Нагревательное устройство, имеющее антипригарное покрытие с объемным рисунком - RU2560001C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к нагревательному устройству, имеющему поверхность, на которую нанесено антипригарное покрытие с объемным рисунком, и к способу изготовления такого нагревательного устройства.

Более конкретно изобретение относится к нагревательным кухонным устройствам, например, таким как сковороды, кастрюли или сотейники.

Изобретение находит также применение в области грилей «планча», подовых печей, подошв утюгов и электрических приборов для приготовления пищи (например, блинниц, настольных грилей или раклетниц).

Кухонные нагревательные устройства имеют обычно нагреваемое основание. Это основание имеет внутреннюю поверхность, на которую нанесено антипригарное покрытие, в качестве которого может использоваться, как правило, покрытие, имеющее по меньшей мере один спеченный слой на основе фторуглеродного полимера, образующий непрерывную сетку.

Приготовление пищевых продуктов в кухонных устройствах, покрытых таким слоем антипригарного покрытия, дает целый ряд преимуществ, среди которых уменьшение количества используемых жиров и облегчение чистки, что позволяет добиться экономии времени и поверхностно-активных веществ, применяемых для чистки поверхности кухонного устройства.

Специалистам в данной области известно, что для формирования рисунка на внутренних поверхностях этих кухонных устройств, имеющих подобное антипригарное покрытие (то есть на основе спеченного фторуглеродного полимера, образующего непрерывную сетку), рисунок наносят либо на поверхность антипригарного покрытия, либо между образующими его слоями.

Такой рисунок бывает обычно цветным (с одним или несколькими цветовыми оттенками) и включает в себя узоры, которые могут быть непрерывными или прерывистыми.

Если говорить о получении объемного рисунка, то известен французский патент FR 1440147, выданный на имя компании TEFAL, который относится к способу объемного (3D) декорирования внутри светопроницаемого пластического материала. Говоря точнее, в этом документе описан способ, позволяющий получать рисунок в промышленных масштабах, вводя в светопроницаемый пластический материал слоистые ферромагнитные наполнители. На эти слоистые ферромагнитные наполнители воздействуют постоянным магнитным силовым полем с целью формирования 3D рисунка.

Известны также международные заявки WO 2006/066027 и WO 00/12622, поданные компанией Dupont de Nemours, в которых описано использование металлических частиц (в частности, из нержавеющей стали) в покрывающем устройство грунтовочном или промежуточном слое. Металлические частицы оказывают влияние на удельную теплопроводность в устройстве в зависимости от их ориентации. Однако рисунки, описанные в заявках WO 2006/066027 и WO 00/12622, не позволяют добиться достаточного впечатления рельефности, так как распределение намагничивающихся частиц является неравномерным. Кроме того, получаемый рисунок оказывается одноцветным, что снижает ожидаемые от него возможности различения.

Упомянем также, что в международной заявке WO 99/12662 компании Dupont de Nemours описан способ, позволяющий получать объемный рисунок на кухонном устройстве, где промежуточный слой политетрафторэтилена (ПТФЭ) включает в себя металлические частицы. Эти рисунки могут состоять из одного или нескольких узоров и выполняются с помощью одного-единственного магнита или электромагнита. Однако антипригарные свойства таких слоев ПТФЭ с металлическими частицами, которые ориентируются магнитным полем таким образом, чтобы сформировать объемный рисунок, хуже, чем у таких же слоев ПТФЭ без металлических частиц.

Если говорить конкретнее, кухонные устройства, покрытые таким слоем, имеют антипригарную поверхность, антипригарные свойства которой являются неоднородными, с зонами A, в которых наблюдаются хорошие антипригарные свойства, и зонами B, где антипригарные свойства хуже, как это показано на фиг.1. Так, на снимке фиг.1 видна, в частности, сковорода, известная из предшествующего уровня техники, которая имеет антипригарный слой на основе ПТФЭ и металлические частицы, ориентированные магнитным полем с формированием рисунка C.

На фиг.1 можно различить:

- зоны A, соответствующие зонам, в которых линии магнитного поля, прикладываемого для формирования рисунка, параллельны поверхности подложки, и

- зоны B, соответствующие зонам, в которых линии магнитного поля, прикладываемого для формирования рисунка, перпендикулярны к поверхности подложки, в результате чего намагничивающиеся частицы оказываются ориентированными, по существу, перпендикулярно к поверхности подложки.

Зоны B находятся в месте установки магнитов, которые были использованы для формирования рисунка (с наиболее сильной намагниченностью). Можно наблюдать, что в месте расположения этих зон В антипригарные свойства хуже, что приводит к прилипанию продуктов D в процессе их приготовления в кухонном устройстве.

Кроме того, способ выполнения 3D рисунка, предложенный в заявке WO 99/12662, позволяет получать только одноцветные рисунки.

Специалистам известна также заявка США US 2007/0237891, в которой в общем виде раскрыты устройство и способ, позволяющее формировать цветные объемные узоры на нанесенной на устройство покровной пленке.

В состав покрытия для формирования покровной пленки входят термопластичная смола, растворенная в растворителях, намагничивающиеся частицы в виде хлопьев, красители или пигменты, которые могут иметь органическую, металлическую (в виде порошка) или фотолюминесцентную (например, в виде слюды) природу, сшивающий агент (например, аминовые, эпоксидные или поликарбодиимидные смолы либо соединения на основе изоцианата) и добавки других типов, такие как противоокислители, противовспенивающие средства, загустители, поглотители ультрафиолетовых лучей и добавки для повышения текучести.

Для получения покровной пленки состав подвергают отверждению посредством испарения растворителей без обжига.

В результате получают покровную пленку, обладающую равномерным цветовым эффектом по всему 3D узору.

Однако покровная пленка, выполняемая с использованием известного способа, не позволяет получить слой антипригарного покрытия на основе спеченного фторуглеродного полимера, образующего непрерывную сетку, который одновременно имел бы четко видимый объемный цветной рисунок и обладал бы исключительно хорошими антипригарными свойствами.

Это объясняется тем, что в документе US 2007/0237891 поставлена задача не улучшения антипригарных свойств покрытия, а просто получения покрытия с равномерным цветовым эффектом по всему 3D узору.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка нагревательного устройства, в котором эти недостатки были бы устранены.

Под нагревательным устройством в контексте настоящего изобретения понимается устройство, которое имеет собственную систему нагрева или нагревается с помощью какой-либо внешней системы и которое способно передавать тепловую энергию, подаваемую этой системой, на посторонний материал или предмет, контактирующий с указанным устройством.

Говоря точнее, предметом настоящего изобретения является нагревательное устройство, имеющее основание, подлежащее нагреву. Это основание имеет поверхность, на которую нанесено антипригарное покрытие, включающее в себя по меньшей мере один спеченный слой на основе фторуглеродного полимера, образующий непрерывную сетку.

В соответствии с изобретением, спеченный слой на основе фторуглеродного полимера дополнительно содержит смесь намагничивающихся частиц и ненамагничивающихся частиц, причем часть указанных намагничивающихся частиц наклонена на угол α относительно поверхности основания, а остальные намагничивающиеся частицы, по существу, параллельны основанию, что позволяет сформировать объемный рисунок.

Под спеченным слоем на основе фторуглеродного полимера в контексте настоящего изобретения понимается слой фторуглеродного полимера, имеющий вид частиц перед спеканием и образующий непрерывную сетку после спекания.

Под ненамагничивающимися частицами в контексте настоящего изобретения понимаются ненамагничивающиеся или слабо намагничивающиеся частицы, имеющие нулевой или незначительный магнитный момент (менее 1 эме/г).

Под 3D рисунком, или цветной голограммой, понимается рисунок, позволяющий получить трехмерный визуальный эффект глубины.

Нагревательное устройство согласно изобретению имеет антипригарное покрытие, которое сохраняет хорошие антипригарные свойства после приложения магнитного поля к намагничивающимся частицам с целью формирования цветного 3D рисунка, как показано на фиг.2. Нанесение такого 3D рисунка не приводит к изменению антипригарных свойств покрытия.

Говоря точнее, благодаря изобретению удается получить антипригарное покрытие, обладающее антипригарными свойствами по всей его поверхности, где зоны B характеризуются хорошими антипригарными свойствами.

Результат, достигаемый благодаря изобретению, оказывается довольно неожиданным, поскольку среди специалистов принято считать, что введение наполнителей (частиц, или хлопьев, или чего-то еще) в покрытие на основе спеченного фторуглеродного полимера, в частности ПТФЭ, влечет за собой ухудшение антипригарных свойств этого покрытия. Известно также, что чем больше вводится наполнителей, тем более выраженным оказывается это ухудшение антипригарных свойств.

Однако, заявители обнаружили, что наличие ненамагничивающихся частиц в том же слое покрытия, что и содержащий намагничивающиеся частицы, оказывает влияние на формирование 3D рисунка и на распределение фторуглеродного полимера.

Таким образом, в зонах B типа иллюстрируемых на фиг.2 антипригарное покрытие имеет поверхностную толщину фторуглеродного полимера, равную или почти равную толщине в зонах A, где нет рисунка, без выступания намагничивающихся частиц. В результате этого фторуглеродный полимер равномерно распределяется по всей поверхности основания, образуя при этом, по существу, гладкий поверхностный слой.

Что касается формирования 3D рисунка, то наличие ненамагничивающихся частиц в том же слое покрытия, что и содержащий намагничивающиеся частицы, оказывает влияние на наклон намагничивающихся частиц в зонах B, где линии магнитного поля перпендикулярны к основанию. Ненамагничивающиеся частицы входят в пространство между намагничивающимися частицами и фторуглеродными частицами. Ориентация намагничивающихся частиц может не быть строго перпендикулярной к основанию вследствие того, что пространство занято ненамагничивающимися частицами. Намагничивающиеся частицы наклонены на угол α относительно поверхности основания кухонного устройства. Этот угол α составляет предпочтительно от 20 до 89, а еще предпочтительнее - от 45 до 89.

Отделение намагничивающихся частиц затрудняется, а покрытие фторуглеродным полимером облегчается. Таким образом, наклоненные намагничивающиеся частицы покрываются слоем фторуглеродного полимера большей толщины, которой достаточно для обеспечения хороших антипригарных свойств. При этом намагничивающиеся частицы больше не выходят на поверхность антипригарного покрытия.

Введение ненамагничивающихся частиц, даже если оно снижает, очень незначительно, визуальный контраст между зонами A и зонами B, как показано на фиг.2, не ухудшает четкости рисунка.

По сравнению с техническим решением, принятым в известном уровне техники для улучшения антипригарных свойств, которое состоит в добавлении верхнего слоя фторуглеродного полимера (конкретнее ПТФЭ), накладываемого на слой фторуглеродного полимера, содержащий намагничивающиеся частицы, решение, предложенное в рамках изобретения, обладает также теми преимуществами, что оно менее дорогостоящее и позволяет получить антипригарный слой, который более стоек к истиранию с течение времени, при этом обзорность рисунка не страдает. Предотвращается также опасность пожелтения конечного слоя ПТФЭ и исчезновения прозрачности.

Кроме того, по сравнению с решением, принятым в известном уровне техники для улучшения антипригарных свойств, которое состоит в изменение расстояния между магнитом и намагничивающимися частицами, решение, предложенное в рамках изобретения, обладает также тем преимуществом, что его легче реализовать в промышленных масштабах. Надо иметь в виду, что изменение расстояния между магнитом и намагничивающимися частицами оказывается с точки зрения промышленного производства довольно трудной задачей из-за различий в толщинах предлагаемых кухонных устройств, поскольку для этого потребовались бы многочисленные регулировки, негативно сказывающиеся на производительности.

Кроме того, благодаря наличию ненамагничивающихся частиц удается добиться лучшего смачивания фторуглеродного полимера.

Предметом настоящего изобретения является также способ изготовления нагревательного устройства, включающий в себя следующие этапы:

приготавливают по меньшей мере один состав на основе по меньшей мере одного фторуглеродного полимера в пылевидном состоянии, причем указанный фторуглеродный полимер берут отдельно или в смеси с термостойким связующим полимером, обладающим стойкостью к температурам не менее 200ºC;

наносят указанный состав на поверхность указанного основания для формирования слоя фторуглеродного полимера;

обжигают указанное нагревательное устройство, покрытое таким образом указанным слоем фторуглеродного полимера, включающим в себя объемный рисунок, при температуре от 350ºC до 450ºC для спекания указанного слоя с целью получения спеченного слоя на основе фторуглеродного полимера, образующего непрерывную сетку.

В соответствии с изобретением, состав на основе фторуглеродного полимера дополнительно содержит смесь намагничивающихся частиц и ненамагничивающихся частиц, причем к слою фторуглеродного полимера перед этапом обжига прикладывают магнитное поле с целью такой ориентации магнитных частиц, чтобы сформировать в указанном слое объемный рисунок.

Целесообразно, чтобы магнитное поле могло быть приложено после этапа нанесения состава на основе фторуглеродного полимера и перед этапом обжига.

В случае с антипригарным покрытием, имеющим, по меньшей мере, два слоя (в данном конкретном случае слой грунтовочного состава и отделочный слой), способ включает в себя следующие этапы:

приготавливают грунтовочный состав на основе, по меньшей мере, одного фторуглеродного полимера в виде частиц в смеси, по меньшей мере, с одним термостойким закрепляющим полимером, обладающим стойкостью к температурам не менее 200ºC;

приготавливают отделочный состав на основе фторуглеродного полимера в виде термостойких частиц, обладающий стойкостью к температурам не менее 200ºC, причем указанный фторуглеродный полимер присутствует отдельно или в смеси, по меньшей мере, с одним другим термостойким фторуглеродным полимером, обладающим стойкостью к температурам не менее 200ºC, и дополнительно содержащий смесь намагничивающихся частиц и ненамагничивающихся частиц;

наносят указанный грунтовочный состав на поверхность указанного основания для формирования слоя грунтовочного состава;

наносят указанный отделочный состав на указанный грунтовочный состав для формирования отделочного слоя;

прикладывают к отделочному слою магнитное поле с целью такой ориентации магнитных частиц, чтобы сформировать в указанном слое объемный рисунок;

обжигают покрытое таким образом указанное устройство при температуре от 350ºC до 450ºC для спекания указанных грунтовочного и отделочного слоев.

Целесообразно, чтобы фторуглеродные частицы, включенные в состав на основе фторуглеродного полимера, имели размер менее или равный 5 мкм, предпочтительнее от 90 нм до 300 нм, позволяющий получать особо плотные пленки.

Фторуглеродный полимер выбирают предпочтительно из группы, включающей в себя политетрафторэтилен (ПТФЭ), сополимер тетрафторэтилена и перфторпропилвинилэфира (ПФА) и сополимер тетрафторэтилена и гексафторпропилена (ФЭП), а также их смеси.

В качестве других термостойких полимеров, обладающих стойкостью к температурам не менее 200 C, можно использовать полиамидимид (ПАИ), полиэфирсульфон (ПЭС), полифениленсульфид (ПФС), полиэфиркетон (ПЭК), полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) или силикон.

Остальные преимущества и особенности настоящего изобретения станут понятны из нижеследующего описания, которое приводится в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

- фиг.1 представляет собой фотоснимок сковороды, известной из предшествующего уровня техники;

- фиг.2 представляет собой фотоснимок сковороды, полученной в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

- фиг.3 представляет собой схематический вид сковороды, получаемой в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

- фиг.4 представляет собой схематический вид в разрезе этой сковороды;

- на фиг.5 приведены шесть полученных методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) изображений 5.1-5.6, иллюстрирующих микрошлиф сковороды по фиг.3, который выполнен в зоне B, где линии магнитного поля перпендикулярны к основанию;

- на фиг.6 приведены шесть полученных методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) изображений 6.1-6.2, иллюстрирующих микрошлиф сковороды по фиг.3, который выполнен в зоне A, где линии магнитного поля параллельны основанию.

Снимки фиг.1 и 2 были описаны выше во вводной части и пояснительном разделе настоящего изобретения.

На фиг.3 в качестве примера кухонного устройства согласно изобретению изображена сковорода 1, имеющая основание 2 в виде полой чаши и захватную ручку 7. Основание 2 имеет внутреннюю сторону 9, обращенную к пищевым продуктам, помещаемым на сковороду 1, и наружную сторону 10, обращенную к внешнему источнику тепла.

На фиг.4 приведен детальный поперечный разрез сковороды 1. Основание 2 выполнено с возможностью его нагрева и имеет на своей внутренней стороне 9 поверхность 3, на которую нанесено антипригарное покрытие 4, имеющее по меньшей мере один спеченный слой 5, 5′ на основе фторуглеродного полимера, образующего непрерывную сетку. Готовое антипригарное покрытие 4 получают после обжига. При этом фторуглеродный полимер, который является полукристаллическим, имеет вид связанных друг с другом частиц с формированием спеченной непрерывной сетки.

Суммарная толщина слоя 5, 5′ фторуглеродного полимера может составлять от 18 до 32 мкм, но предпочтительно, чтобы она составляла от 21 до 27 мкм, а еще предпочтительнее - порядка 23 мкм. Впрочем, эта толщина очень редко бывает меньше 18 мкм.

Спеченный слой 5, 5′ на основе фторуглеродного полимера дополнительно содержит смесь намагничивающихся частиц 50 и ненамагничивающихся частиц 51.

Смесь намагничивающихся частиц 50 и ненамагничивающихся частиц 51 составляет от 1 до 5 вес.% от веса спеченного слоя 5, 5′ на основе фторуглеродного полимера. Такое распределение позволяет добиться хороших антипригарных свойств.

Предпочтительно, чтобы смесь намагничивающихся частиц 50 и ненамагничивающихся частиц 51 составляла от 2 до 3 вес.% от веса спеченного слоя на основе фторуглеродного полимера, что позволит еще более улучшить антипригарные свойства покрытия.

Процентное содержание ненамагничивающихся частиц 51 в смеси намагничивающихся частиц 50 и ненамагничивающихся частиц 51 составляет от 15 до 40 вес.% от общего веса смеси намагничивающихся частиц и ненамагничивающихся частиц.

Ненамагничивающиеся частицы 51 способствуют, с одной стороны, нарушению ориентацию намагничивающихся частиц 50 в зонах с сильным полем и, с другой стороны, приданию дополнительной окраски.

Слишком большое содержание ненамагничивающихся частиц 51, более 40 вес.% от общего веса смеси намагничивающихся частиц и ненамагничивающихся частиц, ведет к недостаточно хорошей наблюдаемости объемного эффекта. Чрезмерно же малое содержание, менее 15 вес.% от общего веса смеси намагничивающихся частиц и ненамагничивающихся частиц, не позволяет гарантированно добиться равномерности антипригарных свойств.

Предпочтительно, чтобы смесь намагничивающихся частиц и ненамагничивающихся частиц содержала 1/3 ненамагничивающихся частиц и 2/3 намагничивающихся частиц. Благодаря этому достигается оптимальный компромисс между четкостью рисунка и равномерностью антипригарных свойств.

Ненамагничивающиеся частицы 51 характеризуются своим размером (D90), который составляет от 20 до 250% размера (D90) намагничивающихся частиц 50.

Под термином «D90» в контексте настоящего изобретения понимается максимальный размер, который имеют 90% частиц.

Эти размеры и эти концентрации ненамагничивающихся частиц позволяют получить исключительно контрастный объемный рисунок С, как показано на фиг.2, и добиться равномерных антипригарных свойств по всей поверхности антипригарного покрытия 4.

Выбор размера ненамагничивающихся частиц 51 является результатом компромисса. Если они слишком малы, они не позволяют оказывать достаточного влияния на ориентацию намагничивающихся частиц с целью улучшения антипригарных свойств. Если же ненамагничивающиеся частицы слишком велики, то они становятся чрезмерно выпуклыми, препятствуя тем самым действию механизма миграции частиц фторуглеродного полимера, который способствует улучшению антипригарных свойств.

Предпочтительно, чтобы намагничивающиеся частицы 50 имели размер D50 менее или равный 23 мкм.

Под термином «D50» в контексте настоящего изобретения понимается максимальный размер, который имеют 50% частиц.

Предпочтительно, чтобы ненамагничивающиеся частицы 51 имели размер D90 менее или равный 60 мкм. Размер больше этого значения не позволяет облегчить введение ненамагничивающихся частиц 51 в пленку, так как они могут ухудшить антипригарные свойства из-за их выпуклой природы.

В соответствии с одним из предпочтительных технических решений, намагничивающиеся частицы 50 и ненамагничивающиеся частицы 51 имеют вид хлопьев, то есть, по существу, плоскую и удлиненную форму.

Ненамагничивающиеся частицы 51 могут также иметь самые разнообразные формы, как, например, сферическую или яйцевидную. Они могут иметь как правильную, так и неправильную форму.

Ненамагничивающиеся частицы 51 могут состоять из слюды, алюминия или слюды, покрытой оболочкой из диоксида титана (например, Iriodin 100, Iriodin 111 и Iriodin 153 компании Merck).

Намагничивающиеся частицы 50 могут состоять из керамических частиц, покрытых оболочкой из ферромагнитного материала.

Так, в частности, намагничивающиеся частицы 50 могут представлять собой частицы железа со значением D50 порядка 28 мкм (например, частицы, выпускаемые компанией Eckart под торговым наименованием STAPA ТА FERRICON 200) или частицы оксида железа (предпочтительно с ферритным железом), либо частицы слюды или оксида железа Fе₃O₄ (например, частицы, выпускаемые компанией Merck под торговым наименованием COLORONA BLACKSTAR BLUE, с диаметром D50, равным 18-23 мкм и D90, равным 43 мкм).

Намагничивающиеся и/или ненамагничивающиеся частицы имеют поверхностную окраску.

Под поверхностной окраской частицы в контексте настоящего изобретения понимается окраска в массе, видимая на поверхности или на оболочке и придающая частице определенный цвет.

Предпочтительно, чтобы намагничивающиеся частицы и/или ненамагничивающиеся частицы имели структуру "сердцевина-оболочка", при которой оболочка, выполняемая в один или несколько слоев, придает окраску либо посредством абсорбции, либо посредством интерферометрии.

В качестве примера намагничивающихся частиц 50 со структурой "сердцевина-оболочка" можно, в частности, назвать частицы слюды с оболочкой из TiO₂.

Благодаря комбинированию намагничивающихся керамических частиц и ненамагничивающихся цветных частиц удается получить широкую гамму цветовых оттенков для рисунков с одновременным достижением равномерных антипригарных свойств по всей поверхности антипригарного покрытия 4.

Ненамагничивающиеся цветные частицы дают возможности получения новых цветовых оттенков.

Спеченный слой 5, 5′ на основе фторуглеродного полимера может содержать только фторуглеродный полимер или смесь фторуглеродных полимеров, взятый(ую) отдельно или в смеси с другими термостойкими полимерами.

В качестве фторуглеродного полимера используют фторуглеродный полимер ранее указанного типа, то есть он может быть предпочтительно выбран из группы, включающей в себя политетрафторэтилен (ПТФЭ), сополимер тетрафторэтилена и перфторпропилвинилэфира (ПФА) и сополимер тетрафторэтилена и гексафторпропилена (ФЭП), а также их смеси.

В качестве других термостойких полимеров, обладающих стойкостью к температурам не менее 200С, также используют те, которые были указанны выше. Точнее, они могут представлять собой полиамидимид (ПАИ), полиэфирсульфон (ПЭС), полифениленсульфид (ПФС), полиэфиркетон (ПЭК), полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) или силикон.

Основание 2 может быть выполнено из металла, керамики, стекла или пластика.

Основание 2 может быть выполнено из алюминия или алюминиевого сплава, как анодированного, так и неанодированного, из ферритной или аустенитной нержавеющей стали, чугуна, железа или меди. Для основания 2 может быть применена комбинация перечисленных выше материалов для всей его поверхности или части этой поверхности.

Было обнаружено, что основание 2 может быть выполнено из намагничивающихся металлов (например, ферритной нержавеющей стали).

Формирование 3D рисунка осуществляют посредством приложения магнитного поля. Намагничивающиеся частицы ориентируются по линиям магнитного поля.

При проходе через ферритный материал магнитное поле демонстрирует тенденцию к равномерному распределению по поверхности сковороды. Следовательно, рисунок перестает быть видимым, так как он тоже является равномерным.

Благодаря использованию мощных магнитов (с магнитным полем более 0,2 T, которое изменяется в зависимости от размера устройства из ферритного материала) или воздействию магнитным полем схожей формы, но с обратной полярностью по обе стороны декорируемого устройства удается получить рисунок на намагничивающемся материале такого типа.

Нагревательное устройство 1 может содержать непрерывный или прерывистый твердый базовый слой, покрывающий поверхность 3 основания 2 (на чертежах не показан). На твердый базовый слой нанесено указанное антипригарное покрытие 4, образующее собой наружный слой нагревательного устройства 1.

В соответствии с первым вариантом осуществления нагревательного устройства с твердым базовым слоем, этот последний представляет собой шероховатый слой эмали, содержащий менее 50 ч./млн. свинца и менее 50 ч./млн. кадмия и имеющий следующие свойства:

твердость указанного слоя больше твердости металла или сплава металла, составляющего основание 2;

точка плавления указанного слоя находится между точкой плавления металла или сплава металла, составляющего основание 2, и точкой плавления спеченного(ых) полимера(ов) антипригарного покрытия 4, и

шероховатость Ra поверхности в пределах от 2 до 20 мкм.

В соответствии со вторым вариантом осуществления нагревательного устройства с твердым базовым слоем, этот последний выполнен из керамического, и/или металлического, и/или полимерного материала.

Антипригарное покрытие 4 может содержать по меньшей мере один слой 8, 8′ грунтовочного состава, содержащий фторуглеродный полимер, и, при необходимости, связующий полимер, минеральные или органические наполнители и/или пигменты. Слой (слои) 8, 8′ грунтовочного состава покрыт(ы) по меньшей мере одним спеченным слоем 5, 5′ на основе фторуглеродного полимера, который дополнительно включает в себя смесь намагничивающихся частиц 50 и ненамагничивающихся частиц 51.

При использовании варианта осуществления, представленного на фиг.4, нагревательное устройство 1 имеет основание 2, на которое нанесено антипригарное покрытие 4, имеющее следующие один за другим два слоя 8, 8′ грунтовочного состава, которые, в свою очередь, покрыты двумя отделочными слоями 5, 5′ на основе спеченного фторуглеродного полимера, дополнительно включающими в себя смесь намагничивающихся частиц 50 и ненамагничивающихся частиц 51. Химический состав этих слоев может быть разным.

Два спеченных слоя 5, 5′ на основе фторуглеродного полимера могут характеризоваться разными содержаниями намагничивающихся частиц и ненамагничивающихся частиц. В качестве примера можно указать, что первый спеченный слой 5 на основе фторуглеродного полимера характеризуется большей долей смеси намагничивающихся частиц и ненамагничивающихся частиц, чем второй спеченный слой 5' на основе фторуглеродного полимера.

Возможны также иные варианты размещения спеченных слоев на основе фторуглеродного полимера.

В соответствии с одной из модификаций, антипригарное покрытие 4 может включать в себя по меньшей мере один узор, который содержит термохромный пигментный состав, по меньшей мере с одним термохромным полупроводниковым пигментом, что позволяет сформировать цветной индикатор температуры (например, выпускаемый компанией TEFAL под торговым наименованием THERMOSPOT). Этот узор, включающий в себя термохромный пигментный состав по меньшей мере с одним термохромным полупроводниковым пигментом, формируют в одном из спеченных слоев 5, 5′ на основе фторуглеродного полимера.

Под термохромным пигментным составом в контексте настоящего изобретения понимается вещество, смесь или состав, которые обратимо меняют цвет в зависимости от температуры.

Рисунок получают после приложения магнитного поля. Это магнитное поле может быть приложено в процессе напыления слоев или после напыления слоев. Однако целесообразнее прилагать его после нанесения отделочных слоев (но перед обжигом).

Магнитное поле может создаваться с помощью постоянных магнитов или электромагнитов таким образом, чтобы можно было получить нужный рисунок. Возможные формы чрезвычайно разнообразны. Благодаря использованию нескольких раздельных магнитов удается получить оригинальные рисунки, и/или рисунки с разной интенсивностью, и/или расплывчатые рисунки.

При использовании примера по фиг.2 рисунок C получают с помощью раздельных магнитов.

На фиг.5 приведены шесть полученных методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) изображений 5.1-5.62, иллюстрирующих микрошлиф сковороды 1 по фиг.3, который выполнен в зоне B, где линии магнитного поля перпендикулярны к основанию.

В этой зоне B намагничивающиеся частицы демонстрируют тенденцию к ориентации по линиям поля, перпендикулярным к основанию. На фиг.5.1-5.6 (микрошлифах) видно, что намагничивающиеся частицы наклонены к поверхности основания 2 на угол α, который составляет на этих снимках от 45 до 75. Вследствие наличия ненамагничивающихся частиц нарушается выравнивание намагничивающихся частиц в соответствии с ориентацией линий поля (угол α, равный 90). Ориентация намагничивающихся частиц с углом α от 45 до 75 препятствует выступанию частиц и ограничивает возможности их восприятия (обзорность).

На фиг.6 приведены шесть полученных методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) изображений 6.1-6.6, иллюстрирующих микрошлиф сковороды по фиг.3, который выполнен в зоне A, где линии магнитного поля параллельны основанию.

В этой зоне A намагничивающиеся частицы ориентированы по линиям поля, параллельным основанию.

На фиг.6.1-6.6 (микрошлифах) видно, что намагничивающиеся частицы наклонены к поверхности основания 2 на угол α, который составляет от 0 до 20. Благодаря такой ориентации обеспечивается хорошая обзорность частиц.

Комбинирование смежных зон с сильной и слабой обзорностью позволяет придать рисунку объемный эффект.

ПРИМЕРЫ

Устройства

Основания

алюминиевые основания диаметром 26 см, обезжиренные и подвергнутые пескоструйной обработке по обеим основным сторонам, с измеренной среднеарифметической шероховатостью Ra от 4 до 6 мкм;

гладкие алюминиевые основания диаметром 26 см, только обезжиренные;

основания из анодированного алюминия с использованием твердого анодирования с незначительным или нулевым уплотнением (то есть с открытой пористостью) диаметром 26 см;

основания из нержавеющей стали диаметром 26 см, подвергнутые пескоструйной обработке по внутренней стороне, с измеренной среднеарифметической шероховатостью Ra от 2 до 5 мкм.

Грунтовочный состав

дисперсия ПТФЭ с 58% сухого экстракта, выпускаемая компанией Dyneon под торговым наименованием TF 5035Z;

дисперсия сажи с 25% сухого экстракта, выпускаемая компанией Huntsmann под торговым наименованием DERUSSOL;

растворенный ПАИ (с молекулярной массой 38000 г с 9,5% сухого экстракта в смеси вода/N-метилпирролидона (NMP) 3/1 в весовом отношении);

этоксилированный алкилфенол в качестве неионного поверхностно-активного вещества,

коллоидный диоксид кремния, выпускаемый компанией GRACE DAVISON под торговым наименованием LUDOX AM 30 - это коллоидный диоксид кремния без поверхностной модификации с удельной поверхностью приблизительно 220 м²/г, присутствующий в виде водной дисперсии с 30%-ным сухим экстрактом.

Отделочный состав

дисперсия ПТФЭ с 58% сухого экстракта с размером частиц 220 нм, выпускаемая компанией Dyneon под торговым наименованием TF 5035Z;

дисперсия ПТФЭ с 60% сухого экстракта с размером частиц 290 нм, выпускаемая компанией Daikin под торговым наименованием Polyflon D410;

дисперсия ПФА с 50% сухого экстракта с размером частиц 90 нм, выпускаемая компанией Dyneon под торговым наименованием PFA 6910Z;

порошок ПТФЭ, выпускаемый компанией Dyneon под маркой TF9207, с размером частиц 4 мм, удельной поверхностью по методу БЭТ 17 м²/г и показателем MFR текучести расплава 6 г/10 мин;

намагничивающиеся частицы железа с диаметром D50 порядка 10 мкм и диаметром D90 порядка 28 мкм, выпускаемые компанией ECKART под торговым наименованием STAPA ТА FERRICON 200;

ненамагничивающиеся частицы пластинчатой слюды диаметром D90 6 мкм, выпускаемые компанией MERCK под торговым наименованием IRIODIN;

слабо намагничивающиеся частицы слюды или оксида железа диаметром D50 от 18 до 23 мкм и диаметром D90 порядка 43 мм, выпускаемая компанией MERCK под торговым наименованием COLORONA BLACKSTAR BLUE;

полиэтоксилированный алкилфенол в качестве неионного поверхностно-активного вещества, выпускаемый под торговым наименованием Triton Х100;

ксилол в качестве растворителя;

олеиновая кислота в качестве смачивающего агента;

триэтаноламин в качестве регулятора pH;

полипропиленгликоль в качестве сорастворителя;

полиэфирсульфон в виде хлопьев, выпускаемый компанией BASF под наименованием ULTRASON;

N-этилпирролидон (NEP) (растворитель);

агент, способствующий растеканию, на силиконовой основе, выпускаемый компанией DOW CORNING под торговым наименованием РА 56.

Испытания

Оценка сохранения антипригарных свойств в ходе испытания с целью оценки стойкости к истиранию

В процессе этого испытания одновременно производится совместное тестирование антипригарных свойств (типа теста с пригоревшим молоком) и стойкости к истиранию.

В ходе этого испытания количественная оценка сохранения антипригарных свойств (путем оценки скорости утраты антипригарных свойств) производится на практике посредством суммирования баллов, характеризующих антипригарные свойства, которые получены с использованием теста с пригоревшим молоком после каждой серии из 1000 последовательных проходов абразивной губкой типа зеленого SCOTCH BRITE (зарегистрированный товарный знак), либо до появления первой царапины (что соответствует появлению металла основания), либо до полной утраты антипригарных свойств покрытия. Сумме этих баллов (в приводимой ниже оценочной шкале она обозначается символом S) соответствует определенная оценка эксплуатационных характеристик.

В ходе теста с пригоревшим молоком оценивают утрату антипригарных свойств покрытия в зависимости от того, насколько легко удается произвести очистку от пригоревшего молока. При этом используется следующая система баллов:

100: означает, что пригоревшая пленка молока полностью удалена простой промывкой водопроводной водой;

50: означает, что для полного отделения пригоревшей пленки необходимо добавить круговые движения предмета под струей воды;

25: означает, что необходимо замочить предмет на 10 минут и, если понадобится, ускорить отделение, протерев влажной губкой для полного отделения пленки;

0: означает, что по завершении предыдущей операции вся пригоревшая пленка или ее часть остается приставшей.

Кроме того, проверяют однородность антипригарного покрытия, исходя из того, что в случае, когда оно оказывается неоднородным (то есть когда покрытие содержит зоны с хорошими антипригарными свойствами, чередующиеся с зонами с плохими антипригарными свойствами), оценкой антипригарных свойств будет та, которая соответствует оценке для зоны покрытия, где имеют место наихудшие антипригарные свойства.

Таким образом, совокупные эксплуатационные характеристики определяются по результатам этого теста с помощью следующей системы оценок:

0: соответствует S=0 и означает, что имеет место полная утрата антипригарных свойств;

1: соответствует S от 1 до 250 и означает, что имеет очень быстрая утрата антипригарных свойств в ходе испытания;

2: соответствует S от 251 до 500 и означает, что имеет место быстрая утрата антипригарных свойств в ходе испытания;

3: соответствует S от 501 до 1000 и означает, что имеет место утрата антипригарных свойств с умеренной скоростью в ходе испытания;

4: соответствует S от 1001 до 1500 и означает, что имеет место медленная утрата антипригарных свойств в ходе испытания;

5: соответствует S больше или равно 1501 и означает, что имеет место очень медленная утрата антипригарных свойств в ходе испытания.

Оценка характеристик старения

Устойчивость антипригарного покрытия на основании из анодированного или неанодированного алюминия либо на основании из нержавеющей стали оценивают с помощью эксплуатационного испытания, имеющего цель моделировать старение устройства по прошествии 3-х лет.

Испытание, проводимое в соответствии с перечисляемыми ниже примерами, основано на интенсивных повторных операциях приготовления различных пищевых продуктов (картофеля, фасоли, бифштексов, свиных ребер и блинов), известных своей особой агрессивностью.

В процессе этого эксплуатационного испытания антипригарные свойства регулярно оценивают посредством теста на яйце согласно стандарту NF D 21-511 следующим образом:

смазывают внутреннюю сторону кухонного устройства растительным маслом с помощью мягкой ткани, используя масло в количестве порядка 2 см³ на сковороду диаметром от 240 до 280 мм;

затем очищают устройство в горячей воде, содержащей жидкость для мытья посуды, после чего производят его полоскание сначала в горячей, а затем в холодной воде и, наконец, сушат его;

далее осуществляют контроль стойкости к пригоранию яйца, поджаренного на сковороде, действуя следующим образом:

помещают сковороду на греющую поверхность плиты таким образом, чтобы ее внутренняя поверхность нагрелась до температуры в пределах от 150ºC до 170ºC;

разбивают яйцо и жарят его в середине сковороды без добавления жира в течение 8-9 минут;

после того как яйцо поджарилось, снимают его лопаткой;

затем дают сковороде остыть при температуре окружающей среды; и

очищают сковороду влажной губкой.

Антипригарные свойства связаны с легкостью удаления остатков яйца с учетом перечисленных выше операций и с использованием следующей шкалы значений:

100 баллов присваивают, если все яйцо отделяется простым встряхиванием ручки;

50 баллов присваивают, если все яйцо отделяется просто с помощью лопатки и при этом нет остатков;

25 баллов присваивают, если остатки яйца отделяются посредством протирания влажной губкой;

0 баллов присваивают, если остатки яйца отделить влажной губкой не удается.

Приготовление грунтовочного состава СР1

Готовят закрепляющий грунтовочный состав СР1, включающий в себя перечисляемые ниже соединения, соответствующие количества которых указаны в граммах на 100 г состава:

Грунтовочный состав СР1:

Приготовление отделочных составов

В порядке сравнения готовят отделочный состав CFC1 без ненамагничивающихся частиц, который содержит перечисляемые ниже соединения, соответствующие количества которых указаны в граммах на 100 г состава:

Отделочный состав CFC1:

Затем готовят семь отделочных составов согласно изобретению CF2-CF8, содержащих, в частности, смесь намагничивающихся частиц и ненамагничивающихся частиц, различные компоненты которых и их соответствующие количества указаны ниже в граммах на 100 г состава:

Отделочный состав CF2:

Состав CF3 отличается от состава CF2 весовым отношением намагничивающихся частиц к суммарному количеству намагничивающихся частиц и ненамагничивающихся частиц, равным 33%, а не 17%, как в случае с CF2.

Отделочный состав CF3:

Состав CF4 отличается от состава CF2, во-первых, весовым отношением намагничивающихся частиц к суммарному количеству намагничивающихся частиц и ненамагничивающихся частиц, равным 25%, а не 17%, как в случае с CF2, и, во-вторых, диаметром ненамагничивающихся частиц.

Отделочный состав CF4:

Отделочный состав CF5 отличается от состава CF4 смесью дисперсий ПТФЭ и ПФА, которая заменяет собой, в том же количестве, дисперсию ПТФЭ из состава CF4.

Отделочный состав CF5:

Отделочный состав CF6 отличается от состава CF5 добавлением порошка ПТФЭ со 100%-ным сухим экстрактом к дисперсии ПТФЭ.

Отделочный состав CF6:

Отделочный состав CF7 отличается от состава CF6, главным образом, полной заменой дисперсии ПТФЭ на порошок ПТФЭ со 100%-ным сухим экстрактом и наличием полиэфирсульфона.

Отделочный состав CF7:

Выполнение антипригарных покрытий на алюминиевых основаниях

Пользуясь традиционной технологией, пропитывают одну из сторон алюминиевого основания составом СР1 для формирования влажного грунтовочного слоя, а затем одного из отделочных составов CF1 (сравнительный пример) и CF2-CF7 (примеры согласно изобретению) на влажном грунтовочном слое с целью формирования отделочного слоя.

После этого прикладывают магнитное поле с помощью постоянного магнита с магнитной мощностью от 50 до 100 мТ, что приводит к ориентации магнитных частиц, позволяющей сформировать на отделочном слое объемный рисунок. Наконец, приступают к обжигу покрытого таким образом основания при температуре 415ºC.

Далее покрытые таким образом основания подвергают серии испытаний, описанных выше по тексту настоящей заявки.

Результаты, полученные в ходе этих разнообразных испытаний, сведены в приводимую ниже Таблицу 1.

В этой таблице Пример 1 относится к антипригарному покрытию, в качестве отделочного состава которого использован состав CFC1, а Примеры 2-7, соответственно, к антипригарному покрытию, в качестве отделочного состава которого использован соответствующий из составов CF2-CF7 (то есть Пример 2 относится к отделочному слою CF2, а Пример 7 - к отделочному слою CF7).

Выполнение антипригарных покрытий на основаниях из анодированного алюминия

Действуют так же, как изложено выше для случая выполнения алюминиевых оснований, но с изменением их природы: здесь вместо алюминиевого основания используют основание из анодированного алюминия, а для получения антипригарного покрытия применяют только грунтовочный состав СР1 и отделочные составы CF3 и CF4.

Затем основания, покрытые в соответствии с предложенным способом, подвергают серии испытаний, описанных выше по тексту настоящей заявки.

Результаты, полученные в ходе этих разнообразных испытаний, сведены в приводимую ниже Таблицу 1 применительно к Примерам 3' и 4'. Эти примеры идентичны, соответственно, Примерам 3 и 4, за исключением природы основания, которое в данном случае выполнено не из алюминия, а из анодированного алюминия.

Выполнение антипригарных покрытий на основаниях из ферритной нержавеющей стали

Действуют так же, как изложено выше для случаев выполнения оснований из анодированного или неанодированного алюминия, но используя основание из ферритной нержавеющей стали. Для получения антипригарного покрытия применяют только грунтовочный состав СР1 и отделочный состав CF3.

Магнитное поле создают электромагнитом, позволяющим получить значение, равное 0,2 Т.

Затем основание, покрытое в соответствии с предложенным способом, подвергают серии испытаний, описанных выше по тексту настоящей заявки.

Результаты, полученные в ходе этих разнообразных испытаний, сведены в приводимую ниже Таблицу 1 применительно к Примеру 3". Этот пример идентичен Примерам 3 и 3′, за исключением природы основания, которое в данном случае выполнено не из анодированного (Пример 3′) или неанодированного (Пример 3) алюминия, а из ферритной нержавеющей стали.

Реферат

Изобретение относится к нагревательному устройству (1), содержащему основание (2), подлежащее нагреванию, причем указанное основание (2) имеет поверхность (3), на которую нанесено антипригарное покрытие (4), причем указанное антипригарное покрытие (4) включает в себя по меньшей мере один спеченный слой (5, 5′) на основе фторуглеродного полимера, образующий непрерывную сетку. В соответствии с изобретением, указанный спеченный слой (5, 5′) является отделочным слоем, содержащим смесь намагничивающихся частиц (50) и ненамагничивающихся частиц (51), при этом часть указанных намагничивающихся частиц ориентирована так, чтобы сформировать объемный рисунок. Изобретение также относится к способу изготовления такого нагревательного устройства (1). 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула