Revestimientos de emulsión de materiales polímeros fluorados.

Una composición de emulsión acuosa y aceite con una viscosidad de al menos 2.

000 mPa·s y que contienepartículas de material polímero fluorado en donde dichas partículas de material polímero fluorado comprendenpartículas con un tamaño medio de partícula de menos de 1 micrometro y partículas con un tamaño medio departícula de 20 - 100 micrometros,

en donde la emulsión acuosa y aceite significa una dispersión de agua y pequeñas gotitas de un líquido dehidrocarburo aromático o alifático dispersas en la misma,

y en donde además el líquido de hidrocarburo aromático o alifático es inmiscible con el agua a 15 - 25 ºC y nosupera 5 % en peso en base al peso total de la composición de la emulsión húmeda,

y en donde además la viscosidad se determina usando un viscosímetro Brookfield con un husillo nº 3 que funciona a20 rpm después de 2 minutos de rotación continua a 25 °C, y el tamaño medio de partícula de las partículas con untamaño medio de partícula de menos de 1 micrometro y las partículas con un tamaño medio de partícula de 20 - 100micrometros se miden mediante espectrometría de correlación de fotón y difusión de láser luminoso,respectivamente.

Revestimientos de emulsión de materiales polímeros fluorados Campo de la invención Esta invención se refiere a composiciones de revestimientos de materiales polímeros fluorados en forma líquida.

Antecedentes de la invención Las dispersiones acuosas de materiales polímeros fluorados son bien conocidas en la técnica ya que se usan para aplicación por pulverización sobre sustratos, seguido por secado y curado para formar un revestimiento antiadherente sobre el sustrato. Tales dispersiones tienen típicamente bajas viscosidades, tales como 100 mPa·s (cps) , para facilitar la operación de pulverización. Desafortunadamente, el revestimiento resultante tiene una limitación de espesor, la cual es que a medida que el espesor del revestimiento seco se aproxima a 12 μm, éste se agrieta por el secado y el curado, lo que requiere que se apliquen múltiples capas más delgadas de la dispersión, con la intervención del secado y el curado, con el fin de construir el deseado espesor de revestimiento libre de grietas, por ejemplo, al menos 30 μm para proporcionar una aumentada resistencia a la abrasión. Para aumentar la viscosidad de la dispersión, con el objetivo de obtener revestimientos más gruesos en una única aplicación se han añadido a la dispersión acuosa agentes espesantes que se descomponen y se volatilizan durante el curado del revestimiento de material polímero fluorado. Una desventaja de los agentes espesantes es que no están aprobados para contacto con alimentos en los revestimientos antiadherentes en muchos países, a pesar del hecho de que están diseñados para volatilizarse durante el curado. Sin embargo, a medida que aumenta el espesor del revestimiento se inhibe la volatilización dejando al agente espesante descompuesto en el revestimiento curado. Otra desventaja de los agentes espesantes es que no están presentes en la composición curada, por lo que no contribuyen a las propiedades del revestimiento curado resultante. El Documento de Patente de los EE.UU. de número 6.277.487 B1 describe el uso de un agente espesante, que es un poliéter, y su mezcla junto con pequeñas partículas de material polímero fluorado, un tensioactivo de poliéter, y un vehículo líquido por agitación para formar una dispersión uniforme. Según los Ejemplos, la composición tiene una viscosidad de 250 a 280 mPa·s (cps) (Viscosímetro Brookfield, husillo nº 2 (SP2, del inglés #2 spindle) , que funciona a 60 rpm) y se aplica a un sustrato imprimado mediante pulverización.

Hay una necesidad de un revestimiento grueso de material polímero fluorado que se pueda formar mediante revestimiento en una única aplicación, sin el uso de aditivos espesantes temporales, tales como el poliéter del Documento de Patente de los EE.UU. de número 6.277.487, y en donde el revestimiento tenga una amplia aprobación gubernamental para el contacto con alimentos.

En la técnica se han descrito otras composiciones de revestimiento. Así, el Documento de Patente de los EE.UU. de número 4.425.448 y el Documento de Patente de número WO 83/040306 describen composiciones de resina de perfluoro-carbono que contienen agentes retardantes de degradación a elevadas temperaturas, tales como zeolitas. La resina de perfluoro-carbono es PTFE, PFA o FED. Las dispersiones acuosas de PTFE y PFA se mezclan con zeolita u otros componentes tales como octoato de cerio, resina acrílica y óxido de hierro en las realizaciones de estas composiciones. Sin embargo, sólo se describen pequeños tamaños de partícula del material polímero fluorado.

El Documento de Patente Europea de número EP-A-1.016, 466 y el Documento de Patente de los EE.UU. de número 6.592.977 describen un substrato con un revestimiento resistente a la abrasión, antiadherente. El revestimiento tiene una superior resistencia a la abrasión al incorporar un endurecedor de película de carga inorgánica que comprende grandes partículas cerámicas en las composiciones del revestimiento de resina de material polímero fluorado. La invención reconoce el adecuado equilibrio entre el uso de partículas duras y largas, para desviar las fuerzas abrasivas mientras aún se mantienen suficientes propiedades antiadherentes del revestimiento suministradas por el material polímero fluorado.

En el Documento de Patente de los EE.UU. de número 4.127.491 se describe un lubricante híbrido en el que se dispersa uniformemente una dispersión coloidal estabilizada de partículas sólidas de lubricante (PTFE) en un vehículo líquido lubricante que incluye una pequeña cantidad de aceite de halocarbono. La dispersión es una emulsión del tipo agua en aceite y sólo se describen pequeños tamaños de partícula del material polímero fluorado.

El Documento de Patente de los EE.UU. de número 4.400.487 describe una composición de revestimiento con partículas de materiales polímeros fluorados de diferentes tamaños, sin embargo en ningún punto se describe una emulsión. De manera similar, el Documento de Patente Europea de número EP-A-0.483.760 describe una composición de revestimiento con partículas de material polímero fluorado de diferentes tamaños, sin embargo en ningún punto se describe una emulsión.

Breve resumen de la invención La presente invención satisface la necesidad de una composición de revestimiento de material polímero fluorado, apto para contacto con alimentos, de una única aplicación y grueso al proporcionar una emulsión acuosa/aceite que contiene partículas de material polímero fluorado con un tamaño medio de partícula de menos de 1 micrometro y partículas de material polímero fluorado con un tamaño medio de partícula de 20-100 micrometros, según la Reivindicación 1. Esta composición de emulsión acuosa/aceite es una verdadera emulsión, es decir, la emulsión contiene pequeñas gotitas de un líquido inmiscible que están dispersas en otro líquido. En la emulsión de la presente invención, el aceite se dispersa en forma de pequeñas gotitas en el agua. En alguna literatura, el término "emulsión" se usa erróneamente para describir partículas sólidas dispersas en un medio líquido. La emulsión de la presente invención contiene partículas de material polímero fluorado que están dispersas en el medio líquido formando la emulsión, pero la dispersión de las gotitas de aceite en la fase acuosa tiene un profundo efecto sobre la viscosidad de la composición, dándole la viscosidad carácter de la mayonesa, por ejemplo, con una viscosidad de al menos 2.000 mPa·s (cps) , medida usando un viscosímetro Brookfield con el husillo nº 3 (SP3) que funciona a 20 rpm. Esta alta viscosidad mantiene a las partículas de material polímero fluorado dispersas en la emulsión durante el almacenamiento y la manipulación. Esta viscosidad es demasiado alta para el uso del husillo nº 2 (SP2) usado para medir la viscosidad en el Documento de Patente de los EE.UU. de número 6.277.487. Si la viscosidad de la emulsión de la presente invención se redujese mediante dilución con agua a 1.130 mPa·s (cps) (SP3, 20 rpm) , entonces se puede medir usando el husillo nº 2, que da la lectura de viscosidad de 620 mPa·s (cps) a 60 rpm. En otras palabras, la emulsión preferente de la presente invención tiene una viscosidad que es al menos aproximadamente 4 veces la viscosidad de las composiciones descritas en este Documento de Patente.

La emulsión (composición) de la presente invención no es pulverizable usando un equipo de pulverización convencional, debido a la alta viscosidad de la emulsión. Esta emulsión se tiene que diluir a una menor viscosidad, tal como a 1.500 mPa·s (cps) o menos antes de pulverizar, y esta dilución se realiza mediante simple agitación con agua adicional poco antes de la aplicación por pulverización. Incluso la emulsión pulverizable diluida tiene una viscosidad relativamente alta, mencionada aquí como viscosidad de aplicación, tal como al menos aproximadamente 500 mPa·s (cps) , más preferentemente al menos aproximadamente 800 mPa·s (cps) , hasta aproximadamente 1.500 mPa·s (cps) (SP3, 20 rpm) de modo que sea capaz de proporcionar un revestimiento de material polímero fluorado, libre de grietas, grueso y de una única aplicación. Se prefiere la viscosidad diluida más alta de la emulsión a medida que se aumenta la exigencia del espesor para el revestimiento, especialmente cuando se revisten superficies verticales.

La emulsión de la presente invención está preferentemente libre de cualquier agente espesante de polímero que tienda a descomponerse y vaporizarse durante el curado del revestimiento formado a partir de la composición, por lo que no hay ningún problema para el contacto con los alimentos; el material de polímero fluorado usado en la emulsión de la presente invención tiene una amplia aprobación para su uso en aplicaciones... [Seguir leyendo]

1. Una composición de emulsión acuosa y aceite con una viscosidad de al menos 2.000 mPa·s y que contiene partículas de material polímero fluorado en donde dichas partículas de material polímero fluorado comprenden partículas con un tamaño medio de partícula de menos de 1 micrometro y partículas con un tamaño medio de partícula de 20 – 100 micrometros,

en donde la emulsión acuosa y aceite significa una dispersión de agua y pequeñas gotitas de un líquido de hidrocarburo aromático o alifático dispersas en la misma,

y en donde además el líquido de hidrocarburo aromático o alifático es inmiscible con el agua a 15 – 25 ºC y no supera 5 % en peso en base al peso total de la composición de la emulsión húmeda,

y en donde además la viscosidad se determina usando un viscosímetro Brookfield con un husillo nº 3 que funciona a 20 rpm después de 2 minutos de rotación continua a 25 °C, y el tamaño medio de partícula de las partículas con un tamaño medio de partícula de menos de 1 micrometro y las partículas con un tamaño medio de partícula de 20 – 100 micrometros se miden mediante espectrometría de correlación de fotón y difusión de láser luminoso, respectivamente.

2. La emulsión de la Reivindicación 1, en donde dichas partículas de material polímero fluorado comprenden 20 – 40 % en peso, en base al peso total de la composición de emulsión húmeda, de partículas con un tamaño medio de partícula de menos de 1 micrometro y 30 – 45 % en peso, en base al peso total de la composición de emulsión húmeda, de partículas con un tamaño medio de partícula de 20 – 100 micrometros.

3. La emulsión de la Reivindicación 1, en donde dichas partículas de material polímero fluorado comprenden copolímero de tetrafluoroetileno / hexafluoropropileno, copolímero de tetrafluoroetileno / perfluoro (alquil vinil éter) o politetrafluoroetileno.

4. La emulsión de la Reivindicación 1, en donde dicho aceite es aceite de hidrocarburo aromático.

5. La emulsión de la Reivindicación 1, que contiene agente emulsionante.

6. La emulsión de la Reivindicación 5, en donde dicho agente emulsionante es un alcohol de hidrocarburo alifático que contiene al menos 8 átomos de carbono.

7. Un proceso de revestimiento por pulverización de un sustrato con la composición de la Reivindicación 1, que comprende diluir con agua, pulverizar en una única aplicación, seguido de secado y curado para formar un revestimiento de liberación sobre dicho substrato para obtener un espesor libre de grietas de al menos 30 micrometros para dicho revestimiento de liberación.

8. Un proceso para formar la composición de la Reivindicación 1 en un proceso de mezcla de alto esfuerzo cortante que comprende mezclar una dispersión que contiene dichas partículas de material polímero fluorado a una velocidad suficiente para causar la formación de un vórtice,

añadir aceite y agente emulsionante a dicha dispersión, y

aumentar la velocidad de dicha mezcla para formar dicha emulsión acuosa y aceite con una viscosidad de al menos 2.000 mPa·s.