非粘性涂層的制作方法
【專利摘要】為了提供即使在負(fù)荷下也能夠?qū)崿F(xiàn)極高涂層厚度的非粘性涂層，使用了帶有嵌入的非粘性顆粒的聚合基質(zhì)。
【專利說明】非粘性涂層
[0001]本申請(qǐng)是專利申請(qǐng)?zhí)枮?00780049237.7的發(fā)明申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及非粘性(non-stick)涂層(coating),例如已知用于滑動(dòng)軸承,地板覆蓋物或甚至復(fù)印機(jī)滾筒等。
【背景技術(shù)】
[0003]在這方面，可以將非粘性顆粒形式的固體添加劑，例如PTFE、六方氮化硼、石墨或類似物嵌入熱塑性聚合物中，該聚合物又負(fù)載在例如由燒結(jié)青銅制成的基底(substrate)上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目標(biāo)是提供即使在載荷下也允許極高涂層厚度的非粘性涂層。
[0005]提出一種非粘性涂層作為解決方案，其特征在于非粘性顆粒嵌在熱固性聚合基質(zhì)(matrix)中。
[0006]在由此構(gòu)造成的聚合基質(zhì)中，與現(xiàn)有技術(shù)相反，該聚合基質(zhì)具有相對(duì)較高程度的穩(wěn)定性，因此可以省去本身承重的輔助基底，如青銅燒結(jié)基底或類似物。
[0007]在這方面，術(shù)語(yǔ) “熱固性聚合基質(zhì)”是指可以被液化和/或僅通過分解再次除去的聚合基質(zhì)。特別地，塑性體和/或熱塑性塑料可能與其不同。在這方面，該聚合基質(zhì)可以例如包含聚氨酯、聚脲和/或環(huán)氧化物和/或交聯(lián)的工業(yè)橡膠(technical rubbers)。
[0008]聚合基質(zhì)優(yōu)選是交聯(lián)的聚合基質(zhì)，非粘性官能團(tuán)位于其網(wǎng)絡(luò)中。
[0009]已令人驚訝地表明，此類非粘性官能團(tuán)不僅增強(qiáng)相應(yīng)聚合基質(zhì)的非粘性性，還由于該聚合基質(zhì)中的此類非粘性官能團(tuán)，嵌入的非粘性顆粒更好地結(jié)合在該聚合基質(zhì)中。
[0010]因此，以這種方式并且不管本發(fā)明的其余特征，使用由帶有嵌入的非粘性顆粒的交聯(lián)的聚合基質(zhì)(非粘性官能團(tuán)(functional non-stick groups)位于其網(wǎng)絡(luò)中)產(chǎn)生的非粘性涂層，可以顯著提高此類非粘性涂層的壽命。結(jié)果，一方面，耐磨性提高，且另一方面，使用合適的構(gòu)造，還可以提高非粘性涂層的厚度。
[0011]例如，可以提供氟化官能團(tuán)、含硅的官能團(tuán)和/或官能烴基作為非粘性官能團(tuán)，在這種情況下，聚合基質(zhì)中最終決定材料性質(zhì)和反應(yīng)行為的所有原子團(tuán)都可以由術(shù)語(yǔ)“官能團(tuán)”表示。因此，非粘性官能團(tuán)是指這樣的官能團(tuán)一其使得包含所述非粘性官能團(tuán)的聚合基質(zhì)在該官能團(tuán)區(qū)域中的粘合性低于該聚合基質(zhì)的其余區(qū)域。
[0012]如上文已指明的那樣，在合適的構(gòu)造下，該非粘性官能團(tuán)可以與嵌入的非粘性顆粒相互作用。在其為化學(xué)鍵的情況下，該非粘性顆粒本身成為該非粘性涂層的聚合基質(zhì)的非粘性官能團(tuán)。但是這種觀察僅涉及該非粘性顆粒的原子尺寸，因此不能再涉及嵌入的非粘性顆粒。這種觀察是中型(mesoscopic)規(guī)模的，其中不再涉及由尺寸大于聚合基質(zhì)平均自由鏈長(zhǎng)的非粘性材料組成的區(qū)域。但是，由非粘性區(qū)域的這種量級(jí)，即使所述非粘性顆粒通過經(jīng)由聚合基質(zhì)的合適官能團(tuán)的化學(xué)鍵而化學(xué)鍵合到聚合基質(zhì)上，也可能涉及嵌入的非粘性顆粒。
[0013]另一方面，嵌入的非粘性顆粒與該聚合基質(zhì)的官能團(tuán)之間的化學(xué)鍵合不是必需的。相反，由于也可包括非粘性官能團(tuán)的官能團(tuán)，在合適的構(gòu)型中，如果創(chuàng)造出使非粘性顆粒留在其中而不在聚合基質(zhì)的其它區(qū)域中的環(huán)境，這就足夠了。這可以例如通過各自的官能團(tuán)與嵌入的非粘性顆粒之間的范德華力和/或粘合力發(fā)生。類似地，可以設(shè)想與嵌入的非粘性顆粒的其它相互作用，其優(yōu)選在交聯(lián)階段中已經(jīng)生效，因此在交聯(lián)階段中已經(jīng)生成用于該非粘性顆粒的合適空間，其由于相互作用的官能團(tuán)所要求的非粘性顆粒與聚合基質(zhì)之間的相互作用而更加靠近，并由此提供特別適合在聚合基質(zhì)固化過程中留持該非粘性顆粒的空間。
[0014]在這方面，另外獨(dú)立于本發(fā)明的上述解決方案，非粘性涂層是有利的，其特征在于帶有嵌入的非粘性顆粒的已交聯(lián)聚合基質(zhì)，用于與嵌入的非粘性顆粒相互作用的相互作用官能團(tuán)位于其網(wǎng)絡(luò)中。
[0015]在這方面，根據(jù)本發(fā)明，在相互作用的基團(tuán)與非粘性顆粒之間的每一種相互作用(其導(dǎo)致非粘性顆粒在相互作用基團(tuán)區(qū)域內(nèi)中的結(jié)合大于聚合基質(zhì)的其余區(qū)域)都足夠，無論該相互作用僅在交聯(lián)階段中發(fā)生還是僅在交聯(lián)階段后發(fā)生和/或獨(dú)立于交聯(lián)階段發(fā)生。
[0016]如上文已指明的那樣，該聚合基質(zhì)可以包含聚氨酯和/或環(huán)氧樹脂。在這方面，該非粘性顆?？梢栽诮宦?lián)過程之前和/或之中加入。同樣有利的是，上文公開的非粘性官能團(tuán)和/或相互作用官能團(tuán)已并入供交聯(lián)用的分子鏈和/或大分子中。還可以在樹脂中或在環(huán)氧樹脂用的硬化劑中提供這些官能團(tuán)。因此有利的是，這些官能團(tuán)已預(yù)先施加到制備聚合基質(zhì)用的組分上，原則上也可以考慮僅在交聯(lián)之中或之后施加這些官能團(tuán)，但這通常復(fù)雜得多。由于非粘性官能團(tuán)(functional non-stick groups)和/或相互作用官能團(tuán)(functional interactive groups)常使交聯(lián)困難和/或聚合基質(zhì)的穩(wěn)定性降低,可能有利的是既提供傳統(tǒng)的交聯(lián)原材料又提供具有非粘性官能團(tuán)和/或相互作用官能團(tuán)的交聯(lián)原材料。因此，在環(huán)氧樹脂的情況下，例如可以考慮將由傳統(tǒng)樹脂和具有非粘性基團(tuán)的樹脂構(gòu)成的共混物與相應(yīng)的硬化劑混合。
[0017]優(yōu)選地在該非粘性涂層中，相對(duì)于整個(gè)涂層量提供大于2.5體積％、特別大于5體積％和/或大于10體積％的嵌入的非粘性顆粒。特別地，通過使用熱固性塑性樹脂作為合成基質(zhì)和/或通過使用該非粘性官能團(tuán)或相互作用官能團(tuán)，可以在不削弱該非粘性涂層的穩(wěn)定性的情況下在該聚合基質(zhì)中使用如此高體積百分比的非粘性顆粒。
[0018]同樣通過這種構(gòu)造，如上文已經(jīng)解釋的那樣，可以制造特別高度穩(wěn)定的涂層厚度，因此本發(fā)明特別適用于具有大于0.8毫米，優(yōu)選大于1.0毫米或甚至大于1.2毫米的涂層厚度的非粘性涂層。相應(yīng)地，本發(fā)明的這種非粘性涂層也特別適用于相對(duì)大的物體，例如造紙中的滾筒或待涂布表面積大于I平方米的其它大型滾筒。立即可以看出，當(dāng)涂布4米或更長(zhǎng)且直徑超過30厘米的 滾筒時(shí)，可能使用不了來自精密工程的制造技術(shù)和材料品質(zhì)，如可用于例如印刷或復(fù)印機(jī)滾筒的那些。本發(fā)明的非粘性涂層的優(yōu)異穩(wěn)定性能使其用在機(jī)械工程中，特別是在重型機(jī)械工程和工廠工程中。
[0019]該非粘性涂層優(yōu)選在其涂層厚度的至少50%，特別是至少70%或甚至至少80%上基本均勻地構(gòu)造。在這方面，術(shù)語(yǔ)“均勻”是指，在該區(qū)域中，垂直于非粘性涂層表面的組分的體積百分比變動(dòng)少于20%，優(yōu)選少于10%。由于這種構(gòu)造，該非粘性涂層不同于現(xiàn)有技術(shù)的并入承載材料(bearing material)中的非粘性涂層，后者導(dǎo)致形成格外不均勻的滑動(dòng)層，其中承載材料(例如燒結(jié)青銅)的比例隨材料深度而連續(xù)提高，而滑動(dòng)材料的比例相應(yīng)地隨材料深度的增加而連續(xù)降低。由此,本非粘性涂層基本保持其材料性質(zhì),甚至在更大磨損下也如此。類似地，可毫無問題地進(jìn)行再研磨，因?yàn)橛捎谑褂眠@樣的涂層厚度，材料的去除僅對(duì)材料性質(zhì)具有非常輕微的影響。即使在這種情況下，絕對(duì)顯而易見的是，此類非粘性涂層特別適于高涂層厚度的極端要求，以及高磨損和極大的非粘性表面的情形。
[0020]可構(gòu)造成固體添加劑的嵌入的非粘性顆粒可以包含PTFE、MoS2、六方氮化硼、石墨和/或油脂和/或其它固體滑動(dòng)材料。也可以提供合成或天然蠟。還可以考慮液態(tài)和/或可液化的滑動(dòng)材料和/或具有非粘性性質(zhì)的添加劑，由聚合基質(zhì)保持這些個(gè)體液態(tài)顆粒，從而產(chǎn)生固態(tài)的整體排列。相應(yīng)地也可以使用具有硅氧烷結(jié)構(gòu)(特別例如硅酮)的固態(tài)和/或液態(tài)材料。在這方面，該非粘性顆?？梢晕⒎刍?，即以微米或納米尺度量級(jí)存在(即以納米或更低的量級(jí)存在)。
[0021 ] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，可以將硬顆粒嵌入該非粘性涂層中。由此可以在不過度削弱非粘性性質(zhì)的情況下使磨損最小化。特別地，至少10體積％、優(yōu)選至少15體積％和/或至少20體積％或30體積％的該硬顆?？梢允怯睬??？梢酝ㄟ^例如燒結(jié)、噴霧法和/或通過熔入硬顆粒(melting-1n hard grains)獲得此類硬球。通過使用硬球，該非粘性涂層表現(xiàn)相對(duì)良好，并且與使用硬顆粒的情況相比，與其接觸的材料明顯較少受到應(yīng)力。此外，經(jīng)證實(shí)，硬球可以以明顯更穩(wěn)定的方式錨定在聚合基質(zhì)中。
[0022]因此，至少10體積％，優(yōu)選至少15體積％和/或至少20體積％或30體積％的硬顆?？梢跃哂?gt;0.05、優(yōu)選>0.1、特別>0.15的圓度指數(shù)。累積性地和/或替代性地，至少10體積％ ,特別至少15體 積％和/或至少20體積％或甚至至少30體積％的硬顆粒可以具有平均粒徑的〈15%，優(yōu)選〈12%，特別〈10%的表面粗糙度。作為表面粗糙度的測(cè)量，可以使用平均粗糙度Ra和/或平均粗糙深度(10點(diǎn)高度)RZ，以球面坐標(biāo)或圓形坐標(biāo)表示。
[0023]優(yōu)選地，非粘性涂層的厚度為硬顆粒的平均粒徑的至少四倍大。如上文已經(jīng)解釋的那樣，這種涂層厚度是有利的，特別是在機(jī)械工程中，并且允許通過研磨來反復(fù)重修表面以及即使在磨損情況下也能實(shí)現(xiàn)表面性質(zhì)的均勻性。
[0024]硬顆?？梢蕴貏e包括硬金屬顆粒、陶瓷顆粒和/或鋼顆粒。
[0025]優(yōu)選地，硬顆粒具有大于4，優(yōu)選大于5的莫氏硬度。這種硬度的硬顆粒特別導(dǎo)致聚合基質(zhì)的優(yōu)異的穩(wěn)定性，特別是基本不會(huì)削弱非粘性性質(zhì)。此外，在這種實(shí)施方案中，聚合基質(zhì)可以構(gòu)造成相對(duì)較硬且不會(huì)損失聚合基質(zhì)與硬顆粒相比明顯更大的回彈性的優(yōu)點(diǎn)。
[0026]另一方面，也可以使用更撓性的硬顆粒，特別是當(dāng)選擇本身更撓性的聚合基質(zhì)時(shí)。因此，如果聚合基質(zhì)具有小于80的肖氏D硬度，可能是有利的。在這種構(gòu)造中，硬顆粒的肖氏D硬度因此應(yīng)該大于聚合基質(zhì)的肖氏D硬度，從而充分使非粘性涂層穩(wěn)定化。
[0027]在這方面，特別要注意的是，顆粒和/或表面通?？赡軆H適合莫氏硬度測(cè)量或肖氏硬度測(cè)量。對(duì)于相對(duì)極硬的顆粒，肖氏硬度測(cè)量不再提供有意義的結(jié)果。如果顆粒不是非常硬，莫氏測(cè)量就不再能夠作出區(qū)分，因此不得不采用肖氏硬度測(cè)量。具體實(shí)施方案
[0028]參照三種涂層的下列描述解釋本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征。
[0029]已經(jīng)使用下列原材料制造三種涂層，它們例示了該效果。
[0030]1.環(huán)氧樹脂:雙酚A/F，當(dāng)量180 ；比重1.2g/ccm
[0031]2.帶有非粘性基團(tuán)的環(huán)氧樹脂:當(dāng)量500 ;比重1.lg/ccm
[0032]3.硬化劑:異佛爾酮二胺，當(dāng)量75 ；比重0.9g/ccm
[0033]4.硬材料:石英；比重2.2g/ccm
[0034]5.球形硬材料:氧化招；比重3.9g/ccm
[0035]6.非粘性顆粒:PE-蠟；比重0.9g/ccm
[0036]
【權(quán)利要求】
1.具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于所述非粘性涂層具有帶有嵌入的非粘性顆粒和嵌入的硬質(zhì)顆粒的交聯(lián)的聚合基質(zhì)，非粘性官能團(tuán)位于該交聯(lián)的聚合基質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)中，與嵌入的非粘性顆粒相互作用，其中該非粘性涂層在其涂層厚度的至少50%上基本均勻地構(gòu)造，其中至少10體積％的所述硬質(zhì)顆粒是硬球，和/或具有大于0.05的圓度指數(shù)，且其中涂層厚度為所述硬質(zhì)顆粒的平均粒徑的至少四倍大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于所述非粘性官能團(tuán)包含氟化官能團(tuán)、含硅的官能團(tuán)，特別是類硅酮官能團(tuán)，和/或官能烴基。
3.具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于所述非粘性涂層具有帶有嵌入的非粘性顆粒和嵌入的硬質(zhì)顆粒的交聯(lián)的聚合基質(zhì)，用于與嵌入的非粘性顆粒相互作用的相互作用官能團(tuán)位于該交聯(lián)的聚合基質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)中，其中該非粘性涂層在其涂層厚度的至少50%上基本均勻地構(gòu)造，其中至少10體積％的所述硬質(zhì)顆粒是硬球，和/或具有大于0.05的圓度指數(shù)，且其中涂層厚度為所述硬質(zhì)顆粒的平均粒徑的至少四倍大。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于聚合基質(zhì)包含聚氨酯。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于聚合基質(zhì)包含環(huán)氧樹脂。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于聚合基質(zhì)包含聚脲。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于聚合基質(zhì)包含交聯(lián)的橡膠。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于嵌入的非粘性顆粒多于2.5體積％。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于嵌入的非粘性顆粒多于5體積％。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于嵌入的非粘性顆粒多于10體積％。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于涂層厚度大于0.8暈米。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于涂層厚度大于I毫米。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于涂層厚度大于1.2毫米。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于該非粘性涂層在其涂層厚度的至少70%上基本均勻地構(gòu)造。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于該非粘性涂層在其涂層厚度的至少80%上基本均勻地構(gòu)造。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于所述非粘性顆粒包含PTFE、MoS2、六方氮化硼、Na3AlF6、油脂、合成和/或天然蠟、具有硅氧烷結(jié)構(gòu)的固體和/或液體材料，和/或具有非粘性性質(zhì)的液體添加劑。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于通過燒結(jié)、噴霧法和/或通過熔合(melting-on)硬質(zhì)顆粒獲得該硬球。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于至少10體積％的所述硬質(zhì)顆粒具有大于0.1、特別大于0.15的圓度指數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18之一的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于相對(duì)于所述硬質(zhì)顆粒，硬球的比例為至少15體積％,優(yōu)選至少20體積％,特別是至少30體積％。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19之一的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于所述硬質(zhì)顆粒包含硬金屬顆粒、陶瓷顆粒和/或鋼顆粒。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20之一的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于所述硬質(zhì)顆粒具有大于4,優(yōu)選大于5的莫氏硬度。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至20之一的具有非粘性涂層的大型滾筒，其特征在于所述聚合基質(zhì)具有小于80的肖氏D硬度且所述硬質(zhì)顆粒的肖氏D硬度大于所述聚合基質(zhì)的肖氏D硬度。
【文檔編號(hào)】C09D7/12GK103937318SQ201410099140
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2007年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2006年11月3日
【發(fā)明者】克里斯琴·普拉塔, 德克·里克特 申請(qǐng)人:德克·里克特