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Die
vorliegende Erfindung betrifft Trennmittel und ihre Verwendung bei
der Herstellung von Polyurethan-Formkörpern.
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Trennmittel
werden überall dort eingesetzt, wo die Adhäsion
von Formstoffen gegenüber den Formen, die beispielsweise
aus thermisch stark leitfähigen Werkstoffen, wie Metallen,
hergestellt sind, so groß ist, dass eine zerstörungsfreie
Entnahme des Formteils aus einer Geometrie gebenden Form ohne solche
Trennmittel nicht möglich ist. Beispielsweise benötigt
man bei der Entformung von Polyurethan-Formkörpern Trennmittel, die
auf die mit Polyurethanen und/oder der Polyurethan-Reaktionsmischung
in Berührung kommenden Formwandungen aufgebracht werden.
Dabei können die für die Entformung notwendigen
Trennmittel aus Dispersionen von Wachsen, Seifen, Ölen
und Silikonen in Lösungsmitteln, wie Kohlenwasserstoffen
oder Wasser, aufgebaut sein. Die Lösungsmittel verdampfen
nach Aufbringen des Trennmittels von der Formenoberfläche,
und ein dünner Trennfilm bleibt zurück, der die
einfache Entnahme des Formteils ermöglicht.
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Moderne
Trennmittel haben neben der Aufgabe der Trennwirkung weitere Funktionen,
die die Oberflächen der Formteile betreffen. Bei entsprechender
Auswahl der Rohstoffe können Zelligkeit, Haptik und Glanz
des Formkörpers beeinflusst werden.
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Insbesondere
bei der Modifikation des Glanzes und der Haptik der Teileoberfläche
kommt dem Trennmittel eine entscheidende Bedeutung zu. Diese Aufgabe
wird, wie aus dem Stand der Technik bekannt, bislang beispielsweise
mit einer Kombination verschiedener Wachse und Silikone sowie Hilfsstoffen,
die auf Silikaten oder Glimmer basieren, in dem Trennmittelsystem
gelöst.
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Nachteilig
an dem Stand der Technik ist, dass wachshaltige Systeme Rückstände
in der Form hinterlassen und während eines Formenzyklus
zu starker Aufbau und damit zu Unterschieden im Glanz und in der Haptik
führen. Im Gegensatz hierzu zeigen Systeme auf Silikonbasis
zwar eine ausgezeichnete Trennwirkung, führen aber zu hohen
Glanzgraden und hinterlassen eine speckige Oberfläche.
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In
bekannten Trennmittelsystemen werden heute oberflächenaktive
Substanzen vom Typ der Silikonpolyglykolether eingesetzt, um die
Zelligkeit der Oberfläche der Schaumteile zu regulieren
und Oberflächendefekte zu reduzieren, wie es beispielsweise
aus der
US 4,936,917 bekannt
ist. Unter Silikonpolyglykolether werden alle Silikone verstanden,
die als Copolymere aus Silikon, Ethylenoxid und/oder Propylenoxid
aufgebaut sind. Gemäß dem aus der
US 4,936,917 bekannten Trennmittel
werden Silikonpolyglykolether eingesetzt, die einen Tril bungspunkt
in Wasser zwischen 25 und 50°C aufweisen, um ausreichend
aktiv zu sein. Dabei wird gemäß der vorliegenden
Erfindung der Trübungspunkt als diejenige Temperatur definiert,
bei der eine Lösung (1 g/100 ml demineralisiertes Wasser)
trüb wird, das heißt sich der Ether in eine zweite
Phase auftrennt. Unterhalb des Trübungspunktes ist der
Ether in Wasser in einer molekularen Dispersion, die in Micellen
vorliegt, gelöst. In der
US
4,936,917 wird angegeben, dass oberflächenaktive
Mittel auf Basis eines Silikonpolyglykolethers mit einem hohen Silikonanteil
und Wasserunlöslichkeit die Oberflächen zerstören
und die Trennwirkung herabsetzen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Trennmittel bereitzustellen, das die Nachteile
des Stands der Technik überwindet und insbesondere nur
gering aufbaut, gleichzeitig einen geringen Glanzgrad aufweist und
eine angenehme Haptik des Formteils hinterläßt.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Trenmmittel für
die Herstellung von Polyurethan-Formkörpern umfassend:
zumindest ein Trägermedium ausgewählt aus Wasser
und/oder organischen Lösungsmitteln, zumindest einen Silikonpolyglycolether,
der in Wasser einen Trübungspunkt von < 20°C aufweist oder in Wasser unlöslich
ist, und optional zumindest eine trennaktive Substanz ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Seifen, Ölen, Wachsen und
Silikonen.
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Dabei
ist vorgesehen, dass das Trennmittel eine wässrige Dispersion
ist.
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Auch
wird vorgeschlagen, dass das organische Lösungsmittel ausgewählt
ist aus Alkoholen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen.
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Ferner
ist bevorzugt, dass der Silikonpolyglykolether in Wasser bei Raumtemperatur
dispergierbar oder unlöslich ist. Besonders bevorzugt für
das erfindungsgemäße Trennmittel ist, dass der
eingesetzte Silikonpolyglykolether einen Trübungspunkt
von unter 20°C aufweist.
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Eine
Untergrenze des Trübungspunktes kann nur schwerlich angegeben
werden, weil die eingesetzten Verbindungen bei Raumtemperatur in
Wasser bevorzugt nicht klar löslich, sondern trüb
dispergiert sind.
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Bevorzugt
ist ebenfalls vorgesehen, dass das Trennmittel weitere Komponenten
enthält, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend
aus Emulgator(en), Katalysator(en), Schaumstabilisator(en), Viskositätsmodifizierer(n)
und Konservierungsstoff(en).
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Eine
Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass sie umfasst:
0,5–20
Gew.-% Silikonpolyglykolether
0,5–40 Gew.-% trennaktive
Substanz(en)
0,1–10 Gew.-% Emulgator(en)
0,1–5
Gew.-% Katalysator(en)
0,1–5 Gew.-% Schaumstabilisator(en)
0,1–5
Gew.-% Viskositätsmodifizierer
0,1–2 Gew.-%
Konservierungsstoff(e) und
Ad 100 Gew.-% Wasser.
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Bevorzugt
kann vorgesehen sein, dass der Silikonpolyglykolether Ethylenoxidgruppen
allein oder in Kombination Propylenoxidgruppen enthält.
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Eine
Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Silikonpolyglykolether
einen Anteil von Dimethylsiloxaneinheiten von mehr als 20 Gew.-%
im Molekül enthält.
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Bevorzugt
ist, dass als trennaktive Substanz flüssige, feste, natürliche
oder synthetische Wachse, optional behandelt, chemisch modifiziert
oder verseift; Ester von Carbonsäuren mit Alkoholen oder
Fettalkoholen; Metallseifen; Öle oder sonstige flüssige
Kohlenwasserstoffe; oder Silikone ausgewählt sind.
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Auch
ist bevorzugt vorgesehen, dass der Emulgator ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus anionischen, kationischen, zwitterionischen
und nicht-ionischen Tensiden.
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Schließlich
ist es bevorzugt, dass der Silikonpolyglycolether einen Anteil von
Dimethylsiloxaneinheiten von nicht mehr als 80 Gew.-%, bevorzugt
nicht mehr als 70 Gew.-%, bevorzugt nicht mehr als 60 Gew.-% im Molekül
enthält.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die Verwendung
des erfindungsgemäßen Trennmittels zur Herstellung
von Polyurethan-Formkörpern.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, dass die erfindungsgemäße wässrige
Trennmittel-Dispersion die Oberflächen des gebildeten Formteils
hinsichtlich der Haptik und des Glanzgrades positiv beeinflussen,
indem der Glanzgrad reduziert und die Haptik weicher wird. Dabei
kann erfindungsgemäß auf den Einsatz von Wachsen
und Silikonen in diesem Trennmittel teilweise oder ganz verzichtet
werden.
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Bevorzugt
besteht eine wässrige Trennmittel-Dispersion gemäß der
vorliegenden Erfindung aus
0,5–40 Gew.-% trennaktive
Substanz(en), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Seifen, Ölen,
Wachsen und Silikonen
0,5–20 Gew.-% wasserdispergierbarem
Silikonpolyglykolether
0,5–20 Gew.-% Hilfsstoffen
und Zusatzstoffen
Ad 100 Gew.-% Lösungsmittel
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Erfindungsgemäß ist
die Verwendung von Wasser als Trägermedium bevorzugt, da
Wasser aus Umweltschutzgründen das ökologisch
geringste Gefährdungspotential besitzt. Die Mitverwendung
von flüchtigen organischen Substanzen, wie Alkoholen und/oder
aliphatischen Kohlenwasserstoffen, ist jedoch nicht ausgeschlossen,
da diese Verbindungen durchaus zur besseren Verarbeitung der erfindungsgemäßen
Trennmittel beitragen können.
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Die
erfindungsgemäß eingesetzten Silikonglykolether
zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie eine gute Löslichkeit
im frischen, flüssigen Schaum besitzen und sich in der
Grenzfläche des Trennmittels und des Schaums bevorzugt
anlagern, ohne Oberflächenstörungen zu verursachen.
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Als
trennaktive Substanzen sind insbesondere die folgenden bevorzugt:
Wachse,
d. h. flüssige, feste, natürliche oder synthetische
Wachse, die behandelt, chemisch modifiziert oder verseift wurden;
Ester von Carbonsäuren mit Alkoholen oder Fettalkoholen;
Metallseifen, wie Alkali- oder Erdalkalimetallsalze von Fettsäuren, Öle
oder sonstige flüssige Kohlenwasserstoffe, wie Weißöle
oder Polyalphaolefine; Silikone wie Polydimethylsiloxan, ggf. substituiert
mit alphatischen, aromatischen oder aminoaliphatischen Kohlenwasserstoffresten.
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Als übliche
Hilfs- und Zusatzstoffe können eine oder mehrere Verbindungen
aus der folgenden Übersicht eingesetzt werden:
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a) Emulgatoren
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Anionische
Emulgatoren, wie Alkylethercarboxylate, Alkylsulfate; nicht-ionische
Emulgatoren wie ethoxylierte Fettalkohole, ethoxylierte Oxoalkohole
und andere Alkoholether, Fettamine wie Dialkylamine, Fettsäurealkanolamide,
Fettsäureester mit Alkoholen wie Sorbito lester; kationische
Emulgatoren wie sauer gestellte Alkyldialkylamine, quartäre
Stickstoffverbindungen; amphotere Tenside, die allesamt in Mengen
von 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-%, eingesetzt werden
können.
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b) Katalysatoren
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Typischerweise
können solche Katalysatoren verwendet werden, die für
die Polyurethanreaktion bekannt sind, beispielsweise Lewis-Säuren
oder Lewis-Basen, wie tertiäre Amine.
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c) Schaumstabilisatoren
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Als
Schaumstabilisatoren können die für die Polyurethanchemie üblichen
und bekannten Schaumstabilisatoren verwendet werden.
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d) Viskositätsmodifizierer
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Als
Viskositätsmodifizierer können beispielsweise
Verdickungsmittel wie Cellulosederivate oder Xanthan eingesetzt
werden.
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e) Konservierungsstoffe
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Übliche
Konservierungsstoffe wie Bakterizide, Fungizide, Algizide oder Antioxidantien
können verwendet werden.
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Die
erfindungsgemäßen Trennmittel können
nach aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden.
Bevorzugt wird dabei folgendes Verfahren angewendet:
Die trennaktiven
Substanzen werden mit einem Emulgator geschmolzen in einem Behälter
vorgelegt. Das Lösungsmittel, wie beispielsweise Wasser,
wird unter Zuhilfenahme von Dispergierungswerkzeugen, wie dem Ultraturrax® der Firma Jahnke & Kunkel, eingetragen
und dispergiert. Alle wassermischbaren Komponenten werden in einem
Anteil Wasser vorgelöst und in die abgekühlte
Dispersion eingerührt. Wasserunlösliche Additive werden
mit den trennaktiven Substanzen in der festen Phase in das System
eingeführt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Trennmimittels
ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
In den Ausführungsbeispielen wurden die folgenden Substanzen
verwendet:
Wacker TPR®: trennendes
Silikon, Hersteller Wacker Chemie
Atlas G1300®:
Polyoxoethylenglyceridester, Hersteller Croda
Renex 36®: Polyoxoethylen(6)tridecylalkohol,
Hersteller Croda
Polywax 655®:
Wachs, Hersteller Petrolite
Unithox 450®:
Fettalkoholethoxylat (50EO), Hersteller Petrolite
Exxon D60®: flüchtiger Kohlenwasserstoff,
Hersteller Exxon Chemicals
Tegopren 5830®,
Tegopren 5831®: Silikonpolyglykolether,
Hersteller Evonik
Silwet L7001®,
Silwet L7220®, Silwet L7030®: Silikonpolyglykolether, Hersteller
Momentive Performance Materials
DC-Fluid 190®;
DC Fluid 193®, DC Fluid 198®; DC Fluid 1248®:
Silikonpolyglykolether, Hersteller Dow Corning
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Für
die Ausführungsbeispiele wurde eine Dispersion trennaktiver
Substanzen erstellt, der die oben angegebenen verschiedenen Silikonpolyglykolether
zugesetzt wurden.
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Dabei
wurden zunächst die folgenden Beispielrezepturen hergestellt:
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Beispielrezeptur 1
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- 3% Wacker TPR®
- 0,5% Atlas G1300®
- 0,2% Renex 36®
- 97,3% Wasser
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Beispielrezeptur 2
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- 2% Polywax 655®
- 1% Unithox 450®
- 2% Exxon D60®
- 95,0% Wasser
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Alle
Prozentangaben sind, sofern nicht ausdrücklich anderweitig
bezeichnet, Angaben in Gewichtsprozent.
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Den
Beispielrezepturen 1 und 2 wurden die folgenden Silikonpolyglykolether
zugesetzt:
- 1) Tegopren 5830®;
2) Tegopren 5831®; 3) Silwet L7001®; 4) Silwet L7220®;
5) Silwet L7030®; 6) DC-Fluid 190®; 7) DC-Fluid 193®;
8) DC-Fluid 198®; 9) DC Fluid 1248®
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Die
Beispielrezeptur 1) wurde mit jeweils 2 Gew.-% der Additive 1–8
versetzt, wenn sie als wasserlöslich beschrieben sind,
oder mit den trennaktiven Substanzen aufgeschmolzen, wenn sie als
wasserunlöslich beschrieben sind. Ihre Fähigkeit,
Polyurethanformkörper zu entformen, wurde überprüft.
Aus Polyurethan hergestellte Prüfplatten wurden bezüglich
ihres Erscheinungsbildes, wie Optik (Glanz) und Haptik (Touch),
bewertet.
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Die
Beispielrezeptur 2) wurde in einem Verhältnis von 1:1 mit
der Beispielrezeptur 1) gemischt und mit jeweils 2 Gew.-% der Additive
1–8 versetzt, wenn sie als wasserlöslich beschrieben
sind, oder mit den trennaktiven Substanzen aufgeschmolzen, wenn
sie als wasserunlöslich beschrieben sind. Wiederum wurde
ihre Fähigkeit, Polyurethanformkörper zu entformen, überprüft.
Die hergestellten Prüfplatten wurden bezüglich
ihres Erscheinungsbilds, wie Optik (Glanz) und Haptik (Touch), bewertet.
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Für
die Herstellung der Prüfplatten wurde das Trennmittel mit
einer handelsüblichen Sprühpistole in eine 30 × 30
cm große Probenform, die auf etwa 60°C vorgewärmt
wurde, gesprüht.
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Der
Trennfilm wurde 2 Minuten getrocknet. Anschließend wurde
die Form mit handelsüblich erhältlichem Polyether-PU-Schaum,
wie er zur Herstellung von integralen Formschäumen verwendet
wird, gefüllt. Hierzu wurden die beiden Schaumkomponenten
entsprechend der Herstellerangaben mit einem schnellen Aufrührer
gemischt und in die Form gebracht. Die Form wurde verschlossen und
der Schaum gemäß der Herstellerangaben gehärtet.
Für die Versuche wurden Elastofoam I 4510/133 und ISO
134/16 verwendet.
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Die
folgende Tabelle 1 zeigt einen Überblick über
die Versuchsergebnisse für die Beispielrezeptur 1. Tabelle 1
| | | | | Eigenschaften
der Additive |
| Probe | Trennwirkung | Glanz | Touch | Trüpkt Lt.Herst | Dimethylsiloxananteil
lt. Herst. (Gew.-%) | Wasserlöslichkeit
1% in demineralis. Wasser bei Raumtemperatur |
| 0 | ++ | O | – | | | |
| 1 | + | ++ | ++ | < 20°C | 21 | Opal
dispergierbar |
| 2 | ++ | + | ++ | entfällt | 31 | Nicht
löslich |
| 3 | –– | ++ | + | 38°C | 43 | wasserlöslich |
| 4 | + | ++ | + | < 20°C | 24 | Opal
dispergierbar |
| 5 | – | + | + | 32°C | 43 | wasserlöslich |
| 6 | – | + | + | 37°C | 18 | wasserlöslich |
| 7 | – | + | + | 78°C | 28 | wasserlöslich |
| 8 | – | + | + | 37°C | < 20 | wasserlöslich |
| 9 | – | + | + | Entfällt | 87 | Nicht
löslich |
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Bewertung:
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Trennwirkung
(++): Formteil liegt lose in Form; (+): Formteil lässt
sich mit geringem Kraftaufwand entformen; (o): Formteil lässt
sich zerstörungsfrei mit Kraftaufwand entformen; (–):
Formteil lässt sich mit Einrissen entformen; (––):
Formteil lässt sich nicht entformen
Glanz: (++) matte
Oberfläche (Glanzgrad < 2.0,
60°); +: seidenmatte Oberfläche (Glanzgrad 2.0–3.0,
60°); (o): leichtglänzende Oberflächen
(Glanzgrad > 3.0–5.0);
Touch:
(++): trocken, softartig; (+): trocken, glatt; (o): stumpf; (–):
schmierig
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Die
Probe 0 stellt dabei ein Trennmittel ohne Zusatz des Silikonpolyglykolethers
dar. Die Proben 2 und 9 weisen keinen Trübungspunkt auf,
da diese Proben in Wasser nicht dispergierbar, sondern unlöslich
sind.
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Die
folgende Tabelle 2 zeigt einen Überblick über
die Versuchsergebnisse der in einem Verhältnis von 1:1
gemischten Beispielrezepturen 1 und 2. Tabelle 2
| | | | | Eigenschaften
der Additive |
| Probe | Trennwirkung | Glanz | Touch | Trüpkt
Lt. Herst | Dimethylsiloxananteil
lt. Herst. (Gew._%) | Wasserlöslichkeit
1% in demineralis. Wasser bei Raumtemperatur |
| 0 | ++ | O | O | | | |
| 1 | + | ++ | ++ | < 20°C | 21 | Opal
dispergierbar |
| 2 | ++ | + | ++ | entfällt | 31 | Nicht
löslich |
| 3 | –– | ++ | + | 38°C | 43 | wasserlöslich |
| 4 | + | ++ | + | < 20°C | 24 | Opal
dispergierbar |
| 5 | – | + | + | 32°C | 43 | wasserlöslich |
| 6 | – | + | + | 37°C | 18 | wasserlöslich |
| 7 | – | + | + | 78°C | 28 | wasserlöslich |
| 8 | – | + | + | 37°C | < 20 | wasserlöslich |
| 9 | – | + | + | Entfällt | 87 | Nicht
löslich |
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Bewertung:
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Trennwirkung
(++): Formteil liegt lose in Form; (+): Formteil lässt
sich mit geringem Kraftaufwand entformen; (o): Formteil lässt
sich zerstörungsfrei mit Kraftaufwand entformen; (–):
Formteil lässt sich mit Einrissen entformen; (––):
Formteil lässt sich nicht entformen
Glanz: (++) matte
Oberfläche (Glanzgrad < 2.0,
60°); +: seidenmatte Oberfläche (Glanzgrad 2.0–3.0,
60°); (o): leichtglänzende Oberflächen
(Glanzgrad > 3.0–5.0);
Touch:
(++): trocken, softartig; (+): trocken, glatt; (o): stumpf; (–):
schmierig
Wiederum zeigt Probe 0 eine Mischung der Beispielrezepturen
1 und 2 ohne Zusatz von Silikonpolyglykolether.
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Wie
sich aus den Tabellen 1 und 2 in eindrucksvoller Weise erkennen
lässt, zeigen die erfindungsgemäßen Trennmittel
die besten Eigenschaftskombinationen bezüglich Trennwirkung,
Glanz und Touch. Wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen
Trennmittel ist, dass Silikonpolyglykolether mit einem Trübungspunkt von < 20°C eingesetzt
werden.
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Die
in der Beschreibung und in den Ansprüchen offenbarten Merkmale
können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination
zur Verwirklichung der Erfindung in ihren unterschiedlichen Ausführungsformen
wesentlich sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4936917 [0006, 0006, 0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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