PL211257B1 - Ekologiczna emulsja do form odlewniczych - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211257 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 383094 ^{(51) Int.Cl.}

C08K 5/04 (2006.01) C10M 129/00 (2006.01) B22C 3/00 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 06.08.2007 _{B29C 33/60 (2006.01)} (54) Ekologiczna emulsja do form odlewniczych

(73) Uprawniony z patentu:
	SZCZEPANIAK STANISŁAW, Kielce, PL SZCZEPANIAK REMIGIUSZ, Kielce, PL
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
16.02.2009 BUP 04/09
	(72) Twórca(y) wynalazku:
	STANISŁAW SZCZEPANIAK, Kielce, PL
	REMIGIUSZ SZCZEPANIAK, Kielce, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.04.2012 WUP 04/12
	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Sylwia Fietko-Basa

PL 211 257 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ekologiczna emulsja do form odlewniczych o bardzo dobrych właściwościach oddzielających, tworząca równomierny film na powierzchni odlewanych metali lekkich i kolorowych.

Środki antyadhezyjne do form odlewniczych stanowią dość dużą i bardzo różnorodną grupę związków chemicznych. Nikt jednak nie podjął się ich klasyfikacji. Najczęściej podział preparatów oddzielających opiera się albo o zastosowanie albo o rodzaj substancji czynnej.

W publikacji patentowej numer GB 1 220 381 jako ś rodki oddzielają ce do odlewów plastiku, metali i ceramiki opisano związki organopolisilikonowe o ogólnym wzorze;

RmSiXn gdzie R jest rodnikiem alkilowym o zawartości atomów węgla od 1 do 18, X jest halogenem, m przyjmuje wartość od 1 do 2, a m+n = 4. Poważ ną wadą tych związków jest fakt, iż wykazują bardzo słabą odporność na ścieranie.

W publikacji nr GB 1 370 023 jako ś rodki antyadhezyjne uż ywane przy formowaniu róż norakich polimerów użyto fluoropochodne polietylenu lub polipropylenu rozpuszczone w stężeniu od 0,5 do 5% wagowych w lotnym, palnym i wybuchowym rozpuszczalniku.

Twórcy patentu nr US 4 217 394 opisali związki stosowane do smarowania metalowych form odlewniczych używanych przy formowaniu naturalnej i syntetycznej gumy oraz innych polimerów. Jako środków oddzielających użyto stabilnych oksydacyjnie homo- i kopolimerów blokowych lub heteropolioksyalkilenów. Media te mogą być użyte zarówno samodzielnie jak i w mieszaninie ze znanymi polioksyalkilenami.

Autorzy patentu nr US 4 774 138 proponują jako środki antyadhezyjne do odlewów w wysokich temperaturach i skomplikowanych kształtów wodne roztwory jednego lub kilku alifatycznych, dihydroksylowych alkoholi zawierających od 3 do 7 atomów węgla i/lub jednego lub kilku alifatycznych kwasów hydroksykarboksylowych lub trizasadowej rozpuszczalnej w wodzie jego soli, opcjonalnie mieszaninę powyższych związków z 0,2 do 15% wagowych nierozpuszczalną w wodzie solą Ci₂ - C₁₆ alifatycznego kwasu mono- lub dikarboksylowego.

Środki oddzielające w postaci emulsji opisano w publikacji nr US 5 378 270. Preparaty te bazują na olejach roślinnych, zwierzęcych i mineralnych, kwasach tłuszczowych oraz ich estrach, do których dodawane są metale alkaliczne lub sole EDTA metali ziem alkalicznych w ilości od 10 do 10 000 ppm, mające na celu polepszenie trwałości emulsji.

Twórcy patentu nr DE 19 620 450 opisali sposób produkcji stabilnej, wodnej emulsji silikonowej używanej między innymi jako środek antyadhezyjny. W skład emulsji wchodzą niejonowe emulgatory o HLB (Hydrophilic - Lipophilic Balance) mniejszej niż 13, większej niż 17 i mieszczącej się w zakresie 13 - 17 oraz związki organosilikonowe.

Opisane powyżej środki oddzielające nie spełniają najnowszych norm dotyczących ochrony środowiska. Mogą one wywierać negatywny wpływ na ekologię poprzez zawartość związków fluoropochodnych i olejów mineralnych. Ze względu na zawartość związków silikonowych istnieje również niebezpieczeństwo mocnego przylegania środka do odlewanych detali, co stwarza problem ewentualnego ich malowania lub nakładania na nie powłok galwanicznych. Bardzo poważną i niebezpieczną wadą jest użycie palnych i wybuchowych rozpuszczalników.

Ze względu na te niedogodności zaczęto poszukiwania substancji, które spełniałyby swe zadania jako środki oddzielające, a jednocześnie byłyby przyjazne dla środowiska i ludzi.

W publikacji nr US 4 634 469 opisano kompozycję stosowaną do odlewania aluminium i jego stopów opartą na glicerynie i oleju rycynowym z dodatkiem inhibitorów korozji miedzi.

W publikacji nr US 6 579 834 zaprezentowano wodny roztwór środka oddzielającego zawierającego jako główny komponent nieorganiczny związek smarujący oraz związki żywiczne, sole metali organicznych kwasów karboksylowych oraz wodę.

Autorzy zgłoszenia patentowego WO 2006/120216 opisali kompozycję antyadhezyjną opartą na nienasyconych kwasach tłuszczowych o zawartości atomów węgla od 16 do 22 w formie triglicerydów, gdzie emulgatorem są nienasycone kwasy tłuszczowe C16 - C22 etoksylowane 4 - 10 molami tlenku etylenu.

Przedstawione powyżej przykłady prezentują co prawda bezpieczne dla środowiska preparaty oddzielające, jednakże trwałość ich emulsji roboczych nie jest zadowalająca.

PL 211 257 B1

Do badań mających na celu poprawienie stabilności emulsji wprowadzono związki typu gemini, które z literatury patentowej znane są głównie jako środki myjące i emulgujące. Związki typu gemini zwane są inaczej dimerycznymi lub bliźniaczymi, ponieważ zawierają dwa identyczne łańcuchy hydrofobowe, dwa identyczne ugrupowania polarne i łącznik zwany też mostkiem.

W opisach patentowych US nr 5 846 926, 5 900 397 i 5 945 393 opisano sposoby wytwarzania i właś ciwości aromatycznych niejonowych surfaktantów typu gemini.

Z kolei w opisach nr US 6 666 217, 6 777 384, 6 794 345, 6 797 687, 6 805 141, 6 919 305 przedstawiono związki gemini, gdzie mostkiem jest glikol polietylenowy, a alkil jest pochodzenia petrochemicznego.

Z literatury patentowej, naukowych publikacji oraz wł asnych prób i doś wiadczeń wynika, ż e w porównaniu z klasycznymi zwią zkami powierzchniowoczynnymi, które mają po jednej grupie hydrofobowej i hydrofilowej, związki gemini są kilka razy efektywniejsze w obniżaniu napięcia powierzchniowego i to przy niskim ich stężeniu. Te unikatowe właściwości związków gemini umożliwiają tworzenie stabilnych emulsji oraz powodują lepsze i szybsze zwilżanie podłoża.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie ekologicznej emulsji do form odlewniczych tworzącej równomierny film na powierzchni odlewu o bardzo dobrych właściwościach oddzielających, a jednocześnie stabilnej w czasie, tak w formie koncentratu jak i 0,5 - 2% wodnych roztworów roboczych.

Emulsja do form odlewniczych według wynalazku zawiera nasycone i/lub nienasycone kwasy tłuszczowe o długości łańcucha C₁₆ - C₂₂ w formie trójglicerydów i/lub monoalkilowych estrów i charakteryzuje się tym, że zawiera także emulgator w ilości powyżej 0,1 części wagowych, którym jest niejonowy związek typu gemini, o ogólnym wzorze:

^{H H} ii

R—C-C-R,-C—OR₂

HO O

R-C-C-R, —C-OR₂ gdzie R jest liniowym lub rozgałęzionym łańcuchem alkilowym przynajmniej o 3 atomach węgla, R1 jest alkilenem lub hydroksyalkilenem o 6 - 8 atomach węgla, R2 jest krótkim alkilem o 1 - 4 atomach węgla, a n jest liczbą całkowitą większą od 2.

Ekologiczna emulsja do form odlewniczych według wynalazku charakteryzuje się również tym, że jako uzupełnienie zawiera emulsje polietylenowe lub polipropylenowe w ilości nie większej niż 25 części wagowych.

Ekologiczna emulsja do form odlewniczych według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera dodatkowo jako uzupełnienie związki silikonowe w ilości nie większej niż 20 części wagowych.

Ekologiczna emulsja do form odlewniczych według wynalazku charakteryzuje się również tym, że jako uzupełnienie zawiera związki podnoszące odporność emulsji na twardą wodę korzystnie kwasy polikarboksylowe i ich sole i/lub kwasy poliaminokarboksylowe i ich sole i/lub kwasy hydroksykarboksylowe i ich sole i/lub kwasy fosfonowe i ich sole i/lub poliasparganiany i/Iub poliglutaminiany.

PL 211 257 B1

Preparat uzyskany na podstawie wynalazku posiada znakomite właściwości antyadhezyjne, jest łatwy w użyciu, cechuje go duża smarność w stosunku do ruchomych części matrycy, a jego skład sprawia, że jest przyjazny dla środowiska i ludzi z nim pracujących.

Wykorzystanie środka oddzielającego jako wodnej emulsji sprzyja redukcji zagrożenia pożarowego oraz obniża poziom emitowanych zanieczyszczeń w miejscu pracy.

Nowo opracowana emulsja antyadhezyjna nie zatyka dysz matrycy, jest obojętna chemicznie dla odlewu i matrycy, wytrzymuje działanie wysokich temperatur, a ponadto zawiera inhibitory korozji przeciwdziałające rdzewieniu powierzchni form.

Przedmiot wynalazku zostanie dokładniej objaśniony w podanych niżej przykładach, nie ograniczając jego zakresu.

P r z y k ł a d 1

Do mieszalnika wprowadzono 40 kg niskoerukowego oleju rzepakowego, 10 kg niejonowego związku typu gemini przedstawionego wzorem, gdzie R jest C₆ - C₈ alkilem, R₁ jest C₆ - C₈ alkilenem, R2 jest C1 alkilenem, a n wynosi 10. Do powyższych składników przy ciągłym mieszaniu wlano 150 kg wody demineralizowanej. Całość mieszano w temperaturze pokojowej do pełnego ujednorodnienia, a następnie dodano 5 kg 40% wodnego roztworu tetrasodowej soli kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA). Mieszanie kontynuowano przez okres jednej godziny.

W ten sposób uzyskano 25% trudnopalny, ekologiczny koncentrat do form odlewniczych, który był stabilny powyżej trzech miesięcy.

Powyższy koncentrat do form odlewniczych rozcieńczono wodą technologiczną o twardości 18°n w stosunku 1:100. Uzyskano stabilną mikroemulsję o dobrych właściwościach antyadhezyjnych w stosunku do odlewów z aluminium, cynku, magnezu i ich stopów.

Formy odlewnicze po natryskiwaniu powyższą ekologiczną mikroemulsją były czyste (po spłukaniu zimną wodą technologiczną), a opary wydzielające się w trakcie procesu były minimalne i nietoksyczne. Powierzchnie odlewanych elementów były czyste, nieporowate i znakomicie nadawały się do pokryć lakierniczych i galwanicznych.

P r z y k ł a d 2

Przygotowano wodorozcieńczalny koncentrat środka oddzielającego do odlewania cynku, aluminium, magnezu i ich stopów na bazie ekologicznej emulsji według przykładu 1 - 80 części wagowych i 20 części wagowych emulsji polietylenowej o zawartości substancji czynnej około 22%. Całość wymieszano i otrzymano stabilny koncentrat, który po rozcieńczeniu wodą technologiczną w stosunku 1:120 stanowił roztwór roboczy do natryskiwania na formy odlewnicze.

Odlewane detale były błyszczące, nieporowate, a formy odlewnicze czyste, niezaolejone. Brak też było toksycznych oparów.

P r z y k ł a d 3

Przygotowano wodorozcieńczalny koncentrat środka oddzielającego do odlewania aluminium, cynku, magnezu i ich stopów na bazie ekologicznej emulsji według przykładu 1 - 85 części wagowych i 15 części wagowych emulsji silikonowej o zawartości substancji czynnej około 17%. Całość wymieszano i otrzymano stabilny koncentrat, który po rozcieńczeniu wodą technologiczną w stosunku 1:100 stanowił roztwór roboczy do natryskiwania na formy odlewnicze.

Odlewane detale były błyszczące, nieporowate, a formy odlewnicze czyste, jednakże detale nie nadawały się do pokryć galwanicznych.

P r z y k ł a d 4

Przygotowano wodorozcieńczalny koncentrat środka oddzielającego do odlewania aluminium, cynku, magnezu i ich stopów na bazie ekologicznej emulsji sporządzonej według przykładu 1, której użyto 70 części wagowych. Do niej dodano 20 części wagowych emulsji polietylenowej o zawartości substancji aktywnej 22% i 10 części wagowych emulsji silikonowej o zawartości substancji aktywnej 17%. Całość wymieszano i uzyskano biały, stabilny roztwór emulsji oleju rzepakowego, polietylenu i silikonu.

Jako formę roboczą zastosowano 1 - 2% roztwór wodny. Nanoszony na formę metodą natryskową tworzył równomierny film o bardzo dobrych właściwościach oddzielających, gwarantując uzyskanie czystej, jasnej, pozbawionej smug powierzchni odlewów.

PL 211 257 B1

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Ekologiczna emulsja do form odlewniczych zawierająca nasycone i/lub nienasycone kwasy tłuszczowe o długości łańcucha C₁₆ - C₂₂ w formie trójglicerydów i/lub monoalkilowych estrów, znamienna tym, że zawiera także emulgator w ilości powyżej 0,1 części wagowych, którym jest związek typu gemini, o ogólnym wzorze:

   ^{H H} ii

   R—C-C-R,-C—OR₂

   HO O

   R-C-C-R, —C-OR₂ gdzie R jest liniowym lub rozgałęzionym łańcuchem alkilowym przynajmniej o 3 atomach węgla, R1 jest alkilenem lub hydroksyalkilenem o 6 - 8 atomach węgla, R2 jest krótkim alkilem o 1 - 4 atomach węgla, a n jest liczbą całkowitą większą od 2.
2. 2. Ekologiczna emulsja według zastrz. 1, znamienna tym, że jako uzupełnienie zawiera emulsje polietylenowe lub polipropylenowe w ilości nie większej niż 25 części wagowych.
3. 3. Ekologiczna emulsja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że jako uzupełnienie zawiera związki silikonowe w ilości nie większej niż 20 części wagowych.
4. 4. Ekologiczna emulsja według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienna tym, że jako uzupełnienie zawiera związki podnoszące odporność emulsji na twardą wodę, korzystnie kwasy polikarboksylowe i ich sole i/lub kwasy poliaminokarboksylowe i ich sole i/lub kwasy hydroksykarboksylowe i ich sole i/lub kwasy fosfonowe i ich sole i/lub poliasparganiany i/lub poliglutaminiany.