CZ293022B6

CZ293022B6 - Bezvodý separační a lubrikační prostředek pro ošetřování stěn formy pro metalurgické tváření nebo přetváření

Info

Publication number: CZ293022B6
Application number: CZ19983017A
Authority: CZ
Inventors: Douwe Marten Kok; Harold Gankema
Original assignee: Acheson Industries, Inc. (A Michigan Corporation)
Priority date: 1998-03-09
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2004-01-14
Also published as: CN1228467A; JP3539712B2; PL328757A1; JPH11293271A; KR19990076518A; EP0942062A2; US6040278A; DE69834100D1; DE69834100T2; BR9803809A; MY120552A; DE19810031A1; HUP9802133A3; ATE322531T1; PL187184B1; EP0942062B1; EP0942062A3; CZ301798A3; HU9802133D0; CA2248489A1

Abstract

Bezvodá směs pro ošetřování stěn formy pro původní tváření nebo přetváření obsahuje až do 30 % hmotn. polyolefinu a alespoň 70 % hmotn. oleje, přičemž olej je silikonový olej, syntetický olej, rostlinný olej, minerální olej nebo směs několika takových olejů.ŕ

Description

Bezvodý separační a lubrikační prostředek pro ošetřování stěn formy pro metalurgické tváření nebo přetváření

Oblast techniky

Předložený vynález se týká bezvodých směsí pro ošetřování stěn formy pro metalurgické tváření nebo přetváření, jejich výroby a jejich použití.

Dosavadní stav techniky

Běžné separační prostředky nebo lubrikanty používané v metalurgii při procesech lití pod tlakem. Croningových procesech, procesech kování v zápustce atd. se skládají z olejů a vosků ve vodní disperzi (suspenzi nebo zvláště emulzi). Pro výrobu disperzí a emulzí tohoto druhu, které zůstávají stálé, je třeba značného množství emulgátoru pro zabránění oddělení fází, tj. oddělení vody od oleje a/nebo vosku. Přítomnost takových emulgátorů v prostředcích pro lubrikaci forem a dokonce přítomnost vody v těchto prostředcích je nicméně spojena s významným souborem nevýhod.

V běžných separačních a lubrikačních prostředcích používaných k předběžnému ošetřování forem, užívaných například k lití pod tlakem nebo ke kování kovů v zápustce, je obsah emulgátoru vztažený na celkový obsah pevných látek v rozmezí 10 % hmotn. až 30 % hmotn. Tyto emulgátory nejsou nicméně schopny jakkoli přispět k vlastní funkci separačního nebo lubrikačního prostředku, a tím představují nadbytečnou přítěž při požadování účinnosti prostředku. Něco z této přítěže mimoto zůstává na nebo ve tvarovaném objektu poté, co byl uvolněn z formy.

Navíc díky vysokému obsahu vody ve známých lubrikačních a separačních prostředcích je nezbytné přidat antikorozní činidlo pro prevenci koroze na formě a na jiných součástech stroje, jako jsou upínací desky, které jsou obvykle vyrobeny z kovu. Protože běžné lubrikační a separační prostředky obsahující velké množství vody jsou rozprašovány jako jemná mlha, dokonce i vzdálenější součástky stroje jsou vystaveny vodě. Navíc bylo také v minulosti nezbytné přidávat prostředky pro prevenci růstu bakterií v emulzi. Bez těchto baktericidních prostředků by emulze nebyly stálé po dostatečně dlouhou dobu. Nicméně tyto složky také nejsou schopny jakkoli přispět ke tvoření stejnoměrného filmu nebo k uvolnění forem, a navíc tato aditiva vykazují vysoce negativní účinky. Také přítomnost soli ve vodě (malé množství zůstává přítomno dokonce i v demineralizované vodě) může mít velmi negativní účinky na film, který se tvoří separačním prostředkem na povrchu formy.

Při použití těchto na vodě založených separačních a lubrikačních prostředků vyráběných s emulgátory a jinými aditivy vyvstávají následující problémy:

1. Utváření filmu je zpožděné takzvaným Leidenfrostovým jevem. I

2. Narušuje se koheze utvořeného filmu. ·

3. Narušuje se homogenita utvořeného filmu.

4. Redukuje se adheze (povlaku ke kovu) a pevnost filmu.

5. Po vypaření vody se snižuje lubrikační a uvolňovací působení filmu.

6. Zvyšuje se tendence utvářet plyn a tím také nebezpečí plynových uzavřenin v odlitku.

-1 CZ 293022 B6

Díky těmto negativním účinkům nezbytných aditiv výhoda uvolňovacích a lubrikačních vlastnosti složek separačních a lubrikačních prostředků užívaných ve shodě se stavem techniky nemůže být nikdy plně využita, afilmotvomé vlastnosti těchto prostředků jsou významně 5 narušeny.

Patent US 4 800 033 například popisuje lubrikant, který obsahuje účinné lubrikační množství syntetického lubrikačního činidla, kterým je alespoň jedna látka zvolená z množiny sestávající ze vzduchem oxidovaných homopolymerů C2-igalkenů majících koncovou dvojnou vazbu, vzdulo chem oxidovaných kopolymerů C₂-i8alkenů, které obsahují až 50 % hmotn. monomeru 1-olefinu obsahujícího kyslík, a požití tohoto lubrikantu při metalurgickém tváření kovů.

Patent US 3 095 375 zase popisuje lubrikační kompozici obsahující minerální lubrikační olej v jehož podstatné části je zabudováno 0,5 % hmotn. až 10% hmotn. oxidátu vosku majícího 15 neutralizační číslo přibližně 150 až 550, poměr neutralizačního čísla ku saponizačnímu číslo alespoň 0,5, a jehož podstatná část sloučenin obsahuje více než 3 atomy uhlíku na molekulu, přičemž tento oxidát vosku se získá reakcí parafinového vosku izolovaného z parafinického destilátu ropy se vzduchem při teplotě 93,33 °C až 204,44 °C a tlaku 0,21 MPa až 3,44 MPa a průtoku vzduchu 283 1/h až 1698 1/h vzduchu prováděnou do okamžiku dosažení neutralizač20 ního čísla přibližně 200 až 550.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je tedy poskytnutí separačních a lubrikačních prostředků, které netrpí nevýhodami známých prostředků, a které jsou navíc mimořádně efektivní, dokonce i ve velmi malých množstvích, a mají příznivé chování při uskladnění.

Tato úloha je splněna ve shodě s vynálezem poskytnutím bezvodých směsí pro ošetřování stěn 30 forem pro metalurgické tváření nebo přetváření, obsahujících až 30 % hmotn. polyolefinových vosků, zvolených z množiny sestávající z polyethylenu, polypropylenu, kopolymerů ethylenu a propylenu, polybutenu, a alespoň 70 % hmotn. oleje, přičemž olejem je silikonový olej, syntetický olej, rostlinný olej, minerální olej nebo směs takovýchto olejů.

Směsi podle vynálezu jsou v podstatě prosté vody. Termín bezvodý v rozsahu předloženého vynálezu má znamenat, že se nikdy voda nepřidává ke složkám, které se používají v tak čisté formě, jak je jen možné. Extrémně malá množství vody mohou být nicméně přítomna jako výsledek nepatrného přechodu vlhkostí například z okolního vzduchu. Tato množství jsou nicméně obvykle menší než 1 % hmotn. směsi, a směsi podle vynálezu jsou s výhodou uskladně40 ny takovým způsobem, že jejich obsah vody je menší než 0,5 % hmotn.

Protože jsou relativně bezvodé, produkty podle vynálezu mohou být vyráběny bez emulgátorů a také bez antikorozívních činidel. Ani konzervační prostředky nejsou absolutně nezbytné pro I směsi podle vynálezu, ale může být vhodné přidat malá množství konzervačních prostředků (0 % hmotn. až 2 % hmotn.) pro zajištění obzvláště dobrých skladovacích vlastností.

'1

Směsi podle vynálezu se mohou nanášet do forem obvyklým způsobem. Především jsou směsi podle vynálezu schopné rychlého utváření zvláště dobrých filmů poté, co se souvisle nastříkají. Pomohou tedy přivodit významné zkrácení času cyklu například procesu lití pod tlakem, a také 50 pomohou zvýšit rychlost výroby. Protože složky ve směsi podle vynálezu jsou přítomny v koncentrované formě, vyžaduje se pouze velmi malé množství lubrikantu. V důsledku toho se zabrání problému jak naložit s velkými množstvími odpadního lubrikantu, který odkapává z formy nebo se odpařuje. To naopak zmenšuje jakákoli potencionální zdravotní rizika pracovníků v metalurgické dílně, která mohou být spojena se složkami směsí, a také redukuje znečištění

-2CZ 293022 B6 prostředí. Protože práce se separačními prostředky podle vynálezu se uskutečňuje bez vody, je třeba také zdůraznit, že systému odpadních vod se tedy ulehčí o značnou zátěž.

Navíc směsi podle vynálezu vykazují o mnoho zlepšenou homogenitu a stabilitu poté, co vytvoří film na povrchu formy a tedy mají lepší lubrikační aseparační vlastnosti. To znamená, že jsou požadovány menší síly pro naplnění forem, jejich otevření a přemístění tvarovaných objektů. Nakonec, protože vytvořené filmy lnou lépe ke stěnám formy, nebezpečí, že kov zůstane přilepen k formě, se snižuje, což vede k prodlužování provozní doby formy. Licí materiály nebo materiály tvarované ve formě jsou také čistší, protože na nich ulpívá méně cizích materiálů. Jak už bylo řečeno, podle vynálezu se požaduje pouze relativně malé množství směsi pro dosažení dostatečné lubrikace formy.

f

Výhodné polyolefinové vosky, které mohou být použity ve shodě s předloženým vynálezem, jsou polyethylen, polypropylen, ethylen-propylenový kopolymer a polybutenové vosky. Směsi alespoň dvou těchto vosků, nebo směsi s jinými polyolefinovými vosky mohou být s výhodou použity ve shodě s předloženým vynálezem.

Zvláště vhodný jako polypropylen je ataktický polypropylenový homopolymer.

Když se použijí alespoň částečně krystalické vosky, s výhodou se používají v předem tepelně upravené formě v bezvodé směsi podle vynálezu.

Výhodná je jistá oxidace polyolefinových vosků (až do 3 % hmotn. kyslíku, vztaženo na množství polyolefinového vosku), která usnadňuje míšení složek směsi podle vynálezu. Tedy alespoň částečně oxidované polyolefiny jsou proto zvláště výhodnými vosky ve shodě s předloženým vynálezem.

V jiném výhodném vytvoření vynálezu se používají polysiloxany jako olej, s výhodou polysiloxany s funkčními postranními skupinami. Zvláště výhodné v rámci vynálezu jsou například dimethylsiloxany, siloxany alespoň částečně substituované alkylovými seskupeními, siloxany alespoň částečně substituované arylovými skupinami a siloxany alespoň částečně substituované alkylarylovými skupinami. Také jsou vhodné polárnější siloxany, avšak alespoň částečně substituované polyetherovými funkcemi.

V rámci předloženého vynálezu postranní skupiny, zvláště alkylové postranní řetězce, obsahují až 30 atomů uhlíku, a s výhodou 3 až 8 atomů uhlíku.

V rámci předloženého vynálezu polyorganosiloxany, které byly podrobeny mírné tepelné předběžné úpravě, polyorganosiloxany, které byly předběžně upraveny přidáním iniciátorů, a zvláště částečně zesíťované polyorganosiloxany mohou být výhodně přítomny. Když se užívají tyto předtvrzené siloxany, často se pozoruje, že film se utváří rychleji a je více homogenní.

Kromě siloxanů je v rámci předloženého vynálezu také možné použít minerální oleje. Je nepodstatné, zda jsou tyto oleje lehké nebo těžké. Typickým příkladem, který může být uveden, je | topný válcový olej.

i

Vhodné rostlinné oleje zahrnují například ricínový olej, olej ze sójových bobů, olej ze slunečnicových semen a olej ze lněných semen. Příklady syntetických olejů, které jsou v rámci předloženého vynálezu výhodné pro použití, jsou oleáty, jako glycerol trioleát.

V rámci předloženého vynálezu se mohou použít malá množství aditiv, ale musí se dbát o zajištění, aby tato aditiva nevedla k žádnému významnému narušení separačního a lubrikačního působení směsí podle vynálezu. Množství a druhy aditiv, které jsou vhodné pro bezvodé směsi

-3 CZ 293022 B6 podle vynálezu, mohou být určeny odborníkem na základě jeho profesionální znalosti, nebo mohou být přímo určeny orientačními experimenty.

Například smáčecí prostředky, baktericidní prostředky, aditiva pro zlepšení lubrikačních 5 a separačních účinků, a také se mohou jako aditiva použít regulátory viskozity.

Příklady smáčecích prostředků zahrnují povrchově aktivní činidla jako ethoxylátové mastné kyseliny a ethoxylátové alkoholy, ale musí se dbát o užívání pouze vhodných alkoholů, jmenovitě těch, které nevedou k oddělení ze směsi.

Vhodné baktericidní přípravky zahrnuji například směsi vyráběné na bázi hexahydrotriazinu.

i

Odborníkovi jsou známá všechna aditiva pro zlepšení lubrikačních a separačních vlastností jako jsou například směsi na způsob teflonu, mikromletá siloxanová pryskyřice a různé druhy 15 pigmentů.

Zpravidla jsou jako regulátoiy viskozity vhodné prostředky o sobě známé.

Ve výhodném provedení vynálezu směs obsahuje alespoň 98 % hmotn. látek se separačním 20 a lubrikačním účinkem, tj. vosk (vosky) a olej (oleje).

Další předmět vynálezu je proces pro výrobu bezvodých směsí podle vynálezu. V tomto procesu se složky mísí dohromady až do zhomogenizování. Míšení se provádí s výhodou při zahřívání.

Ještě další předmět vynálezu je použití bezvodého separačního a lubrikačního prostředku pro úpravu stěn forem pro původní tváření nebo přetváření.

Pro použití podle vynálezu jakékoli separační a/nebo lubrikační látky jsou vhodné v podstatě tak dlouho, dokud jsou bezvodé, ve shodě s výše uvedenou definicí bezvodé směsi. Zvláště vhodné 30 jsou syntetické oleje jako jsou silikonové oleje. Lubrikační a separační prostředky jako směsi podle vynálezu mohou také obsahovat pomocné látky, které se jeví výhodnými pro příslušné zvláštní použití. Je nicméně výhodné, že alespoň 98 % hmotn. vybraného prostředku se skládá z látek s lubrikačními a separačními účinky, a že není přítomno více než 2 % hmotn. aditiv nebo pomocných látek, jako jsou baktericidní prostředky, emulgátory, rozpouštědla atd.

Zvláště výhodná je v rámci předloženého vynálezu bezvodá směs podle vynálezu, jak je upřesněno v nárocích. Jak bylo uvedeno výše v detailech, bezvodé směsi podle vynálezu vykazují zvláště pozitivní vlastnosti v tomto použití.

Dokonce ačkoli film separačního prostředku, který se může vyrábět na povrchu formy použitím směsí podle vynálezu, obsahuje minimum složek, separační vlastnosti nejsou nikterak narušeny. Zcela opačně, jak je uvedeno výše, vytvořený film separačního prostředku je stabilnější, jednolitější a více přilnavý. Navíc film předchází korozi kovových součástek, které přijdou do > styku se separačním prostředkem. Prodlužuje se také doba životnosti formy ochranou nabízenou jako výsledek zlepšeného separačního účinku, a je zabráněno problémům v důsledku rizika pro pracovníky a pro prostředí, takovým jako akumulace velkého množství odpadní vody.

Ačkoli se může separační prostředek používat podle vynálezu aplikací do formy různými vhodnými způsoby, je výhodné, ve shodě s vynálezem, že se aplikuje nastříkáním v nejjemnější 50 formě. Prostředek může být aplikován například pomocí rozprašovacího prvku s odstředivým rozprašováním a zásobováním vzduchem.

Následující příklady mají pouze ilustrativní charakter a nikterak neomezují rozsah vynálezu, který je jednoznačně vymezen přiloženými patentovými nároky.

-4CZ 293022 B6

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Rostlinný olej ze sójových bobů (Rafined Technical Soybean Oil. Cargill B. V., Amsterdam. The Netherlands) byl míchán za teploty prostředí s kapalným polybutenem (Polybutene L-50, Amoco Chemical Co., Chicago. USA) pro vytvoření transparentní homogenní směsi. Pro ochranu produktu před růstem bakterií bylo přidáno malé množství baktericidního prostředku (Forcide 8, Progiven Antiseptigues. Fontenay-cour-Bois. France). Konečné složení separačního a lubrikačního prostředku bylo:

81.9 % hmotn. oleje ze sójových bobů,

18,0 % hmotn. polybutenu a

0,1 % hmotn. baktericidního prostředku.

Příklad 2

Ataktický polypropylenový homopolymer (a-PP homopolymer. DSM Performance Polymers. Sittard. The Netherlands) byl zahříván na 220 °C. Poté, co se polymer roztavil/změkčil, prudce se vmíchával vzduch do kapalného polymeru za prudkého promíchávání, pro urychlení oxidační reakce způsobené vysokou teplotou.

Po dvaceti hodinách při 220 °C se ponechal oxidovaný polymer zchladnout na 100 °C, pak se polymer smíchal s předehřátým (100 °C) silikonovým olejem, modifikovaným organickými skupinami (Wacker TN, Wacker Chemie. Burghausen. Germany). Směs se míchala po 30 minut, do vytvoření homogenní směsi. Poté, co se směs zchladila na teplotu prostředí, se přidalo malé množství baktericidního prostředku (Forcide 8, Progiven Antiseptigues. Fontenay-Bour-Bois. France), pro ochranu proti růstu bakterií. Konečná koncentrace směsi byla:

84.9 % hmotn. silikonového oleje modifikovaného organickými skupinami,

15,0 % hmotn. oxidovaného ataktického propylenu a

0,1 % hmotn. baktericidního přípravku.

Příklad 3

Ethylen-propylenový kopolymer (Eastoflex E1003D, Eastman Chemical Products. Inc., Kingsport. TN, USA) byl zahříván na 200 °C. Poté, co byl kopolymer roztaven/změkčen, 0,4 pph organického peroxidu (Trigonox 101-7-5PP-pd. Akzo Nobel. Deventer. The Netherlands) se velmi opatrně přidávalo v průběhu 90 minut pod dusíkovou atmosférou pro urychlení chemického připojení molekul kyslíku do řetězců kopolymeru. Po přidání peroxidu byl kapalný kopolymer dále míchán dalších 120 minut při 200 °C opět pod dusíkovou atmosférou.

K dokončení oxidace se kapalný, peroxidizovaný kopolymer opět zahříval na 240 °C. Vzduch byl zaveden do kopolymerové taveniny za prudkého míchání. Po 35 hodinách se oxidovaný kopolymer ponechal zchladnout na 70 °C a pak byl oxidovaný kopolymer smíchán s kapalným polybutenem (Polybutene-L50, Amoco Chemical Company. Chicago. USA) v poměru 1:1 po 30 minut pro vytvoření homogenní směsi. Tato kapalná směs se pak ponechala zchladnout na teplotu prostředí.

-5CZ 293022 B6

Konečné složení bylo získáno smísením oxidovaného ethylen-propylenového kopolymerů s polybutenovou směsí se syntetickým olejem (glycerol trioleate. Daudruy van Cauwenberghe & Fils. Dunkerque. France) po 30 minut za teploty prostředí. Na konci procesu míšení bylo přidáno malé množství baktericidního prostředku pro ochranu proti růstu bakterií.

Konečné složení bylo:

84,0 % hmotn. glycerol trioleátu

7,5 % hmotn. oxidovaného ethylen-propylenového kopolymerů ío - 7,5 % hmotn. polybutenu a

0,1 % hmotn. baktericidního prostředku.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Bezvodá směs pro ošetřování stěn formy pro metalurgické tváření nebo přetváření, 20 vyznačující se tím, že obsahuje nejvýše 30 % hmotn. polyolefmového vosku, zvoleného z množiny sestávající z polyethylenu, polypropylenu, kopolymerů ethylenu a propylenu, polybutenu a směsi alespoň dvou těchto vosků, a alespoň 70 % hmotn. oleje, kterým je silikonový olej, syntetický olej, rostlinný olej, minerální olej nebo směs několika takových olejů.

25 2. Bezvodá směs podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje polypropylen ve formě ataktického polypropylenového homopolymerů.

3. Bezvodá směs podle některého z nároků 1 až 2, vyznačující se tím, že je přítomný polyolefín oxidovaný do 3 % hmotn. kyslíkem.

4. Bezvodá směs podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že obsahuje polysiloxan a zejména polyorganosiloxan modifikovaný postranními skupinami.

5. Bezvodá směs podle nároku 4, vyznačující se tím, že postranními skupinami jsou 35 alkylová skupina, arylová skupina, alkylarylová skupina nebo polyetherová skupina.

6. Bezvodá směs podle nároku 5, v y z n a č u j í c í se t í m , že postranní skupiny obsahují 1 až 30 atomů uhlíku, a s výhodou 3 až 8 atomů uhlíku.

40 7. Bezvodá směs podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že obsahuje částečně zesíťovaný silikonový olej.

8. Bezvodá směs podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že jsou také

I přítomny jako aditiva smáčecí prostředky, konzervační prostředky a/nebo prostředky pro zlepše45 ní lubrikačního účinku, separačních vlastností a viskozity.

9. Směs podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že směs obsahuje alespoň 98 % hmotn. látek s lubrikačními a separačními účinky.

50 10. Způsob výroby bezvodé směsi podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že jeden nebo více vosků se míchá s olejem nebo oleji a aditivy do získání homogenní směsi.

-6CZ 293022 B6

11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že proces míšení se provádí zahříváním.

12. Způsob úpravy stěn formy pro metalurgické tváření nebo přetváření, vyznačující se

5 t í m , že se na tyto stěny aplikuje bezvodá separační a lubrikační směs podle nároku 1.

13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že bezvodá separační alubrikační směs obsahuje alespoň 98 % hmotn. látek s lubrikačním a separačním účinkem a také ne více než
2 % hmotn. pomocných látek, jakými jsou baktericidní prostředky, emulgátory, rozpouštědla.