Композиция для антипригарного, антиадгезионного, антикоррозионного покрытия способом гетероадагуляции

 

Композиция для антипригарных, антиадгезионных, антикоррозионных покрытий, которые наносятся способом гетероадагуляции на твердую поверхность, может быть использована при производстве химаппаратуры, посуды, электробытовых приборов. Предложенная композиция включает в себя компоненты, мас.%: суспензия фторопласт Ф-4Д 36,0 - 43,0 концентрации 50 - 60% 36,0-43,0 из расчета 57%, в том числе Ф-4Д 20,5 - 24,5; cуспензия фторопласта Ф-4МД концентрации 53% 16,0-20,0, в том числе Ф-4МД 8,5 - 10,6; cлюда молотая 2,4 - 3,5; двуокись титана 1,0 - 2,0; аэросил 1,0 - 2,5; оксалат никеля 1,0 - 2,0; алюминиевая пудра 2,0 - 3,0; оксиэтилированный алкилфенол 1,5 - 2,5; поливинилпирролидон 0,7 - 1,5; полиорганосилоксан 3,5 - 4,5; спирт 1,4-бутандиол или фурфуриловый 1,0 - 2,0; ксилол 0,7-1,5; этилцеллозольв 0,7 - 1,5; ортофосфорная кислота 0,2 - 0,3; 4-амино-2,2,6,6-тетраметилпиперидин 2,0 - 2,5; вода - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к области нанесения антипригарных, антиадгезионных, антикоррозионных покрытий способом гетероадагуляции на твердую поверхность и может быть использовано при производстве химической аппаратуры, посуды, электробытовых приборов и т.д.

Известна композиция (Заявка N 62-234675, Япония, заявл. 17.09. 87. опубл. 22.03.89) для электрохимического окрашивания, содержащая фторполимер и аминосмолу в качестве пленкообразующих компонентов, а также вещество основного характера для полной или частичной нейтрализации карбоксильных групп фторполимера, органический растворитель и воду, водную дисперсию твердых при нормальной температуре парафинов с температурой плавления ниже температуры отверждения пленки.

Недостатком известной композиции являются невысокие физико-механические свойства покрытия низкая адгезионная прочность к металлической подложке и эластичность.

Известна композиция (Заявка N 59-34799, Япония, 1984), состоящая в расчете на 1 л основного растворителя (дистиллированной воды или гидрофильного органического растворителя), 30 350 мл способной к электролитическому осаждению смолы и 10 100 мл электрически нейтрального наполнителя типа дисульфида молибдена, оксида алюминия, силасата алюминия, оксида кремния, оксида титана, графита (углерод технический) и слюды; фторсодержащей смолы и вспомогательного растворителя спирта бутанола, изопропанола или этилцеллозольва.

Недостатком указанной композиции является получение покрытий ограниченной толщины, его низкие эксплуатационные свойства: износостойкость, термостойкость, антипригарность, коррозионная стойкость и нестабильность рабочих параметров композиции (pH, рассеивающей способности, кислотного числа способной к электроосаждению смолы), обусловленные наличием в составе ионогенных добавок.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является композиция (Заявка N 1557230, МКИ C 09 D 3/74, B 05 D 5/08, Великобритания, 1979) для антипригарного покрытия, включающая политетрафторэтилен в виде 50 65% водной суспензии, ксилол, слюду, оксиэтилированный нонилфенол пигмент двуокись титана и воду.

Недостатком данной композиции являются низкие эксплуатационные свойства покрытия антипригарного, антиадгезионного и антикоррозионного; недостаточно высокая адгезионная прочность покрытия, обусловленная отсутствием активных наполнителей; невозможность нанесения ее способом гетероадагуляции, так как в ее состав не входят добавки, обладающие тиксотропными свойствами; неспособность покрытия длительное время противостоять без разрушения термическим ударам.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационных, коррозионно-защитных свойств и адгезионной прочности покрытия к подложке путем его анкерного зацепления на поверхности за счет реализации гетероадагуляции.

Задача достигается благодаря тому, что в композицию, содержащую 57% водную суспензию политетрафторэтилена, оксиэтилированный алкилфенол, слюду молотую, этилцеллозольв, двуокись титана, ксилол и воду добавляется 53% водная суспензия сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, аэросил, оксалат никеля, алюминиевая пудра, поливинилпирролидон, 30%-ный раствор полиметилфенилсилоксана в толуоле, 1,4-бутандиол или фурфуриловый спирт, ортофосфорная кислота и 4-амино-2,2,6,6-тетраметилпиперидин.

Состав предлагаемой композиции следующий, мас.

1.Водная суспензия политетрафторэтилена Ф-4Д (концентрация 50,6-65%), ТУ 6-05 (в расчете на 57%) 36,0 43,0 в том числе фторопласта 20,5 24,5 2. Водная суспензия сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом (53%), ТУ 6-05-2012-85 16,0 20,0 в том числе фторопласта 8,5 10,6 3.Слюда молотая, ГОСТ 855-74 2,4 3,5 4.Поливинилпирролидон, ТУ 6-02-1858-81 0,7 1,5 5.Двуокись титана, ГОСТ 9808-84 1,0 2,0 6.Оксиэтилированный алкилфенол, ГОСТ 8433-81 1,5 2,5 7. 30%-ный раствор полиметилфенилсилоксана в толуоле, ГОСТ 15081-78 3,5 4,5 8. 4-амино-2,2,6,6-тетраметилпиперидин 2,0 2,5
9.Спирт 1,4-бутандиол или фурфуриловый, ТУ 6-092-40-0259-84 1,0 2,0
10.Ксилол, ГОСТ 9949-76 0,7 1,5
11.Этилцеллозольв, ГОСТ 8313-76 0,7 1,5
12.Аэросил, марка АА 1,0 2,5
13.Ортофосфорная кислота, ГОСТ 6552-80 0,2 0,3
14.Алюминиевая пудра 2,0 3,0
15.Оксалат никеля 1,0 2,0
16.Вода, ГОСТ 6709-72 остальное.

В качестве полиорганосилоксана использован 30%-нй толуольный раствор полиметилфенилсилоксана.

Указанный состав дисперсии и pH 9-11, при котором из нее получают полимерную пленку, являются оптимальными и с точки зрения максимально быстрого осаждения необходимого количества полимера, а также и с той точки зрения, что из данной композиции в выбранном интервале pH при наличии в ней наполнителя, обладающего тиксотропными свойствами аэросила, полимерная пленка образуется за счет гетероадагуляции.

В качестве компонентов, обусловливающих высокие эксплуатационные свойства покрытия, получаемого путем гетероадагуляции предлагаемой композиции, использованы Аэросил, двуокись титана, оксалат никеля, мелкодисперсная слюда, алюминиевая пудра, фторопласт в виде водной дисперсии, полиорганосилоксан и поливинилпирролидон.

Известно применение перечисленных компонентов по указанному назначению:
двуокись титана и слюда, как износостойкие наполнители;
полиорганосилоксан, как термоустойчивая добавка;
аэросил, как наполнитель, улучшающий коррозионную стойкость и прочность адгезионных связей;
фторопласт, как добавка, обеспечивающая антипригарность.

Однако неизвестно ни одного технического решения для нанесения полимерной пленки путем гетероадагуляции, где бы использовалась комбинация системы наполнителей: антиадгезионных фторопласта, коррозионностойких аэросила, износостойких частиц двуокиси титана сферической формы, чешуйчатой слюды с высокой степенью анизотропии формы, оксалата никеля. Причем двуокись титана, слюда, аэросил, оксалат никеля, алюминиевая пудра предварительно обрабатывались эмульсией, состоящей из адгезива, в качестве которого использован поливинилпирролидон, модификатора оксиэтилированного алкилфенола и смеси органических растворителей.

Именно сочетание системы наполнителей, органических и минеральных, один из которых обладает высокими тиксотропными свойствами, а также предварительная обработка последних водно-органической эмульсией, позволило достичь антипригарных, антиадгезионных, антикоррозионных, износо- и термостойких свойств, что является существенным отличием от известных покрытий, получаемых электрофоретическим способом.

Существенным отличием от известных покрытий, обладающих антипригарными свойствами, является то, что оно может, помимо металлической поверхности, наноситься на поверхность, обладающую достаточно высокой пористостью и шероховатостью и благодаря анкерному зацеплению полимерной пленки в порах этой основы повышать эксплуатационные свойства и адгезионную прочность покрытия.

Включение в композицию поливинилпирролидона в сочетании с органическими растворителями (1,4-бутандиол или фурфуриловый спирт, толуол, ксилол, этилцеллозольв) и водой обеспечивает равномерный вынос содержащихся в ней политетрафторэтилена и всех минеральных наполнителей, обработанных указанной смесью, в процессе нанесения. В результате этого композиция истощается равномерно по всем составляющим, что позволяет получать покрытия стабильного качества и исключить покомпонентную корректировку состава. Ни в одном из известных технических решений не предлагается включить в композицию для нанесения способом гетероадагуляции поливинипирролидон в сочетании с органическими растворителями, следовательно, данный признак является существенным отличием прелагаемого решения от известных.

Наличие в композиции для антипригарных, антиадгезионных, антикоррозионных покрытий, получаемых методом гетероадагуляции, полиметилфенилсилоксана в сочетании с политетрафторэтиленом в среде 1,4-бутандиола или фурфурилового спирта обеспечивает высокую термостойкость покрытия и стабильность композиции при колебании внешних условий. Следовательно, данный признак также является существенным отличием прелагаемого решения от известных.

Ведение в композицию 4-амино-2,2,6,6-тетраметилпиперидина до pH 9-11 усиливает тиксотропные свойства аэросила, который обеспечивает связующее адгезионное звено фторопластовых покрытий с поверхностью. Это также является существенным отличием предлагаемого решения от известных не только в технологическом, техническом, но и теоретическом плане.

Использование в качестве ионогенного поверхностно-активного вещества оксиэтилированного алкилфенола (ОП-10) в сочетании с поливинилпирролидоном и смесью органических растворителей на основе политетрофторэтилена вместе с полиорганосилоксаном, наносимых методом гетероадагуляции, нам неизвестно. Следовательно, данный признак также характеризуется существенной новизной.

Равномерный выход жидкой водосодержащей фазы из толщи покрытия обеспечивает его формирование на основе четырех растворителей толуола, ксилола, этилцеллозольва, спирта (1/4-бутандиола или фурфурилового) и воды, имеющих большой перепад температур кипения (от 100 до 172^oC), что способствует поддержанию пропорционального соотношения твердой и жидкой фазы в микрослое формирующегося покрытия, исключает образование трещин в покрытии, обусловливает высокие эксплуатационные свойства, повышает антипригарные свойства покрытия вследствие "всплывания" политетрафторэтилена относительно минеральных наполнителей и других связующих при медленном "созревании" покрытия.

При введении в композицию такого наполнителя, как алюминиевая пудра, он предварительно, перед обработкой водно-органической эмульсией, обрабатывался ортофосфорной кислотой, что создавало на его поверхности защитный фосфатный слой, предохраняющий от взаимодействия с водой, конторе сопровождается выделением водорода. Такое техническое решение неизвестно. Следовательно, данный признак также характеризуется существенной новизной.

Также неизвестно использование в качестве наполнителя оксалата никеля, который при термообработке внедряется в структурную сетку фторопласта и тем самым увеличивает износостойкость покрытия.

Таким образом, все отличительные признаки предложенной композиции не идентичны известным техническим решениям и не эквивалентны им.

В процессе проведенного авторами комплекса исследований были установлены диапазоны предельно допустимых значений содержания каждого компонента композиции.

Оптимальное содержание фторопласта Ф-4Д в композиции соответствует 20,5
24,5% в расчете на сухое вещества, что составляет 36,0 43,0% водной суспензии фторопласта 57,0% концентрации и 8,5 10,6% фторопласта Ф-4Д, в расчете на сухое вещество, что соответствует 16 20% водной суспензии фторопласта 53% концентрации. При введении фторопласта по сухому веществу меньше указанных количеств ухудшаются антипригарные, антиадгезионные свойства покрытия, а больше указанных снижается устойчивость покрытия к истиранию.

Сочетание системы дисперсионных наполнителей,
Двуокись титана 1,0 2,0
Анизатропная слюда 2,4 3,5
Аэросил 1,0 2,5
Алюминиевая пудра 2,0 3,0
Оксалат никеля 1,0 2,0
позволило реализовать процесс гетероадагуляции, повысить эксплуатационные свойства покрытия износостойкость, коррозионную стойкость, способность длительное время противостоять без разрушения термическим ударам.

Введение в композицию полиорганосилоксана менее 3,5% понижает термическую стойкость покрытия и ухудшает технологические свойства состава. Избыток полиорганосилоксана, более 4,5% создает большие внутренние напряжения, что вызывает трещины в покрытии.

При содержании оксаэтилированного алкилфенола менее 1,5% снижается кинетическая устойчивость наполнителей в композиции, при содержании более 2,5% состав сильно пенится и ухудшаются механические свойства покрытия, так как имеет место заметное разложение модификатора при отверждении покрытия.

Органический амин, 4-амино-2,2,6,6-тетраметилпиперидин, обеспечивает то оптимальное значение pH среды 9,0 11,0, при котором наиболее сильно проявляются тиксотропные свойства аэросила, обеспечивающие реализацию гетероадагуляции.

Составы композиций для нанесения покрытий приведены в табл.1.

Для характеристики свойств покрытий, полученных способом гетероадагуляции из композиционного материала, при различном соотношении входящих в его состав компонентов, в соответствии с табл.1, определяли:
толщину покрытия микрометром типа МК-25;
пористость при катодной поляризации пластинки с покрытием в растворе 20% -ной серной кислоте при напряжении 10 В (при герметичной беспористом покрытии выделение водорода происходит на непокрытой части);
адгезию, методом параллельных надрезов с применением липкой ленты ЛТ-40;
коррозионную стойкость по солестойкости в 5% растворе NaCl;
прочность на удар по ГОСТ 4765-73;
эластичность по Эриксену;
антипригарность по быстроте удаления сгоревшего молока струей воды;
износостойкость.

Пример 1. Пластинку из алюминиевого сплава АК-5М2 размером 20х40х0,7 мм обезжиривают путем катодной поляризации в дистиллированной воде, в которую добавлено поверхностно-активное вещество, после чего последовательно промывают технической и дистиллированной водой. Можно также использовать любую металлическую поверхность и поверхность, обладающую достаточно высокой пористостью и шероховатостью. На пластинку наносят покрытие способом гетероадагуляции из композиции состава 2 (табл.1), мас.

1.Суспензия фторопласта Ф-4Д, 57% 36,0
в т.ч. Ф-4Д 20,5
ОП-7 2,2
вода 13,3
2.Суспензия фторопласта Ф-4Д 16,0
в т.ч. Ф-4МД, 53% 8,5
ОП-7 0,96
вода 6,56
3.Слюда молотая 3,5
4.Двуокись титана 2,0
5.Аэросил 2,5
6.Оксалат никеля 2,0
7.Алюминиевая пудра 3,0
8.Оксиэтилированный алкилфенол 2,5
9.Поливинилпирролидон 1,5
10.Полиорганосилоксан, КО-08 4,5
в т.ч. КО-08 1,5
толуол 3,0
11.Спирт 2,4-бутандиол или фурфуриловый 2,0
12.Ксилол 1,5
13.Этилцеллозольв 1,5
14.Ортофосфорная кислота 0,3
15. 4-Амино-2,2,6,6-тетраметилпиперидин 2,5
16.Вода 18,7
Композиция данного состава готовится следующим образом: смешивают 13 мл дистиллированной воды, 3,5 г слюды и 2,5 г оксиэтилированного алкилфенола, после чего полученную суспензию в течение 5-10 мин подвергают ультразвуковой обработке с помощью диспергатора УЗДН-2Т. Получают эмульсию, состоящую из 1,5 мл поливинилпирролидена, 4,5 мл полиорганосилоксана, 2,0 мл 1,4-бутандиола, 1,5 мл ксилола, 1,5 мл этилцеллозольва и 2,5 мл оксиэтилированного алкилфенола. В нее при непрерывном перемешивании добавляют 5,7 мл дистиллированной воды, 2,5 г Аэросила, суспензию слюды, 2,0 г оксалата никеля, 2,0 г двуокиси титана, 3,0 г алюминиевой пудры предварительно обработанную 0,3 мл ортофосфорной кислоты и подвергают ультразвуковой обработке с помощью диспергатора УЗДН-2Т. После чего в эту систему при непрерывном перемешивании добавляют водные суспензии фторопласта Ф-4Д и Ф-4МД соответственно 36 г и 16 г, вместе с 2,5 мл 4-амино-2,2,6,6-тетрометилпиперидина.

Полученное покрытие подвергают операции спекания при температуре 380^oC и определяют его основные свойства: толщину покрытия 20 мкм, коррозионно-защитные свойства (продолжительность испытаний до появления признаков коррозии) 480 ч, покрытие без видимых изменений, адгезия 1 балл, прочность на удар 4,5 МПа, эластичность по Эриксену 1 мм, антипригарность - сгоревшее молоко удаляется свободно струей воды, износостойкость при эксплуатации в течение 8 месяцев не имеется нарушений на покрытии.

Пример 2. На предварительно подготовленную пластинку из алюминиевого сплава АК-5М2 наносят покрытие способом гетероадагуляции из композиции состава 4 табл.1, мас.

1.Суспензия фторопласта Ф-4Д, 57% 43,0
в т.ч. Ф-4L 24,5
ОП-7 2,6
вода 15,9
2.Суспензия фторопласта Ф-4МД, 53% 20,0
в т.ч. Ф-4МД 10,6
вода 8,2
ОП-7 1,2
3.Слюда молотая 2,4
4.Двуокись титана 1,0
5.Аэросил 1,7
6.Оксалат никеля 1,0
7.Алюминиевая пудра 2,0
8.Оксиэтилированный алкифенол 1,5
9.Поливинилпирролидон 0,7
10.Полиорганосилоксан 3,5
11.Спирт 1,4-бутандиол или фурфуриловый 1,0
12.Ксилол 0,7
13.Этилцеллозольв 0,7
14.Ортофосфорная кислота 0,2
15.4-Амино-2,2,6,6-тетраметилпиперидин 2,0
16.Вода 19,3
Композиция данного состава готовится так же, как и в примере 1. Полученное покрытие обладает следующими характеристиками: толщина 18 мкм, коррозионно-защитные свойства (продолжительность испытаний до появления признаков коррозии) 480 ч, покрытие без видимых изменений, адгезия 1 балл, прочность на удар 5 МПа, эластичность по Эриксену 1 мм, антипригарность - сгоревшее молоко удаляется свободно струей воды, износостойкость при эксплуатации в течение 8 месяцев не имеется нарушений на покрытии.

Аналогичным образом готовятся составы 1, 3, 5, из которых наносятся покрытия. Свойства покрытий, полученных из составов, указанных в табл.1, представлены в табл.2.

Таким образом, предложенная композиция позволяет получать способом гетероадагуляции покрытия, обладающие достаточно высокими антипригарными, антиадгезионными и антикоррозионными свойствами.

Формула изобретения

Композиция для антипригарного, антиадгезионного, актикоррозионного покрытия способом гетероадагуляции, содержащая 57%-ную водную суспензию политетрафторэтилена, оксиэтилированный алкилфенол, слюду молотую, этилцеллозольв, двуокись титана, ксилол и воду, отличающаяся тем, что она содержит 57%-ную водную суспензию политетрафторэтилена Ф 4Д и дополнительно 53%-ную водную суспензию сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом Ф - 4М, аэросил, оксалат никеля, алюминиевую пудру, поливинилпирролидон, 30%-ный раствор полиметилфенилсилоксана в толуоле, 1,4-бутандиол или фурфуриловый спирт, ортофосфорную кислоту и 4-амино-2,2,6,6-тетраметилпиперидин при следующем соотношении компонентов, мас.

57%-ная водная суспензия политетрафторэтилена Ф 4Д 36,0 43,0
53% -ная водная суспензия сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом Ф 4МД 16,0 20,0
Слюда молотая 2,4 3,5
Двуокись титана 1,0 2,0
Аэросил 1,0 2,5
Оксалат никеля 1,0 2,0
Алюминиевая пудра 2,0 3,0
Оксиэтилированный алкилфенол 1,5 2,5
Поливинилпирролидон 0,7 1,5
30%-ный раствор полиметилфенилсилоксана в толуоле 3,5 4,5
1,4-Бутандиол или фурфуриловый спирт 1,0 2,0
Ксилол 0,7 1,5
Этилцеллозольв 0,7 1,5
Ортофосфорная кислота 0,2 0,3
4-Амино-2,2,6,6-тетраметилпиперидин 2,0 2,5
Вода Остальноем

РИСУНКИ

Рисунок 1