DE19640489A1 - Schmiermittel auf Basis von Polyolen und dessen Verwendung beim Schneiden von Elastomeren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmiermittel auf der Basis von wäßrigen Lösungen und/oder Emulsionen von Polyolen und dessen Verwendung beim Schneiden von ausge­ härteten Elastomeren.

Das Schneiden von Elastomeren mit den verschiedensten Werkzeugen stößt wegen des gummielastischen Verhaltens dieser polymeren Zusammensetzungen immer wieder auf tech­ nische Schwierigkeiten. Im modernen Automobilbau sind die feststehenden Scheiben heute direkt mit der Karosserie verklebt. Hierzu wird in aller Regel ein elastomerer Kleb-/Dichtstoff verwendet, in den meisten Fällen auf Ba­ sis von Polyurethan-Elastomeren. Im Reparaturfall müssen diese direkt verklebten Autoscheiben mit Hilfe von diver­ sen Werkzeugen aus dem Rahmen herausgeschnitten werden. Hierzu existieren verschiedene Methoden, z. B. Schneide­ draht, Messer aber auch elektrische bzw. pneumatisch be­ triebene Schwing- oder Vibrationsmesser. Derartige Messer sind beispielsweise in der DE-A-38 38 044 beschrieben.

Beim Einsatz solcher Schwingmesser wird sehr viel Rei­ bungswärme erzeugt, so daß es bereits nach sehr kurzer Schneidezeit zu Zersetzungsreaktionen kommt, was sofort an einer Rauchentwicklung zu beobachten ist. Diese Wärmeent­ wicklung ist sowohl aus arbeitshygienischen Gründen als auch aus technischen Gründen bedenklich. Die arbeitshygie­ nischen bzw. gesundheitlichen Bedenken begründen sich auf der Entwicklung von Rauchgasen, deren chemische Zusammen­ setzung selten genau bekannt ist, da sie sowohl von der Zusammensetzung des Elastomeren als auch von der akut herrschenden Zersetzungstemperatur abhängig ist. Der Ver­ arbeiter hat in der Regel seinen Kopf relativ nahe am Ort der Rauch- bzw. Gasentwicklung, daher kommt es fast zwangsläufig zum Einatmen der Dämpfe. Arbeitsschutzmaßnah­ men hierfür existieren in der Regel nicht und sind auch schwierig in die Praxis umzusetzen.

Die technischen Bedenken begründen sich in der schlechten Kontrollierbarkeit bei der Führung des Messers unter die­ sen Bedingungen, aber auch darin, daß die Messer leicht bis zum "Ausglühen" ausgeheizt werden. Diese starke ther­ mische Beanspruchung der Messer führt zu sehr kurzen Standzeiten dieser Messer. Zusätzlich kann die starke thermische Belastung des Elastomeren im Schnittbereich zu starken chemischen Abbaureaktionen des Polymeren führen, dies hat zur Folge, daß die chemische und physikalisch­ mechanische Beschaffenheit des Elastomeren stark verändert wird. Diese Veränderung führt zu erheblichen Problemen bei der Wiederverklebbarkeit.

Um die oben angegebenen Probleme zu umgehen, hat man in der Praxis bisher mehrere, bis heute unbefriedigende Wege beschritten:

• - Kühlen des Schnittbereiches mit Lösungsmitteln, speziell mit Benzinen. Diese Methode verbietet sich bereits aus arbeitshygienischen Erwägungen. Neben der gesundheitlichen Problematik der Exposition der Verarbeiter mit Lösungsmitteldämpfen besteht hier auch ein andauerndes Verpuffungsrisiko wegen der entstehenden Lösungsmitteldampf-/Luftgemische.
  Letztere können sich sowohl an heiß gewordenen Schneidwerkzeugteilen als auch an den elektrischen Funken bei elektrisch betriebenen Schneidwerkzeugen entzünden.
• - Die Kühlung/Schmierung des Schneidebereiches läßt sich mit Wasser nicht durchführen.
• - Abkühlung des Schneidebereiches über Wartepausen.
  Hierbei wird ein kurzer Bereich geschnitten, bis es zur Rauchentwicklung kommt, dann wird die Klinge gekühlt. Dieses Verfahren ist sehr zeitaufwendig und wird alleine aus diesem Grunde kaum angewendet.
• - Ein Anbieter von Schneidwerkzeugen empfiehlt nicht nur, sondern schreibt sogar die Verwendung eines Babyshampoos vor, um die Reibung im Schnittbereich herabzusetzen. Dazu wird eine Lösung dieses Sham­ poos in Wasser auf die Kleberaupe gesprüht und dann geschnitten. Zum Einsprühen der Kleberaupe einer Automobilfrontscheibe werden etwa 150 bis 200 ml dieser Detergenzlösung benötigt. Dieses Verfahren verhindert zwar die Wärmeentwicklung im Schneidebe­ reich der Klebstoffraupe, da jedoch unweigerlich Detergentienreste auf der Schnittfläche verbleiben, wird durch dieses Verfahren ein sehr negativer Einfluß auf die Wiederverklebbarkeit der Restraupe ausgeübt.

In allen Fällen, in denen die Schnittfläche des Elastomeren in einen erneuten Verklebungsprozeß einbezogen wird, kann das letztgenannte Verfahren nicht angewendet werden, da wegen der auf der Schnittfläche verbleibenden Rückstände die Haltekraft des Klebers nach einer erneuten Verklebung auf sehr niedrige Festigkeits­ werte sinkt.

Die US-A-4128452 beschreibt ein Messer zum Separieren klebend verbundener Materialien, insbesondere selbstkle­ bende Etiketten. Bei diesem Messer befindet sich die Klinge in einer Scheide, die eine innere Auskleidung aus absorbierendem Material enthält. Eine Schmierflüssigkeit wie z. B. Silikonöl ist gleichmäßig auf dem absorbierenden Material der Scheide verteilt. Wenn die Klinge in die Scheide gesteckt wird oder aus ihr herausgezogen wird, wird eine dünne Schicht Schmiermittel auf alle Oberflächen der Klinge verteilt. Dies ermöglicht einen nahezu reibungslosen Kontakt zwischen der Klinge und dem zu separierenden Material. Dabei soll die Schmierflüssigkeit die Klebrigkeit des durchschnittenen Klebstoffes unterbin­ den.

Es bestand also die Aufgabe, ein Schmier- und Kühlmittel bereitzustellen, das es ermöglicht, Elastomere ohne Ent­ wicklung von viel Reibungswärme zu schneiden, wobei die derart erzeugten Schnittflächen für einen erneuten Ver­ klebungsprozeß der Elastomerteile geeignet bleiben sollen. Für den Reparaturfall von direktverklebten Autoscheiben ist dies von besonderer Wichtigkeit, da bei einem Austausch defekt gewordener Autoscheiben eine sog. "Restraupe", d. h., eine Klebstoffschicht unterschiedlicher Stärke auf der Autokarosserie verbleibt. Auf diese Schnittfläche wird dann entweder direkt der Klebstoff für eine neu einzuklebende Scheibe aufgebracht, oder die Schnittfläche dient als Kontaktfläche für den auf die neu eingesetzte Scheibe aufgetragenen Klebstoff. Da eine ver­ klebte Autoscheibe, insbesondere Windschutzscheibe und Heckscheibe ein integraler Bestandteil der Festigkeit und Steifigkeit einer Autokarosserie ist, schreiben die Auto­ hersteller in ihren Spezifikationen Mindestzugscherfestig­ keiten für derartige Verklebungen vor, sie betragen in der Regel mindestens 3 N/mm². In aller Regel werden mit Stan­ dard-Klebern mehr als 5 N/mm² erreicht. Diese Werte müssen also auch bei einer Wiederverklebung erreicht werden.

Es wurde jetzt gefunden, daß bei der Verwendung von Schmiermitteln auf der Basis von wäßrigen Lösungen und/oder Emulsionen von Polyolen alle Nachteile der bisher angewandten Methoden vermieden werden. Diese Methode erlaubt eine schnelle und sichere Wiederverklebung von Autoscheiben und ist toxisch und arbeitshygienisch unbedenklich. Die Schmierung durch das Polyol sowie die Kühlung der Klinge durch den Wasseranteil ist sehr gut und durch zahlreiche interne Praxisversuche belegt. Die Wiederverklebbarkeit der Restraupe ist gegeben, wobei stets mindestens 85% der durch den Kleber vorgegebenen Zugscherfestigkeit erreicht werden. Mit diesen Werten werden die von allen Autoherstellern spezifizierten Werte für die Erstverklebung erreicht. Prinzipiell sind für die erfindungsgemäßen Schmiermittel zahllose Polyole einsetz­ bar. Besonders bevorzugt sind Polyetherpolyole auf der Basis von linearen oder verzweigten Polyethylenglycolen, Polypropylenglycolen oder deren Copolymeren. Das Moleku­ largewicht bzw. die OH-Zahl und die Viskosität der Poly­ etherole kann dabei in weiten Grenzen variieren. Vorzugs­ bereiche sind für die OH-Zahl 500 bis 15mg KOH/g, ganz besonders bevorzugt sind OH-Zahlen von 50 bis 20 mg KOH/g. Die Viskosität derartiger Polyetherpolyole bei 25°C liegt zwischen 500 mPa·s und 3000 mPa·s. Die Bestimmung der OH- Zahl erfolgt dabei nach der DIN 53240, die Viskosität nach der DIN 51 550. Polyetherpolyole sind zwar die erfindungs­ gemäß bevorzugt einzusetzenden Polyole, jedoch lassen sich auch Polytetrahydrofurane, Polyesterpolyole, hydroxyfunk­ tionelle Polybutadiene sowie deren Ethoxylierungs- und Propoxylierungsprodukt sowie andere in Wasser mischbare bzw. emulgierbare Polyole verwenden. Zur Unterstützung der Mischbarkeit mit Wasser bzw. zur Gewährleistung einer sta­ bilen Emulsion können Mischungen aus hoch- und niedermole­ kularen Polyolen sowie kleinere Zusätze von Tensiden bzw. Emulgatoren mitverwendet werden. Hierbei werden in der Regel nichtionische Tenside einzeln oder in Mischungen eingesetzt, die vorzugsweise mindestens 2 OH-Gruppen pro Molekül enthalten. Ganz besonders bevorzugt sind die Alkylpolyglycoside, wie sie z. B. von der Fa. Henkel her­ gestellt und vertrieben werden. Zur Erhöhung der Lager­ stabilität können dem erfindungsgemäßen Schmiermittel an sich bekannte und gängige Konservierungsmittel zugesetzt werden.

Für die eigentliche Anwendung als Schmier-/Kühlmittel genügt es, wenn in der auf die zu schneidende Klebstoffraupe bzw. Elastomerraupe aufgesprühten Lösung etwa 2 Gew.% Polyetherpolyol vorhanden sind. Zum effek­ tiveren Transport vom Herstellort an den Einsatzort und zur besseren Lagerhaltung ist es jedoch zweckmäßig, zunächst ein Konzentrat herzustellen, das der Endanwender leicht mit Wasser verdünnen kann.

Eine typische erfindungsgemäße Zusammensetzung des Konzen­ trats für das Schmier-/Kühlmittel enthält also:

• - 15 bis 40 Gew.% Polyetherpolyol, ggf. bestehend aus einer Mischung mehrerer Polyetherpolyole
• - 0,1 bis 3 Gew.% nichtionische Tenside, vorzugsweise Alkylpolyglycoside
• - 0,05 bis 0,5 Gew.% Konservierungsmittel
• - 56,5 bis 84,85 Gew.% demineralisiertes Wasser.

Die Verdünnungsmöglichkeit eines derartigen Konzentrates für die eigentliche Anwendung richtet sich nach dem Gehalt des Konzentrates an Polyetherpolyol, sie liegt zwischen etwa 1 : 8 bis 1 : 20.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Schmiermittel-Konzentrat wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt:
29 Gew.% Polyetherpolyol (Lupranol 2040 der Fa. BASF, Hydroxylzahl ca. 28 mg KOH/g), 0,8 Gew.% Alkylpolyglycosid der Fa. Henkel, 0,2 Gew.% Acticid SPX, Fa. Thorchemie, 70 Gew.% demineralisiertes Wasser.

Es wurden das Polyol und das Tensid vorgelegt und mit einem Dissolver unter starkem Rühren langsam mit Wasser versetzt. Hierbei ist es besonders wichtig, eine besonders intensive Vermischung in der hochviskosen Phase zu erreichen, damit eine stabile Emulsion mit fein disper­ gierten Polyoltröpfchen entsteht.

Beispiel 2

In einem Praxistest wurde das Schmiermittel gemäß Beispiel 1 für die eigentliche Anwendung 1 : 15 mit Wasser verdünnt und diese Flüssigkeit auf die Kleberraupe einer einge­ glasten PKW-Frontscheibe gesprüht. Die ausgehärtete Kleberraupe konnte mit einem handelsüblichen Schwingmesser ohne Wärmeentwicklung geschnitten werden.

Beispiel 3, Vergleichsbeispiel

Zur Ermittlung der Zugscherfestigkeit bei der Wiederverklebung wurden nach Primervorbehandlung Glasstreifen mit den Abmessungen 25×100×4mm und lackierte Stahlbleche 25×100×1mm mittels einer Kleberaupe bestehend aus dem einkomponentigen feuchtigkeitshärtenden Direktein­ glasungsklebstoff Terostat 8597 der Fa. Teroson verklebt, so daß eine Schichtstärke von 5mm entstand. Die Herstel­ lung dieser Prüfkörper und die Ermittlung der Zugscher­ festigkeit erfolgte in Anlehnung an die DIN EN 1465. Eine derartige Verklebung (hier Originalverklebung genannt) erzielt nach Endaushärtung gemäß Herstellerangaben eine Zugscherfestigkeit von 5 bis 6 MPa.

Zur Simulation einer Ausglasung wurden die zugänglichen, zur Schnittfläche senkrechten Flächen der ausgehärteten Kleberaupe zum einen mit dem erfindungsgemäßen Schmier-/Kühlmittel eingesprüht und zum Vergleich wurde eine nach Angaben des Werkzeugherstellers hergestellte Lösung eines Babyshampoos mit Wasser auf die Kleberaupe gesprüht und die Prüfkörper entsprechend geschnitten. Zur Wiederverkle­ bung wurden neue Glasstreifen genommen, die nach Vorreini­ gung mit dem Primer Terostat 8510 der Fa. Teroson vorbe­ handelt wurden. Auf die nach Herstellerangaben abgelüftete Primeroberfläche wurde eine entsprechende Menge Terostat 8597 aufgebracht. Sodann wurden die Blechstreifen aus den Schneidversuchen, auf denen sich noch die nicht weiter vorbehandelte Restraupe befand, zur Simulation einer Wie­ derverklebung verwendet, so daß wiederum eine Klebefuge mit 5mm Schichtstärke entstand.

Bei den Prüfkörpern, die Restraupen enthielten, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Schmier-/Kühlmittels geschnitten wurden, wurden nach Erreichung der Endfestig­ keit der Klebeverbindung in jedem Fall mehr als 5 N/mm² erreicht. Bei den Prüfkörpern, die Restraupen enthielten, die unter Verwendung des Babyshampoos geschnitten wurden, ergab der Zugscherversuch Festigkeitswerte unter 1 N/mm².

Hieraus wird deutlich, daß bei Verwendung eines empfohle­ nen Schmier-/Kühlmittels gemäß Stand der Technik ein deut­ liches Sicherheitsrisiko in bezug auf die Zugscherfestig­ keit der Wiederverklebung vorliegt, während bei Verwendung des erfindungsgemäßen Schmier-/Kühlmittels Wiederverkle­ bungswerte erzielt werden, die deutlich oberhalb der von den Autoherstellern verlangten Mindestwerte von 3 N/mm² liegen.

Claims (9)

1. Schmiermittel auf der Basis von wäßrigen Lösungen und/oder Emulsionen von Polyolen.

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Polyole Polyetherpolyole verwendet wer­ den.

3. Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß es Wasser, minde­ stens ein Polyetherpolyol, ein oder mehrere nichtio­ nische(s) Tensid(e) und ggf. Konservierungsmittel enthält.

4. Schmiermittel nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyetherpolyol aus der Gruppe der linearen oder ver­ zweigten Polyethylenglycole, Polypropylenglycole oder deren Copolymere ausgewählt wird.

5. Schmiermittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Polyol eine OH-Zahl von 500 bis 15 mgKOH/g (DIN 53 240), vorzugsweise von 50 bis 20 mgKOH/g und eine Viskosität bei 25°C von 500 mPa·s bis 3000 mPa·s (DIN 51 550) hat.

6. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das/die Tensid(e) minde­ stens 2 OH-Gruppen enthält/enthalten.

7. Schmiermittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das/die Tensid(e) ein Alkylpolyglycosid ist/sind.

8. Verwendung des Schmiermittels gemäß Anspruch 1 bis 7 zum Schmieren und Kühlen beim Schneiden von ausgehär­ teten elastomeren Kleb-/Dichtstoff-Fugen oder von ausgehärteten elastomeren Formteilen oder Profilen.

9. Verfahren zum Schneiden von ausgehärteten elastomeren Kleb-/Dichtstoff-Fugen oder elastomeren Formteilen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte

• - Einsprühen oder Bestreichen der zu schneidenden Bereiche des Elastomeren mit dem Schmiermittel gemäß Anspruch 1 bis 7,
• - Schneiden des Elastomeren mit einem Vibrations- oder Schwingmesser oder einem Schneidedraht,
• - ggf. kraftschlüssige Wiederverklebung auf mindestens einer der Schnittflächen.