DE2614816C3 - Verwendung einer Emulsion zum Schützen von Oberflächen aus Kautschuk, Vinylpolymerisaten, Holz, Leder, Metall und Porzellan, die gegebenfalls mit einem Farbanstrichversehen sind - Google Patents

Description

Die bisher zum Schützen von Kautschuk verwendeten Mittel basieren auf Lampenruß und enthalten Materialien die gegenüber Metall- und gestrichenen Flächen bei Automobilen sehr korrodierend wirken. Diese Mittel werden wie Farbe auf die Kautschukoberfläche aufgetragen. Der so behandelte Kautschuk hat ein unnatürliches "gefärbtes Aussehen". Erneute Aufträge erfordern das Entfernen alter Beläge und sind schwierig aufzubringen. Kautschukoberfläche werden mit solchen Materialien vor Zerstörung durch Umwelteinflüsse nicht wirksam geschützt, die Handhabung der Mittel erzeugt Schmutz. Korrodierend wirkende und toxische Bestandteile beeinträchtigen jedoch die angrenzenden Oberflächen und sind für den Benutzer schädlich.

In der GB-PS 13 27 661 wird die Verwendung von Mitteln auf der Basis linearer Organopolysiloxane zur Textilbehandlung beschrieben, um solche Textilien geschmeidiger zu machen. Diese Mittel enthalten außerdem ein Verdickungsmittel, z. B. ein Fettalkohol-Äthylenoxidkondensat. Zusätzlich können Emulgatoren wie Alkylphenol- Äthylenoxidkondensate enthalten sein. Das zur Textilbehandlung dienende Mittel soll den Vorteil haben, daß es das Auswaschen von Farbstoffen aus gefärbten Materialien verhindert und hierdurch eine gleichmäßige Tönung sicherstellt. Das bekannte Mittel enthält keine Polyolverbindungen; über eine Eignung oder Anwendung zum Oberflächenschutz bei Kautschuk-, Leder- und Polymermaterialien wird nichts berichtet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Emulsion der im Anspruch 1 genannten Zusammensetzung zum Schutz von natürlichen und synthetischen Polymeroberflächen und insbesondere von Oberflächen aus Kautschuk und Leder zu verwenden, mit der das Aussehen dieser Oberflächen verbessert werden kann und solche Oberflächen gegen schädliche Einwirkungen von Ozon, ultravioletter Strahlung und anderen Umwelteinflüssen, die zu einem Abbau von Kautschuk und Kunststoffen und auch von Leder führen, geschützt werden können, wobei sich die Schutzwirkung über erhebliche Zeiträume erstrecken sollte.

Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruches 2.

Eine Hauptanwendung der Emulsion ist das Schützen und Verbessern des Aussehens von Kautschukteilen von Automobilen, Autoreifen, Kautschukdichtungsstreifen und Vinylpolymerisatoberflächen werden im Laufe der Zeit einer Zerstörung unterworfen, weil sie den schädlichen Umwelteinflüssen, wie z. B. ultravioletter Strahlung, Ozon, Schmutz, Wasser und Fett, ausgesetzt sind. Die solchen schädlichen Umwelteinflüssen ausgesetzten Kautschukmoleküle unterliegen an der Oberfläche einem Abbau. Das Ergebnis ist eine strukturelle Veränderung der Kautschukoberfläche, wodurch Schmutz und andere Verunreinigungen noch stärker anhaften und dadurch die Oberfläche verfärbt wird. Außerdem führt der Abbau von Kautschukmolekülen zu einem Rissigwerden der Oberfläche. Die Freigabe von anderen Bestandteilen des Kautschukkörpers, die nicht chemisch an die Kautschukmoleküle gebunden sind, sondern z. B. nur mechanisch in Suspensionsform festgehalten werden, führt zum Ausblühen und ebenfalls zur Verfärbung.

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Emulsion, die den Kautschuk gegen Ozon, ultraviolette Strahlung und andere Umwelteinflüsse schützt. Außerdem versiegelt die Emulsion die Oberflächen, die durch Abbau beschädigt worden sind, und schützt sie vor weiterem Abbau. Die Emulsion schafft eine hydrophobe Oberfläche mit relativ großer Glätte, so daß Erde bzw. Schmutz an der Oberfläche nicht haften bleiben.

In ähnlicher Weise schützt die Emulsion Vinylpolymerisate, auch wenn diese Bestandteile von Farben sind. Möbelbeläge, technische Treibriemen, Kunststoffscheuerleisten sind Beispiele für wichtige Anwendungsgebiete.

Die erfindungsgemäß verwendete Emulsion (das Schutzmittel) besteht aus nichttoxischen Materialien, die für den Benutzer sicher sind und auch die Oberflächen, die an die Kautschukteile bei Automobilen angrenzen, nicht beeinträchtigen. Tatsächlich schützt das Schutzmittel auch diese Oberflächen. Das Schutzmittel führt zu einem natürlichen Aussehen des Kautschuks, ist leicht aufzutragen und bietet einen äußerst wirksamen Schutz von Oberflächen, insbesondere aus Kautschuk, vor Ozon, ultravioletter Strahlung, Wasser und Smog.

Zum Schützen und Erneuern von Oberflächen, insbesondere von Kautschukoberflächen, wird das Schutzmittel zunächst zur gründlichen Benetzung der Oberfläche benutzt. Nach dem Benetzen der Oberfläche wird dann ein zum völligen Eindringen des Schutzmittels in die Oberflächenschicht des Materials ausreichende Zeitdauer gewährt. Es wird angenommen, daß das Schutzmittel infolge Kapillarwirkung eindringt, durch welche die Moleküle des Schutzmittels und insbesondere der Organopolysiloxanflüssigkeit in die Oberfläche hineingezogen werden. Mindestens ein weiteres erneutes Benetzen der Oberfläche sollte nach dem Eindringen vorgenommen werden. Vorzugsweise sollten mindestens drei Aufträge von dem Schutzmittel auf der zu schützenden Oberfläche aufgebracht werden.

Beim Auftragen auf eine Kautschukoberfläche bewirkt das Wasser ein Quellen der Oberfläche des Kautschuks und unterstützt hierdurch das Eindringen der Polysiloxanflüssigkeit in die Kautschuks- oder Vinylpolymerisatoberfläche. Die Bestandteile scheinen sich nicht chemisch zu verbinden, sie vereinigen sich aber zu einem homogenen Gemisch. Das Vereinigen wird durch Emulgieren des Silicons in Wasser und nachfolgende Zugabe der anderen Bestandteile zu dieser Emulsion erleichtert. Das durch Behandeln mit dem Gemisch erzielte Ergebnis ist jedenfalls besser, als wenn das Material mit den einzelnen Bestandteilen behandelt wird.

Alkohol und einige andere Schmutzlöser können als Reinigungsmittel ohne Nachteil zugegeben werden, jedoch wird durch Vorbehandeln mit solchen Lösungsmitteln das gleiche Resultat wie bei der Einarbeitung der Lösungsmittel in das Gemisch erzielt. Dieses trifft jedoch nicht auf Wasser zu. Das Aussehen der Oberfläche nach dem Auftragen wird durch die Wassermenge in dem Gemisch beeinflußt, insbesondere bei Kautschuk. Der Unterschied im Aussehen ist vom Grad der Beeinträchtigung der Oberfläche zum Zeitpunkt des Auftragens abhängig.

Der erhaltene Glanzgrad ist weniger von der Ablagerung anderer Bestandteile auf der Oberfläche als von dem Mechanismus abhängig, durch den das Wasser als Transportmittel für die Ablagerung des Schutzmittels dient. Wasser ist daher ein wichtiger Bestandteil des Gemisches, obwohl es scheinbar nur zur Schaffung einer mechanischen Wechselbeziehung der anderen Substanzen dient und deren Anwendung erleichtert, während die anderen Bestandteile auf der behandelten Fläche zurückbleiben.

Die Organopolysiloxanflüssigkeit oder das flüssige Silicon in dem Schutzmittel ist für die Wasserfestigkeit des Kautschuks verantwortlich und erschwert dessen Abbau. Der Abbau wird durch Ozon und Sauerstoff gefördert, das Silicon trägt dazu bei, diese Materialien fernzuhalten.

Das Schutzmittel erfordert mindestens eine Organopolysiloxanflüssigkeit. Diese Flüssigkeiten werden auch als Siliconflüssigkeiten bezeichnet und insoweit von Siliconelastomeren und -harzen unterschieden. Sie sind hauptsächlich Dimethylpolysiloxanflüssigkeiten, die im wesentlichen linearer Art sind. Die Struktur der Dimethylsiliconflüssigkeit entspricht der nachfolgenden allgemeinen Formel, worin n die Anzahl der Einheiten bedeutet:

Durch Substitution eines gewissen Teils der Methylgruppen durch andere organische Gruppen oder funktionelle Organogruppen, wie z. B. Vinyl, Phenyl, Trifluorphenyl und Amino, können andere Organopolysiloxane gebildet werden. In Tabelle I sind die Eigenschaften verschiedener unsubstituierter Dimethylsiliconflüssigkeiten und solcher Dimethylsiliconflüssigkeiten mit zwischen 10 und 35 Mol-% Phenylgruppensubstitution angegeben.

Tabelle I

Im allgemeinen sind Organopolysiloxanflüssigkeiten als Gemische von Polymerisaten mit verschiedener Kettenlänge erhältlich. Erfindungsgemäß ist die Viskosität der Silconflüssigkeiten ein Maß für die Wirksamkeit. Siliconflüssigkeiten können verwendet werden, die eine Viskosität bis zu 100 000 mm²/s aufweisen. Vorzugsweise soll die Viskosität der zu verwendenden Siliconflüssigkeiten im Bereich von etwa 10 000 mm²/s liegen. Am vorteilhaftesten liegt die Viskosität in dem Bereich von 300 bis 400 mm²/s. Offensichtlich dringen Siliconflüssigkeiten, deren Viskosität zu groß ist, in die schützenden Oberflächen nur schwer ein. Ist die Viskosität zu niedrig, reicht die mittlere Kettenlänge des Polymerisats offenbar nicht aus, um einen geeigneten Schutz zu ergeben.

Die Wahl der Organopolysiloxanflüssigkeit oder eines flüssigen Gemisches hängt von der Eigenart der zu schützenden Fläche ab. Für die meisten Anwendungen ist die normale unsubstituierte Dimethylpolysiloxanflüssigkeit ausgezeichnet, insbesondere zur Behandlung von Kautschuk- und Vinylpolymerisatoberflächen. In anderen Fällen führt ein Gehalt von bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Dimethylpolysiloxanflüssigkeit, einer im Handel erhältlichen aminosubstituierten Dimethylpolysiloxanflüssigkeit zu erhöhtem Haftvermögen gegenüber der zu schützenden Oberfläche. Diese Kombination ist besonders zur Behandlung von Metalloberflächen vorteilhaft. Die Verwendung von phenylsubstituierten oder anderen substituierten Dimethylpolysiloxanflüssigkeiten ist möglich und hängt von dem zu behandelnden Material und/oder den Umwelteinflüssen ab, denen die Oberfläche ausgesetzt ist.

Die Siliconflüssigkeit oder das Gemisch wird in Form einer Wasseremulsion verwendet.

Die kleine Teilchengröße des Silicons in der Emulsion (im allgemeinen unter etwa 1/2 µm) erleichtert das Eindringen des Silicons in die zu schützende Oberfläche sehr.

Emulsionen von Siliconflüssigkeiten in Wasser sind im Handel erhältlich. Die Siliconemulsionen enthalten 35 bis 50 Gew.-% Siliconflüssigkeit oder Siliconflüssigkeitsgemisch, wobei der Rest hauptsächlich aus Wasser und kleineren Anteilen Emulgiermitteln und Adjuvantien, wie z. B. einem Rostinhibitor, besteht.

Die in dem Schutzmittel enthaltene Menge der Polyolverbindung reicht von 15 bis 65 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Polysiloxanflüssigkeit, und ist verantwortlich für einen wesentlich größeren und länger anhaltenden Schutz und ein verbessertes Aussehen.

Diäthylenglykol unterstützt das Eindringen des Silicons in Kautschuk und Vinylpolymerisate. Es ist in Wasser löslich, dient aber nach dem Aufbringen auf die Kautschukoberfläche zum Abdichten der Oberfläche gegen Wasser. Außerdem verleiht das Diäthylenglykol dem Schutzmittel eine gewisse Masse und verbessert das Haftvermögen der anderen Bestandteile des Schutzmittels an der Oberfläche. Glycerin verhilft ebenfalls zum Abdichten der Oberfläche, fördert das Eindringen und verleiht dem Gemisch eine gewisse Masse, wodurch die Viskosität erhöht und eine cremeartige Beschaffenheit erzielt wird. Die Kombination von Glycerin mit Silicon ist vor allem für das verbesserte Aussehen der Oberfläche verantwortlich, das durch Auftragen des Gemisches erhalten wird.

Das Auftragen wird durch das Wasser erleichtert, durch das Wasser kann der Glanzgrad eingestellt werden. Das flüssige Silicon liegt in Form einer Emulsion in Wasser vor. Die anderen Bestandteile sind in einer solchen Emulsion löslich oder mit dieser Emulsion mischbar und können der Emulsion einverleibt werden. In Tabelle II wird eine im Handel erhältliche Dimethylsiliconemulsion als Bestandteil angegeben, die Gewichtsteile der anderen Bestandteile beziehen sich auf ein Gemisch, das 100 Gewichtsteile Dimethylsiliconemulsion enthält.

Eine Emulsion, die dieser Dimethylsiliconemulsion gleichwertig ist, enthält 35 Gew.-% Dimethylpolysiloxanflüssigkeit mit einer Viskosität von 10 000 mm²/s und weniger als 10 Gewichtsteile eines nichtionischen oder kovalenten Emulgators, wie z. B. Nonylphenol, nicht mehr als 5 Gewichtsteile eines Rostinhibitors, wie z. B. Natriumnitrit, und nicht mehr als 65 Gewichtsteile Wasser. Ein anderer geeigneter Rostinhibitor ist ein organisches Phosphit.

Die vorstehende Formulierung ist so beschaffen, daß das Endprodukt der zu behandelnden Oberfläche einen bestmöglichen Glanz verleiht. Der Wassergehalt wird erhöht, falls ein mattes Aussehen erwünscht ist.

Alte oder gealterte Oberflächen, insbesondere aus Kautschuk und Vinylpolymerisat absorbieren wesentlich mehr Wasser als neuere Oberflächen. Die maximale Wassermenge, die zugegeben werden kann, ohne die Schutzwirkung des Produkts zu beeinträchtigen, beträgt etwa 165 Gewichtsteile, wenn das Produkt nur auf die zu behandelnde Oberfläche durch Wischen aufgetragen wird. Wenn die Oberfläche mit dem Produkt gesäubert wird, ergeben noch bis zu 98% Wasser einen befriedigenden Schutz und ein geeignetes Aussehen. Wenn der Prozentgehalt von Wasser erhöht werden soll, um ein halbglänzendes oder mattes Aussehen zu erreichen, kann das Wasser durch Erhöhung des Wasseranteils in der Silicon-in-Wasser-Emulsion zugegeben werden.

In Tabelle II werden einige Beispiele für Schutzmittel mit bevorzugten Anteilsbereichen angegeben. Die verwendete Siliconemulsionsformulierung ist im Handel erhältlich. Sie enthält 35 Gew.-% Dimethylsilicon und weist eine Viskosität von etwa 350 mm²/s und eine mittlere Teilchengröße <1/2 µm auf. Das spezifische Gewicht der Emulsion bei 24°C ist 0,96 und der pH-Wert ist 8,5. Die verwendete Emulsion enthält außerdem etwa 10 Gewichtsteile Nonylphenolemulgator sowie etwa 5 Gewichtsteile eines Rostinhibitors (Natriumnitrit) und etwa 65 Gewichtsteile Wasser.

Tabelle II

Mittel Nr. 1 ist im Hinblick auf die Verbesserung des Oberflächenaussehens von alten und neuen Kautschukoberflächen und im Hinblick auf die Schutzwirkung am besten. Mittel Nr. 2 stellt ein Produkt dar, das ebenfalls die Funktionen erfüllt, durch die das Aussehen verbessert und eine Schutzwirkung entfaltet wird. Mittel Nr. 3 erläutert eine Formulierung, die im Bereich von 1 bis 100 Gewichtsteilen Wasser befriedigende Ergebnisse ergibt.

Die Mittel Nr. 4, 5 und 6 erläutern Mittel mit optimaler Diäthylenglykolmenge. Das Mittel Nr. 4, das 21 Teile Glycerin enthält, ist weniger geeignet als das Mittel Nr. 3, das nur 20 Teile Glycerin enthält. Mittel Nr. 5, das 5 Teile Glycerin enthält, ist befriedigend, während das Mittel Nr. 6, das 4 Teile Glycerin enthält, weniger gut ist. Daraus ist zu folgern, daß wenigstens etwa 5 Teile Glycerin in dem bevorzugten Mittel erforderlich sind.

Die Mittel Nr. 7 und 8 dienen dazu, die Grenzen des Diäthylenglykolgehalts zu ermitteln. Während in dem Mittel Nr. 2 0,5 Teile Diäthylenglykol befriedigend sind, ergibt im Mittel Nr. 7 ein Diäthylenglykolgehalt von nur 0,25 Gewichtsteilen ein nicht ganz völlig befriedigendes Ergebnis, obwohl die Glycerinmenge 10 Gewichtsteile ausmacht, was als optimal angesehen wird. Mittel Nr. 8 hat einen zu hohen Diäthylenglykolgehalt, während 3 Gewichtsteile Diäthylenglykol im Mittel Nr. 3 ein befriedigendes Material ergeben.

Ein gutes, billiges und leicht aufzutragendes Produkt wird durch Mischen von nur einer Siliconemulsion mit Glycerin erhalten. In den bevorzugten Anteilsbereichen enthält das Gemisch mehr Emulsion als Glycerin. Diese Ausführungsform ist in erster Linie als Zusatz zu Waschwasser oder Isopropylalkohol, das bzw. der zum Waschen von Reifen benutzt wird, vorgesehen. Ein solches Mittel beschädigt die Reifen oder Automobilteile oder Farben nicht, wenn es ohne Verdünnen angewendet wird, obwohl eine Benutzung auf diese Weise etwas verschwenderisch ist. Der Prozentgehalt an Glycerin ist relativ groß, so daß das Produkt genug Masse hat und verdünnt werden kann.

Die Siliconemulsion hat ein milchiges Aussehen. Zur Steigerung der Marktfähigkeit kann die Farbe geändert werden. Einer der Vorteile der Erfindung ist, daß wasserlösliche Farben in Mengen zugegeben werden können, die so gering sind, daß zwar das Aussehen des Produkts geändert wird, jedoch ein Verfärben der zu behandelnden Oberfläche nicht stattfindet.

Außer Rostinhibitoren und Farbstoffen können andere Adjuvantien, wie z. B. Ultraviolettabsorber, zugegeben werden. Diese Zusätze sind vorteilhaft, aber für das Mittel nicht wesentlich. In einigen Fällen kann z. B. eine kleine Menge Antischaummittel enthalten sein, um das Abfüllen des Schutzmittels auf Flaschen zu erleichtern. Ferner können antimikrobielle Mittel zugegeben werden, um die Haltbarkeit des Schutzmittels zu erhöhen und die behandelten Oberflächen resistent zu machen. Derartige Adjuvantien sollten jedoch wasserlöslich oder mit Wasser mischbar sein.

Die Gemische, die zur Behandlung von Kautschuk bevorzugt werden, werden auch im allgemeinen zur Behandlung von Vinylpolymerisaten bevorzugt. Die obigen Angaben zur Kautschukbehandlung gelten in gleicher Weise für die Behandlung von synthetischen Kautschuken, Vinylpolymerisaten, mit Farbe gestrichenen Oberflächen, Holz und Leder.

Bei der Verwendung gemäß der Erfindung sind zweckmäßigerweise mehrere wesentliche Verfahrensschritte vorzunehmen.

Erstens soll die zu behandelnde Oberfläche gründlich mit dem Schutzmittel benetzt werden. Dies kann z. B. durch Einreiben, Besprühen, Bestreichen oder Eintauchen erreicht werden.

Nach Benetzen der Oberfläche sollte genügend Zeit für das Eindringen des Schutzmittels in die Oberfläche verstreichen. Während dieser Zeitspanne dringt das Schutzmittel durch Kapillarwirkung in die Oberflächenporen ein. Zur Erzielung bester Ergebnisse sollte eine Zeitspanne von mindestens etwa 24 Stunden für das Eindringen eingeräumt werden. Gewünschtenfalls kann überschüssiges Material auf der Oberfläche nach der Eindringzeit durch leichtes Abreiben entfernt werden.

Mindestens ein weiterer Auftrag des Schutzmittels auf die Oberfläche sollte dann in gleicher Weise wie beim ersten Verfahrensschritt vorgenommen werden. Nach weiteren 24 Stunden kann die Oberfläche mit einem weichen Tuch leicht poliert werden, um gewünschtenfalls den Glanz zu steigern. Vorzugsweise wird das Schutzmittel jedoch mindestens dreimal auf die Oberfläche aufgetragen, wobei zwischen jeder Anwendung 24 Stunden verstreichen sollen.

Wenn Verfahrensschritte so durchgeführt werden, wird ein maximaler Schutz der behandelten Oberfläche für die längstmögliche Zeitdauer erzielt. Gewünschtenfalls können weitere Aufträge oder Überzüge aufgebracht werden. In den meisten Fällen sind drei Anwendungen ausreichend.

Außer den angegebenen Vorteilen stoßen die mit dem Schutzmittel behandelten Oberflächen Wasser und Schmutz ab und setzen die statische Elektrizität herab. Die gebildete innere molekulare Oberflächenschicht schützt vor Ozon, ultravioletten Strahlen, Sauerstoff und Smogbestandteilen, wie z. B. Stickstoffoxiden, Salpetersäuredampf und Schwefeloxiden.

Außerdem ist das Aussehen der Oberfläche nach der Behandlung sehr natürlich, selbst bei sehr stark verschmutzten Oberflächen wie z. B. Kautschukreifen.

Obwohl das Schutzmittel hauptsächlich für eine Verwendung bei Kautschuk- und Vinylpolymerisatmaterialien vorgesehen ist, eignet es sich in gleicher Weise auch für Oberflächen Leder und Holz.

Die Erfindung ermöglicht das Schützen von Vinylpolymerisaten, mit Farbe gestrichenen Oberflächen, Porzellan, Leder und Holz, wobei eine wäßrige Emulsion von Dimethylpolysiloxanflüssigkeit, die teilweise z. B. mit Vinyl-, Trifluorpropyl-, Phenyl- und Aminogruppen substituiert sein kann, verwendet wird.

Das Auftragen des Mittels umfaßt das Benetzen der zu schützenden Oberfläche mit der Siliconemulsion oder dem Schutzmittel, woran sich eine Zeitspanne zum Eindringen, vorzugsweise von 24 Stunden, anschließt. Die Oberfläche wird dann erneut benetzt und anschließend wird das Eindringen auf die gleiche Weise ermöglicht; diese erneute Anwendung erfolgt mindestens einmal oder vorzugsweise zweimal.

Obwohl ein gewisser Schutz den Oberflächen unter Anwendung von Siliconemulsion allein verliehen wird, wird ein wesentlich größerer Schutz für eine längere Zeitdauer mit überragendem Aussehen der Oberfläche erreicht, wenn das neue Schutzmittel verwendet wird.

Claims (2)

1. Verwendung einer Emulsion von 35 bis 50 Gew.-% eines oder mehrerer flüssiger Organopolysiloxane mit einer Viskosität im Bereich von 10² bis 10⁵ mm²/s in Wasser, wobei der Rest hauptsächlich aus Wasser und kleineren Anteilen an Emulgiermitteln und Adjuvantien besteht, der zusätzlich 15 bis 65 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des flüssigen Polysiloxans, Diäthylenglykol und Glycerin beigemischt sind, zum Schützen von Oberflächen aus Kautschuk, Vinylpolymerisaten, Holz, Leder, Metall und Porzellan, die gegebenenfalls mit einem Farbanstrich versehen sind.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulsion, bezogen auf das Gewicht des flüssigen Polysiloxans, 0,5 bis 10 Gew.-% Diäthylenglykol und 60 bis 10 Gew.-% Glycerin beigemischt sind.