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Zusammensetzung zur Verwendung als Haftbeschichtung für dünne Schneidflächen
Gegenstand der Erfindung ist eine Zusammensetzung auf Basis von polymeren Organosiliciumverbindungen zur Verwendung als Haftbeschichtung der Schneidflächen von Schneidwerkzeugen, insbesondere für dünne Schneidflächen aus unlegiertem oder rostfreiem Stahl in Sicherheitsrasierklingen.
Es gibt zahlreiche Handelsartikel mit dünnen Schneidflächen, die üblicherweise aus geschliffenem Metall bestehen, wie ein-oder zweischneidige Rasierklingen, Injektionskanülen, Scheren, Skalpelle und Küretten. Illustrativ für dünne oder geschliffene Schneidflächen sind solche handelsüblicher Sicherheitsrasierklingen. Die Klinge selbst hat eine Dicke von 0,0075 bis 0,040 cm. Sie hat eine keilförmige Schneidfläche, deren eingeschlossener Raumwinkel grösser als 140 und kleiner als 350 ist. Die Schneidfläche ist etwa 0,25 cm breit, und sie muss nicht unbedingt aus einer ununterbrochenen planaren Oberfläche, sondern kann auch aus zwei oder mehr sich überkreuzenden Oberflächen entlang einer Zone bestehen, die im wesentlichen parallel zur Schneidkante verläuft.
Die Schneidkante kann nur etwa 0, 00075 cm breit sein und eine Dicke von weniger als 6000 haben. Die Dimensionen der Schneidflä- chen anderer Gebrauchsgegenstände, wie Injektionskanülen oder Skalpellen, variieren in Abhängigkeit von dem speziellen Verwendungszweck und sind bekannt.
Die geschliffenen Schneidflächen bestehen im allgemeinen aus Stahl, der entweder ein unlegierter Stahl oder härtbarer, rostfreier Stahl sein kann, der üblicherweise durch einen Hitzebehandlungsvorgang gehärtet wird. Es gibt jedoch eine Grenze für das Ausmass, in dem die Schneidflächen ohne Härteverlust wieder erhitzt werden können. Ausser Stahl und rostfreiem Stahl können auch andere Metalle, wie Chrom oder Metallegierungen, für die Herstellung von Schneidflächen verwendet werden.
Es ist bekannt, dass die Schneidflächen von Rasierklingen mit bestimmten polymeren Materialien beschichtet werden können, um die Bequemlichkeit des Rasierens zu steigern. So werden beispielsweise in der USA -Patentschrift Nr. 3, 071, 856 Besclúchtungen aus Fluorkohlenwasserstoffen, wie Polytetrafluoräthylen, und in der USA-Patentschrift Nr. 2,937, 976 Beschichtungen aus polymeren Organosiliciumverbindungen beschrieben. Fluorkohlenwasserstoffbeschichtungen für Rasierklingen sind im Handel verfügbar, aber da. Beschichtungsverfahren erfordert erhöhte Temperaturen über lange Zeitspannen.
Die Beschichtungen auf Grundlage der polymeren Organosiliciumverbindungen erfordern weniger Aufwand, aber die damit beschichteten Rasierklingen haben wegen der schlechten Haltbarkeit der Beschichtung nur einen begrenzten Handelswert.
Durch Verwendung der erfindungsgemässen Zusammensetzungen für derartige Beschichtungen werden diese Nachteile nunmehr vermieden.
Die erfindungsgemässe Zusammensetzung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem mindestens teilweise gehärteten Organosiloxanmischpolymerisat aus
1. 5 bis 20 Gew. -0/0 AminoalkylsiIoxaneinheiten der Formel
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worin R Alkylreste mit 1 bis 6 C-Atomen, Y Hydroxylgruppen und/oder Alkoxyreste mit 1 bis
3 C-Atomen, Q Wasserstoffatome, Methyl- oder Aminoäthylreste bedeuten, a 0 oder 1, b 0 oder 1 ist und die Summe von a + b 0 bis 2 beträgt und 2.80 bis 95 Grew.-% Methylsiloxaneinheiten der Formel
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worin R'Hydroxylgruppen und/oder Methylreste bedeutet und c 1 oder 2 ist, besteht.
Beispiele für Reste R in den Aminoalkylsiloxaneinheiten (1) sind Methyl-, Äthyl-, Propyl-, tert. - -Butyl- und Hexylreste. In den nicht vollständig gehärteten Mischpolymerisaten müssen ausserdem Hydroxylgruppen und/oder Alkoxyreste, wie Methoxy-, Äthoxy- und Propoxyreste vorhanden sein. Die N-gebundenen Reste Q können gleich oder verschieden sein.
Beispiele für die Methylsiloxaneinheiten (2) sind solche der Formeln
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Die erfindungsgemäss verwendbaren Mischpolymerisate sind handelsübliche Produkte, die nach bekannten Verfahren hergestellt werden können, beispielsweise durch Mischhydrolyse und Mischkondensation oder durch Äquilibrierung von aminoalkylsubstituierten Aminoalkylpolysiloxanen mit Dimethylpolysiloxanen in Gegenwart eines alkalischen Äquilibrierungskatalysators.
Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren ist in der USA-Patentschrift Nr. 3, 355, 424 beschrieben, nach dem entsprechende molare Mengen von (Polyaminoalkyl)-Alkoxysilanen der Formel Q2N (CH SiRa (OR) 3, mit einem üblichen Dimethylpolysiloxan, das nachweisbareMengen an Si-gebundenen Hydroxylgruppen enthält, z. B. 1 bis 5 Gel.-%
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vermischt werden. Die zur Bildung neuer Siloxanbindungen führende Reaktion verläuft nach folgendem Schema :
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EMI2.6
setzung gebildete Alkohol kann durch Destillation entfernt werden, damit die Bildung des gewünschten Mischpolymerisats sichergestellt ist.
Es ist anzunehmen, dass das gebildete Mischpolymerisat noch unreagierte (OR*)-und/oder (OH)-Gruppen enthält, deren Menge von den Relativmengen der Reaktions-
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die kontrollierte Menge des so zugefügten Wassers wird auch die Menge dieser in dem Mischpolymerisat verbleibenden Reste gesteuert. In gleicher Weise können überschüssige OH-Gruppen zur Weiterkondensation veranlasst werden, beispielsweise durch Erhitzen des Mischpolymerisats. Gegebenenfalls kann auch der entweder bei der Umsetzung oder bei der nachfolgenden Hydrolyse gebildete Alkohol ganz oder teilweise in dem Reaktionsprodukt gelassen werden.
Die Mischpolymerisatbeschichtung liegt in Form eines stabilen Materials vor, das auf der darunterliegenden Oberfläche der Schneidfläche haftet. Der verwendete Ausdruck "mindestens teilweise
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<tb>
<tb> istMischpolymerisatformulierung
<tb> Reaktionspartner <SEP> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D <SEP> E <SEP> F <SEP>
<tb> Gew. <SEP> Dimethylpolysiloxan <SEP> Nr. <SEP> 1 <SEP> so <SEP> 33 <SEP> 30-35 <SEP> 35
<tb> Gew.-% <SEP> Dimethylpolysiloxan <SEP> Nr.2 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> 8 <SEP> 10
<tb> Gew.-Dimethylpolysiloxan <SEP> Nr. <SEP> S---35-- <SEP>
<tb> Gew.-% <SEP> H2N(CH2)2NH(CH3) <SEP> Si <SEP> (OCH3) <SEP> 3 <SEP> 10 <SEP> 7 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 7 <SEP> 5
<tb> Gew.-% <SEP> Isopropylalkohol <SEP> (Lösungsmittel) <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 15
<tb> Gew.
<SEP> -0/0 <SEP> Erdölfraktion, <SEP> Siedebereich
<tb> 175 <SEP> - <SEP> 2100C <SEP> ("Stoddard <SEP> solvent") <SEP> 35 <SEP> 35 <SEP> 35 <SEP> 35 <SEP> 35 <SEP> 35
<tb>
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l : DimethylpolysiloxanNr. 2 : Dimethylpolysiloxan der Formel HO [- (CH SiO-] nH, das durch Destillation von cyclischen
Polymeren befreit wurde ; Viskosität : 80 cSt/250C.
Nr. 3 : Dimethylpolysiloxan der Formel HO[-(CH3)2SiO-]nH; Viskosität: 16000 cSt/25 C.
Die Reaktionsprodukte wurden anschliessend in Toluol unter Bildung von 5 gew. -1oigen Lösungen des Mischpolymerisats gelöst und auf eine unbeschichtete, rostfreie, zweischneidige Sicherheitsrasierklinge aus Stahl gesprüht, die vorher durch ein Methylchloroformdampfverfahren entfettet worden war, mit an-
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schliessender chemischer Reinigung durch eine alkoholische, gesättigte Kaliumhydroxydlösung zur Ent- fettung von oxydierten Schleifrückständen. Nach dem Aufsprühen wurde das Lösungsmittel durch Er- hitzen der beschichteten Klingen für 15 min auf 1000C entfernt.
Dann wurde die aufgesprühte Beschichtung etwa 2 h bei 250C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 521o zum Härten stehengelassen. Die Dicke der Schicht nahm allgemein von der Kante weg zu ; un- ter 600facher Vergrösserung konnte eine Serie von fünf Interferenzstreifen neben der Kante beobach- tet werden.
Die beschichteten Klingen wurden mittels eines Schneidkraftanalysators getestet, in dem ein Span- nungsmesser und ein Registriergerät vorhanden waren zur Messung der Kraft, die zum Zerschneiden von Nylonfasern von 0, 1 und 0, 15 mm Durchmesser erforderlich ist. Die Klingen wurden in einer Einspann- vorrichtung in einem Schneidwinkel von 200 befestigt. Die Fasern wurden in eine verschiebbare Klem- me gespannt, die die Fasern mit konstanter Geschwindigkeit mit der Schneidfläche in Berührung brach- te. Zuerst wurden fünf Anfangsschnitte auf 0, 1 mm-Fasern ausgeführt, um das optimale Abziehen der
Beschichtung zu erreichen. Anschliessend wurden drei Schnitte auf 0, 1 mm - Fasern und drei auf 0, 15 mmFasern vorgenommen. Alle Schnitte wurden an derselben Stelle der Schneidfläche durchgeführt.
Fünf
Stellen pro Klinge wurden ausgewertet, und der Durchschnittswert von 15 Schnitten wurde als die
Schneidkraft registriert. Die beschichteten Klingen wurden dann durchschnittlich viermal zur Rasur eines menschlichen Bartes verwendet. Danach wurde die Schneidkraft erneut analysiert. Zum Vergleich wurden dieselben Prüfungen mit einer handelsüblichen Klinge desselben Typs mit einer Polytetrafluor- äthylenbeschichtung vorgenommen.
Die Ergebnisse (Durchschnittswert) sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt :
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<tb>
<tb> Schneidkraft <SEP> in <SEP> g
<tb> Klinge <SEP> mit <SEP> Vor <SEP> dem <SEP> Rasieren <SEP> Nach <SEP> dem <SEP> Rasieren
<tb> Klinge <SEP> mit
<tb> Mischpolymerisatbeschichtung <SEP> 0, <SEP> 1mm <SEP> 0, <SEP> 15mm <SEP> 0, <SEP> 1mm <SEP> 0, <SEP> 15mm <SEP>
<tb> A <SEP> 7,78 <SEP> 13,75 <SEP> 8,73 <SEP> 13,73
<tb> B <SEP> 7,91 <SEP> 12,82 <SEP> 9, <SEP> 80 <SEP> 14, <SEP> -93 <SEP>
<tb> C <SEP> 8,20 <SEP> 12,28 <SEP> 8,60 <SEP> 13,27
<tb> D <SEP> 7,91 <SEP> 12,35 <SEP> 10,40 <SEP> 16,94
<tb> E <SEP> 7,31 <SEP> 11,76 <SEP> 8,87 <SEP> 13,53
<tb> F <SEP> 8,87 <SEP> 12, <SEP> 12 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> Polytetrafluoräthylen <SEP> 8, <SEP> 59 <SEP> 13, <SEP> 11 <SEP> 8,67 <SEP> 13, <SEP> 13 <SEP>
<tb>
Im Vergleich zu der Kraft von 30 g, die erforderlich ist,
um eine 0, 15 mm-Faser mit einer unbeschichteten, rostfreien Stahlklinge zu durchschneiden, zeigen diese Ergebnisse die durch die erfindungs- gemässe Beschichtung verursachte Reibungsverminderung, die ausserdem diesbezüglich günstig gegenüber den handelsüblichen beschichteten Klingen abschneidet.
Beispiel2 :GemässdemimBeispiel1beschriebenenVerfahrenwurdenweitereMischpolymerisate mit jeweils 10 Gew.-% der angeführten Aminoalkylsiloxaneinheiten hergestellt. Die Art der Herstellung war dieselbe mit der Ausnahme, dass das Toluol-Wasser-Gemisch während des Erhitzens unter Rückfluss azeotrop entfernt wurde.
Die Reaktionspartner sind in der folgenden Tabelle aufgeführt :
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<tb>
<tb> Mischpolymerisatformulierung
<tb> Reaktionspartner <SEP> ABC
<tb> Gew.-% <SEP> Dimethylpolysiloxan <SEP> Nr.1 <SEP> 30 <SEP> 15 <SEP> 15
<tb> Gew.-% <SEP> DimethylpolysiloxanNr. <SEP> 2 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 15
<tb> Gew. <SEP> -% <SEP> Dimethylpolysiloxan <SEP> Nr.3 <SEP> - <SEP> - <SEP> 15
<tb> Gew. <SEP> -% <SEP> Dimethylpolysiloxan <SEP> Nr.4 <SEP> - <SEP> 15 <SEP> Gew.-% <SEP> H2N <SEP> (CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5
<tb> Toluol <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 50
<tb>
Nr. l-entsprach Nr. l im Beispiel 1.
Nr. 2-entsprach Nr. 2 im Beispiel 1.
Nr. 3 - Dimethylpolysiloxan der Formel HO [- (CH SiO-] nH ; Viskosität : 2400 cSt/250C.
I Nr. 4 - Dimethylpolysiloxan der Formel HO[-(CH3)2SiO-]nH; Viskosität: 3700 cSt/250C.
Der vorher beschriebene Rasierklingentyp wurde mit den Mischpolymerisaten durch Eintauchen und Aufsprühen aus einer 51eigen Lösung beschichtet. Nach dem Härten, wie im Beispiel 1 beschrie- ben, wurden die Klingen wie zuvor getestet. Die Ergebnisse werden nachstehend von den durch Eintau- chen und Aufsprühen beschichteten Klingen getrennt aufgeführt.
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<tb>
<tb>
Schneidkraft <SEP> in <SEP> g
<tb> Vor <SEP> dem <SEP> Rasieren <SEP> Nach <SEP> dem <SEP> Rasieren
<tb> Tauchbeschichtet <SEP> in <SEP>
<tb> 5 <SEP> gew.-% <SEP> iger <SEP> Lösung <SEP> aus <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> mm <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> mm <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> mm <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> mm
<tb> Mischpolymerisat <SEP> A <SEP> 9, <SEP> 26 <SEP> 13,33 <SEP> 10, <SEP> 17 <SEP> 15,32
<tb> Mischpolymerisat <SEP> B <SEP> 8,98 <SEP> 14,02 <SEP> 10,76 <SEP> 17, <SEP> 16 <SEP>
<tb> Mischpolymerisat <SEP> C <SEP> 9, <SEP> 19 <SEP> 14,28 <SEP> 12,03 <SEP> 18, <SEP> 00
<tb> Schneidkraft <SEP> in <SEP> g
<tb> Vor <SEP> dem <SEP> Rasieren <SEP> Nach <SEP> dem <SEP> Rasieren
<tb> Sprühbeschichtet <SEP> in
<tb> 5 <SEP> gew. <SEP> -%iger <SEP> Lösung <SEP> aus <SEP> :
<SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> mm <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> mm <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> mm <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> mm <SEP>
<tb> Mischpolymerisat <SEP> A <SEP> 8,20 <SEP> 12,09 <SEP> 10,03 <SEP> 16,02
<tb> Mischpolymerisat <SEP> B <SEP> 8,32 <SEP> 12,37 <SEP> 9,90 <SEP> 15,50
<tb> Mischpolymerisat <SEP> C <SEP> 9,05 <SEP> 13,21 <SEP> 9,24 <SEP> 13,71
<tb>
Wie die Mischpolymerisatbeschichtungen gemäss Beispiel 1, zeigen auch die oben angeführten Mischpolymerisatbeschichtungen eine signifikante Herabsetzung der Reibungskraft, die für die Klingen zum Zerschneiden der Fasern notwendig ist. Diese Verminderung der Reibungskraft äussert sich in einer gesteigerten Bequemlichkeit beim Rasieren.
Beispiel 3 : Zur Demonstration der Haltbarkeit der erfindungsgemässen Beschichtungen wurden die mit den angegebenen Mischpolymerisaten sprühbeschichteten Klingen durch wiederholtes Durchschneiden von 0, 15 mm-Nylonfäden an derselben Stelle der Klinge bis zum Versagen (Faden wird nicht mehr durchschnitten) geprüft. Die für jeden Schnitt erforderliche Kraft wurde registriert, und auf diese Weise wurde das fortlaufende Verhalten der Beschichtung beobachtet. Zum Vergleich wurde eine handelsübliche, mit Polytetrafluoräthylen beschichtete rostfreie Stahlklinge derselben Behandlung unterzogen.
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<tb>
<tb>
Aufeinanderfolgende <SEP> Schnitte
<tb> Angabe <SEP> der <SEP> Schnitte <SEP> Schneidkraft <SEP> in <SEP> g
<tb> Klinge <SEP> beschichtet <SEP> mit <SEP> bis <SEP> zum <SEP> Versagen <SEP> beim <SEP> Versagen
<tb> Mischpolymerisat <SEP> F <SEP> - <SEP> Beispiel <SEP> 1 <SEP> 431 <SEP> 16,9
<tb> Mischpolymerisat <SEP> A <SEP> - <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 420 <SEP> 18,7
<tb> Mischpolymerisat <SEP> B <SEP> - <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 333 <SEP> 19, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Mischpolymerisat <SEP> C <SEP> - <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 481 <SEP> 16,3
<tb> Polytetrafluoräthylen <SEP> 300 <SEP> 17, <SEP> 9
<tb> Beschichtet <SEP> gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 1 <SEP> der
<tb> USA-Patentschrift <SEP> Nr. <SEP> 2, <SEP> 937, <SEP> 976 <SEP> 23-166 <SEP> 15,6-25, <SEP> 5
<tb> Beschichtet <SEP> gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 5 <SEP> der
<tb> USA-Patentschrift <SEP> Nr.
<SEP> 2,937, <SEP> 976 <SEP> 34-117 <SEP> 15,9-23, <SEP> 6
<tb>
Diese Aufstellung demonstriert die Haltbarkeit der erfindungsgemässen Mischpolymerisatbeschichtungen. Wie aus dem Vergleich mit den Beschichtungen gemäss Beispiel 1 und 5 der USA-Patentschrift Nr. 2, 937, 976 ersichtlich, sind die erfindungsgemässen Mischpolymerisatbeschichtungen besser als die bekannten, polymere Organosiliciumverbindungen enthaltenden Beschichtungen. Während dort ein allmähliches Abnutzen des Films eintritt, geht aus der Schneidkraftanalyse klar hervor, dass sogar beim Schneidversagungspunkt die Mischpolymerisatbeschichtungen noch vorhanden sind und für die Gleitfähigkeit sorgen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zusammensetzung auf Basis von polymeren Organosiliciumverbindungen zur Verwendung als Haftbeschichtung der Schneidflächen von Schneidwerkzeugen, insbesondere für dünne Schneidflächen aus unlegiertem oder rostfreiem Stahl in Sicherheitsrasierklingen, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem mindestens teilweise gehärteten Organosiloxanmischpolymerisat aus
1. 5 bis 20 Gew. -0/0 Aminoalkylsiloxaneinheiten der Formel
EMI6.2
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worin RI Hydroxylgruppen und/oder Methylreste bedeutet und c 1 oder 2 ist, besteht.