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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen die Strahlungszersetzung von Polytetraflurooethylen
(PTFE), um ein verbessertes PTFE Produkt bereitzustellen.
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Im
Allgemeinen nutzen viele Techniken Elektronenstrahlung oder Kobaltquellen
zur Bestrahlung von PTFE. US Patent Nr. 3,766,031 von Dillon offenbart
ein Verfahren zur Strahlungsverarbeitung von PTFE, wobei PTFE Strahlung
ausgesetzt wird und anschließend
einer Zerkleinerung untersetzt wird, um ein feines teilchenförmiges Pulver
zu erhalten. Das PTFE Ausgangsmaterial wird in Schalen arrangiert
und mehrfachen Dosen von Strahlung ausgesetzt, ungefähr 2 bis
15 M Rad je Hub („per
pass"), so dass
die Temperatur des Materials nicht übermäßig ansteigt, wodurch die Entfärbung des
Materials und die mögliche
Erzeugung von giftigen Gasen vermieden wird. Die Gesamtdosis ist
ungefähr
35 bis 150 M Rad. Neben weiteren Dingen ist das resultierende Pulver
nützlich
als Trockenschmiermittel („dry
lubricant") in Farben
und Tinten.
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US
Patent Nr. 5,576,106 von Kerbow et al. („Kerbow") offenbart ein Verfahren zum strahlungsinduzierten
Pfropfen von ethylenisch ungesättigten
Komponenten wie z. B. Maleinsäureanhydrid
auf Fluoropolymere, um ein Pulver bereitzustellen, das als Klebstoff
wirken kann, um ungleiche Materialien zusammenzufügen. Geeignete
Fluoropolymere schließen
Copolymere von Ethylen mit Tetrafluoroethylen ein. Kerbow offenbart,
dass die durchschnittliche Teilchengröße des Basis Fluoropolymers
50–500 μm ist. Das
Fluoropolymer und die gepfropfte Verbindung werden in der Gegenwart
von ionisierenden Strahlungsdosen im Bereich von ungefähr 2–6 M Rad
vermischt oder auf andere Art und Weise in die Nähe gebracht. Kerbow offenbart,
dass das gepfropften Pulver aus einer Dispersion auf eine Oberfläche aufgetragen
werden kann oder mit einer Flüssigkeit vermischt
werden kann. Kerbow offenbart nicht, wie ein zerreibbares („friable") Polymerprodukt,
das kleinere Partikelgrößen aufweist,
bereitgestellt wird, noch lehrt Kerbow spezifische Behandlungstechniken,
um die Bildung von Agglomeraten oder Fasern zu verhindern, während die
Polymerprodukte dem Mahlen oder der Scherung unterworfen werden.
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US
Patent Nr. 4,029,870 von Brown et al. ("Brown '870")
und US Patent Nr. 4,036,718 von Brown et al. ("Brown '718")
offenbaren jeweils Verfahren zum Bereitstellen von PTFE Dispersionen
in organischen Lösungsmitteln.
Die Verfahren ziehen Bestrahlen von PTFE und anschließender Zugabe
des resultierenden Produktes in organischen Lösungsmittel nach sich. Die
Kombination wird dann einem Mischen unter hoher Scherung unterworfen,
um die PTFE Agglomerate auf Sub-Mikron Teilchengröße zu zerbrechen
und so eine Dispersion bereitzustellen. Brown '718 und Brown '870 lehren ferner, dass diese Dispersion
in Öle
und Schmieren eingebracht werden kann und nützlich ist in der Formulierung
von PTFE Beschichtungen. US Patent Nr. 4,052,278 von Brown et al.
("Brown '278") offenbart ferner
ein Verfahren, in welchem PTFE zunächst bestrahlt wird, dann trocken
gemahlen und dann in einem wässrigen
oder organischen Lösungsmitteln
dispergiert. Brown '278
lehrt, dass dieses Verfahren die Dispersion erleichtert, verglichen
mit dem einfachen Vermischen von PTFE mit einem Dispersionsmedium
während
eines Mischungsschrittes mit hoher Scherung.
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US
Patent Nr. 4,777,192 von Neuberg et al. offenbart ein Gerät und Verfahren
zur Bestrahlungszersetzung von PTFE, wobei die Strahlung in einer
Zone eines Kessels bereitgestellt wird und Bewegung bereitgestellt
wird, und Bewegung bereitgestellt wird, um die Portionen von PTFE
Material in die und aus der bestrahlten Zone zu bewegen. Vorkehrungen
zum Kühlen
von PTFE sind getroffen, einschließlich eines Kühlmantels („cooling
jacket") oder der
Zugabe von Wasser zu dem Reaktionskessel. Neuberg et al. lehrt ferner, dass
die Zugabe von Wasser die Ölabsorption
des resultierenden Pulvers verringert. Eine Zugabe von Luft oder
Sauerstoff zu der Reaktionsmischung ist ebenfalls offenbart.
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Das
britische Patent 1,516,648 von Kholodow et al. offenbart ein Verfahren
zur Erneuerung von PTFE, wobei zuvor zersetztes PTFE in der Gegenwart
von fluorhaltigen Monomeren bestrahlt wird. Das Verfahren verursacht
so ein Pfropfen der Monomere auf das PTFE. Kholodov offenbart ferner
die Verwendung von Kühlwasser,
dass durch ein Mantel auf den Reaktionskessel zirkuliert und die
Zugabe von Wasser direkt zu dem PTFE und den Fluorhaltigen Monomeren.
Die Kholodow Referenz lehrt Strahlungserneuerung eher als Strahlungszersetzung.
Dementsprechend ist der Effekt der Anwendung der Kholodow Methode
ein Anstieg eher als eine Verringerung des Molekulargewichtes von
PTFE. Die Referenz lehrt ebenfalls das Öle von dem PTFE vor der Bestrahlung
entfernt werden sollten.
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US
Patent Nr. 3,838,030 von Kigiya et al. offenbart ein Verfahren zur
Herstellung von PTFE Harzwachsen, wobei PTFE durch ionisierende
Strahlung in der Gegenwart einer Gasmischung von Luft und Sauerstoff mit
Wasserstoff und/oder dem Dampf von hologeniertem Methan zersetzt
wird. Vor der Bestrahlung wird das Material bei einer Temperatur
von 350°C
(662°F)
gehalten.
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US
Patent Nr. 4,220,511 von Derbyshire offenbart ein Verfahren zum
Bereitstellen eines zermahlbahren PTFE-Materials, in welchem PTFE
in der Gegenwart von Luft und Sauerstoff auf einem Förderband
mit gleichzeitigen oder anschließendem Erhitzen auf eine Temperatur
von 150°F
bis 600°F
durch einen Umluftofen („air-circulating
oven") bestrahlt
wird. US Patent Nr. 2,858,442 von Dewey offenbart ein Gerät zur Bestrahlung: (1)
Ein flexibles Bahnenmaterial („sheet
material"); (2)
einer Vielzahl von dünnen
Bahnen; und (3) ein faserartigen Material. Dewey lehrt ebenfalls,
dass Flüssigkeiten
bestrahlt werden können
durch Beförderung
dieser durch einen Elektronenstrahl in Richtung parallel zu der
Richtung des Elektronenflusses.
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Mahlmethoden
haben eine begrenzte Anwendung, um die Zerreibbarkeit („friability") von solchen PTFE
zu gewährleisten
oder um feine, fließfähige Pulver
bereitzustellen, die nicht agglomerieren. Außerdem stellt die niedrige
Oberflächenenergie,
obwohl die PTFE-Produkte dieser Methoden in bestimmten, organischen
Lösungsmitteln
mit Hilfe von Tensiden dispergiert werden können, häufig Benetzungsbegrenzungen
dar. Dementsprechend besteht ein Bedarf an einer einfachen Technik
zum Bereitstellen von zerreibbarem PTFE-Produkten, die Mikron und
Sub-Mikron große
Teilchen aufweisen, welche eine überlegene
Fließfähigkeit und/oder
Dispersionscharakteristika in einer Vielzahl von Medien aufweisen.
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US
Patent 4,029,870 und
US 4,036,718 (Brown
et al) beschreiben trockene, nicht-klebrige, feine Schmierpulver,
die durch Gamma-Bestrahlung von ungesintertem, koagulierten Dispersions-Typ
(„dispersion grade") Tetrafluoroethylenpolymeren
hergestellt werden und organischen Dispersionen, die durch Dispersion von
bestrahltem Polymer in einem organischen Medium hergestellt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
oben diskutierten Nachteile des Standes der Technik werden überwunden
und der zuvor erwähnte Bedarf
im wesentlichen befriedigt durch die vorliegende Erfindung, welche
in einem Aspekt ein Verfahren ist zur Bereitstellung eines zerreibbaren
Polytetrafluoroethylen (PTFE) Produktes, das Teilchen einer gewünschten
Größe aufweist,
das durch Emulsionpolymerization aus PTFE Ausgangsmaterial hergestellt
wird. Gemäß der Erfindung
wird das PTFE Ausgangsmaterial während
der Bearbeitung bei einer Temperatur unterhalb von 66°F und bevorzugt
unter 55°F
gehalten und dann bestrahlt, um ein Produkt bereitzustellen, welches
ein verringertes, durchschnittliches Molekulargewicht und die gewünschte Teilchengröße aufweist
oder ohne Agglomeration sofort zu der gewünschten Teilchengröße zerkleinert
werden kann. Durch den Vorteil der Erfindung ist es möglich, kleinere
Teilchengrößen zu erhalten
als durch vergleichbare Verfahren bereitgestellt werden konnten,
die zuvor in der Technik bekannt waren.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung, wird das PTFE Ausgangsmaterial wiederum während der
Bearbeitung bei einer Temperatur unterhalb von 66°F und bevorzugt
unterhalb von 55°F
gehalten, aber ein Benetzungsmittel wird mit dem PTFE Ausgangsmaterial
vermischt bei einer solchen Temperatur, um eine Mischung bereitzustellen, und
mindestens ein Teil der Mischung wird dann bestrahlt und dadurch
das PTFE-Produkt bereitgestellt. Geeignete Benetzungsmittel schließen Wasser,
Alkohole, Paraffine wie z. B. Isopar („Isoparaffine, die 7–14 Kohlenstoffatome
aufweisen, zur Verfügung
gestellt von Exxon), ungesättigte
Kohlenwasserstoffe wie z. B. n-Tetradecen, Kohlenwasserstofföle, Maleinsäureanhydrid
und Aceton. Isopropylalkohol ist ein bevorzugter Alkohol. Bevorzugte
Kohlenwasserstofföle
sind solche, die gesättigt
sind.
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Zu
einer besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung, zusammen mit den weiteren Aufgaben, wird
Bezug genommen auf die folgende Beschreibung und der Bereich der
Erfindung wird in den angehängten Ansprüchen gekennzeichnet.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Wie
in der vorrangegangenen Diskussion beschrieben, können überlegene
PTFE-Produkte durch emulsionspolymerisierte PTFE Ausgangsmaterialien
durch die Schritte bereitgestellt werden (1) Halten des PTFE Ausgangsmaterials
bei einer Temperatur unterhalb 66°F
während
der Bearbeitung, und (2) Bestrahlen des kalt bearbeiteten Materials
wie unten beschrieben. (Der Begriff „während der Bearbeitung" schließt jede Erschütterung,
Bewegung oder Berührung
des PTFE Materials, welche eine Agglomeration verursachen würde, ein).
Dieses Verfahren verringert das durchschnittliche Molekulargewicht
von PTFE; stellt ein Produkt bereit, dass zerreibbarer ist als konventionell
bearbeitete, hergestellte und bestrahlte PTFE Materialien; und stellt ein
Produkt bereit, dass sofort ohne Agglomeration zerkleinerbar ist
oder bereits zerkleinert worden ist zu kleineren Sub-Mikron Größe Partikeln.
(Der Begriff „herkömmlich hergestellt
und bestrahlt" schließt die Verfahren, die
im Hintergrund dieser Offenbarung zitiert sind, ein). Außerdem weist
das PTFE-Produkt dieses Verfahrens eine verringerte Tendenz zur
Ausbildung von Fasern auf.
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Bevorzugt
ist das Ausgangsmaterial für
die vorliegende Erfindung ein emulsionspolymerisiertes PTFE, welches
ebenfalls als „koaguliertes
Dispersions-Typ PTFE" bekannt
ist. Alternativ werden ähnliche
Pasten-artige PTFE Materialen (fabrikneu oder nicht fabrikneu) als
geeignet für
diese Anwendung betrachtet.
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In
jeder Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung schließen geeignete Strahlungsquellen
Elektronenstrahlen, Nuklearstrahlen oder Strahlen von einer Kobald-60
(Co60) Quelle ein. Ein bekanntes Verfahren zur
Aussetzung eines Materials gegenüber
einem Elektronenstrahl umfasst die Erzeugung von Elektronen in einem
Vakuum und dem Leiten dieser durch ein Titan- oder Leichmetallfenster
auf das Material, das bestrahlt werden soll. Unabhängig von
der Strahlungsquelle beträgt
die Gesamtstrahlendosis bevorzugt zwischen 5 M Rad und 200 M Rad
und mehr bevorzugt zwischen 20 M Rad und 60 M Rad. Wenn das PTFE
Ausgangsmaterial eine durchschnittliche agglomerierte Größe von ungefähr 50 Mikrometern
aufweist, reicht eine solche Dosis aus, um das Zermahlen zu ermöglichen
oder anderenfalls die Agglomerate zu Größen kleiner als 5 Mikrometern
und bevorzugt zu Teilchen, die zwischen 0,1 und 0,6 Mikrometern
Größe aufweisen,
zu zermahlen („micronizing"). Durch die oben
beschriebene Technik sind die Erfinder in der Lage gewesen, ein
PTFE Ausgangsmaterial zu zersetzen und zu feinen Teilchen zu zermahlen,
mindestens 99,6% von denen waren kleiner als 5 Mikrometer in der
Größe, mit
der durchschnittlichen Partikelgröße von 0,3 Mikrometern.
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In
jedem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann das gesamte oder Teile des PTFE
kontinuierlich oder mit Unterbrechungen bestrahlt werden. Das PTFE
kann in einem geschlossenem Gefäß bestrahlt
werden, welches ganz oder teilweise der Strahlung ausgesetzt ist.
Das PTFE kann während
und/oder nach der Bestrahlung gekühlt werden. Bevorzugt wird
das PTFE unterhalb von 55°F
sofort nach der Bestrahlung gekühlt.
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In
jedem Ausführungsbeispiel
kann das PTFE einem Polymerkettenabbruchsmittel vor oder während der
Bestrahlung ausgesetzt werden. Geeignete Polymerkettenabbruchsmittel
schließen
zweiatomigen Sauerstoff (O2) und Luft ein.
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In
dem Ausführungsbeispiel,
wo ein Benutzungsmittel in der Kälte
mit dem PTFE Ausgangsmaterial vor der Bestrahlung vermischt wird,
ist das bestrahlte PTFE-Produkt besser in Flüssigkeiten dispergierbar als konventionell
hergestellte und bestrahlte PTFE Produkte. Die Erfinder nehmen an,
dass die Strahlung, die Erzeugung von freien Radikalen in den PTFE
Molekülen
verursacht, welche reaktive Stellen bereitstellen, an denen das
Benetzungsmittel chemisch gebunden werden kann und dadurch permanent
an das PTFE gebunden werden kann. Das chemisch gebundene Benetzungsmittel
reduziert offenbar die Oberflächenspannung zwischen
dem Dispersionsmedium und dem bestrahlten PTFE und erleichtert so
die Dispersion. Die Erfinder haben entdeckt, dass diese Zugabe von
Benetzungsmittel die Fähigkeit
der vorliegenden Erfindung, ein zerreibbareres PTFE-Produkt bereitzustellen,
nicht nachteilig beeinflusst und weiter fördern kann, als das Produkt, dass
durch konventionelle PTFE Bestrahlungsverfahren hergestellt wird.
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Gemäß der Erfindung
wird das PTFE Ausgangsmaterial bearbeitet und mit dem Benetzungsmittel
bei einer Temperatur unterhalb von 66°F vor der Bestrahlung gemischt
und bevorzugt bei einer Temperatur unterhalb von 55°F. Die jeweiligen
Komponenten werden bevorzugt in einer Menge bereitgestellt, um eine
Mischung bereitzustellen, die von 50–99% nach Gewicht PTFE aufweist.
Die Mischung wird dann wie oben beschrieben bestrahlt.
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Das
Benetzungsmittel kann nahezu jede Flüssigkeit umfassen. Eine anfänglich Daumenregel
ist, dass das Benetzungsmittel ausgewählt wird, das chemisch ähnlich zu
dem Dispersionsmedium ist. Daher kann das Benetzungsmittel ausgewählt werden
von Lösungsmittel(n)
umfassend das Dispersionsmedium oder von weiteren vergleichbaren
Materialien. Z.B. Isopropylalkohol würde eine gute anfängliche
Wahl sein, wenn das Dispersionsmedium selbst Isopropylalkohol enthält. Obgleich
einige Benetzungsmittel auf einmal verwendet werden können, würde es für die Mischung
nicht notwendig sein, ein korrespondierendes Benetzungsmittel für jede Komponente
in dem Dispersionsmedium einzuschließen.
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Der
Fachmann wird anerkennen, dass die Verwendung eines Benetzungsmittel
sehr vorteilhaft ist in den Fällen,
wo das „Dispersionsmedium" wenig angepasst
ist an die PTFE Dispersion. Gegenwärtig existiert ein großer kommerzieller
Markt für Öladditive,
die PTFE enthalten. Bekannte Techniken zur Bereitstellung von PTFE
Dispersionen in Motoröl
beinhalten normalerweise das Dispergieren von PTFE in einem organischen
Lösungsmittel
und anschließendem
Vermischen der Dispersion mit dem Motoröl. Dieses Zweitschrittverfahren, welches
zusätzliches
Lösungsmittel
erfordert, wird durchgeführt,
da Motoröl
ein wenig weniger aufnahmefähig gegenüber PTFE
Dispersionen ist als die sonstigen kompatiblen Lösungsmittel. Im Hinblick auf
den vorliegenden kommerziellen Markt für Öladditive machen solche Betrachtungen
die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann das Benetzungsmittel Motoröl umfassen, so dass das benetzte
PTFE-Produkt leichter direkt in Motoröl dispergiert werden kann.
Wenn Lösungsmittel
für Öladditive dennoch
wünschenswert
sind, verbreitert die vorliegende Erfindung den Bereich von Lösungsmitteln,
in welchen PTFE dispergiert werden kann, wodurch eine gesteigerte
Flexibilität
in der Auswahl der Lösungsmittel bereitgestellt
wird, die kompatibel sind mit weiteren Öladditiven Komponenten.
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BEISPIELE
FÜR EINE
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
bessere Verreibbarkeit, Dispergierbarkeit und Partikelgröße eines
Produktes, hergestellt durch die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, in welchem PTFE Ausgangsmaterial mit einem Benetzungsmittel
vor der Bestrahlung gemischt wird, wurde dargestellt durch eine
Serie von Experimenten, in welchen dieses Produkt mit einem Dispersionsmedium
gemischt wurde und mit einer Kontrolle verglichen wurde, in welcher
das PTFE nicht mit einem Benetzungsmittel vor der Bestrahlung gemischt
wurde. (Der Begriff Gemisch („mix") wird hierin verwendet,
um die Kombination von Benetzungsmittel und PTFE zu bezeichnen, im
Gegensatz zu dem Begriff „Mischung" („blend"), welches verwendet
wird, um eine Kombination von bestrahlten Batches und Dispersionsmedien
zu bezeichnen).
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In
diesen Experimenten wurden PTFE Ausgangsmaterialien Elektronenstrahlen
ausgesetzt, um bestrahlte Batches zu erhalten, welche dann mit Dispersionsmedien
gemischt wurden. In allen Fällen
wurden koagulierte Dispersions-Typ PTFE (Polyflon F-104, bereitgestellt
durch Daikin) verwendet.
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Kontrollbatches
von bestrahltem PTFE wurden hergestellt durch Bearbeitung von PTFE
Ausgangsmaterial bei einer Temperatur unterhalb von 66°F und dann
dem Aussetzen des Material gegenüber
28 M Rad Elektronenstrahlung in einer ungeschützten Aluminiumschale. Testbatches
wurden auf die selbe Art und Weise hergestellt, mit der Ausnahme,
dass sie hergestellt wurden durch Mischen von PTFE in einem Mischer
mit einem Benetzungsmittel, um eine Zusammensetzung von 80 Gew.-%
und 20 Gew.-% der jeweiligen Komponente vor der Bestrahlung bereitzustellen.
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In
Beispiel 1 (siehe unten) wurde ein ungesättigtes, Niedermolekular-gewichtiges
Kohlenwasserstofföl als
Benetzungsmittel gewählt.
In Beispiel 2 (siehe unten) wurde ein gesättigtes Öl ausgewählt, um zu zeigen, dass die
Ungesättigtheit
für die
chemische Bindung des Benetzungsmittel an das PTFE nicht erforderlich
war.
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Mischungen
der entsprechenden Kontroll- und Testbatches mit Kohlenwasserstofföl dispergierenden Medien
wurden hergestellt durch Mischen der Komponenten in Farbdurchmischungsgeräten („paint
shaking devices")
unter Verwendung von Glaskügelchen
als Mahlmedium.
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In
den Kontrollfällen
wurden 10 g Mengen des Kontrollbatches mit 40 g Mengen des Dispersionsmediums
vermischt, um 50 g Kontrollmischungen zu erhalten, die einen Feststoffgehalt
von 20% aufweisen.
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Ebenso
wurden 50 g der Testmischungen durch Mischen von abgemessenen Mengen
der Testbatches mit abgemessenen Mengen des Dispersionsmediums bereitgestellt.
Die jeweiligen „abgemessenen
Mengen" hängen jedoch
davon ab, welche der zwei alternativen Annahmen über die Verdampfung des Benetzungsmittels
während
der Bestrahlung gemacht wurden. Das Ziel war es, Mischungen zu erhalten,
die den gleichen 20% Gesamtgehalt an Feststoff aufweisen, der in
den Kontrolldispersionen unter jeder der zwei Annahmen erhalten
wurde.
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Die
erste Annahme war, das all die nicht reagierten, freien Benetzungsmittel
aus dem Testbatch während
der Bestrahlung verdampften. Unter dieser Annahme waren 10 g des
Testbatches und 40 g des Dispersionsmediums erforderlich, um 50
g Testmischung zu erhalten, die einem Feststoffgehalt von 20% aufweist.
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Die
zweite Annahme war, dass keines des nicht-reagierten, freien Benetzungsmtittel
während
der Bestrahlung verdampft (und wenig reagiert hat). Unter dieser
Annahme wurden 12,5 g des Testbatches, welche 80 Gew.-% (10 g) PTFE
und 20 Gew.-% (2,5 g) Benetzungsmittel enthalten, mit 37,5 g des
Dispersionsmediums vermischt, um 50 g Testmischung zu erhalten,
die einen angenommenen Gesamtgehalt an Feststoff von 20% aufweist.
Dieser Fall macht es möglich,
zu beweisen, dass die beobachteten Verbesserungen in der Zerreibbarkeit, Dispergierbarkeit
und Teilchengröße eindeutig
der chemischen Benetzung zugeschrieben werden konnte statt der zusätzlichen
Menge an freien flüssigen
Benetzungsmitteln.
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Beispiel 1
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In
diesem Beispiel wurde Poly-Alphaolefin (PAO) Kohlenwasserstofföl (Durasyn
162 von Albemarle Corp.) als Dispersionsmedium ausgewählt. N-Tetradecen
(Gulftene 14 von Gulf Oil Chemicals Co.) wurde als ungesättigtes
Benetzungsmittel ausgewählt,
teilweise aufgrund seiner Kompatibilität mit PAO und seiner geringen
Suszeptibilität
zum Verdampfen in einem offenen System im Vergleich z.B. gegenüber Isopropylalkohol.
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Die
Kontroll- und Testbatches wurden wie oben beschrieben bestrahlt,
von denen Mischungen mit PAO hergestellt wurden – eine Kotrollmischung und
zwei Testmischungen, wie in Tabelle 1 gezeigt. Die zwei Testmischungen
wurden hergestellt, um jedes Ende des Spektrums der möglichen
n-Tetradecen Verdampfung während
der Bestrahlung darzustellen. Die erste Testmischung wurde hergestellt
unter der Annahme, dass all das nicht-reagierte n-Tetradecen während der
Bestrahlung verdampft wurde, um ein Material bereitzustellen, dass
100% Feststoff enthält.
Daher wurden durch Mischen von 10 g des bestrahlten Testbatches
mit 40 g des PAO voraussichtlich 20% Feststoffgehalt erreicht. Die
zweite Mischung wurde hergestellt unter der Annahme, dass keines
von dem n-Tetradecen verdampft wurde (und wenig reagiert hatte)
während
der Bestrahlung, so dass das bestrahlte Testbatch vermutlich 80%
Feststoffe enthielt. Daher wurde vermutlich durch Mischung von 12,5
g des Testbatches mit 37,5 g PAO ein Feststoffgehalt von 20% erhalten.
Durch Bereitstellen von Daten unter jeder der Annahme von n-Tetradecen-Verdampfung
ist es möglich,
zu beweisen, dass der Erfolg der vorliegenden Methode, unabhängig von
der tatsächlichen
Menge der n-Tetradecen-Verdampfung
ist und um sicherzustellen, dass jede beobachtete Verbesserung in
der Dispergierbarkeit eindeutig dem chemischen Benetzen zugeschrieben
werden kann statt dem Anstieg in der Gesamtmenge an Lösungsmittel
durch die Zugabe von n-Tetradecen. Tabelle
1. Ungefähre
Zusammensetzung von Kontroll- und Testmischungen basierend auf 10
g PTFE – Beispiel
1
- * Annahme komplette Verdampfüng des nicht
reagierten n-Tetradecens.
- ** Annahme keine Verdampfung von n-Tetradecen.
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Der
Mischungsschritt umfasst das Schütteln
der Komponenten mit 1,6 bis 2,0 mm Glaskügelchen (als Mahlmedium) in
4-Unzen-Glasgefäßen unter
Verwendung eines 1/4 hp Farbenschüttelgerätes („paint shaking device") (Red Devil Paint
Conditioner, Model No. 5400-02). Eine Reihe von Beobachtungen und
Messungen wurden in Abständen
von 1, 2 und 3 Stunden gemacht. Die empirischen Beobachtungen wurden
in Tabelle 2 zusammengefasst.
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Wie
in Tabelle 2 angezeigt, wiesen die Testmischungen, die gemäß der benetzten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung hergestellt wurden jeweils eine geringere
Viskosität
auf als die Kontrollmischung. Selbst in dem „schlechtesten Fall" von Testmischung
3, welche die geringste Menge PAO Lösungsmittel aufweist, war die
Dispergierbarkeit sichtbar größer als
die der Kontrollmischung.
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Weitere
Vorteile der bevorzugten Ausführungsform
sind dargestellt im Vergleich der Teilchengrößen der Kontroll- und der Testmischungen
nach jeder Stunde schütteln.
Die Teilchengrößen wurden
gemessen mit einem Lichtstreuungs-Teilchengrößen-Analysator (Microtrac II,
Model No. 158705). Wie in Tabelle 3 gezeigt, enthielten die Testmischungen
kleinere Partikel als die Kontrollmischung.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
hat demnach den Vorteil der Bereitstellung von geringeren Teilchengrößen. Auch
wenn eine höhere
Viskosität
vielleicht erwartet worden wäre
aufgrund der größeren Gesamtoberfläche der
kleineren Teilchen, wurde sogar eine geringere Viskosität beobachtet.
Dieses überraschende
Ergebnis könnte
der verbesserten Dispergierbarkeit der chemisch benetzten PTEF zugeschrieben
werden.
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Die
Gegenwart von chemischen Bindungen zwischen dem Benetzungsmittel
und dem PTFE wurde durch spektroskopisches Messen der Mengen von
n-Tetradecen bewiesen, das in den Proben der Kontrolle und der Testmischungen
verblieben war, das in Toluol für
24 Stunden extrahiert worden war, um jegliches freies n-Tetradecen
zu entfernen. Während
des Trocknens der Proben in einem Ofen für 4 Stunden bei 100°C wurden
die Proben mit einem Fourier Transform Infrarot (FTIR) Spektrometer
(Nicolet, Model No. 5MX) gescannt. Charakteristische CH2 und
CH3 Peaks dem Wellenlängenbereich von 2800 cm–1 bis
3000 cm–1 wurden
beobachtet in den Testmischungsproben, aber in den Kontrollproben
nicht beobachtet. Dieses zeigt an, dass das n-Tetradecen in den
Testbatches chemisch an das PTFE während der Bestrahlung gebunden
wurde.
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Beispiel 2
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In
diesem Beispiel wurde Standard Tintenöl („ink oil") (Magiesol 47 Oil von Magie Bros.),
welches eine niedrigere Viskosität
als PAO aufweist, als Dispersionsmedium ausgewählt. N-Tetradekan (von Acros Organics durch
Fisher Scientific) wurde ausgewählt
als gesättigtes
Benetzungsmittel. N-Tetradecen (Gulftene 14 von Gulf Oil Chemicals
Co.) wurde ebenfalls als ein Benetzungsmittel ausgewählt, um
eine Basis für
den Vergleich zu dem ungesättigten
Gegenstück
zu bieten und die Ergebnisse dieses Beispiels mit denen von Beispiel
1 zu verbinden.
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Wie
in Tabelle 4 gezeigt, wurden 6 Mischungen in der Art und Weise wie
in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, mit der Ausnahme, dass Zirkonium-Silikat
Keramikkügelchen
von 1,2 bis 2,0 mm im Durchmesser (von SEPR Ceramic Beads and Powder)
als Mahlmedium verwendet wurden. Tabelle
4. Ungefähre
Zusammensetzung von Kontroll- und Testmischungen basierend auf 10
g PTFE – Beispiel
2
- *
Annahme Gesamtverdampfung von nicht-reagiertem n-Tetradecen.
- ** Annahme keine Verdampfung von n-Tetradecen.
- + Annahme Gesamtverdampfung des nicht-reagierten n-Tetradekans.
- ++ Annahme keine Verdampfung von n-Tetradekan.
- o Das bestrahlte PTFE wurde für 10 Stunden in Toluol extrahiert
und getrocknet, um den Überschuss
an n-Tetradekan zu entfernen.
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Nach
einer Stunde Mischen wurde die durchschnittliche Teilchengröße jeder
Mischung durch einen Microtrac II Laser Scattering Analysator (von
Leeds & Northrup
Model No. 158705) bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.
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Tabelle
5. Teilchengrößen – Beispiel
2
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In
Tabelle 5 bestätigten
die kleineren Teilchengrößen der
Testmischungen 4–8
im Vergleich zu denen der Kontrollmischung 2, dass das Aussetzen
des PTFE gegenüber
einem Benetzungsmittel vor der Bestrahlung eine bessere Zerreibbarkeit
erzeugt. Testmischungen 6 und 7, in welchen n-Tetradekan als gesättigtes Benetzungsmittel
verwendet wurde, zeigte keine geringere verbesserte Zerreibbarkeit
als Testmischungen 4 und 5, in welchen ungesättigte n-Tetradecen verwendet
wurde. Tatsächlich
waren die Teilchengrößen von
Testmischungen 6 und 7 kleiner als die der Testmischungen 4 und
5 was einen unerwarteten Vorteil in der Verwendung von gesättigten
Benetzungsmitteln erwarten lässt.
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Die
Genauigkeit der durchschnittlichen Teilchengröße von Testmischung 7 mit der
von Testmischung 8, in welchem jegliches nicht-reagierte n-Tetradekan
durch Toluol-Extraktion entfernt wurde, zeigt, dass es keinen signifikanten
Beitrag an dem positiven Ergebnis von jeglichen freien Benetzungsmitteln
gibt, die in dem bestrahlten Material verblieben sein könnte.
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Das
Pfropfen der Benetzungsmittel auf das PTFE wurde wiederum durch
FTIR Spektroskopie gezeigt. Proben der Testmischungen 4–8 zeigten
jeweils charakteristische CH2 und CH3 Vibrationspeaks im Bereich von 2890 und
2990. Diese Proben wurden jeweils für 10 Stunden in Toluol extrahiert
um jeglichen Überschuss an
Kohlenwasserstofföl
zu entfernen, so dass die Peaks Beweis sind für die chemische Bindung. Bezeichnenderweise
wiesen die Proben der Kontrollmischung (welche nicht einer Vorbenetzung
unterzogen wurden) keine Kohlenwasserstoffpeaks auf.
