WO1998014539A1 - Schmiermittel auf basis von polyolen und dessen verwendung beim schneiden von elastomeren - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a lubricant based on aqueous solutions and / or emulsions of polyols and its use in cutting cured elastomers.
  • US-A-4128452 describes a knife for separating adhesively bonded materials, in particular self-adhesive labels.
  • the blade is in a sheath that contains an inner lining made of absorbent material.
  • a lubricant such as Silicone oil is evenly distributed on the absorbent material of the vagina.
  • a thin layer of lubricant is spread over all surfaces of the blade. This enables an almost smooth contact between the blade and the material to be separated.
  • the lubricant is intended to prevent the sticky adhesive from being cut.
  • the object was therefore to provide a lubricant and coolant which makes it possible to cut elastomers without developing a lot of frictional heat, the cut surfaces produced in this way being intended to remain suitable for a renewed bonding process of the elastomer parts.
  • This is of particular importance for the repair of directly glued car windows, as it is defective when replaced car windows that have become a so-called "residual bead", ie an adhesive layer of different thickness remains on the car body.
  • the adhesive for a new pane to be glued is then applied directly to this cut surface, or the cut surface serves as a contact surface for the adhesive applied to the newly inserted pane.
  • a bonded car window in particular the windshield and rear window, is an integral part of the strength and rigidity of a car body
  • Polyether polyols based on linear or branched polyethylene glycols, polypropylene glycols or their copolymers are particularly preferred.
  • the molecular weight or the OH number and the viscosity of the polyetherols can vary within wide limits. Preferred ranges for the OH number are 500 to 15 mg KOH / g, OH numbers of 50 to 20 mg KOH / g are very particularly preferred.
  • the viscosity of such polyether polyols at 25 ° C is between 500 mPa.s and 3000 mPa.s.
  • the OH number is determined in accordance with DIN 53240 and the viscosity in accordance with DIN 51550.
  • Polyether polyols are the polyols which are preferably used according to the invention, but polytetrahydrofurans, polyester polyols, hydroxy-functional polybutadienes and their ethoxylation and propoxylation products and others which are miscible in water can also be used or use emulsifiable polyols.
  • mixtures of high and low molecular polyols as well as minor additions of surfactants or emulsifiers can be used.
  • nonionic surfactants are used individually or in mixed breeds, which preferably contain at least 2 OH groups per molecule.
  • the alkyl polyglycosides such as those manufactured and sold by Henkel, for example, are very particularly preferred.
  • known and common preservatives can be added to the lubricant according to the invention.
  • the solution sprayed onto the adhesive bead or elastomer bead to be cut contains approximately 2% by weight of polyether polyol.
  • a typical composition according to the invention of the concentrate for the lubricant / coolant thus contains:
  • polyether polyol 15 to 40% by weight of polyether polyol, possibly consisting of a mixture of several polyether polyols
  • nonionic surfactants preferably alkyl polyglycosides
  • a lubricant concentrate was made from the following ingredients: 29% by weight polyether polyol (Lupranol 2040 from BASF, hydroxyl number approx. 28 mg KOH / g), 0.8% by weight alkyl polyglycoside from Henkel, 0.2% by weight Acticid SPX, from Thorchemie, 70% by weight .% demineralised water.
  • the polyol and the surfactant were introduced and water was slowly added with a dissolver while stirring vigorously. It is particularly important to achieve particularly intensive mixing in the highly viscous phase so that a stable emulsion with finely dispersed polyol droplets is created.
  • the lubricant according to Example 1 was diluted 1:15 with water for the actual application and this liquid was sprayed onto the adhesive bead of a glazed car windscreen.
  • the hardened adhesive bead could be cut with a commercially available vibrating knife without generating heat.
  • the accessible surfaces of the hardened adhesive bead which are perpendicular to the cut surface, were sprayed with the lubricant / coolant according to the invention, and for comparison, a solution of a baby shampoo prepared according to the tool manufacturer was sprayed with water onto the adhesive bead and the test specimens cut accordingly .
  • new glass strips were taken, which were pre-treated with the Terostat 8510 primer from Teroson after pre-cleaning. A corresponding amount of Terostat 8597 was applied to the primer surface that had been vented according to the manufacturer's instructions. Then The metal strips from the cutting tests, on which the remaining bead was not pretreated, were used to simulate a re-bond, so that an adhesive joint with a 5 mm layer thickness was created.

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Abstract

Schmier-/Kühlmittel auf der Basis von Polyolen und nichtionischen Emulgatoren und Wasser eignen sich zum Schmieren/Kühlen beim Schneiden von Elastomeren. Ihre Verwendung verhindert ein Überhitzen der geschnittenen Elastomeren sowie des Schneidwerkzeuges. Außerdem ist die so erzeugte Schnittfläche ohne weitere Vorbehandlung für die Wiederverklebung geeignet, insbesondere wenn für die Wiederverklebung hohe Zug- bzw. Zugscherfestigkeiten erforderlich sind wie bei der Direktverglasung von Automobilscheiben.

Description

Schmiermittel auf Basis von Polyolen und dessen Verwendung beim Schneiden von Elastomeren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmiermittel auf der Basis von wässrigen Lösungen und/oder Emulsionen von Polyolen und dessen Verwendung beim Schneiden von ausgehärteten Elastomeren.
Das Schneiden von Elastomeren mit den verschiedensten Werkzeugen stößt wegen des gummielastischen Verhaltens dieser polymeren Zusammensetzungen immer wieder auf technische Schwierigkeiten. Im modernen Automobilbau sind die feststehenden Scheiben heute direkt mit der Karosserie verklebt. Hierzu wird in aller Regel ein elastomerer Kleb- /Dichtstoff verwendet, in den meisten Fällen auf Basis von Polyurethan-Elastomeren. Im Reparaturfall müssen diese direkt verklebten Autoscheiben mit Hilfe von diversen Werkzeugen aus dem Rahmen herausgeschnitten werden. Hierzu existieren verschiedene Methoden, z.B. Schneidedraht, Messer aber auch elektrische bzw. pneumatisch betriebene Schwing- oder Vibrationsmesser. Derartige Messer sind beispielsweise in der DE-A- 3838044 beschrieben.
Beim Einsatz solcher Schwingmesser wird sehr viel Reibungswärme erzeugt, so dass es bereits nach sehr kurzer Schneidezeit zu Zersetzungsreaktionen kommt, was sofort an einer Rauchentwicklung zu beobachten ist. Diese Wärmeentwicklung ist sowohl aus arbeitshygienischen Gründen als auch aus technischen Gründen bedenklich. Die arbeitshygienischen bzw. gesundheitlichen Bedenken begründen sich auf der Entwicklung von Rauchgasen, deren chemische Zusammensetzung selten genau bekannt ist, da sie sowohl von der Zusammensetzung des Elastomeren als auch von der akut herrschenden Zersetzungstemperatur abhängig ist. Der Verarbeiter hat in der Regel seinen Kopf relativ nahe am Ort der Rauch- bzw. Gasentwicklung, daher kommt es fast zwangsläufig zum Einatmen der Dämpfe. Arbeitsschutzmaßnahmen hierfür existieren in der Regel nicht und sind auch schwierig in die Praxis umzusetzen.
Die technischen Bedenken begründen sich in der schlechten Kontrollierbarkeit bei der Führung des Messers unter diesen Bedingungen, aber auch darin, dass die Messer leicht bis zum "Ausglühen" ausgeheizt werden. Diese starke thermische Beanspruchung der Messer führt zu sehr kurzen Standzeiten dieser Messer. Zusätzlich kann die starke thermische Belastung des Elastomeren im Schnittbereich zu starken chemischen Abbaureaktionen des Polymeren führen, dies hat zur Folge, dass die chemische und physikalisch-mechanische Beschaffenheit des Elastomeren stark verändert wird. Diese Veränderung führt zu erheblichen Problemen bei der Wiederverklebbarkeit.
Um die oben angegebenen Probleme zu umgehen, hat man in der Praxis bisher mehrere, bis heute unbefriedigende Wege beschritten:
- Kühlen des Schnittbereiches mit Lösungsmitteln, speziell mit Benzinen. Diese Methode verbietet sich bereits aus arbeitshygienischen Erwägungen. Neben der gesundheitlichen Problematik der Exposition der Verarbeiter mit Lösungsmitteldämpfen besteht hier auch ein andauerndes Verpuffungsrisiko wegen der entstehenden Lösungsmitteldampf-/Luftgemische. Letztere können sich sowohl an heiß gewordenen Schneidwerkzeugteilen als auch an den elektrischen Funken bei elektrisch betriebenen Schneidwerkzeugen entzünden.
- Die Kühlung/Schmierung des Schneidebereiches lässt sich mit Wasser nicht durchführen.
- Abkühlung des Schneidebereiches über Wartepausen. Hierbei wird ein kurzer Bereich geschnitten, bis es zur Rauchentwicklung kommt, dann wird die Klinge gekühlt. Dieses Verfahren ist sehr zeitaufwendig und wird alleine aus diesem Grunde kaum angewendet. - Ein Anbieter von Schneidwerkzeugen empfiehlt nicht nur, sondern schreibt sogar die Verwendung eines Babyshampoos vor, um die Reibung im Schnittbereich herabzusetzen. Dazu wird eine Lösung dieses Shampoos in Wasser auf die Kleberaupe gesprüht und dann geschnitten. Zum Einsprühen der Kleberaupe einer Automobilfrontscheibe werden etwa 150 bis 200 ml dieser Detergenzlösung benötigt. Dieses Verfahren verhindert zwar die Wärmeentwicklung im Schneidebereich der Klebstoffraupe, da jedoch unweigerlich Detergentienreste auf der Schnittfläche verbleiben, wird durch dieses Verfahren ein sehr negativer Einfluss auf die Wiederverklebbarkeit der Restraupe ausgeübt.
In allen Fällen, in denen die Schnittfläche des Elastomeren in einen erneuten Verklebungsprozess einbezogen wird, kann das letztgenannte Verfahren nicht angewendet werden, da wegen der auf der Schnittfläche verbleibenden Rückstände die Haltekraft des Klebers nach einer erneuten Verklebung auf sehr niedrige Festigkeitswerte sinkt.
Die US-A-4128452 beschreibt ein Messer zum Separieren klebend verbundener Materialien, insbesondere selbstklebende Etiketten. Bei diesem Messer befindet sich die Klinge in einer Scheide, die eine innere Auskleidung aus absorbierendem Material enthält. Eine Schmierflüssigkeit wie z.B. Silikonöl ist gleichmäßig auf dem absorbierenden Material der Scheide verteilt. Wenn die Klinge in die Scheide gesteckt wird oder aus ihr herausgezogen wird, wird eine dünne Schicht Schmiermittel auf alle Oberflächen der Klinge verteilt. Dies ermöglicht einen nahezu reibungslosen Kontakt zwischen der Klinge und dem zu separierenden Material. Dabei soll die Schmierflüssigkeit die Klebrigkeit des durchschnittenen Klebstoffes unterbinden.
Es bestand also die Aufgabe, ein Schmier- und Kühlmittel bereitzustellen, das es ermöglicht, Elastomere ohne Entwicklung von viel Reibungswärme zu schneiden, wobei die derart erzeugten Schnittflächen für einen erneuten Verklebungsprozess der Elastomerteile geeignet bleiben sollen. Für den Reparaturfall von direktverklebten Autoscheiben ist dies von besonderer Wichtigkeit, da bei einem Austausch defekt gewordener Autoscheiben eine sog. "Restraupe", d.h., eine Klebstoffschicht unterschiedlicher Stärke auf der Autokarosserie verbleibt. Auf diese Schnittfläche wird dann entweder direkt der Klebstoff für eine neu einzuklebende Scheibe aufgebracht, oder die Schnittfläche dient als Kontaktfläche für den auf die neu eingesetzte Scheibe aufgetragenen Klebstoff. Da eine verklebte Autoscheibe, insbesondere Windschutzscheibe und Heckscheibe ein integraler Bestandteil der Festigkeit und Steifϊgkeit einer Autokarosserie ist, schreiben die Autohersteller in ihren Spezifikationen Mindestzugscherfestigkeiten für derartige Verklebungen vor, sie betragen in der Regel mindestens 3 N/mm2. In aller Regel werden mit Stan-dard-Klebern mehr als 5 N/mm2 erreicht. Diese Werte müssen also auch bei einer Wiederverklebung erreicht werden.
Es wurde jetzt gefunden, dass bei der Verwendung von Schmiermitteln auf der Basis von wässrigen Lösungen und/oder Emulsionen von Polyolen alle Nachteile der bisher angewandten Methoden vermieden werden. Diese Methode erlaubt eine schnelle und sichere Wiederverklebung von Autoscheiben und ist toxisch und arbeitshygienisch unbedenklich. Die Schmierung durch das Polyol sowie die Kühlung der Klinge durch den Wasseranteil ist sehr gut und durch zahlreiche interne Praxisverversuche belegt. Die Wiederverklebbarkeit der Restraupe ist gegeben, wobei stets mindestens 85% der durch den Kleber vorgegebenen Zugscherfestigkeit erreicht werden. Mit diesen Werten werden die von allen Autoherstellern spezifizierten Werte für die Erstverklebung erreicht. Prinzipiell sind für die erfindungsgemäßen Schmiermittel zahllose Polyole einsetz-bar. Besonders bevorzugt sind Poiyetherpolyole auf der Basis von linearen oder verzweigten Polyethylenglycolen, Polypropylenglycolen oder deren Copolymeren. Das Molekulargewicht bzw. die OH-Zahl und die Viskosität der Polyetherole kann dabei in weiten Grenzen variieren. Vorzugsbereiche sind für die OH-Zahl 500 bis 15mg KOH/g, ganz besonders bevorzugt sind OH-Zahlen von 50 bis 20 mg KOH/g. Die Viskosität derartiger Poiyetherpolyole bei 25°C liegt zwischen 500 mPa.s und 3000 mPa.s. Die Bestimmung der OH-Zahl erfolgt dabei nach der DIN 53240, die Viskosität nach der DIN 51550. Poiyetherpolyole sind zwar die erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzenden Polyole, jedoch lassen sich auch Polytetrahydrofurane, Polyesterpolyole, hydroxyfunktionelle Polybutadiene sowie deren Ethoxylierungs- und Propoxylierungsprodukt sowie andere in Wasser mischbare bzw. emulgierbare Polyole verwenden. Zur Unterstützung der Mischbarkeit mit Wasser bzw. zur Gewährleistung einer stabilen Emulsion können Mischungen aus hoch- und niedermole-kularen Polyolen sowie kleinere Zusätze von Tensiden bzw. Emulgatoren mitverwendet werden. Hierbei werden in der Regel nichtionische Tenside einzeln oder in Mischlingen eingesetzt, die vorzugsweise mindestens 2 OH-Gruppen pro Molekül enthalten. Ganz besonders bevorzugt sind die Alkylpolyglycoside, wie sie z.B. von der Fa. Henkel hergestellt und vertrieben werden. Zur Erhöhung der Lagerstabilität können dem erfindungsgemäßen Schmiermittel an sich bekannte und gängige Konservierungsmittel zugesetzt werden.
Für die eigentliche Anwendung als Schmier-/Kühlmittel genügt es, wenn in der auf die zu schneidende Klebstoffraupe bzw. Elastomerraupe aufgesprühten Lösung etwa 2 Gew.% Polyetherpolyol vorhanden sind. Zum effektiveren Transport vom Herstellort an den Einsatzort und zur besseren Lagerhaltung ist es jedoch zweckmäßig, zunächst ein Konzentrat herzustellen, das der Endanwender leicht mit Wasser verdünnen kann.
Eine typische erfindungsgemäße Zusammensetzung des Konzentrats für das Schmier- /Kühlmittel enthält also:
- 15 bis 40 Gew.% Polyetherpolyol, ggf. bestehend aus einer Mischung mehrerer Poiyetherpolyole
- 0,1 bis 3 Gew.% nichtionische Tenside, vorzugsweise Alkylpolyglycoside
- 0,05 bis 0,5 Gew.% Konservierungsmittel
- 56,5 bis 84,85 Gew.% demineralisiertes Wasser.
Die Verdünnungsmöglichkeit eines derartigen Konzentrates für die eigentliche Anwendung richtet sich nach dem Gehalt des Konzentrates an Polyetherpolyol, sie liegt zwischen etwa 1:8 bis 1:20.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Beispiel 1
Ein Schmiermittel-Konzentrat wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt: 29 Gew.% Polyetherpolyol (Lupranol 2040 der Fa. BASF, Hydroxylzahl ca. 28 mg KOH/g), 0,8 Gew.% Alkylpolyglycosid der Fa. Henkel, 0,2 Gew.% Acticid SPX, Fa. Thorchemie, 70 Gew.% demineralisiertes Wasser.
Es wurden das Polyol und das Tensid vorgelegt und mit einem Dissolver unter starkem Rühren langsam mit Wasser versetzt. Hierbei ist es besonders wichtig, eine besonders intensive Vermischung in der hochviskosen Phase zu erreichen, damit eine stabile Emulsion mit fein dispergierten Polyoltröpfchen entsteht.
Beispiel 2
In einem Praxistest wurde das Schmiermittel gemäß Beispiel 1 für die eigentliche Anwendung 1:15 mit Wasser verdünnt und diese Flüssigkeit auf die Kleberraupe einer eingeglasten PKW-Frontscheibe gesprüht. Die ausgehärtete Kleberraupe konnte mit einem handelsüblichen Schwingmesser ohne Wärmeentwicklung geschnitten werden.
Beispiel 3, Vergleichsbeispiel
Zur Ermittlung der Zugscherfestigkeit bei der Wiederverklebung wurden nach Primervorbehandlung Glasstreifen mit den Abmessungen 25x 100x4mm und lackierte Stahlbleche 25x100x1 mm mittels einer Kleberaupe bestehend aus dem einkomponentigen feuchtigkeitshärtenden Direkteinglasungsklebstoff Terostat 8597 der Fa. Teroson verklebt, so dass eine Schichtstärke von 5mm entstand. Die Herstellung dieser Prüfkörper und die Ermittlung der Zugscherfestigkeit erfolgte in Anlehnung an die DIN EN 1465. Eine derartige Verklebung (hier Originalverklebung genannt) erzielt nach Endaushärtung gemäß Herstellerangaben eine Zugscherfestigkeit von 5 bis 6 MPa.
Zur Simulation einer Ausglasung wurden die zugänglichen, zur Schnittfläche senkrechten Flächen der ausgehärteten Kleberaupe zum einen mit dem erfmdungsgemäßen Schmier-/- Kühlmittel eingesprüht und zum Vergleich wurde eine nach Angaben des Werkzeugherstellers hergestellte Lösung eines Babyshampoos mit Wasser auf die Kleberaupe gesprüht und die Prüfkörper entsprechend geschnitten. Zur Wiederverklebung wurden neue Glasstreifen genommen, die nach Vorreinigung mit dem Primer Terostat 8510 der Fa. Teroson vorbehandelt wurden. Auf die nach Herstellerangaben abgelüftete Primeroberfiäche wurde eine entsprechende Menge Terostat 8597 aufgebracht. Sodann wurden die Blechstreifen aus den Schneidversuchen, auf denen sich noch die nicht weiter vorbehandelte Restraupe befand, zur Simulation einer Wie-derverklebung verwendet, so dass wiederum eine Klebefuge mit 5mm Schichtstärke entstand.
Bei den Prüfkörpern, die Restraupen enthielten, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Schmier-/Kühlmittels geschnitten wurden, wurden nach Erreichung der Endfestigkeit der Klebeverbindung in jedem Fall mehr als 5 N/mm2 erreicht. Bei den Prüfkörpern, die Restraupen enthielten, die unter Verwendung des Babyshampoos geschnitten wurden, ergab der Zugscherversuch Festigkeitswerte unter 1 N/mm2.
Hieraus wird deutlich, dass bei Verwendung eines empfohlenen Schmier-/Kühlmittels gemäß Stand der Technik ein deutliches Sicherheitsrisiko in bezug auf die Zugscherfestigkeit der Wiederverklebung vorliegt, während bei Verwendung des erfindungsgemäßen Schmier-/Kühlmittels Wiederverklebungswerte erzielt werden, die deutlich oberhalb der von den Autoherstellern verlangten Mindestwerte von 3 N/mm2 liegen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1.) Schmiermittel auf der Basis von wässrigen Lösungen und/oder Emulsionen von Polyolen.
2.) Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyole Poiyetherpolyole verwendet werden.
3.) Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Wasser, mindestens ein Polyetherpolyol, ein oder mehrere nichtionische(s) Tensid(e) und ggf. Konservierungsmittel enthält.
4.) Schmiermittel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyetherpolyol aus der Gruppe der linearen oder verzweigten Polyethylenglycole, Polypropylenglycole oder deren Copolymere ausgewählt wird.
5.) Schmiermittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyol eine OH-Zahl von 500 bis 15 mgKOH/g (DIN 53240), vorzugsweise von 50 bis 20 mgKOH/g und eine Viskosität bei 25°C von 500 mPa.s bis 3000 mPa.s (DIN 51550) hat.
6.) Schmiermittel nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Tensid(e) mindestens 2 OH-Gruppen enthält/enthalten.
7.) Schmiermittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Tensid(e) ein Alkylpolyglycosid ist/sind.
8.) Verwendung des Schmiermittels gemass Anspruch 1 bis 7 zum Schmieren und Kühlen beim Schneiden von ausgehärteten elastomeren Kleb-/Dichtstoff-Fugen oder von ausgehärteten elastomeren Formteilen oder Profilen.
9.) Verfahren zum Schneiden von ausgehärteten elastomeren Kleb-/Dichtstoff-Fugen oder elastomeren Formteilen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte
- Einsprühen oder Bestreichen der zu schneidenden Bereiche des Elastomeren mit dem Schmiermittel gemass Anspruch 1 bis 7,
- Schneiden des Elastomeren mit einem Vibrations- oder Schwingmesser oder einem Schneidedraht,
- ggf. kraftschlüssige Wiederverklebung auf mindestens einer der Schnittflächen.
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