DE60132266T2

DE60132266T2 - Trennmittel zum Druckgiessen

Info

Publication number: DE60132266T2
Application number: DE60132266T
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Fukui-shi Maeda; Dai Fukui-shi Masuda
Original assignee: Nicca Chemical Co Ltd
Current assignee: Nicca Chemical Co Ltd
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: KR100740064B1; JP3851943B2; EP1134277B1; US6635606B2; DE60132266D1; KR20010090471A; EP1134277A1; US20010031708A1; JP2001259787A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trennmittel zum Druckguss mit erhöhtem Schmiervermögen, welches zum Druckguss von Aluminium-, Magnesium- und Zinklegierungen und dgl. verwendet werden kann.
Hintergrund der Erfindung
Siliconöle sind als repräsentative Komponente für ein wasserlösliches Trennmittel zum Druckguss bereits verwendet worden. Insbesondere sind Alkyl-modifizierte Silicone wie α-Olefin-, α-Methylstyrol-, Phenyl- und Carboxy-modifizierte Silicone in breitem Umfang im tatsächlichen Betriebseinsatz verwendet worden, weil z. B. die Alkyl-modifizierten Silicone ein überlegenes Trennvermögen wegen der Schmiereigenschaft der Alkylgruppe und einen harten Trennfilm zu ergeben vermögen, der auf der Matrize durch Gelieren beim Erhitzen gebildet wird.
Dimethylsilicon, das ebenfalls eines von Siliconölen darstellt, ist eine hochstabile Verbindung und weist deshalb Hitzebeständigkeit auf, wodurch ein Feststofffilm auf einer Druckguss-Matrize nicht gebildet wird. Als Ergebnis, weist es Nachteile eines nur geringwertigen Trenn- und Schmiervermögens auf. Außerdem kann es signifikant die Anstricheigenschaften von Gussprodukten beeinträchtigen. Infolgedessen ist es niemals als Trennmittel zum Druckguss in Betracht gezogen noch zum tatsächlichen Betriebseinsatz angewandt worden.
Obwohl Alkyl-modifizierte Silicone ein überlegenes Trennvermögen im Bereich niedriger Temperaturen ergeben könnten, neigen sie dazu, bei erhöhter Matrizentemperatur von über 300°C zersetzt und verdampft zu werden, so dass hinreichend gute Trenneigenschaften nicht erhalten werden konnten. Somit besteht ein Bedarf zur Verbesserung von deren Trenn- bzw. Freisetzvermögen bei erhöhten Temperaturen.
GB-A-797 971 offenbart eine Organopolysiloxanzusammensetzung, umfassend eine wässrige Emulsion eines flüssigen Organopolysiloxans mit einem Substitutionsgrad von 1,9 bis 3 organischen Resten am Silicon pro Siliziumatom, einen oder mehrere Emulgatoren und 0,01 bis 10 Gew.-% Graphit. Die Zusammensetzung wird als geeignet als Formtrennmittel angegeben.
US-A-5 900 456 offenbart Formtrennmittel zum Kupferguss, umfassend ein Alkyl-modifiziertes Dimethylsiloxan. Das Trennmittel liegt in der Form einer Emulsion vor, die ein C₁₂-Alkyl-modifiziertes Dimethylpolysiloxan zusammen mit einem oberflächenaktiven Mittel umfasst.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Trennmittel zum Druckguss bereitzustellen, das ein überlegenes Schmier- und Trennvermögen in einer Matrize nicht nur bei tiefer, sondern auch bei hoher Temperatur zeigt und ergibt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die hier auftretenden Erfinder haben ihr Augenmerk auf das Dimethylsilicon gerichtet, das wegen seiner Schwierigkeiten beim Einsatz niemals Interesse auf sich gezogen hat, und sie haben die vorliegende Erfindung auf der Grundlage der Erkenntnis erfolgreich abgeschlossen, dass die obige Aufgabe durch Verwendung des genannten Silicons zusammen mit im Stand der Technik in breitem Umfang verwendeten Alkyl-modifizierten Siliconen gelöst wird.
Demnach wird durch die vorliegende Erfindung eine wässrige Emulsionszusammensetzung bereitgestellt, die, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, 5 bis 50 Gew.-% Siliconmischung, enthaltend Dimethylsilicon und ein mit einer Alkylkette von 6 bis 18 Kohlenstoffatomen modifiziertes Silicon, 0,5 bis 5 Gew.-% oberflächenaktives Mittel und Wasser umfasst.
Die Erfindung ist auch auf das genannte Trennmittel gerichtet, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Mischungsverhältnis von genanntem Dimethylsilicon zum genannten Alkyl-modifizierten Silicon 5:1 bis 1:5 beträgt.
Die Erfindung ist ferner auf das genannte Trennmittel gerichtet, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Dimethylsilicon eine kinematische Viskosität von 200 bis 5.000 cSt bei 25°C aufweist.
Außerdem ist die Erfindung auf das genannte Trennmittel gerichtet, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das genannte Alkyl-modifizierte Silicon eine Alkylkette mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen, eine Modifizierrate von 50 bis 100% und eine kinematische Viskosität von 200 bis 5.000 cSt bei 25°C aufweist.
Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail erläutert und beschrieben.
(1) Siliconmischung
Das in der Erfindung verwendete Silicon ist eine Mischung aus Dimethylsilicon mit einem Alkyl-modifizierten Silicon. Ein bevorzugtes Mischungsverhältnis des Dimethylsilicons zum Alkyl-modifizierten Silicon beträgt 5:1 bis 1:5, wobei 4:1 bis 2:3 besonders bevorzugt ist. Liegt die Menge des Dimethylsilicons jenseits dieses Verhältnisses, sind genügend gute Schmiereigenschaften nicht erhältlich. Beträgt die Menge des Dimethylsilicons weniger als dieses Verhältnis, besteht die Tendenz, dass sich die Hitzebeständigkeit des Trennmittels erniedrigt.
Das Dimethylsilicon weist bevorzugt eine kinematische Viskosität von 200 bis 5.000 cSt (Centistokes; cSt = mm²/s) bei 25°C auf, wobei der Bereich von 200 bis 1.000 cSt besonders bevorzugt ist. Beträgt sie weniger als 200 cSt, ist ein genügend gutes Haftvermögen an der Matrize nicht erhältlich. Liegt sie jenseits 5.000 cSt, kann dies übermäßige Sedimentation an der Matrize verursachen.
Das Alkyl-modifizierte Silicon weist eine Alkylkette mit 6 bis 18 und bevorzugt mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen auf. Es weist bevorzugt eine Modifizierrate von 50 bis 100% auf. Ferner weist es bevorzugt eine kinematische Viskosität von 100 bis 3.000 cSt bei 25°C auf.
Das Alkyl-modifizierte Silicon kann gewöhnlich durch Addition eines α-Olefins an ein Methylhydrogenpolysiloxan unter Verwendung eines Platin-Katalysators hergestellt werden.
In diesem Zusammenhang bedeutet die genannte Modifizierrate den numerischen Wert von y/(x + y) × 100 (%) gemäß Berechnung in dem modifizierten Silicon: -[-(CH₃)₂SiO-]_x-[-(R)(CH₃SiO-]_y-.
(2) Oberflächenaktives Mittel
Das oberflächenaktive Mittel ist ein Emulgator, der das Dimethylsilicon oder das Alkyl-modifizierte Silicon stabil zu emulgieren vermag, und er kann ein nicht-ionisches oberflächenaktives Mittel wie ein Polyoxyalkylenalkylether oder ein verestertes Produkt davon sein. Das oberflächenaktive Mittel kann mit 5 bis 20%, bezogen auf die zu emulgierenden Komponenten, so eingesetzt werden, dass das Trennmittel 0,5 bis 5 Gew.-% des oberflächenaktiven Mittels enthält. Ferner können ein anionisches oberflächenaktives Mittel, wie Alkylsulfat, und eines vom Tamol-Typ oder ein kationisches oberflächenaktives Mittel, wie ein Tetraalkylammoniumsalz, gegebenenfalls mitverwendet werden. Die entstandene Mischung kann zu einer Öl-in-Wasser-Emulsion in einer Emulgiervorrichtung, wie einem Homogenisiergerät, einer Kolloidmühle und einem Planeten-Mischer, verarbeitet werden.
(3) Weitere Komponenten
Weitere Komponenten können in die obige Mischung, z. B. Mineralöle, Öle und Fette, synthetische Esteröle, ölige Mittel und Synthesewachse, in einer solchen Menge eingebracht werden, dass sie den Effekt der Erfindung nicht beeinträchtigen. Bevorzugt können diese weitere(n) Komponente(n) in einer Menge von 0 bis 20 Gew.-% vorhanden sein, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
(4) Zubereitung des Trennmittels
Das Trennmittel gemäß der Erfindung kann durch Vorvermischen einer Mischung aus Dimethylsilicon und einem Alkyl-modifizierten Silicon mit einem oberflächenaktiven Mittel und Wasser, anschließende Behandlung der Vormischung in einer Emulgiervorrichtung, wie einem Homogenisiergerät, einer Kolloidmühle und einem Planeten-Mischer, und durch weitere Zugabe von Wasser zubereitet werden.
Zur Anwendung des Trennmittels der Erfindung kann es bevorzugt auf das ca. 10- bis 200-Fache verdünnt und dann aufgesprüht werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun noch detaillierter auf der Grundlage der folgenden Beispiele erläutert und beschrieben, auf die die vorliegende Erfindung aber nicht eingeschränkt sein soll.
Herstellung eines Trennmittels
Die verwendeten Komponenten waren "SH200" (100 bis 10.000 cSt) als Dimethylsilicon, "SF8416" als Alkyl-modifiziertes Silicon (beide von Dow Corning Toray Silicone Co. Ltd.) und ein Additionsprodukt eines geradkettigen höheren Alkohols mit 12 Kohlenstoffatomen an 9 mol Ethylenoxid (HLB = 13,3) als oberflächenaktives Mittel. Mit 20 Teilen Siliconmischung wurden 5 Teile oberflächenaktives Mittel und 10 Teile Wasser vorvermischt und die Vormischung in einer Kolloidmühle behandelt, worauf Wasser auf insgesamt 100 Teile zugegeben wurde.
Bewertungsverfahren
Die Proben des oben beschriebenen Trennmittels wurden gemäß den folgenden Testverfahren bewertet.
Die Ergebnisse sind in Tabellen 1 und 2 angegeben.
(1) Test der Schmiereigenschaft (Trennvermögen)
Die Schmiereigenschaft des Trennmittelfilms wurde gemäß dem Ring-Kompressionsverfahren zur Bewertung von Schmiermitteln für die Kunststoffverarbeitung getestet und mit dem so erhaltenen Reibungskoeffizient bewertet. Die Matrize hatte einen Durchmesser von 100 mm und eine Dicke von 10 mm. Das Material war SKD61, und 2 Matrizen wurden für den Test herangezogen. Die Matrize wurde auf ca. 200°C erhitzt, worauf 10 mL einer mit Wasser 10-fach verdünnten Probe auf eine Seite der Matrize zur Bildung eines einheitlichen Films aufgesprüht wurden. Ein auf ca. 500°C vorerhitztes Aluminiumring-Teststück (Material A5052, Außendurchmesser 54 mm × Innendurchmesser 27 mm × Höhe 18 mm) wurde zwischen die Filmoberflächen der 2 Matrizen gelegt und dann mit einer Kompressionsrate von 50% mit einer 100-Tonnen-Ölpresse komprimiert. Der Reibungskoeffizient wurde aus der Kompressionsrate und Änderungsrate des Innendurchmessers des Teststücks nach Kompression berechnet.
(2) Test des Haftvermögens
Das Trennmittel wurde mit Wasser 50-fach verdünnt, worauf 10 mL des verdünnten Mittels mit einem automatischen Sprüher auf eine auf eine vorgeschriebene Temperatur erhitzte Stahlplatte zur Beobachtung des Haftvermögens gesprüht wurden. Die Stahlplatte hatte einen Durchmesser von 100 mm und eine Dicke von 10 mm und war ein Material aus SKD61. Die Plattentemperaturen waren 200°C, 300°C und 400°C. Der Sprüh-Luftdruck betrug 4 kg/cm².
Das Haftvermögen wurde gemäß den folgenden Standards bewertet:

A: dick und einheitlich angeklebt
B: dünn und einheitlich angeklebt
C: wenig angeklebt

(3) Test der Sedimentationseigenschaft
Das Trennmittel wurde mit Wasser 20-fach verdünnt, worauf das verdünnte Mittel kontinuierlich 50 Mal in 6 mL-Anteilen auf eine auf 200°C erhitzte Stahlplatte aus einer Höhe von 15 cm aufgesprüht wurde. Dann wurden die Gewichtsveränderungen der Stahlplatte ermittelt, um das Sedimentationsverhalten zu bewerten. Die Stahlplatte wies eine Abmessung von 120 × 120 × 1,6 mm auf, und ihr Material war SPCC.
Die Sedimentationseigenschaft wurde gemäß den folgenden Standards bewertet:

A: wenig Sediment beobachtet
B: kleine Menge Sediment beobachtet
C: große Menge Sediment beobachtet

	Bsp. 10	Bsp. 11	Bsp. 12	Bsp. 5	Bsp. 13	Bsp. 14
Dimethylsilicon 100 cSt	10
Dimethylsilicon 200 cSt		10
Dimethylsilicon 500 cSt			10
Dimethylsilicon 1000 cSt				10
Dimethylsilicon 5000 cSt					10
Dimethylsilicon 10000 cSt						10
Alkyl-modifiziertes Silicon	10	10	10	10	10	10
oberflächenaktives Mittel	5	5	5	5	5	5
Wasser	75	75	75	75	75	75
Insgesamt	100	100	100	100	100	100
Haftvermögen an Matrize
200°C	A	A	A	A	A	A
300°C	B	B	B	B	B	B
400°C	C	B	B	B	B	B
Sedimentationsverhalten 200°C	A	A	A	B	B	C

Industrielle Anwendbarkeit
Das Trennmittel der Erfindung zeigt und ergibt ein günstiges Schmierverhalten an einer Matrize nicht nur bei niedriger, sondern auch bei hoher Temperatur und weist auch ein überlegenes Trennvermögen auf. Außerdem wird ein überlegenes Haftvermögen an der Matrize sogar nach nur 1 Sprühüberzug beobachtet. Das Trennmittel der Erfindung ergibt wenig Sedimentation, wie sie tendenziell bei kontinuierlichem Druckguss auftritt. Demzufolge verbessert die vorliegende Erfindung signifikant das Leistungsvermögen des Druckgießens und trägt zur Qualitätsverbesserung der Druckgusserzeugnisse bei.

Claims

Wässrige Emulsionszusammensetzung, die, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, 5 bis 50 Gew.-% einer Siliconmischung, die Dimethylsilicon und ein Silicon, das durch eine Alkylkette mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen modifiziert ist, enthält, 0,5 bis 5 Gew.-% eines Tensids und Wasser umfasst.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin das Mischungsverhältnis von Dimethylsilicon zu Alkyl-modifiziertem Silicon 5:1 bis 1:5 beträgt.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1 oder 2, worin das Dimethylsilicon bei 25°C eine kinematische Viskosität von 200 bis 5.000 cSt aufweist.
Zusammensetzung gemäss irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Modifizierungsrate des Alkyl-modifizierten Silicons 50 bis 100% ist.
Verwendung der Zusammensetzung, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche definiert, als Trennmittel im Druckguss.