DE102007050164A1

DE102007050164A1 - Gleitlack zur Beschichtung von Elastomeren

Info

Publication number: DE102007050164A1
Application number: DE102007050164A
Authority: DE
Inventors: Marion Karden-Ott; Bernd Plewnia; Wilhelm Huber
Original assignee: Klueber Lubrication Muenchen GmbH and Co KG
Current assignee: Klueber Lubrication Muenchen GmbH and Co KG
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2008-04-24
Also published as: WO2008049567A4; WO2008049567A2; WO2008049567A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gleitlack zur Beschichtung von Elastomeren, bestehend aus einem Basisgleitlack aus Wasser, Elastomersuspension, einer Polyurethandispersion, Verlaufsmitteln, Entschäumern, mikrozellstruktur-gebenden Feststoffen und Pigmenten sowie weiteren lacktypischen Additiven besteht und einem schmieraktiven Stoff, dem je nach Anwendung unterschiedliche Mengen dieses schmieraktiven Stoffes zugegeben werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Beschichtung von Elastomeren, insbesondere betrifft die Erfindung einen Gleitlack zur Beschichtung von geschäumten, weichen Profilen, beispielsweise Fahrzeugdichtungen.
Die Ursache von Quietschen und Knarzen von Dichtungen liegt im so genannten Ruckgleiten, das auch als „Stick-Slip-Effekt" bezeichnet wird. Dieser Effekt wird durch elastische Kräfte verursacht, und tritt dann auf, wenn die kinetische Reibung (Gleitreibung) deutlich niedriger ist als die statische Reibung (Haftreibung) oder wenn die Reibungszahl bei steigender Gleitgeschwindigkeit abnimmt.
Bei Automobilprofildichtungen tritt dieses Phänomen besonders häufig bei Fahrzeugen mit einer geringen Steifigkeit in der Konstruktion auf, wie beispielsweise bei Cabriolets, die hohe Relativbewegungen zulassen.
Bisher wurden zur Geräuschminderung von beispielsweise Karosseriedichtungen Gleitlacke verwendet, die häufig einen hohen Anteil an groben Partikeln aufweisen, die auf die Verwendung von Festschmierstoffen zurückzuführen sind. Dazu gehören unter anderen PA, PP, PE und dergleichen. Die Partikelgrößen liegen in diesen Systemen im allgemeinen zwischen 30 bis 100 μm, was zu unerwünschter Reibung führt. Diese aus dem Stand der Technik bekannten Gleitlacke werden insbesondere zur Minimierung des Stick-Slip-Effekts und unerwünschter Geräusche bei geräuschkritischen Dichtungen verwendet. Auf grund ihrer groben Struktur können diese Gleitlacke die Dichtwirkung der Dichtung beeinträchtigen und verursachen außerdem einen sehr hohen Verschleiß der zu dichtenden Fahrzeugteile, insbesondere der Fahrzeugkarosserie.
Die Erfindung hat deshalb das Ziel, eine Beschichtung für Elastomere bereitzustellen, die lange haltbar ist und mit der der Stick-Slip Effekt verhindert wird, ohne die Dichtigkeit der Dichtung durch eine grobe Partikelstruktur zu beeinträchtigen und Verschleiß an den zu dichtenden Fahrzeugteilen, insbesondere der Fahrzeugkarosserie zu erzeugen. Diese Beschichtung soll die Haftreibung vermindern und damit für eine Geräuschverminderung sorgen.
Dieses Ziel wird durch die Bereitstellung eines Gleitlackes erreicht, der die Haftreibung vermindert. Dieser Gleitlack ist ein wassermischbarer Gleitlack, der eine Mikrozellstruktur aufweist, mit der eine porige Oberfläche geschaffen wird, deren Beschaffenheit ähnlich der eines Schwammes ist. Durch diese porige Oberfläche wird der schmieraktive Stoff aufgenommen, der dann unter Druckbeanspruchung wieder freigegeben wird und einen schmierwirksamen Film bildet.
Erfindungsgemäß besteht der Gleitlack aus Wasser, einer Polyurethandispersion, Verlaufsmitteln, Entschäumern, mikrozellstrukturgebenden Feststoffen, z.B. Polymethylharnstoff, Farbstoffen und Pigmenten, Vernetzungsmitteln, insbesondere reaktive Melaminharze, Polyisocyanate, polyfunktionelle Carbodiimide, polyfunktionelle Aziridine, sowie weiteren Lackadditiven, Verlaufs- und Netzmitteln. Diesem Basisgleitlack können je nach Anwendung unterschiedliche Mengen eines schmieraktiven Stoffes zugegeben werden.
Die vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Gleitlacks ergeben sich aus den beigefügten Abbildungen.
1 zeigt die Oberflächenstruktur von einer aus dem Stand der Technik bekannten Zusammensetzung (1a), die eine rauhe Oberfläche aufweist, und des erfindungsgemäßen Gleitlacks (1b), der die schwammartige Mikrozellstruktur aufweist.
2 zeigt die Ergebnisse der Reibungsprüfung eines bekannten Gleitlacks (2a) und dem erfindungsgemäßen Gleitlack (2b). Der bekannte Gleitlack zeigt eine starke Stick-Slip-Neigung und eine hohe Reibung, während der erfindungsgemäße Gleitlack keinen Stick-Slip-Effekt zeigt und eine niedrige Reibung aufweist.
3 zeigt die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gleitlacks. Der schmieraktive Stoff lagert sich in der Mikrozellstrukturoberfläche des Basislackes ein und bildet so ein Depot (3b). Unter Beanspruchung tritt ein Teil des Fluids an die Oberfläche und erzeugt so einen Schmiereffekt, der die Tendenz zum Stick-Slip-Effekt reduziert und so einer möglichen Geräuschentwicklung entgegenwirkt.
Zusätzlich zur Verbesserung des Geräuschverhaltens kann durch Zugabe des schmierwirksamen Stoffes zum Basislack die Verschleißfestigkeit des Gleitlackes verbessert werden.
4 zeigt die Ergebnisse des Verschleißverhaltens in einem Crockmeter/Glasmeißeltest, bei dem verschiedene Zusammensetzungen des erfindungsgemäßen Gleitlacks verwendet wurden. Die Einzelheiten der Versuchsdurchführung sowie die Zusammensetzungen der Gleitlacke sind weiter unten in den Beispielen beschrieben.
Die Gleitlackzusammensetzung umfaßt als Basisgleitlack 10 bis zu 90 Gew.-% Wasser, 0,5 bis zu 10 Gew.-% Lackadditive, 5 bis 50 Gew.-% eines mikrozellstrukturgebenden Feststoffes, 1 bis zu 20 Gew.-% Elastomersuspension, bevorzugt wird eine Silikon-Elastomersuspension verwendet, 5 bis zu 80 Gew.-% Polyurethandispension und 0,1 bis 20 Gew.-% Vernetzungsmittel, insbesondere ein reaktives Melaminharz, Polyisocyanat, polyfunktionelle Carbodiimide oder polyfunktionelle Aziridine, 0,1 bis 10 Gew.-% Verlauf- und Netzmittel, sowie 0,1 bis 50 Gew.-% Farbstoffe und Pigmente. Diesem Basisgleitlack werden je nach Verwendung ggf. 1 bis 30 Gew.-% Silikonölsemulsion zugegeben. Anstelle der Silikon-Öl-Emulsion können auch (PAO) Polyalfaolefin, synthetische Ester, Po lyethylenglykol, Glycerin, Mikrowachs, Lithiumstearat in wässeriger Dispersion verwendet werden. Als mikrozellstrukturgebender Feststoff hat sich Polymethylharnstoff als besonders vorteilhaft erwiesen. Als Pigment wird bevorzugt ein Russpigment verwendet. Als Verlauf- und Netzmittel werden hochmolekulare Block-Copolymere, wie Polydimethylsiloxane, verwendet. Der schmierwirksame Stoff wird, wie in 3 dargestellt, in den Basisgleitlack, der die schwammige Oberflächenstruktur aufweist, eingelagert und dann bei Bedarf freigegeben.
Die vorteilhaften Wirkungen, d.h. Verminderung des Stick-Slip-Phänomens der erfindungsgemäßen Gleitlackzusammensetzungen wurden mit Hilfe von Stick-Slip-Messungen, die durch die Risikoprioritätszahl (RPZ) ausgedrückt werden, gezeigt.
Diese Messungen beruhen darauf, daß eine Materialprobe, die an einer Stahlfeder befestigt ist, mit einer anderen Materialprobe, z.B. Glas, die auf einem Schlitten befestigt ist, mit einer einstellbaren Normalkraft FN in Kontakt gebracht wird. Durch die Bewegung des Schlittens wird die Feder aufgrund der Haftreibung zwischen den beiden Materialien ausgelenkt. Übersteigt die Rückstellkraft der Feder die Haftreibungskraft, kommt es zu einem Kontaktabriß und einem Übergang zur Gleitreibung. Sobald die Federrückstellkraft null wird etabliert sich erneut eine Haftreibungskraft. So wechselt die Paarung periodisch zwischen Haft- und Gleitreibung. Die Differenz beider Kräfte ist wesentlich für den Stick-Slip-Effekt. Die meßtechnisch erfaßte Auslenkung und Beschleunigung der Feder führt durch Umrechnung zur Risikoprioritätszahl, die das Knarzrisiko der Materialpaarung angibt.
Dazu wurden unterschiedliche Elastomermischungen, deren Zusammensetzungen in den Beispielen 2a bis 2g angegeben sind, untersucht und diese Ergebnisse mit den Stick-Slip-Messungen, die für bekannte Gleitlacken ebenfalls durchgeführt wurden, verglichen (Vergleichsbeispiele 3a bis 3e).
Beispiele
1. Basislackzusammensetzungen
10 bis 90 Gew.-% Wasser, 0,5 bis 10 Gew.-% Lackadditive, 1 bis 20 Gew.-% Elastomersuspension, 5 bis 50 Gew.-% mikrozellstrukturgebender Feststoff, 5 bis 80 Gew.-% Polyurethandispersion sowie bis zu 5 Gew.-% Vernetzungsmittel.
Die nachfolgenden Versuche wurden mit einem Basislack bestehend aus 40,8 Gew.-% Wasser, 5,0 Gew.-% Lackadditiv, 9,0 Gew.-% Siliziumelastomersuspension, 10 Gew.-% Polymethylharnstoff als mikrozellstrukturgegender Feststoff, 22, 8 Gew.-% Polyurethandispersion und 5 Gew.-% Vernetzungsmittel.
2. Herstellung der erfindungsgemäßen Gleitlacke
Zu dem Wasser wurden nacheinander unter Rühren mit einem Rühraggregat (Turrax) bei Raumtemperatur innerhalb von 20 bis 30 Minuten, Lackadditive, der mikrozellstrukturgegende Feststoff, die Elastomersuspension, die Polyurethandispersion, das Vernetzungsmittel und der schmieraktive Stoff gegeben. Diesem Basisgleitlack wurde dann je nach Verwendung ggf. ein schmieraktiver Stoff in Mengen von 1 bis 30 Gew.-% zugesetzt. Insbesondere bevorzugt ist ein schmieraktiver Stoff auf der Basis einer Silikon-Öl-Emulsion. Die weiteren verwendeten schmieraktiven Stoffe sind unter 2a bis 2g genannt.
Schmierwirksame Stoffe

a) PAO
b) synthetischer Ester, z.B. Di-2-(Ethylhexyl)sebacat
c) Polyethylenglykol
d) Gycerin
e) PFPE (Perfluorierter Polyether)
f) Mikrowachs, z.B. Aquacer 535 von Byk-Chemie
g) Lithiumsterat
h) Silikon-Öl-Emulsion

3. Vergleichsbeispiele

a) 67,0 Gew.-% Wasser 1,5 Gew.-% Additive ca. 10 Gew.-% Polyurethandispersion 3,5 Gew.-% Vernetzungsmittel ca. 2 Gew.-% Si-Emulsion ca. 10 Gew.-% FSS (PA, Graphit) ca. 6 Gew.-% Verdickungsmittel
b) 45,0 Gew.-% Wasser 8,0 Gew.-% Additive 20,0 Gew.-% Polyurethandispersion 8,0 Gew.-% Vernetzungsmittel 10,0 Gew.-% FSS (PTFE, Talkum, Wachse) 5,0 Gew.-% Verdickungsmittel 4,0 Gew.-% Rußdiserpersion
c) 69,0 Gew.-% Wasser 1,5 Gew.-% Additive 10,0 Gew.-% Polyurethandispersion 3,5 Gew.-% Vernetzungsmittel 10,0 Gew.-% Si-Emulsion 6,0 Gew.-% Verdickungsmittel
d) 63,5 Gew.-% Wasser 2,0 Gew.-% Additive 10,0 Gew.-% Polyurethandispersion 10,0 Gew.-% Vernetzungsmittel 2,2 Gew.-% Si-Emulsion 5,0 Gew.-% FSS (Graphit) 6,0 Gew.-% Verdickungsmittel
e) 43,0 Gew.-% Wasser 5,0 Gew.-% Additive 2,5 Gew.-% Polyurethandispersion 15,0 Gew.-% FSS (PTFE, Talkum, PA) 5,0 Gew.-% Rußdispersion

4. Stick-Slip-Untersuchunq Zins-Ziegler Prüfgerät, Prüfmethode des Geräteherstellers
Probenvorbereitung
Die nach Beispiel 1 hergestellten Elastomere mit den in Beispiel 2 angegebenen unterschiedlichen Zusammensetzungen wurden zu Platten in Abmessungen von 150 mm × 170 mm × 2 mm geformt. Die Elastomere wurden für die Feder-/Stempelproben wie nachfolgend beschrieben vorbereitet.
Aus den Elastomerplatten wurde je 1 Probe der Fläche von ca. 50 mm × 25 mm herausgeschnitten und mit doppelseitigem Klebeband auf halbrunde Standard-Probenträger aus PVC geklebt. Eine definierte Richtung (Längs-/Querrichtung) wurde hierbei nicht vorgegeben. Die Seitenränder wurden zusätzlich mit Klebeband befestigt, um ein Aufstehen des Elastomers während des Klimatisierens oder während des Prüfvorgangs zu verhindern. Die so vorbereiteten Feder-/Stempeiproben (Elatomerproben) wurden ohne weitere Vorbehandlung in handelübliche Alu-Folie verpackt.
Versuchsdurchführung
Dann wurde die Elastomerprobe, die auf der Stahlfeder befestigt war, mit einer Glasplatte, die auf dem Schlitten befestigt war mit einer einstellbaren Normalkraft in Kontakt gebracht. Durch die Bewegung des Schlittens wird die Feder aufgrund der Haftreibung zwischen den beiden Materialien ausgelenkt. Die Elastomerproben wurden vor Testbeginn mindestens 24 Stunden bei 23°C (±3°C) und 50% (±10%) relativer Luftfeuchtigkeit gelagert.
Der Versuch wurde bei Raumtemperatur mit folgenden Parametern durchgeführt, Anpreßkraft 10 N, Schlitten-Geschwindigkeit 100 mm/s, Prüfweg 100 mm, Frequenz 60 Hübe/min.
Ergebnisse
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Prüfung ausgedrückt als RPZ für die Beispiele 2a bis 2g, Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse für die Vergleichsbeispiele 3a bis 3e. Tabelle 1

Beispiel 2a 2b 2c 2d 2e 2f 2g

RPZ 2 1 1 1 1 1 1

Tabelle 2

Beispiel 3a 3b 3c 3d 3e

RPZ 3 3 8 7 2
Diese Ergebnisse zeigen, daß durch die erfindungsgemäßen Gleitlackzusammensetzungen der Stick-Slip-Effekt deutlich vermindert wird und damit Störgeräusche weitgehend verhindert werden.
Die erfindungsgemäße Gleitlackzusammensetzung kann zur Beschichtung von allen bekannten weichen, geschäumten Elastomeren, insbesondere für Türdichtungsprofile, Scheibenwischer und dergleichen verwendet werden.

Claims

Gleitlack zur Beschichtung von Elastomeren, bestehend aus einem Basisgleitlack umfassend Wasser, Lackadditive, mikrozellstrukturgebender Feststoff, Elastomersuspension, Polyurethandispersion, Vernetzungsmittel, Netz- und Verlaufsmittel.
Gleitlack zur Beschichtung von Elastomeren nach Anspruch 1, bestehend aus einem Basisgleitlack umfassend 10 bis 90 Gew.-% Wasser, 0,5 bis 10 Gew.-% Lackadditive, 5 bis 50 Gew.-% mikrozellstrukturgebendem Feststoff, 1 bis 20 Gew.-% Elastomersuspension, 5 bis 80 Gew.-% Polyurethandispersion, 0,1 bis 20 Gew.-% Vernetzungsmittel, 0,1 bis 10 Gew.-% Verlauf- und Netzmittel.
Gleitlack nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem Basisgleitlack des weiteren 0,1 bis 50 Gew.-% Farbstoffe oder Pigmente umfasst.
Gleitlack nach einem der Ansprüche 1 bis 3 umfassend einen Basisgleitlack und einen schmieraktiven Stoff.
Gleitlack nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfassend 70 bis 99 Gew.-% Basisgleitlack und 1 bis 30 Gew.-% schmieraktiven Stoff.
Gleitlack nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als schmieraktiver Stoff eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silikon-Öl-Elmulsion, Polyalphaolefin (PAO), synthetische Ester, Polyethylenglykol, Glyzerin, PFPE, Mikrowachse und Stearate, verwendet wird.
Gleitlack nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend außerdem Farbstoffe, Pigmente, Verlaufsmittel und Netzmittel.
Gleitlack nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisgleitlack eine Mikrozellstruktur aufweist, die eine porige Oberfläche schafft, die den schmieraktiven Stoff aufnimmt und unter Druck wieder freigibt und so einen schmierwirksamer Film bildet.
Verwendung des Gleitlacks nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Beschichtung von Elastomeren.
Verwendung des Gleitlacks nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Beschichtung von Fahrzeugdichtungen, Scheibenwischern.