DE102012200684A1 - Dispersion, useful as lubricant, comprises radiation-chemically and/or plasma-chemically modified PTFE particles in an aryl phosphate, where after the reactive reaction, the particles are negatively charged - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Polymerchemie und betrifft Arylphosphat-PTFE-Dispersionen, wie sie beispielsweise als Schmierstoff, als Additiv in Schmierstoffen und Kunststoffen oder als Dispersion oder als Hydrauliköl in Hydraulikanlagen im Maschinenbau, in der Fahrzeugtechnik oder in der Luft- und Raumfahrttechnik zur Anwendung kommen können.The invention relates to the field of polymer chemistry and relates to aryl phosphate PTFE dispersions, such as, for example, as a lubricant, as an additive in lubricants and plastics or as a dispersion or as hydraulic oil in hydraulic systems in mechanical engineering, in vehicle technology or in aerospace engineering can be used.
Bekannt sind aus der
Weiterhin ist aus der
Aus der
Und weiterhin sind aus der
Aus der
Gemäß der
Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist, dass Arylphosphate den tribologischen Anforderungen im jeweiligen Einsatzgebiet nicht ausreichend entsprechen können.A disadvantage of the known solutions is that aryl phosphates can not sufficiently meet the tribological requirements in the respective field of use.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Arylphosphat-PTFE-Dispersion abzugeben, die die Gleitreibung und den Verschleiß bei tribologischen Anwendungen absenkt, und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Dispersion, welches einfach und kostengünstig realisierbar ist.The object of the present invention is to deliver an aryl phosphate PTFE dispersion which reduces the sliding friction and the wear in tribological applications, and a method for producing such a dispersion, which is simple and inexpensive to implement.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by the invention specified in the claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Arylphosphat-PTFE-Dispersion besteht aus strahlenchemisch und/oder plasmachemisch modifizierten PTFE-Partikeln in Arylphosphat oder in einem Arylphosphat-Gemisch, bei dem nach einer reaktiven Umsetzung in einer Dispersion Arylphosphat(e) an die PTFE-Partikeloberfläche kovalent/chemisch gekoppelt vorliegen und die PTFE-Partikel negativ geladen sind. The aryl phosphate-PTFE dispersion according to the invention comprises PTFE-particles modified by radiation chemistry and / or plasma chemistry in aryl phosphate or in an aryl phosphate mixture in which, after a reactive reaction in a dispersion, aryl phosphate (s) are covalently / chemically coupled to the PTFE particle surface and the PTFE particles are negatively charged.
Vorteilhafterweise liegen Arylphosphat(e) an der PTFE-Partikeloberfläche über Radikalreaktionen und/oder Substitutionsreaktionen und/oder Additionsreaktionen kovalent/chemisch gekoppelt vor.Advantageously, aryl phosphate (s) are covalently / chemically coupled to the PTFE particle surface via radical reactions and / or substitution reactions and / or addition reactions.
Ebenfalls vorteilhafterweise liegen Arylphosphat(e) an der PTFE-Partikeloberfläche über Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen und/oder über Kohlenstoff-Stickstoff-Kohlenstoff-Bindungen als Amin- und/oder Imin- und/oder Amid- und/oder Imid-Gruppe und/oder über Kohlenstoff-Sauerstoff-Kohlenstoff-Bindungen als Ether- und/oder Estergruppe und/oder über Kohlenstoff-Schwefel-Kohlenstoff-Bindungen als Thioether- und/oder Thioester-Gruppe kovalent/chemisch gekoppelt vor.Also advantageously, aryl phosphate (s) are present on the PTFE particle surface via carbon-carbon bonds and / or via carbon-nitrogen-carbon bonds as the amine and / or imine and / or amide and / or imide group and / or via carbon-oxygen-carbon bonds as ether and / or ester group and / or via carbon-sulfur-carbon bonds as thioether and / or thioester group covalently / chemically coupled before.
Weiterhin vorteilhafterweise liegen 50 Ma.-% bis 0,1 Ma.-% PTFE in der Dispersion vor.Further advantageously, 50% by mass to 0.1% by mass of PTFE are present in the dispersion.
Vorteilhaft ist es auch, wenn als gekoppelte(s) Arylphosphat(e)
Ar2, Ar4, Ar5... Phenyl, Aryl = substituierte Phenyle, vorzugsweise alkylsubstituierte und/oder alkylensubstituierte Phenyle
X... C-C-Bindung als direkte CPTFE-CAlkylen-Bindung und/oder C-N-C-Bindung als Amin ([-NR-] und/oder [-NR-R*-]) und/oder Imin ([=N-] und/oder [=N-R*-]) und/oder Amid ([-CO-NR-] und/oder [-CO-NR-R*-] und/oder [-NR-CO-] und/oder [-NR-CO-R*-]) und/oder Imid ([-CO-N(-R*-Bindung zu Ar1)-CO-] und/oder [-CO-N(-Bindung zu Ar1)-CO-]) und/oder C-O-C-Bindungen als Ether ([-O-] und/oder [-O-R*-]) und/oder Ester ([-CO-O-] und/oder [-CO-O-R*-] und/oder [-O-CO-] und/oder [-O-CO-R*-]) und/oder C-S-C-Bindungen als Thioether ([-S-] und/oder [-S-R*-]) und/oder Thioester ([-CO-S-] und/oder [-CO-S-R*-] und/oder [-S-CO-] und/oder [-S-CO-R*])
m ≥ 0
n > 0
R... H, Alkyl
R*... Alkylen (Alkylenbrücke zu Ar1 des Arylphosphats) PTFE... PTFE-Partikel
vorhanden ist.It is also advantageous if as coupled (s) aryl phosphate (s)
Ar 2 , Ar 4 , Ar 5 ... phenyl, aryl = substituted phenyls, preferably alkyl-substituted and / or alkylene-substituted phenyls
X ... CC bond as direct C PTFE -C alkylene bond and / or CNC bond as amine ([-NR-] and / or [-NR-R * -]) and / or imine ([= N -] and / or [= NR * -]) and / or amide ([-CO-NR-] and / or [-CO-NR-R * -] and / or [-NR-CO-] and / or [-NR-CO-R * -]) and / or imide ([-CO-N (-R * bond to Ar 1 ) -CO-] and / or [-CO-N (bond to Ar 1 ) -CO-]) and / or COC bonds as ethers ([-O-] and / or [-OR * -]) and / or esters ([-CO-O-] and / or [-CO-OR * -] and / or [-O-CO-] and / or [-O-CO-R * -]) and / or CSC bonds as thioethers ([-S-] and / or [-SR * -]) and / or thioesters ([-CO-S-] and / or [-CO-SR * -] and / or [-S-CO-] and / or [-S-CO-R *])
m ≥ 0
n> 0
R ... H, alkyl
R * ... alkylene (alkylene bridge to Ar 1 of the aryl phosphate) PTFE ... PTFE particles
is available.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die PTFE-Partikel als Primärpartikel eines strahlen- und/oder plasmamodifizerten Emulsions-PTFE in der Arylphosphat-PTFE-Dispersion vorhanden sind.It is also advantageous if the PTFE particles are present as primary particles of a radiation- and / or plasma-modified emulsion PTFE in the aryl phosphate PTFE dispersion.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Arylphosphat-PTFE-Dispersion werden strahlenchemisch und/oder plasmachemisch modifizierte PTFE-Partikel mit persistenten Perfluor-(peroxy-)radikalen und/oder funktionellen Gruppen in Form von Carbonylfluorid- und/oder Carbonsäuregruppen und/oder Perfluoralkylen-Gruppen in Arylphosphat oder in einem Arylphosphatgemisch, wobei an mindestens einem Arylphosphat kopplungsaktive Gruppen vorhanden sind und/oder während der reaktiven Dispergierung in-situ gebildet werden, unter mechanischer Beanspruchung reaktiv dispergiert.In the process according to the invention for producing an aryl phosphate PTFE dispersion, radiation-modified and / or plasma-chemically modified PTFE particles having persistent perfluoro- (peroxy) radicals and / or functional groups in the form of carbonyl fluoride and / or carboxylic acid groups and / or perfluoroalkylene Groups in aryl phosphate or in a Arylphosphatgemisch, wherein on at least one aryl phosphate coupling active groups are present and / or are formed during the reactive dispersion in situ, reactive dispersed under mechanical stress.
Vorteilhafterweise werden dem Arylphosphat oder dem Arylphosphatgemisch oder es werden als Arylphosphat oder als Arylphosphatgemisch
Ar2, Ar4, Ar5... Phenyl, Aryl = substituierte Phenyle, vorzugsweise alkylsubstituierte und/oder alkylensubstituierte Phenyle
Y... -OH, -R*-OH, -NHR, -R*-NHR, -SH, -R*-SH, -Allyl, -O-Allyl, -R*-O-Allyl, -NR-Allyl, -R*-NR-Allyl, -N(Allyl)2, -R*-N(Allyl)2, -S-Allyl, -R*-S-Allyl -O-Oleyl, -R*-O-Oleyl, -O-CO-Oleyl, -R*-O-CO-Oleyl, -CO-O-Oleyl, -R*-CO-O-Oleyl, -NR-Oleyl, -R*-NR-Oleyl, -NR-CO-Oleyl, -R*-NR-CO-Oleyl, -NH-CO-H, -R*-NH-CO-H, -NH-CO-R***, -R*-NH-CO-R**, -NH-CO-OR**, -R*-NH-CO-OR**, -CO-O-Allyl, -R*-CO-O-Allyl, -CO-NR-Allyl, -R*-CO-NR-Allyl, -CO-N(Allyl)2, -R*-CO-N(Allyl)2, -CO-NR-Oleyl, -R*-CO-NR-Oleyl, -SO2-NHR, -SO2-NHR**
m ≥ 0
R... H, Alkyl
R*... Alkylen
R**... Alkyl, Aryl, Allyl, Oleyl
R***... Alkyl, Allyl, Oleyl
zugegeben.Advantageously, the aryl phosphate or the Arylphosphatgemisch or be it as aryl phosphate or as Arylphosphatgemisch
Ar 2 , Ar 4 , Ar 5 ... phenyl, aryl = substituted phenyls, preferably alkyl-substituted and / or alkylene-substituted phenyls
Y ... -OH, -R * -OH, -NHR, -R * -NHR, -SH, -R * -SH, -allyl, -O-allyl, -R * -O-allyl, -NR- Allyl, -R * -NR-allyl, -N (allyl) 2 , -R * -N (allyl) 2 , -S-allyl, -R * -S-allyl-O-oleyl, -R * -O- Oleyl, -O-CO-oleyl, -R * -O-CO-oleyl, -CO-O-oleyl, -R * -CO-O-oleyl, -NR-oleyl, -R * -NR-oleyl, - NR-CO-oleyl, -R * -NR-CO-oleyl, -NH-CO-H, -R * -NH-CO-H, -NH-CO-R ***, -R * -NH-CO -R **, -NH-CO-OR **, -R * -NH-CO-OR **, -CO-O-allyl, -R * -CO-O-allyl, -CO-NR-allyl, -R * -CO-NR-allyl, -CO-N (allyl) 2 , -R * -CO-N (allyl) 2 , -CO-NR-oleyl, -R * -CO-NR-oleyl, -SO 2 -NHR, -SO 2 -NHR **
m ≥ 0
R ... H, alkyl
R * ... alkylene
R ** ... alkyl, aryl, allyl, oleyl
R *** ... alkyl, allyl, oleyl
added.
Ebenfalls vorteilhafterweise werden dem Arylphosphat oder dem Arylphosphatgemisch oder bei dem als Arylphosphat oder als Arylphosphatgemisch einzeln oder im Gemisch o-Allylphenyl-diphenylphosphat und Derivate und/oder Bis(o-allylphenyl)-phenylphosphat und Derivate und/oder p-Acetamidobenzyl-diphenylphosphat und Derivate und/oder p-Aminophenyl-diphenylphosphat und Derivate und/oder p-Aminomethylphenyl-diphenylphosphat und Derivate und/oder p-Ölsäureamidophenyl-diphenylphosphat und Derivate und/oder p-Hydroxymethylphenyl-diphenyl phosphat und Derivate und/oder p-Thiohydroxymethylphenyl-diphenylphosphat und Derivate und/oder Bisphenol-A-diphenylphosphat und Derivate und/oder Resorcinol-diphenylphosphat und Derivate zugegeben.Also advantageously, the aryl phosphate or the Arylphosphatgemisch or when as aryl phosphate or as Arylphosphate mixture singly or in admixture o-allylphenyl-diphenylphosphate and derivatives and / or bis (o-allylphenyl) -phenylphosphate and derivatives and / or p-acetamidobenzyl-diphenylphosphate and derivatives and / or p-aminophenyl-diphenylphosphate and derivatives and / or p- Aminomethylphenyl-diphenylphosphate and derivatives and / or p-oleamic acid amidophenyl-diphenylphosphate and derivatives and / or p-hydroxymethylphenyl-diphenyl phosphate and derivatives and / or p-thiohydroxymethylphenyl-diphenylphosphate and derivatives and / or bisphenol-A-diphenylphosphate and derivatives and / or resorcinol Diphenyl phosphate and derivatives added.
Weiterhin vorteilhafterweise werden dem Arylphosphat oder dem Arylphosphatgemisch einzeln oder im Gemisch Arylphosphate auf der Basis von Phenol und/oder Phenol-Derivaten und/oder Bisphenol-A-bis(diphenylphosphat) und/oder Resorcinol-bis(diphenylphosphat) zugegeben.Further advantageously, aryl phosphates based on phenol and / or phenol derivatives and / or bisphenol A bis (diphenyl phosphate) and / or resorcinol bis (diphenyl phosphate) are added to the aryl phosphate or the aryl phosphate mixture individually or in a mixture.
Und auch vorteilhafterweise werden strahlenchemisch und/oder plasmachemisch behandelte PTFE-Emulsionspolymere eingesetzt.And advantageously also radiation-chemically and / or plasma-chemically treated PTFE emulsion polymers are used.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die strahlenchemische Behandlung der PTFE-Partikel unter Sauerstoffeinfluss durchgeführt wird.It is also advantageous if the radiation-chemical treatment of the PTFE particles is carried out under the influence of oxygen.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn als mechanische Beanspruchung eine Scherbeanspruchung aufgebracht wird, die noch vorteilhafterweise durch einen Ultra-Turrax® und/oder durch einen Zahnscheibenrührer aufgebracht wird.It is also advantageous when a shearing stress is applied as a mechanical stress that is even more advantageously applied by an Ultra-Turrax ® and / or by a toothed disk is.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn Dispersionshilfsmittel und Dispersionsstabilisator(en) zugegeben werden.It is also advantageous if dispersion aids and dispersion stabilizer (s) are added.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es erstmals möglich, eine stabile Arylphosphat-PTFE-Dispersion anzugeben, die die Gleitreibung und den Verschleiß bei tribologischen Anwendungen absenkt. With the solution according to the invention, it is possible for the first time to specify a stable aryl phosphate-PTFE dispersion which reduces the sliding friction and the wear in tribological applications.
Erreicht wird dies durch eine Arylphosphat-PTFE-Dispersion, die aus strahlenchemisch und/oder plasmachemisch modifizierten PTFE-Partikeln in Arylphosphat oder in einem Arylphosphat-Gemisch besteht, und bei dem nach einer reaktiven Umsetzung in einer Dispersion Arylphosphat(e) an die PTFE-Partikeloberfläche kovalent/chemisch gekoppelt vorliegen und die PTFE-Partikel negativ geladen sind.This is achieved by an aryl phosphate PTFE dispersion which consists of radiation-chemically and / or plasma-chemically modified PTFE particles in aryl phosphate or in an aryl phosphate mixture, and in which after a reactive reaction in a dispersion aryl phosphate (e) to the PTFE Particle surface covalently / chemically coupled and the PTFE particles are negatively charged.
Arylphosphat oder die Arylphosphat-Gemische sind in der erfindungsgemäßen Dispersion das Dispergiermittel. Aryl phosphate or the aryl phosphate mixtures are the dispersant in the dispersion according to the invention.
Dabei kann die kovalente chemische Kopplung über Radikalreaktionen und/oder Substitutionsreaktionen und/oder Additionsreaktionen durch Ausbildung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen und/oder über Kohlenstoff-Stickstoff-Kohlenstoff-Bindungen als Amin- und/oder Imin- und/oder Amid- und/oder Imidgruppe und/oder über Kohlenstoff-Sauerstoff-Kohlenstoff-Bindungen als Ether- und/oder Estergruppe und/oder über Kohlenstoff-Schwefel-Kohlenstoff-Bindungen als Thioether- und/oder Thioestergruppe gekoppelt vorliegen.In this case, the covalent chemical coupling via radical reactions and / or substitution reactions and / or addition reactions by formation of carbon-carbon bonds and / or via carbon-nitrogen-carbon bonds as amine and / or imine and / or amide and / or or imide group and / or coupled via carbon-oxygen-carbon bonds as ether and / or ester group and / or via carbon-sulfur-carbon bonds as thioether and / or thioester group.
Zur Ausbildung der kovalenten/chemischen Kopplung ist es notwendig, dass einerseits die PTFE-Partikel kopplungsaktive Gruppen oder Radikale aufweisen. Dies wird durch die strahlenchemische und/oder plasmachemische Modifizierung erreicht. To form the covalent / chemical coupling, it is necessary that, on the one hand, the PTFE particles have coupling-active groups or radicals. This is achieved by the radiation-chemical and / or plasma-chemical modification.
Andererseits müssen aber mindestens auch Arylphosphate oder Arylphosphat-Gemische eingesetzt werden, die mindestens teilweise kopplungsaktive und/oder kopplungsaktivierbare Gruppen aufweisen. Kopplungsaktivierbare Gruppen sind solche Gruppen, die in-situ während der reaktiven Dispersion gebildet werden.On the other hand, at least aryl phosphates or aryl phosphate mixtures must also be used which have at least partially coupling-active and / or coupling-activatable groups. Coupling activatable groups are those groups formed in situ during the reactive dispersion.
Arylphosphate oder Arylphosphat-Gemische, die solche kopplungsaktiven und/oder kopplungsaktivierbaren Gruppen aufweisen, sind vorteilhafterweise
Ar2, Ar4, Ar5... Phenyl, Aryl = substituierte Phenyle, vorzugsweise alkylsubstituierte und/oder alkylensubstituierte Phenyle
Y... -OH, -R*-OH, -NHR, -R*-NHR, -SH, -R*-SH, -Allyl, -O-Allyl, -R*-O-Allyl, -NR-Allyl, -R*-NR-Allyl, -N(Allyl)2, -R*-N(Allyl)2, -S-Allyl, -R*-S-Allyl -O-Oleyl, -R*-O-Oleyl, -O-CO-Oleyl, -R*-O-CO-Oleyl, -CO-O-Oleyl, -R*-CO-O-Oleyl, -NR-Oleyl, -R*-NR-Oleyl, -NR-CO-Oleyl, -R*-NR-CO-Oleyl, -NH-CO-H, -R*-NH-CO-H, -NH-CO-R***, -R*-NH-CO-R**, -NH-CO-OR**, -R*-NH-CO-OR**, -CO-O-Allyl, -R*-CO-O-Allyl, -CO-NR-Allyl, -R*-CO-NR-Allyl, -CO-N(Allyl)2, -R*-CO-N(Allyl)2, -CO-NR-Oleyl, -R*-CO-NR-Oleyl, -SO2-NHR, -SO2-NHR**
m ≥ 0
R... H, Alkyl
R*... Alkylen
R**... Alkyl, Aryl, Allyl, Oleyl
R***... Alkyl, Allyl, Oleyl.Aryl phosphates or aryl phosphate mixtures having such coupling active and / or coupling activatable groups are advantageously
Ar 2 , Ar 4 , Ar 5 ... phenyl, aryl = substituted phenyls, preferably alkyl-substituted and / or alkylene-substituted phenyls
Y ... -OH, -R * -OH, -NHR, -R * -NHR, -SH, -R * -SH, -allyl, -O-allyl, -R * -O-allyl, -NR- Allyl, -R * -NR-allyl, -N (allyl) 2 , -R * -N (allyl) 2 , -S-allyl, -R * -S-allyl-O-oleyl, -R * -O- Oleyl, -O-CO-oleyl, -R * -O-CO-oleyl, -CO-O-oleyl, -R * -CO-O-oleyl, -NR-oleyl, -R * -NR-oleyl, - NR-CO-oleyl, -R * -NR-CO-oleyl, -NH-CO-H, -R * -NH-CO-H, -NH-CO-R ***, -R * -NH-CO -R **, -NH-CO-OR **, -R * -NH-CO-OR **, -CO-O-allyl, -R * -CO-O-allyl, -CO-NR-allyl, -R * -CO-NR-allyl, -CO-N (allyl) 2 , -R * -CO-N (allyl) 2 , -CO-NR-oleyl, -R * -CO-NR-oleyl, -SO 2 -NHR, -SO 2 -NHR **
m ≥ 0
R ... H, alkyl
R * ... alkylene
R ** ... alkyl, aryl, allyl, oleyl
R *** ... alkyl, allyl, oleyl.
Insbesondere sind solche Arylphosphate oder Arylphosphat-Gemische, die solche kopplungsaktiven und/oder kopplungsaktivierbaren Gruppen aufweisen o-Allylphenyldiphenylphosphat und Derivate und/oder Bis(o-allylphenyl)-phenylphosphat und Derivate und/oder p-Acetamidobenzyl-diphenylphosphat und Derivate und/oder p-Aminophenyl-diphenylphosphat und Derivate und/oder p-Aminomethylphenyldiphenylphosphat und Derivate und/oder p-Ölsäureamidophenyl-diphenylphosphat und Derivate und/oder p-Hydroxymethylphenyl-diphenylphosphat und Derivate und/oder p-Thiohydroxymethylphenyl-diphenylphosphat und Derivate und/oder Bisphenol-A-diphenylphosphat und Derivate und/oder Resorcinol-diphenylphosphat und Derivate, die als Dispergiermittel zugegeben werden.In particular, such aryl phosphates or aryl phosphate mixtures are those coupling-active and / or coupling-activatable groups have o-allylphenyldiphenylphosphate and derivatives and / or bis (o-allylphenyl) -phenylphosphate and derivatives and / or p-acetamidobenzyl-diphenylphosphate and derivatives and / or p-aminophenyl-diphenylphosphate and derivatives and / or p- Aminomethylphenyldiphenylphosphate and derivatives and / or p-oleamidophenyl-diphenylphosphate and derivatives and / or p-hydroxymethylphenyl-diphenylphosphate and derivatives and / or p-thiohydroxymethylphenyl-diphenylphosphate and derivatives and / or bisphenol-A-diphenylphosphate and derivatives and / or resorcinol-diphenylphosphate and Derivatives added as a dispersing agent.
Erfindungsgemäß können aber auch andere Arylphosphate oder Arylphosphat-Gemische zugegeben werden, die keine kopplungsaktiven und/oder kopplungsaktivierbaren Gruppen aufweisen, wie Arylphosphate auf der Basis von Phenol und/oder Phenol-Derivaten (beispielsweise Cresol, Dimethylphenol und iso-Propylphenol) und/oder Bisphenol-A-bis(diphenylphosphat) und/oder Resorcinolbis(diphenylphosphat), According to the invention, however, it is also possible to add other aryl phosphates or aryl phosphate mixtures which have no coupling-active and / or coupling-activatable groups, such as aryl phosphates based on phenol and / or phenol derivatives (for example cresol, dimethylphenol and isopropyl alcohol) and / or bisphenol -A bis (diphenyl phosphate) and / or resorcinol bis (diphenyl phosphate),
Diese Arylphosphate oder Arylphosphat-Gemische können beispielsweise zur Einstellung des Viskositätsindexes VI (der VI beschreibt die Temperaturabhängigkeit der kinematischen Viskosität), d.h. der rheologischen Eigenschaften der Dispersion eingesetzt werden.These aryl phosphates or aryl phosphate mixtures can be used, for example, to adjust the viscosity index VI (VI describes the temperature dependence of the kinematic viscosity), i. the rheological properties of the dispersion are used.
Die erfindungsgemäße Dispersion ist sehr stabil und bleibt als Dispersion über Wochen und Monate weitgehend unverändert bestehen. Diese Stabilität wird einerseits erreicht durch die kovalente Bindung der Arylphosphat(e) an der Partikeloberfläche der PTFE-Partikel und andererseits durch die negative Ladung der PTFE-Partikel, die sich bei Annäherung abstoßen und dadurch die Dispergierung aufrechterhalten.The dispersion according to the invention is very stable and remains largely unchanged as dispersion over weeks and months. This stability is achieved, on the one hand, by the covalent bonding of the aryl phosphate (s) to the particle surface of the PTFE particles and, on the other hand, by the negative charge of the PTFE particles, which repel on approach and thereby maintain dispersion.
Die negative Ladung der PTFE-Partikel entsteht durch „Reibungsaufladung“ während der reaktiven Umsetzung durch Scherung/Scherbeanspruchung in einer Dispersion. Die Ladung, d.h. das Potenzial der PTFE-Partikel in einer Dispersion kann durch Akustophorese bestimmt werden. Die elektrostatische Aufladung von Kunststoffen und speziell von PTFE durch Reib- und Scherbeanspruchung ist dem Fachmann hinreichend bekannt. PTFE gehört zu den besonders stark aufladbaren Materialien [
Eine Verdichtung der Dispersion ohne Sedimentation tritt im Wesentlichen nur durch die Einwirkung der Schwerkraft auf und kann leicht aufgewirbelt oder redispergiert werden.Compaction of the dispersion without sedimentation occurs essentially only by the action of gravity and can easily be whirled up or redispersed.
Die erfindungsgemäße Dispersion besteht dabei aus den strahlenchemisch und/oder plasmachemisch modifizierten PTFE-Partikeln, die vorteilhafterweise durch Elektronen- und/oder Gammabestrahlung modifiziert worden sind. Weiter vorteilhaft wird als strahlenmodifiziertes PTFE ein in Gegenwart von (Luft-)Sauerstoff bestrahltes PTFE eingesetzt.The dispersion according to the invention consists of the PTFE-modified PTFE particles which have been advantageously modified by electron and / or gamma irradiation. Further advantageously used as radiation-modified PTFE in the presence of (air) oxygen irradiated PTFE.
Die Anwendung von Arylphosphat als schwer entflammbare Hydraulikflüssigkeit (Spezialschmierstoff) in bewegten Teilen mit tribologischen Anforderungen führt zur Senkung von Gleitreibung und Verschleiß. Zur Verbesserung der Schmierstoffeigenschaften von Arylphosphat soll die Festschmierstoffkomponente PTFE als in Arylphosphat stabil feindispergiertes Additiv eingesetzt werden. The use of aryl phosphate as a flame retardant hydraulic fluid (special lubricant) in moving parts with tribological requirements leads to the reduction of sliding friction and wear. To improve the lubricant properties of aryl phosphate, the solid lubricant component PTFE should be used as an additive finely dispersed in aryl phosphate.
Dieser Arylphosphat-PTFE-Spezialschmierstoff besitzt ein erhöhtes Potenzial zur Verbesserung der Einlauf- und Notlaufeigenschaften von bewegten Komponenten durch elektrostatische und/oder adhäsive Wechselwirkungen der modifizierten PTFE-Komponente mit den Reibkontaktpartnern.This aryl phosphate PTFE specialty lubricant has an increased potential for improving the run-in and run-flat properties of moving components through electrostatic and / or adhesive interactions of the modified PTFE component with the rubbing contact partners.
Die Anwendung von Arylphosphat als Additiv, beispielsweise als EP-Additiv, in Schmierstoffen für tribologische Anforderungen führt bekanntermaßen zur Senkung von Gleitreibung und Verschleiß. Zur Verbesserung dieser Eigenschaften im Schmierstoff-System wird an Stelle des Arylphosphats die erfindungsgemäße Arylphosphat-PTFE-Dispersion als Additiv ein- oder zugesetzt. Die Arylphosphatmodifizierte PTFE-Festschmierstoffkomponente der Arylphosphat-PTFE-Dispersion liegt im Schmierstoff-System ebenfalls feindispergiert vor und verbessert durch elektrostatische und/oder adhäsive Wechselwirkungen der Arylphosphatmodifizierten PTFE-Partikel mit den Reibkontaktpartnern die Triboeigenschaften im Schmierstoff-System hinsichtlich Gleitreibung und Verschleiß. Diese erhöhte Wechselwirkung wird neben der elektrostatischen Aufladung der PTFE-Partikel durch die am PTFE gekoppelten Arylphosphat(e) erreicht, so dass durch die kombinierten Wechselwirkungen im System verbesserte Gleitreibungs- und Verschleißeigenschaften realisiert werden.The use of aryl phosphate as an additive, for example as an EP additive, in lubricants for tribological requirements is known to reduce sliding friction and wear. To improve these properties in the lubricant system, instead of the aryl phosphate, the aryl phosphate PTFE dispersion according to the invention is added or added as an additive. The aryl phosphate-modified PTFE solid lubricant component of the aryl phosphate PTFE dispersion is likewise finely dispersed in the lubricant system and improves the tribo properties in the lubricant system with regard to sliding friction and wear by electrostatic and / or adhesive interactions of the aryl phosphate-modified PTFE particles with the friction contact partners. This increased interaction is achieved in addition to the electrostatic charging of the PTFE particles by the PTFE-coupled aryl phosphate (s), so that the combined interactions in the system improved sliding friction and wear properties can be realized.
Unter feindispergiert soll im Rahmen dieser Erfindung ein fein zer- und verteiltes PTFE verstanden werden, das stabil in einem Medium, wie beispielsweise Arylphosphat oder Schmierstoff, dispergiert vorliegt und nahezu nicht oder nicht agglomeriert.For the purposes of this invention, finely dispersed PTFE is to be understood as meaning a finely divided and distributed PTFE which is stably dispersed in a medium such as, for example, aryl phosphate or lubricant, and which does not agglomerate almost completely or not.
Vorteilhaft ist, wenn das Arylphosphat vollständig oder nur teilweise, d.h. im Konzentrationsbereich von 100 bis 0,1 Ma.-% mit funktionellen/kopplungsaktiven und/oder kopplungsaktivierbaren Gruppen am Arylphosphat ausgerüstet eingesetzt wird, wobei das Arylphosphat als reine Substanz oder als Arylphosphat-Gemisch eingesetzt werden kann.It is advantageous if the aryl phosphate is completely or only partially, ie in the concentration range of 100 to 0.1% by mass with functional / coupling active and / or coupling-activatable groups on the aryl phosphate is used, wherein the aryl phosphate can be used as a pure substance or as an aryl phosphate mixture.
Als funktionelle oder kopplungsaktive Gruppen am Arylphosphatmolekül werden vorzugsweise aromatische Hydroxygruppen/Phenolgruppen verwendet. Beispielsweise können auch als kopplungsaktive Agenzien Arylphosphate mit olefinisch ungesättigten Doppelbindungen, wie z.B. mit gekoppelten Allyl- und/oder Oleyl-Gruppen und/oder mit aliphatischen und/oder alkylaromatischen und/oder aromatischen Hydroxygruppen und/oder mit aliphatischen und/oder aromatischen Thiolgruppen und/oder mit aliphatischen und/oder aromatischen Aminogruppen und/oder mit aliphatischen Amidgruppen und/oder mit aliphatischen und/oder aromatischen Imidgruppen als reine Substanz oder als Substanzgemisch oder als Zusatz zu einem nicht funktionalisierten Arylphosphat eingesetzt werden. As functional or coupling-active groups on the aryl phosphate molecule it is preferred to use aromatic hydroxyl groups / phenol groups. For example, aryl phosphates with olefinically unsaturated double bonds, such as, for example, can also be used as coupling-active agents. with coupled allyl and / or oleyl groups and / or with aliphatic and / or alkylaromatic and / or aromatic hydroxy groups and / or with aliphatic and / or aromatic thiol groups and / or with aliphatic and / or aromatic amino groups and / or with aliphatic amide groups and / or with aliphatic and / or aromatic imide groups as the pure substance or as a substance mixture or as an additive to a non-functionalized aryl phosphate.
Wichtig für die reaktive Dispergierung ist der Einsatz eines Dispergierwerkzeuges, welches eine ausreichende mechanische Beanspruchung auf die Dispersion ausübt. Insbesondere soll als mechanische Beanspruchung eine Scherbeanspruchung eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Zahnscheibenrührer und/oder Ultra-Turrax® mit einer Umfangsgeschwindigkeit von vu ≥ 15 m/s und vorzugsweise vu ≥ 20 m/s und ganz bevorzugt vu ≥ 23 m/s eingesetzt. Important for the reactive dispersion is the use of a dispersing tool, which exerts a sufficient mechanical stress on the dispersion. In particular, should be used as a mechanical stress shearing stress. Preferably, toothed disk and / or Ultra-Turrax ® are at a peripheral speed of v u ≥ 15 m / s, preferably v u ≥ 20 m / s, and more preferably v u ≥ 23 m / s employed.
PTFE wurde und wird als Additiv in breitem Umfang in Ölen und Schmierstoffen eingesetzt, jedoch bisher vorrangig in physikalischer Mischung. Chemisch kompatibilisierte Öl-/Fett-PTFE-Produkte wurden nur in
Eine Dispergierung von PTFE in Arylphosphat ohne mechanische Beanspruchung führte sowohl mit als auch ohne Dispergierhilfsmittel oder Zusatz-/Hilfsmittel zu einem Arylphosphat-PTFE-Produkt, bei dem sich das PTFE schon nach kurzer Zeit absetzte. Dieses sedimentierte PTFE lässt sich meist nur schwer aufwirbeln/redispergieren. Dies entspricht den bekannten physikalischen Mischungen. A dispersion of PTFE in aryl phosphate without mechanical stress, both with and without dispersion aids or additives / auxiliaries, led to an aryl phosphate PTFE product, in which the PTFE settled down after a short time. This sedimented PTFE is usually difficult to fluidize / redisperse. This corresponds to the known physical mixtures.
In den erfindungsgemäßen, reaktiv dispergierten, stabilen Arylphosphat-PTFE-Dispersionen dagegen verdichtet sich das reaktiv dispergierte PTFE im Arylphosphat oder Arylphosphat-Gemisch ausschließlich durch die Schwerkraft entsprechend der PTFE-Konzentration langsam auf eine bestimmte Dispersionsschicht-Dicke oder Dispersionskonzentration, ohne dass eine Sedimentation eintritt oder eine Sedimentschicht entsteht. In the reactively dispersed, stable aryl phosphate PTFE dispersions according to the invention, on the other hand, the reactive dispersed PTFE in the aryl phosphate or aryl phosphate mixture is compacted only by gravity according to the PTFE concentration slowly to a certain dispersion layer thickness or dispersion concentration, without any sedimentation occurring or a sediment layer is formed.
Diese verdichtete Arylphosphat-PTFE-Dispersion bleibt dann über lange Zeiträume als stabile Dispersion in diesem Zustand ohne Ablagerung eines PTFE-Sedimentes bestehen. Auch bei Verdünnung zeigen stabile Arylphosphat-PTFE-Dispersionen nur eine Verdichtung, verursacht durch die Schwerkraft, und bilden auch nur eine „verdichtete“ Dispersionsschicht ohne Sedimentationserscheinungen. Dadurch bleibt das so modifizierte/dispergierte PTFE auch ohne zusätzliche (Dispersionshilfs-)Mittel oder zusätzlichen Redispergieraggregaten im System aktiv im Schwebezustand oder zirkuliert aktiv im (Schmier-)Stoffkreislaufsystem. Durch die Funktionalisierung und Aufladung der PTFE-Partikel gehen diese verstärkte Wechselwirkungen mit einem Substrat ein.This densified aryl phosphate PTFE dispersion then remains as a stable dispersion in this state for long periods of time without deposition of a PTFE sediment. Even when diluted, stable aryl phosphate-PTFE dispersions show only a compression caused by gravity, and also form only a "compacted" dispersion layer without sedimentation phenomena. As a result, the modified / dispersed PTFE remains active in the system even without additional (dispersion aid) agents or additional redispersing units or circulates actively in the (lubricating) material circulation system. The functionalization and charging of the PTFE particles causes these enhanced interactions with a substrate.
Solche Dispersionen/Konzentrate lassen sich vorteilhaft auch zu Fetten weiterverarbeiten, die die Eigenschaft besitzen, dass das PTFE nicht mehr agglomeriert und/oder phasensepariert. Such dispersions / concentrates can be advantageously further processed into fats, which have the property that the PTFE is no longer agglomerated and / or phase-separated.
Das Phänomen der Dispersionsstabilität wird wie bereits angeführt auf die Kopplung von Arylphosphat(en) an der PTFE-Partikeloberfläche und die elektrostatische Aufladung der PTFE-Partikel unter Scherbedingungen während der reaktiven Dispergierung durch Ladungstrennung zurückgeführt, was analog in
Der Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist die Herstellung und Bereitstellung stabiler Arylphosphat-PTFE-Dispersionen aus modifiziertem PTFE durch reaktive Dispersion/Umsetzung mit Arylphosphat oder einem Arylphosphat-Gemisch zur Herstellung von Konzentraten, die konzentriert oder verdünnt zur Anwendung wie z.B. als schwer entflammbares Spezialöl für den Hydraulikbereich kommen können.The advantage over the prior art is the preparation and provision of stable aryl phosphate PTFE modified PTFE dispersions by reactive dispersion / reaction with aryl phosphate or an aryl phosphate mixture to produce concentrates which are concentrated or diluted for use, e.g. as a flame retardant special oil for the hydraulic sector can come.
Dieses Arylphosphat-PTFE-Stoffsystem ist ohne weitere Additive/Zusatzstoffe und/oder Hilfseinrichtungen zur Redispergierung in mit Arylphosphat ausgerüsteten Tribosystemen stabil.This aryl phosphate-PTFE material system is stable without further additives / additives and / or auxiliaries for redispersing in aryl phosphate-equipped tribosystems.
Solche erfindungsgemäßen Arylphosphat-PTFE-Konzentrate können konzentriert oder verdünnt beispielsweise als Additiv in Schmierstoffen wie Ölen, Fetten und Wachsen oder als Additiv in Kunststoffen eingesetzt werden.Such aryl phosphate-PTFE concentrates according to the invention can be used concentrated or diluted, for example as an additive in lubricants such as oils, fats and waxes or as an additive in plastics.
Analog zu
Die modifizierten PTFE-Partikel als Festschmierstoffkomponente in den stabilen Arylphosphat-PTFE-Dispersionen oder in den daraus hergestellten Schmierstoffen und Fetten gewährleisten die Senkung der Energieverluste durch Reibung und Verschleiß sowie die Senkung des Verschleißes insgesamt. Unter den Bedingungen der Festkörperreibung wird zwar das Arylphosphat im Spalt verdrängt, jedoch leisten die PTFE-Partikel mit den antiadhäsiven Eigenschaften als Festschmierstoffkomponente im Reibspalt einen Beitrag zur Senkung von Reibung und Verschleiß.The modified PTFE particles as a solid lubricant component in the stable aryl phosphate PTFE dispersions or in the lubricants and greases produced from them ensure the reduction of energy losses through friction and wear as well as the reduction of wear overall. Although under the conditions of solid-state friction, the aryl phosphate is displaced in the gap, the PTFE particles with the anti-adhesive properties as a solid lubricant component in the friction gap contribute to the reduction of friction and wear.
Unter Druck zwischen den Komponentenoberflächen bildet sich vorteilhaft auf den Reibflächen ein fixierter, gleitreibungsvermindernder PTFE-Film aus.Under pressure between the component surfaces, a fixed friction-reducing PTFE film advantageously forms on the friction surfaces.
Vergleichsbeispiel 1: Comparative Example 1
Zu 17 g PTFE-Mikropulver TF 9205 (Dyneon) (mit Aceton benetzt) werden 173 g Arylphosphat
Die erneut aufgerührte/homogenisierte Dispersion aus Arylphosphat-TF9205 wird in einer Brugger-Test-Apparatur untersucht. Ähnlich dem reinen Arylphosphat werden mit dieser Dispersion/physikalischen Mischung Brugger-Werte von 22 bis 27 MPa erhalten.The re-stirred / homogenized dispersion of aryl phosphate TF9205 is tested in a Brugger test apparatus. Similar to the pure aryl phosphate, Brugger values of 22 to 27 MPa are obtained with this dispersion / physical mixture.
Beispiel 1:Example 1:
17 g PTFE-Mikropulver Zonyl® MP1100 (DuPont) werden mit Aceton benetzt und es werden 173 g Arylphosphat
Die stabile Dispersion aus Arylphosphat-MP1100 wird durch kurzes Aufrühren erneut homogenisiert in einer Brugger-Test-Apparatur analog Vergleichsbeispiel 1 untersucht. Mit dieser reaktiv dispergierten Arylphosphat-MP1100-Dispersion wurden Brugger-Werte von 145 bis 150 MPa erhalten. Eine auf 3 Ma.-% PTFE-verdünnte Arylphosphat-MP1100-Dispersion lieferte noch Brugger-Werte von 57 bis 65 MPa. The stable dispersion of aryl phosphate MP1100 is rehomogenized by brief stirring in a Brugger test apparatus similar to Comparative Example 1 examined. With this reactively dispersed aryl phosphate MP1100 dispersion, Brugger values of 145 to 150 MPa were obtained. An aryl phosphate MP1100 dispersion diluted to 3 wt% PTFE still gave Brugger values of 57 to 65 MPa.
Beispiel 2:Example 2:
Zu 17 g PTFE-Mikropulver Zonyl® MP1100 (DuPont) (mit Aceton benetzt) werden 173 g Arylphosphat
Die stabile Dispersion aus Arylphosphat-MP1100 wird durch kurzes Aufrühren erneut homogenisiert in einer Brugger-Test-Apparatur analog Vergleichsbeispiel 1 untersucht. Mit dieser reaktiv dispergierten Arylphosphat-MP1100-Dispersion wurden Brugger-Werte von 125 bis 133 MPa erhalten. The stable dispersion of aryl phosphate MP1100 is rehomogenized by brief stirring in a Brugger test apparatus similar to Comparative Example 1 examined. With this reactively dispersed aryl phosphate MP1100 dispersion, Brugger values of 125 to 133 MPa were obtained.
Beispiel 3Example 3
17 g PTFE-Mikropulver TF2025 (Dyneon/3M), das mit 700 kGy unter Luftatmosphäre Gamma-bestrahlt wurde [TF2025(700γ)], werden mit Aceton benetzt und es werden 173 g Arylphosphat
Die stabile Dispersion aus Arylphosphat-TF2025(700γ) wird durch kurzes Aufrühren erneut homogenisiert in einer Brugger-Test-Apparatur analog Vergleichsbeispiel 1 untersucht. Mit dieser reaktiv dispergierten Arylphosphat-TF2025(700γ)-Dispersion wurden Brugger-Werte von 185 bis 195 MPa erhalten. Eine auf 3 Ma.-% PTFE-verdünnte Arylphosphat-TF2025(700γ)-Dispersion lieferte noch Brugger-Werte von 80 bis 85 MPa. The stable dispersion of aryl phosphate TF2025 (700γ) is rehomogenized by brief stirring in a Brugger test apparatus similar to Comparative Example 1 examined. With this reactively dispersed aryl phosphate TF2025 (700γ) - Dispersion were obtained Brugger values of 185 to 195 MPa. An aryl phosphate TF2025 (700γ) dispersion diluted to 3 wt% PTFE yielded Brugger values of 80 to 85 MPa.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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