wert von 8,4 bis 9,9 bei 25°C, deren Teilchen eine Grösse von 5 bis 100 mpm und eine spezifische Oberfläche von 125 bis 420 m2/g aufweisen, c) 1,5 bis 3,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eines Alkohols mit 4 oder mehr Kohlenstoffatomen, wobei der Alkohol mit Wasser mischbar ist, d) 1,0 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, einer Fettsäure mit 8 oder mehr Kohlenstoffatomen, e) 0,3 bis 0,7 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eines Amins der allgemeinen Formel in welcher Ri für einen gegebenenfalls substituierten Al-kyl-Restmit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und R2 und R3 jeweils für einen gegebenenfalls substituierten Alkyl-Rest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder für Wasserstoff stehen, f) 1 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines Siliconharzes, g) 1 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines polymeren Zusatzes, h) bis zu 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines Pigments und i) einen flüssigen Träger.
1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorkohlenstoffpolymere der Grundierung ein Homo- oder Copolymeres ist, das sich von Monomeren ableitet, die von monoäthylenisch ungesättigten Kohlenwasserstoffmonomeren und Kohlenwas-serstoffathermonomeren stammen, wobei die Monomeren vollständig durch Fluoratome oder durch eine Kombination aus Fluor- und Chloratomen substituiert sind, und das Polymere ein zahlenmässiges durchschnittliches Molekulargewicht von wenigstens 20 000 aufweist.
2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorkohlenstoffpolymere Polytetrafluoräthylen ist.
2. Überzogener Stahlgegenstand gemäss Patentanspruch
3. Überzogener Stahlgegenstand gemäss Patentanspruch
4. Überzogener Stahlgegenstand gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkohol Diäthylengly-kolmonobutyläther ist.
5. Überzogener Stahlgegenstand gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fettsäure Ölsäure ist.
6. Überzogener Stahlgegenstand gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Amin Triäthanolamin ist.
7. Überzogener Stahlgegenstand gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundierung abgeleitet ist von einer Überzugszusammensetzung, die enthält:
a) ca. 64 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, teilchenförmiges Polytetrafluoräthylen,
b) ca. 22 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, kolloidale Kieselerde mit einem pH-Wert von 8,4 bis 9,9 bei 25 :C, deren Teilchen eine Grösse von 5 bis 100 mum und eine spezifische Oberfläche von 125 bis 420 m2/g aufweisen,
c) 1,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, Diäthylenglykolmonobutyläther,
d) 1,0 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, Ölsäure,
e) 0,3 bis 0,7 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, Triäthanolamin,
f) ca. 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, Silicon,
g) ca. 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines Acrylpolymeren,
h) 8 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, Pigmente und i) einen flüssigen Träger.
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