EP1577372A1 - Stabile wässrige Dispersion von Partikeln sowie Verwendung und Herstellungsverfahren solcher Dispersionen - Google Patents

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EP1577372A1
EP1577372A1 EP04006670A EP04006670A EP1577372A1 EP 1577372 A1 EP1577372 A1 EP 1577372A1 EP 04006670 A EP04006670 A EP 04006670A EP 04006670 A EP04006670 A EP 04006670A EP 1577372 A1 EP1577372 A1 EP 1577372A1
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Urs Mäder
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Sika Technology AG
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    • C10N2050/015—Dispersions of solid lubricants

Definitions

  • the Carboxylic acid groups or the carboxylic acid salts and the polyalkylene glycol side chains still further groups bound via ester or amide bond be such as alkyl groups, cycloalkyl groups, aromatics, substituted aromatics, hydroxyalkyl groups, dialkylaminoalkyl groups, or heterocyclic rings in which the N of the amide group is an ingredient, such as For example, morpholine or imidazole.
  • Comparative Example 2 Graphite dispersion for the forging industry
  • the finished dispersion has a low viscosity of 330 mPas and is storage-stable for more than 4 weeks.
  • Example 5 Graphite dispersion for rubber coating

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine stabile wässrige Dispersion von Partikeln, wobei die Partikel im wässrigen Medium durch einen polymeren Stabilisator stabilisiert werden. Der Stabilisator ist ein Polycarboxylat.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft stabile wässrige Dispersionen von Partikeln.
Die Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung und Herstellungsverfahren solcher stabilen wässrigen Dispersionen von Partikeln.
Stand der Technik
Wässrige Dispersionen von Partikeln werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Zum Beispiel Graphitdispersionen werden als Schmier- und Trennmittel, beispielsweise bei der Heissumformung von Metallen verwendet. Dabei wird verlangt, dass derartige Graphitdispersionen auf kalten, sowie auf heissen Metalloberflächen haften und einen Schmier- und Schutzfilm bilden. Dieser soll das Metall nicht nur leichter verformbar machen, sondern auch den Werkzeugverschleiss bei der Verformung senken. Oder die Graphitdispersionen werden als Überzüge, beispielsweise bei der Innenbeschichtung von Batteriebechern oder Gummivulkanisaten zum Beispiel für Scheibenwischer, aber auch als leitfähige Überzüge auf Kunststoffen, Glas, Keramik und anderen verwendet.
Von den wässrigen Dispersionen wird neben physiologischer Unbedenklichkeit und Lagerstabilität vor allem eine universelle Verarbeitbarkeit gefordert. So werden beispielsweise, je nach Anwendung, solche Dispersionen überwiegend aufgesprüht. Dabei spielt die Viskosität der wässrigen Dispersion eine wichtige Rolle und niedrigviskose Dispersionen werden benötigt.
Graphitdispersionen ohne Hilfsstoffe sind extrem hochviskos und teilweise thixotrop. Dies liegt an der plättchenförmigen Struktur der Graphitteilchen, welche in Flüssigkeiten eine sogenannte Kartenhausstruktur aufbauen. Diese Kartenhausstruktur ist auch von anderen plättchenförmigen Stoffen, wie zum Beispiel Tonmineralien oder Kaolinen, bekannt. Hier kann jedoch durch den Einsatz von Peptisationsmitteln diese Kartenhausstruktur zum Einsturz gebracht und die Stabilität durch die Verwendung elektrostatisch wirksamer Substanzen erhöht werden. Solche Wirkungsmechanismen mit Peptisationsmitteln funktionieren bei Graphit nicht.
Nach dem bekannten Stand der Technik werden zur Stabilisierung von Graphitdispersionen zusätzlich makromolekulare Substanzen eingesetzt. Solche makromolekularen Substanzen aus den Verbindungsgruppen der Mono- und Polysaccharide fungieren dabei als Schutzkolloide unter Erhöhung der Viskosität. Auch Polyelektrolyte wie Natriumcarboxymethylcellulose, Alginate oder Salze der Ligninsulfonsäuren fallen unter das bekannte Wirkungsspektrum. Bei Verwendung von Schutzkolloiden gemäss dem Stand der Technik besteht das Problem der Zerschlagung von Molekühlketten, sofern sie vor der Vermahlung zugesetzt werden.
Zur Herstellung wässriger Dispersionen von Partikeln wurden zahlreiche Verfahren und Formulierungen vorgeschlagen.
In der US 5800739 wird eine leitfähige Graphitdispersion vorgeschlagen, welche mit einem Dispergiermittel stabilisiert wird, welches Alkylenoxydgruppen aufweist und ein hydrophil lipophil Gleichgewicht von 12 besitzt. Dieses Gleichgewicht ist allgemein als HLB-Wert (Englisch: HLB = Hydrophilic Lipophilic Balance) bekannt. Dabei werden Stoffe verwendet, wie zum Beispiel Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Copolymerisate, Natriumsalze organischer Sulphonsäuren, aber auch wasserlösliche Polymere wie Polyvinylpyrrolidon, welches bereits aus der US 2978428 bekannt ist. Nachteilig bei diesen Dispersionen ist die rasche Sedimentation. Zwar wird durch die oberflächenaktiven Substanzen der Graphit benetzt und dispergiert, aber nicht ausreichend gegen Sedimentation stabilisiert. Aufgrund der plättchenförmigen Struktur des Graphits sind die Sedimente sehr dicht und schwer redispergierbar.
Die US 5476580 schlägt ein Verfahren zur Herstellung von Beschichtungsmaterialien auf Graphit- und/oder Russbasis vor. Die Lehre sieht eine Kombination von wasserlöslichen Dispergier- und Netzmitteln vor. Als Dispergiermittel sind anionische Substanzen, wie Alkalipolyacrylate genannt. Als Netzmittel werden ebenfalls anionische, aber auch kationische Produkte verwendet. Die Bindemittel umfassen praktisch die gesamte Gruppe der Poly-und Monosaccharide sowie Harze und Polymerdispersionen. Einige der vorgeschlagenen Stoffe sind zwar als gute Dispergiermittel bekannt, doch haben sie den Nachteil, dass die Viskosität der Dispersionen stark erhöht wird. Hierdurch wird insbesondere das rheologische Verhalten der Dispersion beeinflusst.
In der US 4401579 wird eine wässrige Dispersion vorgeschlagen, welche im wesentlichen die den Stand der Technik entsprechenden Hilfsmittel enthält. Als neu wird dabei die Verwendung von Fumarsäure und/oder deren Salze angesehen. Fumarsäuresalze mögen zwar eine Schmiermittelwirkung haben, für eine Verbesserung der Dispersionsstabilität sind sie jedoch ohne Wirkung.
All den bekannten Verfahren haftet als Nachteil an, dass die hergestellten Konzentrationen nicht den Anwendungskonzentrationen entsprechen. Die Dispersionen müssen auf die gewünschten Anwendungskonzentrationen herunter verdünnt werden. Die dadurch erhaltene tiefe Konzentration setzt die Wirksamkeit der Additive so weit herunter, dass Verdünnungen nur noch wenige Stunden sedimentationsstabil sind.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine stabile wässrige Dispersion von Partikeln bereitzustellen, welche eine hohe Dispersionsstabilität zeigt und möglichst mit nahezu allen Auftragsverfahren verarbeitbar ist.
Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale des ersten Anspruchs erreicht.
Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass durch die Verwendung von Polycarboxylat als Stabilisator und Dispergiermittel eine hohe Lagerstabilität der wässrigen Dispersion erzielt wird. Das Polycarboxylat umhüllt die Partikel und verhindert durch die sterische Stabilisierung die gegenseitige Annäherung der Partikel und damit die Agglomeratbildung. Dies ist besonders vorteilhaft, da bei dispersen Systemen die Grösse der Austauschfläche, sowie die Dicke der Grenzschichten massgebend ist. Die spezifische Phasengrenze hängt hyperbolisch vom Partikeldurchmesser ab. Sehr feinteilige Dispersionen < 1,0 µm neigen daher verstärkt zur Agglomeratbildung, so dass der theoretische Stabilitätsvorteil, wie er sich aus dem Stockschen Gesetz ergibt, durch die Bildung grosser Agglomeratteile aufgehoben wird. Agglomerate sedimentieren mit vergleichbarer Geschwindigkeit, wie gleichgrosse Primärteilchen. Durch die Verwendung von Polycarboxylaten wird die Agglomeratbildung sicher verhindert.
Durch die Bindung der Polycarboxylate als Stabilisierungsbeziehungsweise Dispergiermittel auf der Partikeloberfläche erfolgt die Stabilisierung durch diesen Mechanismus. So bleibt die Dispersion auch bei einer Verdünnung stabil, da die Stabilisierung nicht mehr über die Viskosität erfolgt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stabilisator oder ein Dispergiermittel aus der Gruppe der Polycarboxylate für die Herstellung von stabilen wässrigen Dispersionen von Partikeln.
Unter Polycarboxylaten versteht man Kammpolymere, die aus einer Hauptkette, an die Carbonsäuregruppen als freie Säuren oder in Form ihrer Salze gebunden sind, und Seitenketten aus Polyalkylenoxid bestehen. Solche Polycarboxylate sind an sich bekannt, z.B. aus der EP 1 136 508 A1, EP 1 138 696 A1 und EP 1 138 697 A1 der Anmelderin. Die Offenbarung dieser Polycarboxylate ist im folgenden miteingeschlossen.
Die Polyalkyleneoxid- oder Polyalkylenglykol-Seitenketten können über Esterbindung, Amidbindung oder Etherbindung an die Hauptkette gebunden sein. Neben den Carbonsäuregruppen und den Polyalkylenoxid-Seitenketten können noch weitere funktionelle oder nicht-funktionelle Gruppen, an die Hauptkette gebunden sein.
Solche Kammpolymere können beispielsweise durch Copolymerisation von ungesättigten mono- oder di-Carbonsäuren mit ungesättigten Carbonsäureestern, ungesättigten Carbonsäureamiden, Allylether oder Vinylether hergestellt werden. Die Carbonsäuren im fertigen Kammpolymer können in Form ihrer freien Säure oder ganz oder teilweise in Form ihrer Salze vorliegen.
Die Kammpolymere können auch durch polymeranaloge Umsetzungen hergestellt werden. Dabei wird ein Polymer, welches latente oder freie Carboxylgruppen enthält mit ein oder mehreren Verbindungen, die Amin- oder Hydroxylfunktionen enthalten unter Bedingungen umgesetzt, die zu teilweiser Amidierung beziehungsweise Veresterung der Carboxylgruppen führen.
Das Polyalkylenglykol der Seitenkette basiert auf polymerisierten epoxidhaltigen Verbindungen, wie zum Beispiel auf Ethylenoxid, Propylenoxid, 1-Butenoxid, Phenylethylenoxid, etc.. Bevorzugt besteht die Polyetherseitenkette somit aus Polyethylenoxid oder Polypropylenoxid oder einem Misch-Copolymer aus Ethylenoxid und Propylenoxid und hat am freien Ende eine Hydroxylgruppe, eine primäre Aminogruppe oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, die linear, verzweigt oder zyklisch ist, bevorzugt eine lineare Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen.
Diese Polycarboxylate haben ein Molekulargewicht von 5'000 bis 200'000, bevorzugt 8'000 bis 100'000, besonders bevorzugt ein Molekulargewicht von 10'000 bis 80'000. Die Cabonsäuresalze können Alkalimetall oder Erdalkalimetallsalze oder Salze anderer zwei- oder dreiwertiger Metallionen, Ammoniumionen, organische Ammonium-Gruppen oder Mischungen sein.
In einer Ausführungsform besteht das erfindungsgemässe Polycarboxylat aus vier Struktureinheiten (a, b, c und d) und hat die Strukturformel A
Figure 00060001
M =
Wasserstoff, Alkalimetallion, Erdalkalimetallion, zwei- oder dreiwertiges Metallion, Ammoniumion, organische Ammonium Gruppe oder eine Mischungen davon,
R =
jedes R unabhängig von den anderen Wasserstoff oder Methyl-,
R1 und R2 =
C1 bis C20 Alkyl, Cycloalkyl, oder Alkylaryl, -[AO]n-R4,
wobei A = C2 bis C4 Alkylen, R4 = C1 bis C20 Alkyl, Cyclohexyl, oder Alkylaryl, und n = 2 - 250, bevorzugt n = 8 - 200, besonders bevorzugt n = 11 - 150,
insbesondere n = 11-100 ist,
R3 =
-NH2, -NR5R 6, -OR7NR8R9,
wobei R5 und R6 unabhängig voneinander eine C1 bis C20 Alkyl-, Cycloalky-I oder Alkylaryl- oder Arylgruppe ist oder eine Hydroxyalkylgruppe, wie beispielsweise Hydroxyethly-, Hydroxypropyl-, Hydroxybutylgruppe ist, oder eine Acetoxyethyl- (CH3-CO-O-CH2-CH2-), Hydroxy-isopropyl- (HO-CH(CH3)-CH2-), Acetoxyisopropylgruppe (CH3-CO-O-CH(CH3)-CH2-), oder R5 und R6 zusammen einen Ring bilden, von dem der Stickstoff ein Teil ist, um einen Morpholin- oder Imidazolinring aufbauen,
wobei R7 eine C2-C4 Alkylengruppe und R8 und R9 unabhängig voneinander eine C1 bis C20 Alkyl-,
Cycloalky-,
Alkylaryl- oder Arylgruppe oder eine Hydroxyalkylgruppe wie beispielsweise Hydroxyethyl-, Hydroxypropyl- oder Hydroxybutylgruppe ist
a/b/c/d =
(0.1 - 0.9) / (0.1 - 0.9) / (0 - 0.8) / (0 - 0.3),
bevorzugt
(0.1 - 0.9) / (0.1 - 0.9) / (0 - 0.5) / (0 - 0.1),
mehr bevorzugt
(0.1 - 0.9) / (0.1 - 0.9) / (0 - 0.3) / (0 - 0.06),
noch mehr bevorzugt
(0.2 - 0.8) / (0.199 - 0.799) / (0.001 - 0.09) / (0 - 0.06),
insbesondere bevorzugt
(0.2 - 0.8) / (0.19 - 0.79) / (0 - 0.1) / (0.01 - 0.3), und a + b + c + d = ist.
Die Abfolge der bausteine a, b, c, d kann blockweise, alternierend oder zufällig sein.
Polycarboxylate gemäss der Formel A kann man sich aufgebaut vorstellen, aus einer Hauptkette aus polymerisierten Einheiten von Acrylsäure und Methacrylsäure oder einem Misch-Copolymer davon. Die Polyalkylanoxid-Seitenketten sind über Ester- oder Amidgruppen an diese Hauptkette gebunden.
An der Hauptkette der Polycarboxylate können neben den Carbonsäuregruppen bzw den Carbonsäure Salzen und den Polyalkylenglyol-Seitenketten noch weitere Gruppen über Ester oder Amidbindung gebunden sein, wie beispielsweise Alkylgruppen, Cycloalkylgruppen, Aromaten, substituierte Aromaten, Hydroxyalkylgruppen, Dialkylaminoalkylgruppen, oder heterozyklische Ringe, bei denen der N der Amidgruppe ein Bestandteil ist, wie Beispielsweise Morpholin oder Imidazol.
Beispiele für Gruppen R3 die über ihren N als Amide an die Hauptkette gebunden sind, sind Aminreste, die ein oder zwei voneinander unabhängie aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Reste von 1 bis 20 Kohlenstoffatomen wie beispielsweise Methyl-, Ethyl-, Propyl-, iso-Propyl,-Butyl-, iso-Butyl oder Cyclohexylreste. Beispiele für solche Aminreste sind Dibutylamin oder Dicyclohexylamin. Weitere Beispiele sind Aminreste mit Hydroxyalkylgruppen wie Ethanolamin oder Diethanolamin.
Beispiele für Gruppen R3 die über ihren O als Ester an die Hauptkette gebunden sind, sind aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Reste von 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise Methyl-, Ethyl-, Propyl-, iso-Propyl,-Butyl-, iso-Butyl- oder Cyclohexylreste. Weitere Beispiele sind Aminoalkoholreste wie Methyl-diethanolamin, Triisopropanolamin, Triethanolamin, Dibutylamino-ethanol, Diisopropanolamin, Diethylaminoethanol, Dimethylamino-ethanol.
Als zu suspendierende Partikel können beliebige Stoffe verwendet werden, umfassend Graphit, aber auch Metalle und Legierungen, Metallverbindungen wie Metallsulfide, Metalloxide aber auch organische Verbindungen wie Polyanilin sowie Kombinationen der vorgenannten Stoffe. Diese Liste ist nicht abschliessend und soll nur die breite Anwendung verdeutlichen.
Insbesondere Mineralien wie zum Beispiel Graphit, Molybdändisulfid, Bornitrid, Glimmer, Mikrotalk, Hydrotalcit oder Montmorillonit können verwendet werden. Diese Mineralien können eine plättchenförmige Struktur aufweisen, welche aus einzelnen Schichtebenen besteht und in verschiedenen Richtungen jeweils andere Eigenschaften aufweist. Zum Beispiel ist Graphit senkrecht zur Schichtebene elektrisch ein schlechter Leiter, parallel aber ein guter Leiter.
Die Struktur der Polycarboxylate bedingt eine Wechselwirkung mit den Partikeln / Substrat, formen einen Polymerfilm und erzielen dadurch eine sterische Abschirmung. Dadurch wird nicht nur die Agglomeratbildungen der Partikel verhindert, sondern zusätzlich die Partikel in Schwebe gehalten.
Versuche haben gezeigt, dass die erfindungsgemässen Polycarboxylate die Partikel in Wasser gut dispergieren und dass die erhaltenen wässrigen Dispersionen eine niedrige Viskosität von 200 bis 900 mPas, insbesondere von 300 bis 600 mPas, aufweisen. Dies erlaubt die Verwendung solcher Dispersionen in Sprühapplikationen. Dies kann im klassischen Druckluftsprühverfahren (Airspraying) als auch druckluftfrei (Airless) geschehen. Die erfindungsgemässen Dispersionen können auch als Schmiermittel, Trennmittel, Ueberzug, Beschichtung verwendet werden, wobei die Dispersion neben der Sprühapplikation auch durch Tauchverfahren, mittels Pinsel, Walzen, usw. aufgetragen werden können
Die erfindungsgemässen Dispersionen ergeben neben der Eignung für alle Auftragssysteme auch eine einwandfreie Oberfläche auf der zu beschichtenden Oberfläche. D.h. es wird eine glatte schlierenfreie Oberfläche, keine Kraterbildung (Orangenhauteffekt), keine Tränenbildung, einwandfreier Verlauf und gute Haftung (Adhäsion) erzielt.
Die erfindungsgemässen Polycarboxylate ergeben wässrige Dispersionen, welche mindesten mehr als 4 Wochen lagerfähig sind.
Die Partikelgrösse der in diesen Dispersionen verwendbaren Partikel liegt vorzugsweise in einem Grössenbereich von 0.05 bis 40 µm, insbesondere 0.3 bis 5.0 µm.
Der Stabilisator in der Dispersion weist einen Anteil / Konzentration von 0,1 - 5 Gew. %, vorzugsweise 0,5 - 2 Gew. % auf. Der Anteil / Konzentration der Partikel in der Dispersion beträgt vorzugsweise 1 - 40 Gew. %, insbesondere 10 - 30 Gew. %.
Im folgenden werden einige Beispiele aufgezeigt, die die Erfindung weiter veranschaulichen sollen, den Umfang der Erfindung aber in keiner Weise beschränken.
Beispiele Polymere
Die folgenden Polymere sind einige Beispiele für Polycarboxylate wie sie in Slurries, insbesondere mineralischen Slurries, eingesetzt werden können. Die Angaben beziehen sich auf die Strukturformel A.
Erklärung der Bezeichnungen:
  • PEG1000
    = Polyethylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 1000,
  • PPG600
    = Polypropylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 600,
  • EO/PO(60/40)2000
    = Block-Copolymer aus Ethylenoxid und Propylenoxid im Verhältnis 60:40 mit einem mittleren Molekulargewicht von 2000,
  • Mw = mittleres Molekulargewicht
Polymer A1:
Polymer entsprechend der Strukturformel A mit
M=
H- und/oder Na
R =
H-
R1 =
CH3-PEG1000-
R2 =
CH3-EO/PO(60/40)1000-
a/b/c/d =
0.60/0.35/0.05/0.00
Mw =
13000
Polymer A2:
Polymer entsprechend der Strukturformel A mit
M=
H- und/oder Na
R =
H-
R1 =
Gemisch von CH3-PEG1000- und CH3-PEG3000- im Mol-Verhältnis 60:40
R2 =
CH3-EO/PO(50/50)2000-
a/b/c/d =
0.660/0.339/0.001/0.000
Mw =
28000
Polymer A3:
Polymer entsprechend der Strukturformel A mit
M=
H- und/oder Na
R =
H-
R1 =
CH3-PEG1000-
R2 =
CH3-PEO500-
a/b/c/d =
0.65/0.33/0.02/0.00
Mw =
22000
Polymer A4:
Polymer entsprechend der Strukturformel A mit
M=
H- und/oder Na
R =
H-
R1 =
Gemisch von CH3-PEG1000- und CH3-PEG3000- im Mol-Verhältnis 50:50
R3 =
HO-CH2CH2-NH-
a/b/c/d =
0.75/0.20/0.00/0.05
Mw =
26000
Polymer A5:
Polymer entsprechend der Strukturformel A mit
M=
H- und/oder Na
R =
CH3-
R1 =
CH3-PEG1000-
R3 =
Dicyclohexyl-NH-
a/b/c/d =
0.75/0.20/0.00/0.05
Mw =
26000
Polymer A6:
Polymer entsprechend der Strukturformel A mit
M=
H- und/oder Na
R =
H- für Struktur a und CH3- für Struktur b und c
R1 =
CH3-PEG2000-
R2 =
CH3-EO/PO(70/30)2000-
a/b/c/d =
0.70/0.29/0.01/0.00
Mw =
36000
Polymer A7:
Polymer entsprechend der Strukturformel A mit
M=
H- und/oder Na
R =
H-
R1 =
CH3-PEG1100-
R2 =
n-Butyl-PPO600-
R3 =
(n-Butyl)2-N-CH2CH2-O-
a/b/c/d =
0.40/0.50/0.09/0.01
Mw =
18000
Polymer A8:
Polymer entsprechend der Strukturformel A mit
M=
H- und/oder Na
R =
CH3-
R1 =
CH3-PEG1100-
a/b/c/d =
0.50/0.50/0.00/0.00
Mw =
18000
Polymer A9:
Polymer entsprechend der Strukturformel A mit
M=
H- und/oder Na
R =
CH3-
R1 =
CH3-PEG1100-
a/b/c/d =
0.75/0.25/0.00/0.00
Mw =
23000
Polymer A10:
Polymer entsprechend der Strukturformel A mit
M=
H- und/oder Na
R =
CH3-
R1 =
Mischung auf CH3-PEG500- und CH3-PEG3000- im Mol-Verhältnis 3:2
R2 =
n-Butyl-PPO800-
R3 =
(CH3)2-N-CH2CH2O-
a/b/c/d =
0.74/0.23/0.02/0.01
Mw =
45000
Polymer A11:
Polymer entsprechend der Strukturformel A mit
M=
H- und/oder Na
R =
H-
R1 =
Gemisch von CH3-PEG1000- und CH3-PEG3000- im Mol-Verhältnis 50:50
R3 =
(HOCH2CH2)2-N-
a/b/c/d =
0.598/0.400/0.002/0.000
Mw =
52000
Vergleichsbeispiele
In den Vergleichsbeispielen sind wässrige Dispersion von Partikeln, insbesondere plattchenförmigen Mineralien, ohne Verwendung der erfindungsgemässen Polycarboxylate beschrieben.
Vergleichsbeispiel 1: Graphit-Dispersion für die Schmiedeindustrie
In einem Behälter mit Rührwerk werden 75 kg entionisiertes Wasser vorgelegt und darin 5 kg Natriumsilikat gelöst. Darauffolgend wird unter Rühren 20 kg Graphit mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse d50 = 1,5 µm zugesetzt. Danach folgt eine Passage durch eine Rührwerkskugelmühle, welche mit Zirkonoxydkugeln bestückt ist. Die fertige Dispersion hat eine hohe Viskosität von 2200 mPas. Nach 6 Tagen begann eine Sedimentation des Graphits.
Vergleichsbeispiel 2: Graphit-Dispersion für die Schmiedeindustrie
In Anlehnung an das Vergleichsbeispiel 1 wird nun ein Polyoxyethylen-Polyoxypropylen Copolymer mit einem Molekulargewicht von 12600 und einem HLB-Wert von 20 zugeführt. Die Menge des Polyoxyethylen-Polyoxypropylen Copolymers wird von der Menge des im Vergleichsbeispiel 1 eingesetzten Wassers von 75 kg abgezogen.
In einem Behälter mit Rührwerk werden 73 kg entionisiertes Wasser vorgelegt und darin 5 kg Natriumsilikat gelöst. Danach werden 2 kg Polyoxyethylen-Polyoxypropylen Copolymer und darauffolgend unter Rühren 20 kg Graphit mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse d50 = 1,5 µm zugefügt. Danach folgt eine Passage durch eine Rührwerkskugelmühle, welche mit Zirkonoxydkugeln bestückt ist. Die fertige Dispersion hat eine hohe Viskosität von 1020 mPas. Nach 6 Tagen begann eine Sedimentation des Graphits.
Vergleichsbeispiel 3: Bornitrid-Dispersion
In Anlehnung an das Vergleichsbeispiel 2 wird nun anstelle des Graphits 20 kg Bornitrid mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse d50 = 1,8 µm zugefügt. Die fertige Dispersion hat eine hohe Viskosität von 1310 mPas. Nach 6 Tagen begann eine Sedimentation des Bornitrids.
Erfindungsgemässe Beispiele Beispiel 1: Graphit-Dispersion für die Schmiedeindustrie
In diesem erfindungsgemässen Beispiel, welches in Anlehnung an das Vergleichsbeispiel 1 ausgeführt ist, wird nun das Polymer A9 als eine wässrige Lösung mit einem Gehalt von 35% des Polymers A9 zugeführt. Die Menge des eingesetzten Wassers entsprechend Vergleichsbeispiel 1 wird durch die Menge des zugeführten 35%igen wässrigen Polymers A9 reduziert.
In einem Behälter mit Rührwerk werden 73 kg entionisiertes Wasser vorgelegt und darin 5 kg Natriumsilikat gelöst. Danach werden 2 kg Polymer A9 als 35%ige wässrige Lösung und darauffolgend unter Rühren 20 kg Graphit mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse d50 = 1,5 µm zugefügt. Danach folgt eine Passage durch eine Rührwerkskugelmühle, welche mit Zirkonoxydkugeln bestückt ist. Die fertige Dispersion hat eine Viskosität von 550 mPas und ist mehr als 4 Wochen lagerstabil.
Im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 1 liegt die Viskosität des erfindungsgemässen Beispiels 1 etwa 4 mal niedriger und eignet sich gut für eine Sprühapplikation. Auch die Dispersionsstabilität wird mit dem Einsatz des Polymers A9 wesentlich verbessert.
Beispiel 2: Molybdändisulfid-Dispersion
Wie in Beispiel 1 mit dem Polymer A9 ausgeführt, werden anstelle des Graphits 20 kg Molydändisulfid mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse d50 = 1,4 µm zugefügt. Die fertige Dispersion hat eine niedrige Viskosität von 330 mPas und ist mehr als 4 Wochen lagerstabil.
Beispiel 3: Bornitrid-Dispersion
Wie in Beispiel 1 mit dem Polymer A9 ausgeführt, werden anstelle des Graphits 20 kg Bornitrid mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse d50 = 1,8 µm zugefügt. Die fertige Dispersion hat eine niedrige Viskosität von 460 mPas und ist mehr als 4 Wochen lagerstabil.
Beispiel 4: Graphitdispersion für Bildschirmcoating
In diesem Beispiel wird das Polymer A2 verwendet.
In einem Rührbehälter entsprechend Beispiel 1 wird 62 kg Wasser und 1.5 kg Polymer A2 als 40%ige wässrige Lösung vorgelegt. Unter stetigem Rühren werden 13 kg Natriumsilikat gelöst und danach 15 kg Eisenoxyd mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse d50 = 0.1 µm sowie 8.5 kg Graphit mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse d50 = 1.5 µm zugesetzt. Danach erfolgt entsprechend Beispiel 1 eine Passage durch eine Rührwerkskugelmühle. Die erhaltene Dispersion hat eine niedrige Viskosität von 380 mPas und ist mehr als 4 Wochen lagerstabil.
Beispiel 5: Graphitdispersion für Gummicoating
In einem Rührbehälter wird 50 kg einer hitzereaktiven Acryl-Latex-Polymer-Emulsion mit einem Feststoffgehalt von 49 % vorgelegt. Diese Emulsion wird dann unter stetigem Rühren mit 30 kg entionisiertem Wasser verdünnt. Dann werden 2 kg Polymer A2 als 40%ige wässrige Lösung zugesetzt und 18 kg Graphit mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse d50 = 1,8 µm eingerührt. Die Dispersion ist ohne weitere Behandlung gebrauchsfähig und hat eine niedrige Viskosität von 650 mPas. Auch diese Dispersion zeigt eine Lagerstabilität von mehr als 4 Wochen.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims (12)

  1. Stabile wässrige Dispersion von Partikeln, wobei die Partikel im wässrigen Medium durch einen polymeren Stabilisator stabilisiert werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator ein Polycarboxylat ist.
  2. Stabile wässrige Dispersion nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Polycarboxylat Seitenketten entsprechend einer Kammstruktur hat..
  3. Stabile wässrige Dispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polycarboxylat eine Strukturformel A
    Figure 00170001
    aufweist, wobei
    M =
    Wasserstoff, Alkalimetallion, Erdalkalimetallion, zwei- oder dreiwertiges Metallion, Ammoniumion, organische Ammonium Gruppe oder eine Mischungen davon,
    R =
    jedes R unabhängig von den anderen Wasserstoff oder Methyl-,
    R1 und R2 =
    C1 bis C20 Alkyl, Cycloalkyl, oder Alkylaryl, -[AO]n-R4,
    wobei A = C2 bis C4 Alkylen, R4 = C1 bis C20 Alkyl, Cyclohexyl, oder Alkylaryl, und n = 2 - 250, bevorzugt n = 8 - 200, besonders bevorzugt n = 11 - 150 ist,
    R3 =
    -NH2, -NR5R6, -OR7NR8R9,
    wobei R5 und R6 unabhängig voneinander eine C1 bis C20 Alkyl-, Cycloalky-I oder Alkylaryl- oder Arylgruppe ist oder eine Hydroxyalkylgruppe ist, oder eine Acetoxyethyl- (CH3-CO-O-CH2-CH2-), Hydroxy-isopropyl- (HO-CH(CH3)-CH2-), Acetoxyisopropylgruppe (CH3-CO-O-CH(CH3)-CH2-), oder R5 und R6 zusammen einen Ring bilden, von dem der Stickstoff ein Teil ist, um einen Morpholin- oder Imidazolinring aufbauen,
    wobei R7 eine C2-C4 Alkylengruppe und R8 und R9 unabhängig voneinander eine C1 bis C20 Alkyl-, Cycloalky-, Alkylaryl- oder Arylgruppe oder eine Hydroxyalkylgruppe ist,
    dass
    a/b/c/d =
    (0.1 - 0.9) / (0.1 - 0.9) / (0 - 0.8) / (0 - 0.3),
    und a + b + c + d = 1 ist.
  4. Stabile wässrige Dispersion nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Hydroxyalkylgruppe eine Hydroxyethly-, Hydroxypropyl-, Hydroxybutylgruppe ist.
  5. Stabile wässrige Dispersion nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    a/b/c/d =
    (0.1 - 0.9) / (0.1 - 0.9) / (0 - 0.5) / (0 - 0.1), bevorzugt
    a/b/c/d =
    (0.1 - 0.9) / (0.1 - 0.9) / (0 - 0.3) / (0 - 0.06) ist.
  6. Stabile wässrige Dispersion nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus Graphit, Metall, Metall-Legierungen, Metallverbindung wie Metallsulfid, Metallnitrid, Metalloxide, und / oder einer organischen Verbindung sowie Kombinationen der vorgenannten Stoffe bestehen.
  7. Stabile wässrige Dispersion nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel mineralisch, insbesondere plättchenförmige Minerale wie Graphit, Tonmineralien, Kaolinen, Molybdändisulfid, Glimmer, Bornitrid, Mikrotalk, Hydrotalcit, Montmorillonit oder Mischungen davon sind.
  8. Stabile wässrige Dispersion nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel elektrisch leitfähig sind.
  9. Stabile wässrige Dispersion nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion eine Viskosität von 200 bis 900 mPas, insbesondere von 300 bis 600 mPas, aufweist.
  10. Verwendung der stabilen wässrigen Dispersion nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Schmiermittel, Trennmittel, Ueberzug und / oder in einer Sprühapplikation.
  11. Verfahren zur Herstellung einer stabilen wässrigen Dispersion nach den Ansprüchen 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass Wasser vorgelegt wird, dass eine wässrige Lösung des Polycarboxylates zugegeben wird, und dass die zu suspendierenden Partikel zugegeben werden.
  12. Verfahren zur Herstellung einer stabilen wässrigen Dispersion nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass nach der Zugabe der Partikel die so erhaltene Lösung in einer Rührwerkskugelmühle weiterverarbeitet wird.
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