DE69627872T2

DE69627872T2 - Schmiermittelzusammensetzungen und verfahren

Info

Publication number: DE69627872T2
Application number: DE69627872T
Authority: DE
Inventors: Richard Levy
Original assignee: Lee County Mosquito Control District
Current assignee: Lee County Mosquito Control District
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-06-06
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2016-06-07
Also published as: ATE239068T1; US7358216B2; US20010049344A1; AU691758B2; US7553541B2; PT851908E; MX9709714A; EP0851908A1; US20020169086A1; WO1996040849A1; US20040029748A1; AU6278096A; ES2198490T3; US6734147B2; CA2223286C; JPH11507678A; CA2223286A1; US20040138072A1; US20050197259A1; EP0851908B1

Description

Bereich der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft Schmiermittel und insbesondere Schmiermittelzusammensetzungen, welche ein supersaugfähiges Polymer in Kombination mit einem Schmiermittelmaterial aufweisen.
Stand der Technik
Schmiermittelmaterialien dienen zum Trennen sich bewegender Oberflächen, um Reibung und Verschleiß zu minimieren. Archäologische Funde, die vor das Jahr 1400 v. Chr. datieren, belegen, dass bereits zu dieser Zeit Talg zum Schmieren der Pferdewagenachsen verwendet wurde. Leonardo da Vinci entdeckte die fundamentalen Prinzipien von Schmierung und Reibung, doch erst in den späten 1880er-Jahren wurde der Bereich Schmierung zu einer tiefer gehenden Wissenschaft, als Tower im Jahr 1885 in Großbritannien seine Studien über die Achslager von Eisenbahnwaggons verfasste. Im Jahr 1886 entwickelte Reynolds diese Studien weiter und erstellte auf ihrer Grundlage die theoretische Basis für die Fluidfilmschmierung.
Schmierprinzipien reichen von der Trennung sich bewegender Oberflächen durch ein flüssiges Schmiermittel über die Grenzschmierung bis hin zum Trockengleiten. In vielerlei Hinsicht erstrecken sich diese Prinzipien über die selben Bereiche.
Fluidfilmschmierung
Bei der Fluidfilmschmierung wird die auf die sich bewegenden Oberflächen einwirkende Last zur Gänze von dem Fluid getragen, das sich zwischen den beiden Oberflächen befindet, wobei es sich bei diesem Fluid um einen unter Druck stehenden Film handelt. Der auf den Film einwirkende Druck entwickelt sich durch die Bewegung der Oberflächen, wodurch das Schmiermittel wiederum zu einer keilförmigen Zone umgewandelt wird. Das Verhalten der sich bewegenden Oberflächen hängt vollkommen vom Fließvermögen bzw. dem Viskositätsverhalten des Schmiermittels ab. Filmdruck und Leistungsverlust hängen von der Viskosität des Schmiermittels sowie von der Konfiguration der sich bewegenden Oberflächen und der Scherfestigkeit des Schmiermittels ab. Die hydrodynamische Wirkung bzw. die Druckfilmwirkung bietet allerdings bei mit Öl oder wassergeschmierten Lagern keine ausreichende Tragkraft für die einwirkende Last. Bei Lagern, die für schwere Belastungen in sich langsam bewegenden Geräten eingebaut sind, können die erforderlichen hydrodynamischen Eigenschaften oder Druckfilmeigenschaften manchmal dadurch erzielt werden, dass das Schmiermittel zwischen die sich bewegenden Oberflächen gepumpt wird. Dieses Verfahren wird besonders bei Schmiermitteln mit geringer Viskosität eingesetzt, wie zum Beispiel bei Wasser. Es wäre daher vorteilhaft, Zusätze für diese Arten von Schmiermittel zu entwickeln, welche diese Schwierigkeiten beseitigen.
Ölfilmschmiermittel auf Oberflächen sind hinsichtlich ihrer Schmierfähigkeit begrenzt und weisen daher Belastungsgrenzen auf. Oberflächenunebenheiten oder erhöhte Stellen auf den sich bewegenden Oberflächen tragen wiederum die Belastung, wenn die Belastungsgrenze des Schmiermittels erreicht ist, so dass die Schmierung von einer Vollschmierung zu einer Teilschmierung und schließlich zu einer vollständigen Grenzschmierung übergeht, wobei der Reibungskoeffizient zwischen den sich bewegenden Oberflächen ansteigt. Hohe Belastung, geringe Geschwindigkeit, niederviskose Schmiermittel, hohe Oberflächenrauheit oder eine unzureichende Zufuhr von Schmiermittel verursacht diesen Übergang von einer Vollschmierung hin zur Grenzschmierung. Chemische Zusätze können jedoch die sich daraus ergebenden Folgen von Verschleiß und Reibung verringern.
Oberflächenkontakt durch Unebenheiten auf den sich bewegenden Oberflächen kann zu einem Aufreißen der Oberflächen führen und stellt besonders bei zunehmender Belastung ein Problem dar. Die Folgen sind Verformung, Temperaturanstieg und Oberflächenverschmelzung mit daraus folgendem Festfressen der Oberflächen. Dieses Problem tritt besonders stark bei Hypoidgetrieben in Fahrzeugdifferentialgetrieben auf. Schmiermittel für extreme Druckbelastungen bekämpfen das Festfressen der Oberflächen unter diesen Umständen und enthalten organische Verbindungen, die bei diesen hohen Temperaturen reagieren und auf den Oberflächen hochschmelzende, anorganische Schmierfilme bilden. Schwefel-, Chlor-, Phosphor- und Bleiverbindungen in diesen Zusätzen erzeugen Schichten mit geringer Scherfestigkeit, welche das Oberflächenaufreißen minimieren oder die sich bewegenden Oberflächen beschichten, um ein Verschmelzen zu verhindern. Da Zusätze für extreme Druckbelastungen auf chemischem Weg wirken, werden sie nicht eingesetzt, wenn die Metalloberflächen dadurch stark zerfressen werden könnten. Alternativen zu Zusätzen für extreme Druckbelastungen sind die Erhöhung der Viskosität der Schmiermittel oder Öle durch Anwendung eines Zusatzes, das Verringern der Belastung, das Verbessern der Oberflächengüte der sich bewegenden Oberflächen, sowie die Verwendung einer externen Druckbeaufschlagung.
Trockenreiben oder Trockengleiten mit Kontakt zwischen zwei Festkörpern tritt in flüssigkeitsgeschmierten Systemen zum Beispiel beim Hochfahren der Maschine auf, bei einer falschen Ausrichtung beim Einlaufen oder bei unzureichendem Abstand, bei der Richtungsumkehr der sich bewegenden Oberflächen, oder bei unvorhergesehenen oder ungeplanten Unterbrechungen der Schmiermittelzufuhr. Herkömmliche Schmiermittel, wie zum Beispiel Fette oder Öle, werden an sich bewegenden Oberflächen ebenfalls nicht verwendet, wenn extreme Temperaturen, starker Unterdruck, Strahlung oder Verunreinigungen vorhanden sind. Festschmierstoffe, die unter diesen Bedingungen als dünne Beschichtungen oder als Partikelmaterialien aufgetragen werden, verringern Verschleiß und Reibung . an den sich bewegenden Oberflächen. Diese Filme oder Partikelmaterialien können festes oder partikelförmiges Kohlenstoffgraphit bzw. Feststoffe oder Partikelmaterialien aus Blei-Lagermetall, Bronze, Aluminium, Polyethylen oder Polytetrafluorethylen in einem Bindemittel aufweisen oder enthalten, wobei der Film oder die Partikel an einer oder beiden sich bewegenden Oberflächen angebracht werden. Die Wirksamkeit des Festschmierstofffilms oder der Festschmierstoffpartikel wird bis zu einem gewissen Grad vom Bindemittel gesteuert, mit welchem feste oder partikelförmige Schmierstoffe verwendet werden, sowie von den Anwendungsbedingungen, wie zum Beispiel der Belastung, den bei der Verwendung erzeugten Oberflächentemperaturen, der Geschwindigkeit der sich bewegenden Oberflächen, der Verfestigung, den Ermüdungserscheinungen, dem Festfressen, der Umkristallisierung, der Oxidation und der Hydrolyse. Es wäre daher von Vorteil, ein Bindemittel zur Verfügung zu haben, welches eine starke Haftkraft besitzt und gegen einige der bei der Verwendung auftretenden Bedingungen beständig ist.
Bei elastohydrodynamischer Schmierung, die die Belastung auf Rollkontakten in Kugel- und Rollenlagern, Getriebeverzahnungen, Nocken oder Reibantrieben trägt, können Schmierungsprobleme minimiert werden. Wird die Belastung auf einen kleinen Kontaktbereich auf diesen sich bewegenden Oberflächen konzentriert, führt dies zu hohen elastischen Kontaktbelastuttgen. Schmierfilme helfen dabei, jene Belastung zu tragen, welche auf Grund der engen Beziehung zwischen der Bildung eines dünnen, hydrodynamischen Films und der elastischen Verformung als "elastohydrodynamisch" bezeichnet wird.
Die Schmiermittelviskosität und die Filmbedingungen am Anfang der Kontaktzone in diesen Systemen fixieren im allgemeinen die Schmiermittelfilmdicke, welche im wesentlichen über den Großteil der Kontaktlänge gleichförmig ist. Man geht für eine vereinfachte Theorie über statische, elastische Kontakte davon aus, dass hohe Kontaktdrücke zu einer übermäßigen Schmiermittelviskosität und Druckverteilung in der Nähe des Hertz-Musters führen. Man weiß darüber hinaus auch, dass eine nur geringfügige Verringerung der Filmdicke zu erhöhten Belastungen mit starker Kontaktverformung führt. Bei der graphischen Darstellung des Kontaktdruckes in psi (Pfund pro Quadratzoll) im Verhältnis zur Distanz und Richtung des Schmiermittelflusses wird offensichtlich, dass ein optimales Schmiervermögen bei einer starken Druckspitze am Austrittsabschnitt des Schmiermittelfilms erzielt wird; dabei werden jedoch weder Temperaturschwankungen noch Relaxationszeit oder andere im Schmiersystem auftretende Variablen berücksichtigt. Es wäre daher von Vorteil, einen Zusatz zu schaffen, der die Viskosität und Filmbildung sowie die Retention unter diesen und anderen Bedingungen erhöht.
Die Belastbarkeit bei einem zur Gänze elastohydrodynamischen Film ist durch die Ermüdungsfestigkeit der sich bewegenden Oberflächen in Systemen mit rollenden Kontakten beschränkt. Die Wirkung von Korngrenzen zwischen den Kontaktflächen, an denen die Scherbeanspruchung am stärksten ist, führt zur Erzeugung von Schäden. Ermüdungsrisse treten in stark beanspruchten Zonen mit wiederholten Belastungszyklen auf. Partikel lösen sich – dies wird als Abblätterung bezeichnet – und zeigen dadurch die Tiefe jener Zonen mit der größten Scherbeanspruchung auf. Die Ermüdungsrisse beginnen bei konzentrierten Punkten mit Oxidpartikeln und Unreinheiten.
Wenn die Dicke des Schmiermittelfilms bei hoher Belastung, niedriger Geschwindigkeit oder geringer Viskosität des Schmiermittels dünner wird als die Oberflächengüte der sich bewegenden oder rollenden Oberflächen, kommt es zur Grenzschmierung, welche von der chemischen Art des Schmiermittels abhängt. Die Verkürzung der Ermüdungslebensdauer sowie der Oberflächenverschleiß können unter solchen Bedingungen mit den richtigen Schmiermittelzusätzen verhindert werden.
Schmiermittel auf Erdölbasis
Schmiermittel auf Erdölbasis werden auf Grund ihrer hohen Verfügbarkeit und den damit verbundenen niedrigen Kosten in großem Ausmaß eingesetzt. Schmiermittel auf Erdölbasis sind im Bereich der Technik gut bekannt und weisen im allgemeinen eine niedrige Viskosität und niedrig dichte Paraffine mit relativ hohen Gefrierpunkten auf. In Verbindung mit Oxidationsinhibitoren zur Erzielung einer besseren Hitzestabilität wird die Oxidationsfestigkeit verbessert und die Schlammbildungsneigung minimiert.
Aromatische Schmierstoffe auf Erdölbasis, wie zum Beispiel Naphtene, sind im allgemeinen oxidationsstabil, bilden aber bei hohen Temperaturen unlösliche Schlämme. Naphtenische Öle besitzen einen niedrigen Fließpunkt, eine geringe Oxidationsstabilität und Eigenschaften, die zwischen denen von Paraffinen und aromatischen Substanzen liegen. Zu einem geringen Grad sind sie auch in Paraffin-Schmiermitteln vorhanden. Naphtenische Öle oder Naphtene werden jedoch selbst in Verbindung mit Oxidationsinhibitoren verwendet. Es wäre daher vorteilhaft, Zusätze zu schaffen, welche diese Schwierigkeiten minimieren.
Zu den repräsentativen Schmierölen auf Erdölbasis gehören unter anderem SAE-Öle vom Typ 10W, 20W, 30, 40, 50, 10W-30, 20W-40, 75, 80, 90, 140, 250, und sogenannte Automatikgetriebefluide.
Zusätze
Verschiedene Zusätze, die mit Schmiermaterialien gemischt werden, helfen dabei, die Anforderungen zu erfüllen, die von modernen Fahrzeugmotoren, Hochgeschwindigkeitsmaschinen, Hochdruck-Hydrauliksystemen, Drehmomentwandlern, Flugzeugmotoren, Turbinenmotoren, Dampfmotoren, Dampfturbinen, Elektromotoren, Hydrauliksystemen und ähnlichen Geräten gestellt werden.
Schmiermittel auf Erdölbasis und andere sogenannte ölartige Schmiermittel verwenden schwefel-, stickstoff- und phosphorhaltige organische Verbindungen sowie Alkylphenole als Antioxidationsmittel oder als Oxidationsinhibitoren. Wasserstoffperoxide, die im Öl anfänglich während der Oxidation gebildet werden, führen in der Folge zur Produktion von organischen Säuren und anderen sauerstoffhaltigen organischen Verbindungen. Antioxidationsmittel hemmen entweder die Bildung von Wasserstoffperoxiden oder führen zu ihrer Komplexbildung, um die Bildung von Säuren, Schlamm und Firnis zu minimieren.
Einige üblicherweise verwendeten Oxidationsinhibitoren für Dampfturbinen, Elektromotoren und Hydrauliksystemen beinhalten unter anderem 2-Naphtol, Di-t-Butyl-p-Cresol und Phenyl-1-Naphtylamin. Thiophosphate, wie zum Beispiel Zink-, Barium- und Calcium-Thiophosphat, werden ebenfalls häufig als Antioxidationsmittel in Schmierölen für Automobil- und LKW-Motoren eingesetzt.
Alkylsuccinartige Säuren und andere schwach polare organische Säuren oder organische Amine werden als Rosthemmer verwendet, ebenso sowie organische Phosphate, polyhydrische Alkohole, Natriumsulfonate und Calciumsulfonate.
Viele verschleißhemmende Verbindungen, die allgemein im Stand der Technik gut bekannt sind, verbessern die Grenzfilmschmierung und werden in sieben Hauptgruppen unterteilt. Die erste umfasst Verbindungen, welche Sauerstoff enthalten, wie zum Beispiel Fettsäuren, Ester und Ketone; die zweite umfasst Verbindungen, welche Schwefel oder Kombinationen aus Schwefel und Sauerstoff enthalten; die dritte umfasst organische Chlorverbindungen, wie zum Beispiel chloriertes Wachs; die vierte enthält organische Schwefelverbindungen, wie zum Beispiel mit Schwefel behandelte Fette und mit Schwefel behandelte Olefine; die fünfte umfasst Verbindungen, welche sowohl Chlor als auch Schwefel enthalten; die sechste umfasst Verbindungen, welche organische Phosphorverbindungen, wie zum Beispiel Tricresylphosphat, Thiophosphate und Phosphite enthalten; und die siebente umfasst organische Bleiverbindungen, wie zum Beispiel Tetraethylblei. Die Verwendung von Olefinen für die Schmierung von sich bewegenden Aluminiumoberflächen und Iod für hitzebeständige Legierungen wurde im Bereich der Technik bereits beschrieben.
Verschleißschutzmittel, die in Grenzschmierstoffen verwendet werden, enthalten schwach polare organische Säuren, wie zum Beispiel alkylsuccinartige Säuren und organische Amine. Tricresylphosphat- oder Zinkdialkyldithiophosphat-Zusätze werden in Schmierstoffen für hydraulische Pumpen, Getriebe und Drehmomentwandler verwendet, wogegen bei starken Reibebewegungen zwischen zwei Metalloberflächen, bei denen eine hohe Belastung auftritt, Schmierstoffe und besonders Ölschmierstoffe erforderlich sind, welche aktive Schwefel-, Chlor- und Bleiverbindungen enthalten. Diese für extreme Druckbelastungen geeigneten Zusätze beginnen eine chemische Reaktion, um Verbindungen auf der Oberfläche der sich bewegenden Metallteile zu bilden, wie zum Beispiel Bleisulfid, Eisenchlorid und Eisensulfid.
Detergensmittel und Dispergensmittel werden in Schmierstoffen verwendet und wirken durch Adsorbieren aller unlöslichen Partikel, die durch den Bewegungs- oder Gleitkontakt auf zwei oder mehreren Oberflächen gebildet werden, und halten die Partikel im Schmierstoff in Suspension. Dadurch werden Ablagerungen auf den sich bewegenden Oberflächen verringert und die Sauberkeit der sich bewegenden Oberflächen verbessert. Detergensmittel, wie zum Beispiel Alkylmethacrylatpolymere, welche polare Stickstoffgruppen in der Seitenkette besitzen, werden in vielen unterschiedlichen Bereichen angewendet und sind in diesem Bereich der Technik gut bekannt.
Die Zugabe von Fließpunkterniedrigern, wie zum Beispiel Polymethacrylaten oder Wachs mit Naphtalen oder Wachsphenolkondensationsprodukten verbessert ebenfalls die Eigenschaften der Schmierstoffe.
Zahlreiche Schmierstoffe enthalten auch Viskositätsindexverbesserungsmittel, wie zum Beispiel Polyisobutylene, Polymethacrylate und Poly(alkylstyrene) mit einem Molekulargewicht von etwa 5000 bis 20000. Die Zugabe von Schauminhibitoren, wie zum Beispiel Methylsiliconpolymeren, zu Schmierstoffen und besonders zu ölartigen Schmierstoffen verringert die Schaumbildung.
Synthetische Schmiermittel
Eine andere Klasse von Schmiermitteln umfasst synthetische Öle, wie zum Beispiel polymerisierte Olefine mit geringem Molekulargewicht, Ester-Schmiermittel, Polyglycole und Silicone, die alle in diesem Bereich der Technik gut bekannt sind. Andere synthetische Öle umfassen Tricresylphosphat, Silicone, andere organische Phosphate, Polyisobutylen, Polyphenylether, Silicate, chlorierte aromatische Substanzen und Fluorkohlenstoffe.
Die Siliconschmiermittel umfassen im allgemeinen Polymere mit niedrigem Molekulargewicht oder durch Di-organo-Gruppen substituiertes Siliconoxid, wobei es sich bei den Organo-Gruppen um Ethylgruppen, Phenylgruppen oder Mischungen davon handelt und diese entweder als Raumtemperaturflüssigkeiten mit der Viskosität von Öl formuliert sind oder zu Fetten verbunden sind. Die Chlorphenylmethylsiliconöle sind besonders gut geeignet.
Organische Ester umfassen im allgemeinen Diester, welche auf der Kondensation langkettiger, zweibasiger Säuren mit etwa 6 bis 10 Kohlenstoffatomen beruhen, wie zum Beispiel Adipinsäure, Azelainsäure und Sebacinsäure mit verzweigten Kettenalkoholen mit etwa 8 bis etwa 9 Kohlenstoffatomen. Schmiermittel für höhere Temperaturen, wie sie für Turbinen und besonders für Düsentriebwerke verwendet werden, umfassen Ester aus Trimethylolpropan oder Pentaerythrit mit diesen Säuren. Polymethacrylat-Verdickungsmittel, die manchmal in Mengen von bis zu 5% zugegeben werden, erhöhen die Viskosität dieser Flüssigkeiten, welche etwas geringer ist als jene von Mineralölen.
Die Polyglycol-Schmiermittel umfassen jene, die auf Polypropylenglycol basieren, das aus Propylenoxid hergestellt ist, und welche Hydroxyl-Endgruppen enthalten. Dabei handelt es sich um wasserlösliche Schmierstoffe. Das Mischen von Propylen- und Ethylenoxiden im Polymerisationsprozess führt zur Erzeugung eines wasserlöslichen Polymers, welches ebenfalls als Schmiermittel Verwendung findet. Flüssige oder ölartige Polyglycole besitzen niedrigere Viskositäten und ein Molekulargewicht von etwa 400, während Polyglycole mit einem Molekulargewicht von 3000 bei Raumtemperatur viskose Polymere sind. Die Verwendung von mono- oder polyhydrischen Alkoholen, wie zum Beispiel dihydrischen Alkoholen, bei der Ethylenoxidpolymerisation und/oder der Propylenoxidpolymerisation führt zur Bildung von Mono- oder Diethern, welche eine andere Klasse von Polyglycolen ergeben. Das Verestern der Hydroxylgruppen in den Polyolen mit Säuren mit geringem oder hohem Molekulargewicht, das heißt mit solchen, die bis zu 18 Kohlenstoffatome besitzen, führt zu einer weiteren Vielfalt an Polyglycolschmierstoffen.
Die Polyglycole werden in verschiedenen Industrieanwendungen eingesetzt, in denen Hydraulikflüssigkeiten benötigt werden. Sie verursachen im allgemeinen keine Auflösung von Kautschuk und finden als Kautschukschmiermittel oder als Textilfaserschmiermittel bei der Textilverarbeitung Anwendung. Da sie bei hohen Temperaturen in flüchtige Produkte zerfallen, finden sie auch in Durchlaufschmierungssystemen Anwendung, wie zum Beispiel in Flugzeugdüsentriebwerken und anderen Vorgängen mit hohen Temperaturen, bei denen es ansonsten zur Ablagerung von kohlenstoffhaltigen Materialien auf den beweglichen Oberflächen und in der Folge zu Schwierigkeiten im Betrieb und bei den Wartungsarbeiten kommen würde. Das Kombinieren von wasserlöslichen Polyglycolen mit Wasser erzeugt Zusammensetzungen, welche in Hydraulikapplikationen Anwendung finden, wie zum Beispiel in Druckgussmaschinen, Ofensteuerungen, elektrischen Schweißgeräten und hydraulischen Katapulten für die Marine, sowie in Geräten für die Handhabung von Geschossen.
Die Phosphatschmiermittel finden Anwendung in Feuerbeständigkeitsapplikationen und umfassen im allgemeinen Triaryl- oder Trialkylphosphate. Feuerbeständigkeitsapplikationen umfassen Druckgussmaschinen, Flugzeug-Hydraulikflüssigkeiten, Luftkompressor-Schmiermittel und verschiedene Systeme für Schifffahrt und Industrie. Das Mischen von Phosphaten mit chlorinierten Biphenylen erzeugt eine hydraulische Stabilität.
Die Polymerisierung von Isobutylen, welches kleinere Mengen an 1-Buten- und 2-Buten enthält, erzeugt Polybutylenschmiermittel mit einem Viskositätsbereich von 5 bis mehr als 600 Centistoke bei 210° Fahrenheit mit einer Kettenlänge von etwa 20 bis etwa mehr als 100 Kohlenstoffatomen. Polyisobutylene finden Anwendung in Hochtemperaturapparaten, wie zum Beispiel Förderbändern, Öfen, Trocknern und Feuerungsanlagen, da sie im wesentlichen zur Gänze zu flüchtigen Nebenprodukten zerfallen und oxidieren und auf diese Weise keine Kohlenstoffrückstände hinterlassen, was bei Schmiermitteln auf Erdölbasis nicht der Fall ist. Sie finden Anwendung in elektrischen Transformatoren, Kabeln und Kühlschrankkompressoren, wobei jene mit höherer Viskosität als Viskositätsindexzusätze in Schmiermitteln auf Erdölbasis verwendet werden.
Polyphenylether oder Polyphenoxypolymere, bei denen sich die Ethergruppe in der Drei-Phenyl-Position in der Polymerkette befindet, werden in Hochtemperaturapplikationen eingesetzt, wie zum Beispiel in Düsentriebwerken und Hydrauliksystemen, da sie bis etwa 500°F temperaturstabil sind.
Hochtemperatur-Hydraulikflüssigkeiten aus Silicatester umfassen Tetra(2-ethylhexyl) und Tetra(2-ethylbutyl)-Silicate sowie die sogenannten Dimersilicate, wie zum Beispiel Hexa(2-ethylbutoxy)disiloxan.
Chlorinierte Biphenylflüssigkeiten verleihen Schmierflüssigkeiten und Hydraulikflüssigkeiten feuerfeste Eigenschaften.
Fluorkohlenstoffe, wie zum Beispiel Polychlortrifluorethylen und Copolymere von nicht festen Perfluorethylen-Perfluorpropylen-Schmiermitteln, bieten eine hohe Oxidationsbeständigkeit bei der Schmierung von Geräten, die mit flüssigem Sauerstoff und Wasserstoffperoxid arbeiten.
Fette
Zu den Fetten gehören hochviskose Schmierstoffe, die durch Kombination eines Erdölschmiermittels oder eines synthetischen Schmiermittels mit einem Verdickungsmittel hergestellt werden. Die Verdickungsmittel umfassen im allgemeinen Fettsäureseifen aus Lithium, Calcium, Strontium, Natrium, Aluminium, Silicagel und Barium. Die Fettformulierung kann auch beschichteten Ton enthalten, wie zum Beispiel Bentonitton und Hectoritton, die mit quarternären Ammoniumverbindungen beschichtet sind. Manchmal wird Ruß als Verdickungsmittel hinzugefügt, um die Hochtemperatureigenschaften von Fetten auf Erdölbasis sowie von synthetischen Fetten zu verbessern. Die Zugabe von organischen Pigmenten und Pulvern, welche die Arylharnstoffverbindungen Indanthren, Ureid und Phthalocyanin enthalten, verleiht den Fetten Stabilität bei hohen Temperaturen.
Schmierfettzusätze fallen im allgemeinen in die selbe Kategorie wie jene Zusätze, die in den Schmierstoffen auf Erdölbasis verwendet werden, wie zum Beispiel Amin-, Phenol-, Phosphit-, Schwefel- und Selen-Oxidationshemmer. Amindeaktivatoren werden ebenfalls verwendet, wenn Kupferverfärbungen ein Problem darstellen, oder wenn die Gefahr besteht, dass Kupfer eine katalytische Oxidation fördert. Aminsalze, Metallsulfonate, Metallnaphtalenate, Ester und nichtionische oberflächenaktive Stoffe verleihen den Fetten zusätzliche Wasserbeständigkeit, und manche von ihnen schützen gegen Salzsprühkorrosion.
Fette, die in Applikationen mit Getrieben oder Gleitflächen eingesetzt werden, enthalten Hochdruckzusätze, wie zum Beispiel Bleiseifen-, Schwefel-, Chlor- und Phosphorzusätze, wie sie weiter oben beschrieben wurden. Die Zugabe von Feststoffpulverarten, wie zum Beispiel Graphit, Molybdändisulfid, Asbest, Talk oder Zinkoxid sorgt für Grenzschmierung.
Glycerol stabilisert die Seifenstruktur, wenn es in Kombination mit kleinen Mengen Wasser sowie Dimethylsiliconöl zur Minimierung der Schaumbildung verwendet wird.
Das Formulieren der zuvor genannten synthetischen Schmiermittel mit Verdickern ermöglicht die Erzeugung von Spezialfetten und umfasst unter anderem Polyglycol-, Diester-, Silicon-Diester-, Polyester- und Siliconschmiermittel. Nicht schmelzende Verdicker werden besonders bevorzugt, wie zum Beispiel Kupfer-Phthalocyanin, Arylharnstoffe, Indanthren und mit organischen oberflächenaktiven Stoffen beschichteter Ton. Die organischen Ester- und Siliconfette werden im allgemeinen in Militärapplikationen speziell im Zusammenhang mit hohen Temperaturen eingesetzt.
Die mechanischen Eigenschaften der Fette wurden gemessen, und jene Materialien mit einer NLGI-Nummer zwischen 0 und 6 charakterisieren diese Fette.
Festschmierstoffe
Zu den Festschmierstoffen gehören anorganische Verbindungen, organische Verbindungen und Metall in der Form von Filmen oder Partikelmaterialien für die Sperrschicht-Schmierung von Gleitflächen. Diese Materialien sind im wesentlichen bei Raumtemperatur und höheren Temperaturen fest, können aber in manchen Fällen bei Temperaturen über Raumtemperatur im wesentlichen flüssig sein.
Zu den anorganischen Verbindungen gehören Materialien wie zum Beispiel Cobaltchlorid, Molybdändisulfid, Graphit, Wolframdisulfid, Glimmer, Bornitrid, Silbersulfat, Cadmiumchlorid, Cadmiumiodid, Borax und Bleiiodid. Diese Verbindungen sind Beispiele für sogenannte Schichtgitter-Feststoffe, in denen starke kovalente oder ionische Kräfte Bindungen zwischen Atomen in einer einzelnen Schicht bilden, während schwächere Van der Waal'sche Kräfte Bindungen zwischen verschiedenen Schichten bilden. Auf Grund ihrer hohen Schmelzpunkte, ihrer hohen thermischen Stabilität in Vakuum, ihrer niedrigen Verdunstungszahl und ihres guten Strahlungswiderstands finden sie im allgemeinen in Hochtemperaturapplikationen Anwendung. Zu den besonders gut geeigneten Materialien gehören formuliertes Graphit und Molybdändisulfid. Sowohl das Molybdändisulfid als auch das Graphit besitzen Schichtgitter-Strukturen mit einer starken Bindung zwischen dem Gitter und einer schwachen Bindung zwischen den Schichten. Schwefel-Molybdän-Schwefel-Gitter bilden starke Bindungen aus, während schwache Schwefel-Schwefel-Bindungen zwischen den Schichten das Gleiten der Schichten aufeinander erleichtern. Molybdändisulfid und Graphit sind daher besonders wichtige anorganische Feststoffschmiermittel.
Die partikelförmigen Feststoffmaterialien werden als kolloidale Dispersionen in Wasser, Wachs, Wachsemulsionen, Erdöl, Castoröl oder mineralisches Benzin formuliert. Die festen, nicht partikelförmigen Materialien können als Lösungen in Lösemitteln verwendet werden, die ausgewählt werden, um die Feststoffe zu lösen, um eine im wesentlichen flüssige Verbindung bei Raumtemperatur zu bilden. Diese Lösungen können wiederum zu Emulsionen verwandelt werden, wie dies hier beschrieben wird, und zwar besonders zu Wasseremulsionen. Wenn Lösemittel nicht verfügbar sind oder deren Verwendung zu schwierig oder zu teuer ist, werden die Festschmierstoffe als Partikel verwendet.
Mit dem hier verwendeten Begriff werden entweder Wasser-in-Öl- oder Öl-in-Wasser-Emulsionen bzw. Öl-in-Öl-Emulsionen bezeichnet, wobei sich die Lösung entweder in der kontinuierlichen oder in der diskontinuierlichen Phase befindet. Wasserdispersionen werden für die Schmierung von Druckgießformen, Werkzeugen, Formen für die Metallbearbeitung, Sauerstoffgeräten und beim Drahtziehen verwendet.
Als Schmiermittel verwendete Graphit-Wasser-Dispersionen verlieren Wasser auf Grund von Verdampfung, was als Nachteil anzusehen ist. Durch das Mischen von Graphit mit Cadmiumoxid oder Molybdändisulfid kann dies verhindert werden.
Zu anderen geeigneten anorganischen Materialien, die keine Schichtgitter-Struktur aufweisen, gehören basisches Bleiweiß oder Bleicarbonat, Zinkoxid und Bleimonoxid. Durch das Dispergieren von anorganischen Verbindungen in verschiedenen Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Alkoholen mit niedrigem Molekulargewicht, Glycolen, Erdölen, synthetischen Ölen und Wasser werden Zusammensetzungen erzielt, die für die Schmierung von Flugzeugzellen, bei Befestigungselementen, wie zum Beispiel Muttern, Bolzen und Schrauben, in Getrieben, beim Drahtziehen sowie beim Schmieren von Armaturen verwendet werden.
Zu den organischen Festschmierstoffverbindungen gehören hochschmelzende organische Pulver, wie zum Beispiel Phenanthren, Kupfer-Phthylocyanin, und Mischungen aus anorganischen Verbindungen und/oder anderen Schmierstoffen. Mit Molybdändisulfid vermischtes Kupfer-Phthalocyanin ergibt ein gutes Rollenlagerschmiermittel.
Zu den Metallschmierstoffen gehören im allgemeinen weiche Metalle, wie zum Beispiel Gallium, Iridium, Thallium, Blei, Zinn, Gold, Silber, Kupfer und die Gruppe-VIII-Edelmetalle, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin. Werden diese Metallschmierstoffe in einer Flüssigkeit und insbesondere in einem wie hier beschriebenen flüssigen Schmierstoff, wie zum Beispiel Erdölen, synthetischen Ölen und Wasser, zu partikelförmigen Dispersionen übergeführt, entstehen dadurch leicht auftragbare Schmiermittelzusammensetzungen. Chalcogenide der unedlen Metalle können ebenfalls verwendet werden, und zwar besonders die Oxide, Selenide oder Sulfide.
Werden die Festschmierstoffe mit verschiedenen Bindemitteln kombiniert, so bleiben sie besser auf den sich bewegenden Oberflächen haften. Bindemittel sind besonders bei Trockenschmiermittelapplikationen notwendig, bei denen feste oder partikelförmige Schmiermittel verwendet werden, und sie werden manchmal auch als gebundene Festschmierstoffe bezeichnet. Zu den verschiedenen aushärtbaren und thermoplastischen Bindesystemen gehören unter anderem Phenol-, Vinyl-, Acryl-, Alkyd-, Polyurethan-, Silicon- und Epoxyharze. Es wäre jedoch von Vorteil, ein neuartiges Bindemittel zu schaffen, das in der selben Art wirkt oder die Funktion dieser Bindemittel verbessert.
Diese Arten von Beschichtungen finden Anwendung als Schmierstoffe für Befestigungselemente und Bolzenverbindungen. Zu den in den zuletzt genannten Applikationen verwendeten Festschmierstoffen gehören unter anderem Silber, Nickel, Kupfer, Molybdändisulfid, Blei oder Graphit.
Metallbearbeitungsschmierstoffe
Die Metallbearbeitung ist ein weiterer wichtiger Bereich der Schmierung, welche im allgemeinen Operationen umfasst, bei denen es um maschinelle Bearbeitungen, Schleifen, Honen, Läppen, Stanzen, Schneiden, Ziehen, Spinnen, Extrudieren, Formen, Schmieden und Walzen geht. Die verwendeten Schmiermittel umfassen im allgemeinen Wasser, Mineralöle, Fettöle, und Fettsäuren, Wachse, Seifen, verschiedene chemische Verbindungen, Minerale und synthetische Schmiermittel, wie sie hier beschrieben werden. Einige der zuvor genannten Materialien sind von Nachteil, da sie nicht über die entsprechenden Klebeeigenschaften oder Viskositätseigenschaften verfügen, um während der Arbeiten auf den Metalloberflächen haften zu bleiben, und müssen demgemäß umformuliert werden, um sicherzustellen, dass sie bei den Metallbearbeitungsvorgängen an ihrem Platz bleiben. Die Zugabe von synthetischen Polymeren zu diesen Schmierstoffen würde einige dieser Nachteile beseitigen.
Schmierstoffe werden auch in der Kirk-Othmer Enzyklopädie in Chemical Technology, Zweite Ausgabe, Seiten 559–595, beschrieben.
Für die vorliegende Erfindung werden alle zuvor erwähnten Schmiermittel, Verbindungen oder Zusammensetzungen als Materialien zur Verringerung der Reibung zwischen beweglichen Oberflächen oder als Schmierstoffe bezeichnet.
JP-A-04 011697 offenbart wässrige, Schmiermittelzusammensetzungen, die aus einem oder mehreren vernetzten, stark Wasser absorptionsfähigen Polymeren bestehen, die einer wässrigen Flüssigkeit zugegeben werden. Das Polymer absorbiert mindestens das Fünfzigfache seines eigenen Gewichts an Wasser. Die Zusammensetzungen enthalten 0,005 bis 1 Gew.-% Polymer und wahlweise herkömmliche Zusätze. Die Polymere, die bei Normaltemperatur für gewöhnlich körnchenförmig oder viskos sind, besitzen meistens eine Vernetzungsdichte von 0,001–10 Millimol/g und eine Korngröße von bis zu 150 um. Bei den Polymeren kann es sich um Polyacrylate, Isobutylenmaleate, Stärkepolyacrylate, PVA-Polyacrylate, Polyacrylamide, hydrophile Acrylpolymere, Polyvinylalkohole und Polyether handeln.
Aus dem zuvor Gesagten geht klar hervor, dass ein Bedarf an zusätzlichen Materialien besteht, welche nicht nur die selben Vorteile aufweisen wie jene des Standes der Technik, sondern noch zusätzliche Vorteile, sowie an Materialien, welche die verschiedenen Nachteile des Standes der Technik beseitigen.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Zusammensetzung zu schaffen, welche ein Material zum Verringern der Reibung zwischen beweglichen Oberflächen enthält, sowie ein Verfahren zum Schmieren einer Oberfläche.
Diese und andere Vorteile werden gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt, bei der es sich um die Schaffung einer Zusammensetzung und ein Verfahren zur Erweiterung der verschiedenen Vorteile des Standes der Technik handelt, und welche auch eine oder mehrere Einschränkungen oder Nachteile der zuvor beschriebenen Materialzusammensetzungen und Verfahren beseitigen.
Die nun folgende Beschreibung nennt zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung, die nicht nur aus der Beschreibung, sondern auch aus der Umsetzung der Endung hervorgehen. Die schriftliche Beschreibung und die Ansprüche davon legen insbesondere die Aufgaben und weiteren Vorteile der Erfindung dar und zeigen, wie diese realisiert und erzielt werden kann.
Um diese und andere Vorteile gemäß dem Zweck der Erfindung zu erzielen, wie er hierin ausführlich beschrieben wird, enthält die Erfindung eine Zusammensetzung, welche ein superabsorbierendes Polymer enthält, das mehr als das Hundertfache seines Gewichts in Wasser absorbieren kann, kombiniert mit einem Schmiermittel, das gegebenenfalls einen Zusatz enthält, wobei die Zusammensetzung im wesentlichen anhydrid ist, wobei das Schmiermittel ein Erdölschmiermittel, ein Schmiermittel aus synthetischem Öl oder ein Metallbearbeitungsschmiermittel aufweist, wobei die Zusammensetzung Wasser enthält oder im wesentlichen wasserfrei ist, wobei das Schmiermittel Fett oder einen Festschmierstoff aufweist, und zwar gegebenenfalls in Kombination mit einem Erdölschmiermittel, einem Schmiermittel aus synthetischem Öl oder einem Metallbearbeitungsschmierstoff. Der hier beschriebene Zusatz enthält ohne Einschränkung einen Oxidationshemmer, einen Rosthemmer, ein Verschleissschutzmittel, ein Detergens-/Dispergiermittel, einen Fließpunkterniedriger, einen Viskositätsindexverbesserer oder Schaumhemmer, und zwar besonders jene, die in diesem Dokument beschrieben sind.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Schmieren einer Oberfläche, welches das Beschichten der Oberfläche mit einer solchen Schmierzusammensetzung aufweist. Das Verfahren gemäß der Erfindung weist die Verwendung von Öl sowie anderer Schmiermittel mit oder ohne Zusätze oder Wasser als Schmiermittel auf, wie dies in diesem Dokument beschrieben ist. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die kontrollierte Zufuhr eines Schmiermittels zu einer Oberfläche, um die Reibung zwischen beweglichen Oberflächen zu verringern, indem die Schmiermittelzusammensetzung der Erfindung auf mindestens eine dieser Oberflächen aufgetragen wird.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung der zuvor erwähnten Schmiermittelzusammensetzung zur Verringerung der Reibung zwischen beweglichen Oberflächen durch Kombination eines Schmiermittels mit einem supersaugfähigen Polymer. In Fällen, in denen die verschiedenen Komponenten der Schmiermittelzusammensetzung miteinander reagieren und es schwierig oder unmöglich ist, deren Identität in der endgültigen Zusammensetzung ganz oder teilweise festzulegen, wird ein Produkt gemäß der Erfindung hergestellt, welches mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt wird. Die Erfindung betrifft daher auch ein neuartiges Produkt, welches durch das Verfahren der Erfindung hergestellt wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, welches das Steuern der Zufuhr eines Schmiermittels zu mindestens einer von zwei beweglichen Oberflächen aufweist, um die Reibung zwischen den beweglichen Oberflächen zu verringern, wobei das Verfahren das Auftragen einer Schmiermittelzusammensetzung oder eines Produktes, das gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellt wurde, auf mindestens eine der Oberflächen aufweist. Das Auftragen der Schmiermittelzusammensetzung oder des Produktes, welches gemäß der Erfindung hergestellt wurde, auf mindestens eine der Oberflächen soll auch jene Fälle einschließen, in denen eine, einige oder alle Oberflächen stationär sind, oder eine, einige oder alle Oberflächen beweglich sind, wobei aber in jedem Fall diese Oberflächen in einem Reibeeingriff miteinander stehen oder stehen werden.
Der Anmelder möchte, dass das Steuern der Zufuhr des Schmiermittels zu einer Oberfläche Phänomene umfasst, bei denen das Schmiermittel schrittweise zurückgezogen, schrittweise freigegeben, schrittweise zugeführt oder schrittweise aufgetragen werden kann, wobei es sich um die gegenständliche Schmiermittelzusammensetzung oder das durch das Verfahren der Erfindung hergestellte Produkt handeln kann. In einer anderen Ausführungsform kann die Steuerung der Zufuhr dadurch bewirkt werden, dass eine der Oberflächen eine mikroskopische Schicht abzieht, und dass sie in manchen Fällen eine oder mehrere Molekularschichten der Schmiermittelzusammensetzung oder des Produktes, das durch das Verfahren der Erfindung hergestellt wurde, von mindestens einer anderen Oberfläche abzieht und den Rest der Zusammensetzung oder des Produktes auf mindestens einer anderen Oberfläche lässt.
In einem anderen Aspekt der Erfindung können die verschiedenen Schmiermittel als Weichmacher für das supersaugfähige Polymer dienen, und zwar insbesondere die organischen Schmiermittel und besonders jene organischen Schmiermittel, die bei Temperaturen zwischen etwa 15 und 30°C flüssig sind. Wenn die Schmiermittel die sogenannten MORFLEX®, CITROFLEX® und AROSURF® Zusammensetzungen aufweisen, wie diese im vorliegenden Dokument bezeichnet werden, enthalten sie insbesondere verschiedene in diesem Dokument definierte Schmiermittelzusätze.
In der schriftlichen Beschreibung und in den Ansprüchen wird die Zusammensetzung als supersaugfähiges Polymer beschrieben, welches mit einem Schmiermittel kombiniert wird, wodurch beabsichtigt ist, dass das supersaugfähige Polymer und das Schmiermittel entweder eine Lösung, eine Dispersion oder eine Emulsion einschließlich sowohl Wasser-in-Öl-Emulsionen als auch Öl-in-Wasser-Emulsionen und Öl-in-Öl-Emulsionen bilden, wobei eine Lösung emulgiert wird, und wobei die Lösung in Form einer kontinuierlichen oder einer diskontinuierlichen Phase vorhanden sein kann.
Das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete supersaugfähige Polymer absorbiert das mehr als Hundertfache seines Eigengewichts in Wasser und weist ein Polymer aus Acrylsäure, einen Acrylester, Acrylnitril oder Acrylamid, sowie Copolymere davon, oder Stärkepfropfcopolymere davon, oder Mischungen davon, auf, wobei die Mischungen von 2 bis etwa 3 oder 4 supersaugfähigen Polymeren enthalten.
Zu den supersaugfähigen Polymeren, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, gehören jene, die von Levy in den US-Patenten 4,983,389 und 4,985,251 auf allgemeine Weise und in spezieller Weise beschrieben werden, und insbesondere gehören dazu jene, die im US-Patent Nr. 4,983,389 in der Spalte 9, Zeile 37–48, Spalte 10, Zeile 40–68, und Spalte 11, Zeile 1–21 beschrieben sind, sowie auch jene, die im US-Patent Nr. 4,985,251, Spalte 9, Zeile 1–30 beschrieben sind. Die verschiedenen US-Patente an Levy enthalten detaillierte Lehren bezüglich der supersaugfähigen Polymere.
Andere supersaugfähige Polymere umfassen AQUASORB®, wobei es sich hierbei um Copolymere von Acrylamid und Natriumacrylat oder deren Kalium- oder Ammoniumsalze handelt; AQUASORB®, wobei es sich hierbei um vernetzte Acrylamid-Natriumpolyacrylat-Copolymere handelt; AQUASTORE^TM, wobei es sich hier um ionische Polyacrylamide und vernetzte modifizierte Polyacrylamide handelt; TERRA-SORB^TM, wobei es sich hier um ein hydrolysiertes Stärke-Polyacrylnitril handelt; SANWET^®, wobei es sich hier um ein Stärke-Pfropfnatriumpolyacrylat oder ein Polyurethan mit Stärke-Pfropfnatriumpolyacrylat, Stärke-Pfropfnatriumpolyacrylat, Stärke, Polymer mit 2-Propen-Säure, Natriumsalz, handelt; WATER LOCK®, wobei es sich hierum eine Poly-2-Propensäure, um Natriumsalz und eine Stärke-G-Poly(2-propenamid-co-2-propensäure, Natriumsalz) oder gemischte Natrium- und Aluminiumsalze oder Kalium oder eine 2-Propensäure, Natriumsalz oder Polyacrylamid-co-natriumacrylat) handelt; AQUAKEEP^®, wobei es sich hierbei um eine Polyacrylsäure, Natriumsalz, handelt; AGRI-GEL^TM, wobei es sich hierbei um ein Acrylnitrilstärkepfropfcopolymer handelt; SGP^® 502S, wobei es sich hier um ein Stärke-g-Poly (acrylamid-co-natriumacrylat) handelt; STOCKOSORB^®, welches Acrylat-/Acrylamidcopolymere, Acrylat-/Polyvinylalkoholcopolymere und Polyacrylate und die verschiedenen Natrium- und Kaliumsalze davon umfasst; FAVOR^® C, bei dem es sich um ein Kaliumpolyacrylat /Polyacrylamidcopolymer handelt; XU 40346.00 von Dow Chemical, bei dem es sich um ein teilweises Natriumsalz aus vernetzter Polypropensäure handelt; ASAP^TM 1000, bei dem es sich um ein Reaktionsprodukt aus leicht vernetztem Natriumpolyacrylat in Wasser mit hydrophobem, amorphem Silicondioxid und Acrylsäure handelt; ARIDALL^®, bei dem es sich um Natrium- oder Kaliumpolyacrylate handelt, die leicht vernetzt sein können; SANWET^®, bei dem es sich um ein Stärkepfropfnatriumpolyacrylat handelt; NORSOCRYL^®, bei dem es sich um ein Poly(natriumacrylat)-Homopolymer handelt; und ALCOSORB^TM, bei dem es sich um ein Copolymer aus Acrylamid und Natriumacrylat handelt, und die verschiedenen supersaugfähigen Polymere, die von Takeda et al., US-Patent Nr. 4,525,527; Mikita et al., US-Patent Nr. 4,552,938; US-Patent Nr. 4,618,631; Mikita et al., US-Patent Nr. 4,654,393; Alexander et al., US-Patent Nr. 4,677,174; Takeda et al., US-Patent Nr. 4,612,250; Mikita et al., US-Patent Nr. 4,703,067; und Brannon-Peppas, Absorbent Polymer Technology, 1990, beschrieben sind. Andere supersaugfähige Polymere, die von Buchholz et al., Superabsorbent Polymers, Science and Technology, 1994 ACS, beschrieben werden, können ebenfalls verwendet werden.
Die Erfindung kann die Zugabe anderer Materialien zum supersaugfähigen Polymer umfassen, um dessen Belastungseigenschaften zu verbessern, und dazu gehören hygroskopische Materialien, wie zum Beispiel Acrylsäurecopolymere (z. B. PEMULEN^®TR-1), sowie die verschiedenen anorganischen oder organischen Äquivalente davon, die im Stand der Technik bekannt sind, und zwar insbesondere die organischen hygroskopischen Materialien. Andere organische hygroskopische Materialien in dieser Hinsicht umfassen Glycerol und die verschiedenen Seifen, und zwar insbesondere die in diesem Dokument beschriebenen, und sie können ebenfalls verwendet werden, sowie Mischungen aus hygroskopischen Materialien, und zwar insbesondere Mischungen mit 2 bis etwa 3 oder etwa 4 Komponenten.
Mischungen aus diesen hygroskopischen Materialien mit den supersaugfähigen Polymeren können ebenfalls verwendet werden, und zwar insbesondere Mischungen mit 2 bis etwa 3, oder etwa 4 Komponenten.
In einer Ausführungsform umfasst das Material für die Verringerung der Reibung ein Schmiermittel auf Erdölbasis, welches einen Zusatz enthält, ein synthetisches Schmiermittel, Fett, einen Festschmierstoff oder einen Metallbearbeitungsschmierstoff wobei das synthetische Schmiermittel, das Fett, der Festschmierstoff oder der Metallbearbeitungsschmierstoff gegebenenfalls einen Zusatz enthalten können. Schmieröle weisen entweder ein Erdöl oder ein synthetisches Öl oder eine synthetische organische Flüssigkeit auf, wie sie in diesem Dokument beschrieben sind, wobei ohne Einschränkungen Erdölschmierstoffe einschließlich den Paraffinen, Aromaten, Naphtenölen, die synthetischen Öle einschließlich den Siliconen, organischen Estern, Polyglycolen, Phosphaten, Polyisobutylenen, Polyphenolethern, Silicaten, chlorinierten Aromaten und Fluorkohlenwasserstoffen, wie sie in diesem Dokument beschrieben sind, enthalten sind.
Die Fette, die Festschmierstoffe und die Metallbearbeitungsschmierstoffe entsprechen ebenfalls jenen, wie sie in diesem Dokument beschrieben sind.
Verschiedene Mischungen der einzelnen zuvor beschriebenen Schmierstoffe können verwendet werden, einschließlich Mischungen aus 2 bis etwa 3 oder etwa 4 Schmierstoffen. Wie zuvor erwähnt, werden in diesem Dokument beschriebene Zusätze ebenfalls gemäß der Erfindung verwendet. Die Stoffzusammensetzung umfasst Additive, wobei Erdöl als Schmierstoff verwendet wird, während das Verfahren der Erfindung zur Schmierung einer Oberfläche die Verwendung von supersaugfähigen Polymeren in Kombination mit den hier beschriebenen Schmierstoffen mit oder ohne Zusätze umfasst.
Das Material zur Verringerung der Reibung zwischen beweglichen Oberflächen oder Schmiermittel, das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst auch Öl, und zwar sowohl Erdöle als auch synthetische Öle, die jenen Materialien entsprechen, die in diesem Dokument beschrieben werden.
Die Erfindung betrifft auch supersaugfähiges Polymer, das mit einem festen oder partikelförmigen anorganischen Schmierstoff kombiniert ist, wie zum Beispiel jenen, die in diesem Dokument beschrieben sind, einschließlich Mischungen aus festen oder partikelförmigen anorganischen Schmierstoffen, und zwar besonders Mischungen aus 2 bis etwa 3 oder etwa 4 festen oder partikelförmigen anorganischen Schmierstoffen.
In einer Ausführungsform enthalten diese anorganischen Schmierstoffe Graphit, die Chalcogenide von Molybdän, Antimon, Niob, und Wolfram, wobei die Chalcogene Sauerstoff, Schwefel, Selen und Tellur und insbesondere Molybdändisulfid, Cobaltchlorid, Antimonoxid, Niobselenid, Wolframdisulfid, Glimmer, Bornitrid, Silbersulfat, Cadmiumchlorid, Cadmiumiodid, Borax, basisches Bleiweiß, Bleicarbonat, Bleiiodid, Asbest, Talk, Zinkoxid, Kohlenstoff, Lagermetall, Bronze, Messing, Aluminium, Gallium, Indium, Thallium, Thorium, Kupfer, Silber, Gold, Quecksilber, Blei, Zinn, Indium oder Gruppe-VIII-Edelmetalle aufweisen.
Chalcogenide der nicht edlen Metalle können ebenfalls verwendet werden, und zwar besonders die Oxide, Selenide oder Sulfide. In einer anderen Ausführungsform umfasst das anorganische feste oder partikelförmige Material ein Phosphat, wie zum Beispiel ein Zinkphosphat, Eisenphosphat oder Manganphosphat, oder Mischungen davon. Mischungen aus den festen oder partikelförmigen Schmierstoffen können verwendet werden, und zwar insbesondere Mischungen mit 2, 3 oder etwa 4 Komponenten.
Die supersaugfähigen Polymere werden auch mit einem festen oder partikelförmigen organischen Schmierstoff kombiniert, und zwar einschließlich Mischungen des organischen Schmierstoffs und besonders Mischungen mit 2 bis etwa 3 oder etwa 4 Komponenten.
Der feste oder partikelförmige organische Schmierstoff umfasst Phenantren, Kupferphthalocyanin, ein Fluoralkylenhomopolymer oder -copolymer, wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen, Polyhexafluorethylen oder Copolymere von Perfluorethylen und Perfluorpropylen. Homopolymere von Polyvinylidenfluorid oder Copolymere von Polyvinylidenfluorid und Hexafluorpropylen können ebenso verwendet werden wie auch andere fluorinierte Polymere, die im Bereich der Technik gut bekannt sind. Der feste oder partikelförmige organische Schmierstoff kann auch Alkylenhomopolymere oder copolymere umfassen, wie zum Beispiel Polymere von Ethylen, Propylen, Isopropylen, Butylen und Isobutylen und die verschiedenen Copolymere davon, und zwar besonders die 2- oder 3-Komponenten-Copolymere davon. Der feste oder partikelförmige organische Schmierstoff kann auch ein paraffinisches Kohlenwasserstoffwachs enthalten. Verschiedene Mischungen der festen oder partikelförmigen organischen Schmierstoffe können ebenfalls verwendet werden, und zwar insbesondere die Mischungen mit 2 bis etwa 3 oder etwa 4 Komponenten.
Kombinationen des festen oder partikelförmigen anorganischen Schmierstoffs und des festen oder partikelförmigen organischen Schmierstoffs können ebenso verwendet werden, und zwar insbesondere die Kombinationen mit 2 bis etwa 3 oder 4 Komponenten. Sowohl die festen oder partikelförmigen anorganischen Schmierstoffe als auch die festen oder partikelförmigen organischen Schmierstoffe können auch mit bei Raumtemperatur flüssigen Materialien kombiniert werden, um die Reibung zwischen beweglichen Oberflächen zu verringern, wie zum Beispiel Ölschmierstoffen und/oder synthetischen Schmierstoffen, wie sie in diesem Dokument beschrieben werden, oder Wasser und Kombinationen von Wasser und Öl (einschließlich den synthetischen Schmierstoffen), wie dies in diesem Dokument beschrieben wird.
Die festen oder partikelförmigen anorganischen Schmierstoffe oder die festen oder partikelförmigen organischen Schmierstoffe können auch in Kombination mit den supersaugfähigen Polymeren entweder als Mischung eines pulverförmigen supersaugfähigen Polymers mit festem oder partikelförmigem organischem Schmierstoff verwendet werden, oder indem das supersaugfähige Polymer Wasser oder Öl oder beidem beigemischt wird, welche beide in diesem Dokument beschrieben werden.
Das supersaugfähige Polymer wird zur Verringerung der Reibung auch mit einem Material kombiniert, welches einen Metallbearbeitungsschmierstoff enthält, der Wasser aufweist. Der Wasser enthaltende Metallbearbeitungsschmierstoff enthält einen festen oder partikelförmigen anorganischen oder organischen Schmierstoff und Wasser. Die festen oder partikelförmigen Schmierstoffe entsprechen jenen, die in diesem Dokument beschrieben werden.
Die Schmierstoffzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung und die Schmierstoffzusammensetzungen, welche gemäß dem Verfahren der Erfindung verwendet werden, können bei Raumtemperatur flüssige Zusammensetzungen aufweisen, welche SAE-Viskositäten besitzen, wie sie in diesem Dokument beschrieben sind, oder sie können die Konsistenz von Fett besitzen, wie dieser Begriff und dessen Konsistenzen in diesem Dokument beschrieben sind.
In der gesamten Beschreibung und in den Ansprüchen wird der Schmierstoff als Material zur Verringerung der Reibung zwischen beweglichen Oberflächen beschrieben, womit zum Ausdruck gebracht werden soll, dass das Material entweder einen Verbundstoff oder eine Materialzusammensetzung oder Mischungen eines Verbundstoffes und einer Materialzusammensetzung aufweist.
Die durchschnittliche Partikelgröße des partikelförmigen anorganischen Schmierstoffs oder des organischen Schmierstoffs oder des supersaugfähigen Polymers kann in einem Bereich zwischen etwa <0,5 um und etwa 300 um oder etwa 0,0254 mm (0,001 Zoll) und etwa 7,62 mm (0,3 Zoll) und insbesondere zwischen etwa 0,127 mm (0,005 Zoll) und etwa 5,08 mm (0,2 Zoll) liegen. Das supersaugfähige Polymer (sowie auch die Schmiermittelzusammensetzung) kann auch in Form von Flocken oder Blättern vorliegen.
Bei der Schmiermittelzusammensetzung kann es sich entweder um eine Flüssigkeit einschließlich einer viskosen Flüssigkeit, einem Gel, oder einem Feststoff handeln, der bei Raumtemperatur entweder fest, halbfest oder biegsam ist. Zu den festen Schmierstoffzusammensetzungen gehört auch eine pulverförmige Schmierstoffzusammensetzung. Eines der herausragendsten Merkmale der Schmierstoffzusammensetzung ist die Tatsache, dass sie von jedem herkömmlichen Form- oder Extrusionsverfahren in Scheiben, Blätter, Stangen, Blöcke, Pulver oder Filamente geformt werden kann, und dass besonders feste Schmierstoffzusammensetzungen entsprechend den Umrissen der Oberfläche oder der Oberflächen, die geschmiert werden sollen, geformt werden können.
Zusätzlich dazu können auch mehrere Trockenfilme der selben oder einer anderen Schmierstoffzusammensetzung hergestellt werden, das heißt, Schmierstoffe mit Laminatstruktur, wobei die Schichten des Laminats zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,635 mm (2 bis etwa 25 Mil) dick sind. Diese Laminate können auch einige Laminatschichten aufweisen, die nur auf supersaugfähigem Polymer oder dem Schmierstoff und der Balance auf der Schmierstoffzusammensetzung basieren. Zusätzlich dazu können die selben oder unterschiedliche laminare Schichten der Schmierstoffzusammensetzung verwendet werden.
Das supersaugfähige Polymer wird in Kombination mit dem Schmierstoff in einer Menge von etwa 0,001 Gew.-% bis etwa 99 Gew.-% und insbesondere von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 85 Gew.-% oder von etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 75 Gew.-% basierend auf der Kombination aus Schmierstoff (mit oder ohne Schmierstoffzusätzen oder anderen Zusätzen) und supersaugfähigem Polymer verwendet. In einem Experiment wird das supersaugfähige Polymer mit dem etwa 350-fachen seines Gewichts an pulverförmigem Graphit kombiniert. Pulver, welche eine durchschnittliche Partikelgröße von etwa minus 325 Mesh aufweisen, werden von einigen der supersaugfähigen Pulver aufgenommen.
Der Schmierstoff und die Zusätze werden bei der Verwendung mit dem supersaugfähigen Polymer durch Aufquellen des Polymers entweder durch das Polymer selbst oder durch Dispersion mit dem Schmierstoff (und der Zusätze, falls solche verwendet werden) entweder in Wasser oder in einer Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit kombiniert, wie zum Beispiel bei 80% rel. Luftfeuchtigkeit.
Vor oder nach dem Kontaktieren des supersaugfähigen Polymers mit dem Wasser oder der Feuchtigkeit wird das Polymer in der Form eines Pulvers, von Flocken oder Körnchen mit dem Schmierstoff in einem herkömmlichen Mischer, wie zum Beispiel einem HOBART^TM-Mischer, vermischt, bis eine gleichförmige Dispersion erzielt wird. Dieses Verfahren kann durch Verwendung eines Lösemittels oder eines Dispergiermittels für den Schmierstoff erleichtert werden, und zwar vorzugsweise in manchen Fällen einem, das leicht von der Schmierstoffzusammensetzung der Erfindung entfernt werden kann, wie zum Beispiel einem Keton, und zwar besonders Ketone mit niedrigeren Alkylen, wie z. B. Aceton-MEK, MIBK, DIBK und ähnliches.
Anschließend verbindet sich der Schmierstoff mit dem supersaugfähigen Polymer oder wird von diesem aufgenommen, welcher mit Wasser oder in hoher Luftfeuchtigkeit zum Anschwellen gebracht worden ist. Die Schmiermittelzusammensetzung wird danach getrocknet, um das Wasser zu entfernen, indem sie zum Beispiel in eine Umgebung mit 27– 38% rel. Luftfeuchtigkeit gebracht wird, oder indem sie einem Vakuum oder einer erhöhten Temperatur ausgesetzt wird. Dadurch wird im wesentlichen das gesamte Wasser entfernt, welches im ersten Teil des Verfahrens zugeführt wurde.
Die Schmiermittelzusammensetzung wird entweder vor dem Entfernen des Wassers, wie in diesem Dokument beschrieben, oder nach dem Entfernen des Wassers durch Einformen oder Extrudieren geformt, und wenn pulverförmiges oder körniges Schmiermittel gebildet werden soll, wird die Schmiermittelzusammensetzung in einer herkömmlichen Mühle entsprechend dem gewünschten Meshwert gemahlen, nachdem das Wasser entfernt worden ist.
Ein weiteres hervorstechendes Merkmal der Schmiermittelzusammensetzungen ist deren Fähigkeit, den Schmierstoff unter Druck als Film oder Tropfen oder Tröpfchen, wie zum Beispiel als Mikrotröpfchen, frei zu geben und den freigegebenen Schmierstoff wieder aufzusammeln, nachdem der Druck entfernt wurde oder nachgelassen hat. Beim Überprüfen der Schmierstoffzusammensetzungen wurde entdeckt, dass die supersaugfähigen Polymere der Schmierstoffzusammensetzungen in dieser Hinsicht schwammähnliche Eigenschaften besitzen, wenngleich doch keine schwammähnlichen Merkmale, so wie zum Beispiel Porosität, die mit dem freien Auge erkennbar ist. Es können jedoch andere Matrixzusammensetzungen formuliert werden, die poröse Eigenschaften besitzen, die leicht sichtbar sind.
Eine Schmierstoffzusammensetzung wird in der zuvor genannten Weise unter Verwendung von Graphit, wie oben angemerkt, oder eines 2-Mol-Ethoxylats aus Isostearylalkohol (AROSURF® 66 E2) hergestellt. Wenngleich letzteres als oberflächenaktives Mittel verwendet wird, besitzt es auch einige Schmiereigenschaften und sollte für den Zweck der vorliegenden Erfindung ebenfalls als Schmierstoff betrachtet werden.
Andere feste Füller, Hilfsstoffe und Verdünner können in Kombination mit den in der Schmierstoffzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendeten Schmierstoffen verwendet werden, wozu unter anderem auch oberflächenaktive Mittel, flüssige Verdünner, Lösemittel und ähnliches gehören.
Zusätzliche veranschaulichende Beispiele für Herstellungsverfahren für eine gesteuerte Zufuhr
Schmierstoffzusammensetzungen auf der Basis von supersaugfähigem Polymer oder Geräte
I. Beimischungen von supersaugfähigen Polymeren und Schmierstoffen oder Schmierstoffformulierungen: wasserlose Zusammensetzungen
Dieses Verfahren verwendet das Feinstaufsaugen und Einschließen von auf Wasser basierenden Formulierungen (z. B. Suspensionen, Emulsionen, Mischungen) von einem oder mehreren festen (z. B. Graphit und/oder Kohlenstoff) und/oder flüssigen (z. B. Erdöl und/oder Nicht-Erdöl) Schmierstoffen mit oder ohne zusätzlichen Schmierstoffzusätzen durch supersaugfähige Polymere. Schmierstoffzusätze können chemisch aktiv und/oder chemisch inert sein und Dispergensmittel, Lösemittel, Detergensmittel, Verschleißschutzmittel, Extremdruckmittel, Oxidationshemmer, Rost- und Korrosionshemmer, Emulgatoren, Demulgatoren, Fließpunkterniedriger, oberflächenaktive Stoffe, Schaumhemmer, Viskositätsverbesserer und ähnliches umfassen. Supersaugfähige Polymere können vor dem Beimischen zu den auf Wasser basierenden Schmierstoffformulierungen in pulverförmiger, flockenförmiger, körnchenförmiger, verbundstoffförmiger, extrudierter oder anderer Form vorliegen.
In diesem Verfahren werden die wasserhaltigen supersaugfähigen Polymere, die verschiedene Konzentrationen der Schmierstoffformulierungen enthalten, getrocknet, um das eingeschlossene Wasser durch eine oder mehrere Standardtechniken zu entfernen (z. B. Hitze, geringe Luftfeuchtigkeit, Vakuum, Chemikalien, Mikrowellen, tiefe Temperaturen, Gefriertrocknung und ähnliches). Die prozentuale Anreicherung der Wasser haltigen festen und/oder flüssigen Schmierstoffkomponenten mit oder ohne zusätzlichen Schmierstoffzusätzen innerhalb einer Matrix aus supersaugfähigem Polymer hängt von der Art des supersaugfähigen Polymers (z. B. stärkegepfropft, Acrylat, Acrylamid, Acrylat/Acrylamid, und ähnliches), der Porosität des supersaugfähigen Polymers, der gesamten Wassersaugfähigkeit des supersaugfähigen Polymers, der Geschwindigkeit der Wassersaugfähigkeit und der Konzentration und der Art des festen und/oder flüssigen Schmierstoffs bzw. der Schmierstoffformulierung in den Beimischungen ab.
II. Beimischungen von supersaugfähigen Polymeren und Schmierstoffen oder Schmierstoffformulierungen: auf Wasser basierende Zusammensetzungen
Dieses Verfahren verwendet das Feinstaufsaugen und Einschließen von auf Wasser basierenden Formulierungen (z. B. Suspensionen, Emulsionen, Mischungen und ähnliches) von einem oder mehreren festen und/oder flüssigen Schmierstoffen mit oder ohne zusätzlichen Schmierstoffzusätzen durch ein oder mehrere supersaugfähige Polymere. Supersaugfähige Polymere können vor dem Beimischen zu den auf Wasser basierenden Schmierstoffen oder Schmierstoffformulierungen in pulverförmiger, flockenförmiger, körnchenförmiger, verbundstoffförmiger, extrudierter oder anderer Form vorliegen.
Hydratisierte supersaugfähige Polymere, welche verschiedene Konzentrationen der Schmierstoffformulierung enthalten, sind in Einzeleinheiten (z. B. Körnchen) oder verschmolzenen Massen (z. B. Gels) aus Hydrogels verschiedener Viskosität, Größe, Form, Zugfestigkeit und Konsistenz vorhanden. Die Hydrogelform und/oder Viskosität der auf dem supersaugfähigen Polymer basierten Schmierstoffformulierung hängt von der Konzentration des Wassers, der Konzentration und der/den Arten) des supersaugfähigen Polymers, der Wassersaugfähigkeit des/der supersaugfähigen Polymers/Polymere und der Konzentration und der Art des bzw. der festen und/oder flüssigen Schmierstoffs bzw. der Schmierstoffe oder Schmierstoffformulierungen in den wässrigen Beimischungen ab.
III. Beimischungen von supersaugfähigen Polymeren und Schmierstoffen oder Schmierstoffformulierungen: Agglomerierte wasserlose Zusammensetzungen
Dieses Verfahren besteht aus der Beimischung von einem oder mehreren supersaugfähigen Polymeren (z. B. Pulvern, Flocken, Körnchen) zu einem oder mehreren festen und/oder flüssigen Schmierstoffen, mit oder ohne zusätzlichen Schmierstoffzusätzen, und dem Agglomerieren der homogenen oder heterogenen Beimischungszusammensetzungen bei unterschiedlichen Feuchtigkeiten, Drücken, Temperaturen und ähnlichem unter Anwendung von Standardtechniken, um feste, einheitliche Pellets, Extrusionen, Folien, Verbundstoffe, Auflagen, Fasern, Körnchen, Laminate und ähnliches in verschiedenen Formen, Größen und strukturellen Konsistenzen (z. B. biegsam, steif oder mit hoher/niedriger Zugfestigkeit) zu bilden. Die Art der agglomerierten Zusammensetzung hängt von der Art und Konzentration eines oder mehrerer supersaugfähiger Polymere, der Art und Konzentration eines oder mehrerer Schmierstoffe und Schmierstoffzusätze und den bei der Herstellung der Schmierstoffzusammensetzung verwendeten Agglomerationsverfahren ab.
IV. Beimischungen von Monomeren und Schmierstoffen oder Schmierstoffformulierungen: Polymerisierung von Polymer- bzw. Schmierstoffkomponenten
Dieses Verfahren besteht aus dem Polymerisieren der bei der Herstellung der supersaugfähigen Polymere verwendeten Monomere (d. h. mit oder ohne Vernetzungsmitteln) und eines oder mehrerer festen und/oder flüssigen Schmierstoffe und Schmierstoffzusätze in feste Matrizen (z. B. Körnchen, Flocken, Pellets, Pulver, Extrusionen und ähnliches), in denen Schmierstoffkomponenten über das gesamte Netz an supersaugfähigem Polymer in die Struktur integriert ist.
V. Beimischungen von supersaugfähigen Polymeren und Schmierstoffen oder Schmierstoffformulierungen mit Vernetzungsmitteln
Bei diesem Verfahren werden agglomerierte oder nicht agglomerierte, auf supersaugfähigem Polymer basierende Schmierstoffzusammensetzungen mit Vernetzungsmitteln oder zusätzlichen Vernetzungsmitteln vermischt, um den festen Schmierstoffzusammensetzungen unterschiedliche Binde-, Löse-, Beschichtungs-, Schwell- oder andere Struktur- oder Matrixeigenschaften zu verleihen.
Gesteuerte Abgabe von auf supersaugfähigem Polymer basierenden Schmiermittel Zusammensetzungen oder Geräte
Die Geschwindigkeit und Dauer der gesteuerten Abgabe eines oder mehrerer fester und/oder flüssiger Schmierstoffe von einer auf supersaugfähigem Polymer basierenden festen Matrix oder flüssigen Zusammensetzung (mit verschiedenen Viskositäten) durch Diffusion, Ausscheidung, Ablage und ähnliches sind proportional zu den physikochemischen Schwankungen im supersaugfähigen Polymer, welche durch Temperatur- und Druckschwankungen, Kompressionen, Abrasion, Erosion, Reibung, biologischen Abbau, Feuchtigkeit, elektrische Leitfähigkeit, Chemikalien und ähnliches verursacht werden, welche auf die Schmiermittelzusammensetzung einwirken, die zur Verringerung der Reibung zwischen zwei oder mehreren beweglichen Teilen verwendet wird.
Beispiele für Reibung reduzierende Zusammensetzungen auf der Basis von supersaugfähigem Polymer oder Geräte zur Verwendung als feste und/oder flüssige Schmierstoffe können folgende umfassen:

A. Beilagscheiben – druckempfindlich, selbstschmierend; flexibel, semi-flexibel oder steif, und ähnliches;
B. Reibungsreduzierende Platten, Auflagen, Verbundstoffe, Agglomerate – selbstschmierend, druckempfindlich, abriebempfindlich; flexibel, semiflexibel oder steif, und ähnliches;
C. Lager – selbstschmierend, Verbundstoffe, Metall-Matrix-Verbundstoffe, und ähnliches;
D. Stoßdämpfer/Streben/Druckkissen/Prallbleche – selbstschmierend, druckempfindlich, und ähnliches;
5. Ausgleichscheiben oder Abstandshalter;
6. Dichtungen;
7. Gels oder Fette – Zusammensetzungen auf der Basis von Öl und/oder Wasser mit variabler Viskosität.

Vorgefertigte Geräte für die gesteuerte Abgabe auf der Basis von supersaugfähigem Polymer, wie zum Beispiel Beilagscheiben, Auflagen und ähnliches, können so konstruiert werden, dass sie auf verschiedene physikochemische Kräfte, wie zum Beispiel Druck, Temperatur, Abrieb und/oder Feuchtigkeit reagieren und daher unter Belastung selbstschmierend sein können. So können zum Beispiel agglomerierte, auf supersaugfähigem Polymer basierende flüssige Schmierstoffzusammensetzungen unter Stressbedingungen kleine Mengen des Schmierstoffs, der in der supersaugfähigen Polymermatrix enthalten oder eingeschlossen ist, bei Verdichtung oder Kompression des Geräts in gewünschte Bereiche abgeben. Beim Komprimieren wird das Gerät reversibel und kann überschüssige Mengen der Schmierstoffflüssigkeit, die in unmittelbarem Kontakt mit dem Gerät steht, wieder aufnehmen, was insbesondere in einem geschlossenen System möglich ist. Feste Schmierstoffe können diesem System zugefügt und gleichzeitig mit den flüssigen Schmierstoffen abgegeben werden.
Vorgefertigte Geräte oder Zusammensetzungen, die auf supersaugfähigem Polymer basieren, welche feste Schmierstoffe enthalten, können den festen Schmierstoff auf gewünschten Oberflächen ablegen, wenn zum Beispiel eine vertikale oder horizontale Reibung (d. h. eine Gleitbewegung) in einer oder mehreren Ebenen des Geräts auftritt, und der Abrieb des Polymer-Schmierstoff-Komplexes verursacht eine Ablagerung des auf die Zieloberfläche aufzutragenden festen Schmierstoffs. Die Menge der Feststoffablagerung ist direkt proportional zur Kraft, die auf die Matrix aus supersaugfähigem Polymer einwirkt.
Das supersaugfähige Polymer alleine kann auch als selbstschmierende feste oder flüssige Matrix wirken, wenn Feuchtigkeits- bzw. Luftfeuchtigkeits- bzw. Wasserschwankungen auf das supersaugfähige Polymer einwirken. Supersaugfähige Polymere werden sehr gleitfähig, wenn sie durch Wasser aktiviert werden, und absorbieren Wasser differentiell auf der Basis der chemischen Bestandteile, die im Polymerisationsverfahren zur Herstellung des supersaugfähigen Polymers verwendet wurden. Dieser durch Wasser aktivierte Vorgang kann einen zusätzlichen Freigabe- und/oder Schmierungsmechanismus in bestimmten Situationen auslösen, wenn supersaugfähige Polymere mit einem oder mehreren festen und/oder flüssigen Schmierstoffen kombiniert werden. So können zum Beispiel die Verdichtung und hohe Feuchtigkeit oder Feuchtigkeitsschwankungen auf ein Gerät einwirken, das auf supersaugfähigem Polymer basiert, um die Freigabe von festen und/oder flüssigen Schmierstoffen unter einer Vielzahl unterschiedlicher Bedingungen zu bewirken. Ebenso kann das Vorhandensein von einem oder mehreren supersaugfähigen Polymeren in einem festen oder flüssigen Schmierungssystem oder Gerät als Feuchtigkeitsableiter wirken, um bestimmte Teile und ähnliches vor den Auswirkungen von Wasser oder Wassermigration zu schützen.
ANWENDUNGSUMGEBUNGEN FÜR SCHMIERMITTEL AUF DER BASIS VON SUPERSAUGFÄHIGEN POLYMEREN
VERGLEICH ZWISCHEN GESCHLOSSENEN SYSTEMEN UND OFFENEN SYSTEMEN
Schmiermittelzusammensetzungen auf der Basis von supersaugfähigen Polymeren sind aus einer oder mehreren hydrophilen Komponenten zusammengesetzt. Daher kann die bestmögliche gesteuerte Abgabeleistung in geschlossenen oder abgedichteten Systemen erwartet werden, die keinen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind. Dessen ungeachtet kann auch in offenen Systemen eine kurzzeitige Schmierleistung erwartet werden.
BEISPIEL 1
Es wurde eine Reihe von auf körnchenförmigem, supersaugfähigem Polymer basierten Schmiermittelzusammensetzungen unter Verwendung von Feinstaufsauge- und Einschließverfahren hergestellt. Bei diesen Verfahren wurden vorgefertigte (unregelmäßig geformte) Körnchen aus supersaugfähigem Polymer mit Durchmessern im Bereich von ca. 1 bis 3 mm verwendet. Kohlenstoff, Graphit (ca. –325 Mesh) und eine Kombination aus Kohlenstoff und Graphit werden in den Zusammensetzungen als Beispiele für feste Schmierstoffe verwendet. Bei den als Matrizen für die festen Schmierstoffe verwendeten supersaugfähigen Polymere handelte es sich um SANWET® IM-1500 LP (stärkegepfropftes Natriumpolyacrylat), ARIDALL® 11250 (Kaliumpolyacrylat, leicht vernetzt) und DOW® XU 40346.00 (partielles Natriumsalz aus vernetzter Polypropensäure). PEMULEN®TR-1 (Acrylsäurecopolymer) wird in einer Serie als Formulierung oder Schmierstoffzusatz verwendet, um die Lasteigenschaften eines supersaugfähigen Polymerkörnchens zu erweitern.
Feste Schmierstoffe werden in einem zeit- und temperaturabhängigen wässrigen Feinstaufsauge- und Einschließprotokoll in die supersaugfähigen Polymerkörnchen aufgenommen. Die Geschwindigkeit der Körnchenabsorption und die Konzentration der festen Schmierstoffe oder Schmierstoffformulierungen, welche in den supersaugfähigen Polymermatrizen eingeschlossen sind, hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel der Art des supersaugfähigen Polymers, der Porosität der Körnchen, der Wassertemperatur und der Art und/oder Konzentration der Formulierung und der in der Beimischung verwendeten Schmierstoffzusätze. Die Entwässerung der hydratisierten Körnchen, welche den bzw. die Schmierstoffe enthalten, erfolgt durch Lufttrocknung bei niedriger Luftfeuchtigkeit oder durch chemische Trocknung in einer Serie von Lösemittelbädern.
Die folgenden Protokolle werden verwendet, um die 3 Arten von supersaugfähigen Polymerkörnchen mit den festen Schmierstoffen oder Schmierstoffformulierungen zu beladen.
SANWET® IM-1500 LP(a) – Eine Formulierung mit 299,625 g (79,9% w/w) destilliertem Wasser und 0,375 g (0,1% w/w) PEMULEN® TR-1 wird in 500 ml NALGENE® Flaschen 30 Minuten lang auf einem STROKEMASTER® Farbmischer gemischt. Danach wurden 75 g (20% w/w) Kohlenstoff (ca. –325 Mesh) der wässrigen Formulierung beigemengt und ca. 5 Minuten mit dem Farbmischer gemischt. Dieser Mischung wurden 5 g (w/w) SANWET® IM-1500 LP Körnchen aus supersaugfähigem Polymer beigemengt und weitere 60 Minuten lang kontinuierlich geschüttelt. Die zur Gänze aufgequollenen SANWET® IM-1500 LP Körnchen, welche den Kohlenstoff enthielten, PEMULEN® TR-1 und Wasser wurden gesiebt (30 Mesh) und ca. 96 Stunden in einem Raum getrocknet, dessen relative Luftfeuchtigkeit zwischen 27 und 38 Prozent und dessen Temperatur zwischen 23 und 26°C gehalten wurde, um das eingeschlossene Wasser zu entfernen. Die entwässerten Körnchen wurden in Plastikflaschen eingefüllt. Die körnchenförmigen Schmiermittelzusammensetzungen zur kontrollierten Freisetzung bestanden aus 13,1% (w/w) SANWET® IM-1500 LP + 86,4% (w/w) Kohlenstoff + 0,5% (w/w) PEMULEN® TR-1. Es wurde in einem damit zusammenhängenden Experiment beobachtet, dass das Gewicht von SANWET® IM-1500 LP, welches in einer Menge von 5,0087 Gramm verwendet wurde, auf Grund der Aufnahme des Kohlenstoffs und des PEMULEN® TR-1 auf 38,1043 Gramm basierend auf dem Trockengewicht angestiegen ist, was eine Gewichtszunahme von 660,8% bedeutet.
ARIDALL® 11250(b) – Eine Formulierung aus 24 g (80% w/w) destilliertem Wasser, 3 g (10% w/w) Graphit und 3 g (10% w/w) Kohlenstoff wurde in einem 100 ml KIMAX® Becher auf einer heißen Platte auf 80°C erhitzt. Dieser erhitzten Formulierung wurden für ca. 5 bis 10 Sekunden 0,4062 g ARIDALL® 11250 Körnchen beigegeben. Der Becher wurde anschließend von der heißen Platte entfernt und ca. 30 Sekunden lang kräftig verwirbelt. Die zur Gänze hydratisierten Körnchen, welche Kohlenstoff und Graphit enthalten, wurden anschließend in der folgenden Serie aufeinander folgender 100 ml-Lösemittelbäder gewaschen, um das Wasser zu entfernen: 3 Minuten in 10% Aceton/90% destilliertem Wasser; 3 Minuten in 30% Aceton/70% destilliertem Wasser; 3 Minuten in 50% Aceton/50% destilliertem Wasser; 3 Minuten in 70% Aceton/30% destilliertem Wasser; 3 Minuten in 90% Aceton/10% destilliertem Wasser; und 5 Minuten in 100% Aceton. Zu diesem Zeitpunkt schienen die Körnchen zu etwa 90% entwässert zu sein. Die Körnchen, welche das Restwasser und feste Schmierstoffe enthielten, wurden für 24 bis 48 Stunden in einen Raum mit niedriger Luftfeuchtigkeit (27–38% rel. Luftfeuchtigkeit und 23–26°C) gegeben, um sicherzustellen, dass die Körnchen vollkommen trocken sind. Die entwässerten Körnchen wurden in Glasfläschchen eingefüllt. Die körnchenförmige Schmiermittelzusammensetzung für kontrollierte Freigabe bestand aus 20,6% (w/w) ARIDALL® 11250 + 39,7% (w/w) Kohlenstoff und 39,7% (w/w) Graphit. Das Gewicht der 0,4062 Gramm ARIDALL® 11250 Körnchen erhöhte sich auf 1,9768 Gramm auf der Basis des Trockengewichts, was einer Gewichtszunahme von 386,7% auf Grund der Absorption von Graphit und Kohlenstoff entspricht.
ARIDALL® 11250(c) – Eine weitere Formulierung aus 48 g destilliertem Wasser (80% w/w) und 12 g Kohlenstoff (20% w/w) wurde in einem 100 ml KIMAX® Becher auf einer heißen Platte auf 80°C erhitzt. Dieser erhitzten Formulierung wurden für ca. 5 bis –10 Sekunden 0,8031 g ARIDALL® 11250 Körnchen beigegeben. Der Becher wurde anschließend von der heißen Platte entfernt und ca. 30 Sekunden lang kräftig verwirbelt. Die zur Gänze hydratisierten Körnchen, welche den Kohlenstoff enthielten, wurden anschließend in der folgenden Serie aufeinander folgender 100 ml-Lösemittelbäder gewaschen, um das Wasser zu entfernen: 3 Minuten in 10% Aceton/90% destilliertem Wasser; 3 Minuten in 30% Aceton/70% destilliertem Wasser; 3 Minuten in 50% Aceton/50% destilliertem Wasser; 3 Minuten in 70% Aceton/30% destilliertem Wasser; 3 Minuten in 90% Aceton/10% destilliertem Wasser; und 5 Minuten in 100% Aceton. Zu diesem Zeitpunkt schienen die Körnchen zu etwa 90% entwässert zu sein. Die Körnchen, welche das Restwasser und feste Schmierstoffe enthielten, wurden für 24 bis 48 Stunden in einen Raum mit niedriger Luftfeuchtigkeit (27–38% rel. Luftfeuchtigkeit und 23–26°C) gegeben, um sicherzustellen, dass die Körnchen vollkommen trocken sind. Die entwässerten Körnchen wurden in Glasfläschchen eingefüllt. Die körnchenförmige Schmiermittelzusammensetzung für kontrollierte Freigabe bestand aus 30,8% (w/w) ARIDALL® 11250 + 69,2% Kohlenstoff. Das Gewicht der 0,8031 Gramm ARIDALL® 11250 Körnchen erhöhte sich auf 2,6101 Gramm auf der Basis des Trockengewichts, was einer Gewichtszunahme von 225% auf Grund der Absorption von Kohlenstoff entspricht.
ARIDALL® 11250(d) – In einer anderen Formulierung wurden 27 g (90% w/w) destilliertes Wasser, 1,5 g (5% w/w) Kohlenstoff und 1,5 g (5% w/w) Graphit in einem 100 ml KIMAX® Becher auf einer heißen Platte auf 80°C erhitzt. Dieser erhitzten Formulierung wurden für ca. 5 bis 10 Minuten 0,4023 g ARIDALL® 11250 Körnchen beigegeben. Der Becher wurde anschließend von der heißen Platte entfernt und ca. 40 Sekunden lang kräftig verwirbelt. Die vollständig hydratisierten Körnchen, welche den Kohlenstoff und das Graphit enthielten, wurden anschließend ca. 15 Minuten lang in einer NALGENE® Flasche mit 500 ml 2-Propanol gewaschen. Zu diesem Zeitpunkt schienen die Körnchen zu etwa 75% entwässert zu sein. Die Körnchen, welche das Restwasser und feste Schmierstoffe enthielten, wurden für 24 bis 48 Stunden in einen Raum mit niedriger Luftfeuchtigkeit (27– 38% rel. Luftfeuchtigkeit und 23–26°C) gegeben, um sicherzustellen, dass die Körnchen vollkommen trocken sind. Die entwässerten Körnchen wurden in Glasfläschchen eingefüllt. Die körnchenförmige Schmiermittelzusammensetzung für kontrollierte Freigabe bestand aus 44% (w/w) ARIDALL® 11250 + 28% (w/w) Kohlenstoff und 28% (w/w) Graphit. Das Gewicht der 0,4023 Gramm ARIDALL® 250 Körnchen erhöhte sich auf 0,9144 Gramm auf der Basis des Trockengewichts, was einer Gewichtszunahme von 127,3% auf Grund der Absorption von Kohlenstoff und Graphit entspricht.
DOW® XU 40346.00(e) – Eine Formulierung aus 57 g (95% w/w) destilliertem Wasser und 3 g (5% w/w) Graphit wurde in einem 100 ml KIMAX® Becher auf einer heißen Platte auf 80°C erhitzt. Dieser erhitzten Formulierung wurden für ca. 4 Minuten 0,8022 g DOW® XU 40346.00 Körnchen beigegeben. Der Becher wurde anschließend von der heißen Platte entfernt und ca. 30 Sekunden lang kräftig verwirbelt. Die vollständig hydratisierten Körnchen, welche das Graphit enthielten, wurden gesiebt (30 Mesh) und für 48 Stunden in einen Trocknungsraum mit niedriger Luftfeuchtigkeit gebracht (27–38% rel. Luftfeuchtigkeit und 23–26°C), um das eingeschlossene Wasser zu entfernen. Die entwässerten Körnchen wurden in Glasfläschchen eingefüllt. Die körnchenförmige Schmiermittelzusammensetzung für kontrollierte Freigabe bestand aus 40,6% (w/w) DOW® XU 40346.00 + 59,4% Graphit. Das Gewicht der 0,8022 Gramm DOW® XU 40346.00 Körnchen erhöhte sich auf 1,9750 Gramm auf der Basis des Trockengewichts, was einer Gewichtszunahme von 146,2% auf Grund der Absorption von Graphit entspricht.
BEISPIEL 2
Eine Serie von agglomerierten (d. h. Körnchen, Briketts oder Scheibchen) Schmiermittelzusammensetzungen basierend auf supersaugfähigem Polymer wurde mit Hilfe von Misch- und Verdichtungsverfahren hergestellt. Für die Agglomerationsverfahren wurden vorgefertigte Pulver aus supersaugfähigem Polymer mit einem Durchmesser von 1 bis 300 um verwendet. Erdölfreie Öle oder oberflächenaktive Mittel, wie zum Beispiel AROSURF® 66-E2 (POE(2)-Isostearylalkohol; Sherex Chemical Co., Inc.), Erdöle wie zum Beispiel MARVEL® Mystery Oil (MARVEL Oil Company, Inc.) oder ROYCO® 481 Öl (Güte 1010; Royal Lubricants Co., Inc.) und/oder Citratesther (CITROFLEX®/MORFLEX® Produkte), wie zum Beispiel CITROFLEX® A-4 (Acetyltri-n-butylcitrat; MORFLEX, Inc.) werden in den agglomerierten Verbindungen als Beispiele für flüssige Schmiermittel verwendet. Es sollte angemerkt werden, dass AROSURF® 66-E2 und CITROFLEX® A-4 nicht nur Schmiereigenschaften besitzen, sondern auch als Formulierungs- bzw. Schmierstoffzusätze (d. h. Weichmacher) verwendet werden, um den agglomerierten Matrizen verschiedene Flexibilitätsgrade oder elastomere Eigenschaften zu verleihen. Zu den supersaugfähigen Polymeren, die als Matrizen für die flüssigen Schmierstoffe verwendet werden, gehören WATER LOCK® A-100, A-120, A-140, A-180 und A-200 (Stärke-g-poly (2-propenamid-co-2-propensäure, Natriumsalz)), SUPERSORB® (Stärke-Acrylnitrilcopolymer), FAVOR® CA 100 (vernetztes Kalium-Polyacrylat/Polyacrylamid-Copolymer), STOCKOSORB® 400F (vernetztes Kalium-Polyacrylat/Polyacrylamid-Terpolymer), und AQUAKEEP® J-500 (Acrylsäure, Polymere, Natriumsalz).
Flüssige Schmierstoffe und Zusätze zur Formulierung bzw. den Schmierstoffen werden in einer Reihe von zeit-, feuchtigkeits- und lösemittelabhängigen Beimischungs- und Agglomerierungsverfahren zu Körnchen, Scheibchen oder Briketts agglomeriert. Die physikochemischen Eigenschaften der im Agglomerierungsverfahren hergestellten Schmierstoffzusammensetzung für die gesteuerte Abgabe verändern sich je nach Art und Konzentration des in den Beimischungen verwendeten supersaugfähigen Polymers bzw. der supersaugfähigen Polymere, des bzw. der Lösemittels) und der Formulierungs- bzw. Schmiermittelzusätze. Zusätzliche Matrixschwankungen werden beobachtet, wenn die Feuchtigkeit der Formulierung, die Reihenfolge der Komponentenvermischung, der Verdichtungsgrad der Formulierungskomponenten und die Mischgeschwindigkeit und Scherkraft beim Mischen der Formulierungskomponenten verändert werden. Durch kräftiges Mischen der Formulierungskomponenten wird die Verdampfung des Lösemittels (z. B. Aceton und/oder 2-Propanol) bewirkt.
In mehreren Beimischungen wurden die pulverförmigen Formulierungen beim Verdampfen des bzw. der Lösemittel zu Körnchen mit einem Durchmesser von ca. 0,5 bis 5 mm agglomeriert, während in anderen Beimischungen nach dem Verdampfen des Lösemittels eine pulverförmige Zusammensetzung zurückblieb. Die Lösemittel freien Zusammensetzungen wurden dann in Formen gegeben und von Hand verdichtet, oder es wurden auf Lösemittel basierende Zusammensetzungen in Formen gegossen, bevor das gesamte Lösemittel entfernt wurde, und nicht verdichtet. Körnchenförmige und pulverförmige Schmiermittelzusammensetzungen auf der Basis von supersaugfähigem Polymer wurden bei hoher Feuchtigkeit ausgehärtet und anschließend bei niedriger Feuchtigkeit getrocknet, um die eingeschlossene Feuchtigkeit zu entfernen.
Die folgenden Beimischungs- und Agglomerationsprotokolle werden verwendet, um die auf supersaugfähigem Polymer basierenden Körnchen-, Scheibchen- oder Brikettzusammensetzungen herzustellen: WATERLOCK® A-140(a), -- Eine Formulierung aus 25 g (25% w/w) MARVELS Mystery Oil oder ROYCO® 481 Öl wird zu 100 g Aceton in einer Edelstahlschüssel zugegeben und mit einem KITCHENAID® KSM 90 Mischer (Drahtquirlzusatz; Geschwindigkeit Nr. 2) ca. 5 Minuten lang in einem Raum vermischt, der bei 83% relativer Luftfeuchtigkeit und 25°C gehalten wird. Während des Vermischens wird 75 g (75% w/w) WATERLOCK® A-140 Pulver aus supersaugfähigem Polymer jeder Erdöl/Aceton-Mischung beigegeben. Das Vermischen wird ca. 1–2 Stunden fortgesetzt, um das Aceton zu vertreiben. Während des Mischvorgangs agglomerieren sowohl die Erdöl- als auch die WATERLOCK® A-140 Zusammensetzungen auf der Basis von supersaugfähigem Polymer zu Körnchenmassen, deren Durchmesser im Bereich von <1 bis 5 mm liegt. Die Bildung von agglomerierten Körnchen ist eine Auswirkung der hohen Feuchtigkeit während des Vermischungsvorgangs. Die agglomerierten Körnchen werden auf NALGENE®-Sieben in einen Aushärtungsraum mit hoher Luftfeuchtigkeit bei ca. 80% relativer Luftfeuchtigkeit und einer Temperatur von 27°C für ca. 24 Stunden gegeben, damit die agglomerierten Körnchen die Feuchtigkeit aufnehmen, um sicherzustellen, dass der Komplex aus Pulver auf der Basis von supersaugfähigem Polymer und Schmierstoff in separaten Körnchen gebunden bleibt. Die körnchenförmigen, auf supersaugfähigem Polymer basierenden Zusammensetzungen werden danach für ca. 48 Stunden in einen Trockungsraum mit geringer Luftfeuchtigkeit gegeben, der eine relative Luftfeuchtigkeit von ca. 27–38% und eine Temperatur von 25–26°C aufweist. Die getrockneten, auf supersaugfähigem Polymer basierenden Körnchen für eine kontrollierte Zufuhr, welche MARVEL® Mystery Oil oder ROYCO® 481 Öl enthalten, werden in Glasfläschchen gelagert.
Waterlock® A-100, A-120, A-140, A-180 und A-200; SUPERSORB®, FAVOR® CA 100; STOCKOSORB 400 F; und AQUAKEEP J-500(b) – Eine Formulierung aus 100 g (50% w/w) AROSURF® 66-E2 wird zu 300 g Aceton in einer Edelstahlschüssel zugegeben und mit einem KITCHENAID® KSM 90 Mischer (Drahtquirlzusatz; Geschwindigkeit Nr. 2) ca. 5 Minuten lang in einem Raum mit ca. 27–38% relativer Luftfeuchtigkeit und 25–26°C vermischt. Während des Mischvorgangs werden 100 g (50% w/w) WATERLOCK®, SUPERSORB®, FAVOR®, STOCKOSORB® oder AQUAKEEP® Pulver auf der Basis von supersaugfähigem Polymer langsam in die AROSURF® 66-E2/Aceton-Mischung zugegeben. Das Mischen wird fortgesetzt, bis das Aceton vertrieben wurde und die pulverförmige Zusammensetzung im wesentlichen fließfähig ist (ca. 2–3 Stunden). Als nächstes wird die 1 : 1 Zusammensetzung aus supersaugfähigem Polymer und Schmierstoff in einer Reihe von Plastik-Petrischalen (35 × 10 mm) mit der Hand verdichtet, um daraus Scheibchen zu formen, und in PEEL-A-WAY® R-30 Plastik-Gewebeeinbettungsformen (30 mm lang × 25 mm breit × 20 mm hoch), um Briketts zu formen. Die Petrischalen und die Gewebe-Einbettungsformen, welche die verdichteten, pulverförmigen Schmierstoffzusammensetzungen enthalten, werden für 72 Stunden in einen Aushärteraum mit hoher Luftfeuchtigkeit gegeben, der eine relative Luftfeuchtigkeit von ca. 80% und eine Temperatur von 27°C aufweist, damit die verdichtete, pulverförmige Formulierung Feuchtigkeit aufnimmt und sich zu einzelnen, einheitlichen Massen verbindet, welche sich im allgemeinen an die Formen angepasst haben. Diese Zusammensetzungen werden danach für ca. 72 Stunden in einen Trockungsraum mit geringer Luftfeuchtigkeit gegeben, der eine relative Luftfeuchtigkeit von ca. 27–38% und eine Temperatur von 25–26°C aufweist. Die getrockneten Briketts und Scheibchen werden in ZIPLOC® Plastiksäcken gelagert. Es hat sich gezeigt, dass die Flexibilität, Zugfestigkeit und die Schmierstoffeigenschaften der einzelnen agglomerierten, formulierten Zusammensetzungen von der Art des supersaugfähige Polymers abhängen, das dem AROSURF® 66-E2 Schmierstoff beigemischt wird.
WATERLOCK® A-140(c) – Formulierungen von 50 g (25% w/w) ROYCO® 481 Öl oder 25 g (25% w/w) ROYCO® 481 Öl und 25 g (25% w/w) Graphit werden zu 200 g bzw. 100 g Aceton in Edelstahlschüsseln zugegeben und mit einem KITCHENAID® KSM 90 Mischer (Drahtquirlzusatz; Geschwindigkeit Nr. 2) ca. 5 Minuten lang in einem Raum vermischt, der eine relative Luftfeuchtigkeit von ca. 27–38% und eine Temperatur von 25– 26°C aufweist. Während des Mischens werden 150 g (75% w/w) oder 50 g (50% w/w) WATERLOCK® A-140 supersaugfähiges Polymer langsam in die Mischung aus ROYCO® 481 Öl und Aceton bzw. die Mischung aus ROYCO® 481 Öl, Graphit und Aceton gegeben. Nach ungefähr 1 Stunde Durchmischen wird ungefähr die Hälfte einer jeden semiviskosen Formulierung, welche eine fließfähige Formulierung auf Acetonbasis enthält, in eine Reihe von Plastik-Petrischalen (35 × 10 mm) gegossen, um Scheibchen zu bilden, und in PEEL-A-WAY® R-30 Plastik-Gewebeeinbettungsformen (30 mm lang × 25 mm breit × 20 mm hoch) gegossen, um Briketts zu formen. Die nicht verdichteten Zusammensetzungen in jeder Form werden für 24 Stunden in einen Trocknungsraum mit geringer Luftfeuchtigkeit gegeben, der eine relative Luftfeuchtigkeit von 27–30% und eine Temperatur von 25–26°C aufweist, damit das Aceton aus den Zusammensetzungen entweichen kann. Die Zusammensetzungen werden anschließend für 72 Stunden in einen Aushärteraum mit hoher Luftfeuchtigkeit gebracht, der eine relative Luftfeuchtigkeit von ca. 80% und eine Temperatur von 27°C aufweist, um sicherzustellen, dass die Schmierstoffzusammensetzungen auf der Basis von supersaugfähigem Polymer Feuchtigkeit aufnehmen und sich zu einheitlichen Massen verbinden, welche ihrer Form nach den Aushärteformen entsprechen. Schließlich werden die Zusammensetzungen zurück in den Trocknungsraum mit geringer Luftfeuchtigkeit gebracht (27–38% rel. Luftfeuchtigkeit und 25–26°C), um das eingeschlossene Wasser aus den Matrizen zu entfernen. Die getrockneten Formulierungen in Briketts und Scheibchenform werden in ZIPLOC® Plastiksäcken gelagert. Das Vermischen wird an der anderen Hälfte der zwei Formulierungen für eine weitere Stunde fortgesetzt, bis sich das Aceton aus den einzelnen pulverförmigen Zusammensetzungen verflüchtigt hat. Jede Schmierstoffzusammensetzung auf der Basis von supersaugfähigem Polymer wird anschließend in einer Reihe von Plastik-Petrischalen (35 × 10 mm) und in PEEL-A-WAY® R-30 Plastik-Gewebeeinbettungsformen (30 mm lang × 25 mm breit × 20 mm hoch) mit der Hand verdichtet, um daraus Scheibchen oder Briketts zu formen. Die Formen, welche die einzelnen pulverförmigen Schmierstoffzusammensetzungen enthalten, werden für 72 Stunden bei 80% relativer Luftfeuchtigkeit und 27°C in einen Aushärteraum mit hoher Luftfeuchtigkeit gegeben, damit die Zusammensetzungen Feuchtigkeit aufnehmen und zu einheitlichen Matrizen abbinden können, welche ihrer Form nach ihren Gußformen entsprechen. Diese Zusammensetzungen werden anschließend für weitere 72 Stunden bei 27–38% relativer Luftfeuchtigkeit und 25–26°C in einen Trocknungsraum mit geringer Luftfeuchtigkeit gegeben, um sicherzustellen, dass das eingeschlossene Wasser aus den Matrizen entfernt wurde. Die agglomerierten Zusammensetzungen werden in ZIPLOC®-Plastiksäcken gelagert. Es hat sich gezeigt, dass die nicht verdichteten und verdichteten agglomerierten Zusammensetzungen der zwei Schmierstoffformulierungen Unterschiede hinsichtlich ihrer Flexibilität, Zugfestigkeit und Schmierstoffeigenschaften aufweisen.
WATERLOCK® A-140(d) – Formulierungen mit 20 g (10% w/w) AROSURF® 66-E2 oder CITROFLEX® A-4 und 200 g Aceton werden in Edelstahlschüsseln mit einem KITCHENAID® KSM 90 Mischer (Drahtquirlzusatz; Geschwindigkeit Nr. 2) ca. 5 Minuten lang in einem Raum bei ca. 27–38% relativer Luftfeuchtigkeit und 25–26°C gemischt. Während des Mischens werden 130 g (65% w/w) oder 100 g (50% w/w) WATERLOCK® A-140 supersaugfähiges Polymer langsam zu den Aceton/AROSURF® 66-E2 oder CITROFLEX® A-4 Mischungen zugegeben und weitere 5 Minuten lang durchmischt. Zu diesem Zeitpunkt werden 50 g (25% w/w) ROYCO® 481 Öl zu den 130 g Polymer/20 g AROSURF® oder CITROFLEX®/200 g Aceton-Formulierungen zugegeben und ca. 1 Stunde lang durchmischt. In den anderen Formulierungen werden 40 g (20% w/w) ROYCO® 481 Öl zu den 100 g Polymer/20 g AROSURF® oder CITROFLEX®/200 g Aceton-Formulierungen zugegeben und 5 Minuten lang durchmischt. Schließlich werden 40 g (20% w/w) Graphit zu diesen Zusammensetzungen zugegeben und ca. 1 Stunde lang durchmischt. Die restlichen Verfahren zur Formulierung der nicht verdichteten und verdichteten Schmierstoffzusammensetzungen auf der Basis von supersaugfähigem Polymer entsprechen jenen, wie sie im vorhergehenden WATERLOCK® A-140 (c) Protokoll beschrieben wurden.
WATERLOCK® A-140(e) – Formulierungen mit 50 g (25% w/w) AROSURF® 66-E2 oder CITROFLEX® A-4 und 200 g Aceton werden in Edelstahlschüsseln mit einem KITCHENAID® KSM 90 Mischer (Drahtquirlzusatz; Geschwindigkeit Nr. 2) ca. 5 Minuten lang in einem Raum bei ca. 27–38% relativer Luftfeuchtigkeit und 25–26°C gemischt. Während des Mischens werden 100 g (50% w/w) WATERLOCK® A-140 supersaugfähiges Polymer langsam zu den Aceton/AROSURF® 66-E2 oder CITROFLEX® A-4 Mischungen zugegeben und weitere 5 Minuten lang durchmischt. Zu diesem Zeitpunkt werden 50 g (25% w/w) Graphit zu den AROSURF® 66-E2 oder CITROFLEX® A-4 Formulierungen zugegeben und ca 1 Stunde lang durchmischt. Die restlichen Verfahren zur Formulierung der nicht verdichteten und verdichteten Schmierstoffzusammensetzungen auf der Basis von supersaugfähigem Polymer entsprechen jenen, wie sie im WATERLOCK® A-140 (c) Protokoll beschrieben wurden.
WATERLOCK® A-140(f) – Eine Formulierung mit 100 g (50% w/w) Graphit wird 200 g Aceton in einer Edelstahlschüssel zugegeben und mit einem KITCHENAID® KSM 90 Mischer (Drahtquirlzusatz; Geschwindigkeit Nr. 2) ca. 5 Minuten lang in einem Raum bei ca. 27–38% relativer Luftfeuchtigkeit und 25–26°C gemischt. Während des Mischens werden 100 g (50% w/w) WATERLOCK® A-140 supersaugfähiges Polymer langsam zur Aceton/Graphit-Mischung zugegeben und ca. 1 Stunde lang durchmischt. Die restlichen Verfahren zur Formulierung der nicht verdichteten und verdichteten Schmierstoffzusammensetzungen auf der Basis von supersaugfähigem Polymer entsprechen jenen, wie sie im WATERLOCK® A-140 (c) Protokoll beschrieben wurden.
WATERLOCK® A-140(g) – Formulierungen aus 80 g (40% w/w) AROSURF® 66-E2, 20 g (10% w/w) Graphit oder ROYCO® 481 Öl oder 10 g (5% w/w) ROYCO® 481 Öl und 10 g (5% w/w) Graphit und 200 g Aceton werden in Edelstahlschüsseln zugegeben und mit einem KITCHENAID® KSM 90 Mischer (Drahtquirlzusatz; Geschwindigkeit Nr. 2) ca. 5 Minuten lang in einem Raum vermischt, der eine relative Luftfeuchtigkeit von ca. 27–38% und eine Temperatur von 25–26°C aufweist. Während des Mischens werden 100 g (50% w/w) WATERLOCK® A-140 supersaugfähiges Polymer langsam zu den Graphit- und/oder ROYCO® 481 Öl-Formulierungen aus AROSURE® 66-E2 und Aceton zugegeben und ca. 2 Stunden lang gründlich durchmischt, um die Komponenten zu vermischen, während sich das Aceton verflüchtigt. Jede der auf supersaugfähigem Polymer basierenden pulverförmigen Zusammensetzungen aus Graphit und/oder ROYCO® 481 Öl wird anschließend mit der Hand in Plastik-Petrischalen (35 × 10 mm) verdichtet, um Scheibchen zu formen. Die Zusammensetzungen in den Plastik-Petrischalen werden für 72 Stunden in einen Aushärteraum mit hoher Luftfeuchtigkeit gegeben, der eine relative Luftfeuchtigkeit von 80% und eine Temperatur von 27°C aufweist, damit das supersaugfähige Polymer in den Schmierstoffbeimischungen Feuchtigkeit aufnehmen und zu einheitlichen Matrizen abbinden kann, welche die Form der Petrischalen aufweisen. Die Petrischalen, welche die Graphit- und/oder ROYCO® 481 Öl-Zusammensetzungen enthalten, werden anschließend für weitere 72 Stunden in einen Trocknungsraum mit geringer Luftfeuchtigkeit gegeben (27–38% relative Luftfeuchtigkeit und 25–26°C), um sicherzustellen, dass das eingeschlossene Wasser aus den Matrizen verdampft. Im Vergleich zu mehreren anderen AROSURF®/Graphit- und/oder AROSURF®/ROYCO® 481 Öl-Zusammensetzungen in Scheibchenform, die gemäß den oben beschriebenen Protokollen hergestellt wurden, scheint es, dass die Flexibilität, die Zugfestigkeit und die Bindungseigenschaften des auf supersaugfähigem Polymer basierenden Schmierstoffs durch Veränderung der Konzentration von AROSURE® 66-E2 in der Formulierung geändert werden könnten. Ähnliche Erkenntnisse werden bei den CITROFLEX®-Formulierungen erwartet.
STOCKOSORB® 400 F(h) – Eine Formulierung mit 50 g (25% w/w) Graphit und 50 g (25% w/w) ROYCO® 481 Öl wird zu 200 g Aceton in einer Edelstahlschüssel zugegeben und mit einem KITCHENAID® KSM 90 Mischer (Drahtquirlzusatz; Geschwindigkeit Nr. 2) ca. 10 Minuten lang in einem Raum bei ca. 27–38% relativer Luftfeuchtigkeit und 25– 26°C gemischt. Während des Mischens werden 100 g (50% w/w) STOCKOSORB® 400F supersaugfähiges Polymer langsam zur Aceton/Graphit/ROYCO® 481 Öl-Mischung zugegeben und ca. 1 Stunde lang durchmischt. Die restlichen Verfahren zur Formulierung der nicht verdichteten und verdichteten Schmierstoffzusammensetzungen auf der Basis von supersaugfähigem Polymer entsprechen jenen, wie sie im WATERLOCK® A-140 (c) Protokoll beschrieben wurden.
STOCKOSORB® 400F(i) – Eine Formulierung mit 25 g (12,5% w/w) AROSURF® 66-E2 und 200 g Aceton wird in eine Edelstahlschüssel gegeben und mit einem KITCHENAID® KSM 90 Mischer (Drahtquirlzusatz; Geschwindigkeit Nr. 2) ca. 5 Minuten lang in einem Raum bei ca. 27–38% relativer Luftfeuchtigkeit und 25–26°C gemischt. Während des Mischens werden 100 g (50% w/w) STOCKOSORB® 400F supersaugfähiges Polymer langsam zur AROSURF® 66-E2/Aceton- Mischung zugegeben und weitere 5 Minuten lang durchmischt. Während dieser Zeit werden 25 g (12,5% w/w) ROYCO® 481 Öl zur Formulierung zugegeben, während das Mischen für weitere 5 Minuten fortgesetzt wird. Schließlich werden 50 g (25% w/w) Graphit zu dieser Beimischung zugegeben und ca. 1 Stunde lang durchmischt. Die restlichen Verfahren zur Formulierung der nicht verdichteten und verdichteten Schmierstoffzusammensetzungen auf der Basis von supersaugfähigem Polymer entsprechen jenen, wie sie im WATERLOCK® A-140 (c) Protokoll beschrieben wurden.
BEISPIEL 3
Eine Reihe von wässrigen, semiviskosen bis viskosen Schmierstoffzusammensetzungen auf der Basis von supersaugfähigem Polymer wurde mit Hilfe von Beimischungsverfahren formuliert. Bei den Verfahren wurden mehrere Arten von Pulver oder feinen Körnchen aus supersaugfähigem Polymer in der Größenordnung von ca. <0,5 bis 300 um verwendet. Bei den als Beispielen in den Formulierungen verwendeten flüssigen Schmierstoffen handelt es sich um die Erdöle MARVEL® Mystery Oil, und/oder ROYCO® 481 Öl, und/oder das erdölfreie Öl AROSURF® 66-E2 und/oder Wasser. Graphit (ca. –325 Mesh) und/oder Kohlenstoff (ca. –325 Mesh) werden als Beispiele für feste Schmierstoffe in den wässrigen Formulierungen auf der Basis von supersaugfähigem Polymer oder kombiniert mit einem oder mehreren flüssigen Schmierstoffen auf Erdölbasis und/oder Nicht-Erdölbasis verwendet, um wässrige Mehrkomponenten-Schmierstoffformulierungen zu bilden. Formulierungs- oder Schmierstoffzusätze, wie zum Beispiel polymere oder nicht polymere Emulgatoren, Dispergensmittel, Weichmacher, oberflächenaktive Stoffe, Suspensionsmittel, viskositätsverändernde Mittel und ähnliches, könnten wahlweise zu den wässrigen Zusammensetzungen zugefügt werden, um die Gesamteigenschaften von einem oder mehreren festen und/oder flüssigen Schmierstoffen zu verstärken. Bei den supersaugfähigen Polymeren, die in den flüssigen Zusammensetzungen als Matrizen verwendet werden, handelt es sich um FAVOR® CA 100 (vernetztes Kaliumpolyacrylat-/Polyacrylamid-Copolymer), STOCKOSORB® 400F (vernetztes Kaliumpolyacrylat-/Polyacrylamidterpolymer), SANWET® IM-1500F (stärkegepfropftes Natriumpolyacrylat), ARIDALL® 1125F (Kaliumpolyacrylat, leicht vernetzt), DOW® XU 40346.00 (partielles Natriumsalz aus vernetzter Polypropensäure), WATERLOCK® A-180 (Stärke-g-poly (2-propenamid-co-2-propensäure, Natriumsalz), WATERLOCK® B-204(Stärke-g-poly(2-propenamid-co-2-propensäure, Kaliumsalz), AQUASORB®/AQUASTORE® F (Copolymer aus Acrylamid und Natriumacrylat), SUPERSORB® (Stärke-Acrylnitrilcopolymer), ALCOSORB® AB3F (vernetztes Polyacrylamidcopolymer), und AQUAKEEP® J-550 (Acrylsäure, Polymere, Natriumsalz). Eine kommerzielle Formulierung der Acrylamid-Acrylsäure-Natriumsalz-Copolymeremulsion in Kohlenwasserstofföl (AQUASORB® EM-533; SNF Floeger, Frankreich) wird ebenso verwendet wie ein flüssiges Schmiermittel auf der Basis von supersaugfähigem Polymer.
Auf Wasser basierende flüssige und/oder feste Schmierstoffe werden kräftig mit einem oder mehreren supersaugfähigen Polymeren durchmischt, um eine Vielzahl an Gels, Semi-Gels, Cremen oder fettähnlichen Zusammensetzungen mit variabler Viskosität zu bilden, deren physikochemische Eigenschaften von der Art und der Konzentration des bzw. der supersaugfähigen Polymere, der Art und Konzentration des bzw. der Schmierstoffe, der Wasserqualität und der Konzentration des zum Aktivieren des Quellens bzw. Gelierens des bzw. der supersaugfähigen Polymere, der Art und Konzentration der Formulierungs- bzw. Schmierstoffzusätze, der Reihenfolge der Vermischung der Komponenten und der zum Mischen der Komponenten verwendeten Scherkraft abhängen. Die optimale Leistung dieser auf Wasser basierenden Schmierstoffzusammensetzungen auf der Basis von supersaugfähigem Polymer kann in einem geschlossenen oder abgedichteten System erwartet werden. Dies würde es der Zusammensetzung mit variabler Viskosität erlauben, die ursprüngliche Quellkapazität oder Hydrogelkonsistenz des bzw. der supersaugfähigen Polymere beizubehalten, da wenig oder kein Wasser verdampft, welches innerhalb der supersaugfähigen Polymermatrix gebunden ist, und daher die Schmiereigenschaften konsistent zu halten. Wenn sie jedoch in einem offenen System verwendet wird, würde die Verdampfung des Wassers aus den wässrigen Schmierstoffzusammensetzungen auf der Basis von supersaugfähigem Polymer dazu führen, dass das supersaugfähige Polymer schrumpft und seine Hydrogel- und Viskositätseigenschaften verliert, wodurch die Zugabe von Wasser notwendig würde, um die Zusammensetzung so wiederherzustellen, dass deren Konsistenz jener ähnlich ist, die in der ursprünglichen Zusammensetzung zu beobachten war.
In anderen Formulierungen könnten flüssige und/oder feste Schmierstoffe den supersaugfähigen Polymeren beigemischt werden, um eine anfänglich nicht wässrige Zusammensetzung zu bilden. Verschiedene Konzentrationen aus Wasser könnten diesen Formulierungen in einem letzten Schritt zugefügt werden, um die Schmiermittelzusammensetzung zur Bildung von Gels, Semi-Gels, Cremen und ähnlichem mit unterschiedlichen Viskositäten in den Verwendungsumgebungen zu aktivieren (z. B. in einem geschlossenen System über einen Fitting).
Die folgenden Beimischungsprotokolle werden verwendet, um die Schmiermittelzusammensetzungen mit variabler Viskosität auf der Basis von supersaugfähigen Polymeren zu formulieren.
FAVOR®CA 100, STOCKOSORB® 400F, SANWET® IM-1500F, ARIDALL® 1125F, DOW® XU 40346.00, WATERLOCK® A-180, WATERLOCK® B-204, AQUASORB®/AQUASTORE®F, SUPERSORB®, ALCOSORB® ABF, und AQUAKEEP® J-550(b)) – Formulierungen mit 3 g (10% w/w) Graphit oder Kohlenstoff oder 1,5 g (5% w/w) Graphit und 1,5 g (5% w/w) Kohlenstoff und 26,94 g (89,8% w/w) oder 26,91 g (89,7%) destilliertem Wasser werden mit einer Spachtel in Polyethylenbehältern (35 × 45 mm Durchmesser; 50 ml Inhalt) mit Klappdeckel ca. 1 Minute lang zusammen gemischt. Anschließend werden 0,06 g (0,2% w/w) oder 0,09 g (0,3% w/w) eines jeden supersaugfähigen Polymers der Graphit-, Kohlenstoff- oder Kohlenstoff/Graphitformulierung hinzugefügt und mit einer Spachtel ca. 2 Minuten lang vermischt. Nun wird PARAFILM® M über die Behälter gegeben, bevor der Klappdeckel verschlossen wird und die Behälter, welche die 0,2% oder 0,3% supersaugfähigen Polymers in der Schmierstoffzusammensetzung aufweisen, auf einem STROKEMASTER® Farbmischer 10 bzw. 15 Minuten lang durchmischt werden. Behälter mit den Schmierstoffzusammensetzungen mit variabler Viskosität werden in ZIPLOC®-Säcken gelagert. Es hat sich gezeigt, dass sich die Eigenschaften (z. B. Viskosität) der Formulierung mit der Art und/oder Konzentration des bzw. der in den Zusammensetzung verwendeten Schmierstoffe ändern.
FAVOR®CA 100, STOCKOSORB® 400F, SANWET® IM-1500F, ARIDALL® 1125F DOW® XU 40346.00 WATERLOCK® A-180 WATERLOCK® B-204 AQUASORB®/AQUASTORE®F, SUPERSORB®, ALCOSORB® AB3F und AQUAKEEP® J-550 (c) – Formulierungen mit 1,5 g (5% w/w) ROYCO® 481 Öl und 28,47 g (94,9% w/w), 28,41 g (94,7% w/w), 28,35 g (94,5% w/w), 28,29 (94,3% w/w) und 28,20 g (94% w/w) destilliertem Wasser werden in Polyethylenbehälter (35 × 45 mm Durchmesser, 50 ml Inhalt) mit Klappdeckel hinzugefügt und für ca. 10 Minuten auf einem STROKEMASTER® Farbmischer durchgemischt. Anschließend werden 0,03 g (0,1% w/w), 0,09 g (0,3% w/w), 0,15 g (0,5% w/w), 0,21 g (0,7% w/w) und 0,3 g (1% w/w) eines jeden supersaugfähigen Polymers in die einzelnen Behälter zugegeben und 1–2 Minuten kräftig mit Hand geschüttelt. Um eine gründliche Durchmischung zu garantieren, werden die Behälter mit den Schmierstoffzusammensetzungen auf der Basis von 0,1%, 0,3%, 0,5%, 0,7% und 1% supersaugfähigem Polymer für ca. 5, 10, 15, 20 bzw. 25 Minuten auf den Farbmischer gestellt. Anschließend wird PARAFILM® M über die Behälter gegeben, bevor die Klappdeckel geschlossen werden, um sicherzustellen, dass die Deckel vor dem Mischen auf dem Farbmischer fest und dicht verschlossen sind. Behälter mit den Schmierstoffzusammensetzungen mit variabler Viskosität werden in ZIPLOC®-Säcken gelagert. Es hat sich gezeigt, dass sich die Eigenschaften (z. B. Viskosität) der Formulierung mit der Art und/oder Konzentration des supersaugfähigen Polymers und/oder der Konzentration des verwendeten Schmierstoffs in den Zusammensetzungen ändern.
FAVOR®CA 100, STOCKOSORB® 400F, SANWET® IM-1500F, ARIDALL® 1125F DOW® XU 40346.00 WATERLOCK® A-180 WATERLOCK® B-204 AQUASORB®/AQUASTORE®F, SUPERSORB®, ALCOSORB® AB3F und AQUAKEEP® J-550 (d)) – Formulierungen mit 1,5 g (5% w/w) ROYCO® 481 Öl und 1,5 g (5% w/w) Graphit oder Kohlenstoff und 0,75 g (2,5% w/w) Graphit und 0,75 g (2,5% w/w) Kohlenstoff und 26,97 g (89,9% w/w), 26,91 g (89,7% w/w), 26,85 g (89,5% w/w), 26,79 g (89,3% w/w) oder 26,7% (89% w/w) destilliertem Wasser werden in Polyethylenbehälter (35 × 45 mm Durchmesser; 50 ml Inhalt) mit Klappdeckel gegeben und 10 Minuten lang auf einem STROKEMASTER® Farbmischer gemischt. Anschließend werden 0,03 g (0,1% w/w), 0,09 g (0,3% w/w), 0,15 g (0,5% w/w), 0,21 g (0,7% w/w) und 0,3 g (1% w/w) eines jeden supersaugfähigen Polymers in die einzelnen Behälter zugegeben und 1–2 Minuten kräftig mit Hand geschüttelt. Um eine gründliche Durchmischung zu garantieren, werden die Behälter mit den Schmierstoffzusammensetzungen auf der Basis von 0,1%, 0,3%, 0,5%, 0,7% und 1% supersaugfähigem Polymer für ca. 5, 10, 15, 20 bzw. 25 Minuten auf den Farbmischer gestellt. Anschließend wird PARAFILM® M über die Behälter gegeben, bevor die Klappdeckel geschlossen werden, um sicherzustellen, dass die Deckel vor dem Mischen auf dem Farbmischer fest und dicht verschlossen sind. Behälter mit den Schmierstoffzusammensetzungen mit variabler Viskosität werden in ZIPLOC®-Säcken gelagert. Es hat sich gezeigt, dass sich die Eigenschaften (z. B. Viskosität) der Formulierung mit der Art und/oder Konzentration des supersaugfähigen Polymers und der Art und/oder Konzentration des verwendeten Schmierstoffs in den Zusammensetzungen ändern.
AQUASORB® EM-533R – Formulierungen mit 0,9 g (3% w/w), 1,5 g (5% w/w), 2,1 g (7% w/w) oder 3 g (10% w/w) einer Mischung aus supersaugfähigem Polymer, Kohlenwasserstofföl und oberflächenaktivem Mittel, wie vom Hersteller geliefert, wurden zu 29,1 g (97% w/w), 28,5 g (95% w/w), 27,9 g (93% w/w) bzw. 27 g (90% w/w) destilliertem Wasser in Polyethylenbehältern (35 × 45 mm Durchmesser; 50 ml Inhalt) mit Schnappdeckel hinzugefügt und ca. eine Minute lang kräftig mit der Hand geschüttelt. PARAFILM® M oder Alufolie wurde über die Behälter gegeben, bevor die Schnappdeckel fest verschlossen wurden, um sicherzustellen, dass die Behälter nicht undicht werden, bevor sie auf einen STROKEMASTER® Farbmischer gestellt und auf diesem ca. 10 Minuten gründlich durchmischt wurden. Die Schmierstoffzusammensetzungen mit variabler Viskosität wurden in ZIPLOC®-Säcken gelagert. Die Eigenschaften der Formulierung (z. B. Viskosität) hingen von der Konzentration von AQUASORB® EM-533R in den einzelnen Zusammensetzungen ab.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Zugabe von Formulierungszusätzen, wie zum Beispiel hydrophilen Polymeren (z. B. PEMULEN® TR-1/TR-2), Silicamaterialien (z. B. WESSLON® 50, SUPERNAT® 22) und ähnlichem die Komponentenverträglichkeit in mehreren der sowohl in diesem Beispiel als auch in anderen Beispielen beschriebenen Beimischungen nachweislich verbessert hat. Die Auswirkung der Silicamaterialien auf die Reibungsverminderungs- und Verschleisseigenschaften der Schmierstoffzusammensetzung müsste jedoch in jeder Anwendung eigens überprüft werden, um deren Eignung für die jeweilige Formulierung zu bestimmen.
BEISPIEL 4
Die in den Beispielen 1–2 beschriebene vergleichende reibungsreduzierende Wirkung mehrerer fester (d. h. körnchen- oder scheibchenförmiger) und auf supersaugfähigem Polymer basierender Schmierstoffzusammensetzungen wird in einer Reihe von Labortests überprüft, bei denen ein Schmierstoffprüfgerät und Verfahren verwendet werden, welche ausgehend von den ASTN-Prüfnormen modifiziert wurden, wie zum Beispiel B461 und B526, ASTM Handbuch, Band 18, Friction, Lubrication and Wear Technology, ASTM International, 1992, Seite 942ff). Zusammensetzungen, die nicht auf supersaugfähigem Polymer basieren, und die aus einem oder mehreren Schmierstoffen sowie beliebigen Schmiermittelzusätzen zusammengesetzt sind, werden als Standardsubstanzen verwendet. Eine Kontrolle bestand aus einem Test, bei dem kein supersaugfähiges Polymer oder keine Schmierstoffe verwendet wurden, das heißt aus einem Metall-an-Metall-Kontakt.
Im allgemeinen bestand eine 7,62 × 45,7 × 61 cm (30 × 18 × 24 Zoll) große Vorrichtung aus einem 19 cm (7½ Zoll) Spannarm oder einer Spannstange mit einer Aufprall- bzw. Druckplatte oder Scheibe mit einem Durchmesser von 5,7 cm (2¼ Zoll), welche beim Absenken die feste Schmierstoffzusammensetzung (z. B. das Scheibchen) berührte, welche flach auf eine 7 cm (2¾ Zoll) große becherähnliche Probenhalteplatte aus Aluminium gelegt wurde, die am Ende der Welle eines Motors (Modell Dayton 6K255C, ¾ PS, 3450 U/Min., 115 Volt, 10,8 Ampere, 60 Hz, einphasig, Welle mit 1,6 cm (5/8 Zoll) Durchmesser; Dayton Electric Manufacturing Company, Chicago, Illinois) befestigt war. Ein 53,3 cm (21 Zoll) Drehmomentschlüssel (TEC 250, Snap-On Tools Corporation, Kenosha, Wisconsin) wird mittels einer Schraube an der 19 cm (7½ Zoll) Spannstange befestigt, um die Newton-Meter (Nm) (Fuß pro Pfund (ft-lbs)) der Kraft zu messen, die durch eine Hand auf eine auf supersaugfähigem Polymer basierende Schmierstoffzusammensetzung einwirkt. Die maximale Kraft in Meter-Kilogramm (Fuß-Pfund), die von Hand an eine auf supersaugfähigem Polymer basierende Schmierstoffzusammensetzung angelegt werden kann, beträgt 367,4 N-m (27 ft-lbs) (dies entspricht einer Anzeige am Drehmomentenschlüssel von 271,2 N-m (200 ft-lb), was einem berechneten Wert von 367,4 N-m (271 ft-lbs) basierend auf der Länge der Spannstange und des Drehmomentschlüssels entspricht).
Kurze, periodische und Langzeit Stresstests (Tabelle 1) werden in einem offenen System durchgeführt, um die vergleichbare Wirksamkeit der ausgewählten, auf supersaugfähigem Polymer basierenden Schmierstoffzusammensetzungen zur Verhinderung oder Verringerung der nachteiligen Auswirkungen von Reibung zu bestimmen, welche bei hohem Drehmoment und einer hohen Umdrehungszahl pro Minute (d. h. hoher Temperatur und hoher Scherkraft bei einer Kraft von 367,4 N-m (271 ft-lbs) und 3450 Umdrehungen pro Minute) für unterschiedliche Zeitperioden oder Intervalle erzeugt wird. Die beobachteten Auswirkungen der durch die Testvorrichtung auf eine feste Schmierstoffzusammensetzung oder Matrix angelegten Belastungen wurden für jede Testserie separat aufgezeichnet (z. B. Sprödigkeit, Elastizität, Temperatureffekte, Potential der kontrollierten Freigabe). Die Tests wurden so angelegt, dass mit ihrer Hilfe die kontrollierte Freigabe und Wirksamkeit der festen, auf supersaugfähigem Polymer basierenden Schmierstoffzusammensetzungen sowie die Zugfestigkeit und Integrität der auf supersaugfähigem Polymer basierenden Matrizen nach den verschiedenen Perioden und Ebenen der durch Reibung erzeugten Kompression und Dekompression sowie der Scherkraft überprüft werden konnte.
Es wurde eine Serie von kurzzeitigen Tests durchgeführt, um zu bestimmen, ob durch eine Kraft von 367,4 N-m (271 ft-lbs), welche mit der Druckscheibe oder Druckplatte der Spannstange auf ausgewählte feste, auf supersaugfähigem Polymer basierende Schmierstoffzusammensetzungen mit kontrollierter Zuführ, welche sich in einem Probenhaltebecher, der sich mit 3450 U/Min. dreht, angelegt wird, ausreichend viel Schmierstoff von der komprimierten Matrix freigesetzt oder abgelagert wird, um zu verhindern, dass sich die Motorwelle bzw. der Probenbecher dreht. Die Dauer eines jeden Tests beträgt ca. 5 Sekunden. Mehrere feste, auf supersaugfähigem Polymer basierende Zusammensetzungen (z. B. Scheibchen), welche 367,4 N-m (271 ft-lbs) erreichten, ohne zu zerfasern oder zu zerreißen, wurden in einer aufeinander folgenden Serie von periodischen, 5 Sekunden dauernden Start-/Stopp-Tests erneut mit 367,4 N-m (271 ft-lbs) bis zu höchstens 15 Mal getestet, um zu bestimmen, ob eine ausreichende Menge an Schmierstoff(en) von einer einheitlichen, auf supersaugfähigem Polymer basierenden Matrix freigesetzt oder abgegeben wird, welche mehrmals kurzfristigen, hohen Belastungen durch hohe Kompression, Reibung und Dekompression ausgesetzt wurde. Ein Test wurde beendet, wenn der Motor gestoppt wurde, bevor eine Kraft von 367,4 N-m (271 ft-lbs) erreicht wurde, und es wurde die Anzahl der effektiven Schmierperioden mit 367,4 N-m (271 ft-lbs) aufgezeichnet. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass der Probenbehälter und die Druckplatte zwischen jedem einzelnen Test einer Testserie gereinigt wurden. Es wurde auch eine dritte Serie von langzeitigen Belastungstests mit einer Kraft von ca. 367,4 oder 183 N-m (271 oder 135 ft-lbs) (d. h. eine Anzeige von 135,6 N-m (100 ft-lbs) am Drehmomentschlüssel entspricht einem berechneten Wert von 184,4 N-m (136 ft-lbs) basierend auf der Länge der Spannstange und des Drehmomentschlüssels) durchgeführt. In dieser Serie wurde eine Kraft von 184,4 bzw. 367,4 N-m (136 oder 271 ft-lbs) bei 3450 U/Min. kontinuierlich an mehreren agglomerierten, auf supersaugfähigem Polymer basierenden Schmiermittelzusammensetzungen (z. B. Scheibchen oder Körnchen) für eine Dauer von 15 Minuten angelegt, um die Wirksamkeit und strukturelle Integrität der festen Zusammensetzungen zu bestimmen. Die Tests wurden nach 15 Minuten beendet, beziehungsweise dann, wenn der Motor vor Vollendung der 15 Minuten dauernden Testperiode gestoppt wurde, und die Dauer der Wirksamkeit und der Zustand der Matrix wurden aufgezeichnet.
Die Tests wurden in einem Raum mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von ca. 68–79% und einer Temperatur von 21–23°C durchgeführt. Die auf supersaugfähigem Polymer basierenden Schmierstoffzusammensetzungen wurden vor der Durchführung der Tests in diesem Raum in doppelwandigen, mit Reißverschluss verschlossenen Beuteln gelagert.
Im allgemeinen weisen die Labortestergebnisse (Tabelle 1) darauf hin, dass supersaugfähige Polymere mit einem oder mehreren herkömmlichen festen und/oder flüssigen Schmierstoffen formuliert und zu festen Matrizen, wie zum Beispiel Scheibchen, agglomeriert werden können, um unter erhöhten Belastungsbedingungen eine längere Schmierung zu ermöglichen. Es hat sich gezeigt, dass die Herstellungsverfahren, wie zum Beispiel das Mischen und Agglomerieren, von großer Bedeutung sind für die Eigenschaften der kontrollierten Freigabe der auf supersaugfähigem Polymer basierenden Matrizen und für eine längere Schmierleistung. Art, Anzahl und Konzentration der supersaugfähigen Polymere, Schmierstoffe, Schmierstoffzusätze sowie die Reihenfolge der Beimischung der Komponenten und die Verdichtungsstärke haben einen direkten Einfluss auf die Eigenschaften der kontrollierten Freigabe der formulierten, auf supersaugfähigem Polymer basierenden Matrizen.
BEISPIEL 5
Die im Beispiel 3 beschriebene vergleichende reibungsreduzierende Wirkung mehrerer auf supersaugfähigem Polymer basierender Schmierstoffzusammensetzungen mit variabler Viskosität wird in einer Reihe von Labortests überprüft, bei denen ein Schmierstoffprüfgerät und Verfahren verwendet werden, welche ausgehend von den ASTM-Prüfnormen modifiziert wurden, wie zum Beispiel D2714 (ASTM Handbuch, Band 18, Friction, Lubrication and Wear Technology, ASTM International, 1992, Seite 942ff). Zusammensetzungen, die nicht auf supersaugfähigem Polymer basieren, und die aus einem oder mehreren Schmierstoffen sowie beliebigen Schmiermittelzusätzen zusammengesetzt sind, werden als Standardsubstanzen verwendet. Eine Kontrolle bestand aus einem Test, bei dem kein supersaugfähiges Polymer oder keine Schmierstoffe verwendet wurden, das heißt aus einem Metall-an-Metall-Kontakt.
Im allgemeinen bestand eine 76,2 × 45,7 × 61 cm (24 × 30 × 18 Zoll) große Vorrichtung aus einem 19 cm (7½ Zoll) Spannarm oder einer Spannstange aus Stahl mit einer halbkreisförmigen, 2,54 cm (1 Zoll) breiten × 1,27 cm (1/2 Zoll) tiefen Aufprall- bzw. Druckkerbe im Boden der Stange, welche beim Absenken den 2,54 cm (1 Zoll) großen Probenhaltekragen berührte, der eine im Durchmesser 1,6 cm (5/8 Zoll) große Welle eines Motors berührte (Modell Dayton 6K255C, ¾ PS, 3450 U/Min., 115 Volt, 10,8 Ampere, 60 Hz, einphasig, Welle mit 1,6 cm (5/8 Zoll) Durchmesser; Dayton Electric Manufacturing Company, Chicago, Illinois). Ein 53,3 cm (21 Zoll) Drehmomentschlüssel (TEC 250, Snap-On Tools Corporation, Kenosha, Wisconsin) wird mittels einer Schraube an der 19 cm (7½ Zoll) Spannstange befestigt, um die Newton-Meter (N-m) (Fuß pro Pfund (ft-lbs)) der Kraft zu messen, die durch Hand auf eine auf supersaugfähigem Polymer basierende Schmierstoffzusammensetzung einwirkt. Die maximale Kraft in Newton-Meter (Fuß-Pfund), die von Hand an eine auf supersaugfähigem Polymer basierende Schmierstoffzusammensetzung angelegt werden kann, beträgt 367,4 N-m (271 ft-lbs) (dies entspricht einer Anzeige am Drehmomentenschlüssel von 371,2 N-m (200 ft-lb), was einem berechneten Wert von 367,4 N-m (271 ft-lbs) basierend auf der Länge der Spannstange und des Drehmomentschlüssels entspricht).
Es wurde eine Serie von Kurzzeit-Stresstests (Tabelle 2) in einem offenen System durchgeführt, um die vergleichbare Wirksamkeit der ausgewählten, auf supersaugfähigem Polymer basierenden Schmierstoffzusammensetzungen zur Verhinderung oder Verringerung der nachteiligen Auswirkungen von Reibung zu bestimmen, welche bei hohem Drehmoment und einer hohen Umdrehungszahl pro Minute erzeugt werden (z. B. die Schmierungswirksamkeit bei 367.4 N-m (271 ft-lbs) Kraft und 3450 Umdrehungen pro Minute). Die Tests wurden entsprechend ausgelegt, um die Wirksamkeit der auf Wasser und supersaugfähigem Polymer basierenden Schmierstoffzusammensetzungen mit variabler Viskosität nach einer kurze Periode mit hohem Druck (d. h. 367,4 N-m (271 ft-lbs)) und hoher Reibung (d. h. bei 3450 U/Min.) überprüfen zu können.
Die Tests wurden durchgeführt, um zu bestimmen, ob eine Kraft von 367,4 N-m (271 ft-lbs) auf 0,15 g auf Wasser und supersaugfähigem Polymer basierende Schmierstoffzusammensetzungen angelegt werden kann, welche auf dem Motorwellenkragen liegen, der sich mit 3450 U/Min. dreht, ohne dass der Motor gestoppt wird. Die Dauer eines jeden Tests beträgt ca. 5 Sekunden. Ein Test mit einer Formulierung wurde beendet, wenn der Motor gestoppt wurde, bevor eine Kraft von 367,4 N-m (271 ft-lbs) erreicht wurde, und die erzielten Newton-Meter (ft-lbs) wurden aufgezeichnet.
Die Tests wurden in einem Raum mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von ca. 68–79% und einer Temperatur von 21–23°C durchgeführt. Die auf Wasser und supersaugfähigem Polymer basierenden Schmierstoffzusammensetzungen wurden vor der Durchführung der Tests in diesem Raum in doppelwandigen, mit Reißverschluss verschlossenen Beuteln gelagert.
Im allgemeinen zeigen die Ergebnisse der Labortests (Tabelle 2), dass supersaugfähige Polymere mit Wasser und einem oder mehreren Schmierstoffen in einer Vielzahl von Hydrogelzusammensetzungen mit variabler Viskosität formuliert werden können, welche auf wirkungsvolle Weise das offene Testsystem in kurzzeitigen Überprüfungen schmieren. Bei Tests, bei denen Standardformulierungen, wie zum Beispiel ROYCO® 482 Öl, MARVEL® Mystery Oil, Kohlenstoff und Graphit, Graphit, Kohlenstoff, Wasser und Kohlenstoff, Graphit und Wasser verwendet wurden, wurde der Motor gestoppt, bevor ein Drehmoment von 367,4 N-m (271 ft-lbs) erreicht werden konnte (d. h. 109,8–313,2 N-m (81–231 ft-lbs). Es hat sich gezeigt, dass eine Metall-an-Metall-Kontrolle den Motor bereits bei einem Drehmoment von 46,1 N-m (34 ft-lbs) stoppt.

Claims

Zusammensetzung, die ein superabsorbierendes Polymer, das mehr als das 100-fache seines Gewichts in Wasser absorbiert, kombiniert mit einem gegebenenfalls einen Zusatz enthaltenden Schmiermittel aufweist, wobei die Zusammensetzung im Wesentlichen wasserfrei ist, wenn das Schmiermittel ein Erdölschmiermittel, ein synthetisches Schmieröl oder ein Metallbearbeitungsschmiermittel umfasst, wobei die Zusammensetzung Wasser enthält oder im Wesentlichen wasserfrei ist, wenn das Schmiermittel Fett oder ein festes Schmiermittel, gegebenenfalls in Kombination mit einem Erdölschmiermittel, einem synthetischen Schmieröl oder einem Metallbearbeitungsschmiermittel aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das superabsorbierende Polymer ein Polymer aus Acrylsäure, einen Acrylester, Acrylnitril oder Acrylamid, einschließlich Copolymere davon oder Stärke-Pfropfcopolymere davon oder Mischungen davon umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel ein Erdölschmiermittel umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel ein synthetisches Schmieröl umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das synthetische Schmieröl ein Polyolefin mit geringem Molekulargewicht, einen Ester, ein Polyglycol, ein Silikon, ein organisches Phosphat, einen Polyphenylether, ein Silikat, eine chlorierte aromatische Verbindung oder einen Fluorkohlenstoff umfasst.
Zusammenfassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel ein festes anorganisches Schmiermittel umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das feste anorganische Schmiermittel Graphit, Molybdändisulfid, Cobaltchlorid, Antimonoxid, Niobiumselenid, Wolframdisulfid, Mika, Bornitrid, Silbersulfat, Cadmiumchlorid, Cadmiumiodid, Borax, basisches Bleiweiß, Bleicarbonat, Bleiiodid, Asbest, Talk, Zinkoxid, Kohlenstoff, Babbit, Bronze, Messing, Aluminium, Gallium, Indium, Thallium, Thorium, Kupfer, Silber, Gold, Quecksilber, Blei, Zinn, Indium oder die Gruppe-VIII-Edelmetalle oder Mischungen davon umfasst.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel ein Phosphat umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel Zinkphosphat, Eisenphosphat oder Manganphosphat oder Mischungen davon umfasst.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel ein festes organisches Schmiermittel umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das feste organische Schmiermittel ein Fluoralkylenhomopolymer oder -copolymer ein niederes Alkylenpolyolefinhomopolymer oder -copolymer, ein paraffinisches Kohlenwasserstoffwachs, Phenanthren, Kupferphthalocyanin oder Mischungen davon umfasst.
Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche, welches das Auftragen einer Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf die Oberfläche enthält.
Produktionsgegenstand, der ein Substrat umfasst, das mit einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 überzogen ist.