DE10005187C2

DE10005187C2 - Wässrige Dispersionen als Schmier-/Trennmittel für den Druckguß von Metallen

Info

Publication number: DE10005187C2
Application number: DE2000105187
Authority: DE
Inventors: Peter Pyka; Nicole Horsch; Gerd Hohner
Original assignee: Clariant GmbH
Current assignee: Clariant Produkte Deutschland GmbH
Priority date: 2000-02-05
Filing date: 2000-02-05
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2020-02-06
Also published as: WO2001056721A1; DE10005187A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf wässrige Dispersionen, enthaltend polar modifizierte Polypropylenwachse zur Verwendung in Schmier-/Trennmittel-Dispersionen für den Druckguß von Metallen.

Der Druckgußprozeß ist durch Anwendung hoher Temperaturen und Drücke gekennzeichnet. An die dabei eingesetzten Schmier-/Trennmittel werden folgende Anforderungen gestellt:

1. Unterstützung des Metallflusses, was zu einer gleichmäßigen Befüllung der Spritzgußform führt;
2. Verbesserung der Entformbarkeit der gegossenen Teile (Vermeidung von Beschädigungen bzw. Störungen des Metallgefüges durch mechanische Beanspruchung);
3. Vermeidung von Rückständen bzw. Vercrackungsprodukten auf Form oder Formteil nach dem Druckgußvorgang, welche zu Maßungenauigkeiten (in der Form) bzw. zu Problemen beim Nacharbeiten (Schleifen, Galvanisieren etc.) der Teile führen können;
4. Vermeidung übermäßiger Gasbildung bei der Zersetzung des Trennmittels, was zu Porosität der Formteile führen kann;
5. Das Schmier-/Trennmittel darf keine gefährlichen oder toxischen Substanzen enthalten bzw. bei der Zersetzung bilden.

Als Schmier-/Trennmittel sind Silikonöle, unpolare Polyolefine wie Polyethylen oder Polypropylen, Fette und Öle, synthetische oder natürliche Wachse sowie Graphit und metallisches Aluminium bekannt. Diese Wirkstoffe werden in Form wässriger Dispersionen, in Form von Dispersionen in nichtwässrigen Medien oder in fester Form angewendet. Letztere Anwendungsform spielt jedoch aufgrund des hohen technischen Aufwandes eine untergeordnete Rolle. Nichtwässrige Formtrennmittel sind, was die Sicherheit anbelangt, problematisch, weil die Gefahr der Rauchbildung und Entzündung der verwendeten Öle besteht.

Aus diesem Grund werden deshalb meist in Wasser dispergierte Formtrennmittel eingesetzt. Diese können neben den Wirkstoffen auch oberflächenaktive Verbindungen, Korrosionsschutzmittel und bakterizid wirksame Substanzen enthalten.

Die Verwendung von Polyethylenwachsdispersionen wie auch Polyethylenprimärdispersionen, die meist in Abmischung mit Silikonölen eingesetzt werden, hinterlassen vor allem an Hinterschneidungen der Formen Rückstände, die sich mit der Zeit aufbauen, und so in regelmäßigen Zeitintervallen mechanisch entfernt werden müssen. Auch findet man dabei Rückstände an den gegossenen Teilen.

EP 0 585 128 A1 beschreibt den Einsatz von Propylenhomo- und copolymeren mit Molmassen zwischen 500 und 300000 in wässriger Dispersion in Kombination mit Silikonölen, Emulgatoren und Antikorrosionsmitteln als Formtrennmittel.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß polar modifizierte Propylenhomo- oder -copolymerwachse, herstellbar durch Umsetzung eines unpolaren Propylenhomo- oder -copolymerwachses mit einer α,β-ungesättigten Carbonsäure oder deren Derivaten in Gegenwart von Radikalbildnern in vorteilhafter Weise als Schmier-/Trennmittel in wässriger Dispersion für den Einsatz beim Metalldruckguß eingesetzt werden können. Geeignet sind polare Modifizierungsprodukte auf der Grundlage von Propylenhomo- und -copolymerwachsen, die unter Verwendung von Ziegler- oder Metallocenkatalysatoren hergestellt wurden. Diese polar modifizierten Polypropylenwachse kommen in Form wässriger Dispersionen zum Einsatz, welche zusätzlich noch Silkonöle (Silikonöldispersionen), Emulgatoren, Korrosionschutzmittel und Bakterizide enthalten können.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit wässrige Dispersionen, verwendbar als Schmier-/Trennmittel für den Metallspritzguß, enthaltend

a) 1 bis 40 Gew.-% eines polar modifizierten Polypropylenwachses mit einer Säure- oder Verseifungszahl von 0,5 bis 120 mg KOH/g, einer Schmelzviskosität von 20-50000 mPa.s/170°C und einem Erweichungspunkt (Ring/Kugel) von 90 bis 165°C, herstellbar durch Umsetzung eines unpolaren Propylenhomo- oder -copolymerwachses mit einer α,β-ungesättigten Carbonsäure oder deren Derivaten in Gegenwart von Radikalbildnern,
b) 1 bis 30 Gew.-% eines oder mehrerer Emulgatoren,
c) 0,05 bis 1 Gew.-% eines oder mehrer Bakterizide
d) 10 bis 90 Gew.-% Wasser, sowie
e) 0 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer Korrosionsschutzmittel, und
f) 0 bis 50 Gew.-% eines Silikonöls.

Die erfindungsgemäßen Dispersionen kommen in der Regel im Verhältnis 1 : 40 bis 1 : 150 mit Wasser verdünnt als Trennmittel für den Metalldruckguß zum Einsatz. Die Verdünnungen sind eine Ausführungsform der Erfindung.

Als unpolare Polypropylenwachse für die polare Modifizierung kommen Homopolymerisate des Propylens oder dessen Copolymerisate mit Ethylen oder einem oder mehreren 1-Olefinen in Frage. Als 1-Olefine werden lineare oder verzweigte Olefine mit 4-18 C-Atomen, vorzugsweise 4-6 C-Atomen, eingesetzt. Beispiele hierfür sind 1-Buten, 1-Hexen, 1-Octen oder 1-Octadecen, weiterhin Styrol. Bevorzugt sind Homopolymere des Propylens und Copolymere des Propylens mit Ethylen. Die Copolymeren bestehen vorzugsweise zu 70-99,9, insbesondere zu 80- 99 Gew.-% aus Propylen.

Die Synthese der unpolaren Polypropylenwachse mit Hilfe von Katalysatoren des Ziegler- oder, Metallocentyps ist bekannt. Beispiele für die Synthese von Homo- und copolymerwachsen mit Zieglerkatalysatoren finden sich in DE 23 29 641 A; Beispiele für die Synthese mit Metallocenwachsen in EP 321 852 A1, EP 384 264 A1 und EP 719 802 A2. Bevorzugt ist, dass das unpolare Propylenhomo- oder - copolymerwachs durch direkte Polymerisation unter Verwendung von Katalysatoren des Metallocen-Typs hergestellt wird.

Zur polaren Modifizierung werden die Polypropylenwachse mit einer α,β-ungesättigten Carbonsäure oder deren Derivaten in Gegenwart von Radikalbildnern umgesetzt. Als Beispiele für α,β-ungesättigte Carbonsäuren seien genannt Acrylsäure oder Methacrylsäure oder deren Ester oder Amide, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Halbester der Maleinsäure wie z. B. Monoalkylmaleate, Diester der Maleinsäure wie z. B. Dialkylmaleate oder Amide der Maleinsäure wie z. B. Maleinimid oder N-Alkyl-substituierte Maleinimide. Es können auch Gemische dieser Verbindungen verwendet werden. Bevorzugt sind Maleinsäure und ihre Abkömmlinge, besonders bevorzugt ist Maleinsäureanhydrid. Die polare Komponente kommt in einer Menge, bezogen auf Polypropylenwachs, von 0,1 bis 20 Gew.-% zum Einsatz. Die Herstellung solcher polar modifizierten Polypropylenwachse wird beispielsweise in DE 196 48 895 A1 beschrieben.

Die so hergestellten polar modifizierten Propylenwachse werden für die Anwendung als Schmier-/Trennmittel für den Metalldruckguß durch geeignete Emulgatoren und Hilfsstoffe nach bekannten Verfahren in wässrige Dispersionen überführt. Die Konzentration der polar modifizierten Polypropylenwachse in der erfindungsgemäßen Dispersion liegt zwischen 1 und 40 Gew.-%, bevorzugt zwischen 5 und 35 Gew.-%.

Als Emulgatoren werden in der Regel solche des nichtionogenen Typs wie Fettalkoholpolyglykolether, beispielsweise Genapol® O 050 (Clariant GmbH), anionische/nichtionische Emulgatoren, wie neutralisierte Partialester der Phosphorsäure, oder Fettalkoholaminpolyglykolether, wie Genamin® O 050, verwendet. Die Konzentration der Emulgatoren in der Dispersion ist 1 bis 30 Gew.%, bevorzugt 2 bis 10 Gew.-%.

Gegebenenfalls enthält die erfindungsgemäße Dispersion bis zu 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-% eines Silikonöls bzw. einer Silikonölemulsion. Als Silikonölemulsionen kommen alkylmodifizierte Siloxane wie die handelsüblichen Produkte TN oder TNE (Wacker-Chemie) zur Anwendung.

Als Korrosionsschutzmittel kommen beispielsweise Trieethanolaminsalze, oder handelsübliche Produkte wie Salze von Capronsäurederivate, beispielsweise Hostacor® IT (Clariant GmbH) in einer Konzentration von bis zu 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 8 Gew.-%, in Frage.

Als Bakterizide werden z. B. Isothiazoline oder N-Formale vorzugsweise in einer Konzentration von 0,1 bis 0,5 Gew.-% zugesetzt.

Gegebenenfalls enthält die erfindungsgemäße Dispersion bis zu 40, vorzugsweise 5 bis 35 Gew.-% weiterer Bestandteile. Solche können natürliche (pflanzliche) Öle, Mineralöle oder synthetische Öle sein.

Gegebenenfalls enthält die erfindungsgemäße Dispersion bis zu 5, vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-% Reduktionsmittel, Mittel zur pH-Einstellung oder Antischaummittel

Beispiele Einsatz der Dispersionen für die Anwendung beim Metalldruckguss Vergleichsbeispiel

30 Gew.-% wässrige Polyethylenprimärdispersion (38 Gew.-% Festkörper; Hordamer® PE 34, Clariant GmbH)
35 Gew.-% Wacker Silicon Trennemulsion TNE (50%ig)
1 Gew.-% Genapol O 050
3 Gew.-% Hostacor IT
0,2 Gew.-% Entschäumer
30,8 Gew.-% Wasser

Die Dispersion nach Vergleichsbeispiel kommt je nach vorliegenden Anforderungen 1 : 60 bis 1 : 100 (Vol.%) mit Wasser verdünnt zum Einsatz. Im Praxiseinsatz wird das entsprechend verdünnte Schmier-/Trennmittel auf die heiße Form aufgesprüht bzw. die Form mit dem Schmier-/Trennmittel geflutet. Anschließend wird nach dem Schließen der Form das heiße Metall unter Druck in die Form gespritzt und anschließend nach erstarren der Schmelze enformt.

Ergebnisse: Beim Aluminiumdruckguß einer Motorabdeckung wurde nach 300 Formungen Aufbau von Rückständen (Crackprodukte des Trennmittels) an Hinterschneidungen der Form festgestellt. Das Schmier-Trennmittel kam 1 : 60 mit Wasser verdünnt zum Einsatz.

Tabelle 1

Polar modifizierte Polypropylenwachse

Die oben genannten polar modifizierten Wachse wurden hergestellt durch Modifizierung mit Maleinsäureanhydrid nach dem in DE 196 48 895 A1 offenbarten Verfahren.

Die polar modifizierten Polypropylenwachse wurden nach untenstehender Rezeptur in wässrige Dispersionen überführt. Dazu werden die Komponenten in einem Druckgefäß auf 165°C erhitzt, während 45 min bei dieser Temperatur intensiv gerührt und anschliessend rasch abgekühlt.

Rezeptur 1

27 Gew.-% polar modifiziertes Polypropylenwachs
6,5 Gew.-% Synperonic® 91/5 (ethoxilierter Oxoalkohol als nichtionogener Emulgator, Hersteller ICI)
1 Gew.-% Diethylaminoethanol (Co-Emulgator)
0,2 Gew.-% Reduktionsmittel (Natriumhydrogensulfit)
1 Gew.-% KOH (86%)
0,1 Gew.-% Bakterizid
64,2 Gew.-% Wasser

Die so hergestellten Dispersionen werden zur Zubereitung der erfindungsgemässen Schmier-/Trennmitteldispersionen eingesetzt.

Beispiel 1

35 Gew.-% wässrige Dispersion von Wachs I, Tab. 1, hergestellt nach Rezeptur 1
12 Gew.-% Wacker Silicon Trennemulsion TNE (50%ig)
0,5 Gew.-% Genapol O 050
2,5 Gew.-% Hostacor IT
0,1 Gew.-% Bakterizid
49,9 Gew.-% Wasser

Die Dispersion nach Beispiel 1 kommt je nach vorliegenden Anforderungen 1 : 40 bis 1 : 100 (Vol.%) mit Wasser verdünnt zum Einsatz. Im Praxiseinsatz wird das entsprechend verdünnte Schmier-/Trennmittel auf die heiße Form aufgesprüht bzw. die Form mit dem Schmier-/Trennmittel geflutet. Anschließend wird nach dem Schließen der Form das heiße Metall unter Druck in die Form gespritzt und anschließend nach Erkalten der Schmelze entformt.

Ergebnisse des Vergleichstestes: Beim Aluminiumdruckguß einer Motorabdeckung wurde nach 500 Formungen leichter Aufbau an Hinterschneidungen der Form festgestellt. Das Schmier-/Trennmittel kam 1 : 60 mit Wasser verdünnt zum Einsatz.

Beispiel 2

45 Gew.-% wässrige Dispersion von Wachs II, Tabelle 1, hergestellt nach Rezeptur 1
0,5 Gew.-% Genapol O 050
2,5 Gew.-% Hostacor IT
0,1 Gew.-% Bakterizid
51,9 Gew.-% Wasser

Die Dispersion nach Beispiel 2 kommt je nach vorliegenden Anforderungen 1 : 60 bis 1 : 100 (Vol.%) mit Wasser verdünnt zum Einsatz. Im Praxiseinsatz wird das entsprechend verdünnte Schmier-/Trennmittel auf die heiße Form aufgesprüht bzw. die Form mit dem Schmier-/Trennmittel geflutet. Anschließend wird nach dem Schließen der Form das heiße Metall unter Druck in die Form gespritzt und anschließend nach Erkalten der Schmelze entformt.

Ergebnisse des Vergleichtests: Beim Aluminiumdruckguß einer Motorabdeckung wurde nach 500 Formungen kein Aufbau an Hinterschneidungen der Form festgestellt. Das Schmier-/Trennmittel kam 1 : 60 verdünnt zum Einsatz.

Beispiel 3

12 Gew.-% wässrige Dispersion von Wachs I bzw. II, Tabelle 1, hergestellt nach Rezeptur 1
80 Gew.-% wässrig dispergiertes Mineralöl (40 gew.%ig)
0,1 Gew.-% Bakterizid
7,9 Gew.-% Wasser

Die Dispersion nach Beispiel 3 kommt je nach vorliegenden Anforderungen 1 : 40 bis 1 : 80 (Vol.%) mit Wasser verdünnt zum Einsatz. Im Praxiseinsatz wird das entsprechend verdünnte Schmier-/Trennmittel auf die heiße Form aufgesprüht bzw. die Form mit dem Schmier-/Trennmittel geflutet. Anschließend wird nach dem Schließen der Form das heiße Metall unter Druck in die Form gespritzt und anschließend nach Erkalten der Schmelze entformt.

Ergebnisse des Vergleichstestes: Beim Aluminiumdruckguß einer Motorabdeckung wurde nach 350 (Wachs I) bzw. nach 400 Formungen (Wachs II) leichter Aufbau an Hinterschneidungen der Form festgestellt. Das Schmier-/Trennmittel kam 1 : 60 verdünnt zum Einsatz.

Claims

1. Wässrige Dispersionen, verwendbar als Schmier-/Trennmittel für den Metallspritzguß, enthaltend

2. Wässrige Dispersionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das unpolare Propylenhomo- oder -copolymerwachs durch direkte Polymerisation unter Verwendung von Katalysatoren des Metallocen-Typs hergestellt wird.

3. Wässrige Dispersionen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das unpolare Polypropylencopolymerwachs 70-99,9 Gew.-% Propylen enthält.

4. Wässrige Dispersionen nach den Ansprüchen 1 bis 3, enthaltend natürliche (pflanzliche) Öle, Mineralöle, synthetische Öle, Reduktionsmittel, Mittel zur pH- Einstellung oder Antischaummittel.

5. Wässrige Dispersionen nach Anspruch 4, enthaltend bis zu 40 Gew.-% natürliche (pflanzliche) Öle, Mineralöle oder synthetische Öle

6. Wässrige Dispersionen nach den Ansprüchen 1 bis 5, enthaltend bis zu 50 Gew.-% eines Silikonöls bzw. einer Silikonölemulsion.

7. Verwendung wässriger Dispersionen nach den Ansprüchen 1 bis 6 als Schmier-/Trennmittel beim Metalldruckgießen.