ITMI20011682A1 - Substrati metallici rivestiti con fluoropolimeri - Google Patents
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Description
S, PATENTS
Descrizione dell'invenzione industriale a nome:
AUSIMONT S.p.A., di nazionalità italiana, con sede in Milano, Piazzetta Maurilio Bossi, 3. ·.
1*20 0 1A 00 168 21
* * * * *
La presente invenzione riguarda un substrato metallico avente un rivestimento polimerico dotato di buone proprietà meccaniche e di adesione al substrato, con una bassa permeabilità al vapor d'acqua in grado di evitare la corrosione del substrato e la delaminazione del rivestimento.
Più in particolare la presente invenzione si riferisce ad un substrato metallico avente un rivestimento polimerico a base di un copolimero etilene/clorotrif luoroetilene (E/CTFE) dotato della combinazione delle proprietà sopraindicate.
E' noto che le apparecchiature metalliche impiegate nel CPI (Chemical Process Industry) quali ad esempio serbatoi, tubazioni, reattori, pompe e valvole costruite ad esempio in ottone (brass) , alluminio, bronzo, acciaio inossidabile e acciaio al carbonio, vengono protette dalla corrosione mediante l'impiego di rivestimenti protettivi a base di polimeri.
Tra i vari metodi di applicazione del rivestimento si possono citare quelli impieganti dispersioni del polimero in solventi organici o suoi lattici acquosi, come pure il metodo di rivestimento mediante l'uso di polveri di polimero (powder coating) . Tra questi metodi ha acquisito una notevole importanza l'electrostatic powder coating, in cui le particelibe di [<">o .o -T.ÀTA<'>T
iF 2448/031) - 2 - f_o2flGQ.2001j1
I IV)I1— A N C» s, IPATENTS
polimero vengono caricate elettrostaticamente e depositate sulla superficie metallica riscaldata e messa a terra. Generalmente, la superficie metallica viene previamente resa pulita e rugosa mediante, ad esempio, decapaggio (etchìng) e sabbiatura, per ottenere una maggiore adesione del rivestimento al substrato e quindi riscaldata a una temperatura superiore alla temperatura di fusione delle polveri di polimero del rivestimento .
Commercialmente vengono utilizzati polimeri fluorurati a base di E/CTFE ad alto Melt Flow Index (>10 g/10') per la loro buona resistenza chimica per effettuare rivestimenti di manufatti con la tecnologia dell ' "electrostatic powder coating". La Richiedente ha verificato che l'adesione fra detti copolimeri e il substrato metallico non è molto elevata negli utilizzi in cui il manufatto metallico rivestito viene a contatto con un ambiente saturo di vapor d'acqua ad alta temperatura, come rilevato dalla presenza di bolle (blisters) o dalla delaminazione del rivestimento. (Si vedano gli esempi di confronto) .
Per aumentare l'adesione è stato proposto nel brevetto US 4.098.756 l'impiego di un "primer" costituito da una miscela di detti copolimeri a base di E/CTFE, una resina epossidica e ossidi di metalli di transizione come Co, Ni, Mn, W. Tuttavia questi sistemi non permettono di ottenere manufatti in cui il rivestimento risulti resistente agli shock meccanici che pos-
(AF 2448/031) 3
sono provocare discontinuità e/o rottura dello strato di pri.-mer con conseguente sostanziale diminuzione delle sue capacità di barriera alla permeazione del vapor d'acqua.
Era quindi sentita l'esigenza di avere a disposizione un rivestimento che possedesse la seguente combinazione di proprietà:
buone proprietà meccaniche e assenza di fragilità dei singoli strati costituenti il rivestimento;
ottima adesione al substrato metallico, anche in un ambiente saturo di vapor d'acqua ad alta temperatura (100°C) per tempi superiori alle 500 ore, preferibilmente 1 000.
E' stato ora inaspettatamente e sorprendentemente trovato che è possibile ottenere rivestimenti aventi le proprietà desiderate sopramenzionate se nell' "electrostic powder coating" con polimeri a base di E/CTFE si utilizza un particolare polimero come primo strato di rivestimento.
Costituisce pertanto un oggetto della presente invenzione un substrato metallico con un rivestimento comprendente uno strato polimerico a) in contatto con il substrato, costituito da un copolimero a base di etilene/clorotrifluoroetilene (E/CTFE) avente una temperatura di seconda fusione (TmII) compresa tra 230°C e 264°C e un Melt Flow Index (MFI) inferiore a 5 g/10', opzionalmente caricato con pigmenti inorganici, ossidi metallici, polvere di mica.
Lo strato a) ha uno spessore di almeno 100 micron, prefe--ribilmente di almeno 200 micron.
In alternativa si può utilizzare uno strato a) come sopra definito e uno strato b), a contatto con lo strato a), detto strato b) costituito da un copolimero etilene/clorotrif luoroetilene (E/CTFE) , opzionalmente contenente un comonomero scelto nel gruppo formato da 3,3,3-trifluoro 2-trifluorometil propene (HFIB), perfluoropropilviniletere (PFVE) , 2,2,4-trifluoro-5-trifluorometossi-1 ,3-diossolo (TTD), preferibilmente PFVE, avente un Melt Flow Index compreso tra 5 g/10' e 30 g/10', opzionalmente caricati con pigmenti inorganici, ossidi metallici, polveri di mica.
La quantità di polvere di mica contenuta negli strati a) e b) può essere dallo 0,1% al 15% in peso, preferibilmente tra 0,5-5% in peso. La polvere di mica utilizzata è preferibilmente rivestita con biossido di titanio. Gli altri componenti opzionali utilizzati quali pigmenti e ossidi metallici sono compresi tra 0,1% e il 30% in peso.
L'E/CTFE dello strato a) è costituito da:
- 45-55% in moli di etilene,
- 55-45% in moli di clorotrifluoroetilene .
Il MFI del copolimero dello strato a) può variare da 0,01 a 5 g/10', preferibilmente è compreso tra 0,1 e 3 g/10'.
Il polimero dello strato a) a base di etilene e clorotrifluoroetilene può contenere anche piccole quantità di un terzo comonomero purché la temperatura di seconda fusione TmII e il MFI rimangano negli intervalli sopra indicati. Come terzo comonomero si possono impiegare ad esempio 3,3 ,3-trifluoro 2-trifluorometil propene (HFIB) , perfluoropropilviniletere (PFVE), 2,2,4-trifluoro-5-trifluorometossi-1 ,3-diossolo (TTD), n-butilacrilato o loro miscele.
Preferibilmente il copolimero (E/CTFE) dello strato a) ha una temperatura di seconda fusione (TmII) compresa tra 235°C e 250 °C.
L'E/CTFE dello strato b) è costituito da:
- 40-60% in moli di etilene,
- 60-40% in moli di clorotrifluoroetilene ,
- 0-10% in moli rispetto alla somma di E+CTFE, di un terzo monomero .
I polimeri degli strati a) e b) possono contenere additivi quali agenti antiossidanti, agenti anti-UV, stabilizzanti termici, "acid-scavenger" , in genere ognuno di questi componenti in quantità comprese tra lo 0,1% e il 5% in peso.
Ancora più preferibilmente il rivestimento dell'invenzione comprende uno strato a) di almeno 300 micron e opzionalmente uno strato b) in modo da ottenere uno spessore del rivestimento compreso tra 500 e 2500 micron, scelto in funzione del-1'impiego .
Con i rivestimenti dell'invenzione è possibile ottenere manufatti rivestiti, in cui il rivestimento ha una bassa permeabilità al vapor d'acqua, elevata adesione e resistenza alla delaminazione e buone proprietà meccaniche e di resistenza chimica.
Come detto i substrati che si possono rivestire con i polimeri dell'invenzione sono costituiti da metalli quali ottone (brass), alluminio, bronzo, acciaio inossidabile e acciaio al carbonio, preferibilmente acciaio al carbonio.
Come detto i polimeri dell'invenzione possono essere applicati ai substrati metallici con vari metodi noti nell'arte.
Si possono citare quelli impieganti dispersioni del polimero in solventi organici o suoi lattici acquosi, come pure il metodo di rivestimento mediante polveri (powder coating) di polimero. Quest'ultimo è il metodo preferito per l'applicazione dei rivestimenti dell'invenzione. Come detto, secondo tale metodo le particelle di polimero vengono caricate elettrostaticamente e depositate sulla superficie metallica riscaldata e messa a terra. Generalmente, la superficie del substrato viene preventivamente pulita come detto sopra.
Qui di seguito vengono indicate le seguenti caratterizzazioni effettuate sui polimeri utilizzati:
Caratterizzazione :
Melt Flow Index (M.F.I.)
Il M.F.I. dei polimeri fluorurati viene misurato secondo la norma ASTM 3275-89, a 275°C e con un peso di 2,16 kg.
Temperatura di seconda fusione (TmII)
a TmII dei p oimeri fluorurati viene determinata tramite calorimetria differenziale a scansione (DSC).
Permeabilità al vapore a 100°C
Una placchetta di metallo rivestita con uno strato polimerico viene sottoposta ad una atmosfera di vapor d'acqua saturo a 100°C Si misura il tempo dopo il quale iniziano ad apparire de e bolle (blister) sulla superficie del rivestimento.
Peelina force
Viene misurata, mediante dinamometro, la forza (N/mm) necessaria per separare il rivestimento dal substrato .
Seguono alcuni esempi illustrativi ma non limitativi della presente invenzione.
ESEMPI
Preparazione dei provini
Una placchetta in acciaio al carbonio delle dimensioni 100 miti x 100 mm con uno spessore di 3 mm viene sabbiata (sandblasting) con sabbia di tipo Corindone rosso bruno ALI-DUR® di dimensionale 16 mesh, ottenendo una rugosità di circa-7 micron.
Successivamente la placchetta viene riscaldata in un forno a 275°C per 40 minuti e quindi estratta dal forno e collegata a terra. Su di essa viene immediatamente spruzzato il materiale di rivestimento sotto forma di polvere secca utilizzando una pistola prodotta dalla compagnia svizzera GEMA, mod.
701/6, che carica elettrostaticamente detta polvere con un voltaggio di 40 kV.
Dopo essere stata rivestita omogeneamente con un primo strato di polvere, la placchetta viene inserita nuovamente in forno alla stessa temperatura per 10 minuti.
Una volta estratta la placchetta dal forno su di essa possono essere applicati altri strati di polvere, uguale o diversa da quella del primo strato, ripetendo le procedure di spruzzaggio e di riscaldamento in forno descritte sopra.
Vengono preparate più placchette, alcune delle quali vengono esposte al vapor d'acqua saturo a 100°C (1 atm). Poi viene misurata la peeling force sia sulle placchette non esposte al vapor d'acqua sia su quelle esposte.
Esempio 1
Impiegando la procedura generale di preparazione dei provini sopra descritta, sono state preparate delle placchette rivestite con uno strato a) costituito da due strati di cui il primo a contatto con la superficie metallica, ciascuno dello spessore di circa 150 micron, ottenuti da polveri di un copolimero Etilene/Clorotrifluoroetilene (E/CTFE) 50/50 molare, avente un MFI di 0,7 g/10' ed una TmII di 240°C, aventi una dimensione delle particelle compresa tra 10-70 micron, e da uno strato b) costituito da tre strati successivi, ciascuno con spessore di circa. 200 micron, ottenuti da polveri di un polimero Etilene/clorotrif luoroetilene/perf luoropropilviniletere (E/CTFE/PFVE) 49,8/48,5/1,7 in moli, avente un MFI pari a 13 e una TmII di 221°C e avente una dimensione media delle particelle di 120 micron.
Sulle placchette così ottenute è stata misurata la peeling force sia su quelle non esposte al vapor d'acqua sia su quelle esposte.
E' stato anche rilevato il tempo di esposizione al vapor d'acqua dopo il quale si ha la formazione di bolle (blister) sopra la placchetta. I risultati ottenuti sono riportati in tabella 1 .
Sono state inoltre misurate le proprietà meccaniche a 23°C del polimero utilizzato nello strato a) che sono risultate le seguenti:
- Modulo elastico: 1480 MPa
- Sforzo a snervamento: 32 MPa
- Sforzo a rottura: 55 MPa
- Allungamento a rottura: 240 %
Questi valori indicano che il polimero dello strato a) non è fragile ma tenace ed ha sostanzialmente le stesse buone caratteristiche meccaniche del polimero dello strato b).
Esempio 2 (confronto)
E' stata ripetuta la preparazione dell'esempio 1 con l'eccezione che nella preparazione dei primi due strati sono state impiegate polveri di un copolimero Etilene/Clorotrifluoroetilene (E/CTFE) 50/50 molare, avente un MFI di 10 g/10' ed una TmII di 242°C e avente una dimensione media delle particelle di 120 micron.
Sulle placchette così ottenute è stata misurata la peeling force sia su quelle non esposte al vapor d'acqua sia su quelle esposte.
E' stato anche rilevato il tempo di esposizione al vapor d'acqua dopo il quale si ha la formazione di bolle (blister) sopra la placchetta. I risultati ottenuti sono riportati in tabella 1.
Esempio 3
E' stata ripetuta la preparazione dell'esempio 1 con l'eccezione che nella preparazione dello strato a) è stata impiegata una miscela contenente il 97% in peso di polveri del copolimero E/CTFE dell'esempio 1 e il 3% in peso di polvere di mica (rivestita con ossidi di titanio) IRIODIN® 123 della MERCK avente una dimensione delle particelle tra 5 e 25 micron.
Sulle placchette così ottenute è stata misurata la peeling force sia su quelle non esposte al vapor d'acqua sia su quelle esposte. E' stato anche rilevato il tempo di esposizione al vapor d'acqua dopo il quale si ha la formazione di bolle (blister) sopra la placchetta. I risultati ottenuti sono riportati in tabella 1.
Sono state inoltre misurate le proprietà meccaniche a 23°C della miscela utilizzata nello strato a) che sono risultate le seguenti:
- Modulo elastico: 1598 MPa
- Sforzo a snervamento: 30,6 MPa
- Sforzo a rottura: 45 MPa
- Allungamento a rottura: 190 %
Questi valori indicano che la miscela polimerica dello strato a) non è fragile ma tenace ed ha sostanzialmente le stesse buone caratteristiche meccaniche del polimero dello strato b).
Esempio 4
E' stato ripetuto l'esempio 3 con la differenza che lo strato a) è stato ottenuto mediante l'applicazione di tre strati costituiti dalla stessa miscela di polveri.
Sulle placchette così ottenute è stata misurata la peeling force sia su quelle non esposte al vapor d'acqua sia su quelle esposte. I risultati ottenuti sono riportati in tabella 1.
Esempio 5 (confronto)
Impiegando la stessa procedura di rivestimento utilizzata nei precedenti esempi, sono state preparate delle placchette rivestite con cinque strati, ciascuno dello spessore di circa 230 micron, ottenuti da polveri di un polimero Etilene/Clorotrifluoroetilene/3 ,3,3-trifluoro 2-trifluorometil propene (E/CTFE/HFIB) 49/49/2 in moli, avente un MFI di 13 g/10' ed una TmII di 223°C, aventi una dimensione media delle particelle di 120 micron.
Sulle placchette così ottenute è stata misurata la peeling force sia su quelle non esposte al vapor d'acqua sia su quelle esposte.
E' stato anche rilevato i tempo di esposizione al vapor d'acqua dopo il quale si ha la formazione di bolle (blister) sopra la placchetta. I risultati ottenuti sono riportati in tabella 1 .
Esempio 6 (confronto)
E' stato ripetuto l'esempio 5 utilizzando polveri di un polimero Etilene/clorotrifluoroetilene/perfluoropropilviniletere (E/CTFE/PFVE) 49,8/48,5/1, in moli, avente un MFI pari a 13 e una TmII 221°C e avente una| dimensione media delle particelle di 120 micron.
Sulle placchette così ottenute è stata misurata la peeling force sia su quelle non esposte al vapor d'acqua sia su quelle esposte. E' stato anche ilevato il tèmpo di esposizione al vapor d'acqua dopo il qua e si ha la formazione di bolle (blister) sopra la placchetta. I risultati ottenuti sono riportati in tabella 1.
Tabella 1
(*) il rivestimento si rompe ma non si delamina dal substrato
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI Substrato metallico con un rivestimento comprendente uno strato polimerico a) in contatto con il substrato, costituito da un copolimero a base di etilene/clorotrif luoroetilene (E/CTFE) avente una temperatura di seconda fusione (TmII) compresa tra 230°C e 264°C e un Melt Flow Index (MFI) inferiore a 5 g/10 Substrato metallico secon o la rivendicazione 1 comprendente uno strato a) e un strato b), a contatto con lo strato a), detto strato ) costituito da un copolimero etilene, clorotrifluoroet lene, opzionalmente contenente un comonomero scelto nel gruppo formato da 3,3,3 trifluoro 2-trifluorometi propene (HFIB), perfluoropropilviniletere (PFVE) , 2,2,4-trifluoro-5-trif luorometossi-1,3-diossolo (TTD) , preferibilmente PFVE, avente un Melt Flow Index (MFI) compreso tra 5 g/10' e 30 g/10'. 3. Substrato metallico rivestito secondo le rivendicazioni 1-2 in cui lo strato a) è costituito da un copolimero comprendente il 45-55% in moli di etilene e il 55-45% in moli di clorotrifluoroetilene, avente un Melt Flow Index (MFI) compreso tra 0,01 e 5 g/10', preferibilmente tra 0,1 e 3 g/10' e una TmII compresa tra 235°C e 250°C. Substrato metallico rivest ito secondo le rivendicazioni 1-3 in cui lo strato b) co: un copolimero costituito dal 40-60% in moli di dal 60-40% in moli di clorotrifluoroetilene e dallo 0-10% in moli, rispetto alla somma di etilene clorotrifluoretilene , di un terzo monomero . 5. Substrato metallico rives secondo le rivendicazioni 1-4 in cui lo strato a) /o lo strato b) sono caricati con pigmenti inorganici, ossidi metallici, polvere di mica 6. Substrato metallico rivestito secondo la rivendicazione 5 in cui la quantità di mica è compresa tra 0,1%—15% in peso, preferibilmente 0,5-5%, preferibilmente la mica è rivestita con biossido di titanio. 7. Substrato metallico o le rivendicazioni 1-6 in cui lo strato a) ha uno e di almeno 100 micron, prefe ribilmente di almeno 200 micron. 8. Substrato metallico secondo le rivendicazioni 1-7 avente uno spessore del rivestimento compreso tra 500 e 2500 micron clorotrifluoroetilene e dallo 0-10% in moli, rispetto alla somma di etilene clorotrifluoretilene, di un terzo monomero . Substrato metallico rivestito secondo le rivendicazioni 1-4 in cui lo strato a) e/o lo strato b) sono caricati con pigmenti inorganici, ossidi metallici, polvere di mica . 6. Substrato metallico rivestito secondo la rivendicazione 5 in cui la quantità di mica è compresa tra 0,1%-15% in peso, preferibilmente 0,5-5%, preferibilmente la mica è rivestita con biossido di titanio. 7. Substrato metallico secondo le rivendicazioni 1-6 in cui lo strato a) ha uno spessore di almeno 100 micron, preferibilmente di almeno 200 micron. Substrato metallico secondo le rivendicazioni 1-7 avente uno spessore del rivestimento compreso tra 500 e 2500 micron.
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