JP2020507493A - 摩耗及び擦傷に耐性のある焦げ付き防止コーティングでコーティングされた基材 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2017年2月7日に出願された米国特許仮出願第62/455,901号の利益を主張しており、その全内容は参照として本明細書に組み込まれる。
本開示は、優れた耐摩耗性及び耐擦傷性を有する焦げ付き防止フルオロポリマーコーティングでコーティングされた基材に関する。
一実施形態では、本発明の焦げ付き防止コーティングのフルオロポリマーは、非溶融加工性ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)であり、これは、コーティング用組成物の配合を簡単にするため、また、PTFEがフルオロポリマー間で最も高い熱安定性を有するという事実のためである。一実施形態では、PTFEは、380℃で少なくとも約1×108Pa・sの溶融粘度を有する。別の実施形態では、PTFEはまた、少量のコモノマー変性剤の共重合から生じる反復単位を含有し得、そのようなPTFEを含む本発明のコーティングの焼成(融着)中の膜形成能力を改善する。コモノマーの例は、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)又はペルフルオロ(アルキルビニル)エーテル(PAVE)などのペルフルオロオレフィンであり、アルキル基は、1〜5個の炭素原子、例えば、ペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)(PPVE)を含有する。そのような変性剤の量は、PTFEへの溶融加工性を付与するには不十分であり、一般にフルオロポリマーの約0.5モルパーセント以下である。一実施形態では、本発明のコーティングの任意の所与の層について、異なる溶融粘度を有するPTFEの混合物をブレンドとして使用し、ブレンドは、フルオロポリマー成分を形成するための単一の(ブレンドされた)溶融粘度を有する。一実施形態では、本発明のコーティングの任意の所与の層について、単一のPTFEが使用され、フルオロポリマーは単一の化学構成及び溶融粘度を有する。
フルオロポリマーに加えて、プライマー層を形成する組成物は、耐熱性高分子バインダー(本明細書では、バインダーとも称される)も含有する。バインダーは、加熱融合時に膜形成するポリマーを含み、また、その融合温度において熱的に安定である。好適なバインダーは、焦げ付き防止フルオロポリマー仕上げ用、フルオロポリマー含有プライマー層の基材への接着用、並びにプライマー層内及びその一部としての膜形成用のプライマー塗布でよく知られている。フルオロポリマー自体は、ほとんどの平滑な基材に対して接着性がないに等しい。バインダーは、概ね非フッ素含有であり、更にフルオロポリマーに、並びに基材に接着する。好ましいバインダーは、水又は水と有機溶媒との混合物に可溶性であるか又は可溶化されるものであり、溶媒は水と混和可能である。この溶解度特性は、水性分散液形状のときに、バインダーをフルオロポリマー成分とブレンドするのに役立つ。
本発明の焦げ付き防止コーティングのプライマー層及び中間コート層は、無機硬膜剤を含有する。これらの層中の無機硬膜剤成分は、存在する場合、コーティング組成物の他の成分に対して不活性であり、フルオロポリマー及び高分子バインダーを溶融させるために使用される焼成温度で熱的に安定である1つ以上の非金属充填材である。硬膜剤は、典型的には均一分散性であるが、本発明のプライマー層及び中間コート層を形成するのに有用な本発明の組成物の水性分散液形状に溶解しないように、非水溶性である。
本発明の焦げ付き防止コーティングは、1つの要素として、基材に接着された連続プライマー層を含む。プライマー層は、高分子バインダー、フルオロポリマー、及び無機硬膜剤粒子を含む。プライマー層は、基材に強く接着し、それが接触する他の実質的にフルオロポリマーの中間コート層及びトップコート層に強く接着して、それらによりコーティングされ、かつ、本発明の焦げ付き防止コーティングに実質的な耐摩耗性を提供する、という複数の機能を果たす。
本発明の焦げ付き防止コーティングは、プライマー層とトップコート層との界面に位置する不連続な中間コート層のコーティング中の存在によって優れた耐摩耗性及び耐擦傷性を実現する。中間コート層は、プライマー及びトップコート層と接触してそこに接着される凝集粒子を含む不連続な層である。凝集粒子は、中間コート層を形成する粒子の不連続な配置を通して見られるプライマー層の表面の露出領域を露呈するように、プライマー層の表面にわたって不連続的に分布している。凝集粒子の約5パーセント〜約20パーセントは、クラスタ内にあり、クラスタは、少なくとも約0.1mmの直径及び少なくとも約0.016mmの高さを有する。クラスタの高さは、所与のクラスタの最も高い点の外縁部までプライマー層の表面に垂直に測定された距離に関連する。
本発明の焦げ付き防止コーティングは、1つの要素として、中間コート層に接着され、また、トップコート層と、中間コート層の粒子を含有しないプライマー層の表面の露出領域に存在するプライマー層との界面でプライマー層に接着された、フルオロポリマーを含む連続トップコート層を含む。
本発明の焦げ付き防止コーティングの層のそれぞれは、従来の手段によって、好ましくは液体媒体の形状で基材に順次塗布することができ、より好ましくは、媒体の液体は水を含み、基材に塗布される組成物は水性分散液である。
本発明の基材は、金属又はセラミックであり得、その例としては、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、冷間圧延鋼、ステンレス鋼、エナメル、ガラス、及びパイロセラムが挙げられる。これらの材料は、基材全体を形成してもよく、又は複合材料の場合は基材の表面のみを形成してもよい。一実施形態では、基材は、平滑かつ清潔であり得、すなわち、Alpa Co.(Milan,Italy)製又は任意のモデルRT80表面テスタ、又は別個のピーク数及びピーク分布、並びに粗さ平均(Ra)、粗さ特性の合計高さ(Rt)、及び平均粗さ深さ(Rz)を測定することができる任意の同等の表面粗さテスタによって測定されるように、約50マイクロインチ(1.25μm)未満の表面特性を有する。バイロセラム及びいくつかのガラスの場合、改善された結果は、肉眼では見えないわずかな化学エッチングなどによる基材表面の活性化によって得られ、すなわち、表面は依然として平滑である。基材はまた、米国特許第5,079,073号に開示されているようなポリアミック酸塩のミストコートなどの接着剤で化学的に処理され得る。
Computer Aided Mechanical Utensil Tester(CAMUT)
CAMUT装置は、表面上の焦げ付き防止コーティングの摩耗試験を行うものであり、焦げ付き防止調理表面の日常使用において遭遇する切断、擦傷、かき取り、及び撹拌などの典型的な調理状況をシミュレートするように設計されている。その用途は、調理中にヒトが毎日行う運動パターンに基づく。この試験は、極端な状況における調理器具の弾力性を測定する。
PTFE分散液:Chemours Company(Wilmington,Delaware)から入手可能なChemours TFEフルオロポリマー樹脂分散液グレード40。商標名PTFE Fluoroplastic Dispersion DISP 40。ASTM D4441によって測定された分散液密度1.51g/cm3(60%固形分)及び平均直径分散液粒径0.23マイクロメートルを有する。
ポリアミック酸ポリマー−ポリアミック酸塩は、30℃でN,N−ジメチルアセトアミド中0.5重量%溶液として測定したときに、少なくとも0.1の固有粘度を有するポリアミック酸として一般に入手可能である。米国特許第4,014,834号(Concannon)に詳述されているように、これは、N−メチルピロリドンなどの合体剤及びフルフリルアルコールなどの減粘剤に溶解し、第三級アミン、好ましくはトリエチルアミンと反応させて、水に溶ける塩を形成する。
Electroschmelzwerk Kempten GmbH(ESK)(Munich Germany)によって供給される炭化ケイ素。
F 1000=5.0〜7.0マイクロメートル中央粒径dS50
P 1200=41.8〜44.8マイクロメートル中央粒径dS50
P 600=20.6〜22.6マイクロメートル中央粒径dS50
P 320=5.0〜7.0マイクロメートル中央粒径dS50
表1の組成物により、PTFE樹脂、FEP樹脂、ポリアミック酸高分子バインダー、及び水性溶媒を含有するプライマー液コーティング組成物を調製する。表2の組成物により、PTFE樹脂、PFA樹脂、アクリルポリマー樹脂、及び水性溶媒を含有するトップコート液体コーティング組成物を調製する。
米国特許第6,291,054号の表7の組成物に従って、PTFE樹脂、FEP樹脂、PAI結合剤、及び水性溶媒を含有するプライマー液体コーティング組成物を調製する。米国特許第6,291,054号の表8の組成物に従って、PTFE樹脂、PFA樹脂、アクリル樹脂、アルミナ、及び水性溶媒を含有する中間コート液体コーティング組成物を調製する。米国特許第6,291,054号の表9の組成物に従って、PTFE樹脂、PFA樹脂、アクリル樹脂、及び溶媒を含有するトップコート液体コーティング組成物を調製する。
米国特許第6,291,054号の表7の組成物に従って、PTFE樹脂、FEP樹脂、PAI結合剤、及び水性溶媒を含有するプライマー液体コーティング組成物を調製する。米国特許第6,291,054号の表9の組成物に従って、PTFE樹脂、PFA樹脂、アクリル樹脂、及び溶媒を含有するトップコート液体コーティング組成物を調製する。表3の組成物により、PTFE樹脂、炭化ケイ素、及び溶媒を含有する中間コート液体コーティング組成物を調製する。
実施例1の材料及び手順を繰り返し、硬化コーティング基準の目付量で送達される中間コート層の量は、この比較例の中間コートを、連続層として硬化プライマー上にスプレーコーティングすることを除いて、実施例1と同じである。
Claims (14)
- 摩耗及び擦傷に耐性のある焦げ付き防止コーティングでコーティングされた基材であって、前記焦げ付き防止コーティングは、
i.)前記基材に接着された連続プライマー層であって、前記プライマー層は、高分子バインダー、第1のフルオロポリマー、及び第1の無機硬膜剤粒子を含む、プライマー層と、
ii.)凝集粒子を含む不連続な中間コート層であって、前記凝集粒子は、前記プライマー層に接着され、前記プライマー層の表面の露出領域を露呈させるように、前記プライマー層の前記表面にわたって不連続的に分布しており、前記凝集粒子の約5パーセント〜約20パーセントは、前記プライマー層の前記表面から測定したときに、少なくとも約0.1mmの直径及び少なくとも約0.016mmの高さを有するクラスタ内にあり、前記凝集粒子は、第2のフルオロポリマー及び第2の無機硬膜剤粒子を含む、中間コート層と、
iii.)前記中間コート層及び前記プライマー層の前記表面の前記露出領域に接着された第3のフルオロポリマーを含む、トップコート層と、
を含む、基材。 - 前記第1のフルオロポリマーが、PTFEであり、前記第2のフルオロポリマーが、前記第1のフルオロポリマーの前記PTFEと同じであるか又は異なるPTFEであり、前記第3のフルオロポリマーが、PFA又はMFAである、請求項1に記載の基材。
- 前記コーティングのそれぞれの層の成分としての前記フルオロポリマーが、前記プライマー層の全ての硬化成分の約10〜約45重量%と、前記中間コート層の全ての硬化成分の少なくとも約70重量%と、前記トップコート層の全ての硬化成分の少なくとも約90重量%と、を構成する、請求項1に記載の基材。
- 前記プライマー層中の前記第1の無機硬膜剤粒子の平均粒径が、約10〜約60マイクロメートルの範囲であり、前記中間コート層中の前記第2の無機硬膜剤粒子の平均粒径が約5〜約44マイクロメートルの範囲である、請求項1に記載の基材。
- フルオロポリマー及び無機硬膜剤粒子を含む前記凝集粒子が、約0.1〜約4mmの平均粒径を有する、請求項1に記載の基材。
- フルオロポリマー及び無機硬膜剤粒子を含む前記凝集粒子が、約0.1〜約1mmの平均粒径を有する、請求項1に記載の基材。
- 前記クラスタが、少なくとも約0.2mmの直径を有する、請求項1に記載の基材。
- 前記クラスタが、少なくとも約0.2mm〜約4mmの直径を有する、請求項1に記載の基材。
- 前記クラスタが、約0.016mm〜約0.1mm以下の範囲の高さを有する、請求項1に記載の基材。
- 前記クラスタが、約0.016mm〜約0.07mm以下の範囲の高さを有する、請求項1に記載の基材。
- 凝集粒子の数の約15パーセントがクラスタ内に含有されている、請求項1に記載の基材。
- 前記中間コート層が、硬化基準で約0.05g/m2〜約0.25g/m2の目付量を有する、請求項1に記載の基材。
- 前記中間コート層が、硬化基準で約0.1g/m2〜約0.2g/m2の目付量を有する、請求項1に記載の基材。
- 前記中間コート層が、硬化基準で約0.12g/m2〜約0.18g/m2の目付量を有する、請求項1に記載の基材。
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