塑料注射成型方法中的液压流体与流程

本发明涉及液压流体在塑料注射成型方法中的用途。由此预料不到地发现，使用具有恰当的物理参数组合的液压流体允许在塑料注射成型方法(PIM)中显著地节约能量，所述物理参数如粘度等级、粘度指数、密度和分散性。所述PIM方法是在良好控制的温度、压力和周期时间下制造塑料部件的工业方法。在过去几年里，所述方法的能量消耗变得更加重要,但是，其他参数，如工艺稳定性和塑料部件参数的精确度以及机械保护和长的换油期，必须是令人满意的。
背景技术：
：注射成型是用于通过在良好控制的温度、压力和周期时间下将材料注射入模具中而生产部件的制造方法。注射成型可以采用许多材料进行，所述材料包括金属、玻璃、弹性体、调制剂(confection)和多数通常为热塑性和热固性的聚合物。将用于部件的材料供入加热的料筒中，混合，并驱使其进入模具型腔中，在那里它冷却并硬化成型腔的构型。此种注射成型的方法所要求的功率取决于在成型机中的各种运动，但是也在使用的材料之间变化。RobertTodd的书ManufacturingProcessesReferenceGuide指出，功率要求取决于材料的比重、熔点、热导率、部件尺寸和成型速率。注射成型机通过液压系统驱动，其中电能通过液压能转换为机械能。所述能量以压力和体积流的形式到达驱动器。在通过液压力传输功率时，观察到由于流量损失和摩擦导致的能量损失。此外，液压流体的压缩导致形成摩擦热，其必须例如通过冷却而进行控制。泵的类型和此种泵的控制也对于成型机在处理塑料时的有效程度有很大影响。在现有技术中，做出了一些努力来通过改进注射成型机而节省能量。例如在EP0403041中，使用特殊的交流伺服电机用于与液压使用方连接的泵。在US4,020,633中，公开了用于注射成型机的整个液压驱动系统的全新构思。但是，这些构思都没有触及在此使用的液压流体。因此，通过优化这些流体必定可能实现额外的能量节约。EP2337832公开了降低在液压系统中的噪音产生的方法，所述方法包括使含有聚(甲基)丙烯酸烷基酯聚合物的液压流体与液压系统接触。所述液压流体具有至少130的粘度指数VI。聚(甲基)丙烯酸烷基酯具有10000至200000g/mol范围内的分子量，并且通过聚合烯属不饱和单体的混合物得到，所述混合物优选包含50至95重量％的C9至C16和1至30重量％的C1至C8。在EP2337832中描述的发明的目标是，通过增加在较高温度下的油粘度达到噪音的降低。为了此效果，高粘度和高密度是有益的，并且流体的高VI用于提高在操作温度下的粘度。在本发明中，使用完全不同的途径提高能量效率。高VI用于能够实现基础流体粘度的降低。与液压基础流体的低密度结合的此种降低的粘度提高了注射成型方法的效率。与EP2337832相比，根据本发明的液压流体降低噪音水平是没有预料到的。EP2157159公开了含有酯作为基础油的液压流体，所述酯含有至少两种环结构。其中描述了当在液压回路中使用时，所述液压流体具有低的由于压缩导致的能量损失并且显示出出色的响应性。因此，所述液压流体实现了在液压回路中能量节约的高速运行和高的控制精确性。EP1987118公开了具有至少130的粘度改进指数的流体用于液压系统如发动机或电动机中的用途。此种流体包含在API第II或III类矿物油与分子量低于10,000g/mol的聚α烯烃的混合物中C1至C6(甲基)丙烯酸酯、C7至C40(甲基)丙烯酸酯和任选的与(甲基)丙烯酸酯可共聚的其它单体的共聚物。其中既没有表明此种流体也可以在注射成型机中使用，也没有表明所述流体的哪种特定组成可以在此种机器中应用。但是，仍需要对于要在液压系统中使用的经历高的工作压力，如在塑料注射成型方法中那样的可能的替代的液压流体组合物的进一步研究。技术实现要素：目的改进能量效率是注射成型的
技术领域：
的普遍目的。通常，通过对液压系统的提供机械能的单元的构造改进达到这样的目的。但是，仍需要关于该目的的进一步改进。因此，本发明的目的是提供用于在塑料注射成型方法中使用的液压系统中在宽的温度操作窗内节约能量、增加生产率、避免加热、改进空气释放和避免空穴的方法。特别地，本发明的目的是改进塑料注射成型机中的液压系统的性能，其中相比于使用如注射成型机生产商推荐的具有约100的VI的标准流体运行时的机器的性能，节约能量至少5％并且最高至10％。目的还在于对单一、非常消耗能量的方法步骤实现多于10％的能量节约。特别地，本发明的目的是通过提供新的用于在塑料注射成型机中使用的液压流体实现这种能量节约。此处未明确讨论的其他目的可在本文下文中从现有技术、说明书、权利要求书或示例性实施方式中明显看出。发明详述上文给出的涉及注射成型方法的现有技术文件尝试降低能量消耗，但是没有改变油的参数。在详尽的研究之后，发明人预料不到地发现，对于在塑料注射成型方法中节约能量而言液压流体起着关键的作用，特别是一些调节至恰当的物理参数的液压流体组合物，允许在总体塑料注射成型方法(PIM)中最多至5％或更多的能量节约，或者对于PIM方法的某些步骤多于10％，大多数情况下最多至15％的能量节约。实际上，通过调节如权利要求1中限定的液压流体的粘度等级、粘度指数、密度和分散性，发明人发现显著量的能量可以得到有利地节约，甚至通过在PIM方法中常见的高压条件下操作时也如此。详细地，上文讨论的目的已经通过降低在工业液压应用中，优选在塑料注射成型方法中或在包括液压机的方法中液压系统的能量消耗的新方法达到。在此方法中，在塑料注射成型方法中使用液压流体。其中液压流体组合物包含(i)聚(甲基)丙烯酸烷基酯粘度指数改进剂和(ii)基础油。其中所述聚(甲基)丙烯酸烷基酯粘度指数改进剂(i)至少包含单体单元a)和b)和任选的单体单元c)和/或d)。优选地，组分(i)具有20,000至100,000g/mol的重均分子量(Mw)。更优选地，所述分子量Mw在30,000至85,000g/mol之间，特别优选地在40,000至70,000g/mol之间。聚(甲基)丙烯酸烷基酯粘度指数改进剂的多分散指数在1至4之间，优选在1.2至3.0之间，最优选在1.5至2.5之间。所述聚(甲基)丙烯酸烷基酯粘度指数改进剂(i)含有5至40重量％，优选7至30重量％，更特别优选10至25重量％的通过单体a)的共聚得到的重复单元，和50至95重量％，优选60至93重量％，更特别优选70至90重量％的通过单体b)的共聚得到的重复单元。在本发明特别的实施方式中，式(II)的化合物的量在75至90重量％，特别优选在70至80重量％之间。其中单体a)是一种或多种式(I)的烯属不饱和酯化合物其中R是H或CH3，R1表示具有1至6个碳原子的直链或支化的烷基，R2和R3独立地表示H或式-COOR’的基团，其中R’是H或具有1至5个碳原子的烷基。组分a)的例子尤其是(甲基)丙烯酸酯、富马酸酯和马来酸酯，其衍生自饱和醇例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯和/或(甲基)丙烯酸戊酯；(甲基)丙烯酸环烷基酯，如(甲基)丙烯酸环戊酯。甲基丙烯酸酯比丙烯酸酯更优选。单体b)是一种或多种式(II)的烯属不饱和酯化合物其中R是H或CH3，R4表示具有7至15个碳原子的直链或支化的烷基，R5和R6独立地表示H或式-COOR”的基团，其中R”是H或具有6至15个碳原子的烷基。这些中有衍生自饱和醇的(甲基)丙烯酸酯、富马酸酯和马来酸酯，例如(甲基)丙烯酸正己酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸-2-叔丁基庚酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸-3-异丙基庚酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸十一烷基酯、(甲基)丙烯酸-5-甲基十一烷基酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸-2-甲基十二烷基酯、(甲基)丙烯酸十三烷基酯、(甲基)丙烯酸-5-甲基十三烷基酯、(甲基)丙烯酸十四烷基酯和/或(甲基)丙烯酸十五烷基酯。聚(甲基)丙烯酸烷基酯粘度指数改进剂(i)也可以含有以与组分a)和b)中至少一种可共聚的单体的形式的其他组分。这些其他单体特别是组分c)和d)，其中c)的最大浓度是30重量％，d)的最大浓度是10重量％。其中单体c)是一种或多种式(III)的烯属不饱和酯化合物其中R是H或CH3，R7表示具有16至30个碳原子的直链或支化的烷基，R8和R9独立地表示H或式–COOR”’的基团，其中R”’是H或具有16至30个碳原子的烷基。组分c)的例子尤其是(甲基)丙烯酸酯、富马酸酯和马来酸酯，其衍生自饱和醇例如(甲基)丙烯酸-2-甲基十六烷基酯、(甲基)丙烯酸十七烷基酯、(甲基)丙烯酸-5-异丙基十七烷基酯、(甲基)丙烯酸-4-叔丁基十八烷基酯、(甲基)丙烯酸-5-乙基十八烷基酯、(甲基)丙烯酸-3-异丙基十八烷基酯、(甲基)丙烯酸十八烷基酯、(甲基)丙烯酸十九烷基酯、(甲基)丙烯酸二十烷基酯、(甲基)丙烯酸十六烷基二十烷基酯、(甲基)丙烯酸硬脂基二十烷基酯和/或(甲基)丙烯酸二十二烷基酯。任选地，聚(甲基)丙烯酸烷基酯粘度指数改进剂(i)含有聚合形式的5至20重量％的单体a)、70至90重量％的单体b)和2至25重量％的单体c)。单体d)是至少一种N-分散剂单体。此种N-分散剂单体优选是下式(IV)的化合物其中R10、R11和R12独立地是H或具有1至5个碳原子的烷基，R13是基团C(Y)X-R14，其中X＝O或NH并且Y是(＝O)或(＝NR15)，其中R15是烷基或芳基。R14表示被基团NR16R17取代的、具有1至20个碳原子的直链或支化的烷基，其中R16和R17独立地表示H或具有1至8个碳原子的直链或支化的烷基，或者其中R16和R17是任选地含有一个或多个选自氮、氧或硫的杂原子的4至8元的饱和或不饱和环的一部分，其中所述环可以进一步被烷基或芳基取代。或者，R13是基团NR18R19，其中R18和R19是4至8元的饱和或不饱和环的一部分，所述环含有至少一个碳原子作为该环的一部分，其与选自氮、氧或硫的杂原子形成双键，其中所述环可以进一步被烷基或芳基取代。优选地，所述聚合物(i)的分散剂单体d)是至少一种选自以下的单体：N-乙烯基类单体、(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酰亚胺，它们各自在侧链中具有含N的分散性结构部分。尤其优选的是，所述N-分散剂单体是至少一种选自N-乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯和N,N-二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺的单体。任选地，聚(甲基)丙烯酸烷基酯粘度指数改进剂(i)含有5至25重量％的单体c)和1至7重量％的单体d)，两者都以聚合的形式。特别地，所述粘度指数改进剂(i)含有聚合形式的10至20重量％的单体c)和2至5重量％的至少一种N-分散剂单体d)。对于本发明，基础油(ii)选自API第I、II、III或IV类基础油或它们的混合物。通过与上述粘度指数改进剂(VII)共同使用这些基础油中的一种或这些基础油中的至少两种的混合物，本发明的配制的液压流体具有至少160的新鲜油粘度指数、15cSt至51cSt的40℃粘度和800kg/m3至890kg/m3的15℃密度。特别优选的是聚α烯烃(PAO)形式的API第IV类基础油或含有至少50重量％的聚α烯烃的API第I至IV类基础油的混合物。合成烃，特别是聚烯烃，在本领域中公知为API第IV类基础油。这些化合物可通过烯，特别是具有3至12个碳原子的烯的聚合反应得到，所述烯如丙烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯和1-十二碳烯，或这些烯的混合物。优选的PAO具有200至10000g/mol，更优选在500至5000g/mol范围内的数均分子量。特别地，液压流体组合物包含70至95重量％，更优选80至95重量％，甚至更优选80至90重量％的选自API第I、II、III或IV类基础油或其混合物的基础油(ii)，和5至30重量％，更优选5至20重量％，甚至更优选10至20重量％的聚(甲基)丙烯酸烷基酯粘度指数改进剂(i)。特别合适的是粘度指数是至少180，优选是至少200，特别优选是至少250，和40℃粘度是15cSt至36cSt，优选在15cSt和28cSt之间，特别优选在19cST和28cST之间的对应于本发明的液压流体。此外有利的是，如果所述液压流体具有800kg/m3至860kg/m3，优选800kg/m3至840kg/m3的15℃密度。在计算液压流体组成时，必须考虑到粘度指数改进剂(VII)可能在溶剂中加入。在本发明优选的实施方式中，此种溶剂也是API第I、II、III或IV类油。特别优选的是，此种溶剂与组合物的基础油相同。与在此使用的溶剂独立地，其必须被算作组合物中的基础油的一部分。通常，加入的VII溶液含有20至40重量％溶剂。可以根据ASTMD2270测定粘度指数。根据本发明的液压流体组合物也可以含有分散剂抑制剂包(DI包)以改进参数如泡沫、腐蚀、氧化、磨损等。此种DI包可以包含抗氧化剂、消泡剂、抗腐蚀剂和/或至少一种含磷或含硫的抗磨剂。本发明的技术优点高VI液压流体通常应用在移动应用，如挖掘机中。在这些应用中，所述液压流体必须应对宽范围的温度-在冬季非常低的起动温度和在重载条件下非常高的温度。要求流体的高VI以使粘度保持与最佳值尽可能接近。所述最佳值通过要求稀油的机械效率和要求稠油的容积效率之间的平衡以使得泵中由内泄漏导致的损失最小化而定义。在常规操作条件下，特别是在重载条件下，容积效率成为主导因素，并且粘度指数改进剂可以通过提高流体的粘度大大地改善效率。相比于挖掘机，注射成型应用是完全不同的。外部温度是恒定的，工作周期是明确定义的，并且尽可能地避免重载条件。基于此原因，油温是相当恒定的，并且一般不使用高VI的基础流体。通常，注射成型机的生产商推荐ISO46单级流体。基于这些原因，不会预料到看到高VI流体在如注射成型的应用中的优点，但是我们预料不到地发现当使用具有高VI的低粘度液压流体时实现显著的能量节约。与很好描述的在挖掘机中用高VI流体节约能量完全相反的是，在注射成型中效率的提高在低负载条件下是最大的。预料不到地，上文限定的或者权利要求1中限定的所述方法不仅达到了上述目的，而且有利地提供提高的油寿命，并因此具有更长的液压系统换油期。此外，可以改善液压系统的系统性能。表述“系统性能”是指通过液压系统在限定的时间段内完成的工作生产率。特别地，所述系统性能可以改善至少5％，更优选至少10％。在优选的系统中，可以改善每小时的工作周期。粘度指数改进剂的合成对于聚(甲基)丙烯酸烷基酯粘度指数改进剂(i)的合成，可以通过任何已知方法聚合上述的单体混合物。可以使用常规的自由基引发剂进行传统的自由基聚合。这些引发剂是本领域公知的。这些自由基引发剂的例子是偶氮引发剂如2,2’-偶氮二异丁腈(AIBN)、2,2’-偶氮双(2-甲基丁腈)和1,1-偶氮-双环己烷甲腈；过氧化合物，例如过氧化甲基乙基酮、过氧化乙酰丙酮、过氧化二月桂酰、过-2-乙基己酸叔丁酯、酮过氧化物、过氧化甲基异丁基酮、过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、过苯甲酸叔丁酯、过氧化异丙基碳酸叔丁酯、2,5-双(2-乙基己酰基过氧)-2,5-二甲基己烷、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、1,1-双(叔丁基过氧)环己烷、1,1-双(叔丁基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷、氢过氧化异丙苯和氢过氧化叔丁基。可以通过使用链转移剂得到具有较低分子量的聚(甲基)丙烯酸酯。此种技术是广泛已知的并且在聚合物工业中得到实践，并且描述于Odian，PrinciplesofPolymerization，1991中。此外，新的聚合技术，如ATRP(原子转移自由基聚合)和或RAFT(可逆加成断裂链转移)可以用于得到有用的衍生自烷基酯的聚合物。这些方法是公知的。ATRP反应方法例如描述于J-S.Wang等人的J.Am.Chem.Soc.，第117卷，第5614-5615页(1995)，和Matyjaszewski的Macromolecules，第28卷，第7901-7910页(1995)。此外，专利申请WO96/30421、WO97/47661、WO97/18247、WO98/40415和WO99/10387公开了上文解释的ATRP的变化形式，明确参考这些文献用于公开的目的。例如在WO98/01478中对于RAFT方法进行了全面描述，明确参考该文献用于公开的目的。聚合可以在常压、减压或升高的压力下进行。聚合温度也不是关键的。但是，其通常在-20至200℃，优选在60至120℃的范围内，不意由此进行任何限制。聚合可以在采用或不采用溶剂的情况下进行。术语“溶剂”在本文中应被广义理解。根据优选的实施方式，聚合物可通过在API第I、II或III类矿物油或在API第IV类合成油中聚合获得。具体实施方式实施例在以下的非限制性实施例和对比实施例(参比油)中进一步举例阐明本发明。下文的实施例用于进一步解释根据本发明的优选的实施方式，但不意于限制本发明。所有结果在表1和表2中示出。测试和油为了测定能量消耗，将不同的测试油与参比物(ISOVG46单级CastrolHyspinDFTop46，VI＝100)比较。使用下列液压流体:表1:液压流体配制剂聚甲基丙烯酸烷基酯粘度指数改进剂PAMA-1由13重量％的甲基丙烯酸甲酯和87重量％的甲基丙烯酸C12-14烷基酯(Mw＝52,000g/mol，PDI＝2.1)组成，其溶解在高度精制的矿物油中。聚甲基丙烯酸烷基酯粘度指数改进剂PAMA-2由10重量％的甲基丙烯酸甲酯和90重量％的甲基丙烯酸C12-15烷基酯(Mw＝58,000g/mol，PDI＝2.0)组成，其溶解在高度精制的矿物油中。性能方法在40℃的运动粘度，mm2/sASTMD445在100℃的运动粘度，mm2/sASTMD445VIASTMD2270在15℃的密度，kg/LASTMD1298用于产生数据的注射成型机是KraussMaffeiKM80/380CX。通过测量具有外部测试设备(测量放大器MX840PAKAP；用于电压记录的元件MX403B，1000V；两者都来自HottingerBaldwinMesstechnikGmbH)的泵发动机的电压和电流计算液压泵的能量消耗。在测试前，将系统用待使用的液压流体冲洗，并且检查油参数以确保之前的油被恰当地清洗，并且没有发生与之前的油的混合。表1示出了新鲜油、注入用于试验的油和试验后收集的油的粘度测量数据。在测试过程中，用-成型配混物运行成型周期，所述配混物在周期A中被Reactive-Liquidcf30OA单体混合物覆盖。数据的评价集中在没有聚合物的工艺步骤，以避免聚合物性能对结果的任何影响。附图说明图1:常用的注射成型周期的描述所述周期在模具闭合时开始(步骤1)，随后逐渐形成压力(步骤2a)，要求这一点是为了保持模具在注射过程中关闭。在将挤出机移至模具(步骤2b)后，注射材料(步骤3)，并保持工作压力以补偿成型过程中的材料收缩(步骤4)。任选地，可以采用方法步骤涂覆工件(步骤4.1，在周期A中应用)。在冷却阶段已经开始时，将挤出机移回(步骤5和6)。在冷却阶段结束时，将模具打开(步骤7)，并且可以取出工件(步骤8)。表2示出对于周期A、周期B和由周期A数据得出的步骤1和步骤2的评价发现的能量消耗(节约为负值)方面的差异。周期A:步骤1+步骤2(2a+2b)+步骤4.1+步骤7+步骤8周期B:步骤1+步骤2(2a+2b)+步骤7+步骤8在此周期内，步骤1、2、4.1、7和8独立于注射的材料。因此，能量节约不依赖塑料材料性能。涂覆步骤4.1是任选的，并且是方法的一部分。周期A(采用涂覆)和周期B(没有涂覆)评价此步骤对能量节约的影响。表2:采用研究的液压流体在能量消耗方面的差异周期A:独立于材料的方法步骤，采用方法步骤周期B:独立于材料的方法步骤，没有方法步骤步骤1+步骤2:在材料注射前完全独立于材料的步骤基于上述结果，清楚地证实，为了在塑料注射成型方法的高压条件下使用的液压系统中观察到能量节约，权利要求1中限定的与粘度指数改进剂组合的基础油的物理参数是至关重要的。尽管参考某些特定的实施方式在本文中进行了举例说明和描述，但是本发明绝不意于限于示出的细节。更准确地说，在权利要求的范围内可以在细节方面进行各种改进。当前第1页1 2 3