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DE3151808C2 - - Google Patents

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DE3151808C2
DE3151808C2 DE3151808A DE3151808A DE3151808C2 DE 3151808 C2 DE3151808 C2 DE 3151808C2 DE 3151808 A DE3151808 A DE 3151808A DE 3151808 A DE3151808 A DE 3151808A DE 3151808 C2 DE3151808 C2 DE 3151808C2
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Description

Es ist schwierig, Koch-, Back- und Bratgeschirr aus Stahl mit nicht-haftenden Überzügen, wie beispielsweise Fluorkohlenstoff-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 Sandstrahlen angewandt, wie dies oft bei Koch- und Bratgeschirr aus Aluminium gemacht wird. Die gegenwärtig verwendeten Fluorkohlenstoff-Grundierungen enthalten jedoch gewöhnlich Polyamid/imid- Harze, die unerwünschte Reaktionen mit den auf den Stahlsubstraten verwendeten Fritten eingehen. Es ist daher notwendig, Fluorkohlenstoffgrundierungen zu finden, die auf mit Fritten überzogenen Stahlsubstraten die gewünschten Ergebnisse zeigen.
Die US-PS 39 86 993 (Vassiliou, 19. Oktober 1976) beschreibt eine Fluorkohlenstoff-Grundierungszusammensetzung, die 1 bis 10% eines Alkylbenzols, vorzugsweise Toluol, 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 38 50 867 (Hartmann, 26. November 1974) eine wäßrige Mischung von Fluorkohlenstoffharzen und Fritten für die Verwendung auf Metall, wie beispielsweise Aluminium.
Die japanische Patentveröffentlichung JP-OS 52/1 21 685 (Matsushita Electric Industries KK, 13. Oktober 1977) beschreibt einen Fluorkohlenstoff-Überzug über einem mit einer Fritte überzogenen Metallsubstrat. Desgleichen die GB-PS 12 39 217 (Welsh Tinplate and Metal Stamping Co. Limited, 14. Juli 1971) und die GB-PS 13 77 955 (VEB Jenaer Glaswerk Schott and Gen., 18. Dezember 1974).
Im Stand der Technik ist jedoch kein System bekannt, das für einen nicht-haftenden Überzug auf Stahl vollständig zufriedenstellend ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer haftfesten Beschichtung für Stahlsubstrate, die den thermischen Eigenschaften von Stahl Rechnung trägt.
Die vorliegende Erfindung stellt einen überzogenen Gegenstand zur Verfügung, umfassend ein Stahlsubstrat, auf welchem eine erste Schicht aus einer im wesentlichen nicht-porösen, keramischen Fritte, eine zweite Schicht aus einer porösen keramischen Fritte, eine dritte Schicht aus einer Fluorkohlenstoff-Grundierung und gegebenenfalls eine vierte Schicht aus einem Fluorkohlenstoff- Decküberzug aufgetragen sind, wobei die genannte Grundierung von einer Überzugszusammensetzung abgeleitet ist, die im wesentlichen besteht aus:
  • a) 20 bis 90 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines teilchenförmigen Fluorkohlenstoff- Polymeren;
  • b) 10 bis 80 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines kolloidalen Siliciumdioxids mit einem pH-Wert von 8,4 bis 9,9 bei 25°C, dessen Teilchen eine Größe von 5 bis 100 µm und eine spezifische Oberfläche von 125 bis 420 m²/g aufweisen;
  • c) 1,5 bis 3,5 Gewichtsteilen, 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 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, einer Fettsäure mit 8 oder mehr Kohlenstoffatomen;
  • e) 0,3 bis 0,7 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eines Amins der allgemeinen Formel in welcher R₁ einen Rest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, der noch andere funktionelle Gruppen enthalten kann, und R₂ und R₃ jeweils einen Rest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder Wasserstoff bedeuten;
  • f) 1 bis 4 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines Siliconharzes;
  • g) 1 bis 4 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines polymeren Zusatzes;
  • h) bis zu 40 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines Pigments; und
  • i) einem flüssigen Träger.
Bei den im Rahmen der Erfindung für die Grundierungen verwendeten Fluorkohlenstoffen wird die Technologie der oben erwähnten US-PS 39 86 993, 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-, Legierungstahl- 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 Anhebung oder Erniedrigung der gewünschten oder benötigten Brenntemperaturen modifiziert worden sind. Beispielsweise wird die Zugabe von Al₂O₃ die Brenntemperatur einer Fritte im allgemeinen erhöhen.
Die auf dem Koch- bzw. Bratgeschirr zu verwendenden Fritten enthalten keine toxischen Materialien, die für den Kontakt mit Nahrungsmitteln ungeeignet wären. Geeignete Fritten sind offenbart in der US-PS 33 93 086 (Keating, 16. Juli 1968); in der FR-PS 22 82 410 (Ferro Corp., 19. März 1976) und in der oben erwähnten US-PS 38 50 867.
Eine Frittenzusammensetzung, die zur Anhebung oder Erniedrigung der Brenntemperatur eingestellt werden kann, weist die folgende allgemeine Zusammensetzung auf:
Gewichtsteile
Quarz
18,0
Feldspat 31,0
hydratisiertes Borax 37,1
Natriumcarbonat Na₂CO₃ 5,9
Natriumnitrat NaNO₃ 3,8
Fluorspat 3,0
CO₃O₄ 0,5
NiO 0,6
MnO₂ 1,1
insgesamt 101,0
Als Fluorkohlenstoff-Decküberzug kann jeder bekannte und geeignete Decküberzug eingesetzt werden, wie beispielsweise diejenigen von Beispiel 4 der US-PS 41 23 401 (Berghmans und Vary, 31. Oktober 1978).
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:
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 werden.

Claims (7)

1. Überzogener Gegenstand, umfassend ein Stahlsubstrat, auf welchem eine erste Schicht aus einer im wesentlichen nicht-porösen, keramischen Fritte, eine zweite Schicht aus einer porösen keramischen Fritte, eine dritte Schicht aus einer Fluorkohlenstoff-Grundierung und gegebenenfalls eine vierte Schicht aus einem Fluorkohlenstoff-Decküberzug aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Grundierung von einer Überzugszusammensetzung abgeleitet ist, die besteht aus:
  • a) 20 bis 90 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines teilchenförmigen Fluorkohlenstoff- Polymeren;
  • b) 10 bis 80 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines kolloidalen Siliciumdioxids mit einem pH-Wert von 8,4 bis 9,9 bei 25°C, dessen Teilchen eine Größe von 5 bis 100 µm und eine spezifische Oberfläche von 125 bis 420 m²/g aufweisen;
  • c) 1,5 bis 3,5 Gewichtsteilen, 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 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, einer Fettsäure mit 8 oder mehr Kohlenstoffatomen;
  • e) 0,3 bis 0,7 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eines Amins der allgemeinen Formel in welcher R₁ einen Rest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, der noch andere funktionelle Gruppen enthalten kann, und R₂ und R₃ jeweils einen Rest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder Wasserstoff bedeuten;
  • f) 1 bis 4 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines Siliconharzes;
  • g) 1 bis 4 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines polymeren Zusatzes;
  • h) bis zu 40 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines Pigments; und
  • i) einem flüssigen Träger.
2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorkohlenstoffpolymere der Grundierung ein Fluorkohlenstoffpolymeres ist, das durch Polymerisieren oder Copolymerisieren von Monomeren erhalten worden ist, ausgewählt unter monoethylenisch ungesättigten Kohlenwasserstoffmonomeren und Kohlenwasserstoffethermonomeren, wobei die Monomeren vollständig durch Fluoratome oder eine Kombination aus Fluor- und Chloratomen substituiert sind, und das Polymere ein zahlenmäßiges durchschnittliches Molekulargewicht von wenigstens 20 000 aufweist.
3. Gegenstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorkohlenstoffpolymere Polytetrafluorethylen ist.
4. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkohol Diethylenglykolmonobutylether ist.
5. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fettsäure Ölsäure ist.
6. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Amin Triethanolamin ist.
7. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundierung abgeleitet ist von einer Überzugszusammensetzung, die besteht aus:
  • a) 64 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, Polytetrafluorethylen;
  • b) 22 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, kolloidalem Siliciumdioxid;
  • c) 1,5 bis 3 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, Diethylenglykolmonobutylether;
  • d) 1,0 bis 1,5 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, Ölsäure;
  • e) 0,3 bis 0,7 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, Triethanolamin;
  • f) 3 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, Siliconharz;
  • g) 2 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, eines Acrylpolymeren;
  • h) 8 bis 12 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, Pigmente; und
  • i) einem flüssigen Träger.
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