DE4028516A1 - Fluorierte schmierstoffe - Google Patents

Description

Fluorierte Schmierstoffe wie die Perfluorpolyetheröle werden zur Schmierung von Kunststoffteilen und Goldkontakten verwendet. Bei Kunststoffen stellen sie das einzig bekannte Schmier­ mittel dar, welches bei einmaliger Aufbringung eine dauerhafte Schmierung gewährleistet. Beispielsweise bei Telefonapparaten ist eine Schmierung der Wählscheibe erforderlich, um einen reproduzierbaren Wählvorgang zu gewährleisten. Dieser ist von der Rücklaufzeit der Wählscheibe abhängig, welche auch nach 20jähriger Benutzungsdauer des Telefonapparates konstant bleiben muß. Auch Kunststofftastaturen sind einer hohen Reibung ausgesetzt, die ohne Schmierung zu einem vorzeitigen Verschleiß und damit zur Funktionsuntüchtigkeit der Tastatur führen kann.

Die Perfluorpolyetheröle sind gegenüber Kunststoffen chemisch inert und kriechen nicht, da sie auf Kunststoffoberflächen keinen durchgehenden Film ausbilden. Weitere Anwendung finden fluorierte Schmierstoffe zur Schmierung von Goldkontakten in den Steckerleisten elektronischer Geräte, wo sie einen vorzei­ tigen Verschleiß bei bis zu 10 000 Steckungen verhindern.

Als Schmierstoff verwendete Perfluorpolyetheröle besitzen zum Beispiel eine den allgemeinen Strukturformeln A bis E entsprechende Struktur

wobei die Indizes n bzw. die Summe der Indizes (p+q+r+s) je nach Anforderung an den Schmierstoff einen Wert von 8 bis 10 annehmen können. Beim Schmierstoff der Struktur E mit den gemischten Struktureinheiten ist deren Reihenfolge im Gesamt­ molekül rein zufällig, so daß einzelne Indizes (p, q, r oder s) auch 0 sein können. Ein der Struktur A entsprechendes Öl mit n=8 besitzt einen Siedepunkt von min. 300°C und eine Viskosität von 40 bis 45 mm² s^-1 bei Raumtemperatur. Aufgrund der hohen Viskosität ist ein direktes Aufbringen des Schmier­ stoffes, beispielsweise durch Tauchen oder anderweitiges Auf­ tragen in gewünschter und konstanter Schichtdicke nicht möglich. Auch durch Aufdampfen können die Schmierstoffe nicht aufgebracht werden (Zersetzung oder thermischer Angriff von wenig temperaturbeständigen Kunststoffen).

Ein bekanntes Verfahren zur Aufbringung fluorierter Schmier­ stoffe A oder B verwendet daher 3 bis 10%ige Lösungen in zum Beispiel R113 (Trifluortrichlorethan). Nach Eintauchen des zu schmierenden Teils in die Lösung stellt sich eine der Viskosi­ tät der Lösung entsprechende Schichtdicke auf dem Teil ein (ca. 1 bis 2 µm). Das Lösungsmittel selbst kann aufgrund des niedrigen Siedepunktes von 47°C leicht abdampfen. Dieser im Prinzip erwünschte Effekt erfordert jedoch zur Zurückhaltung des Lösungsmittels in der Apparatur eine intensive Kühlung der Apparatur bzw. der Abluft. Ein vollständiges Zurückhalten des Lösungsmittels, welches aufgrund seiner Klimawirksamkeit und der schädigenden Auswirkung auf die Ozonschicht umweltschäd­ lich ist, läßt sich nur mit großem apparativem Aufwand erreichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen fluo­ rierten Schmierstoff anzugeben, der sich möglichst ohne Abdampfverluste aufbringen läßt, kein ozonschädigendes Potential besitzt, aber dennoch ein hohes Schmiervermögen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen fluorierten Schmierstoff mit den allgemeinen Formeln A, B, C, D oder E entsprechenden Bestandteilen

welcher 2 bis 10 Gewichtsprozent längerkettige Oligomere A, B, C, D oder E mit n größer gleich 8 bzw. (p+q+r+s) größer gleich 8 und als restliche Bestandteile zumindest ein kürzerkettiges Oligomer A, B, C, D oder E (n<8 bzw. (p+q+r+s) <8) oder deren Monomere (n=0 bzw. p=q=r=s=0) enthält.

Eine weitere Möglichkeit, einen den gestellten Anforderungen entsprechenden Schmierstoffe herzustellen, besteht darin, Komponenten der oben angegebenen allgemeinen Formeln A, B, C, D und/oder E oder Gemische dieser Komponenten in Anteilen von 2 Prozent bis 20 Prozent mit Verbindungen der allgemeinen Formel F zu vermischen,

wobei x und y unabhängig voneinander 0, 1, 2 oder 3 bedeuten.

Desweiteren kann ein Schmierstoff, der den gestellten Anfor­ derungen entspricht, hergestellt werden, indem man Komponenten der allgemeinen Formel A, B, C, D und/oder E oder Gemische dieser Komponenten in Anteilen von 2 Prozent bis 20 Prozent mit Verbindungen der allgemeinen Formel G vermischt,

wobei x=0, 1, 2 bzw. 3 bedeutet.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Beim erfindungsgemäßen Schmierstoff dienen die kürzerkettigen Oligomere und die Monomere, das heißt die Verbindungen mit der kürzestmöglichen Kettenlänge, als Lösungsmittel für die länger­ kettigen. So weist zum Beispiel das "Monomer" der Verbindung A (n=0) einen Siedepunkt von ca. 45°C und die Verbindung A mit n=1 einen Siedepunkt von ca. 95°C, jeweils bei einer Viskosität von 5 bis 10 mm² s^-1 auf.

Desweiteren besitzen die beiden kürzestkettigen Verbindungen der Formel F mit x, y=0 bzw. x=1 und y=0 Siedepunkte von 130°C bzw. 175°C sowie die Verbindung G mit x=1 einen Siede­ punkt von 72°C, jeweils bei Viskositäten zwischen 5 und 10 mm² s^-1.

Das bedeutet gegenüber einer Verbindung A mit n=8 (40-45 mm s^-1) eine deutlich verringerte Viskosität und damit eine einfachere und bessere Verarbeitbarkeit.

Der erfindungsgemäße Schmierstoff läßt sich also in gleicher Weise wie die bisher bekannte Lösung in R113 verwenden und aufbringen, weist jedoch gegenüber dieser bekannten Methode den Vorteil auf, daß die flüchtigeren Bestandteile ungefähr um den Faktor 3 langsamer abdampfen. Dies erleichtert das Verfahren zur Aufbringung des Schmierstoffs und ermöglicht dessen Durchführung in einer Durchlaufanlage. Die flüchtigeren Bestandteile des Schmierstoffs können leicht vor einem Abdampfen in die Atmosphäre zurückgehalten und im Verfahren wieder ein­ gesetzt werden. Dabei entfalten sämtliche möglichen Verbindungen der Strukturen A und B die gewünschte Schmierwirkung, so daß ein anwendungsfähiger Schmierstoff nicht primär von der Kettenlänge der enthaltenen Oligomere, sondern ausschließlich von der Viskosität der Oligomeren-Mischung abhängig ist. Es ist daher nicht erforderlich, ein raffiniertes Perfluorpoly­ etheröl (PFPE-Öl) einzusetzen. Vielmehr ist es möglich, eine bei der Herstellung der PFPE-Öle anfallende natürliche Oligo­ meren-Mischung einzusetzen und somit weitere Kostenvorteile zu erzielen. Die Aufbringung des Schmierstoffes auf ein zu schmie­ rendes Teil erfolgt bevorzugt durch Tauchen des Teils in den Schmierstoff.

Es ist aus Preisgründen sinnvoll, die zurückgewonnenen nieder­ molekularen Bestandteile mit höherenmolekularen zurückzumischen, was in jedem Fall billiger ist, als spezielle Raffinate zu verwenden. Ein höherer Siedepunkt (zum Beispiel ca. 100°C und mehr) der niedermolekularen Bestandteile erleichtert die Zurückgewinnung.

Auch bei Anlagen, die in die Spritzgießfertigung von Kunststoffen integriert sind und bei denen ein Teil des Mediums abdampft, ergeben sich Vorteile. Bekannte Anlagen besitzen ein Volumen von etwa 2 Liter und sind auf ca. 4°C gekühlt, so daß effektiv nur der Schmiermittelanteil (inklusive abdampfbare Monomere) übertragen wird. Die gesamten Monomerverluste erreichen so ihr Minimum.

Werden Apparaturen zur Aufbringung des Schmierstoffes in Spritz­ gießanlagen integriert, so kann es notwendig sein, die Monomer­ anteile mit Siedepunkten von 130 bis 180°C mit einem Heißluft­ gebläse zu entfernen und durch Kondensieren zurückzugewinnen. Dies insbesondere bei Verwendung von Schmierstoffen, die aus Gemischen bekannter PFPE-Öle und Verbindungen der allgemeinen Formeln F und/oder G bestehen. Hierbei ist es ebenfalls nicht erforderlich, ständig neudestillierte Flüssigkeiten der Formeln F und/oder G zur Abmischung zu verwenden, vielmehr erscheint es aus Preisgründen sinnvoll, die durch Kondensation zurückgewonnenen niedermolekularen Bestandteile mit höhermole­ kularen zurückzumischen. Mit entsprechend höherem Aufwand lassen sich auch niedriger siedende Bestandteile zurückgewinnen (zum Beispiel Siedepunkt 40 bis 100°C), sofern dies durch Kostenvorteile flüchtigerer Schmierstoffe wirtschaftlich erscheint.

Längerkettige Oligomere mit Siedepunkte über 150°C stellen kein Gefährdungspotential für die Ozonschicht mehr dar. Nied­ riger als 150°C siedende Bestandteile des Schmierstoffes können bei den geringen Schichtdicken unter Nachhelfen durch Aufheizen schnell abgedampft werden (wenige Minuten). Da diese niedersiedenden Anteile ebenso vollständig zurückgewonnen und wieder eingesetzt werden können, wird bei den relativ hohen Schmierstoffkosten zusätzlich ein Kostenvorteil gegenüber einem Verfahren erzielt, welches bisher mit einem hohen FCKW (Fluorkohlenwasserstoff)-Verlust arbeitet.

Der erfindungsgemäße Schmierstoff enthält vorteilhafterweise längerkettige Oligomere mit 8 bis 10 Zwischengliedern. Das heißt, Verbindungen A, B, C, D oder E mit 8 kleiner gleich n, m kleiner gleich 10 bzw. 8 kleiner gleich (p+q+r+s) kleiner gleich 10.

Der Anteil dieser längerkettigen Oligomere am erfindungsgemäßen Schmierstoff liegt dabei bevorzugt zwischen 3 und 5 Gewichts­ prozent. In diesem Verhältnis wird eine für die Verarbeitung bzw. die Aufbringung des Schmierstoffes auf zu schmierenden Teilen günstige Viskosität erhalten.

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Schmierstoff, der nur das chemisch einheitliche PFPE-Öl A enthält.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von 10 Ausführungsbei­ spielen näher erläutert.

Tabelle 1 gibt die Zusammensetzungen von 10 geeigneten Schmier­ stoffgemischen an, deren Bestandteile mit den Handelsnamen der Hoechst AG bezeichnet sind.

Tabelle 1

Viskositäten und Abdampfraten verschiedener Mischungen

Die niedrigen Viskositäten der angegebenen Schmierstoffe erlauben eine problemlose direkte Applikation auf zu schmierende Kunststoffteile oder Goldkontakte, zum Beispiel durch Tauch­ beschichtung.

Das Abdampfverhalten der Schmierstoffe bei 25°C ist ein Tabelle 2 dokumentiert. Die Meßwerte ergeben sich durch Wiegen einer Probe (5 g Einwaage) nach unterschiedlichen Zeitabständen.

Tabelle 2

Abdampfraten (bei 25°C, Einwaage jeweils 5,0 g, Gewicht bestimmt in angegebenen, zeitlichen Abständen)

Die Meßwerte zeigen das breite Anwendungsfeld der erfindungsge­ mäßen Schmierstoffe auf. Für jeden Anwendungszweck kann ein geeignetes Schmiermittel gefunden werden, wobei die Auswahl über die angegebenen Schmiermittelparameter erfolgen kann.

Claims (8)

1. Fluorierter Schmierstoff mit den allgemeinen Formeln A, B, C, D und/oder E entsprechenden Bestandteilen welcher 2 bis 10 Gewichtsprozent längerkettige Oligomere A, B, C, D oder E mit n größer 8 bzw. (p+q+r+s) größer gleich 8 und als restliche Bestandteile kürzerkettige Oligomere A, B, C, D oder E oder deren Monomere (n=0 bzw. p=q=r=s=0) enthält.

2. Fluorierter Schmierstoff, bestehend aus

• I) 2 bis 20 Gewichtsteilen einer oder einer Mischung mehrerer Komponenten, welche den allgemeinen Strukturformeln A, B, C, D oder E gehorchen, wobei n bzw. die Summe (p+q+r+s) größer gleich 8 ist und
• II) Verbindungen der allgemeinen Struktur F und/oder G in einem zu insgesamt 100 Gewichtsteilen fehlenden Anteil wobei x, y=0, 1, 2 oder bedeutet.

3. Schmierstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dessen niedrigst siedende Bestandteile einen Siedebeginn bei 100°C aufweisen.

4. Schmierstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dessen niedrigst siedende Bestandteile einen Siedebeginn bei 150°C aufweisen.

5. Schmierstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die länger­ kettigen Oligomere gilt: 8 kleiner gleich n kleiner gleich 10 bzw. 8 kleiner gleich (p+q+r+s) kleiner gleich 10.

6. Schmierstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er 3 bis 5 Gewichtsprozent längerkettige Oligomere enthält.

7. Schmierstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammen­ setzung des Schmierstoffs einem natürlichen Oligomeren-Gemisch entspricht, welches bei der Herstellung der längerkettigen Oligomeren erhalten wird.

8. Schmierstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er nur Monomere und Oligomere der Formel A enthält.