DE19738192C1

DE19738192C1 - Trennmittel für Formen zur Herstellung von Formkörpern aus Kunststoffen

Info

Publication number: DE19738192C1
Application number: DE1997138192
Authority: DE
Inventors: Peter Alexander; Helmut Lammerting
Original assignee: TH Goldschmidt AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2017-09-03

Description

Die Erfindung betrifft Trennmittel für Formen zur Herstellung von Formkörpern aus Kunststoffen, insbesondere Polyurethanen, auf der Basis von siliciumorganischen Verbindungen und nieder molekularen Siloxanen.

Bei der Herstellung von Formkörpern aus Kunststoffen, insbeson dere Polyurethanen, ist es üblich, die Formen vor dem Einbrin gen des Kunststoffes mit einem Trennmittel zu versehen. Die Trennmittel sollen in geringen Mengen wirksam sein, die ein wandfreie Entformung des Formkörpers gewährleisten, jedoch nach der Entformung eine weitere Ver- und Bearbeitung, wie etwa eine Lackierung oder Verklebung, nicht negativ beeinflussen.

Als trennaktive Substanzen werden entsprechend dem Stand der Technik Wachse, Paraffine, Silicone, Ester und Salze von Fett säuren und Fluorkohlenwasserstoffe verwendet.

Zur Erzielung eines gleichmäßigen, dünnen Filmes auf der Form wandung ist es von Vorteil, möglichst niedrigviskose Trennmit telzubereitungen mit hohem Benetzungsvermögen zu verwenden. Dies erfordert in der Regel die Verwendung lösungsmittelhalti ger Zubereitungen, wobei die Lösungsmittel von der meist er wärmten Oberfläche der Formwandung abdunsten und einen dünnen Trennmittelfilm hinterlassen sollen.

Seit etwa 1985 sind Trennmittel für oben genannten Einsatzzweck im Handel, welche etwa folgende typische Zusammensetzung in Gew.-% aufweisen:
8,75 Siliconöl einer Viskosität von 60000 cP
8,75 Siliconharz
17,50 Octamethylcyclotetrasiloxan
5,00 nichtionischer Emulgator
60,00 Wasser

Siliconöl und Siliconharz bilden dabei die trennaktive Kompo nente, während das cyclische Siloxan als flüchtiges Lösungsmit tel für die trennaktive Komponente dient, welches mittels des Emulgators in Wasser emulgiert vorliegt. Bei der Anwendung ver dunstet das cyclische Siloxan zusammen mit dem Wasser. Auf der Formwandung verbleibt ein dünner Trennmittelfilm.

Die DE 38 21 908 C2 betrifft ebenfalls Trennmittel der vorge nannten Art. Dabei wird zum Stand der Technik ausgeführt, daß lösungsmittelhaltige Zubereitungen die Umwelt belasten, Trenn mittel auf Wasserbasis aber die gestellten Anforderungen nicht erfüllen würden. Statt dessen sollen entsprechend der DE 38 21 908 C2 als Trägersubstanz des Trennmittels Polysiloxan verbindungen eingesetzt werden, wobei die Trennmittel insbesondere folgende Zusammensetzung (in Gew.-Teilen) haben sollen:

Variante 1

60 bis 70 Polydimethyl-Tetracyclosiloxan
20 bis 30 Polydimethyl-Pentacyclosiloxan
5 bis 10 Siliconharz
5 bis 10 Siliconöl

Variante 2

90 Polydimethyl-Tetracyclosiloxan
10 Siliconöl oder Siliconharz

Variante 3

0,6 Amidwachs
0,5 metallseifenhaltige Wachse
2,1 Polydimethyl-Pentacyclosiloxan
wobei diese Mischungen bei 145°C geschmolzen werden und 12,5 Teile Polydimethyl-Pentacyclosiloxan dispergiert werden in einem Gemisch aus
8,5 Siliconharz
75 Polydimethyl-Tetracyclosiloxan

Die DE 42 38 290 C1 betrifft ebenfalls ein Trennmittel der vor genannten Art. Dort werden flüchtige Siloxane in flüchtigen Lö sungsmitteln oder Lösungsmittelgemischen verwendet, die nach dem Auftragen abtrocknen und eine weitgehend trennmittelfreie Oberfläche hinterlassen. Bevorzugt werden niedrigsiedende Fluor- und/oder Chlorkohlenwasserstoffe verwendet. Diese Sub stanzen sind zwischenzeitlich nicht mehr erlaubt, da sie die Ozonschicht schädigen. Beim Verzicht auf diese Produkte werden mit den in der DE 42 38 290 C1 verwendeten aliphatischen Kohlen wasserstoffen Flammpunkte < 25°C gemessen. Der Verarbeiter fordert heute Flammpunkte < 55°C. Dieser Forderung trägt die DE 196 50 076 C1 Rechnung, aus der eine Trennmittelmischung für Kunststoffe bekannt ist, die neben gammaaminopropylsubstituier tem Polyiloxan und einem Polydimethylsiloxan halogenfreie Koh lenwasserstoffe mit einem Flammpunkt < 55°C enthält. Seitens der Verarbeiter besteht heute der Wunsch nach Trennmitteln, die frei von organischen Lösemitteln sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, Trennmittel auf zufinden, die diese Nachteile nicht aufweisen.

Überraschenderweise werden besonders gute Trennmittel erhalten, wenn man nicht cyclische Siloxane, sondern bestimmte destilla tiv erhaltene Schnitte von linearen Polysiloxanen mit ausge wählten trennaktiven siliciumorganischen Verbindungen kombi niert und als wässrige Emulsion zubereitet.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb, ein Trenn mittel, welches aus
0,1 bis 5,0 Gew.-% eines γ-Aminopropylgruppen enthaltenden Polysiloxans,
4,0 bis 60,0 Gew.-% eines Polysiloxans der Formel I

wobei a eine Zahl von 7 bis 13 ist und das Polysiloxan < 5 Gew.-% Verbindungen ent hält, bei denen a < 7 ist und höchstens 5 Gew.-% an Verbindungen enthält, bei denen a < 13 ist,
1,0 bis 10,0 Gew.-% eines nichtionischen Emulgators oder Emul gatorgemisches und
25,0 bis 94,9 Gew.-% Wasser besteht.

Es sind außerdem solche Trennmittel bevorzugt, welche 0,2 bis 2,0 Gew.-% Polysiloxane mit γ-Aminopropylgruppen enthalten.

Als γ-Aminopropylgruppen enthaltendes Polysiloxan wird vorzugs weise ein Polysiloxan der allgemeinen Formel II

verwendet, wobei
R¹ ein Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, jedoch mindestens 50% der Reste R¹ Methylreste sind,
R² (1) die Bedeutung des Restes R¹ hat oder (2) ein γ-Aminopropylrest ist, mit der Maßgabe, daß minde stens ein Rest R² die Bedeutung (2) hat,
b eine Zahl von 0 bis 12 und
c eine Zahl von 20 bis 400 ist.

Vorzugsweise ist der Index b eine Zahl von 1 bis 4 und der In dex c eine Zahl von 50 bis 150.

Das Polysiloxan der Formel I

ist durch das wesentliche Merkmal gekennzeichnet, daß es im Ge misch < 5 Gew.-% Siloxane enthält, deren a-Wert < 7 ist und max. 5 Gew.-% der Siloxane enthält, deren a-Wert < 13 ist. Ver bindungen, bei denen der Wert von a < 13 ist, sind zwar trennaktiv, führen jedoch zu einer starken Rückstandsbildung, so daß die Formteiloberfläche Trennmittelrückstände aufweist. Vorzugsweise ist bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Poly siloxanen der Index a eine Zahl von 7 bis 12.

Derartige Siloxane lassen sich aus Gemischen durch Destillation abtrennen. Im Gegensatz zu üblichen Siloxanen des Standes der Technik handelt es sich also nicht um äquilibrierte Gemische statistischer Zusammensetzung, sondern um "Schnitte" definier ter Kettenlänge. Dabei hat sich überraschenderweise herausge stellt, daß derartig ausgewählte Siloxane eine gewisse Migrati onsneigung aufweisen, so daß sie in den Kunststoff- bzw. Poly urethanschaum eindringen und rückstandsfreie, trockene Oberflä chen entstehen und darüber hinaus selbst trennaktive Eigen schaften aufweisen und sich insbesondere darin von cyclischen Siloxanen, wie Octamethylcyclotetrasiloxan und Decamethylcyclo pentasiloxan, unterscheiden. Erst hierdurch wird es möglich, den Gehalt an γ-Aminopropylsiloxan im Trennmittel niedrig zu halten.

Die hier beschriebenen Wirkstoffe können aus wäßrigen Zuberei tungen appliziert werden. Die Herstellung einer solchen wäßri gen Dispersion erfolgt unter Zuhilfenahme nichtionischer Emul gatoren nach dem Wasser-in-Öl-Verfahren.

Dazu werden der Emulgator mit einer geringen Menge Wasser vorgelegt und intensiv vermischt. Die erfindungsgemäße Wirkstoffkombination wird in diese Vorlage scherkraftreich zugemischt. Die Restmenge des Wassers wird dann portionsweise, scherkraftarm zugegeben.

Die Emulsion kann sowohl ionisch als auch nichtionisch emul giert werden. Bevorzugt werden nichtionische Emulgatoren, da sie in der Regel hautfreundlich und physiologisch einwandfrei sind.

Nach dem Aufsprühen der Trennmitteldispersion verdunstet das Wasser in einer verfügbaren Ablüftezeit von ca. 1 Minute, so daß ein zusammenhängender Film des verbleibenden Wirkstoffes entsteht.

Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Trennmittels wird die ses zunächst auf die Formwandung mit üblichen Sprühgeräten, meist unter Verwendung eines Trägergases, wie Luft oder Inert gas, aufgesprüht. Die Formen sind in der Regel von der vorher gegangenen Nutzung noch warm, so daß das Wasser rasch abdun stet. Auf der Wandung der Form befindet sich nun das γ-Amino propylsiloxan zusammen mit dem Siloxanschnitt in dünner Schicht. Die Formteile werden zur kompletten Form zusammenge fügt. Der Thermoplast oder der reaktiv härtende Kunststoff wird in die Form gefüllt. Der Formling wird nach Verfestigung und/oder Abkühlung der Form entnommen. Nach der Entformung trocknet das erfindungsgemäß ausgewählte Siloxan im Lauf von einigen Stunden, meist innerhalb von 24 Stunden, ab. Auf dem Formkörper verbleibt nur der äußerst geringe Anteil an γ-Amino propylsiloxan. Da das ausgewählte Siloxan selbst trennaktiv ist, kann der Gehalt des Trennmittels an γ-Aminopropylsiloxan sehr niedrig gehalten werden. Dieser auf den Formlingen ver bleibende geringe Anteil γ-Aminopropylsiloxan stört bei der Weiterverarbeitung nicht. Dies war überraschend, da befürchtet werden mußte, daß beim Hantieren der Formteile Trennmittelrück stände abgegriffen werden. Eine spätere Verklebung der Form linge oder eine Weiterverarbeitung der Formlinge durch Auf spritzen oder Aufformen zusätzlichen Kunststoffes (z. B. bei der Herstellung von Schuhen mit Mehrfachsohlen) wird nicht be hindert.

In dem folgenden Beispiel werden die anwendungstechnischen Ei genschaften der erfindungsgemäßen Trennmittel gezeigt und mit denen von Trennmitteln des Standes der Technik gemäß DE 38 21 908 C2 und DE 42 38 290 C1 verglichen.

Anwendungstechnische Vergleichsversuche

Zur Überprüfung der Trennkräfte, gemessen in kg/dm², wird ein Polyurethanschaum der Dichte 0,9 kg/dm³ hergestellt. Systeme dieser Art werden üblicherweise zur Herstellung von Schuhsohlen (Laufsohlen) eingesetzt. Dazu wird eine Testform aus Aluminium verwendet, die mit einem separaten Deckel mit Schraubzwingen geschlossen werden kann. Die Form wird auf eine Temperatur von 50°C vorgewärmt. Die zu prüfende Trennmittelzubereitung wird mit einer luftzerstäubenden Pistole auf die Innenfläche der Testform und des Deckels gesprüht, so daß ein zusammenhängender Film entsteht.

Das Polyol/Isocyanat-Gemisch wird wie folgt hergestellt:

171 g einer verschäumungsfähigen Polyesterpolyolkomponente wer den mit 192 g einer Isocyanatkomponente, basierend auf 4,4-Di isocyanatodiphenylmethan, durch intensives Rühren mit einem La borrührer mit 2500 U/Min. 7 Sek. lang vermischt. Das noch flüs sig vorliegende Reaktionsgemisch wird in die bereits vorberei tete Aluminiumform gegossen, der Deckel aufgelegt und mit Schraubzwingen verschlossen. Nach einer Standzeit von 4 Min. wird der Deckel entfernt. Es werden die hierfür notwendigen Zugkräfte mit einer Federwaage gemessen.

Es werden mit jeder Trennmittelzubereitung 10 aufeinander fol gende Entformungen durchgeführt und aus den ermittelten Trenn kräften ein statistischer Mittelwert gebildet. Nach jeweils 10 Entformungen wird die Rückstandsbildung auf der Formenober fläche beurteilt. Die Formteiloberfläche wird sensorisch ge prüft, wobei von Bedeutung ist, daß trockene, möglichst rück standsfreie Oberflächen vorliegen. Trennmittelrückstände, die allein beim Hantieren auf andere Werkstoffe übertragen werden, können Benetzungsfehler beim Lackieren hervorrufen. Zur Beur teilung der Übertragbarkeit von Trennmittelsubstanzen wird ein Prüfblech mit dem entformten Formkörper in Kontakt gebracht. Dieses gegebenenfalls mit Trennmittelrückständen kontaminierte Blech wird mit einem handelsüblichen Autolack besprüht und das Ausmaß der Benetzungsstörung beurteilt.

Neben diesen Laborüberprüfungen werden einige der nachfolgend aufgeführten Trennmittelzubereitungen auf ihre Verwendbarkeit für ein Anschäumverfahren zur Herstellung zweifarbiger Sohlen überprüft. Bei diesem Verfahren wird zunächst die Laufsohle ge schäumt und anschließend in einer zweiten Form die zweite Sohle, die in der Regel eine niedrigere Dichte aufweist, ange schäumt. Die Überprüfung der Trennmittelzubereitungen erfolgt an einem industrieüblichen Desma-Verschäumungsautomaten. Eine Haftungsprüfung wird manuell durch Reißversuche der angeschäum ten Sohle durchgeführt:

Es werden folgende Trennmittel untersucht:

Erfindungsgemäße Trennmittel in wäßriger Zubereitung (Mengenangabe in Gew.-%)

Bei dem Siloxan II hat der Index b einen Wert von 2, der Index c einen Wert von 100. Die α,ω-ständigen Reste R² sind Methylre ste.

Nichterfindungsgemäße Trennmittel (Mengenangabe in Gew.-%) Vergleichstrennmittel 4 (Handelsprodukt)

Siliconöl 60 000 cP	8,75
Siliconharz	8,75
Cyclotetrasiloxan	17,50
nichtionischer Emulgator	5,0
Wasser	60,0

Die Vergleichstrennmittel 5 bis 7 werden gemäß DE-C-38 21 908 - Beispiel 1 - hergestellt. Da dem Beispiel keine konkreten Angaben über die Art des Siliconöles und des Siliconharzes ent nommen werden können, werden zwei verschiedene handelsübliche Siliconöle unterschiedlicher Viskosität und drei verschiedene handelsübliche Siliconharze verschiedenen strukturellen Aufbaus eingesetzt.

Vergleichstrennmittel 5

Siliconöl 1000 cP	6,0
Siliconharz	6,0
Cyclotetrasiloxan	65,0
Cyclopentasiloxan	23,0

Vergleichsmittel 6

Siliconöl 350 cP	6,0
Siliconharz, ethoxyfunktionell	6,0
Cyclotetrasiloxan	65,0
Cyclopentasiloxan	23,0

Vergleichstrennmittel 7

Siliconöl 350 cP	6,0
Methyl/Phenylsiliconharz	6,0
Cyclotetrasiloxan	65,0
Cyclopentasiloxan	23,0

Vergleichstrennmittel 8 wird entsprechend DE-C-38 21 908 - Bei spiel 2 - durchgeführt, wobei Angaben über Art des Siliconöles und Siliconharzes fehlen. Es werden deshalb die gleichen Pro dukte wie in den Trennmitteln 4 bis 6 verwendet.

Siliconöl 350 cP	5,0
Siliconharz	5,0
Cyclotetrasiloxan	90,0

Vergleichstrennmittel 9 wird entsprechend DE-C-38 21 908 - Beispiel 3 - durchgeführt, wobei Angaben über Art des Sili conharzes fehlen. Es wird deshalb das gleiche Siliconharz wie in dem Trennmittel 4 verwendet.

Amidwachs	0,6
Ca/Mg-verseiftes Fischer-Tropsch-Wachs	0,5
Siliconharz	8,5
Cyclotetrasiloxan	75,8
Cyclopentasiloxan	14,6

Vergleichstrennmittel 10 gemäß DE-C-42 38 290

AL=L<Siloxanschnitt
Kettenlänge a = 2-6	30
Aminosiloxan	0,8
aliph. Kohlenwasserstofffraktion	40
AL=L<140-160 Siedebereich
1,1-Dichlor-1-fluorethan	25

Bei den anwendungstechnischen Versuchen werden folgende Ergeb nisse erhalten:

Die Vergleichsversuche zeigen die überlegenen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Trennmittel. Mit diesen treten praktisch keine Lösemittelemissionen mehr auf. Darüber hinaus wird die Arbeitsplatzhygiene erheblich verbessert.

Claims

1. Trennmittel für Formen zur Herstellung von Formkörpern aus Kunststoffen, insbesondere Polyurethanen, auf der Basis von siliciumorganischen Verbindungen und niedermolekularen Sil oxanen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus
0,1 bis 5,0 Gew.-% eines γ-Aminopropylgruppen enthaltenden Polysiloxans,
4,0 bis 60,0 Gew.-% eines Polysiloxans der Formel I
wobei a eine Zahl von 7 bis 13 ist und das Polysiloxan < 5 Gew.-% von Verbin dungen enthält, bei denen a < 7 ist und höchstens 5 Gew.-% an Verbindungen ent hält, bei denen a < 13 ist,
1,0 bis 10,0 Gew.-% eines nichtionischen Emulgators oder Emulgatorgemisches und
25,0 bis 99,9 Gew.-% Wasser besteht.

2. Trennmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß a eine Zahl von 7 bis 12 ist.

3. Trennmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,2 bis 2,0 Gew.-% Polysiloxane mit γ-Aminopropyl gruppen enthält.

4. Trennmittel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß es als γ-Aminopropylsiloxan ein Polysiloxan der allgemeinen Formel II
enthält, wobei
R¹ ein Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, jedoch mindestens 50% der Reste R¹ Methylreste sind,
R² (1) die Bedeutung des Restes R¹ hat oder (2) ein γ-Aminopropylrest ist, mit der Maßgabe, daß min destens ein Rest R² die Bedeutung (2) hat,
b eine Zahl von 0 bis 12 und
c eine Zahl von 20 bis 400 ist.

5. Trennmittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Index b eine Zahl von 1 bis 4 und der Index c eine Zahl von 50 bis 150 ist.

6. Trennmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger Wasser und 1,0 bis 10,0 Gew.-% eines nichtionischen Emulgators oder Emulgatorgemisches, bevorzugt 3,0 bis 6,0 Gew.-%, verwendet wird.