DE102006038023A1

DE102006038023A1 - Verfahren zur Verminderung der Oberflächenreibung und -klebrigkeit von Kautschuk und Gummi

Info

Publication number: DE102006038023A1
Application number: DE102006038023A
Authority: DE
Inventors: Henning Dr. Umland; Roland Dr. Harbig; René Mille
Original assignee: Schill and Seilacher Struktol AG
Current assignee: Schill and Seilacher Struktol AG
Priority date: 2006-08-14
Filing date: 2006-08-14
Publication date: 2008-02-21

Abstract

Zur Verringerung der Oberflächenklebrigkeit und/oder -reibung von Kautschuk- oder Gummioberflächen wird vorgeschlagen, auf die Kautschuk- oder Gummioberfläche und/oder auf die Oberfläche des Kontakt- und/oder Reibpartners als Gleit- und Trennmittel einen Polyester der Kohlensäure oder eine Zubereitung, die mindestens 50 Masse-% eines Polyesters der Kohlensäure enthält, aufzutragen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Oberflächenreibung und -klebrigkeit von Kautschuk und Gummi unter Verwendung von Polycarbonaten als Gleit- und Trennmittel.
Bei der Herstellung und Vulkanisation von Kautschukmischungen kommt es oft zu Verarbeitungsproblemen, die auf die Klebrigkeit des unvulkanisierten Kautschuks, aber auch auf den hohen Reibungskoeffizienten der Oberfläche sowohl des unvulkanisierten Kautschuks, als auch des fertig vulkanisierten Gummiartikels zurückzuführen sind.
Beispiele sind das Verkleben von Kautschukfellen und -pellets bei der Zwischenlagerung, die schlechte Entformbarkeit von Gummiartikeln am Ende der Vulkanisation, hoher Kraftaufwand beim Aufdornen von Schlauchrohlingen und beim Abdomen der Gummischläuche am Vulkanisationsende, schwierige Montage und Demontage von Dichtringen, Profilen und Reifen usw.
Zur Arbeitserleichterung, Steigerung der Produktivität und Verringerung der Ausschußquote werden auf die Kautschuk- und Gummioberflächen sowie auch auf die Oberflächen der mit diesen in Berührung kommenden Maschinen- und Werkzeugteile häufig Gleit- und Trennmittel aufgetragen. Hierfür werden üblicherweise Stoffe aus folgenden Substanzklassen entweder in reiner Form oder als Wasser- bzw. lösemittelbasierte Zubereitungen verwendet, vgl. z. B. H. Umland in „Mandrel Lubricants for Automotive Hoses – Application and Chemistry" in der Zeitschrift KAUTSCHUK GUMMI KUNSTSTOFFE, 54, Nr. 4, S. 172 ff. (2001):

– Feststoffe in Pulverform, z. B. Talkum, Glimmer, Graphit, Metallseifen
– Tenside, z. B. Seifen, Sulfonate
– Siliconöle, -harze und -tenside
– Polyacrylate, Polyvinylalkohol, Polysaccharide und deren Derivate
– Polyalkylenoxide und ihre Derivate (Alkylether, Carboxylate)

Der Auftrag erfolgt in der Regel durch Einsprühen, Aufpinseln oder Tauchen.
Sofern sie nicht auf der Werkzeugoberfläche verbleiben (z. B. vernetzte Siliconharze als Formtrennmittel) oder während der Verarbeitung von der Kautschukmischung aufgenommen werden (z. B. Zinkstearat als Pudermittel), werden die Gleit- und Trennmittel meistens nach der Vulkanisation von der Oberfläche des Fertigartikels entfernt, was üblicherweise durch Waschen mit Wasser geschieht, gegebenenfalls unter Zusatz von Tensiden.
Hierbei gelangen die Gleit- bzw. Trennmittel in Form der verdünnten wässrigen Lösung oder Dispersion in das Abwasser, sofern die Waschlauge nach Gebrauch nicht auf anderem Wege aufgearbeitet oder entsorgt wird.
Im Falle der Einleitung in das Abwasser ist ein möglichst geringer chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) des Gleit- bzw. Trennmittels erwünscht, um einer Sauerstoffverarmung in der biologischen Kläranlage entgegenzuwirken. Der CSB-Wert ist die zur vollständigen Oxidation von einem Gramm Substanz notwendige Menge an Sauerstoff, gemessen in Milligramm. Ferner ist ein möglichst schneller biologischer Abbau der Trennmittelreste erwünscht bzw. gesetzlich vorgeschrieben.
Voraussetzung für das Funktionieren eines Gleit- und Trennmittels ist inertes Verhalten gegenüber dem verwendeten Kautschuk bzw. Gummi, d. h., das Polymer sollte möglichst wenig angequollen und/oder angelöst werden, da hierdurch das Verkleben der Kontaktflächen u. U. noch verstärkt wird und die Eigenschaften des Fertigartikels negativ beeinflusst werden.
Speziell bei der Vulkanisation von Gummischläuchen werden bekanntermaßen häufig noch Copolymere aus Ethylenoxid und Propylenoxid, die nur langsam biologisch abgebaut werden und überdies relativ hohe CSB-Werte (> 2000 mg O₂/g) besitzen, als Trenn- und Gleitmittel eingesetzt.
Eine Verbesserung wurde mit wasserlöslichen Polyestern von Dicarbonsäuren gemäß Patent DE 195 15 314 erreicht. Die CSB-Werte dieser Substanzen liegen bei ca. 1800 mg O₂/g. Überdies sind die Produkte besser biologisch abbaubar und erreichen im Abbautest nach OECD 3028/EN ISO 9888 Abbauwerte von über 70% nach sieben Tagen.
Im Zuge der sich immer weiter verschärfenden behördlichen Auflagen hinsichtlich Umweltverträglichkeit werden zunehmend Gleit- und Trennmittel mit kleinerem CSB-Wert in Kombination mit guter biologischer Abbaubarkeit gefordert. Ein Verfahren zur Senkung der Oberflächenreibung und -klebrigkeit von Kautschuk und Gummi unter Verwendung solcher Materialien ist daher das Ziel dieser Erfindung.
Überraschend hat sich gezeigt, dass diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 in hervorragender Weise gelöst wird, indem man auf die Oberfläche eines oder beider Reibpartner einen Polyester der Kohlensäure oder eine Zubereitung, die mindestens 50, vorzugsweise mindestens 70 Massen-% eines Polyesters der Kohlensäure enthält, aufbringt.
Als Polyester der Kohlensäure wird vorzugsweise ein Polyether-polycarbonat verwendet, das durch Umsetzung eines Diols mit einem Dialkylcarbonat wie z. B. Dimethylcarbonat erhältlich ist, wobei als Diolkomponente ein Di- oder Polyalkylenglycol mit maximal 30, vorzugsweise 2 bis 15 Alkylenoxideinheiten eingesetzt wird. Das bevorzugte Alkylenoxid ist Ethylenoxid und/oder Propylenoxid. Wenn es sich um Copolymere aus Ethylenoxid- und Propylenoxideinheiten handelt, können diese statistische Copolymere und/oder Blockcopolymere sein.
Die Polyester sind nicht nur durch Umesterung von Dialkylcarbonaten mit den entsprechenden Diolen, sondern auch durch Umsetzung der Diole mit Phosgen zugänglich.
Bei der Synthese der Polyester können zusätzlich zu den Diolen einwertige Alkohole als Reaktionskomponente eingesetzt werden, um Endgruppen zu erzeugen. Dafür geeignete Alkohole sind Alkanole mit 1 bis 18 C-Atomen und/oder die daraus abgeleiteten Alkylpolyglycolether mit 2 bis 15 Alkylenoxideinheiten.
Die dynamische Viskosität der erfindungsgemäß verwendeten Polyester, gemessen nach DIN 53019 bei 20°C, beträgt 500 bis 50000 mPas, vorzugsweise 1000 bis 10000 mPas.
Die erfindungsgemäß verwendeten Polyester haben auf Grund ihres höheren Massenanteils an Sauerstoff im Molekül naturgemäß einen geringeren CSB-Wert als analoge Polyester von Dicarbonsäuren. In der folgenden Tabelle sind exemplarisch die berechneten CSB-Werte der Polycarbonate und Polyadipate einiger Polyethylenglycole gegenübergestellt. Die Werte beziehen sich jeweils auf einen Polyester mit unendlich großer Kettenlänge.

Polycarbonat Polyadipat

Diethylenglycol 1211 1702

Triethylenglycol 1362 1721

PEG 200 1462 1736

PEG 300 1571 1756

PEG 400 1628 1768
Die erfindungsgemäß verwendeten Polyester können bedarfsweise mit bis zu 50 Massen-%, vorzugsweise bis zu 30 Massen-% an Additiven versetzt werden. Bekannte Additive sind beispielsweise Verdünner, Verdicker, Tenside, Stabilisatoren, Puffersubstanzen und/oder Korrosionsinhibitoren
Beispiel 1:
Man gibt eine Mischung aus 1.00 mol Diethylenglycol und 1.05 mol Dimethylcarbonat in einen Glaskolben, setzt 0.1 Massenprozent Kaliumcarbonat zu und steigert unter Rühren langsam die Temperatur auf 140°C. Das bei der Reaktion anfallende Methanol und nicht umgesetztes Dimethylcarbonat werden abdestilliert. Wenn kein Destillat mehr anfällt, läßt man die Mischung noch 2 h unter Vakuum (10 mbar) ausreagieren.
Man erhält eine gelbliche, wasseremulgierbare Flüssigkeit mit einer dynamischen Viskosität, gemessen nach DIN 53019, von 2080 mPas bei 20°C.
Beispiel 2:
Man gibt eine Mischung aus 1.00 mol Triethylenglycol und 1.05 mol Dimethylcarbonat in einen Glaskolben, setzt 0.1 Massenprozent Kaliumcarbonat zu und steigert unter Rühren langsam die Temperatur auf 140°C. Das bei der Reaktion anfallende Methanol und nicht umgesetztes Dimethylcarbonat werden abdestilliert. Wenn kein Destillat mehr anfällt, läßt man die Mischung noch 2 h unter Vakuum (10 mbar) ausreagieren.
Man erhält eine gelbliche, wasserlösliche Flüssigkeit mit einer dynamischen Viskosität, gemessen nach DIN 53019, von 1100 mPas bei 20°C.
Beispiel 3:
Man gibt eine Mischung aus 1.00 mol Polyethylenglycol 200 und 1.05 mol Dimethylcarbonat in einen Glaskolben, setzt 0.1 Massenprozent Kaliumcarbonat zu und steigert unter Rühren langsam die Temperatur auf 140°C. Das bei der Reaktion anfallende Methanol und nicht umgesetztes Dimethylcarbonat werden abdestilliert. Wenn kein Destillat mehr anfällt, läßt man die Mischung noch 2 h unter Vakuum (10 mbar) ausreagieren.
Man erhält eine gelbliche, wasserlösliche Flüssigkeit mit einer dynamischen Viskosität, gemessen nach DIN 53019, von 1200 mPas bei 20°C.
Beispiel 4:
Man gibt eine Mischung aus 1.00 mol Polyethylenglycol 300 und 1.30 mol Dimethylcarbonat in einen Glaskolben, setzt 0.1 Massenprozent Kaliumcarbonat zu und steigert unter Rühren langsam die Temperatur auf 140°C. Das bei der Reaktion anfallende Methanol und nicht umgesetztes Dimethylcarbonat werden abdestilliert. Wenn kein Destillat mehr anfällt, läßt man die Mischung noch 2 h unter Vakuum (10 mbar) ausreagieren.
Man erhält eine gelbliche, wasserlösliche Flüssigkeit mit einer dynamischen Viskosität, gemessen nach DIN 53019, von 1800 mPas bei 20°C.
Beispiel 5:
Man gibt eine Mischung aus 1.00 mol Polyethylenglycol 300 und 1.50 mol Dimethylcarbonat in einen Glaskolben, setzt 0.1 Massenprozent Kaliumcarbonat zu und steigert unter Rühren langsam die Temperatur auf 140°C. Das bei der Reaktion anfallende Methanol und nicht umgesetztes Dimethylcarbonat werden abdestilliert. Wenn kein Destillat mehr anfällt, läßt man die Mischung noch 2 h unter Vakuum (10 mbar) ausreagieren.
Man erhält eine gelbliche, wasserlösliche Flüssigkeit mit einer dynamischen Viskosität, gemessen nach DIN 53019, von 4400 mPas bei 20°C.
Beispiel 6:
Unter Verwendung der Polyester nach Beispiel 3, 4 und 5 wurde jeweils ein Schlauchstück aus EPDM-Kautschuk vulkanisiert. Hierzu wurde jeweils ein Rohling eines gewebeverstärkten Schlauches auf 20 cm Länge zugeschnitten. Ein Ende des Rohlings wurde ca. 3 cm tief in das erfindungsgemäße Trennmittel getaucht.
Mit diesem Ende voraus wurde der Rohling sogleich auf einen gekrümmten, vorgeheizten Edelstahldorn (Rundstahl) passenden Durchmessers geschoben, der zuvor ebenfalls mit dem Trennmittel benetzt worden war. Darauf wurde der Stahldorn mit dem Rohling in einen vorgeheizten Autoklaven verbracht und dort 30 Minuten lang in 150°C heißem Wasserdampf vulkanisiert. Nach Entnahme aus dem Autoklaven wurde der vulkanisierte Schlauch sogleich wieder vom Stahldorn abgezogen.
Das Auf- und Abziehen des Schlauches, das ohne die Verwendung eines geeigneten Gleit- und Trennmittels nicht zerstörungsfrei möglich gewesen wäre, war in allen Fällen ohne großen Kraftaufwand mit der handschuhgeschützten Hand zu bewältigen. Die im Schlauch verbliebenen Trennmittelreste konnten leicht mit kaltem Wasser ausgewaschen werden.

Claims

Verfahren zur Verringerung der Oberflächenklebrigkeit und/oder -reibung von Kautschuk- oder Gummioberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Kautschuk- oder Gummioberfläche und/oder auf die Oberfläche des Kontakt- und/oder Reibpartners als Gleit- und Trennmittel ein Polyester der Kohlensäure oder eine Zubereitung, die mindestens 50 Massen-% eines Polyesters der Kohlensäure enthält, aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zubereitung aufgetragen wird, die mindestens 70 Massen-% eines Polyesters der Kohlensäure enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyester der Kohlensäure ein Polyether-polycarbonat verwendet wird, das durch Umsetzung eines Diols mit einem Dialkylcarbonat erhältlich ist, wobei als Diolkomponente ein Di- oder Polyalkylenglycol oder deren Gemisch eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Diolkomponente des Polycarbonats 2 bis 30, vorzugsweise 2 bis 15 Alkylenoxideinheiten im Molekül enthält.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkylenoxideinheiten in der Diolkomponente Ethylenoxideinheiten und/oder Propylenoxideinheiten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polyester der Kohlensäure verwendet wird, dessen Endgruppen von einwertigen Alkoholen gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polyester mit einer dynamischen Viskosität von 500 bis 50.000 mPas bei 20°C verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschuk- oder Gummioberflächen solche von Gummischläuchen sind, die vulkanisiert werden sollen, wobei der Polyester der Kohlensäure oder die mindestens 50%ige Zubereitung vor der Vulkanisation auf die Innenseele eines Schlauchrohlings und/oder die Oberfläche eines Vulkanisationsdorns aufgetragen wird.