EP4695465A1 - Bauteil für eine maschine zur herstellung und/oder behandlung einer faserstoffbahn, wie walzenbezug, schaberklinge, pressmantel oder transportband - Google Patents

Bauteil für eine maschine zur herstellung und/oder behandlung einer faserstoffbahn, wie walzenbezug, schaberklinge, pressmantel oder transportband

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Publication number
EP4695465A1
EP4695465A1 EP24717160.6A EP24717160A EP4695465A1 EP 4695465 A1 EP4695465 A1 EP 4695465A1 EP 24717160 A EP24717160 A EP 24717160A EP 4695465 A1 EP4695465 A1 EP 4695465A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
groups
group
polysiloxane
structural unit
polymer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24717160.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank WIESBROCK
Hubert Bischof
Friedrich KNOLL
Martin HEINIG
Franz Grohmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP4695465A1 publication Critical patent/EP4695465A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F3/00—Press section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F3/02—Wet presses
    • D21F3/0209—Wet presses with extended press nip
    • D21F3/0218—Shoe presses
    • D21F3/0227—Belts or sleeves therefor
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F7/00—Other details of machines for making continuous webs of paper
    • D21F7/08—Felts
    • D21F7/086—Substantially impermeable for transferring fibrous webs
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0233—Soft rolls
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G3/00—Doctors
    • D21G3/005—Doctor knifes

Definitions

  • Component for a machine for producing and/or treating a fibrous web such as a roll cover, doctor blade, press cover or conveyor belt
  • the present invention relates to a component for a machine for producing and/or treating a fibrous web, in particular for a paper, cardboard or tissue machine, wherein the component is a roll cover for a roll, a doctor blade, a press cover for a press roll or a conveyor belt. Furthermore, the present invention relates to a roll, a press roll, in particular a shoe roll of a shoe press, or a conveyor belt which comprises such a component. Furthermore, the present invention relates to a machine for producing and/or treating a fibrous web, in particular a paper, cardboard or tissue machine, which comprises an aforementioned roll, doctor blade, press roll or an aforementioned conveyor belt. Finally, the present invention relates to a method for producing an aforementioned component.
  • Rollers, doctor blades, press rollers and conveyor belts are important components of machines for producing and/or treating a fibrous web, such as in particular paper, cardboard and tissue machines.
  • rollers and in particular rollers with an elastic surface are used in a large number of process steps in paper production. The latter are used, for example, in sheet formation in the wire section of the paper machine, in dewatering in the press section of the paper machine and in coating, drying and smoothing in the end section of the paper machine.
  • the radially outermost surface of such a roller is in almost constant contact with the paper web in some positions in the paper machine.
  • Such rollers are therefore exposed to high mechanical loads during operation of the paper machine.
  • rollers Apart from that, they must have a low susceptibility to cracking, high impact resistance, have good tear resistance, high tear propagation resistance, high compressive strength and sufficiently high hardness. At the same time, the rollers must be sufficiently abrasion-resistant and wear-resistant in order to have the longest possible service life.
  • rollers In order to give the surfaces of rollers the application properties required for their use, rollers are usually provided with a roller cover on their surface arranged on a roller core, the material of which is formulated with regard to the required application properties.
  • Press rolls are used in a variety of presses and, for example, in the form of shoe rolls in shoe presses, which in turn are used in particular for dewatering fibrous webs, such as paper webs.
  • Such shoe presses are made up of a shoe roll and a counter roll with a press gap formed between them.
  • Shoe rolls consist of a stationary, i.e. non-rotating, press element, namely the shoe, and a flexible press sleeve that runs around the shoe.
  • the shoe is usually supported by a yoke that carries it and is pressed onto the press sleeve that runs around it by hydraulic press elements.
  • An oil film is usually built up between the shoe and the press sleeve for lubrication.
  • a comparatively long press gap results, which is around 20 times longer than that of conventional presses consisting of two rotating rolls.
  • a fibrous web is guided through the press nip together with one or two press felts, whereby the liquid which escapes from the fibrous web due to the pressure exerted on the fibrous web in the press nip and which contains dissolved and undissolved compounds such as fibers, fiber fragments, fillers and/or additives in addition to water is temporarily absorbed by the press felt and by depressions provided in the press jacket surface.
  • a shoe press of this type achieves significantly better dewatering of the fibrous web than a press consisting of two rotating rollers, so that the subsequent thermal drying can be correspondingly shorter. In this way, a particularly gentle dewatering of the fibrous web is achieved.
  • a press cover of such a shoe press must ideally meet a variety of requirements in order to achieve optimal results.
  • a press cover must be sufficiently flexible to be able to be guided around the shoe.
  • the press cover must be sufficiently rigid so that it is not deformed and deformed too much under the pressing load prevailing in the press nip.
  • a press cover must have high wear resistance, good abrasion resistance, high resistance to cracking, good resistance to crack growth and high resistance to chemicals, in particular water, oil, acids, bases and solvents.
  • a press cover must be characterized by very high hydrophobicity on the paper side.
  • conveyor belts are used which must meet at least some of the above requirements and must have a very high level of hydrophobicity, particularly on the paper side.
  • such conveyor belts are used in the press section of such machines to transport a fibrous web through the press nip and then to a transfer point where the fibrous web is transferred to the subsequent drying section.
  • Such conveyor belts generally comprise at least one of the paper side of the Polymer coating providing the belt, in which a load-bearing textile surface structure is embedded.
  • scraper blades are used in the paper and printing industry to clean the surfaces of rotating rollers, which are usually covered with a roller cover.
  • scraper blades are used to remove the liquid film on the roller covers, to clean the roller surfaces of contaminants such as paper fibers or coating residues, and to condition the roller surfaces.
  • the scraper blades prevent the paper web from wrapping around the roller in the event of a web break and thereby damaging the paper machine.
  • the scraper blade rests with a certain pressure on the outer surface of the respective roller or roller cover.
  • scraper blades are also used in a corresponding manner to clean and condition rotating belts, belts, screens and felts.
  • roll covers for a roll, doctor blades, press covers for a press roll or conveyor belts comprise one or more layers comprising or consisting of a cross-linked polyurethane, a cross-linked polyepoxide or epoxy resin, a cross-linked polyamide or a rubber.
  • Each of the layers can also consist of a matrix of one of the aforementioned cross-linked polymers in which a fiber fabric or fiber fabric is embedded.
  • the surface of a component that easily becomes dirty during operation is usually made hydrophobic and non-adhesive. This prevents the adhesion of dirt particles and conglomerates to the component surface during operation of the component, or at least ensures that any intermediate adhesion of dirt particles and conglomerates can be easily removed from the component surface, for example by a scraper blade.
  • the surface energy of such components is often reduced, often by the covalent incorporation of fluorinated and preferably perfluorinated groups into the polymer from which the component or at least the matrix of the component is made.
  • fluorinated and in particular perfluorinated polymers such as in particular per- or polyfluorinated alkyl substances
  • a ban on such substances is being discussed in some European countries and in the European Union. This is because these substances are hardly degraded in the natural environment and therefore, due to their extreme longevity, accumulate in the environment, particularly in water and soil. It is therefore desirable to avoid the use of such substances.
  • the object of the present invention is therefore to provide a component selected from a roller cover for a roller, a doctor blade, a press cover for a press roller and a conveyor belt for a machine for producing and/or treating a fibrous web, in particular for a paper, cardboard or tissue machine, wherein the component, without containing or having to contain fluorinated or perforated polymers, has a hydrophobic and non-adhesive surface with low surface energy, so that during operation of the component, adhesion of dirt particles and dirt conglomerates to the component surface is avoided or intermediate adhesion of dirt particles and Conglomerates of dirt can be easily removed from the component surface, for example by a scraper blade, whereby the component is nevertheless additionally characterized by high hydrolysis stability, high mechanical stability and high thermomechanical stability, in particular by excellent wear resistance, outstanding abrasion resistance, excellent cracking resistance, outstanding crack growth resistance, high resistance to chemicals and flexibility, rigidity and/or elasticity appropriate for its application.
  • this object is achieved by providing a component for a machine for producing and/or treating a fibrous web, in particular for a paper, cardboard or tissue machine, wherein the component is a roll cover for a roll, a doctor blade, a press cover for a press roll or a conveyor belt and comprises at least one layer of a cross-linked polymer, wherein the cross-linked polymer has at least one structural unit selected from the group consisting of polyepoxides, polyurethanes, rubbers, in particular silicone-free rubbers and polyamides and at least one polysiloxane structural unit, wherein the at least one polysiloxane structural unit has the following general formula (I):
  • R 1 and R 2 are independently identical or different and are selected from hydrogen, C 1 -C 20 alkyl groups, C 2 -C 20 alkenyl groups, C 2 -C 20 alkynyl groups, C 3 -C 12 cycloalkyl groups and C 5 -C 12 aryl groups and n is an integer of at least 3, in particular at least 5.
  • such a component for a machine for producing and/or treating a fibrous web such as in particular for a paper, cardboard or tissue machine, namely a roll cover for a roll, a doctor blade, a press cover for a press roll or a conveyor belt, which consists of a cross-linked polymer or comprises at least one layer of a cross-linked polymer, wherein the cross-linked polymer is a polyepoxide, polyurethane, polyamide or rubber, in particular silicone-free rubber, modified with one or more polysiloxane structural units according to the above general formula (I), is not only characterized by high hydrolysis stability, high mechanical stability and high thermomechanical stability, such as in particular excellent wear resistance, excellent abrasion resistance, excellent crack formation resistance, excellent crack growth resistance, high resistance to chemicals and flexibility, rigidity and/or elasticity appropriate for its application, but such a component also has in particular a hydrophobic and non-adhesive surface with low surface energy
  • corresponding components with a surface energy of 40 mN/m or less, in particular 25 mN/m or less and even 15 mN/m or less can be produced without the component containing or having to contain fluorinated or perfluorinated polymers. Due to the cross-linking of the polymer, it is not soluble in water and organic solvents. In addition, by using the aforementioned polysiloxane-modified cross-linked polymer, corresponding components with high homogeneity of properties across the component cross-section can be obtained.
  • a cross-linked polymer which has at least one structural unit selected from the group consisting of polyepoxides, polyurethanes, rubbers, in particular silicone-free rubbers and polyamides, and at least one polysiloxane structural unit means in the sense of the present invention that the first-mentioned structural unit selected from the group consisting of polyepoxides, polyurethanes, rubbers, in particular silicone-free rubbers and polyamides is covalently bonded to the at least one polysiloxane structural unit.
  • At least one structural unit means that the crosslinked polymer contains one or more structural units selected from the group consisting of polyepoxides, polyurethanes, rubbers, in particular silicone-free rubbers and polyamides, and one or more polysiloxane structural units. If the crosslinked polymer contains two or more structural units selected from the group consisting of polyepoxides, polyurethanes, rubbers, in particular silicone-free rubbers and polyamides, these can each be the same or different from one another. Likewise, the polysiloxane structural units can be the same or different from one another if the crosslinked polymer contains two or more polysiloxane structural units according to the general formula (I).
  • roll covering or roll coating refers to both the coating of an uncoated roll and the Coating of a previously coated roller.
  • the roller cover can cover the roller completely or partially.
  • the component contains a cross-linked polymer which has at least one polysiloxane structural unit according to the general formula (I).
  • R 1 and R 2 are independently identical or different and are selected from hydrogen, linear or branched C1-C10-alkyl groups, linear or branched C2-C4-alkenyl groups and Cs-Cw-aryl groups.
  • R 1 and R 2 are independently identical or different and are selected from hydrogen, linear or branched Ci-C4 alkyl groups and Cs-Cs aryl groups, more preferably from linear Ci-C4 alkyl groups and very particularly preferably from methyl group and ethyl group. Most preferably, both of R 1 and R 2 are a methyl group.
  • Polyalkylsiloxanes, in particular short-chain polyalkylsiloxanes, such as polydimethylsiloxanes are advantageously not only non-toxic in the water phase, but are also characterized by the fact that they do not bioaccumulate. Furthermore, they are characterized by an extraordinarily low surface energy of approx. 10 mN/m.
  • n is an integer of at least 3, preferably of at least 5, particularly preferably of at least 10, very particularly preferably from 5 to 50 and most preferably from 5 to 15. This favors the achievement of a low surface energy.
  • the present invention is not particularly limited with respect to the position of the at least one polysiloxane structural unit in the crosslinked polymer.
  • the main chain of the crosslinked polymer may have at least one Polysiloxane structural unit according to the general formula (I).
  • both the main chain of the crosslinked polymer and at least one of the crosslinker bridges of the crosslinked polymer can contain at least one polysiloxane structural unit according to the general formula (I).
  • at least one of the crosslinker bridges of the crosslinked polymer contains at least one polysiloxane structural unit according to the general formula (I).
  • the crosslinked polymer contains not just one polysiloxane structural unit according to the general formula (I), but a plurality of polysiloxane structural units.
  • the plurality of polysiloxane structural units can be the same or different from one another, although in the latter case, preferably all of them fall under the general formula (I).
  • the molar proportion of the at least one polysiloxane structural unit according to the general formula (I) based on the crosslinked polymer is 1 to 50 mol%, particularly preferably 5 to 40 mol% and very particularly preferably 10 to 30 mol%.
  • the individual polysiloxane structural units according to the general formula (I) are preferably distributed uniformly in the crosslinker bridges of the crosslinked polymer or in the main chain of the crosslinked polymer or in both the main chain and the crosslinker bridges of the crosslinked polymer.
  • the crosslinked polymer consists at least almost entirely of structural units selected from the group consisting of polyepoxides, polyurethanes, rubbers, in particular silicone-free rubbers and polyamides, and of polysiloxane structural units according to the general Formula (I).
  • the sum of the molar proportions of all structural units selected from the group consisting of polyepoxides, polyurethanes, rubbers, in particular silicone-free rubbers and polyamides and polysiloxane structural units according to the general formula (I), based on the crosslinked polymer, is at least 70 mol%, particularly preferably at least 90 mol%, further preferably at least 95 mol% and very particularly preferably at least 99 mol%.
  • the crosslinked polymer consists of one or more structural units selected from the group consisting of polyepoxides, polyurethanes, rubbers, in particular silicone-free rubbers and polyamides, and one or more polysiloxane structural units according to the general formula (I), i.e. it contains no other structural units apart from the aforementioned structural units.
  • the crosslinked polymer or the component most preferably contains no fluorinated or perfluorinated polymers.
  • the cross-linked polymer of the component according to the present invention can contain any type of polyepoxide structural unit. Good results are obtained in particular when the cross-linked polymer contains at least one polyepoxide structural unit of the glycidylamine type or one polyepoxide structural unit of the glycidyl ether type.
  • suitable types of polyepoxide structural units of the glycidylamine type are those based on tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidyl-p-aminophenol and triglycidylaminocresol.
  • suitable types of polyepoxide structural units of the glycidyl ether type are those based on phenol, bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, phenol novolak, cresol novolak, resorcinol and alkanes.
  • polyepoxide structural units of the glycidyl ether type based on bisphenol A such as bisphenol A epichlorohydrin resin
  • polyepoxide structural units of the Glycidyl ether type based on alkanes such as, for example, 1,4-bis(2,3-epoxypropoxybutane), 1-(2,3-epoxypropoxy)-2,2-bis((2,3-epoxypropoxy)methyl)butane and/or 1-(2,3-epoxypropoxy)-2-((2,3-epoxypropoxy)methane
  • polyepoxide structural units of the glycidylamine type based on tetraglycidyldiaminodiphenylmethane optionally in a mixture with polyepoxide structural units of the glycidyl ether type based on alkanes, such as, for example, 1-(2,3-epoxypropoxy)-2,2-bis
  • the molar proportion of all polyepoxide structural units based on the cross-linked polymer is 50 to 99 mol%, particularly preferably 60 to 95 mol% and very particularly preferably 70 to 90 mol%.
  • the remainder to 100 mol% corresponds to the polysiloxane structural units, i.e. the cross-linked polymer consists of the polyepoxide structural units and the polysiloxane structural units.
  • the main chain of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polyepoxide structural units and the cross-linking bridges of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polysiloxane structural units according to the general formula (I).
  • the main chain of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polysiloxane structural units according to the general formula (I) and the cross-linking bridges of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polyepoxide structural units.
  • the main chain of the polymer can consist predominantly of polyepoxide structural units between which polysiloxane structural units according to the general formula (I) are covalently bonded, and the crosslinking bridges of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polysiloxane structural units according to the general formula (I).
  • a main chain or crosslinking bridges consisting predominantly of one type of structural unit means that more than 50 mol%, preferably more than 80 mol-% and particularly preferably more than 90 mol-% of the main chain or crosslinking bridges consist of this type of structural units.
  • the crosslinked polymer of the component according to the present invention can contain any type of rubber structural units, wherein at least one type of these structural rubber units can be silicone-free. Good results are obtained in particular when the crosslinked polymer contains at least one - in particular silicone-free - rubber structural unit, wherein the rubber is preferably selected from the group consisting of natural rubbers, synthetic polyisoprenes, epoxidized polyisoprenes, butadiene rubbers, chloroprene rubbers, acrylonitrile-butadiene rubbers, ethylene-propylene-diene rubbers and any combinations of two or more of the aforementioned rubbers. Polyepoxide structural units based on epoxidized polyisoprenes, such as in particular epoxidized natural rubber, are particularly preferred.
  • the molar proportion of all rubber structural units based on the crosslinked polymer is preferably 50 to 99 mol%, particularly preferably 60 to 95 mol% and very particularly preferably 70 to 90 mol%.
  • the remainder to 100 mol% preferably corresponds to the polysiloxane structural units, i.e. the crosslinked polymer consists of - preferably silicone-free - rubber structural units and the polysiloxane structural units.
  • the main chain of the polymer can consist entirely or at least predominantly of rubber structural units and the crosslinker bridges of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polysiloxane structural units according to the general formula (I).
  • the main chain of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polysiloxane structural units according to the general formula (I) and the crosslinker bridges of the polymer can consist entirely or at least predominantly of rubber structural units
  • the main chain of the polymer can consist predominantly of rubber structural units between which polysiloxane structural units according to the general formula (I) are covalently bonded
  • the crosslinking bridges of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polysiloxane structural units according to the general formula (I).
  • a main chain or crosslinking bridges consisting predominantly of one type of structural unit means that more than 50 mol%, preferably more than 80 mol% and particularly preferably more than 90 mol% of the main chain or crosslinking bridges consist of this type of structural unit.
  • the crosslinked polymer contains at least one polyamide structural unit, which is preferably a polyamide structural unit according to the following general formula (II):
  • R 3 is a Ci-C2o-alkylene group, C2-C2o-alkenylene group, C2-C2o-alkynylene group, C3-Ci2-cycloalkylene group or Cs-Ci2-arylene group,
  • R 4 is hydrogen or a Ci-C2o-alkyl group, C2-C2o-alkenyl group, C2-C20-alkynyl group, C3-Ci2-cycloalkyl group or Cs-Ci2-aryl group,
  • R 5 is a bond or a Ci-C2o-alkylene group, C2-C2o-alkenylene group, C2-C20-alkynylene group, C3-Ci2-cycloalkylene group or Cs-Ci2-arylene group and m is an integer of at least 5.
  • an alkylene group is understood to be a CnH2n hydrocarbon group, i.e. a hydrocarbon group with two terminal radicals.
  • R 3 is particularly preferably a C 1 -C 4 alkylene group, C 2 -C 10 alkenylene group or C 8 -C 8 arylene group,
  • R 4 is hydrogen or a C 1 -C 10 alkyl group, C 2 -C 10 alkenyl group or C 8 -C 8 aryl group and
  • R 5 is a bond or a C 1 -C 10 alkylene group, C 2 -C 10 alkenylene group or C 8 -C 8 arylene group.
  • R 3 is very particularly preferably a C 1 -C 4 alkylene group or a C 8 -C 8 arylene group
  • R 4 is hydrogen, a C 1 -C 4 alkyl group or a C 8 -C 8 aryl group
  • R 5 is a bond or a C 1 -C 4 alkylene group.
  • m is an integer of at least 10, particularly preferably of at least 50 and very particularly preferably of at least 100.
  • the molar proportion of all polyamide structural units based on the cross-linked polymer is 50 to 99 mol%, particularly preferably 60 to 95 mol% and very particularly preferably 70 to 90 mol%.
  • the remainder to 100 mol% corresponds to the polysiloxane structural units, i.e. the cross-linked polymer consists of the polyamide structural units and the polysiloxane structural units.
  • the main chain of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polyamide structural units and the cross-linking bridges of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polysiloxane structural units according to the general formula (I).
  • the main chain of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polysiloxane structural units according to the general formula (I) and the cross-linking bridges of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polyamide structural units.
  • the main chain of the polymer can consist predominantly of polyamide structural units between which polysiloxane structural units according to the general formula (I) are covalently bonded, and the crosslinking bridges of the polymer can be completely or at least predominantly consist of polysiloxane structural units according to the general formula (I).
  • a main chain or crosslinker bridges consisting predominantly of one type of structural unit means that more than 50 mol%, preferably more than 80 mol% and particularly preferably more than 90 mol% of the main chain or crosslinker bridges consist of this type of structural unit.
  • the crosslinked polymer contains at least one polyurethane structural unit, which is preferably a polyurethane structural unit according to the following general formula (III):
  • R 6 and R 8 are independently identical or different and are selected from Ci-C2o-alkylene groups, C2-C2o-alkenylene groups, C2-C20-alkynylene groups, C3-Ci2-cycloalkylene groups and Cs-Ci2-arylene groups
  • R 7 and R 9 are independently identical or different and are selected from hydrogen, Ci-C2o-alkyl groups, C2-C2o-alkenyl groups, C2-C20-alkynyl groups, C3-Ci2-cycloalkyl groups and Cs-Ci2-aryl groups
  • R 10 is a bond or a Ci-C2o-alkylene group, C2-C2o-alkenylene group, C2-C2o-alkynylene group, C3-Ci2-cycloalkylene group or Cs-Ci2-arylene group and o is an integer of at least 5.
  • R 6 and R 8 are independently identical or different and selected from a Ci-Cw-alkylene group, a C2-C10-alkenylene group or a Cs-Cs-arylene group
  • R 7 and R 9 are independently identical or different and selected from hydrogen, a C1-Cw-alkyl group, a C2-C -alkenyl group or a Cs-Cs-aryl group and R 10 is a bond, a Ci-Cio-alkylene group, a C2-C -alkenylene group or a Cs-Cs-arylene group.
  • R 6 and R 8 are most preferably independently of one another identical or different and selected from a C1-C4-alkylene group or a Cs-Cs-arylene group
  • R 7 and R 9 are most preferably independently of one another identical or different and selected from hydrogen, a C1-C4-alkyl group or a Cs-Cs-aryl group
  • R 10 is a bond or a C1-C4-alkylene group.
  • o is an integer of at least 10, more preferably of at least 50 and most preferably of at least 100.
  • the molar proportion of all polyurethane structural units based on the crosslinked polymer is preferably 50 to 99 mol%, particularly preferably 60 to 95 mol% and very particularly preferably 70 to 90 mol%.
  • the remainder to 100 mol% preferably corresponds to the polysiloxane structural units, ie the crosslinked polymer consists of the polyurethane structural units and the polysiloxane structural units.
  • the main chain of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polyurethane structural units and the crosslinker bridges of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polysiloxane structural units according to the general formula (I).
  • the main chain of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polysiloxane structural units according to the general formula (I) and the crosslinker bridges of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polyurethane structural units.
  • the main chain of the polymer can consist predominantly of polyurethane structural units between which polysiloxane structural units according to the general formula (I) are covalently bonded
  • the crosslinking bridges of the polymer can consist entirely or at least predominantly of polysiloxane structural units according to the general formula (I).
  • a main chain or crosslinking bridges consisting predominantly of one type of structural unit means that more than 50 mol%, preferably more than 80 mol% and particularly preferably more than 90 mol% of the main chain or crosslinking bridges consist of this type of structural units.
  • the polymer is cross-linked or insoluble in water and organic solvents.
  • the crosslinked polymer - for example with polyepoxide structural units - has a glass transition temperature of 60 to 240°C, particularly preferably from 90 to 200°C and very particularly preferably from 120 to 190°C.
  • Such materials can be used, for example, for components that are located in the drying section of a paper machine and are exposed to correspondingly high temperatures there.
  • the crosslinked polymer - for example with polyamide structural units - has a glass transition temperature of 45 to 90°C, preferably 60 to 75°C.
  • the crosslinked polymer with polyurethane and/or rubber structural units of which at least one type may be silicone-free, has a glass transition temperature of less than 0 °C, preferably less than -20 °C, and most preferably less than -40 °C.
  • the cross-linked polymer or the component, directly after cutting has a surface energy of a maximum of 40 mN/m, preferably a maximum of 35 mN/m, particularly preferably a maximum of 30 mN/m, more preferably a maximum of 25 mN/m, even more preferably a maximum of 20 mN/m and most preferably a maximum of 15 mN/m.
  • the free surface energy is determined according to of the present invention according to the Owens-Wendt-Rabel-Kaelble method described in the standard DIN EN ISO 19403-2:2020-04, using results of a contact angle measurement on the surface of the coating or component - freshly ground to a specified roughness - with the respective test liquids water and diiodomethane.
  • the component consists of a layer which consists of one or more of the cross-linked polymers described above.
  • the component can consist of two or more layers, of which at least one or all consist of one or more of the cross-linked polymers described above.
  • the component consists of a layer which contains a matrix of one or more of the cross-linked polymers described above, in which one type or several types of fillers and/or fibers of the same or different materials are embedded.
  • the fibers can be in the form of fleece, scrim or fabric, for example, or as fibers with lengths of 0.05 mm to 50 mm.
  • the component consists of two or more layers, of which at least one matrix contains one or more of the cross-linked polymers described above, in which one or more fillers and/or one or more fibers are embedded.
  • the other layers may also contain a matrix of one or more of the crosslinked polymers described above with filler(s) and/or fiber(s) embedded therein, consist of one or more of the crosslinked polymers described above, or be composed of other polymers.
  • suitable fillers are spherical inorganic particles, plate- or platelet-shaped inorganic particles, inorganic particles with complex geometries as well as organic/inorganic hybrid materials (for example surface-coated inorganic particles of any geometry), and mixtures of two or more of the aforementioned fillers.
  • suitable fibre materials are glass fibres, polyamide fibres, carbon fibres, viscose fibres, flax fibres, hemp fibres and polyester fibres, and mixtures of two or more of the aforementioned materials.
  • a further subject matter of the present invention is a roller, a press roller, in particular a shoe roller of a shoe press, or a conveyor belt, which comprises a component described above.
  • the present invention relates to a machine for producing and/or treating a fibrous web, in particular a paper, cardboard or tissue machine, which comprises a previously described roller, a previously described doctor blade, a previously described press roller or a previously described conveyor belt.
  • a further subject matter of the present invention is a method for producing a previously described component, which comprises producing the component in the form of a roll cover for a roll, a doctor blade, a press cover for a press roll or a conveyor belt from at least one layer of a cross-linked polymer, wherein the cross-linked polymer is produced by reacting i) one or more polymers selected from the group consisting of polyepoxides, polyurethanes, rubbers, in particular silicone-free rubbers, polyamides, polyepoxides having at least one functional group, polyurethanes having at least one functional group, rubbers having at least one functional group, in particular silicone-free rubbers and polyamides having at least one functional group with ii) at least one polysiloxane compound comprising at least one structural unit according to the general formula (I) and at least one functional group: -(SiR 1 R 2 O-)n- (I), wherein:
  • R 1 and R 2 are independently identical or different and are selected from hydrogen, C 1 -C 20 alkyl groups, C 2 -C 20 alkenyl groups, C 2 -C 20 alkynyl groups, C 3 -C 12 cycloalkyl groups and C 5 -C 12 aryl groups, and n is an integer of at least 3, in particular at least 5, wherein the at least one functional group of the at least one polysiloxane compound ii) is selected such that it reacts with the one or more polymers selected from the group consisting of polyepoxides, polyurethanes, rubbers, in particular silicone-free rubbers, polyamides, polyepoxides having at least one functional group, polyurethanes having at least one functional group, rubbers having at least one functional group and polyamides having at least one functional group.
  • This process can advantageously be carried out as a one-step process.
  • the process allows the polysiloxane units to be incorporated either into the main chain of the polymer and/or into the crosslinker bridges. Curing can be initiated thermally or photochemically.
  • the at least one polysiloxane compound ii) has at least one functional group selected from the group consisting of amine groups, epoxy groups, anhydride groups, hydroxy groups, alkenyl groups, silyl groups with the Si-H structural motif and any combination of two or more of the aforementioned groups.
  • the at least one polysiloxane compound ii) can be low molecular weight or high molecular weight and linear, branched, in particular dendritically branched, or cyclic.
  • the one or more functional groups in the case of a linear polysiloxane compound ii) can be terminal on one side only, terminal on both sides only, lateral only or both terminal and lateral
  • the one or more functional groups in the case of a dendritically branched polysiloxane compound ii) can be terminal on one side only, terminal on multiple sides only, terminal on all sides only, lateral only or both terminal and lateral.
  • the one or more functional groups can only be lateral, since there are no end groups.
  • a linear polysiloxane according to the following general formula (IV) is used in the process as at least one polysiloxane compound ii):
  • R 11 , R 12 , R 13 and R 14 are independently the same or different and are selected from functional groups, hydrogen, Ci-C2o-alkyl groups, C2-C2o-alkenyl groups, C2-C2o-alkynyl groups, C3-Ci2-cycloalkyl groups and C5-C12-aryl groups, and m is an integer from 3 to 20 and preferably from 5 to 15, wherein the number of radicals R 11 , R 12 , R 13 and R 14 which contain a functional group, based on the total number of radicals R 11 , R 12 , R 13 and R 14, is preferably 5 to 95% and preferably 10 to 30%.
  • Suitable functional group(s) are in particular amine groups, such as primary or secondary C1-4-alkylamine groups, primary or secondary C2-4-alkenylamine groups, primary or secondary C2-4-alkynylamine groups, C3-4-cycloalkylamine groups and C5-4-arylamine groups, or epoxy groups, such as C2-4-alkylglycidyl ether groups, C4-4-alkenylglycidyl ether groups, C4-4-alkynylglycidyl ether groups, C5-4-cycloalkylglycidyl ether groups and C7-4-arylglycidyl ether groups, or hydroxy groups, such as C1-4-hydroxyalkyl groups, C5-4-hydroxyalkenyl groups, C5-4-hydroxyalkynyl groups, C3-4-hydroxycycloalkyl groups and C5-4-hydroxyaryl groups, or alkenyl groups, such as C1-4-alkylglycidyl ether groups, C4-4-al
  • a linear polysiloxane according to the following general formula (V) is used in the process as at least one polysiloxane compound ii):
  • R 11 , R 12 , R 13 and R 14 are independently the same or different and are selected from functional groups, hydrogen, C 1 -C 20 alkyl groups, C 2 -C 20 alkenyl groups, C 2 -C 20 alkynyl groups, C 3 -C 12 cycloalkyl groups and C 5 -C 12 aryl groups, and n2 is an integer from 3 to 500 and preferably from 20 to 150, wherein the number of radicals R 11 , R 12 , R 13 and R 14 which are a functional group, based on the total number of radicals R 11 , R 12 , R 13 and R 14 , is preferably 5 to 95% and preferably 10 to 30%.
  • the functional group(s) mentioned above can again be considered as functional group(s).
  • a dendritically branched polysiloxane containing structural units according to the following general formula (VI) is used in the process as at least one polysiloxane compound ii):
  • R 12 and R 13 are independently identical or different and are selected from functional groups, hydrogen, C 1 -C 20 alkyl groups, C 2 -C 20 alkenyl groups, C 2 -C 20 alkynyl groups, C 3 -C 12 cycloalkyl groups and C 5 -C 12 aryl groups, and ns is an integer from 1 to 20 and preferably from 3 to 8, wherein the number of R 12 and R 13 radicals which are a functional group, based on the total number of R 12 and R 13 radicals, is preferably 5 to 95% and preferably 10 to 30%.
  • the functional group(s) mentioned above are again suitable as functional group(s).
  • a cyclic polysiloxane according to the following general formula (VII) is used in the process as at least one polysiloxane compound ii): wherein: R 12 and R 13 are independently identical or different and are selected from functional groups, hydrogen, C 1 -C 20 alkyl groups, C 2 -C 20 alkenyl groups, C 2 -C 20 alkynyl groups, C 3 -C 12 cycloalkyl groups and C 5 -C 12 aryl groups, and n4 is an integer from 3 to 8 and preferably from 3 to 6, wherein the number of R 12 and R 13 radicals which are a functional group, based on the total number of R 12 and R 13 radicals, is preferably 5 to 95% and preferably 10 to 30%.
  • the functional group(s) mentioned above are again suitable as functional group(s).
  • Polysiloxane types 1 to 5 are low molecular weight polysiloxanes with a weight average molecular weight of 250 to 4000 g/mol
  • polysiloxane types 6 to 10 are high molecular weight polysiloxanes with a weight average molecular weight of 3000 to 250000 g/mol
  • polysiloxane types 11 to 15 are dendritically branched polysiloxanes with a weight average molecular weight of 400 to 5000 g/mol
  • polysiloxane type 16 is a cyclic polysiloxane with a weight average molecular weight of 250 to 1500 g/mol.
  • the functional group(s) is/are either arranged at one end only, as in polymer types 1, 6 and 11, arranged at multiple ends, as in polymer types 2, 7 and 12, arranged only laterally, as in polymer types 3, 8, 13 and 16, or arranged both end- and side-positionally, as in polymer types 4, 5, 9, 10, 14 and 15.
  • a compound to the reaction that improves the miscibility of the polymer i) and the polysiloxane compound ii) and/or to mix the reaction mixture before and/or during the reaction, for example by rotation and/or vibration. This is advantageous because in this way a component with homogeneous properties across its cross-section is obtained even if the polymers i) and polysiloxane compounds ii) used are poorly miscible with one another.
  • Suitable examples of the compounds which improve the miscibility of polymer i) and polysiloxane compound ii) are in particular alkylsiloxanes, oligoalkylsiloxanes and polyalkylsiloxanes with a high proportion of polar/functional groups (amino, hydroxy, etc.) such as 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) or copolymers of aminopropylmethylsiloxane and dimethylsiloxane, surface-modified inorganic particles such as silica particles with a high proportion of Si-OH groups, and copolymers of, for example, polyepoxide, polyurethane, polyamide or rubber on the one hand and polyalkylsiloxanes on the other hand; these copolymers can be present as statistical copolymers, block copolymers, gradient copolymers or graft copolymers.
  • polar/functional groups amino, hydroxy, etc.
  • APTES 3-
  • Suitable examples of the amine crosslinker iii) which does not contain siloxane groups are diamine compounds comprising alkyl group(s) and/or aryl groups, such as those selected from the group consisting of 4,4'-methylene-bis-(2,6-diethyl-3-chloroaniline), 4,4'-methylene-bis-(2-chloroaniline), 4,4'-methylene-bis-(2-ethylbenzylamine), 4,4'-methylene-bis-(2,6-diethylaniline), 4,4'-methylene-bis-(cyclohexylamine), diethylmethylbenzenediamine, 4,4'-diaminodicyclohexylmethane, 4,4'-diamino-3,3'-dimethyldicyclohexylmethane, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,5-dimethylthio-tolyldiamine, 3,5-dimethyltolyl-2
  • the present invention relates to a component that is obtainable by the method described above.
  • polymer i) was used:
  • EH1 A mixture of bisphenol A epichlorohydrin resins and 1,4-bis(2,3-epoxypropoxybutane).
  • EH2 A mixture of 4,4'-methylenebis[N,N-bis(2,3-epoxypropyl)aniline] and the reaction mass of 1-(2,3-epoxypropoxy)-2,2-bis((2,3-epoxypropoxy)methyl)butane and 1-(2,3-epoxypropoxy)-2-((2,3-epoxypropoxy)methane.
  • SA1 A low molecular weight aminopropyl functionalized polydimethylsiloxane compound of type 2 shown in Figure 1. This compound is aminopropyl functionalized at both chain ends so that there are two primary amino groups per polymer chain, so that each molecule can react 4 times in total.
  • SA2 A high molecular weight aminopropyl-functionalized polydimethylsiloxane compound of type 7 shown in Figure 1. This compound is aminopropyl-functionalized at both chain ends so that there are two primary amino groups per polymer chain, so that each molecule can react 4 times in total.
  • SA3 A low molecular weight aminopropyl-functionalized polydimethylsiloxane compound of type 3 shown in Figure 1. This compound is aminopropyl-functionalized at a few positions. There is one primary and one secondary amino group per functional side chain, so that each functionalized side chain can react 3-fold.
  • SA4 A high molecular weight aminopropyl-functionalized polydimethylsiloxane compound of type 8 shown in Figure 1. This compound is aminopropyl-functionalized at many positions. There is one primary amino group per functional side chain, so that each functionalized side chain can react twice.
  • A1 Diethylmethylbenzenediamine.
  • a reaction mixture was prepared containing EH1 as polymer i) and A1 as hardener, the mixture of polymer i) and hardener being mixed together in such a way that the epoxy and amine NH equivalent weights corresponded to one another.
  • solid test specimens were obtained which had a glass transition point of approx. 150 °C (DSC, 2nd run) and a surface energy of 45 mN/m (contact angle measurements on a freshly ground and non-tempered surface with water and diiodomethane, calculated according to Owens-Wendt-Rabel-Kaelble).
  • reaction mixtures were provided, each containing EH1 as polymer i).
  • a first reaction mixture contained A1 +SA1 +SA4 as polysiloxane-containing hardener mixture
  • a second reaction mixture contained A1 +SA2+SA4 as polysiloxane-containing hardener mixture
  • a third reaction mixture contained the polysiloxane-containing hardener mixture A1 + SA3 + SA4.
  • the mixtures of polymer i) and polysiloxane-containing hardener mixture ii) were each mixed with one another in such a way that the epoxy and amine NH equivalent weights corresponded to one another.
  • a reaction mixture was prepared containing polymer i) EH1 and a mixture of A1 and the polysiloxane compound SA4 as hardener, the components of the reaction mixture being mixed together in such a way that the epoxy and amine NH equivalent weights corresponded to one another. 80 to 85% of the NH groups were provided by the hardener A1 and the remaining 15 to 20% of the NH groups were provided by the polysiloxane compound SA4. Hardening at 120 °C gave solid test specimens which had a glass transition point of approx.
  • a reaction mixture was prepared containing as polymer i) EH1 and as hardener a mixture of A1 and the polysiloxane compounds ii) SA1 and SA4, the components of the reaction mixture being mixed together such that the epoxy and amine NH equivalent weights corresponded to one another. 80% of the NH groups were provided by the hardener A1 and the remaining 20% of the NH groups were provided in total by the polysiloxane compounds SA1 and SA4 (these two in variable proportions).
  • solid test specimens were obtained which had a glass transition point of approx. 110 to 120 °C (DSC, 2nd run) and a surface energy in the range of approx. 20 to 25 mN/m (contact angle measurement on a freshly ground and non-annealed surface with water and diiodomethane, calculated according to Owens-Wendt-Rabel-Kaelble).
  • a reaction mixture was prepared containing as polymer i) EH1 and as hardener ii) a mixture of A1 and the polysiloxane compounds SA2 and SA4, whereby the components of the reaction mixture were mixed together so that the epoxy and amine NH equivalent weights corresponded to each other. 80% of the NH groups were provided by the hardener A1 and the remaining 20% of the NH groups were provided in total by the polysiloxane compounds SA2 and SA4 (these two in variable proportions). Solid test specimens were obtained by curing at 120 °C. which had a glass transition point of 125 to 130 °C (DSC, 2nd run) and a surface energy in the range of approx. 19 to 21 mN/m (contact angle measurement on a freshly ground and non-annealed surface with water and diiodomethane, calculated according to Owens-Wendt-Rabel-Kaelble).
  • a reaction mixture was prepared containing as polymer i) EH1 and as hardener a mixture of A1 and the polysiloxane compounds SA4 and SA4, the components of the reaction mixture being mixed together such that the epoxy and amine NH equivalent weights corresponded to one another. 80% of the NH groups were provided by the hardener A1 and the remaining 20% of the NH groups were provided in total by the hardener SA3 and the polysiloxane compound SA4 (these two in variable proportions).
  • solid test specimens were obtained which had a glass transition point of 120 to 130 °C (DSC, 2nd run) and a surface energy in the range of approx. 25 to 32 mN/m (contact angle measurement on a freshly ground and non-annealed surface with water and diiodomethane, calculated according to Owens-Wendt-Rabel-Kaelble).
  • a reaction mixture was provided containing as polymers i) EH1 and EH2 and as hardener a mixture of A1 and SA4, wherein the components the reaction mixture were mixed together so that the epoxy and amine NH equivalent weights corresponded to one another. 80 to 85% of the NH groups were provided by the hardener A1 and the remaining 15 to 20% of the NH groups were provided by the polysiloxane compound SA4. Hardening at 120 °C gave solid test specimens that had a glass transition point of 150 to 170 °C (DSC, 2nd run) and a surface energy in the range of approx. 35 to 38 mN/m (contact angle measurement on a freshly ground and non-tempered surface with water and diiodomethane, calculated according to Owens-Wendt-Rabel-Kaelble).
  • a reaction mixture was prepared containing as polymers i) EH1 and EH2 and as hardener a mixture of A1 and the polysiloxane compounds SA1 and SA4, the components of the reaction mixture being mixed together such that the epoxy and amine NH equivalent weights corresponded to one another. 80% of the NH groups were provided by the hardener A1 and the remaining 20% of the NH groups were provided in total by the polysiloxane compounds SA2 and SA4 (these two in variable proportions). By curing at 120 °C, solid test specimens were obtained which had a glass transition point of 128 to 135 °C (DSC, 2nd run) and a surface energy in the range of approx. 31 to 35 mN/m (contact angle measurement on a freshly ground and non-annealed surface with water and diiodomethane, calculated according to Owens-Wendt-Rabel-Kaelble).
  • a reaction mixture was prepared containing as polymers i) EH1 and EH2 and as hardener a mixture of A1 and the polysiloxane compounds SA2 and SA4, the components of the reaction mixture being mixed together such that the epoxy and amine NH equivalent weights corresponded to one another. 85% of the NH groups were provided by the hardener A1 and the remaining 15% of the NH groups were provided in total by the polysiloxane compounds SA3 and SA4 (these two in variable proportions).
  • solid test specimens were obtained which had a glass transition point of 130 to 145 °C (DSC, 2nd run) and a surface energy in the range of approx. 37 to 40 mN/m (contact angle measurement on a freshly ground and non-annealed surface with water and diiodomethane, calculated according to Owens-Wendt-Rabel-Kaelble).
  • a reaction mixture was prepared containing polymers i) EH1 and EH2 and a mixture of A1 and the polysiloxane compounds SA3 and SA4 as hardener, the components of the reaction mixture being mixed together in such a way that the epoxy and amine NH equivalent weights corresponded to one another. 85% of the NH groups were provided by the hardener A1 and the remaining 15% of the NH groups were provided in total by the polysiloxane compounds SA3 and SA4 (these two in variable proportions).

Landscapes

  • Silicon Polymers (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, wobei das Bauteil mindestens eine Schicht aus einem vernetzten nicht-silikonhaltigem Polymer umfasst, welches als Polymermatrix fungiert, und in der mindestens eine Polysiloxan-Struktureinheit ii) kovalent an die Polymermatrix gebunden ist, Die mindestens eine Polysiloxan- Struktureinheit ii) weist die folgende allgemeine Formel (I) auf: -(SiR1R2O-)n, worin: R1 und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus Wasserstoff, C1-C20-Alkylgruppen, C2-C20- Alkenylgruppen, C2-C20-Alkinylgruppen, C3-C12-Cycloalkylgruppen und C5- C12-Arylgruppen und R1 oder R2 mindestens eine funktionelle Struktureinheit aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Amingruppen, Epoxidgruppen, Anhydridgruppen, Hydroxygruppen, Alkenylgruppen, Silylgruppen mit dem Si-H-Strukturmotiv und beliebigen Kombinationen von zwei oder mehr der vorgenannten Gruppen besteht, wobei diese funktionellen Gruppen vorzugsweise reagieren können mit der Polymermatrix oder den Monomeren aus denen die Polymermatrix aufgebaut wird und n eine ganze Zahl von mindestens 3 ist. Das vernetzte Polymer weist eine Oberflächenenergie von maximal 40 mN/m auf.

Description

Bauteil für eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, wie Walzenbezug, Schaberklinge, Pressmantel oder Transportband
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, insbesondere für eine Papier-, Kartonoder Tissuemaschine, wobei das Bauteil ein Walzenbezug für eine Walze, eine Schaberklinge, ein Pressmantel für eine Presswalze oder ein Transportband ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Walze, eine Presswalze, insbesondere Schuhwalze einer Schuhpresse, oder ein Transportband, welche(s) ein solches Bauteil umfasst. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, welche eine zuvor genannte Walze, Schaberklinge, Presswalze oder ein zuvor genanntes Transportband umfasst. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines zuvor genannten Bauteils.
Walzen, Schaberklingen, Presswalzen und Transportbänder sind wichtige Bauteile von Maschinen zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, wie insbesondere von Papier-, Karton- und Tissuemaschinen. Beispielsweise werden bei der Papierherstellung bei einer Vielzahl von Verfahrensschritten Walzen und insbesondere Walzen mit einer elastischen Oberfläche eingesetzt. Letztere kommen beispielsweise bei der Blattbildung in der Siebpartie der Papiermaschine, bei dem Entwässern in der Presspartie der Papiermaschine und bei dem Streichen, Trocknen sowie Glätten in der Endpartie der Papiermaschine zum Einsatz. In einem solchen Fall befindet sich die radial äußerste Oberfläche einer solchen Walze in manchen Positionen in der Papiermaschine in nahezu ständigem Kontakt mit der Papierbahn. Derartige Walzen sind daher im Betrieb der Papiermaschine hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Abgesehen davon müssen diese eine niedrige Rissanfälligkeit, eine hohe Schlagfestigkeit, eine gute Reißfestigkeit, eine hohe Weiterreißfestigkeit, eine hohe Druckfestigkeit und eine ausreichend hohe Härte aufweisen. Gleichzeitig müssen die Walzen ausreichend abrasionsbeständig und verschleißfest sein, um eine möglichst lange Lebensdauer aufzuweisen. Um den Oberflächen von Walzen die für ihre Verwendung erforderlichen anwendungstechnischen Eigenschaften zu verleihen, werden Walzen an ihrer Oberfläche üblicherweise mit einem auf einem Walzenkern angeordneten Walzenbezug versehen, dessen Material im Hinblick auf die erforderlichen anwendungstechnischen Eigenschaften formuliert wird.
Presswalzen werden in einer Vielzahl von Pressen und beispielsweise in der Form von Schuhwalzen in Schuhpressen eingesetzt, welche wiederum insbesondere zur Entwässerung von Faserstoffbahnen, wie Papierbahnen, verwendet werden. Derartige Schuhpressen sind aus einer Schuhwalze und einer Gegenwalze mit einem dazwischen ausgebildeten Pressspalt aufgebaut. Dabei bestehen Schuhwalzen aus einem stationären, d. h. nicht rotierenden, Presselement, nämlich dem Schuh, und aus einem den Schuh umlaufenden flexiblen Pressmantel. Üblicherweise wird der Schuh durch ein diesen tragenden Joch abgestützt und über hydraulische Presselemente an den diesen um laufenden Pressmantel angepresst. Dabei wird in der Regel zwischen dem Schuh und dem Pressmantel zur Schmierung ein Ölfilm aufgebaut. Aufgrund der konkaven Ausgestaltung des Schuhs an seiner der Gegenwalze gegenüberliegenden Seite ergibt sich ein vergleichsweise langer Pressspalt, welcher etwa 20-mal länger ist als der von herkömmlichen, aus zwei umlaufenden Walzen bestehenden Pressen. Bei dem Betrieb der Schuhpresse wird eine Faserstoffbahn zusammen mit einem oder zwei Pressfilz(en) durch den Pressspalt geführt, wobei die aufgrund des in dem Pressspalt auf die Faserstoffbahn ausgeübten Drucks aus der Faserstoffbahn austretende Flüssigkeit, welche neben Wasser gelöste und ungelöste Verbindungen, wie beispielsweise Fasern, Faserbruchstücke, Füllstoffe und/oder Additive, enthält, von dem Pressfilz und von in der Pressmanteloberfläche vorgesehen Vertiefungen vorübergehend aufgenommen wird. Nach dem Verlassen des Pressspalts wird die von dem Pressmantel aufgenommene Flüssigkeit von dem Pressmantel abgeschleudert, bevor der Pressmantel erneut in den Pressspalt eintritt. Zudem wird das von dem Pressfilz aufgenommene Wasser nach dem Verlassen des Pressspalts mit Saugelementen entfernt. Aufgrund des wegen der konkaven Ausgestaltung des Schuhs vergleichsweise langen Pressspalts wird mit einer solchen Schuhpresse im Vergleich zu einer aus zwei rotierenden Walzen bestehenden Presse eine wesentlich bessere Entwässerung der Faserstoffbahn erreicht, so dass die nachfolgende thermische Trocknung entsprechend kürzer ausfallen kann. Auf diese Weise wird eine besonders schonende Entwässerung der Faserstoffbahn erreicht. Ein Pressmantel einer solchen Schuhpresse muss idealerweise eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen, um zu optimalen Ergebnissen zu führen. Zum einen muss ein solcher Pressmantel ausreichend flexibel sein, um den Schuh herum geführt werden zu können. Gleichzeitig muss der Pressmantel ausreichend steif sein, um nicht unter der in dem Pressspalt herrschenden Presslast zu stark verformt und deformiert zu werden. Zudem muss ein Pressmantel eine hohe Verschleißbeständigkeit, eine gute Abriebfestigkeit, eine hohe Rissbildungsbeständigkeit, eine gute Risswachstumsbeständigkeit und eine hohe Beständigkeit gegenüber Chemikalien, wie insbesondere Wasser, Öl, Säuren, Basen und Lösemitteln, aufweisen. Insbesondere muss sich ein Pressmantel durch eine sehr hohe Hydrophobie auf der Papierseite auszeichnen.
Insbesondere in Papier-, Karton- oder Tissuemaschinen werden Transportbänder eingesetzt, welche zumindest einen Teil der vorgenannten Anforderungen erfüllen müssen und insbesondere auf deren Papierseite eine sehr hohe Hydrophobie aufweisen müssen. Beispielsweise werden solche Transportbänder in der Pressenpartie solcher Maschinen, eingesetzt, um eine Faserstoffbahn durch den Pressspalt und anschließend zu einer Transferstelle zu transportieren, an der die Faserstoffbahn an die nachfolgende Trockenpartie übergeben wird. Solche Transportbänder umfassen in der Regel zumindest eine die Papierseite des Bandes bereitstellende Polymerbeschichtung, in welche ein lastaufnehmendes textiles Flächengebilde eingebettet ist.
Schaberklingen schließlich werden in der Papier- und Druckindustrie zur Reinigung der Oberflächen von meist mit einem Walzenbezug versehenen rotierenden Walzen verwendet. Bei der Papierherstellung dienen Schaberklingen zum Entfernen des Flüssigkeitsfilms auf den Walzenbezügen, zur Reinigung der Walzenoberflächen von Verunreinigungen, wie beispielsweise Papierfasern oder Strichrückständen, und zur Konditionierung der Walzenoberflächen. Zudem verhindern die Schaberklingen, dass sich die Papierbahn im Falle eines Bahnrisses um die Walze wickelt und dabei die Papiermaschine beschädigt. Um diese Aufgaben zuverlässig erfüllen zu können, liegt die Schaberklinge mit einem bestimmten Druck an der äußeren Mantelfläche der jeweiligen Walze bzw. des jeweiligen Walzenbezugs an. Außer zur Reinigung von Walzen werden Schaberklingen in entsprechender Weise auch zur Reinigung und Konditionierung von umlaufenden Bändern, Gurten, Sieben und Filzen verwendet. Aufgrund des hohen Anpressdrucks, mit dem die Schaberklinge auf die Walzenoberfläche drückt, welcher in der Regel ausgedrückt in Anpresskraft bezogen auf die Länge der Schaberklinge bis zu 200 N/m oder mehr beträgt, werden hohe Anforderungen an die Verschleißfestigkeit bzw. Abriebbeständigkeit der Schaberklingen gestellt.
Häufig umfassen Walzenbezüge für eine Walze, Schaberklingen, Pressmäntel für eine Presswalze oder Transportbänder eine oder mehrere Schichten, die ein vernetztes Polyurethan, ein vernetztes Polyepoxid bzw. Epoxidharz, ein vernetztes Polyamid oder einen Gummi umfassen oder daraus bestehen. Jede der Schichten kann auch aus einer Matrix aus einem der vorgenannten vernetzten Polymere bestehen, in welche ein Fasergelege oder Fasergewebe eingebettet ist.
Um eine Verschmutzung der Oberfläche der vorgenannten Bauteile, nämlich Walzenbezüge für eine Walze, Schaberklingen, Pressmäntel für eine Presswalze oder Transportbänder, während deren Betrieb durch anhaftende Partikel und Konglomerate zu vermeiden, wird die Oberfläche eines bei dessen Betrieb leicht verschmutzenden Bauteils üblicherweise hydrophob und nicht klebend ausgebildet. Dadurch wird bei dem Betrieb des Bauteils eine Anhaftung von Schmutzpartikeln und Schmutzkonglomeraten auf der Bauteiloberfläche vermieden oder zumindest sichergestellt, dass eine intermediär auftretende Anhaftung von Schmutzpartikeln und Schmutzkonglomeraten beispielsweise durch eine Schaberklinge leicht von der Bauteiloberfläche entfernt werden können. Zu diesem Zweck wird häufig die Oberflächenenergie solcher Bauteile verringert, und zwar häufig durch den kovalenten Einbau von fluorierten und bevorzugt perfluorierten Gruppen in das Polymer, aus dem das Bauteil oder zumindest die Matrix des Bauteils besteht. Allerdings ist der Einsatz von Materialien auf Basis von fluorierten und insbesondere perfluorierten Polymeren, wie insbesondere von per- bzw. polyfluorierten Alkylsubstanzen, umstritten und in einigen Europäischen Ländern und in der Europäischen Union wird ein Verbot solcher Substanzen diskutiert. Dies deshalb, weil diese Substanzen in natürlicher Umgebung kaum abgebaut werden und sich daher aufgrund ihrer extremen Langlebigkeit in der Umwelt, wie insbesondere in Gewässern und Böden, ansammeln. Es ist daher wünschenswert, auf den Einsatz solcher Substanzen zu verzichten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines aus Walzenbezug für eine Walze, Schaberklinge, Pressmantel für eine Presswalze und Transportband für eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, insbesondere für eine Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, ausgewählten Bauteils, wobei das Bauteil, ohne dass es fluorierte oder perforierte Polymere enthält bzw. enthalten muss, eine hydrophobe und nicht klebende Oberfläche mit niedriger Oberflächenenergie aufweist, so dass bei dem Betrieb des Bauteils eine Anhaftung von Schmutzpartikeln und Schmutzkonglomeraten auf der Bauteiloberfläche vermieden wird oder eine intermediär auftretende Anhaftung von Schmutzpartikeln und Schmutzkonglomeraten beispielsweise durch eine Schaberklinge leicht von der Bauteiloberfläche entfernt werden kann, wobei sich das Bauteil dennoch zusätzlich durch eine hohe Hydrolysestabilität, eine hohe mechanische Stabilität und eine hohe thermomechanische Stabilität, wie insbesondere durch eine ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit, eine hervorragende Abriebfestigkeit, eine ausgezeichnete Rissbildungsbeständigkeit, eine hervorragende Risswachstumsbeständigkeit, eine hohe Beständigkeit gegenüber Chemikalien und eine für dessen Anwendung angemessene Flexibilität, Steifigkeit und/oder Elastizität, auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Bereitstellung eines Bauteils für eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, insbesondere für eine Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, wobei das Bauteil ein Walzenbezug für eine Walze, eine Schaberklinge, ein Pressmantel für eine Presswalze oder ein Transportband ist und mindestens eine Schicht aus einem vernetzten Polymer umfasst, wobei das vernetzte Polymer mindestens eine Struktureinheit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyepoxiden, Polyurethanen, Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken und Polyamiden sowie mindestens eine Polysiloxan-Struktureinheit aufweist, wobei die mindestens eine Polysiloxan-Struktureinheit die folgende allgemeine Formel (I) aufweist:
-(SiR1 R2O-)n (I), worin:
R1 und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus Wasserstoff, Ci-C2o-Alkylgruppen, C2-C2o-Alkenylgruppen, C2-C20- Alkinylgruppen, C3-Ci2-Cycloalkylgruppen und Cs-Ci2-Arylgruppen und n eine ganze Zahl von mindestens 3 , insbesondere mindestens 5 ist. Überraschenderweise wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass ein solches Bauteil für eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, wie insbesondere für eine Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, nämlich ein Walzenbezug für eine Walze, eine Schaberklinge, ein Pressmantel für eine Presswalze oder ein Transportband, das aus einem vernetzten Polymer besteht oder mindestens eine Schicht aus einem vernetzten Polymer umfasst, wobei das vernetzte Polymer ein mit einer oder mehreren Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der vorstehenden allgemeinen Formel (I) modifiziertes Polyepoxid, Polyurethan, Polyamid oder Kautschuk, insbesondere silikonfreier Kautschuk ist, sich nicht nur durch eine hohe Hydrolysestabilität, eine hohe mechanische Stabilität und eine hohe thermomechanische Stabilität, wie insbesondere durch eine ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit, eine hervorragende Abriebfestigkeit, eine ausgezeichnete Rissbildungsbeständigkeit, eine hervorragende Risswachstumsbeständigkeit, eine hohe Beständigkeit gegenüber Chemikalien und eine für dessen Anwendung angemessene Flexibilität, Steifigkeit und/oder Elastizität, auszeichnet, sondern ein solches Bauteil insbesondere auch eine hydrophobe und nicht klebende Oberfläche mit niedriger Oberflächenenergie aufweist, so dass bei dem Betrieb des Bauteils eine Anhaftung von Schmutzpartikeln und Schmutzkonglomeraten auf der Bauteiloberfläche vermieden wird oder eine intermediär auftretende Anhaftung von Schmutzpartikeln und Schmutzkonglomeraten beispielsweise durch eine Schaberklinge leicht von der Bauteiloberfläche entfernt werden kann.
Insbesondere lassen sich so entsprechende Bauteile mit einer Oberflächenenergie von 40 mN/m oder weniger, insbesondere von 25 mN/m oder weniger und sogar von 15 mN/m oder weniger herstellen, und zwar, ohne dass das Bauteil fluorierte oder perfluorierte Polymere enthält bzw. enthalten muss. Aufgrund der Vernetzung des Polymers, ist dieses in Wasser und organischen Lösemitteln nicht löslich. Zudem lassen sich durch die Verwendung des vorgenannten, polysiloxanmodifizierten vernetzten Polymers entsprechende Bauteile mit hoher Homogenität der Eigenschaften über den Bauteilquerschnitt erhalten. Weitere Vorteile der Verwendung des vorgenannten, polysiloxanmodifizierten vernetzten Polymers liegen darin, dass dieses mit einem Verfahren hergestellt werden kann, welches eine 1 -Schritt-Aushärtung umfasst, und darin, dass das vernetzte Polymer das Einbringen von abrasiven Füllstoffen und/oder verstärkenden Fasern erlaubt.
Ein vernetztes Polymer, welches mindestens eine Struktureinheit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyepoxiden, Polyurethanen, Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken und Polyamiden sowie mindestens eine Polysiloxan-Struktureinheit aufweist, bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die erstgenannte Struktureinheit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyepoxiden, Polyurethanen, Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken und Polyamiden kovalent mit der mindestens einen Polysiloxan-Struktureinheit verbunden ist.
Mindestens eine Struktureinheit bedeutet, dass das vernetzte Polymer ein oder mehrere Struktureinheiten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyepoxiden, Polyurethanen, Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken und Polyamiden enthält sowie ein oder mehrere Polysiloxan- Struktureinheiten enthält. Wenn das vernetzte Polymer zwei oder mehr Struktureinheiten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyepoxiden, Polyurethanen, Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken und Polyamiden enthält, können diese jeweils gleich oder voneinander verschieden sein. Gleichermaßen können die Polysiloxan-Struktureinheiten gleich oder voneinander verschieden sein, wenn das vernetzte Polymer zwei oder mehr Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) enthält.
Unter Walzenbezug bzw. Walzenbeschichtung wird gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl die Beschichtung einer unbeschichteten Walze als auch die Beschichtung einer zuvor bereits beschichteten Walze verstanden. Dabei kann der Walzenbezug die Walze vollständig oder teilweise bedecken.
Erfindungsgemäß enthält das Bauteil ein vernetztes Polymer, welches mindestens eine Polysiloxan-Struktureinheit gemäß der allgemeinen Formel (I) aufweist. Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn in der Formel (I) R1 und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus Wasserstoff, linearen oder verzweigten C1-C1 o-Alkylgruppen, linearen oder verzweigten C2-C4-Alkenylgruppen und Cs-Cw-Arylgruppen.
Besonders bevorzugt sind in der Formel (I) R1 und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden und sind ausgewählt aus Wasserstoff, linearen oder verzweigten Ci-C4-Alkylgruppen und Cs-Cs-Arylgruppen, weiter bevorzugt aus linearen Ci-C4-Alkylgruppen und ganz besonders bevorzugt aus Methylgruppe und Ethylgruppe. Höchst bevorzugt sind beide von R1 und R2 eine Methylgruppe. Polyalkylsiloxane, insbesondere kurzkettige Polyalkylsiloxane, wie Polydimethylsiloxane, sind vorteilhafterweise nicht nur in der Wasserphase nicht toxisch, sondern zeichnen sich auch dadurch aus, dass diese nicht bioakkumulieren. Ferner zeichnen sich diese durch eine außerordentlich niedrige Oberflächenenergie von ca. 10 mN/m aus.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass in der allgemeinen Formel (I) n eine ganze Zahl von mindestens 3, bevorzugt von mindestens 5, besonders bevorzugt von mindestens 10, ganz besonders bevorzugt von 5 bis 50 und höchst bevorzugt von 5 bis 15 ist. Dies begünstigt das Erreichen einer geringen Oberflächenenergie.
Die vorliegende Erfindung ist bezüglich der Position der mindestens einen Polysiloxan-Struktureinheit in dem vernetzten Polymer nicht besonders beschränkt. So kann die Hauptkette des vernetzten Polymers mindestens eine Polysiloxan-Struktureinheit gemäß der allgemeinen Formel (I) enthalten. Alternativ dazu ist es möglich, dass mindestens eine der Vernetzerbrücken des vernetzten Polymers mindestens eine Polysiloxan-Struktureinheit gemäß der allgemeinen Formel (I) enthält. Gemäß einer weiteren Alternative kann sowohl die Hauptkette des vernetzten Polymers sowie mindestens eine der Vernetzerbrücken des vernetzten Polymers mindestens eine Polysiloxan-Struktureinheit gemäß der allgemeinen Formel (I) enthalten. Besonders bevorzugt enthält zumindest mindestens eine der Vernetzerbrücken des vernetzten Polymers mindestens eine Polysiloxan-Struktureinheit gemäß der allgemeinen Formel (I).
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das vernetzte Polymer nicht nur eine Polysiloxan-Struktureinheit gemäß der allgemeinen Formel (I), sondern eine Vielzahl von Polysiloxan- Struktureinheiten. Dabei kann die Vielzahl der Polysiloxan-Struktureinheiten gleich sein oder voneinander verschieden sein, wobei jedoch in dem letztgenannten Fall vorzugsweise alle unter die allgemeine Formel (I) fallen.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass der molare Anteil der mindestens einen Polysiloxan-Struktureinheit gemäß der allgemeinen Formel (I) bezogen auf das vernetzten Polymer 1 bis 50 Mol-%, besonders bevorzugt 5 bis 40 Mol-% und ganz besonders bevorzugt 10 bis 30 Mol-% beträgt. Vorzugsweise sind die einzelnen Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) gleichmäßig in den Vernetzerbrücken des vernetzten Polymers oder in der Hauptkette des vernetzten Polymers oder in sowohl der Hauptkette als auch in den Vernetzerbrücken des vernetzten Polymers verteilt enthalten.
Vorzugsweise besteht das vernetzte Polymer zumindest nahezu vollständig aus Struktureinheiten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyepoxiden, Polyurethanen, Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken und Polyamiden sowie aus Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I). Dies bedeutet, dass die Summe der molaren Anteile aller Struktureinheiten, welche aus der aus Polyepoxiden, Polyurethanen, Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken und Polyamiden und Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) bestehenden Gruppe ausgewählt sind, bezogen auf das vernetzte Polymer mindestens 70 Mol- %, besonders bevorzugt mindestens 90 Mol-%, weiter bevorzugt mindestens 95 Mol-% und ganz besonders bevorzugt mindestens 99 Mol-% beträgt.
Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn das vernetzte Polymer aus einer oder mehreren Struktureinheit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyepoxiden, Polyurethanen, Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken und Polyamiden sowie einer oder mehreren Polysiloxan- Struktureinheit gemäß der allgemeinen Formel (I) besteht, also außer den vorgenannten Struktureinheiten keine anderen Struktureinheiten enthält. Insbesondere enthält das vernetzte Polymer bzw. das Bauteil höchst bevorzugt keine fluorierten oder perfluorierten Polymere.
Grundsätzlich kann das vernetzte Polymer des Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung jede Art von Polyepoxid-Struktureinheiten enthalten. Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn das vernetzte Polymer mindestens eine Polyepoxid-Struktureinheit vom Glycidylamintyp oder eine Polyepoxid- Struktureinheit vom Glycidylethertyp enthält. Beispiele für geeignete Arten von Polyepoxid-Struktureinheiten vom Glycidylamintyp sind solche auf Basis von Tetraglycidyldiaminodiphenylmethan, Triglycidyl-p-aminophenol und Triglycidylaminokresol. Beispiele für geeignete Arten von Polyepoxid- Struktureinheiten vom Glycidylethertyp sind solche auf Basis von Phenol, Bisphenol A, Bisphenol F, Bisphenol S, Phenolnovolak, Kresolnovolak, Resorcin und Alkanen. Besonders bevorzugt sind Polyepoxid-Struktureinheiten vom Glycidylethertyp auf Basis von Bisphenol A, wie beispielsweise Bisphenol A- Epichlorhydrin-Harz ggf. in Mischung mit Polyepoxid-Struktureinheiten vom Glycidylethertyp auf Basis von Alkanen, wie beispielsweise 1 ,4-Bis(2, 3- epoxypropoxybutan), 1 -(2,3-Epoxypropoxy)-2,2-bis((2,3- epoxypropoxy)methyl)butan und/oder 1 -(2,3-Epoxypropoxy)-2-((2,3- epoxypropoxy)methan, oder Polyepoxid-Struktureinheiten vom Glycidylamintyp auf Basis von Tetraglycidyldiaminodiphenylmethan ggf. in Mischung mit Polyepoxid-Struktureinheiten vom Glycidylethertyp auf Basis von Alkanen, wie beispielsweise 1-(2,3-Epoxypropoxy)-2,2-bis((2,3-epoxypropoxy)methyl)butan oder 1 -(2,3-Epoxypropoxy)-2-((2,3-epoxypropoxy)methan.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass der molare Anteil aller Polyepoxid-Struktureinheiten bezogen auf das vernetzten Polymer 50 bis 99 Mol-%, besonders bevorzugt 60 bis 95 Mol-% und ganz besonders bevorzugt 70 bis 90 Mol-% beträgt. Vorzugsweise entspricht der Rest auf 100 Mol.-% den Polysiloxan-Struktureinheiten, d.h. das vernetzte Polymer besteht aus den Polyepoxid-Struktureinheiten und den Polysiloxan- Struktureinheiten. Dabei kann die Hauptkette des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polyepoxid-Struktureinheiten bestehen und können die Vernetzerbrücken des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) bestehen. Alternativ dazu kann die Hauptkette des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) bestehen und können die Vernetzerbrücken des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polyepoxid-Struktureinheiten bestehen. Gemäß einer dazu alternativen Ausführungsform kann die Hauptkette des Polymers überwiegend aus Polyepoxid-Struktureinheiten, zwischen denen Polysiloxan- Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) kovalent gebunden sind, bestehen und können die Vernetzerbrücken des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) bestehen. Überwiegend aus einer Art von Struktureinheiten bestehende Hauptkette bzw. Vernetzerbrücken heißt, dass mehr als 50 Mol-%, bevorzugt mehr als 80 Mol-% und besonders bevorzugt mehr als 90 Mol-% der Hauptkette bzw. Vernetzerbrücken aus dieser Art von Struktureinheiten bestehen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren Polyepoxiden oder anstelle von einem oder mehreren Polyepoxiden kann das vernetzte Polymer des Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung jede Art von Kautschuk-Struktureinheiten enthalten, wobei mindestens eine Art dieser Struktur-Kautschukeinheiten silikonfrei sein kann. Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn das vernetzte Polymer mindestens eine -insbesondere silikonfreie- Kautschuk-Struktureinheit enthält, wobei der Kautschuk bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Naturkautschuken, synthetischen Polyisoprenen, epoxidierten Polyisoprenen, Butadienkautschuken, Chloroprenkautschuken, Acrylnitril-Butadien-Kautschuken, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken und beliebigen Kombinationen von zwei oder mehr der vorgenannten Kautschuke ausgewählt ist. Besonders bevorzugt sind Polyepoxid-Struktureinheiten auf Basis von epoxidierten Polyisoprenen, wie insbesondere epoxidiertem Naturkautschuk.
Bevorzugt beträgt der molare Anteil aller Kautschuk-Struktureinheiten bezogen auf das vernetzte Polymer 50 bis 99 Mol-%, besonders bevorzugt 60 bis 95 Mol-% und ganz besonders bevorzugt 70 bis 90 Mol-%. Vorzugsweise entspricht der Rest auf 100 Mol-% den Polysiloxan-Struktureinheiten, d.h. das vernetzte Polymer besteht aus -vorzugsweise silikonfreien - Kautschuk-Struktureinheiten und den Polysiloxan-Struktureinheiten. Dabei kann die Hauptkette des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Kautschuk-Struktureinheiten bestehen und können die Vernetzerbrücken des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) bestehen. Alternativ dazu kann die Hauptkette des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) bestehen und können die Vernetzerbrücken des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Kautschuk-Struktureinheiten bestehen. Gemäß einer dazu alternativen Ausführungsform kann die Hauptkette des Polymers überwiegend aus Kautschuk-Struktureinheiten, zwischen denen Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) kovalent gebunden sind, bestehen und können die Vernetzerbrücken des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) bestehen. Überwiegend aus einer Art von Struktureinheiten bestehende Hauptkette bzw. Vernetzerbrücken heißt wiederum, dass mehr als 50 Mol-%, bevorzugt mehr als 80 Mol-% und besonders bevorzugt mehr als 90 Mol-% der Hauptkette bzw. Vernetzerbrücken aus dieser Art von Struktureinheiten bestehen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das vernetzte Polymer mindestens eine Polyamid- Struktureinheit, welche bevorzugt eine Polyamid-Struktureinheit gemäß der folgenden allgemeinen Formel (II) ist:
-(R3-C(O)-NR4-R5-)m (II), worin:
R3 eine Ci-C2o-Alkylengruppe, C2-C2o-Alkenylengruppe, C2-C2o-Alkinylengruppe, C3-Ci2-Cycloalkylengruppe oder Cs-Ci2-Arylengruppe ist,
R4 Wasserstoff oder eine Ci-C2o-Alkylgruppe, C2-C2o-Alkenylgruppe, C2-C20- Alkinylgruppe, C3-Ci2-Cycloalkylgruppe oder Cs-Ci2-Arylgruppe ist,
R5 eine Bindung oder eine Ci-C2o-Alkylengruppe, C2-C2o-Alkenylengruppe, C2-C20- Alkinylengruppe, C3-Ci2-Cycloalkylengruppe oder Cs-Ci2-Arylengruppe ist und m eine ganze Zahl von mindestens 5 ist.
Als Alkylengruppe wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine CnH2n- Kohlenwasserstoffgruppe verstanden, also eine Kohlenwasserstoffgruppe mit zwei endständigen Radikalen. Besonders bevorzugt ist R3 eine Ci-Cio-Alkylengruppe, C2-Cio-Alkenylengruppe oder Cs-Cs-Arylengruppe, ist R4 Wasserstoff oder eine C1-C1 o-Alkylgruppe, C2-C10- Alkenylgruppe oder Cs-Cs-Arylgruppe und ist R5 eine Bindung oder eine C1-C10- Alkylengruppe, C2-Cio-Alkenylengruppe oder Cs-Cs-Arylengruppe. Ganz besonders bevorzugt ist R3 eine Ci-C4-Alkylengruppe oder eine Cs-Cs- Arylengruppe, ist R4 Wasserstoff, eine Ci-C4-Alkylgruppe oder eine Cs-Cs- Arylgruppe und ist R5 eine Bindung oder eine Ci-C4-Alkylengruppe. Bei allen vorgenannten Ausführungsformen ist es bevorzugt, dass m eine ganze Zahl von mindestens 10, besonders bevorzugt von mindestens 50 und ganz besonders bevorzugt von mindestens 100 ist.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass der molare Anteil aller Polyamid-Struktureinheiten bezogen auf das vernetzten Polymer 50 bis 99 Mol-%, besonders bevorzugt 60 bis 95 Mol-% und ganz besonders bevorzugt 70 bis 90 Mol-% beträgt. Vorzugsweise entspricht der Rest auf 100 Mol-% den Polysiloxan-Struktureinheiten, d.h. das vernetzte Polymer besteht aus den Polyamid-Struktureinheiten und den Polysiloxan- Struktureinheiten. Dabei kann die Hauptkette des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polyamid-Struktureinheiten bestehen und können die Vernetzerbrücken des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) bestehen. Alternativ dazu kann die Hauptkette des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) bestehen und können die Vernetzerbrücken des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polyamid-Struktureinheiten bestehen. Gemäß einer dazu alternativen Ausführungsform kann die Hauptkette des Polymers überwiegend aus Polyamid-Struktureinheiten, zwischen denen Polysiloxan- Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) kovalent gebunden sind, bestehen und können die Vernetzerbrücken des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) bestehen. Überwiegend aus einer Art von Struktureinheiten bestehende Hauptkette bzw. Vernetzerbrücken heißt wiederum, dass mehr als 50 Mol-%, bevorzugt mehr als 80 Mol-% und besonders bevorzugt mehr als 90 Mol-% der Hauptkette bzw. Vernetzerbrücken aus dieser Art von Struktureinheiten bestehen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das vernetzte Polymer mindestens eine Polyurethan- Struktureinheit, welche bevorzugt eine Polurethan-Struktureinheit gemäß der folgenden allgemeinen Formel (III) ist:
-(R6-O-C(O)-N R7-R8-N R9-C(O)-O-R1 °-)o (III), worin:
R6 und R8 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus Ci-C2o-Alkylengruppen, C2-C2o-Alkenylengruppen, C2-C20- Alkinylengruppen, C3-Ci2-Cycloalkylengruppen und Cs-Ci2-Arylengruppen, R7 und R9 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus Wasserstoff, Ci-C2o-Alkylgruppen, C2-C2o-Alkenylgruppen, C2-C20- Alkinylgruppen, C3-Ci2-Cycloalkylgruppen und Cs-Ci2-Arylgruppen, R10 eine Bindung oder eine Ci-C2o-Alkylengruppe, C2-C2o-Alkenylengruppe, C2- C2o-Alkinylengruppe, C3-Ci2-Cycloalkylengruppe oder Cs-Ci2-Arylengruppe ist und o eine ganze Zahl von mindestens 5 ist.
Besonders bevorzugt sind R6 und R8 unabhängig voneinander gleich oder verschieden und ausgewählt aus einer Ci-Cw-Alkylengruppe, einer C2-C10- Alkenylengruppe oder einer Cs-Cs-Arylengruppe, sind R7 und R9 unabhängig voneinander gleich oder verschieden und ausgewählt aus Wasserstoff, einer C1- Cw-Alkylgruppe, einer C2-C -Alkenylgruppe oder einer Cs-Cs-Arylgruppe und ist R10 eine Bindung, eine Ci-Cio-Alkylengruppe, eine C2-C -Alkenylengruppe oder eine Cs-Cs-Arylengruppe. Ganz besonders bevorzugt sind R6 und R8 unabhängig voneinander gleich oder verschieden und ausgewählt aus einer C1-C4- Alkylengruppe oder einer Cs-Cs-Arylengruppe, sind R7 und R9 unabhängig voneinander gleich oder verschieden und ausgewählt aus Wasserstoff, einer C1- C4-Alkylgruppe oder einer Cs-Cs-Arylgruppe und ist R10 eine Bindung oder eine Ci-C4-Alkylengruppe. Bei allen vorgenannten Ausführungsformen ist es bevorzugt, dass o eine ganze Zahl von mindestens 10, besonders bevorzugt von mindestens 50 und ganz besonders bevorzugt von mindestens 100 ist.
Vorzugsweise beträgt der molare Anteil aller Polyurethan-Struktureinheiten bezogen auf das vernetzten Polymer 50 bis 99 Mol-%, besonders bevorzugt 60 bis 95 Mol-% und ganz besonders bevorzugt 70 bis 90 Mol-%. Vorzugsweise entspricht der Rest auf 100 Mol-% den Polysiloxan-Struktureinheiten, d.h. das vernetzte Polymer besteht aus den Polyurethan-Struktureinheiten und den Polysiloxan-Struktureinheiten. Dabei kann die Hauptkette des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polyurethan-Struktureinheiten bestehen und können die Vernetzerbrücken des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) bestehen. Alternativ dazu kann die Hauptkette des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) bestehen und können die Vernetzerbrücken des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polyurethan-Struktureinheiten bestehen. Gemäß einer dazu alternativen Ausführungsform kann die Hauptkette des Polymers überwiegend aus Polyurethan-Struktureinheiten, zwischen denen Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) kovalent gebunden sind, bestehen und können die Vernetzerbrücken des Polymers vollständig oder zumindest überwiegend aus Polysiloxan-Struktureinheiten gemäß der allgemeinen Formel (I) bestehen. Überwiegend aus einer Art von Struktureinheiten bestehende Hauptkette bzw. Vernetzerbrücken heißt wiederum, dass mehr als 50 Mol-%, bevorzugt mehr als 80 Mol-% und besonders bevorzugt mehr als 90 Mol-% der Hauptkette bzw. Vernetzerbrücken aus dieser Art von Struktureinheiten bestehen.
Um gute mechanische Eigenschaften und eine hohe Stabilität zu erhalten, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass das Polymer quervernetzt beziehungsweise in Wasser und organischen Lösemitteln unlöslich ist.
Zudem ist es bevorzugt, wenn das vernetzte Polymer -beispielsweise mit Polyepoxid-Struktureinheiten - eine Glasübergangstemperatur von 60 bis 240_°C, besonders bevorzugt von90 bis 200_°C und ganz besonders bevorzugt von 120 bis 190_°C aufweist. Solche Materialien können beispielsweise für Bauteile verwendet werden, die sich in der Trockenpartie eine Papiermaschine befinden, und dort entsprechend hohen Temperaturen ausgesetzt sind.
Alternativ kann es vorteilhaft sein, wenn das vernetzte Polymer -beispielsweise mit Polyamid-Struktureinheiten- eine Glasübergangstemperatur von 45 bis 90_°C, bevorzugt von 60 bis 75°C aufweist.
Wiederum alternativ kann es vorteilhaft sein, wenn das vernetzte Polymer mit Polyurethan- und/oder Kautschuk-Struktureinheiten, von denen mindestens eine Art silikonfrei sein kann, eine Glasübergangstemperatur kleiner 0 °C, bevorzugt kleiner -20 °C, und ganz besonders bevorzugt kleiner -40 °C aufweist.
Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das vernetzte Polymer bzw. das Bauteil, direkt nach dessen Anschneiden, eine Oberflächenenergie von maximal 40 mN/m, bevorzugt von maximal 35 mN/m, besonders bevorzugt von maximal 30 mN/m, weiter bevorzugt von maximal 25 mN/m, noch weiter bevorzugt von maximal 20 mN/m und höchst bevorzugt von maximal 15 mN/m auf. Die freie Oberflächenenergie wird gemäß der vorliegenden Erfindung nach der in der Norm DIN EN ISO 19403-2:2020-04 beschriebenen Methode von Owens-Wendt-Rabel-Kaelble berechnet, und zwar unter Verwendung von Ergebnissen einer Kontaktwinkelmessung an der - frisch auf eine festgelegte Rauigkeit geschliffenen - Oberfläche der Beschichtung bzw. des Bauteils mit den jeweiligen Testflüssigkeiten Wasser und Diiodmethan.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht das Bauteil aus einer Schicht, welche aus einem oder mehreren der zuvor beschriebenen vernetzten Polymere besteht. Alternativ dazu kann das Bauteil aus zwei oder mehr Schichten bestehen, von denen mindestens eine oder alle aus einem oder mehreren der zuvor beschriebenen vernetzten Polymere bestehen. Gemäß einer weiteren Alternative besteht das Bauteil aus einer Schicht, welche eine Matrix aus einem oder mehreren der zuvor beschriebenen vernetzten Polymere enthält, in welche eine Art oder mehrere Arten von Füllstoffen und/oder Fasern gleicher oder unterschiedlicher Materialien eingebettet sind. Die Fasern können beispielsweise in Form von Vlies, Gelege oder Gewebe oder als Fasern mit Längen von 0,05 mm bis 50 mm vorliegen. Gemäß einer weiteren Alternative besteht das Bauteil aus zwei oder mehr Schichten, von denen mindestens eine Matrix aus einem oder mehreren der zuvor beschriebenen vernetzten Polymere enthält, in welche ein oder mehrere Füllstoffe und/oder ein oder mehrere Fasern eingebettet sind. Die anderen Schichten können ebenfalls eine Matrix aus einem oder mehreren der zuvor beschriebenen vernetzten Polymere mit darin eingebettetem/eingebetteter/eingebetteten Füllstoff(en) und/oder Faser(n) enthalten, aus einem oder mehreren der zuvor beschriebenen vernetzten Polymere bestehen oder aus anderen Polymeren zusammengesetzt sein.
Beispiele für geeignete Füllstoffe sind sphärische anorganische Partikel, platten- bzw. plättchenförmige anorganische Partikel, anorganische Partikel mit komplexen Geometrien sowie organisch/anorganische Hybridmaterialien (beispielsweise oberflächenbeschichte anorganische Partikel beliebiger Geometrie), und Mischungen aus zwei oder mehr der vorgenannten Füllstoffe. Beispiele für geeignete Fasermaterialien sind Glasfasern, Polyamidfasern, Carbonfasern, Viskosefasern, Flachsfasern, Hanffasern sowie Polyesterfasern, und Mischungen aus zwei oder mehr der vorgenannten Materialien.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Walze, eine Presswalze, insbesondere Schuhwalze einer Schuhpresse, oder ein Transportband, welche(s) ein zuvor beschriebenes Bauteil umfasst.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, welche eine zuvor beschriebene Walze, eine zuvor beschriebene Schaberklinge, eine zuvor beschriebene Presswalze oder ein zuvor beschriebenes Transportband umfasst.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines zuvor beschriebenen Bauteils, welches die Herstellung des Bauteils in der Form eines Walzenbezugs für eine Walze, einer Schaberklinge, eines Pressmantels für eine Presswalze oder eines Transportbandes aus mindestens einer Schicht aus einem vernetztem Polymer umfasst, wobei das vernetzte Polymer hergestellt wird durch Reagieren von i) einem oder mehreren Polymeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyepoxiden, Polyurethanen, Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken, Polyamiden, mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyepoxiden, mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyurethanen, mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken und mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyamiden mit ii) mindestens einer Polysiloxan-Verbindung umfassend wenigstens eine Struktureinheit gemäß der allgemeinen Formel (I) sowie mindestens eine funktionelle Gruppe: -(SiR1 R2O-)n- (I), worin:
R1 und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus Wasserstoff, Ci-C2o-Alkylgruppen, C2-C2o-Alkenylgruppen, C2-C20- Alkinylgruppen, C3-Ci2-Cycloalkylgruppen und C5-Ci2-Arylgruppen, und n eine ganze Zahl von mindestens 3, insbesondere mindestens 5 ist, wobei die mindestens eine funktionelle Gruppe der mindestens einen Polysiloxan- Verbindung ii) so ausgewählt ist, dass diese mit dem einen oder mehreren Polymer/Polymeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyepoxiden, Polyurethanen, Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken, Polyamiden, mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyepoxiden, mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyurethanen, mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Kautschuken und mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyamiden reagiert.
Dieses Verfahren kann vorteilhafterweise als 1 -Schritt-Verfahren durchgeführt werden. Durch das Verfahren können die Polysiloxaneinheiten entweder in die Hauptkette des Polymers und/oder in die Vernetzerbrücken eingebaut werden. Die Aushärtung kann thermisch oder photochemisch initiiert werden.
Um eine gute Reaktivität zu erreichen, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass die mindestens eine Polysiloxan- Verbindung ii) mindestens eine funktionelle Gruppe aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Amingruppen, Epoxidgruppen, Anhydridgruppen, Hydroxygruppen, Alkenylgruppen, Silylgruppen mit dem Si-H-Strukturmotiv und beliebigen Kombinationen von zwei oder mehr der vorgenannten Gruppen besteht. Diese funktionellen Gruppen reagieren gut mit Polyepoxiden, Polyamiden, Polyurethanen und Gummis, wobei die Reaktivität noch erhöht werden kann, wenn ein mit wenigstens einer funktionellen Gruppe modifiziertes Polyepoxid, Polyamid, Polyurethan oder Gummi eingesetzt wird, wobei vorzugsweise die funktionellen Gruppen des Polymers i) mit denen der mindestens einen Polysiloxan-Verbindung ii) reaktiv sind. Wenn beispielsweise die mindestens eine Polysiloxan-Verbindung ii) als funktionelle Gruppen ein oder mehrere Amingruppen enthält, ist es bevorzugt, als funktionelle Gruppe des Polyamids, Polyurethans oder Gummis Epoxygruppen zu wählen.
Die mindestens eine Polysiloxan-Verbindung ii) kann niedermolekular oder hochmolekular sein und linear, verzweigt, insbesondere dendritisch verzweigt, oder zyklisch sein. Zudem können die ein oder mehreren funktionellen Gruppen im Falle einer linearen Polysiloxan-Verbindung ii) nur einseitig endständig, nur beidseitig endständig, nur seitenständig oder sowohl end- als auch seitenständig sein, wohingegen die ein oder mehreren funktionellen Gruppen im Falle einer dendritisch verzweigten Polysiloxan-Verbindung ii) nur einseitig endständig, nur mehrseitig endständig, nur allseitig endständig, nur seitenständig oder sowohl end- als auch seitenständig sein können. Im Falle einer zyklischen Polysiloxan- Verbindung ii) können die ein oder mehreren funktionellen Gruppen nur seitenständig sein, da keine Endgruppen vorliegen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in dem Verfahren als mindestens eine Polysiloxan-Verbindung ii) ein lineares Polysiloxan gemäß der folgenden allgemeinen Formel (IV) eingesetzt:
R11-(SiR12R13O-)m-R14 (IV), worin:
R11 , R12, R13 und R14 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus funktionellen Gruppen, Wasserstoff, Ci-C2o-Alkylgruppen, C2- C2o-Alkenylgruppen, C2-C2o-Alkinylgruppen, C3-Ci2-Cycloalkylgruppen und C5-C12- Arylgruppen, und m eine ganze Zahl von 3 bis 20 und bevorzugt von 5 bis 15 ist wobei vorzugsweise die Anzahl der Reste R11, R12, R13 und R14, welche eine funktionelle Gruppe enthalten, bezogen auf die Gesamtanzahl der Reste R11 , R12, R13 und R14 5 bis 95 % und bevorzugt 10 bis 30 % beträgt. Als funktionelle Gruppe(n) kommen insbesondere Amingruppen, wie primäre oder sekundäre Ci- io-Alkylamingruppen, primäre oder sekundäre C2-io-Alkenylamingruppen, primäre oder sekundäre C2-Cio-Alkinylamingruppen, C3-Ci2-Cycloalkylarningruppen und C5-Ci2-Arylamingruppen, oder Epoxygruppen, wie C2-C10- Alkylglycidylethergruppen, C4-Cio-Alkenylglycidylethergruppen, C4-C10- Alkinylglycidylethergruppen, C5-Ci2-Cycloalkylglycidylethergruppen und C7-C12- Arylglycidylethergruppen, oder Hydroxygruppen, wie Ci-Cio-Hydroxyalkylgruppen, Cs-Cio-Hydroxyalkenylgruppen, Cs-Cw-Hydroxyalkinylgruppen, C3-C12- Hydroxycycloalkylgruppen und Cs-Ci2-Hydroxyarylgruppen, oder Alkenylgruppen, wie C1 -C10-Alkenylgruppen, oder Silylgruppen mit dem Si-H-Strukturmotiv, wie Dimethylsilyl-, Diethylsilyl-, Di-iso-propylsilyl-, und Diphenyl-silylgruppen in Betracht.
Gemäß einer andern bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in dem Verfahren als mindestens eine Polysiloxan-Verbindung ii) ein lineares Polysiloxan gemäß der folgenden allgemeinen Formel (V) eingesetzt:
R11-(SiR12R13O-)n2-R14 (V), worin:
R11 , R12, R13 und R14 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus funktionellen Gruppen, Wasserstoff, Ci-C2o-Alkylgruppen, C2- C2o-Alkenylgruppen, C2-C2o-Alkinylgruppen, C3-Ci2-Cycloalkylgruppen und C5-C12- Arylgruppen, und n2 eine ganze Zahl von 3 bis 500 und bevorzugt von 20 bis 150 ist, wobei vorzugsweise die Anzahl der Reste R11, R12, R13 und R14, welche eine funktionelle Gruppe sind, bezogen auf die Gesamtanzahl der Reste R11, R12, R13 und R14 5 bis 95% und bevorzugt 10 bis 30% beträgt. Als funktionelle Gruppe(n) kommen wiederum die vorstehend genannten funktionellen Gruppe(n) in Betracht.
Gemäß einer andern bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in dem Verfahren als mindestens eine Polysiloxan-Verbindung ii) ein dendritisch verzweigtes Polysiloxan enthaltend Struktureinheiten gemäß der folgenden allgemeinen Formel (VI) eingesetzt:
-(SiR12R13O-)n3- (VI), worin:
R12 und R13 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus funktionellen Gruppen, Wasserstoff, Ci-C2o-Alkylgruppen, C2- C2o-Alkenylgruppen, C2-C2o-Alkinylgruppen, C3-Ci2-Cycloalkylgruppen und C5-C12- Arylgruppen, und ns eine ganze Zahl von 1 bis 20 und bevorzugt von 3 bis 8 ist, wobei vorzugsweise die Anzahl der Reste R12 und R13, welche eine funktionelle Gruppe sind, bezogen auf die Gesamtanzahl der Reste R12 und R13 5 bis 95% und bevorzugt 10 bis 30% beträgt. Als funktionelle Gruppe(n) kommen wiederum die vorstehend genannten funktionellen Gruppe(n) in Betracht.
Gemäß einer andern bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in dem Verfahren als mindestens eine Polysiloxan-Verbindung ii) ein zyklisches Polysiloxan gemäß der folgenden allgemeinen Formel (VII) eingesetzt: worin: R12 und R13 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus funktionellen Gruppen, Wasserstoff, Ci-C2o-Alkylgruppen, C2- C2o-Alkenylgruppen, C2-C2o-Alkinylgruppen, C3-Ci2-Cycloalkylgruppen und C5-C12- Arylgruppen, und n4 eine ganze Zahl von 3 bis 8 und bevorzugt von 3 bis 6 ist, wobei vorzugsweise die Anzahl der Reste R12 und R13, welche eine funktionelle Gruppe sind, bezogen auf die Gesamtanzahl der Reste R12 und R13 5 bis 95% und bevorzugt 10 bis 30% beträgt. Als funktionelle Gruppe(n) kommen wiederum die vorstehend genannten funktionellen Gruppe(n) in Betracht.
Illustrative Beispiele für entsprechende Grundtypen von Polysiloxan-Verbindungen ii) sind in der Figur 1 gezeigt. Darin zeigen die schwarzen Linien die Polysiloxankette(n) und die hell gefüllten Kreise die funktionellen Gruppen. Die Polysiloxantypen 1 bis 5 sind niedermolekulare Polysiloxane mit einem gewichtsgemittelten Molekulargeweicht von 250 bis 4000 g/mol, wohingegen die Polysiloxantypen 6 bis 10 hochmolekulare Polysiloxane mit einem gewichtsgemittelten Molekulargeweicht von 3000 bis 250000 g/mol sind, die Polysiloxantypen 11 bis 15 dendritisch verzweigte Polysiloxane mit einem gewichtsgemittelten Molekulargeweicht von 400 bis 5000 g/mol sind und der Polysiloxantyp 16 ein zyklisches Polysiloxan mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 250 bis 1500 g/mol ist. Wie in der Figur 1 gezeigt, ist/sind die funktionelle Gruppe(n) entweder nur einseitig endständig angeordnet, wie in den Polymertypen 1 , 6 und 11 , mehrfach endständig angeordnet, wie in den Polymertypen 2, 7 und 12, nur seitenständig angeordnet, wie in den Polymertypen 3, 8, 13 und 16 oder sowohl end- als auch seitenständig angeordnet, wie in den Polymertypen 4, 5, 9, 10, 14 und 15.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass bei dem Verfahren ein oder mehrere Polymere ausgewählt aus Polyepoxiden und mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyepoxiden mit mindestens einer Polysiloxan-Verbindung ii), welche als funktionelle Gruppe(n) ein oder mehrere Amingruppen enthält, miteinander reagiert werden.
Um eine Entmischung des Polymers i) und der Polysiloxan-Verbindung ii) während des Verfahrens zu verhindern, kann es vorteilhaft sein, der Reaktion noch eine die Mischbarkeit des Polymers i) und der Polysiloxan-Verbindung ii) verbessernde Verbindung zuzusetzen und/oder die Reaktionsmischung vor und/oder während der Reaktion zu vermischen, beispielsweise durch Rotation und/oder Vibration. Dies ist deshalb vorteilhaft, da auf diese Weise ein Bauteil mit über dessen Querschnitt homogenen Eigenschaften auch dann erhalten wird, wenn die eingesetzten Polymere i) und Polysiloxan-Verbindungen ii) schlecht miteinander mischbar sind. Geeignete Beispiele für die die Mischbarkeit von Polymer i) und Polysiloxan-Verbindung ii) verbessernden Verbindungen sind insbesondere Alkylsiloxane, Oligoalkylsiloxane und Polyalkylsiloxane mit einem hohen Anteil an polaren/funktionellen Gruppen (Amino, Hydroxy, etc.) wie beispielsweise 3- Aminopropyltriethoxysilan (APTES) oder Copolymere aus Aminopropylmethylsiloxan und Dimethylsiloxan, oberflächenmodifizierte anorganische Partikel wie beispielsweise Silikapartikel mit einem hohen Anteil an Si-OH-Gruppen, sowie Copolymere aus einerseits beispielsweise Polyepoxid, Polyurethan, Polyamid oder Kautschuk und andererseits Polyalkylsiloxanen; diese Copolymere können als statistische Copolymere, Blockcopolymere, Gradientencopolymere oder graft-Copolymere vorliegen.
Besonders gute Ergebnisse werden erhalten, wenn in dem Verfahren ein oder mehrere Polymere ausgewählt aus Polyepoxiden und mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyepoxiden mit mindestens einer Polysiloxan-Verbindung ii), welche als funktionelle Gruppe(n) ein oder mehrere Amingruppen enthält, und mindestens einem Aminvernetzer iii), der keine Siloxangruppen enthält, reagiert werden. Dabei fungiert der Aminvernetzer iii), der keine Siloxangruppen enthält, als die Mischbarkeit des Polymers i) und der Polysiloxan-Verbindung ii) verbessernde Verbindung. Geeignete Beispiele für den Aminvernetzer iii), der keine Siloxangruppen enthält, sind Alkylgruppe(n) und/oder Arylgruppen umfassende Diaminverbindungen, wie solche, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus 4,4'-Methylen-bis-(2,6-diethyl-3-chloranilin), 4,4'-Methylen-bis-(2- chloranilin), 4,4'-Methylen-bis-(2-ethylbenzylamin), 4,4'-Methylen-bis-(2,6- diethylanilin), 4,4'-Methylen-bis-(cyclohexylamin), Diethylmethylbenzoldiamin, 4,4'- Diaminodicyclohexylmethan, 4,4'-Diamino-3,3'-dimethyldicyclohexyl-methan, 4,4'- Diaminodiphenylmethan, 3,5-Dimethylthio-tolyl-diamin, 3,5-Dimethyltolyl-2,4- diamin, 3,5-Dimethyltolyl-2,6-diamin, Polytetramethylenoxid-di-p-aminobenzoat, Poly(tetramethylen-3-methyltetramethylenether)glykol-bis-(4-aminobenzoat), Trimethylen-bis-(4-aminobenzoat), lsobutyl-4-chlor-3,5-diaminobenzoat, Tetramethylammoniumbromid, Ethylendiamin, Hydrazin, Hexamethylendiamin, o- Phenylendiamin, m-Phenylendiamin, p-Phenylendiamin, 1 ,4-Diaminocyclohexan, 1 ,2-Diaminocyclohexan, Isophorondiamin, Diethyltoluoldiamin, 3,5-Dimethylthio- 2,4-toluendiamin, 3,5-Dimethylthio-2,6-toluoldiamin und beliebigen Mischungen aus zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen besteht.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Bauteil, das mit dem zuvor beschriebenen Verfahren erhältlich ist.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, welche für die vorliegende Erfindung illustrativ sind, diese aber nicht einschränken.
Beispiele
In den nachfolgenden Beispielen wurde als Polymer i) eingesetzt:
EH1 : Eine Mischung aus Bisphenol A Epichlorhydrin-Harzen und 1 ,4-Bis(2, 3- epoxypropoxybutan). EH2: Eine Mischung aus 4,4'-Methylenbis[N,N-bis(2,3-epoxypropyl)anilin] und der Reaktionsmasse von 1-(2,3-Epoxypropoxy)-2,2-bis((2,3- epoxypropoxy)methyl)butan und 1-(2,3-Epoxypropoxy)-2-((2,3- epoxypropoxy)methan.
Zudem wurden als Polysiloxan-Verbindung ii) eingesetzt:
SA1 : Eine niedermolekulare aminopropylfunktionalisierte Polydimethylsiloxanverbindung von dem in der Figur 1 gezeigten Typ 2. Diese Verbindung ist an den beiden Kettenenden aminopropylfunktionalisiert, so dass pro Polymerkette zwei primäre Aminogruppen vorliegen, so dass jedes Molekül insgesamt 4-fach reagieren kann.
SA2: Eine hochmolekulare aminopropylfunktionalisierte Polydimethylsiloxanverbindung von dem in der Figur 1 gezeigten Typ 7. Diese Verbindung ist an den beiden Kettenenden aminopropylfunktionalisiert, so dass pro Polymerkette zwei primäre Aminogruppen vorliegen, so dass jedes Molekül insgesamt 4-fach reagieren kann.
SA3: Eine niedermolekulare aminopropylfunktionalisierte Polydimethylsiloxanverbindung von dem in der Figur 1 gezeigten Typ 3. Diese Verbindung ist an wenigen Positionen seitenständig aminopropylfunktionalisiert. Pro funktioneller Seitenkette liegt eine primäre und eine sekundäre Aminogruppe vor, so dass jede funktionalisierte Seitenkette 3-fach reagieren kann. SA4: Eine hochmolekulare aminopropylfunktionalisierte Polydimethylsiloxanverbindung von dem in der Figur 1 gezeigten Typ 8. Diese Verbindung ist an vielen Positionen seitenständig aminopropylfunktionalisiert. Pro funktioneller Seitenkette liegt eine primäre Aminogruppe vor, so dass jede funktionalisierte Seitenkette 2-fach reagieren kann.
Ferner wurde als konventioneller polysiloxan-freier Härter eingesetzt:
A1 : Diethylmethylbenzoldiamin.
Vergleichsbeispiel 1
(Epoxidharz ohne aminofunktionalisierte Polysiloxane)
Es wurde eine Reaktionsmischung enthaltend als Polymer i) EH1 und als Härter A1 bereitgestellt, wobei die Mischung aus Polymer i) und Härter so miteinander gemischt wurden, dass die Epoxy- und Amin-NH-Äquivalentgewichte einander entsprachen. Durch Härtung bei 120 °C wurden feste Probenkörper erhalten, die einen Glasübergangspunkt von ca. 150 °C (DSC, 2. Lauf) und eine Oberflächenenergie von 45 mN/m (Kontaktwinkelmessungen an einer frischgeschliffenen und nicht-getemperten Oberfläche mit jeweils Wasser und Diiodmethan, berechnet nach Owens-Wendt-Rabel-Kaelble) hatten.
Beispiel 1
(Epoxidharz mit einem hohen Anteil an aminofunktionalisierten Polysiloxanen - Kombinationen SA1/SA4 bzw. SA2/SA4 bzw. SA3/SA4)
Es wurde drei Reaktionsmischungen bereitgestellt, die jeweils als Polymer i) EH1 enthielten. Eine erste Reaktionsmischung enthielt als polysiloxan-haltige Härtermischung A1 +SA1 +SA4, eine zweite Reaktionsmischung enthielt als polysiloxan-haltige Härtermischung A1 +SA2+SA4, und eine dritte Reaktionsmischung enthielt als polysiloxan-haltige Härtermischung A1 +SA3+SA4. Dabei wurden die Mischungen aus Polymer i) und polysiloxan-haltiger Härtermischung ii) jeweils so miteinander gemischt, dass die Epoxy- und Amin- NH-Äquivalentgewichte einander entsprachen.
Dabei wurden bis zu 70% der NH-Gruppen durch den Härter A1 bereitgestellt und die verbliebenen mindestens 30% der NH-Gruppen wurden durch die jeweiligen Polysiloxan-Verbindungen SA1-SA4 bereitgestellt.
Durch Härtung bei 120 °C wurden feste Probenkörper erhalten, die einen Glasübergangspunkt von ca. 70 bis 80 °C (DSC, 2. Lauf) und Oberflächenenergien im Bereich von ca. 13 bis 32 mN/m (Kontaktwinkelmessung an einer frisch-geschliffenen und nicht-getemperten Oberfläche mit jeweils Wasser und Diiodmethan, berechnet nach Owens-Wendt-Rabel-Kaelble) aufwiesen.
Beispiel 2
(Epoxidharz mit einem moderaten Anteil an nur einer Art von aminofunktionalisierten Polysiloxanen (SA4))
Es wurde eine Reaktionsmischung enthaltend als Polymer i) EH1 und als Härter eine Mischung aus A1 und der Polysiloxan-Verbindung SA4 bereitgestellt, wobei die Komponenten der Reaktionsmischung so miteinander gemischt wurden, dass die Epoxy- und Amin-NH-Äquivalentgewichte einander entsprachen. Dabei wurden 80 bis 85% der NH-Gruppen durch den Härter A1 bereitgestellt und die verbliebenen 15 bis 20% der NH-Gruppen wurden durch die Polysiloxan- Verbindung SA4 bereitgestellt. Durch Härtung bei 120 °C wurden feste Probenkörper erhalten, die einen Glasübergangspunkt von ca. 145 °C (DSC, 2. Lauf) und eine Oberflächenenergie im Bereich von 28 bis 34 mN/m (Kontaktwinkelmessung an einer frisch-geschliffenen und nicht-getemperten Oberfläche mit jeweils Wasser und Diiodmethan, berechnet nach Owens-Wendt- Rabel-Kaelble) aufwiesen. Beispiel 3
(Epoxidharz mit einem moderaten Anteil an aminofunktionalisierten Polysiloxanen
(Kombination SA1/SA4))
Es wurde eine Reaktionsmischung enthaltend als Polymer i) EH1 und als Härter eine Mischung aus A1 und den Polysiloxan-Verbindungen ii) SA1 und SA4 bereitgestellt, wobei die Komponenten der Reaktionsmischung so miteinander gemischt wurden, dass die Epoxy- und Amin-NH-Äquivalentgewichte einander entsprachen. Dabei wurden 80% der NH-Gruppen durch den Härter A1 bereitgestellt und die verbliebenen 20% der NH-Gruppen wurden in der Summe durch die Polysiloxan-Verbindungen SA1 und SA4 (diese beiden in variablen Anteilen) bereitgestellt. Durch Härtung bei 120 °C wurden feste Probenkörper erhalten, die einen Glasübergangspunkt von ca. 110 bis 120 °C (DSC, 2. Lauf) und eine Oberflächenenergie im Bereich von ca. 20 bis 25 mN/m (Kontaktwinkelmessung an einer frisch-geschliffenen und nicht-getemperten Oberfläche mit jeweils Wasser und Diiodmethan, berechnet nach Owens-Wendt- Rabel-Kaelble) aufwiesen.
Beispiel 4
(Epoxidharz mit einem moderaten Anteil an aminofunktionalisierten Polysiloxanen (Kombination SA2/SA4))
Es wurde eine Reaktionsmischung enthaltend als Polymer i) EH1 und als Härter ii) eine Mischung aus A1 und den Polysiloxan-Verbindungen SA2 und SA4 bereitgestellt, wobei die Komponenten der Reaktionsmischung so miteinander gemischt wurden, dass die Epoxy- und Amin-NH-Äquivalentgewichte einander entsprachen. Dabei wurden 80% der NH-Gruppen durch den Härter A1 bereitgestellt und die verbliebenen 20% der NH-Gruppen wurden in der Summe durch die Polysiloxan-Verbindungen SA2 und SA4 (diese beiden in variablen Anteilen) bereitgestellt. Durch Härtung bei 120 °C wurden feste Probenkörper erhalten, die einen Glasübergangspunkt von 125 bis 130 °C (DSC, 2. Lauf) und eine Oberflächenenergie im Bereich von ca. 19 bis 21 mN/m (Kontaktwinkelmessung an einer frisch-geschliffenen und nicht-getemperten Oberfläche mit jeweils Wasser und Diiodmethan, berechnet nach Owens-Wendt- Rabel-Kaelble) aufwiesen.
Beispiel 5
(Epoxidharz mit einem moderaten Anteil an aminofunktionalisierten Polysiloxanen (Kombination SA3/SA4))
Es wurde eine Reaktionsmischung enthaltend als Polymer i) EH1 und als Härter eine Mischung aus A1 und den Polysiloxan-Verbindungen SA4 und SA4 bereitgestellt, wobei die Komponenten der Reaktionsmischung so miteinander gemischt wurden, dass die Epoxy- und Amin-NH-Äquivalentgewichte einander entsprachen. Dabei wurden 80% der NH-Gruppen durch den Härter A1 bereitgestellt und die verbliebenen 20% der NH-Gruppen wurden in der Summe durch den Härter SA3 und die Polysiloxan-Verbindung SA4 (diese beiden in variablen Anteilen) bereitgestellt. Durch Härtung bei 120 °C wurden feste Probenkörper erhalten, die einen Glasübergangspunkt von 120 bis 130 °C (DSC, 2. Lauf) und eine Oberflächenenergie im Bereich von ca. 25 bis 32 mN/m (Kontaktwinkelmessung an einer frisch-geschliffenen und nicht-getemperten Oberfläche mit jeweils Wasser und Diiodmethan, berechnet nach Owens-Wendt- Rabel-Kaelble) aufwiesen.
Beispiel 6
(Epoxidharz mit erhöhtem Ausmaß an Quervernetzung und einem moderaten Anteil an nur einer Art von aminofunktionalisierten Polysiloxanen (SA4))
Es wurde eine Reaktionsmischung enthaltend als Polymere i) EH1 sowie EH2 und als Härter eine Mischung aus A1 und SA4 bereitgestellt, wobei die Komponenten der Reaktionsmischung so miteinander gemischt wurden, dass die Epoxy- und Amin-NH-Äquivalentgewichte einander entsprachen. Dabei wurden 80 bis 85% der NH-Gruppen durch den Härter A1 bereitgestellt und die verbliebenen 15 bis 20% der NH-Gruppen wurden durch die Polysiloxan-Verbindung SA4 bereitgestellt. Durch Härtung bei 120 °C wurden feste Probenkörper erhalten, die einen Glasübergangspunkt von 150 bis 170 °C (DSC, 2. Lauf) und eine Oberflächenenergie im Bereich von ca. 35 bis 38 mN/m (Kontaktwinkelmessung an einer frisch-geschliffenen und nicht-getemperten Oberfläche mit jeweils Wasser und Diiodmethan, berechnet nach Owens-Wendt-Rabel-Kaelble) aufwiesen.
Beispiel 7
(Epoxidharz mit erhöhtem Ausmaß an Quervernetzung und einem moderaten Anteil an aminofunktionalisierten Polysiloxanen (Kombination SA1/SA4))
Es wurde eine Reaktionsmischung enthaltend als Polymere i) EH1 sowie EH2 und als Härter eine Mischung aus A1 und den Polysiloxan-Verbindungen SA1 und SA4 bereitgestellt, wobei die Komponenten der Reaktionsmischung so miteinander gemischt wurden, dass die Epoxy- und Amin-NH-Äquivalentgewichte einander entsprachen. Dabei wurden 80% der NH-Gruppen durch den Härter A1 bereitgestellt und die verbliebenen 20% der NH-Gruppen wurden in der Summe durch die Polysiloxan-Verbindungen SA2 und SA4 (diese beiden in variablen Anteilen) bereitgestellt. Durch Härtung bei 120 °C wurden feste Probenkörper erhalten, die einen Glasübergangspunkt von 128 bis 135 °C (DSC, 2. Lauf) und eine Oberflächenenergie im Bereich von ca. 31 bis 35 mN/m (Kontaktwinkelmessung an einer frisch-geschliffenen und nicht-getemperten Oberfläche mit jeweils Wasser und Diiodmethan, berechnet nach Owens-Wendt- Rabel-Kaelble) aufwiesen.
Beispiel 8 (Epoxidharz mit erhöhtem Ausmaß an Quervernetzung und einem moderaten
Anteil an aminofunktionalisierten Polysiloxanen (Kombination SA2/SA4))
Es wurde eine Reaktionsmischung enthaltend als Polymere i) EH1 sowie EH2 und als Härter eine Mischung aus A1 und den Polysiloxan-Verbindungen SA2 und SA4 bereitgestellt, wobei die Komponenten der Reaktionsmischung so miteinander gemischt wurden, dass die Epoxy- und Amin-NH-Äquivalentgewichte einander entsprachen. Dabei wurden 85% der NH-Gruppen durch den Härter A1 bereitgestellt und die verbliebenen 15% der NH-Gruppen wurden in der Summe durch die Polysiloxan-Verbindungen SA3 und SA4 (diese beiden in variablen Anteilen) bereitgestellt. Durch Härtung bei 120 °C wurden feste Probenkörper erhalten, die einen Glasübergangspunkt von 130 bis 145 °C (DSC, 2. Lauf) und eine Oberflächenenergie im Bereich von ca. 37 bis 40 mN/m (Kontaktwinkelmessung an einer frisch-geschliffenen und nicht-getemperten Oberfläche mit jeweils Wasser und Diiodmethan, berechnet nach Owens-Wendt- Rabel-Kaelble) aufwiesen.
Beispiel 9
(Epoxidharz mit erhöhtem Ausmaß an Quervernetzung und einem moderaten Anteil an aminofunktionalisierten Polysiloxanen (Kombination SA3/SA4))
Es wurde eine Reaktionsmischung enthaltend als Polymere i) EH1 sowie EH2 und als Härter eine Mischung aus A1 und den Polysiloxan-Verbindungen SA3 und SA4 bereitgestellt, wobei die Komponenten der Reaktionsmischung so miteinander gemischt wurden, dass die Epoxy- und Amin-NH-Äquivalentgewichte einander entsprachen. Dabei wurden 85% der NH-Gruppen durch den Härter A1 bereitgestellt und die verbliebenen 15% der NH-Gruppen wurden in der Summe durch die Polysiloxan-Verbindungen SA3 und SA4 (diese beiden in variablen Anteilen) bereitgestellt. Durch Härtung bei 120 °C wurden feste Probenkörper erhalten, die einen Glasübergangspunkt von 145 bis 150 °C (DSC, 2. Lauf) und eine Oberflächenenergie im Bereich von ca. 34 bis 40 mN/m (Kontaktwinkelmessung an einer frisch-geschliffenen und nicht-getemperten Oberfläche mit jeweils Wasser und Diiodmethan, berechnet nach Owens-Wendt- Rabel-Kaelble) aufwiesen.
Beispiel 10
(Senkung der Oberflächenenergie von Epoxidharzen mit erhöhtem Ausmaß an Quervernetzung und einem moderaten Anteil an aminofunktionalisierten Polysiloxanen (Kombinationen SA1/SA4 bzw. SA2/SA4 bzw. SA3/SA4) durch Tempern)
In dem Vergleichsbeispiel und in den Beispielen 1 bis 9 wurden die Kontaktwinkel mit Wasser und Diiodmethan ausnahmslos an frisch-geschliffenen Oberflächen gemessen, so dass die daraus berechneten Oberflächenenergie somit den Wert einer frisch-präparierten Oberfläche repräsentierten. Repräsentative Vertreter aus den Beispielen 7, 8 und 9 wurden daher zwischen der Präparation der Probenoberfläche mittels Schleifen und der Messung der Kontaktwinkel mit Wasser und Diiodmethan für 12 h bei 120 °C gelagert. Während die Proben zuvor (wie in den Beispiele 7, 8 und 9 beschrieben) Oberflächenenergien von ca. 30 bis 40 mN/m aufwiesen, wurden nach diesem Temperschritt Oberflächenenergien im Bereich von ca. 8 bis 13 mN/m gemessen.

Claims

Patentansprüche
1 . Bauteil für eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, insbesondere für eine Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, wobei das Bauteil ein Walzenbezug für eine Walze, eine Schaberklinge, ein Pressmantel für eine Presswalze oder ein Transportband ist und mindestens eine Schicht aus einem vernetzten nichtsilikonhaltigem Polymer umfasst, welches als Polymermatrix fungiert, sowie mindestens eine Polysiloxan-Struktureinheit ii), die kovalent an die Polymermatrix gebunden ist, wobei die mindestens eine Polysiloxan-Struktureinheit ii) die folgende allgemeine Formel (I) aufweist:
-(SiR1 R2O-)n (I), worin:
R1 und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus Wasserstoff, Ci-C2o-Alkylgruppen, C2-C20- Alkenylgruppen, C2-C2o-Alkinylgruppen, C3-Ci2-Cycloalkylgruppen und Cs- Ci2-Arylgruppen und
R1 oder R2 mindestens eine funktionelle Struktureinheit aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Amingruppen, Epoxidgruppen, Anhydridgruppen, Hydroxygruppen, Alkenylgruppen, Silylgruppen mit dem Si-H-Strukturmotiv und beliebigen Kombinationen von zwei oder mehr der vorgenannten Gruppen besteht, wobei diese funktionellen Gruppen vorzugsweise reagieren können mit der Polymermatrix oder den Monomeren aus denen die Polymermatrix aufgebaut wird und n eine ganze Zahl von mindestens 3 ist, und wobei das vernetzte Polymer direkt nach dem Anschneiden eine Oberflächenenergie von maximal 40 mN/m, bevorzugt von maximal 35 mN/m, besonders bevorzugt von maximal 30 mN/m, weiter bevorzugt von maximal 25 mN/m, noch weiter bevorzugt von maximal 20 mN/m und höchst bevorzugt von maximal 15 mN/m aufweist.
2. Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Formel (I) R1 und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus Wasserstoff, linearen oder verzweigten C1-C10- Alkylgruppen, linearen oder verzweigten C2-C4-Alkenylgruppen und C6-C10- Arylgruppen und zudem R1 oder R2 mindestens eine funktionelle Struktureinheit aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Amingruppen, Epoxidgruppen, Anhydridgruppen, Hydroxygruppen, Alkenylgruppen, Silylgruppen mit dem Si-H-Strukturmotiv und beliebigen Kombinationen von zwei oder mehr der vorgenannten Gruppen besteht, wobei diese funktionellen Gruppen vorzugsweise reagieren können mit der Polymermatrix oder den Monomeren aus denen die Polymermatrix aufgebaut wird.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Formel (I) R1 und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus Wasserstoff, linearen oder verzweigten C1-C4- Alkylgruppen und Ce-Cs-Arylgruppen, bevorzugt aus linearen C1-C4- Alkylgruppen und besonders bevorzugt aus Methylgruppe und Ethylgruppe, wobei R1 und R2 ganz besonders bevorzugt beide Methylgruppen sind R1 oder R2 mindestens eine funktionelle Struktureinheit aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Amingruppen, Epoxidgruppen, Anhydridgruppen, Hydroxygruppen, Alkenylgruppen, Silylgruppen mit dem Si-H-Strukturmotiv und beliebigen Kombinationen von zwei oder mehr der vorgenannten Gruppen besteht, wobei diese funktionellen Gruppen vorzugsweise reagieren können mit der Polymermatrix oder den Monomeren aus denen die Polymermatrix aufgebaut wird.
4. Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass n eine ganze Zahl von mindestens 3, bevorzugt von mindestens 5, besonders bevorzugt von mindestens 10, ganz besonders bevorzugt von 5 bis 50 und höchst bevorzugt von 5 bis 15 ist.
5. Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Polysiloxan-Struktureinheit gemäß der allgemeinen Formel (I) in der Hauptkette des vernetzten Polymers enthalten ist.
6. Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Polysiloxan-Struktureinheit gemäß der allgemeinen Formel (I) in mindestens einer der Vernetzerbrücken des vernetzten Polymers enthalten ist.
7. Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Polysiloxan-Struktureinheit gemäß der allgemeinen Formel (I) in der Hauptkette des vernetzten Polymers sowie mindestens eine Polysiloxan-Struktureinheit gemäß der allgemeinen Formel (I) in mindestens einer der Vernetzerbrücken des vernetzten Polymers enthalten ist.
8. Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der molare Anteil der mindestens einen Polysiloxan- Struktureinheit gemäß der allgemeinen Formel (I) bezogen auf das vernetzten Polymer 1 bis 50 Mol-%, bevorzugt 5 bis 40 Mol-% und besonders bevorzugt 10 bis 30 Mol-% beträgt.
9. Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vernetzte Polymer aus einer oder mehreren Struktureinheit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyepoxiden, Polyamiden, Polyurethanen und Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken sowie einer oder mehreren Polysiloxan-Struktureinheit(en) gemäß der allgemeinen Formel (I) besteht.
10. Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vernetzte Polymer mindestens eine Polyepoxid- Struktureinheit enthält, welche bevorzugt eine Polyepoxid-Struktureinheit vom Glycidylamintyp oder eine Polyepoxid-Struktureinheit vom Glycidylethertyp ist.
11 . Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vernetzte Polymer mindestens eine - insbesondere silikonfreie- Kautschuk-Struktureinheit enthält, wobei der Kautschuk bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Naturkautschuken, synthetischen Polyisoprenen, epoxidierten Polyisoprenen, Butadienkautschuken, Chloroprenkautschuken, Acrylnitril-Butadien- Kautschuken, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken und beliebigen Kombinationen von zwei oder mehr der vorgenannten Kautschuke ausgewählt ist.
12. Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vernetzte Polymer mindestens eine Polyamid- Struktureinheit enthält, welche bevorzugt eine Polyamid-Struktureinheit gemäß der folgenden allgemeinen Formel (II) ist: -(R3-C(O)-NR4-R5-)m (II), worin:
R3 eine Ci-C2o-Alkylengruppe, C2-C2o-Alkenylengruppe, C2-C20- Alkinylengruppe, C3-Ci2-Cycloalkylengruppe oder Cs-Ci2-Arylengruppe ist, R4 Wasserstoff oder eine Ci-C2o-Alkylgruppe, C2-C2o-Alkenylgruppe, C2- C2o-Alkinylgruppe, C3-Ci2-Cycloalkylgruppe oder Cs-Ci2-Arylgruppe ist, R5 eine Bindung oder eine Ci-C2o-Alkylengruppe, C2-C2o-Alkenylengruppe, C2-C2o-Alkinylengruppe, C3-Ci2-Cycloalkylengruppe oder Cs-Ci2- Arylengruppe ist und m eine ganze Zahl von mindestens 5 ist.
13. Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vernetzte Polymer mindestens eine Polyurethan- Struktureinheit enthält, welche bevorzugt eine Polurethan-Struktureinheit gemäß der folgenden allgemeinen Formel (III) ist:
-(R6-O-C(O)-N R7-R8-N R9-C(O)-O-R1 °-)o (III), worin:
R6 und R8 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus Ci-C2o-Alkylengruppen, C2-C2o-Alkenylengruppen, C2- C2o-Alkinylengruppen, C3-Ci2-Cycloalkylengruppen und C5-C12- Arylengruppen,
R7 und R9 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus Wasserstoff, Ci-C2o-Alkylgruppen, C2-C20- Alkenylgruppen, C2-C2o-Alkinylgruppen, C3-Ci2-Cycloalkylgruppen und Cs- Ci2-Arylgruppen, R10 eine Bindung oder eine Ci-C2o-Alkylengruppe, C2-C2o-Alkenylengruppe, C2-C2o-Alkinylengruppe, C3-Ci2-Cycloalkylengruppe oder Cs-Ci2- Arylengruppe ist und o eine ganze Zahl von mindestens 5 ist.
14. Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer quervernetzt und in Wasser und organischen Lösemitteln unlöslich ist.
15. Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht des Bauteils eine Matrix aus dem vernetzten Polymer enthält, in welche eine Art oder mehrere Arten von Füllstoffen und/oder Fasern gleicher oder unterschiedlicher Materialien eingebettet sind. Die Fasern können beispielsweise in Form von Vlies, Gelege oder Gewebe oder als Fasern mit Längen von 0,05 mm bis 50 mm vorliegen.
16. Walze, Presswalze oder Transportband, welche(s) ein Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche umfasst.
17. Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, welche eine Walze, eine Schaberklinge, eine Presswalze oder ein Transportband nach Anspruch 17 umfasst.
18. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche umfassend die Herstellung des Bauteils in der Form eines Walzenbezugs für eine Walze, einer Schaberklinge, eines Pressmantels für eine Presswalze oder eines Transportbandes aus mindestens einer Schicht aus einem vernetztem Polymer, wobei das vernetzte Polymer hergestellt wird durch Reagieren von i) einem oder mehreren Polymeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyepoxiden, Polyurethanen, Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken, Polyamiden, mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyepoxiden, mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyurethanen, mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken und mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyamiden mit ii) mindestens einer Polysiloxan-Verbindung umfassend wenigstens eine Struktureinheit gemäß der allgemeinen Formel (I) sowie mindestens eine funktionelle Gruppe:
-(SiR1 R2O-)n- (I), worin:
R1 und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus Wasserstoff, Ci-C2o-Alkylgruppen, C2-C20- Alkenylgruppen, C2-C2o-Alkinylgruppen, C3-Ci2-Cycloalkylgruppen und Cs- Ci2-Arylgruppen, und n eine ganze Zahl von mindestens 3 ist, wobei die mindestens eine funktionelle Gruppe der mindestens einen Verbindung (i) so ausgewählt ist, dass diese mit dem einen oder mehreren Polymeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyepoxiden, Polyurethanen, Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken, Polyamiden, mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyepoxiden, mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyurethanen, mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Kautschuken, insbesondere silikonfreien Kautschuken und mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyamiden reagiert.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Polysiloxan-Verbindung ii) mindestens eine funktionelle Gruppe aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Amingruppen, Epoxidgruppen, Anhydridgruppen, Hydroxygruppen, Alkenylgruppen, Silylgruppen mit dem Si-H-Strukturmotiv und beliebigen Kombinationen von zwei oder mehr der vorgenannten Gruppen besteht.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Polysiloxan-Verbindung ii) ein lineares Polysiloxan gemäß der folgenden allgemeinen Formel (IV) ist:
R11-(SiR12R13O-)m-R14 (IV), worin:
R11 , R12, R13 und R14 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus funktionellen Gruppen, Wasserstoff, C1-C20- Alkylgruppen, C2-C2o-Alkenylgruppen, C2-C2o-Alkinylgruppen, C3-C12- Cycloalkylgruppen und Cs-Ci2-Arylgruppen, und m eine ganze Zahl von 3 bis 20 und bevorzugt von 5 bis 15 ist, wobei vorzugsweise die Anzahl der Reste R11 , R12, R13 und R14, welche eine funktionelle Gruppe sind, bezogen auf die Gesamtanzahl der Reste R11 , R12, R13 und R14 5 bis 95% und bevorzugt 10 bis 15% beträgt.
21 . Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Polysiloxan-Verbindung ii) ein lineares Polysiloxan gemäß der folgenden allgemeinen Formel (V) ist:
R11-(SiR12R13O-)n2-R14 (V), worin:
R11, R12, R13 und R14 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus funktionellen Gruppen, Wasserstoff, C1-C20- Alkylgruppen, C2-C2o-Alkenylgruppen, C2-C2o-Alkinylgruppen, C3-C12- Cycloalkylgruppen und Cs-Ci2-Arylgruppen, und n2 eine ganze Zahl von 3 bis 500 und bevorzugt von 20 bis 150 ist, wobei vorzugsweise die Anzahl der Reste R11 , R12, R13 und R14, welche eine funktionelle Gruppe sind, bezogen auf die Gesamtanzahl der Reste R11 , R12, R13 und R14 5 bis 95% und bevorzugt 10 bis 30% beträgt.
22. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Polysiloxan-Verbindung ii) ein dendritisch verzweigtes Polysiloxan enthaltend Struktureinheiten gemäß der folgenden allgemeinen Formel (VI) ist:
-(SiR12R13O-)n3- (VI), worin:
R12 und R13 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus funktionellen Gruppen, Wasserstoff, C1-C20- Alkylgruppen, C2-C2o-Alkenylgruppen, C2-C2o-Alkinylgruppen, C3-C12- Cycloalkylgruppen und Cs-Ci2-Arylgruppen, und ns eine ganze Zahl von 1 bis 20 und bevorzugt von 3 bis 8 ist, wobei vorzugsweise die Anzahl der Reste R12 und R13, welche eine funktionelle Gruppe sind, bezogen auf die Gesamtanzahl der Reste R12 und R13 5 bis 95% und bevorzugt 10 bis 30% beträgt.
23. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Polysiloxan-Verbindung ii) ein zyklisches Polysiloxan gemäß der folgenden allgemeinen Formel (VII) ist:
L(SiR12R13O-)n4 J (VII). worin:
R12 und R13 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus funktionellen Gruppen, Wasserstoff, C1-C20- Alkylgruppen, C2-C2o-Alkenylgruppen, C2-C2o-Alkinylgruppen, C3-C12- Cycloalkylgruppen und Cs-Ci2-Arylgruppen, und n4 eine ganze Zahl von 3 bis 8 und bevorzugt von 3 bis 6 ist, wobei vorzugsweise die Anzahl der Reste R12 und R13, welche eine funktionelle Gruppe sind, bezogen auf die Gesamtanzahl der Reste R12 und R13 5 bis 95% und bevorzugt 10 bis 30% beträgt.
24. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Polymere ausgewählt aus Polyepoxiden und mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyepoxiden mit mindestens einer Polysiloxan-Verbindung ii), welche als funktionelle Gruppe(n) ein oder mehrere Amingruppen enthält, reagiert werden.
25. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Polymere ausgewählt aus Polyepoxiden und mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisenden Polyepoxiden mit mindestens einer Polysiloxan-Verbindung ii), welche als funktionelle Gruppe(n) ein oder mehrere Amingruppen enthält, und mindestens einem Aminvernetzer iii), der keine Siloxangruppen enthält, reagiert werden, wobei der mindestens eine Aminvernetzer iii) vorzugsweise eine Alkylgruppe(n) und/oder Arylgruppen umfassende Diaminverbindung ist.
26. Bauteil erhältlich nach einem Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 25.
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