DE69834100T2

DE69834100T2 - Verwendung von wasserfreien Trenn- und Schmiermitteln zur Behandlung der Wände einer Pressform zum Formen und Wierderformen

Info

Publication number: DE69834100T2
Application number: DE69834100T
Authority: DE
Inventors: Marten Douwe Kok; Dr. Harold Gankema
Original assignee: Acheson Industries Inc
Current assignee: Acheson Industries Inc
Priority date: 1998-03-09
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: HU9802133D0; BR9803809A; CA2248489A1; US6040278A; MY120552A; CN1228467A; DE19810031A1; CZ301798A3; JPH11293271A; ES2258291T3; PL187184B1; KR19990076518A; HUP9802133A2; DE69834100D1; HUP9802133A3; JP3539712B2; EP0942062A2; EP0942062A3; EP0942062B1; CZ293022B6

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung sprühbarer wasserfreier Zusammensetzungen zur Behandlung der Wände einer Matrize zum Ursprungsformen oder zum Neuformen.
Herkömmliche Formtrennmittel oder Schmiermittel, die in der Metallindustrie für Formgussverfahren, Croning-Verfahren, Gesenkgießverfahren usw. verwendet werden, bestehen aus Ölen und Wachsen in einer wässrigen Dispersion (Suspensionen oder im Besonderen Emulsionen). Um Dispersionen und Emulsionen dieses Typs herzustellen, die stabil bleiben, sind beachtliche Mengen Emulgiermittel erforderlich, um Phasentrennung, d.h. die Trennung des Wassers von dem Öl und/oder Wachs zu vermeiden. Das Vorliegen solcher Emulgiermittel in Mitteln zum Schmieren von Matrizen und sogar das Vorliegen von Wasser an sich sind jedoch mit wesentlichen Nachteilen verbunden.
In den herkömmlichen Formtrenn- und Schmiermitteln, die verwendet werden, um die Matrizen bzw. Formen vorzubehandeln, die z.B. beim Spritzgießen oder Gesenkgießen von Metallen verwendet werden, ist der Gehalt des Emulgiermittels, basierend auf dem gesamten Feststoffgehalt, im Bereich von 10 bis 30%; diese Emulgiermittel sind jedoch nicht in der Lage, irgendetwas zur tatsächlichen Funktion des Formtrenn- oder Schmiermittels beizutragen und stellen daher einen unnötigen Ballast hinsichtlich der Effizienz des Mittels dar. Ein Teil dieses Ballasts verbleibt weiterhin auf oder in dem geformten Gegenstand nachdem er von der Matrize getrennt worden ist.
Zusätzlich ist es aufgrund des hohen Wassergehalts der bekannten Formschmiermittel und -trennmittel erforderlich, ein Antikorrosionsmittel zuzugegeben, um Korrosion auf der Matrize und anderen Maschinenteilen, wie etwa Spannplatten, zu vermeiden, welche üblicherweise aus Metall hergestellt sind. Aufgrund dessen, dass herkömmliche Schmier- und Formtrennmittel, die große Mengen Wasser enthalten, als feiner Nebel aufgesprüht werden, werden selbst weiter entferntere Maschinenkomponenten dem Wasser ausgesetzt; zusätzlich ist es ebenfalls in der Vergangenheit erforderlich gewesen, Mittel zuzugeben zum Verhindern des Wachstums von Bakterien in der Emulsion. Ohne solche Bakterizide wären die Emulsionen nicht stabil für eine ausreichend Zeit. Diese Komponenten sind jedoch ebenfalls nicht in der Lage irgendetwas zur Bildung eines einheitlichen Filmes oder zur Freisetzung aus den Matrizen beizutragen; im Gegensatz hierzu zeigen diese Additive stark negative Wirkungen. Ebenfalls kann das Salz, das im Wasser vorliegt (wobei eine kleine Menge selbst in entmineralisiertem Wasser vorliegt) negative Auswirkungen auf den Film haben, der durch das Formtrennmittel auf der Oberfläche der Form bzw. Matrize zu bilden ist.
Wenn diese Formtrenn- und Schmiermittel auf Wasserbasis, die mit Emulgiermitteln und anderen Additiven hergestellt werden, verwendet werden, waren damit die folgenden Probleme verbunden:

1. Die Bildung des Filmes wird verzögert durch das sogenannte Leidenfrost-Phänomen.
2. Die Kohäsion des Filmes, der sich gebildet hat, ist beeinträchtig.
3. Die Homogenität des Filmes, der gebildet wurde, ist beeinträchtigt.
4. Die Adhäsion [des Filmes auf dem Metall] und die Festigkeit des Filmes sind verringert.
5. Die Schmier- und Freisetzungswirkung des Filmes wird verringert nachdem das Wasser verdampft ist.
6. Die Tendenz zur Bildung von Gas ist erhöht und daher besteht die Gefahr von Gaseinschlüssen im Gussteil.

Aufgrund dieser negativen Auswirkungen der unentbehrlichen Additive kann ein vollständiger Vorteil der Formtrenn- und Schmiereigenschaften der Komponenten der Formtrenn- und Schmiermittel, die gemäß dem Stand der Technik verwendet werden, nie stattfinden und ihre Film-bildenden Eigenschaften sind wesentlich beeinträchtigt.
US-A-3984599 offenbart Beschichtungszusammensetzungen, die geeignet sind in metallurgischen Verfahren, umfassend Mineralöl, Paraffinwachs, Polymerwachs, Modifizierungsmittel und ein Extremdruckmittel.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung war daher die Bereitstellung der Verwendung von Formtrenn- und Schmiermitteln sein, die nicht die Nachteile bekannter Mittel aufweisen und die zusätzlich extrem wirkungsvoll sind, selbst in sehr kleinen Mengen, und ein günstiges Lagerungsverhalten zeigen.
Dieser Gegenstand wird erreicht gemäß der Erfindung durch die Verwendung entsprechend Anspruch 1.
Die Zusammensetzungen, die gemäß der Erfindung verwendet werden, sind im Wesentlichen wasserfrei. Der Ausdruck "wasserfrei" soll im Bereich der vorliegenden Erfindung bedeuten, dass zu keinem Zeitpunkt Wasser jemals zu den Bestandteilen gegeben wird, die darin in möglichst reiner Form verwendet werden. Extrem kleine Mengen Wasser können jedoch als ein Ergebnis der leichten Aufnahme von Feuchtigkeit aus z.B. der Umgebungsluft vorliegen. Diese Mengen werden jedoch üblicherweise kleiner als 1% der Zusammensetzung sein und die Zusammensetzungen gemäß der Erfindung werden vorzugsweise so gelagert, dass ihr Wassergehalt kleiner als 0,5% sein wird.
Da sie relativ wasserfrei sind, können die Produkte gemäß der Erfindung ohne Emulgiermittel und auch ohne ein Antikorrosionsmittel hergestellt werden. Konservierungsmittel sind für die Zusammensetzungen gemäß der Erfindung nicht absolut erforderlich, jedoch kann es sinnvoll sein, kleine Mengen Konservierungsmittel (0–2%) zuzugeben, um im Besonderen gutes Lagerungsverhalten sicherzustellen.
Die Zusammensetzungen, die gemäß der Erfindung verwendet werden, können auf die Matrizen auf die übliche Art aufgebracht werden. Im Besonderen können die Zusammensetzungen, die gemäß der Erfindung verwendet werden, rasch besonders gute Filme bilden nachdem sie gleichmäßig aufgesprüht worden sind; sie helfen daher dabei eine beachtliche Verringerung der Zykluszeit von z.B. dem Spritzgussverfahren zu bewirken und helfen ebenfalls die Produktionsrate zu erhöhen. Da die Bestandteile in der Zusammensetzung gemäß der Erfindung in konzentrierter Form vorliegen, ist nur eine sehr kleine Menge Schmiermittel erforderlich. Als ein Ergebnis ist das Problem der Abscheidung bzw. Ablagerung von großen Mengen überschüssigen Schmiermittels, das heraustropft aus der Matrize oder verdampft, vermieden. Dies verringert umgekehrt potenzielle Gesundheitsrisiken für die Arbeiter in dem Metall-verarbeitenden Betrieb, die mit den Bestandteilen der Zusammensetzungen verbunden sein können, und verringert auch die Umweltverschmutzung. Da die Arbeit mit den Formtrennmitteln gemäß der Erfindung ohne Wasser durchgeführt wird, sollte ebenfalls hervorgehoben werden, dass das Abwassersystem daher von einer beachtlichen Belastung befreit ist.
Zusätzlich zeigen die Zusammensetzungen, die gemäß der Erfindung verwendet werden, stark verbesserte Homogenität und Stabilität nachdem sie einen Film auf der Oberfläche der Matrize gebildet haben, und daher weisen sie bessere Schmier- und Formtrenneigenschaften auf. Dies bedeutet, dass kleinere Kräfte erforderlich sind, um die Matrizen zu füllen, sie zu öffnen und die geformten Gegenstände zu entnehmen. Schließlich wird, da die Filme, die gebildet werden, besser an die Wände der Matrize anhaften, die Gefahr, dass Metall klebend an der Matrize zurückbleibt, verringert, was umgekehrt zu einer Erhöhung der Nutzungsdauer der Matrize führt. Die gegossenen Materialien oder die in der Matrize geformten Materialien sind ebenfalls sauberer, da weniger Fremdmaterialien an sie anhaften. Wie bereits angeführt, ist weiterhin nur eine relativ kleine Menge der Zusammensetzung gemäß der Erfindung erforderlich, um befriedigende Schmierung der Matrize zu erreichen.
Ataktisches Polypropylenhomopolymer ist besonders geeignet als das Polypropylen.
Wenn zumindest teilweise kristalline Wachse verwendet werden, ist es für diese bevorzugt, dass sie in thermisch vorbehandelter Form in der wasserfreien Zusammensetzung gemäß der Erfindung verwendet werden.
Eine gewisse Oxidation der Polyolefinwachse (bis zu 3% Sauerstoff, basierend auf der Menge Polyolefinwachs) ist bevorzugt und erleichtert das Mischen der Komponenten und der Zusammensetzung gemäß der Erfindung. Daher sind zumindest teilweise oxidierte Polyolefine besonders bevorzugte Wachse im Bereich der vorliegenden Erfindung.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Polysiloxane als das Öl verwendet, vorzugsweise Polysiloxane mit funktionellen Seitengruppen. Besonders bevorzugt im Bereich der Erfindung sind z.B. Dimethylsiloxane, Siloxane, die zumindest teilweise derivatisiert sind mit Alkylgruppen, Siloxane, die zumindest teilweise derivatisiert sind mit Arylgruppen, und Siloxane, die zumindest teilweise derivatisiert sind mit Alkarylgruppen. Jedoch sind sogar noch höher polare Siloxane geeignet, wie etwa Siloxane, die zumindest teilweise derivatisiert sind mit Polyetherfunktionen.
Im Bereich der vorliegenden Erfindung enthalten die Seitenketten und im Besonderen die Alkylseitenketten 1–30 und vorzugsweise 3–8 Kohlenstoffatome.
Polyorganosiloxane, die einer leichten thermischen Vorbehandlung ausgesetzt worden sind, Polyorganosiloxane, die vorbehandelt worden sind durch die Zugabe von Initiatoren, und im Besonderen partiell quervernetzte Polyorganosiloxane können vorteilhaft innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung sein. Wenn diese "vorgehärteten" Siloxane verwendet werden, wird häufig beobachtet, dass der Film schneller gebildet wird und homogener ist.
Zusätzlich zu Polysiloxanen ist es jedoch auch möglich, Mineralöle im Bereich der Erfindung zu verwenden. Es ist nicht relevant, ob diese schwere oder leichte Öle sind. Ein typisches Beispiel, das genannt werden kann, ist Heizdampfzylinderöl.
Geeignete Pflanzenöle umfassen z.B. Castoröl, Sojabohnenöl, Sonnenblumensamenöl und Leinsamenöl. Beispiele synthetischer Öle, die bevorzugt sind zur Verwendung im Bereich der Erfindung sind Oleate, wie etwa Glyceroltrioleat.
Im Bereich der vorliegenden Erfindung können kleine Mengen Konservierungsmittel verwendet werden.
Geeignete Bakterizide umfassen z.B. Gemische, die auf der Basis von Hexahydrotriazin gebildet werden.
Gemäß der Erfindung enthält die verwendete Zusammensetzung mindestens 98% der Substanzen mit einer Formtrenn- und Schmierwirkung, d.h. Wachs(e) und Öl(e).
In einem Verfahren zur Herstellung der wasserfreien Zusammensetzungen, die gemäß der Erfindung verwendet werden, werden die Bestandteile bis zur Homogenität zusammengemischt. Das Mischen wird vorzugsweise unter Erhitzen durchgeführt.
Zur Verwendung gemäß der Erfindung sind alle Formtrenn- und/oder Schmiersubstanzen im Prinzip geeignet, solange sie wasserfrei gemäß der obigen Definition der Zusammensetzungen, die wasserfrei sind, sind. Besonders geeignet sind synthetische Öle, wie etwa Silikonöle. Die Schmier- und Formtrennmittel können auch Konservierungsmittel enthalten, welche vorteilhaft für die spezifische in Frage stehende Anwendung erscheinen. Mindestens 98 Gew.-% des ausgewählten Mittels bestehend aus Substanzen mit Schmier- und Formtrennwirkungen und nicht mehr als 2 Gew.-% Konservierungsmitteln, wie etwa Bakterizide.
Wie bereits oben detailliert diskutiert, zeigen die wasserfreien Zusammensetzungen, die gemäß der Erfindung verwendet werden, besonders positive Eigenschaften in dieser Anwendung.
Selbst wenn der Film aus Formtrennmittel, der hergestellt werden kann auf der Oberfläche der Matrize durch die Verwendung der Zusammensetzungen gemäß der Erfindung, ein Minimum an Bestandteilen enthält, sind die Formtrenneigenschaften in keiner Art beeinträchtigt. Im Gegensatz hierzu, wie oben diskutiert, ist der Film des Formtrennmittels, welcher gebildet wird, stabiler, gleichmäßiger und anhaftender; zusätzlich verhindert der Film die Korrosion der Metallkomponenten, welche in Kontakt mit dem Formtrennmittel kommen. Die Nutzungslebensdauer der Matrize wird ebenfalls durch den gebotenen Schutz erhöht als ein Ergebnis der verbesserten Formtrennwirkung und Probleme die durch gefährliche Stoffe für die Arbeiter und die Umwelt entstehen, wie etwa die Akkumulation einer großen Menge von Abwasser, werden ebenfalls vermieden.
Das Mittel wird mittels eines Sprühelements mit Zentrifugalzerstäubung und einer Luftzufuhr angewendet.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung in größerem Detail erklären.
Beispiel 1
Pflanzliches Sojabohnenöl (raffiniertes technisches Sojabohnenöl, Cargill B.V., Amsterdam, Niederlande) wurde für 30 Minuten bei Raumtemperatur mit flüssigem Polybuten (Polybuten L-50, Amoco Chemical Co., Chicago, USA) gemischt, um ein transparentes, homogenes Gemisch zu bilden. Um das Produkt vor Bakterienwachstum zu schützen, wurde eine kleine Menge eines Bakterizids (Forcide 8, Progiven Antiseptiques, Fontenay-sous-Bois, Frankreich) zugegeben. Die fertige Zusammensetzung des Formtrenn- und Schmiermittels war:

– 81,9 Gew.-% Sojabohnenöl;
– 18,0 Gew.-% Polybuten; und
– 0,1 Gew.-% Bakterizid.

Beispiel 2
Ataktisches Polypropylenhomopolymer (a-PP-Homopolymer, DSM Performance Polymers, Sittard, Niederlande) wurde auf 220 °C erhitzt. Nachdem das Polymer geschmolzen/erweicht war, wurde Luft kräftig in das flüssige Polymer unter starkem Bewegen eingerührt, um die Oxidationsreaktion, die bei hoher Temperatur induziert wird, zu beschleunigen.
Nach 20 Stunden bei 220 °C ließ man das oxidierte Polymer auf 100 °C abkühlen, dann wurde das Polymer mit einem vorerhitzten (100 °C) Silikonöl, funktionalisiert mit organischen Gruppen (Wacker TN, Wacker Chemie, Burghausen, Deutschland), gemischt. Das Gemisch wurde für 30 Minuten gerührt bis eine homogene Zusammensetzung gebildet war. Nachdem das Gemisch auf Raumtemperatur abgekühlt war, wurde eine kleine Menge Bakterizid (Forcide 78, Progiven Antiseptiques, Fontenay-sous-Bois, Frankreich) zugegeben, um vor Bakterienwachstum zu schützen. Die Schlusskonzentration der Zusammensetzung war:

– 84,9 Gew.-% Silikonöl, funktionalisiert mit organischen Gruppen;
– 15,0 Gew.-% oxidiertes, ataktisches Propylen; und
– 0,1 Gew.-% Bakterizid.

Beispiel 3
Ein Ethylen-Propylen-Copolymer (Eastoflex E1003D, Eastman Chemical Products, Inc., Kingsport, TN, USA) wurde auf 200 °C erhitzt. Nachdem das Copolymer geschmolzen/erweicht war, wurden 0,4 ppb eines organischen Peroxids (Trigonox 101-7-5PP-pd, Akzo Nobel, Deventer, Niederlande) vorsichtig über den Verlauf von 90 Minuten unter einer Stickstoffatmosphäre zugegeben, um den chemischen Einbau von Sauerstoffmolekülen in die Copolymerketten zu beschleunigen. Nach der Zugabe des Peroxids wurde das flüssige Copolymer für zusätzliche 120 Minuten bei 200 °C gerührt, wieder unter einer Stickstoffatmosphäre.
Um die Oxidation abzuschließen, wurde das flüssige voroxidierte Copolymer erneut auf 240 °C erhitzt. Luft wurde in die Copolymerschmelze unter kräftigem Rühren eingebracht. Nach 35 Stunden ließ man das oxidierte Copolymer auf 70 °C kühlen, dann wurde das oxidierte Copolymer mit flüssigem Polybuten (Polybuten-L50, Amoco Chemical Company, Chicago, USA) in einem Verhältns von 1:1 für 30 Minuten gerührt, um ein homogenes Gemisch zu bilden. Dieses flüssige Gemisch ließ man dann auf Raumtemperatur kühlen.
Die fertige Zusammensetzung aus den Bestandteilen wurde erhalten durch Mischen des oxidierten Ethylen-Propylen-Copolymer/Polybuten-Gemischs mit einem synthetischen Glyceroltrioleatöl (Glyceroltrioleat, Daudruy van Cauwenberghe & Fils, Dunkerque, Frankreich) für 30 Minuten bei Raumtemperatur. Am Ende des Mischverfahrens wurde eine kleine Menge Bakterizid (Forcide 78, Progiven, Fontenay-sous-Bois) zugegeben, um vor Bakterienwachstum zu schützen.
Die fertige Zusammensetzung war:

– 84,9 Gew.-% Glyceroltrioleat;
– 7,5 Gew.-% oxidiertes Ethylen-Propylen-Copolymer;
– 7,5 Gew.-% Polybuten; und
– 0,1 Gew.-% Bakterizid.

Claims

Verwendung einer sprühbaren Zusammensetzung, bestehend aus bis zu 30 Gew.-% eines Polyolefinwachses aus der Gruppe, umfassend Polethylen, Polypropylen, Ethylen-Propylen-Copolymer, Polybuten und Gemischen aus mindestens zwei dieser Wachse, und mindestens 70 Gew.-% Öl, worin das Öl ein Silikonöl, ein synthetisches Öl, ein Pflanzenöl, ein Mineralöl oder ein Gemisch aus solchen Ölen ist, weniger als 1 Gew.-% Wasser und optional Konservierungsmittel als ein Additiv in einer Menge bis zu 2 Gew.-%, wobei die Menge von Substanzen mit Schmierwirkung in der Zusammensetzung mindestens 98 Gew.-% ist, zur Behandlung der Wände einer Matrize für Ursprungsformen oder Neuformen von Metall, durch Aufbringen der Zusammensetzung mittels eines Sprühelements mit Zentrifugalzerstäubung und einer Luftzufuhr.
Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung ein ataktisches Polypropylenhomopolymer als das Polypropylen enthält.
Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polyolefin, das mit bis zu 3 Gew.-% Sauerstoff oxidiert ist, vorliegt.
Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung ein Polysiloxan und insbesondere ein Polyorganosiloxan, das mit Seitengruppen funktionalisiert ist, enthält.
Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitengruppen Alkyl-, Aryl-, Alkaryl- oder Polyethergruppen sind.
Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitengruppen 1–30 und vorzugsweise 3–8 Kohlenstoffatome enthalten.
Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung ein teilweise quervernetztes Silikonöl enthält.