DE69803437T2

DE69803437T2 - Katalytische Porzellan-Email Überzugsmittelzusammensetzung

Info

Publication number: DE69803437T2
Application number: DE69803437T
Authority: DE
Inventors: Alain Aronica; Thierry Souchard
Original assignee: Ferro France SARL
Current assignee: Vibrantz France SARL
Priority date: 1998-01-12
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2018-01-13
Also published as: US6429161B1; EP0931772A1; BR9906890A; WO1999035101A1; EP0931772B1; ES2172039T3; DE69803437D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Überzugsmittelzusammensetzung zur Verwendung zur Bildung eines katalytischen Porzellan-Email-Überzugs auf Vorrichtungen für den Nahrungsmittelbereich, wie beispielsweise Öfen und Mikrowellenkochvorrichtungen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine neue Porzellan-Email-Überzugsmittelzusammensetzung zur Verwendung auf aluminisiertem Stahl, die hervorragende Selbstreinigungsfähigkeit zeigt.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In bestimmten Anwendungen für den Nahrungsmittelbereich, wie den Wänden von Öfen zum Garen von Nahrungsmitteln, ist es vorteilhaft, wenn die Innenseite der Ofenmuffel bzw. des Ofeninnenraumes einen Überzug aufweist, der leichte Reinigung ermöglicht. Leider zeigen die meisten Porzellan-Email- Überzugsmittelmaterialien Charakteristika, die vom Standpunkt der Reinigungsfähigkeit nicht ideal sind. Der Stand der Technik liefert Porzellan-Email-Zusammensetzungen, die verbesserte Reinigungsfähigkeit aufweisen. Beispiele für diese Zusammensetzungen finden sich in der US-A-5 382 552 von Saad et al. und der US-A-4 204 021 von Becker et al. Diese Zusammensetzungen sind jedoch vorwiegend zur Verwendung auf unlegiertem Stahlsubstrat vorgesehen.
In vielen Anwendungen im Nahrungsmittelbereich wird aluminisierter Stahl verwendet. Nishino et al. offenbaren in US-A-4 460 630 ein Porzellan-Email- Überzugssystem zur Verwendung auf aluminisiertem Stahl, das verbesserte Reinigungsfähigkeit aufweist. Das System von US-A-4 460 630 ist jedoch ein Doppelbeschichtungssystem.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung liefert eine neue und verbesserte Porzellan-Email- Überzugsmittelzusammensetzung zur Verwendung auf aluminisiertem Stahl, die trocken als Einzelüberzug (Einzelbeschichtung) aufgebracht werden kann und auch einen hohen Reinigungsfähigkeitsgrad aufweist. Die erfindungsgemäße Überzugsmittelzusammensetzung ist besonders gut geeignet im Zusammenhang mit Kochgeräteanwendungen. Der aluminisierte Stahl muss vor Aufbringung der Emailzusammensetzung nicht entfettet werden.
Das erfindungsgemäße Porzellan-Email-Überzugsmaterial umfasst eine Glaskomponente und ein oder mehrere -Mahlzusätze. Die Glaskomponente schließt eine Zusammensetzung in Gewichtsprozenten von 30% bis 55% SiO&sub2;, 11% bis 20% TiO&sub2;, 0% bis 10% B&sub2;O&sub3;, 20% bis 40% Alkalimetalloxide, weniger als 5% Seltenerdmetalloxide, 0% bis 10% CaO, 0% bis 10% BaO, 0 % bis 10% MnO, 2% bis 12% CuO, 0% bis 10% Sb&sub2;O&sub3;, 1,5% bis 10% Fe&sub2;O&sub3;, 0% bis 10% SnO&sub2;, 0% bis 10% P&sub2;O&sub5;; weniger als 2% MoO&sub3; und weniger als 5% V&sub2;O&sub5; ein. Die Glaskomponente kann eine oder mehrere Glasfritten umfassen, um diese als Summe angegebene Zusammensetzung zu ergeben.
Die genannten und andere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend näher erläutert und insbesondere in den Patentansprüchen dargestellt, wobei die folgende Beschreibung bestimmte veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung detailliert beschreibt, wobei diese jedoch einige der zahlreichen Weisen zeigen, nach denen die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Die neue erfindungsgemäße Porzellan-Email-Zusammensetzung ist eine erhebliche Verbesserung gegenüber Zusammensetzungen des Standes der Technik, da sie durch trockenes elektrostatisches Sprühen auf aluminisierten Stahl aufgebracht werden kann und hervorragende Reinigungsfähigkeit von deutlich mehr als sechs (6) Zyklen zeigt (d. h. mehr als sechs Zyklen des Erhitzens, Garens und Reinigens von angebranntem Nahrungsmittel von der Oberfläche in Übereinstimmung mit ISO 8291).
Die Porzellan-Email-Zusammensetzung umfasst etwa 80 Gew.-% bis etwa 99,9 Gew.-% der Glaskomponente und etwa 0,01% bis etwa 20% Mahlzusätze. Die Glaskomponente stellt eine Zusammensetzung wie folgt:
Die Alkalimetalloxide schließen ein oder mehrere Oxide von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium ein, Die Seltenerdoxide schließen ein oder mehrere Oxide der Lanthaniden und von Yttrium und Scandium ein. Die Seltenerdmetalloxide umfassen im Allgemeinen CeO.
Die erfindungsgemäßen Emailzusammensetzungen sind zur Aufbringung auf ein Substrat unter Verwendung konventioneller Trockenaufbringungstechniken geeignet, wie beispielsweise mittels einer Standard-Corona-Aufladungspistole. Trockenaufbringungstechniken sind wohl bekannt, und werden in US-A- 4 110 487 und US-A-3 928 668 erörtert. Auf die Offenbarungen von US-A- 4 110 487 und US-A-3 928 668 wird hier hinsichtlich ihrer Lehren in Bezug auf die trockene oder elektrostatische Aufbringung von Porzellan-Email- Überzugszusammensetzungen Bezug genommen.
Die erfindungsgemäßen Überzugsmittelzusammensetzungen können ohne Notwendigkeit einer Grundierung oder Haftbrücke direkt auf das Metallsubstrat aufgebracht werden. Die Überzugsmittelzusammensetzung kann mit einer Rate von 25 bis 80 Gramm pro Quadratfuß aufgebracht werden, um eine Überzugsmitteldicke von etwa 3 bis etwa 10 mil nach dem Brennen zu ergeben.
Artikel, die mit der erfindungsgemäßen Überzugsmittelzusammensetzung beschichtet worden sind, können in konventioneller Weise unter Verwendung konventioneller Brenngeräte gebrannt werden. Das Brennen wird im Allgemeinen bei einer Temperatur von 500ºC bis etwa 650ºC für einen Zeitraum von etwa 4 bis etwa 13 Minuten durchgeführt. Die spezielle erwünschte Brenntemperatur ist natürlich eine Funktion der verwendeten Sorte des aluminisierten Stahls und der genauen Zusammensetzung des Emails.
Die Glasfritte oder -fritten, die die Glaskomponente aufweisen, können unter Verwendung konventioneller Glasschmelztechniken hergestellt werden. Zur Herstellung der Glasfritte kann ein konventioneller Tiegel aus feuerfester Keramik, Quarzgut oder Platin verwendet werden, wobei in dem Tiegel geschmolzenes Glas gebildet wird und dann unter Verwendung von wassergekühlten Walzen und Mahlgeräten zu einer Glasfritte verarbeitet wird. Man wird verstehen, dass der Schritt der Herstellung der Glasfritten an sich nicht entscheidend ist, und dass jede der verschiedenen Techniken verwendet werden kann, die Fachleuten wohl bekannt sind.
Man wird verstehen, dass die Glaskomponente in Kombination mit verschiedenen Mahlzusätzen verwendet wird. Es ist auch zu erkennen, dass die Mahlzusätze in Abhängigkeit von den speziellen Aufbringungsbedingungen variieren, die verwendet werden. Bei trockenen (elektrostatischen) Aufbringungen wird die Glaskomponente in Kombination mit einem oder mehreren konventionellen Organopolysiloxanen verwendet. Diese Organopolysiloxane werden üblicherweise in Emailzusammensetzungen verwendet, die zur trockenen Aufbringung vorgesehen sind. Obwohl die Überzugsmittelzusammensetzung hauptsächlich zur trockenen Aufbringung vorgesehen ist, wird man verstehen, dass die verwendeten Glasfritten für elektrophoretische Aufbringungen und andere Nassaufbringungsverfahren wie Sprühen und Tauchen zusammen mit anderen Mahlzusätzen gemahlen werden können, wie Quarz, Bentonit, usw., um eine geeignete Zusammensetzung zu erzeugen. Wie in der Emailtechnik wohl bekannt ist, gibt es einen weiten Bereich anderer akzeptabler Mahlmittel oder -komponenten, die auch in der vorliegenden Erfindung zur Herstellung des gewünschten resultierenden Produkts verwendet werden können.
Das resultierende Produkt liefert vorzugsweise eine Grobkörnigkeit von 4 Gew.-% durch ein Sieb mit einer Maschenzahl von 325 mesh (45 um). Glücklicherweise lässt sich die Feinheit des Mahlens ohne erheblichen Einfluss auf den Endüberzug ändern.
Die folgenden Beispiele dienen lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung und sollten nicht als die Patentansprüche einschränkend angesehen werden.

BEISPIEL 1

Eine Frittenzusammensetzung mit den folgenden Zusammensetzungen wurde unter Verwendung konventioneller Glasschmelztechniken hergestellt.

Oxid Gewichtsprozent

B&sub2;O&sub3; 1,30
CaO 0,16
K&sub2;O 8,14
Na&sub2;O 15,65
Sb&sub2;O&sub3; 1,70
P&sub2;O&sub5; 1,77
Li&sub2;O 3,74
Fe&sub2;O&sub3; 3,20
SiO&sub2; 40,30
BaO 1,32
TiO&sub2; 14,50
SnO 1,52
MnO 2,32
CuO 3,95
Summe 100,00

BEISPIEL II

Eine Porzellan-Email-Überzugsmittelzusammensetzung wurde unter Verwendung der Glasfritte von Beispiel 1 hergestellt, um die nachfolgend beschriebene Zusammensetzung zu liefern. Die Komponenten wurden in konventioneller Weise in einer Kugelmühle gemahlen, bis eine Grobkörnigkeit von 4 Gew.-% auf einem Sieb der Maschenzahl 325 mesh zurückgehalten wurde.

Komponente % Gewichtsteile

Fritte Beispiel I 100
Hydrogenmethylpolysiloxan 0,25
Dimethylpolysiloxan 0,03

BEISPIEL III

Die Emailzusammensetzung von Beispiel II wurde auf nicht-entfetteten aluminisierten Stahl mit einer Trockenaufbringung von 50 g pro Quadratfuß unter Verwendung einer Coronaentladungspistole mit einer Spannung von 70 kV aufgebracht. Die beschichtete Probe wurde dann 8 Minuten in einem Umluftofen bei etwa 560ºC gebrannt. Die Probe zeigte hervorragende Härte und gute Porosität, wie für einen guten katalytischen Überzug erforderlich ist. Die Pulveradhäsion nach 10 Minuten betrug mehr als 60%. Die Reinigungsfähigkeit war selbst nach sechs (6) Zyklen hervorragend.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen erklärt worden ist, sei darauf hingewiesen, dass Fachleuten nach Lektüre dieser Beschreibung zahlreiche Modifizierungen offensichtlich werden. Daher soll die hier offenbarte Erfindung diese Modifikationen abdecken, die in den Bereich der angefügten Patentansprüche fallen.

Claims

1. Katalytische Porzellan-Email-Überzugsmittelzusammensetzung zur Verwendung an aluminisiertem Stahl, mit einer Glaszusammensetzung in Gewichtsprozenten von 30% bis 55% SiO&sub2;, von 11% bis 20% TiO&sub2;, von 0% bis 10% B&sub2;O&sub3;, von 20% bis 40% Alkalimetalloxide, von 0% bis 5% Selteneerdmetalloxide, von 0% bis 10% CaO, von 0% bis 10% BaO, von 0% bis 10% MnO, von 2% bis 12% CuO, von 0% bis 10% Sb&sub2;O&sub3;, von 1,5% bis 10% Fe&sub2;O&sub3;, von 0% bis 10% SnO&sub2;, von 0% bis 10% P&sub2;O&sub5;, weniger als 2% MoO&sub3;, und weniger als 5% V&sub2;O&sub5;.

2. Katalytische Porzellan-Email-Überzugsmittelzusammensetzung nach Anspruch 1, mit 80% bis 99.9% Gewichtsprozenten an Glaszusammensetzung und mit 0,01% bis 20% Gewichtsprozenten an Mahlzusätzen.

3. Katalytische Porzellan-Email-Überzugsmittelzusammensetzung nach Anspruch 2, wobei die Mahlzusätze Organopolysiloxane enthalten.

4. Katalytische Porzellan-Email-Überzugsmittelzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Glaszusammensetzung von 30% bis 55% SiO&sub2;, von 11% bis 20% TiO&sub2;, von 0% bis 8% B&sub2;O&sub3;, von 20% bis 40% Alkalimetalloxide, von 0% bis 2% Selteneerdmetalloxide, von 0% bis 8% CaO, von 0% bis 8% BaO, von 0% bis 8% MnO, von 2% bis 10% CuO, von 0% bis 8% Sb&sub2;O&sub3;, von 2% bis 9% Fe&sub2;O&sub3;, von 0% bis 8% SnO2, von 0% bis 8% P&sub2;O&sub5;, weniger als 1% MoO&sub3;, und weniger als 5% V&sub2;O&sub5; enthält.

5. Aluminisierter Stahl mit einer Beschichtung, wobei die Beschichtung durch Brennen einer Zusammensetzung mit einer Porzellan- Email-Überzugsmittelzusammensetzung nach Anspruch 1 ausgebildet ist.

6. Verfahren zum Ausbilden einer Beschichtung an einem aluminisierten Stahl, mit:

i) Vorsehen eines Teils des aluminisierten Stahls;

ii) Aufbringen eines Porzellan-Email-Überzugmittels auf den aluminisierten Stahl, mit 30% bis 55% SiO&sub2;, mit 11% bis 20% TiO&sub2;, mit 0% bis 10% B&sub2;O&sub3;, mit 20% bis 40% Alkalimetalloxiden, mit 0% bis 5% Selteneerdmetalloxiden, mit 0% bis 10% CaO, mit 0% bis 10% BaO, mit 0% bis 10% MnO, mit 2% bis 12% CuO, mit 0% bis 10% Sb&sub2;O&sub3;, mit 1,5% bis 10% Fe&sub2;O&sub3;, mit 0% bis 10% SnO&sub2;, mit 0% bis 10% P&sub2;O&sub5;, mit weniger als 2% MoO&sub3;, und mit weniger als 5% V&sub2;O&sub5; an Gewichtsprozenten; and

iii) Brennen dieses Teils an aluminisiertem Stahl, um so die Beschichtung an dem aluminisierten Stahl auszubilden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Brennens des aluminisierten Stahls bei einer Temperatur von 500ºC bis 600ºC erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Porzellan-Email- Überzugsmittelzusammensetzung elektrostatisch aufgebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Überzugsmittelzusammensetzung von 30% bis 55% SiO&sub2;, von 11% bis 20% TiO&sub2;, von 0% bis 8% B&sub2;O&sub3;, von 20% bis 40% Alkalimetalloxide, von 0% bis 2% Selteneerdmetalloxide, von 0% bis 8% CaO, von 0% bis 8% BaO, von 0% bis 8% MnO, von 2% bis 10% CuO, von 0% bis 8% Sb&sub2;O&sub3;, von 2% bis 9% Fe&sub2;O&sub3;, von 0% bis 8% SnO&sub2;, von 0% bis 8% P&sub2;O&sub5;, weniger als 1% MoO&sub3;, und weniger als 5% V&sub2;O&sub5; an Gewichtsprozenten aufweist.