CN102549130A - 制备冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂以及这种冷却脱模剂和冷却润滑剂 - Google Patents

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Abstract

已知的冷却脱模剂或润滑剂为不可生物降解的，并且在重复施用时倾向于在铸模上形成不利的层。本发明因此提供了一种浓缩剂，该浓缩剂制备用于可再用铸模、特别是钢铸模的冷却脱模剂或者冷却润滑剂、特别是用于切削加工的冷却润滑剂，所述浓缩剂含有在水中溶解的活性物质，根据本发明，所述浓缩剂含有10重量％至50重量％的蛋白质。使用这种冷却脱模剂或润滑剂实现了很好的铸件从铸模的脱模性和铸模的冷却作用。此外，该试剂是生物可降解的。

Description

制备冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂以及这种冷却脱模剂和冷却润滑剂
本发明涉及一种浓缩剂，该浓缩剂制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或者冷却润滑剂、特别是用于切削加工的冷却润滑剂，所述浓缩剂含有在水中溶解的活性物质，以及涉及用于可再用铸模的冷却脱模剂，和冷却润滑剂，特别是用于切削加工的冷却润滑剂。
在作为可再用铸模的冷却脱模剂使用的情况下，用于压铸的钢铸模或用于热成型的成型工具特别令人感兴趣，作为冷却润滑剂的使用涉及切削加工，特别是铸铁合金、钢合金、镍基合金、钴基合金、有色金属和塑料材料的钻、铣削、磨、切、车(Drehen)、锯或线切(Gewindeschneide)，以及冷成型。
这种冷却脱模剂或冷却润滑剂在现有技术中是已知的。它们起到冷却所使用的铸模和切屑部分的作用。当用作脱模剂时，同时施用一个层从而改善浇铸产品从模具上的脱模，而当用作润滑剂时，可以额外地润滑部件和工具，增加它们的耐久性。
例如，当在压铸方法或挤压铸造法(Squeeze-cast-Verfahren)中浇铸基于铝、镁和锌或这些金属的合金的工件时，水乳化的聚合物如蜡、有机硅或改性聚硅氧烷用作冷却/脱模剂。在于压模工具上使用之前，将以浓缩剂形式输送的乳液稀释至获得充分作用所需的工作浓度。典型地，使用的稀释液含有0.12重量％至2.5重量％的冷却脱模剂中的干物质。
在压力下向铸模提供例如560-740℃热的合金熔融体。在熔融体固化后，从约450-580℃热的铸模中取出浇铸部分，并通过向模具上喷洒冷却脱模剂将模具冷却至约120-350℃，如有必要对模具进行清洁，并再次提供熔融体。在冷却脱模剂中含有的水起到冷却模具的作用，并且用于除去模具中可能存在的残余物，所述残余物由于所使用的冷却脱模剂的原因在脱模后保留在模具上。脱模剂通过以下方式起作用，随着模具填充了待浇铸的金属以及后续的致密化，依赖于温度条件，聚合物本身通过热解分解形成了剥离层。
尽管使用已知的冷却脱模剂可以获得满意的结果，但也具有一些缺点。
例如，冷却脱模剂常常沉降于模具部分上，如不与待浇铸的金属发生接触的模具框架和模具分隔线(Formteilung)上，以及沉降在受到更少高温作用的轮廓上，这是因为这些区域的温度不足以热解分解该冷却/脱模剂。相反，冷却脱模剂由于还存在的热量而干燥，并且将不再完全乳化于水中。随着重复的喷雾操作，这导致了层的形成，引起了铸件的尺寸精确度问题和模具的密封性问题，从而导致浇铸质量下降。脱模剂的不充分的热解分解也会引起空腔区域的炉结(Aufbauten)，这也会不利于浇铸重量。此外，特别在紊流区域(Turbulenzzone)，残余物会沉积在铸件表面上。
此外，这些乳液的稳定性和除去也成问题。经常地，乳化后长时间的静置导致活性物质在乳液中的不均匀的分布，从而表面用这些冷却脱模剂润湿是不均匀的。
此外，已知冷却脱模剂的冲洗掉的残余物必须供应至单独的废水处理，因为它们不容易生物降解。除此之外，它们由于施用期间热解分解形成的气态残余物对人和环境都是有害的。
含有蜡和硅的残余物常常保留在铸件的表面上，难以除去，因此需要更高的清洗成本。这些防水的残余物因此要求使用强酸、强碱或其他溶剂去除。
使用已知的用于切削加工的冷却/润滑剂，除去切屑期间的压力有时会引起在切割工具处形成边缘(Aufbauschneiden)，并且常常在工件的加工区域引起淡蓝色的着色。该边缘缩短了切割工具的使用期限。当该边缘熔焊时，它们也会恶化工件的质量，例如，形成边缘的一部分变松并且被压至工件表面。此外，冷却/润滑剂有时含有腐蚀剂添加剂，其会破坏工件合金中的合金元素。在切削时生成的切屑经常必须从其粘附的冷却/润滑剂上移去，使用多阶段复合过程，如过滤和洗涤，从而该冷却/润滑剂可以在循环中使用。该切屑本身常常必须作为特殊废料被弃置，这是因为其循环再生由于上面粘附的冷却润滑剂而不可行。
因此，本发明的目的分别提供了冷却脱模剂、冷却润滑剂、或者冷却脱模剂和冷却润滑剂的浓缩剂，由此解决了上述问题。特别地，该浓缩剂为生物可降解的，缩短浇铸过程和成型过程中的循环时间，当用作冷却脱模剂时，尽可能避免模具上和铸件上的残余物。当用作冷却润滑剂时，切削成型所需的力减小，并且增强了冷却作用。形成边缘的趋势显然减少，并且工件合金的合金元素不会被可能的金属腐蚀剂添加剂损害。此外，期望减少冷却脱模剂和冷却润滑剂中的干物质的百分比，这有利于降低成本。特别地，还意于通过如下方式降低成本：简单地通过熔化在切削中产生的切削而重复使用，其中冷却/润滑剂可以在熔化切屑期间热解分解，同时释放出还原氧的气氛(Sauerstoffreduzierende
Figure BDA0000142918740000031
)。
本发明的目的通过含有10至50重量％蛋白质的浓缩剂实现，以及冷却脱模剂(其中所述浓缩剂以1∶100至1∶1200、优选1∶500至1∶1000的比例稀释在水中)来实现，以及通过冷却润滑剂(其中所述浓缩剂以1∶20至1∶500的比例稀释在水中)来实现。已经出人意料地发现，这种含有蛋白质的冷却脱模剂，优选含有如明胶、水解产物、酪蛋白或大豆蛋白或乳蛋白等蛋白的冷却脱模剂，保证了在向上喷雾时能够均匀润湿铸模表面，以及在喷雾期间形成均匀且良好粘附的剥离膜(Trennfilm)。考虑到在每次浇铸操作后的重复喷雾过程，在新使用的试剂和过量的脱模剂的脱落(
Figure BDA0000142918740000032
übersch üssigTrennmittels)之间形成了平衡态。与已知的脱模剂相比，分解行为更好，而由于干燥的过量脱模剂形成的沉积在空腔区域和在模具框架区域显著减少。在浇铸过程中以及在普遍的温度条件下，剥离膜由于热解分解以在浇铸期间形成富碳层的方式分解，该富碳层参与脱模作用。同时，防止了铝向铸模的扩散。此外，热解分解导致形成了还原气氛，其由于减少了氧化物的形成而有利于铸件的质量，这些脱模剂的残余物可以在浇铸之前和之后除去，比常规的基于蜡或有机硅的脱模剂更容易。由此防止了在一系列浇铸操作中在较冷的模具区域连续形成脱模剂残余物，由此在浇铸期间得到了更好的尺寸精确性，并保障了可靠的工具的开合功能。在用水清洗并干燥后，不经进一步的表面处理可以对如此制造的铸件进行上色(lackieren)，从而可以避免耗费时间的清洁步骤。通过显著改善的冷却作用缩短了循环时间。该试剂适用于常见的施用方法，如使用内部或外部混合喷嘴的加压雾化
Figure BDA0000142918740000033
或空气雾化(pneumatische)。由于冷却脱模剂中增加的水含量，工具的表面能够被更好地润湿，并且更有效地冷却。特别地，与硅油基试剂或蜡基试剂比较时，所谓的莱顿弗罗斯特(Leidenfrost)现象由于蛋白质的亲水性而减少，这表现在在冷却过程中上升蒸汽量的清楚可见的减少。
对于这种冷却润滑剂，已经发现其为抗剪切和耐压系统，并且在切削加工期间形成了均匀且长的切屑。切屑断裂的倾向显著减少。几乎完全避免工具在加工部件的小毛刺处形成轻微的倾斜，从而减小了所需的切割力和热形成，并且降低了形成边缘的风险。同时，改善了冷却作用，并且通过现存的表面润滑减少了所需的力的消耗。在加工期间产生的切屑没有干扰性粘附，并且可以通过简单地将其熔融而供应至原料再循环。此外，该冷却/润滑剂起到了腐蚀防护作用。
优选地，所使用的蛋白至具有1000至600000道尔顿的分子量，以及16～19％的含氮量，羟基脯氨酸含量特别为10至15％。使用这些蛋白质，在表面质量方面实现了特别出色的结果。
在一个有利的实施方案中，该浓缩剂含有0.1至10重量％的水胶体(Hydrokolloid)。优选地，该水胶体选自下列物质中一种：琼脂、刺槐豆胶粉(Johannisbrotkornmehl)、果胶(Pektin)、阿拉伯胶或淀粉或玉米粉。它们起到了脱模添加剂的作用，额外地改善了润滑作用、脱模作用、成膜和润湿行为。类似地，出于此目的，聚合物如聚乙二醇或聚乙烯醇可以0.1至10重量％的比例混入其中。
优选地，该浓缩剂含有0.1至5重量％的防腐剂。优选地，该防腐剂为山梨酸钾或抗坏血酸，用于提高该浓缩剂的耐久性。
同样有利的是该浓缩剂含有0.1至5重量％的离子型表面活性剂。在该情况中，优选十二烷基硫酸钠或月桂基硫酸钠。备选地或另外地，可以有利地向该浓缩剂中加入0.1至5重量％的有机酸或无机酸。它们优选的选自包括下列的组：柠檬酸、乳酸、甲酸、乙二酸、磷酸或对苯磺酸。这些添加剂改善了冷却脱模剂或润滑剂的润湿性和清洗行为，并且改善了该试剂的清洁性。
此外，在一个有利的混合物中，该浓缩剂可以含有0.1至5重量％的阴离子型表面活性剂。在此优选基于长链脂肪酸、特别是棕榈油、亚麻子油或骨脂的阴离子型表面活性剂，或者优选基于萜类(Terpenen)如柠檬烯(Limonen)的阴离子型表面活性剂。这些物质提高了所施用试剂的润滑性和脱模性。
此外，该浓缩剂可以含有1至10重量％的软化剂，该软化剂为多元醇，特别是甘油或山梨糖醇。这些软化剂对成膜和冷却脱模剂或润滑剂的可洗性具有有利的影响。
在一个有利的实施方案中，可以向浓缩剂中混入0.1至1重量％的助熔剂。由此对于施用实现了额外的防腐作用。优选地，该助熔剂为硼酸钠或氟化锂或氯化锂或碳酸锂。
在一个改进的方案中，该浓缩剂含有、以重量计、100至500ppm的催化剂，其可以特别为铁氧化物(Eisenoxid)或焦磷酸铁，或钒或其氧化物，或铬或其氧化物。该添加剂加速了低温下的热解。
此外，在一个特别的实施方案中，可以加入优选、以重量计、0.01ppm至1ppm的杀细菌剂和杀真菌剂。特别合适的是银盐、锌盐或铜盐，特别是乙酸银或硝酸银或氯化银作为杀细菌剂。
在一个具体的实施方案中，可以加入0.1至1重量％的固体润滑剂如二硫化钼或氮化硼。
因此，与已知的试剂相比，制备出的浓缩剂或冷却脱模剂或润滑剂显示了改善的冷却行为，同时提供了改善的脱模作用和可重现的传热行为或改善的润滑作用。因此，可以避免浇铸操作期间的错误，并且铸件的尺寸精确性甚至可以保持多个循环。当在切削过程中用作润滑剂时，减小了必需的切割力。
在下文描述的各测试中证实了冷却脱模剂的有利作用。
在第一个测试中确定根据本发明的冷却脱模剂的浓度，其中热解分解显示没有残余物粘附在模拟的铸件上。所使用的浓缩剂为含有50重量％明胶作为蛋白质的溶液，其具有1000至7000道尔顿的分子量，含16至19重量％的氮，所述浓缩剂还含有1重量％的柠檬酸，0.1ppm的乙酸银作为杀细菌剂，0.1重量％的山梨酸钾作为防腐剂，余量为水。
由材料1.2343制成的钢板首先涂覆钝化层，所述钝化层具有磷酸锰和二硫化钼作为主要成分。接着在约250℃的温度，将该钢板浸入溶液中约10秒，该溶液的干物质含量为0.25％，其相应于浓缩剂的稀释比为约1∶200。将由物质AlSi9Cu3制成的铝片置于涂覆的钢板上。在膜干燥后，发现铝片形成粘附。此后，将设置有铝片的钢板置入加热至750℃的烘箱中1分钟，从而模拟出浇铸期间的温度负荷(Temperaturbelastung)。在除去板(Blech)后，可以非常容易地除去铝片。确定形成了灰残余物。由此显示出，当使用生物可降解的脱模剂时，脱模剂残余物不存在粘附在模拟铸件上的趋势。
在另一个关于压铸工件的测试中，将浓度继续调节至适应真实的条件。对于0.125％的干物质含量(这相应于浓缩剂的稀释比例为约1∶400)，获得了满意的脱模，并且在模具的边缘区域中或空腔中没有发现显著地形成冷却脱模剂。取决于浇铸温度，完全的热解分解不总是百分之百地实现。
当0.0625％的干物质含量(相应于1∶800的浓缩剂稀释比例)，在压铸工具上获得了最佳的冷却和脱模作用。与使用现有技术中已知的冷却脱模剂相比，实现了至少等同的冷却作用，同时干物质的量比例减少了最多50％。观察到的脱模作用非常出色。与已知的冷却脱模剂相比，表面的视觉品质明显提高。该性质的主要原因是表面的均匀润湿，这是因为该冷却脱模剂为完美的溶液，而不仅仅是乳液。
在后续的测试中，干物质含量为0.0625％的冷却/脱模剂与现有技术的冷却脱模剂进行比较。对照冷却脱模剂为聚硅氧烷和合成聚合物的乳液，其干物质含量为0.15％的。
两种产品均施用在材料1.2343的钢板上。借助加压雾化喷头润湿钢板期间的喷雾压力为约1.5巴。
首先检查这两种冷却脱模剂的清洗行为。根据上述方法，将这两种产品喷雾至已加热至200℃的钢板上。分别施用50ml的量。在冷却后，使用已经用相应的冷却/脱模剂潮湿的布分别擦拭去所形成的膜。清洁度通过向其上滴水并且通过评估润湿行为来确定。在此，比较了用冷却脱模剂处理的两个钢板。
与用已知的冷却脱模剂处理的板实现的仅普通的润湿相比，用本发明冷却脱模剂处理的板显示了好的润湿品质，几乎没有缺陷。
同时，也实现了相同程度改进的清洗行为，因此这直接与润湿行为相关。
当用已知的试剂处理钢表面时，表面仅可以被轻微润湿，其归因于具有低表面张力的未被清洗除去的涂层如蜡或有机硅(Silikone)的存在。当使用本发明的冷却脱模剂时，实现了表面的很好的润湿，这是由于本发明的产品的完全的水溶性。
此外，在由材料1.2343制成的钢板上检查了两种冷却脱模剂分解行为，其中首先在温度为500℃的炉中将所述钢板加热约5分钟，并且将两个产品中的其中一个产品以上述方式施用至每个板上。重复该过程3次。每次过程使用150ml的冷却脱模剂。
为了确定剩下的残余物，在最终冷却后用白布擦拭钢板。与用已知的试剂喷雾的板相比，用本发明试剂喷雾的板显示所确定残余物的明显减少。
所进行的测试可以表明，使用本发明的冷却脱模剂同时实现了改善的润湿性和改善的可洗性。结果是，通过改善的分解行为以及由此防止了不期望的层的形成从而可以获得了更好的浇铸质量。
在另一个测试中，浓缩剂与水以1∶50的比例混合用作冷却润滑剂。该冷却润滑剂用来冷却直径为7.5mm的HSS钻头。该钻头用来以850U/min向热加工钢1.2343中钻孔。与市场上一般的润滑剂相比，发现动力消耗即钻运行的电流消耗降低。由于冷却作用的改善，可以完全避免之前存在的强烈的发烟，如钢部分或产生的切屑的淡蓝色着色。所形成的切屑长且均匀，不再发现边缘。
因此，取决于温度，所述冷却润滑剂为耐剪切的系统。对于增加的功率，冷却性能相比于其他试剂会有改善，这是由于耐压的冷却润滑剂具有改善的脱模效果。
显然的是，本发明并不受限于所描述的具体实例，本领域技术人员可以不超出本发明独立权利要求的范围进行各种变化。

Claims (27)

1.一种浓缩剂，该浓缩剂制备用于可再用铸模、特别是钢铸模的冷却脱模剂或者冷却润滑剂、特别是用于切削加工的冷却润滑剂，所述浓缩剂含有在水中溶解的活性物质，
其特征在于，
所述浓缩剂含有10重量％至50重量％的蛋白质。
2.根据权利要求1所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述蛋白质为明胶、水解产物、酪蛋白、或大豆蛋白或乳蛋白。
3.根据前述权利要求中任一项所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述蛋白质的分子量为1000～600 000道尔顿，氮含量为16～19％。
4.根据权利要求3所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
羟基脯氨酸的含量为10至15％。
5.根据前述权利要求中任一项所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述浓缩剂含有0.1至10重量％的水胶体或0.1至10重量％的聚合物。
6.根据权利要求5所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述水胶体选自以下物质中的一种或多种：琼脂、刺槐豆胶粉、果胶、阿拉伯胶或淀粉或玉米粉，所述聚合物为聚乙二醇或聚乙烯醇。
7.根据前述权利要求中任一项所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述浓缩剂含有0.1至5重量％的防腐剂。
8.根据权利要求7所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述防腐剂为山梨酸钾或抗坏血酸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述浓缩剂含有0.1至5重量％的离子型表面活性剂。
10.根据权利要求9所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述离子型表面活性剂为十二烷基硫酸钠或月桂基硫酸钠。
11.根据前述权利要求中任一项所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述浓缩剂含有0.1至5重量％的有机酸或无机酸。
12.根据权利要求11所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述有机酸或无机酸选自柠檬酸、乳酸、甲酸、乙二酸、磷酸或对苯磺酸。
13.根据前述权利要求中任一项所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述浓缩剂含有0.1至5重量％的阴离子型表面活性剂。
14.根据权利要求13所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述阴离子型表面活性剂基于长链脂肪酸或萜制备。
15.根据前述权利要求中任一项所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述浓缩剂含有1至10重量％的软化剂。
16.根据权利要求15所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述软化剂为多元醇，特别是甘油或山梨糖醇。
17.根据前述权利要求中任一项所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述浓缩剂含有0.1至1重量％的助熔剂。
18.根据权利要求17所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述助熔剂为硼酸钠或氟化锂或氯化锂或碳酸锂。
19.根据前述权利要求中任一项所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述浓缩剂含有、以重量计、100至500ppm的催化剂。
20.根据权利要求19所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述催化剂为铁氧化物或焦磷酸铁或钒或其氧化物或铬或其氧化物。
21.根据前述权利要求中任一项所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述浓缩剂含有、以重量计、0.01至1ppm的杀细菌剂和杀真菌剂。
22.根据权利要求21所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述杀真菌剂和杀真菌剂为银盐、锌盐或铜盐。
23.根据前述权利要求中任一项所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述浓缩剂含有0.1至1重量％的固体润滑剂。
24.根据权利要求23所述的制备用于可再用铸模的冷却脱模剂或冷却润滑剂的浓缩剂，
其特征在于，
所述固体润滑剂是二硫化钼或氮化硼。
25.用于可再用铸模的冷却脱模剂，特别是压铸模，
其特征在于，
所述冷却脱模剂含有以1∶100至1∶1200的比例稀释在水中的根据前述权利要求中任一项所述的浓缩剂。
26.用于可再用铸模的冷却脱模剂，
其特征在于，
所述浓缩剂以1∶500至1∶1000的比例稀释在水中。
27.冷却润滑剂，特别是用于切削加工的冷却润滑剂，
其特征在于，
所述冷却润滑剂含有以1∶20至1∶500的比例稀释在水中的根据权利要求1至24中任一项所述的浓缩剂。
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