DE102008044388A1 - Materialien mit elektrisch bzw. magnetisch induzierter Einstellung mechanischer Eigenschaften - Google Patents

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Abstract

Diese Erfindung betrifft neue Mehrphasenmaterialien, deren mechanische Eigenschaften durch von außen einwirkende elektrische oder magnetische Kräfte bzw. Felder verändert werden können. Insbesondere betrifft diese Erfindung Materialien aus mindestens zwei Phasen, die mit jeweils mindestens einem funktionalen Nanopartikel modifiziert sind und durch die unterschiedliche elektrische bzw. magnetische Reaktion der Nanopartikel in Verbindung mit den speziellen Eigenschaften der Matrix zu reversibel veränderlichen mechanischen Eigenschaften führen. Aufgabe der Erfindung ist es, Materialien zur Verfügung zu stellen, die ihre mechanischen Eigenschaften, vor allem Festigkeit und Steifigkeit, bei Anlegen eines elektrischen Stromes, eines elektrischen oder magnetischen Feldes innerhalb sehr kurzer Zeit deutlich verändern. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Mehrschichtenmaterial auf der Basis von Polyetherurethanen durch Gießen, Extrusion oder Spritzguss hergestellt wird.

Description

  • Diese Erfindung betrifft neue Mehrphasenmaterialien, deren mechanische Eigenschaften durch von außen einwirkende elektrische oder magnetische Kräfte bzw. Felder verändert werden können. Insbesondere betrifft diese Erfindung Materialien aus mindestens zwei Phasen, die mit jeweils mindestens einem funktionalen Nanopartikel modifiziert sind und durch die unterschiedliche elektrische bzw. magnetische Reaktion der Nanopartikel in Verbindung mit den speziellen Eigenschaften der Matrix zu reversibel veränderlichen mechanischen Eigenschaften führen.
  • Elektrisch aktive Polymere sind bekannt. Eine Übersicht gibt z. B. Bar-Cohen in Proceedings of the SPIE Smart Structures and Materials Symposium, EAPAD Conference, San Diego, März 2002, Paper 4695-02. Danach werden zwei Gruppen von elektrisch aktiven Polymeren unterschieden: elektronische und ionische elektroaktive Polymere. Elektronisch elektroaktive Polymere werden durch Coulomb'sche Kräfte gesteuert, z. B. durch elektrostriktive, elektrostatische, piezoelektrische oder ferroelektrische Kräfte. Diese Typen von elektroaktiven Polymeren werden durch Gleichspannungen aktiviert und behalten ihre Eigenschaften solange die Gleichspannung wirkt. Die elektronischen elektroaktiven Polymere erfordern hohe Aktivierungsfeldstärken, die bereits eine Materialzerstörung bewirken können. Beispiele für diesen Typ der elektroaktiven Polymere sind verstärkte Elastomere, z. B. durch Kollagenfasern, Papiere, viskoelastische Elastomere, ferroelektrische Polymere oder flüssigkristalline Elastomere. Ionisch elektroaktive Polymere beruhen auf der Mobilität oder Diffusion von Ionen und benötigen mindestens Materialien, die als zwei Elektroden und einen Elektrolyten fungieren. Dafür erfordern sie vergleichsweise niedrige Spannungen, und diese bewirken in der Regel eine Biegung des Materials. Beispiele für solche Materialien sind Gele, Polymer-Metall-Komposite, leitfähige Polymere oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Der Nachteil dieser Gruppe von Materialien ist, dass ständig Feuchtigkeit (Wasser) anwesend sein muss und dass sie ihre Eigenschaften über längere Zeit bei der elektrischen Stimulierung erhalten. Eine weitere Gruppe von Materialien sind elektrorheologische Flüssigkeiten, die unter Einwirkung von elektrischen Strömen oder Feldern ihre Viskosität deutlich steigern können. Eine vierte Gruppe von Materialien sind Magnetofluide, deren Dichte bzw. Viskosität durch Anlegen eines Magnetfeldes verändert wird. Durch elektrorheologisch wirkende Flüssigkeiten kann die Steifigkeit eines Materials oder eines daraus gefertigten Gegenstandes verändert werden, solange die äußere elektrische Kraft einwirkt.
  • Materialien mit elektroaktiven Eigenschaften sind z. B. Polyacetylene, substituierte Polythiophene, polyfunktionelle Thiole bzw. Cysteinoligomere, Polyethylenglykolacrylate mit Thiolgruppen usw. Ein kommerziell erhältliches Material ist z. B. Poly(3,4-ethylendioxythio-phen). Weitere Materialien mit derartigen Eigenschaften bestehen z. B. aus mehreren Schichten, die miteinander in der Regel mechanisch oder mittels physikalischer Bindungen verbunden sind. Dabei ist mindestens eine Schicht elektrisch leitend, z. B. durch Einarbeitung von Graphit, Ruß, Jod etc. Solche Materialien werden z. B. in der DE-OS 41 14 701 beschrieben. Als leitfähige Stoffe kommen auch elektrisch leitende Polymere, z. B. Polyene oder Polyene mit Übergangsmetallkomplexverbindungen in Betracht. Letztere werden z. B. in der DE-OS 32 28 248 beschrieben. Die Erzeugung von Leitfähigkeit kann auch durch weitere Additive wie Titandioxid (siehe F. Argall, Solid State Electronics, 11, 535–41, 1968) in Form dünner Schichten erfolgen, wodurch schaltfähige Vorrichtungen erhalten werden. Solche planaren Schaltelemente werden auch in der US-OS 2006/0250534 beschrieben. Bei Anlegen eines elektrischen Feldes an diese Elemente weist das Material oberhalb einer Schwellenspannung eine höhere Leitfähigkeit auf und die Anordnung schaltet.
  • Die Verwendung von partikulären Füllstoffen in elektroaktiven Materialien, vor allem Polymeren wird in mehreren Erfindungen beschrieben. So werden nach der DE-OS 41 14 701 Folien mit elektrisch leitfähigen hochpolymeren Massen, die die elektrischen Leiterpfade zwischen zu verbindenden Flachbaugruppen hergestellt und als leitfähige Partikel mit Kohlenstoff beschichtete Mineralien verwendet. Nach der Lehre der US PS 6,652,968 werden für ein drucksensitives elektrisch leitfähiges Material partikuläre Füllstoffe in Form von Kugeln oder Pulver mit einem Metallüberzug verwendet. Als polymere Materialien werden u. a. Silikone, Kautschuke oder Polyurethane eingesetzt. Die Unterschiede in der elektrischen und Wärmeleitfähigkeit des Metallüberzuges und des Substrates sowie die kleinen Kontaktflächen zwischen den leitfähigen Kugeln sind die physikalische Ursache für das Schaltverhalten. Die Teilchen sollen eine Größe im Bereich von 1 bis 150 μm und bevorzugt zwischen 10 und 90 μm aufweisen. Das nichtleitende Polymer ist dabei ein Elastomer mit einem positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten, was aber für die meisten Polymere typisch ist. Weitere geeignete Füllstoffe für elektroaktive Polymere werden in der US-PS 4,404,126 beschrieben, z. B. schwarzer Phosphor in Kombination mit einem Alkalimetall oder Alkaliamid, die zu einem organischen Polymer, z. B. einem Polyphenylen, einem Polyacetylen oder einem Heteropolyphenylen zugesetzt werden.
  • In der PCT WO 2003/027712 wird ein Verfahren zum dynamisch kontrollierten Aufschwimmen von gezogenen Anordnungen beschrieben, wonach seismische Sensoren auf einer bestimmten Wassertiefe beim Schleppen im Wasser gehalten werden durch Einwirkung eines elektrischen stimulierenden Signals auf ein elektroaktives Polymer, wodurch sich die Dichte der Anordnung elektrisch verändert wird und damit auf die unterschiedliche Dichte des Wassers eingestellt wird.
  • Nach der Lehre der US-OS 2008/0190751 werden Sensorelemente für Berührungsschalter hergestellt, indem ein Hohlkörper mit zwei parallelen Flächen so ausgearbeitet wird, dass er leicht zusammendrückbar wird und eine Vielzahl solcher Einheiten zu einem Schaltelement zusammengefügt wird.
  • Nach der Lehre der JP-OS 2007324096 und 2007321131 werden polymere Filme mit unterschiedlichen Eigenschaften zu einem druckempfindlichen Schaltelement zusammengefügt, wobei mindestens einer der Filme aus einem elektrisch leitenden Polymer, das Polystyrolsulfonsäure enthält, besteht.
  • In den US-PS 6,476,113 und 6,228,933 werden magnetisch aktive flexible Polymere, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihres Einsatzes im medizinischen Bereich beschrieben. Diese Materialien basieren z. B. auf Polyurethanen auf der Basis tetrafunktioneller Polyetheralkohole und enthalten zur Einstellung einer vergleichsweise niedrigen Härte Weichmacher. In diesen Polymeren werden die magnetischen Teilchen, speziell Metalle oder Metalllegierungen, dispergiert und die magnetischen Eigenschaften durch Einwirkung von Magnetfeldern während der Polymerisation eingestellt, wozu vorzugsweise ein Zwei-Stufen-Verfahren angewandt wird. Ziel ist die Herstellung von elastischen Magneten mit einer Dichte bis zu 3,5 g/cm3 zum Einsatz in Blutgefäßen zur Diagnose oder Therapie.
  • Bisher ist außer der oben beschriebenen Anordnung mit elektroaktiven Polymeren, die durch elektrische Felder ihre Dichte verändern, kein Material bekannt geworden, das auf ein elektrisches hin seine mechanischen Eigenschaften, in erster Linie seine Steifigkeit und seine Festigkeit, sprunghaft um einen größeren Betrag ändert. Weiterhin sind keine Materialien bekannt geworden, deren Eigenschaften sich durch ein magnetisches Signal oder Feld, in erster Linie ihrer Steifigkeit und Festigkeit, sprunghaft um einen größeren Betrag ändern.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, Materialien zur Verfügung zu stellen, die ihre mechanischen Eigenschaften, vor allem Festigkeit und Steifigkeit, bei Anlegen eines elektrischen Stromes, eines elektrischen oder magnetischen Feldes innerhalb sehr kurzer Zeit deutlich verändern.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Mehrschichtenmaterial auf der Basis von Polyetherurethanen durch Gießen, Extrusion oder Spritzguss hergestellt wird, wobei
    • – eine erste Schicht aus einem Polyetherurethan auf der Basis eines Polyetheralkoholgemisches der Hydroxylfunktionalität 1,95 bis 2,95 und der Molmasse 1000 bis 6000 mit eingelagerten und/oder in die Polymerkette eingebauten organischen Nanopartikeln, kurzkettigen Diolen und Di- und/oder Polyisocyanaten und
    • – eine zweite Schicht aus einem Polyetherurethan auf der Basis eines Polyetheralkoholgemisches der Hydroxylfunktionalität 1,95 bis 2,25 und der Molmasse 1000 bis 5000 mit eingelagerten und/oder in die Polymerkette eingebauten anorganischen Nanopartikeln, kurzkettigen Diolen und Di- und/oder Polyisocyanaten
    aufgebaut sind, diese Schichten oder Phasen mehrfach wiederholt werden können und sich die Schichten während des Prozesses auf Grund physikalischer oder chemischer Wechselwirkungen unlösbar miteinander verbinden, so dass dieses Kompositmaterial bei Anlegen einer Spannung oder in einem elektrischen oder Magnetfeld eine Ausrichtung der anorganischen Partikel erfährt, wodurch sich die Eigenschaften des Materials sprunghaft ändern.
  • Überraschend wurde gefunden, dass sich nanoskalige Partikel aus bestimmten anorganischen Materialien, z. B. Metalloxiden, Metallhydroxiden oder Kohlenstoff, in einem Polyetherurethan dispergieren lassen und in einem elektrischen oder magnetischen Feld ausrichten und dabei die mechanischen Eigenschaften des Polymeren schnell und um einen größeren Betrag verändern bzw. im Falle von magnetischen Feldern oberhalb einer bestimmten Wechselfrequenz des Magnetfeldes Wärme erzeugen und durch diese Wärmetönung die thermomechanischen Eigenschaften des Materials, insbesondere die Härte, Elastizität, den Elastizitätsmodul oder die Biegesteifigkeit deutlich verändern. Diese spezielle Eigenschaft kann nur erzielt werden, wenn auf hinreichend kleine Teilchen eine entsprechende elektrische oder magnetische Wirkung ausgeübt wird. So kann die angewandte Spannung zwischen 0,1 und 100 V liegen, die elektrischen Felder zwischen 1 nF und 10 mF, die magnetischen Felder zwischen 10 und 100.000 Gauß.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung wird die elektrische Wirkung durch Einarbeiten von Elektroden in den Formkörper auf der Basis eines Polyetherurethans aus mindestens einem langkettigen hydroxyldifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem langkettigen hydroxyltrifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem kurzkettigen Diol und mindestens einem Diisocyanat ggf. in Gegenwart von Katalysatoren oder weiteren Zusatzstoffen, so dass eine leitende Verbin dung zum Material mit nanoskaligen Metalloxidpartikeln hergestellt wird, und Anlegen einer elektrischen Spannung von 0,1 bis 100 V bei 0,01 mA bis 0,5 A erzeugt, wodurch sich die nanoskaligen Partikel in die Richtung des elektrischen Stromes ausrichten und dadurch eine Versteifung des Materials bewirken. Dieses Material ist mit einer Schicht von 150 μm eines aus einem nanoskaligen PHD-Polyol mit 14,3 Gew.-% Oligoharnstoffteilchen, 35 Mol-% der Hydroxylgruppen an Dipropylenglykol und einer stöchiometrischen Menge an 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat umhüllt. Durch den Transport der elektrischen Ladungen im Material wird im Falle eine ausreichende Menge an nanoskaligen Partikeln, die zwischen 0,01 und 15 Gew.-% liegen sollte, eine Wirkung in Abhängigkeit von der Menge der Nanopartikel erzeugt. Die Nanopartikel sollten eine Teilchengröße zwischen 10 und 120 nm aufweisen. Diese Materialien können durch die Auswahl der Nanopartikel leitend oder halbleitend eingestellt werden und erzeugen durch diese Eigenschaft unterschiedliche Ausprägungen der mechanischen Eigenschaftsänderung.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die elektrische Wirkung durch Einarbeiten von Elektroden in den Formkörper auf der Basis eines Polyetherurethans aus mindestens einem langkettigen hydroxyldifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem langkettigen hydroxyltrifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem kurzkettigen Diol und mindestens einem Diisocyanat ggf. in Gegenwart von Katalysatoren oder weiteren Zusatzstoffen, so dass eine leitende Verbindung zum Material mit nanoskaligen Metalloxid- oder Metallsilikatpartikeln hergestellt wird, und Anlegen einer elektrischen Spannung von 0,1 bis 100 V bei 0,01 mA bis 0,5 A erzeugt, wodurch sich die nanoskaligen Partikel gegeneinander bewegen, dadurch einen piezoelektrischen Effekt erzeugen, der mit einer positiven oder negativen Temperaturände rung verbunden ist und dadurch eine Versteifung oder Elastifizierung des Materials bewirken. Dieses Material ist mit einer Schicht von 150 μm eines aus einem nanoskaligen PHD-Polyol mit 14,3 Gew.-% Oligoharnstoffteilchen, 35 Mol-% der Hydroxylgruppen an Dipropylenglykol und einer stöchiometrischen Menge an 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat umhüllt. Durch den Transport der elektrischen Ladungen im Material wird im Falle eine ausreichende Menge an nanoskaligen Partikeln, die zwischen 0,01 und 15 Gew.-% liegen sollte, eine Reibung im Material in Abhängigkeit von der Menge der Nanopartikel erzeugt. Die Nanopartikel sollten eine Teilchengröße zwischen 10 und 120 nm aufweisen. Diese Materialien können durch die Auswahl der Nanopartikel leitend oder halbleitend eingestellt werden und erzeugen durch diese Eigenschaft unterschiedliche Ausprägungen der mechanischen Eigenschaftsänderung.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die magnetische Wirkung in einem Formkörper auf der Basis eines Polyetherurethans aus mindestens einem langkettigen hydroxyldifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem langkettigen hydroxyltrifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem kurzkettigen Diol und mindestens einem Diisocyanat ggf. in Gegenwart von Katalysatoren oder weiteren Zusatzstoffen sowie mit nanoskaligen magnetsuszeptiblen Metalloxidpartikeln, durch Einwirken eines magnetischen Feldes von 10 bis 100 000 Gauß erzeugt, wodurch sich die nanoskaligen Partikel in Richtung der magnetischen Kraftlinien ausrichten und dadurch eine Versteifung des Materials durch die quasi als faserförmige Verstärkungsmaterialien wirkenden Metalloxidpartikelstränge bewirken. Durch das Magnetfeld wird im Material, im Falle eine ausreichende Menge an nanoskaligen Partikeln, die zwischen 0,1 und 15 Gew.-% liegen sollte, diese Ausrichtung der Nanomagnete in Richtung der Feldlinien erfolgen, werden sich die Nanopartikel aneinander lagern und in Abhängigkeit von der Menge der Nanopartikel die Verstefung des Materials erzeugen. Die Nanopartikel sollten eine Teilchengröße zwischen 10 und 120 nm aufweisen. Dieses Material ist mit einer Schicht von 250 μm eines aus einem nanoskaligen PHD-Polyol mit 13,1 Gew.-% Oligoharnstoffteilchen, 55 Mol-% der Hydroxylgruppen an Dipropylenglykol und einer stöchiometrischen Menge an 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat umhüllt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die magnetische Wirkung in einem Formkörper auf der Basis eines Polyetherurethans aus mindestens einem langkettigen hydroxyldifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem langkettigen hydroxyltrifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem kurzkettigen Diol und mindestens einem Diisocyanat ggf. in Gegenwart von Katalysatoren oder weiteren Zusatzstoffen sowie mit nanoskaligen magnetsuszeptiblen Metalloxidpartikeln, durch Einwirken eines magnetischen Feldes von 10 bis 100 000 Gauß erzeugt, wodurch sich die nanoskaligen Partikel in Richtung der magnetischen Kraftlinien ausrichten und dadurch eine Versteifung des Materials durch die quasi als faserförmige Verstärkungsmaterialien wirkenden Metalloxidpartikelstränge bewirken. Durch das Magnetfeld wird im Material, im Falle eine ausreichende Menge an nanoskaligen Partikeln, die zwischen 0,1 und 15 Gew.-% liegen sollte, diese Ausrichtung der Nanomagnete in Richtung der Feldlinien erfolgen, werden sich die Nanopartikel aneinander lagern und in Abhängigkeit von der Menge der Nanopartikel die Versteifung des Materials erzeugen. Die Nanopartikel sollten eine Teilchengröße zwischen 10 und 120 nm aufweisen. Dieses Material ist mit einer Schicht von 500 μm eines aus einem nanoskaligen PHD-Polyol mit 10,5 Gew.-% Oligoharnstoffteilchen, 55 Mol-% der Hydroxylgruppen an Dipropylenglykol und einer stöchiometrischen Menge an 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat umhüllt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in einem Formkörper auf der Basis eines Polyetherurethans aus mindestens einem langkettigen hydroxyldifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem langkettigen hydroxyltrifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem kurzkettigen Diol und mindestens einem Diisocyanat ggf. in Gegenwart von Katalysatoren oder weiteren Zusatzstoffen sowie mit nanoskaligen magnetsuszeptiblen Metalloxidpartikeln, eine magnetische Wirkung durch Einwirken eines magnetischen Wechselfeldes von 10 bis 100 000 Gauß und mit einer Frequenz von 10 bis 5000 kHz erzeugt, wodurch sich eine Schwingung der nanoskaligen Partikel ergibt und dadurch eine Erwärmung des Materials bewirkt wird. Durch das magnetische Wechselfeld wird im Formkörper, im Falle eine ausreichende Menge an nanoskaligen Partikeln, die zwischen 0,25 und 15 Gew.-% liegen sollte, eine Erwärmung erzeugt. Durch diese Erwärmung wird der Glasübergangsbereich des Polymeren weit überschritten und dadurch reversibel eine Verringerung der Härte und eine höhere Elastizität erzeugt. Die Nanopartikel sollten eine Teilchengröße zwischen 10 und 120 nm aufweisen. Dieses Material ist mit einer Schicht von 250 μm eines aus einem nanoskaligen PHD-Polyol mit 17,0 Gew.-% Oligoharnstoffteilchen, 25 Mol-% der Hydroxylgruppen an Dipropylenglykol und einer stöchiometrischen Menge an 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat umhüllt.
  • Da die Wirkung der anorganischen Nanopartikel in dem Polyetherurethan über der gesamten Fläche ausgeübt wird, ist es bei der Anwendung des Materials erforderlich, dieses gegenüber den umgebenden Medien zu isolieren. Als hochwirksame Isolation werden zu diesem Zweck ebenfalls spezielle Polyetherurethane verwendet, die vorzugsweise aus Propylenoxid- basierten Polyetheralkoholen, kurzkettigen Diolen als Kettenverlängerer und Di- und/oder Polyisocyanaten als Basis herstellt werden, wobei jedoch zur Einstellung der besonderen isolierenden Eigenschaften reaktive organische Nanopartikel in den Polyetheralkohol dispergiert und damit in das Polyurethan eingebaut sowie zur Einstellung der mechanischen Eigenschaften des Polyetherurethans kurzkettige Diole, z. B. Butan-1,4-diol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Propan-1,3-diol oder Gemische davon zusätzlich in die Polymerkette eingebaut werden. Reaktive organische Nanopartikel sind im wesentlichen Oligoharnstoffe mit endständigen Hydroxyl- und/oder Aminogruppen. Bevorzugt werden Oligoharnstoffpartikel mit einer Teilchengröße von 20 bis 250 nm Teilchengröße (über LLS bestimmt) mit zwei bis zehn primären und/oder sekundären Aminogruppen auf der Oberfläche, die durch Depolymerisation von Polyurethan-Polyharnstoffen durch Kombination einer Glykolyse und Aminolyse gewonnen werden, wobei als Glykole vorzugsweise die oben benannten und als Amine Di- oder Polyamine wie Diethylentriamin, Dipropylentriamin, N-Methyl-N,N-bis(3-aminopropyl) amin, Tripropylenetramin usw. oder Gemische davon oder Gemische aus einem oder mehreren dieser Amine und Di-n-butylamin verwendet werden.
  • Geeignete Polyurethane sind solche, die auf
    • – 1 bis 80 Gew.-% des Hydroxylverbindungsgemisches mindestens eines langkettigen hydroxyldifunktionellen Polyetheralkohols,
    • – 1 bis 80 Gew.-% des Hydroxylverbindungsgemisches mindestens eines langkettigen hydroxyltrifunktionellen Polyetheralkohols mit darin dispergierten nanoskaligen Teilchen,
    • – 1 bis 20 Gew.-% des Hydroxylverbindungsgemisches mindestens eines kurzkettigen Diols und
    • – mindestens einem Diisocyanat,
    • – ggf. in Gegenwart von Katalysatoren oder weiteren Zusatzstoffen
    basieren. Die nanoskaligen anorganischen Partikel werden vorzugsweise in einen der Polyetheralkohole eingearbeitet. Die nanoskaligen organischen Partikel werden in einem der Polyetheralkohole, vorzugsweise in einem Polyethertriol, hergestellt.
  • Die Polyetheralkohole sind dem Fachmann bekannt. Es handelt sich um Polymere oder Copolymere des Ethylenoxids oder Propylenoxids mit Molmassen zwischen 500 und 6000, um Polytetramethylenoxidpolymere der Molmasse 1000 bis 8000, um hydroxylfzunktionelle Polybutadiene der Molmasse 1000 bis 10.000 usw. Als kurzkettige Diole kommen Butan-1,4-diol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Ethylenglykol, Propan-1,3-diol, Hexan-1,6-diol oder Gemische davon in Frage.
  • Geeignete Polyether mit nanoskaligen anorganischen Partikeln sind solche, bei denen diese Partikel entweder als Vorstufe mit anschließender Dispergierung im Polyetheralkohol oder direkt im Polyetheralkohol hergestellt werden. Als solche Partikel kommen vor allem Metalloxide, Metalloxidhydrate oder Metallhydroxide der Eisenmetalle, komplexe Mischoxide oder Mischhydroxide von Eisenmetallen und Silizium, Germanium, seltenen Erdmetallen usw. oder deren Mischungen in Frage. Besonders bevorzugt werden Eisenmischoxide oder Mangan-, Kobalt- oder Nickeloxide oder Gemische der Eisenmischoxide mit Mangan-, Kobalt- oder Nickeloxiden. Diese werden z. B. auf folgenden Wegen hergestellt:
    • (a) eine Lösung von Eisen-III- und Eisen-II-chlorid in Wasser wird mit Ammoniak versetzt, wodurch Magnetitpartikel von 5 bis 50 nm Größe erhalten werden, die mit verschiedenen Pufferlösungen gewaschen, in ein Polypro pylenglykol eingetragen und das Wasser am Rotationsverdampfer entfernt wird,
    • (b) in einem Gemisch aus wässriger Eisen-III- und Eisen-II-chloridlösung mit einem vorher bestimmten Gehalt an Polyetheralkohol werden die Magnetit-Nanopartikel mittels Ammoniak gefällt, Wasser und Ammoniak weitgehend abdestilliert, mehrfach mit Pufferlösungen gewaschen, die Salze durch Filtration oder Zentrifugieren abgetrennt und am Rotationsverdampfer getrocknet,
    • (c) eine Magnetbandbeschichtung auf der Basis eines Polyetherurethans mit Eisenoxid- und Manganoxidteilchen wird in einem Gemisch aus einem Polypropylenglykol der Molmasse 1000 bis 2000 und Dipropylenglykol bei einer Temperatur zwischen 180 und 240°C gelöst und das Reaktionsprodukt ohne weitere Aufarbeitung eingesetzt.
  • Die Fällung der Magnetitnanopartikel erfolgt aus der Lösung bzw. von verdünnten Lösungen mittels konzentrierter wässriger Ammoniaklösung. Die primären Nanopartikel besitzen eine Größe von 5–50 nm. Die Magnetitpartikel können mittels eines Magneten aus der Lösung abgeschieden werden. Nach Waschschritten mit Pufferlösungen erhält man stabile Dispersionen.
  • Es können weiterhin Polyetherester oder Polyether-Polyvinylbutyral-Mischungen zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyetherurethane mit anorganischen Nanopartikeln eingesetzt werden. Diese werden aus Magnetbändern durch ein Verfahren, das dem oben unter (c) genannten entspricht, hergestellt, d. h. die vollständigen Magnetbänder oder beschichteten Polyester- oder Polyvinylbutyralfolien werden in einem Gemisch von Glykolen ggf. in Gegenwart von Katalysatoren bei erhöhter Temperatur, z. B. zwischen 160 und 260°C, gelöst. Das Verhältnis von Polypropylenglykol zu Dipropy lenglykol im Reaktionsgemisch sollte dabei zwischen 95:5 und 35:65 liegen. Als Glykol können an Stelle des Dipropylenglykols auch Butan-1,4-diol, Propan-1,3-diol, Propan-1,2-diol oder 2-Ethyl-hexan-1,3-diol oder Gemische davon verwendet werden.
  • Geeignete Polyether mit organischen nanoskaligen Partikeln sind auch solche, die mittels eines zweistufigen Verfahrens durch Depolymerisation von Polymeren oder durch Herstellung von Oligomeren aus reaktiven Komponenten im Polyetheralkohol hergestellt werden. Das Depolymerisationsverfahren wird im wesentlichen bei Polyurethanen, Polyurethan-Polyharnstoffen, Polyamiden, Polyimiden, Harnstoff-Formaldehyd-Kondensaten usw. angewandt. Als bevorzugtes Material werden Polyurethane eingesetzt. Als Depolymerisationsreagenzien werden Glykole oder Glykol-Amin-Gemische verwendet. Sobald die Depolymerisation eine Stufe erreicht hat, dass die nanoskaligen organischen Teilchen gebildet worden sind, kann das Reaktionsgemisch mit einem oder mehreren Polyetheralkoholen sowie ggf. weiteren Glykolen versetzt werden. Damit wird der Gehalt an organischen nanoskaligen Partikeln auf den gewünschten Wert von 0,1 bis 25 Gew.-% eingestellt.
  • Besonders bevorzugt werden solche nanoskaligen organischen Dispersionen in Polyetheralkoholen, die durch Depolymerisation von Polyurethan-Kaltformweichschaumstoffen mittels eines Glykolgemisches in Gegenwart eines Polyamins mit sekundären und primären Aminogruppen und anschließender Stabilisierung mit Polypropylenglykol und ggf. einem weiteren Glykol hergestellt werden.
  • Im Falle der Harnstoff-Formaldehyd-Kondensate erfolgt die Depolymerisation in den Polyetheralkoholen in Gegenwart von Wasser sowie ggf. einem sauren oder basischen Katalysator. Nach beendeter Umsetzung ist eine Neutralisation und eine Abscheidung ggf. ausgefallener Salze erforderlich, was in der Regel durch Zentrifugieren erreicht wird. Die Größe der Nanopartikel wird im wesentlichen durch die Temperatur bei der Depolymerisation bestimmt, und diese sollte im Bereich von 120 bis 240°C liegen.
  • Die aus diesen Polyetheralkoholen, ggf. in Anwesenheit von kurzkettigen Diolen als Kettenverlängerer, durch Umsetzung mit Diisocyanaten erhaltenen Polyurethane weisen eine hohe Elastizität bei relativ niedriger Härte auf und sind sehr gute Isolatoren gegenüber elektrischen Strömen. So werden z. B. bei einer Shore-A-Härte von 48 über 350% Bruchdehnung und eine Durchschlagspannung über 120 kV/mm gemessen.
  • Als Di- oder Polyisocyanate können für die erfindungsgemäßen Materialien z. B. 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, 2,2'-Diphenylmethandiisocyanat, 2,4'-Diphenylmethandiisocya-nat, Gemische davon oder polymeres Diphenylmethandiisocyanat, 4,4'-Dicyclohexylmethan-diisocyanat, Xylylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, 1,5-Naphthylendiisocyanat oder Gemische von Isocyanaten eingesetzt werden.
  • Die erfindungsgemäßen Materialien weisen einige besondere Charakteristika im Verlauf des mechanischen Verlustfaktors über der Temperatur auf, wie er z. B. mit der Relaxationsspektroskopie gemessen werden kann. So werden bei den Polyurethanen der ersten Schicht auf der Basis von Polyetheralkoholen mit nanoskaligen Oligoharnstoffen in der Regel drei Übergänge gefunden, die für drei Phasen des Materials stehen, ein Übergang im Tieftemperaturbereich bei –55 bis –40°C, ein zweiter im Bereich von +10 bis +65°C und ein dritten Bereich zwischen 90 und 150°C. Durch die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches kann die Lage der Übergangsgebiete in den jeweils interessierenden Bereich verschoben werden. Wird z. B. ein solcher Polyurethan-Polyharnstoff auf der Basis eines Gemisches von 65 Gew.-% Polyethertriol, 30 Gew.-% Polyetherdiol und 5 Gew.-% nanoskaligen Oligo harnstoffen mit MDI unter stöchiometrischen Verhältnissen hergestellt, so wird der Wendepunkt des ersten Übergangsbereiches bei –46°C, der des zweiten bei +48°C und der des dritten bei +119°C gefunden. Das Material verändert folglich über der Temperatur seine mechanischen Eigenschaften, jedoch nicht seine elektrischen. Bei Arbeiten im unterstöchiometrischen Bereich, z. B. bei einer Isocyanatkennzahl von 85 verschieben sich die Übergangsgebiete zu niedrigeren Temperaturen, im oben genannten Beispiel zu –50°C, +42°C und +112°C. Das Material ist bei der eingestellten Härte trotzdem hochelastisch und nimmt bei Erwärmung eine neue Form an, bei Abkühlung kehrt es in die alte zurück.
  • Die Polyurethane der zweiten Schicht auf der Basis von Polyetheralkoholen mit nanoskaligen Metalloxiden, z. B. Eisenmischoxiden, weisen in der Regel zwei Übergänge auf, die für zwei Phasen des Materials stehen, ein Übergang im Tieftemperaturbereich bei –50 bis –30°C und ein zweiter im Bereich von +10 bis +75°C. Durch die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches kann die Lage der Übergangsgebiete in den jeweils gewünschten Bereich verschoben werden, wobei die Menge des zugesetzten nanoskaligen Metalloxids nur eine wenig ausgeprägte Rolle spielt. Bei einer Zusammensetzung von 70 Gew.-% Polypropylenglykol 2000, 28 Gew.-% Dipropylenglykol und 2 Gew.-% nanoskaligem Eisenmischoxid erhält man ein Material mit einer ersten Phase, die einen Glasübergang zwischen –51 und –38°C und einer zweiten Phase mit einem Glasübergang zwischen +24 und +68°C aufweist. Das Material weist eine Shore-A-Härte von 43 auf und ist hochelastisch. Durch Anlegen eines magnetischen Wechselfeldes von 250 Hz wird die Temperatur von 22°C auf 38°C innerhalb von 40 s erhöht bei gleichzeitiger Verringerung der Shore-A-Härte auf 34.
  • Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kompositwerkstoffe werden die zwei Typen von Polyetherurethanen entweder ge trennt oder in einem Reaktionsextruder mit zwei Strängen hergestellt und die Stränge kombiniert in ein Werkzeug gefahren. Bei Verwendung von vorgebildeten Polyetherurethanen werden diese in einen Mehrkomponentenextruder gegeben und in Form von Kern-und-Hülle-Material verarbeitet. Die Verarbeitung kann analog mittels Spritzgusstechnik durchgeführt werden, wenn speziell geformte Teile erhalten werden sollen.
  • Die erfindungsgemäßen Kompositwerkstoffe werden z. B. in Form von Extruderdrähten von 0,1 bis 25 mm Durchmesser mit zwei oder mehr Schichten, als Folien durch Extrusion mittels einer Breitschlitzdüse von 100 μm bis 5 mm Stärke und 2 bis 250 mm Breite, durch Spritzguss als Formkörper, z. B. Quader mit einem sich wiederholenden Aufbau der Schichten oder einem elastischen Kern aus dem magnetisch suszeptiblen Elastomeren und einer Umhüllung von 10 bis 1000 μm Stärke des oligoharnstoffhaltigen Polyurethans, als Kugeln mit einem ähnlichen Aufbau, als Stäbe mit einem Mehrschichtaufbau mit eingespritzten Elektroden, durch Giessen in Form von Mehrschichtbändern oder in komplexen Geometrien, als Hohlkörper oder Mehrschichtschläuche von 0,1 bis 45 mm Durchmesser hergestellt. Es sind auch Folien aus mindestens zwei Schichten oder aus drei Schichten, wobei die magnetisch suszeptible Schicht den Kern bildet, hergestellt worden, die sich als Elastomere der Form eines Gegenstandes anpassen und durch die Einwirkung des elektrischen Stromes bzw. eines Magnetfeldes in der Form des Gegenstandes verbleiben, bis die Wirkung des Stromes oder Magnetfeldes abgeschaltet wird.
  • In einer Ausführungsform zeichnen sich die erfindungsgemäßen Komposite durch eine elastische, gegenüber der Umwelt neutrale Hülle aus, aus der auch in Medien keine Stoffe ausgelaugt werden können, und die die Umgebung gegen die zur Eigenschaftssteuerung eingesetzten Felder oder Ströme abschirmt. Im Inneren dieser Hülle befindet sich der Aktuator, der durch das Anlegen eines Stromes, einer Spannung, eines elektrischen oder magnetischen Feldes seine Eigenschaften verändert. Die Eigenschaften dieses Aktuators werden durch die Art und Menge der Nanopartikel im Polyetherurethan gesteuert. Im Falle Metalloxide, z. B. Eisenoxide, in ihm in einer Menge von 1 bis 8 Gew.-% enthalten sind, wird die Leitfähigkeit des Materials von 10–6 μS/cm auf bis zu 0,1 μS/cm gesteigert, d. h. das Material wird im wesentlichen leitend. Durch die unter Einfluss des durchfließenden Stromes erfolgende Ausrichtung der Nanopartikel wird auch die Polymerstruktur beeinflusst, so dass sich Phasen des Polymeren ebenfalls ausrichten bzw. neu organisieren. Durch die Kombination dieser Wirkungen wird z. B. der Elastizitätsmodul des Materials wesentlich erhöht, z. B. von 300 auf über 4000 MPa, wodurch das Material aus dem weichelastischen in den hartelastischen Zustand übergeführt wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Materialien zeichnen sich die erfindungsgemäßen Komposite durch eine elastische, gegenüber der Umwelt neutrale Hülle aus, aus der auch in Medien keine Stoffe ausgelaugt werden können, und die die Umgebung gegen die zur Eigenschaftssteuerung eingesetzten Felder oder Ströme abschirmt. Im Inneren dieser Hülle befindet sich der Aktuator, der aus einem Polyetherdiol auf der Basis von Propylenoxid mit einer Molmasse von 1000 bis 2000, vorzugsweise 2000, sowie bis zu 40 Gew.-% an Dipropylenglykol und 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI) hergestellt wird. Im Polypropylenglykol werden zwischen 0,1 und 6 Gew.-% eines Gemisches von Eisenoxiden und -hydroxiden mit Teilchendurchmessern von 10 bis 100 nm durch in-situ-Fällung hergestellt. Die Eisenoxidpartikel beeinflussen die Umsetzung der Isocyanate mit den Hydroxylverbindungen nicht. Es können zusätzlich Katalysatoren, tertiäre Amine oder metallorganische Verbindungen, eingesetzt werden; diese sind in der Polyurethanchemie bekannt. Beispielhaft seien wenig basische Aminkatalysatoren wie N-Methylmorpholin oder N,N-Dimethylanilin genannt. Durch Anlagen eines konstanten Magnetfeldes werden die Metalloxidpartikel ausgerichtet und bewirken durch diese Ausrichtung eine gezielte Verstärkung des Kompositwerkstoffs. Diese Verstärkung führt wiederum zu einer Reduzierung der Elastizität und einer Erhöhung der Härte, z. B. von Shore-A 54 auf Shore-A 69. Damit wird der Übergang vom weichelastischen in den hartelastischen Bereich erzeugt. Wird bei einem Kompositwerkstoff diesen Typs ein magnetisches Wechselfeld angelegt, so findet eine Erwärmung des polymeren Materials statt, wodurch die Härte und der Elastizitätsmodul reduziert werden, z. B. kann die Härte von einer Shore-A 76 auf Shore-A 52 gesenkt werden. In einem weiteren Fall wurde die Shore-A-Härte von 82 auf einen Wert von 46 gesenkt, wodurch ein großer Härtebereich übersprungen wurde, der zu einem sehr weichen Material führt.
  • In einer weiteren Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen Komposite durch Extrusion mittels einer Breitschlitzdüse in Form von Bändern hergestellt. Die Bänder werden über die Zwei-Komponenten-Technologie aus einem elektrisch beeinflussbaren Kern und einer elektrisch nicht leitenden Hülle hergestellt. Die Materialien können die gleichen wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen sein, aber auch speziell eingestellte Komponenten. In einer Variante wird das Kernmaterial aus einem Polyetherurethan auf der Basis eines Gemisches aus einem Polyethertriol mit einer Molmasse von 2000 bis 4000 und einem Polyetherdiol der Molmasse 600 bis 4000 im Verhältnis von 0,01:0,99 bis 0,25:0,75 Hydroxylequivalenten, in dem mit Eisenoxidhüllen versehene Siliziumdioxidpartikel mit einer Partikelgröße von 40 bis 200 nm dispergiert sind, sowie einem Diol als Kettenverlängerer und einem Diisocyanat mit einem stöchiometrischen Unterschuss an Isocyanatgruppen hergestellt, so dass nach der Formgebung noch freie Hydroxylgruppen vorhanden sind. Um dieses Material wird ein nanopartikelhaltiges Polyetherurethan aus einem Polypropylenoxidpolyether der Molmasse 2000, einem Diol als Kettenverlängerer und einem Diisocyanat in Gegenwart eines schwach katalysierenden tertiären Amins, z. B. N-Methylmorpholin, hergestellt, wobei in dem Polyether zwischen 0,1 und 12 Gew.-% eines depolymerisierten Harnstoff-Formaldehydharzes mit einer Partikelgröße von 35 bis 180 nm dispergiert sind. Die äußere Hülle weist damit eine Shore-A-Härte von 78 und eine Durchschlagspannung von 112 KV/mm auf. Bei Anlegen einer Spannung von 3,5 V verändert sich die Härte des Kompositwerkstoffs insgesamt von Shore-A 57 auf Shore-A 80. Wird ein magnetisches Wechselfeld mit 160.000 Wechseln pro Sekunde (z. B. H = 11 kA/m, f = 400 kHz) angelegt, so verringert sich die Härte innerhalb von 10 s von 57 auf 51 und nach weiteren 30 s auf 45 wobei die Temperatur von 22°C auf 38°C ansteigt und damit den Glasübergang überschreitet.
  • Die Herstellung und Verarbeitung der erfindungsgemäßen Kompositwerkstoffe erfolgt durch speziell dazu ausgerüstete Extruder, Reaktionsextruder oder Spritzgießmaschinen. Da die Kompositwerkstoffe sowohl aus vorgebildeten Komponenten, z. B. Granulaten oder Pulver, als auch durch in situ Herstellung aus den Reaktionskomponenten hergestellt werden können, sind mehrere Herstellungsvarianten denkbar.
  • So können im einfachsten Fall Granulate des Polyetherurethans mit organischen Nanopartikeln und desjenigen mit anorganischen Nanopartikeln in einen für getrennte Verarbeitung der Komponenten ausgelegten Extruder gegeben werden. Während des Extrusionsprozesses wird das Material mit den organischen Nanopartikeln als äußere Hülle und das Material mit den anorganischen Partikeln als Kern des Extrusionsstranges ausgebildet. Damit kann auf einfache, bekannte Art ein erfindungsgemäßer Werkstoff, ein Komposit, ein Mehrlagenwerkstoff oder ein Formteil hergestellt werden.
  • Die Granulate aus den beiden Polyetherurethanen können ebenfalls mittels Zwei-Schicht-Spritzgießtechnik verarbeitet werden, so dass Formkörper mit einem Kern aus anorganisch gefülltem Polyurethan und einer Hülle aus einem organisch gefüllten Polyurethan erhalten werden. Durch die besonderen Eigenschaften des inneren Materials können die elastischen Eigenschaften des Formkörpers veränderlich eingestellt werden, so dass z. B. bei Bedarf eine unterschiedliche Härte oder Elastizität erhalten werden, z. B. in Vorrichtungen zum Transport oder zur Lagerung von Verletzten in Abhängigkeit von der Verletzung.
  • Bei Anwendung der Reaktionsspritzgusstechnik werden die jeweiligen Kompositmaterialien aus Reaktionskomponenten während der Formgebung erzeugt und durch die Art der Formgebung in die gewünschte Form gebracht. Die Reaktionsspritzgusstechnik ist bekannt. Dazu ist eine innige Vermischung der Reaktionskomponenten in speziellen Mischvorrichtungen, allgemein als Mischköpfe bezeichnet, erforderlich. In den Mischköpfen können mehrere Komponenten vermischt werden, der einfachste Fall ist jedoch die Vermischung von zwei Komponenten, von denen die eine das Isocyanat ist und die andere aus allen anderen Stoffen besteht, die zu dem Material umgesetzt werden sollen. Diese zweite Komponente besteht demzufolge aus dem Polyetheralkohol mit den dispergierten nanoskaligen Partikeln, dem oder den Kettenverlängerern/Diolen, ggf. einem oder mehreren Katalysatoren sowie ggf. weiteren Zusatzstoffen. Üblicherweise wird diese Komponente ohne Temperatureinwirkung durch Mischung innerhalb von 10 Minuten bis zu 12 Stunden hergestellt. Im Falle der nanoskaligen Partikel sind die Mischungsbedingungen sowie die Art und der Zeitpunkt der Dosierung so zu wählen, dass eine Schädigung der Dispersion bzw. eine Agglomeration nicht eintritt und die nanoskaligen Partikel in der ursprünglichen Form erhalten bleiben.
  • Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile werden die jeweiligen Komponenten im berechneten Mischungsverhältnis mittels eines Mischkopfes homogen vermischt und dieses Gemisch in die entsprechende Eingabeöffnung des Reaktionsextruders gegeben. Bei dieser Arbeitsweise sind andere Katalysatoren als bei der weiter oben beschriebenen Ausführungsform erforderlich, um eine vollständige Umsetzung während der Extrusion bzw. während des Spritzprozesses zu gewährleisten. So werden hier vorzugsweise Triethylendiamin ggf. in Kombination mit zinn-, blei- und/oder wismutorganischen Katalysatoren verwendet. Die beiden Produktströme werden in die Schnecken derart eingegeben, dass eine laminare Strömung erzeugt wird und eine Durchmischung beider Materialströme nur an der Phasengrenze erfolgt, wodurch eine chemische Verbindung der beiden Materialien erzeugt wird und beide untrennbar miteinander verbunden sind.
  • Wird z. B. ein wie oben beschriebenes Extrudat aus
    • (a) einer äußeren Hülle von 200 μm aus einem Polyurethan-Polyharnstoff auf der Basis von 0,37 Equivalent-% eines 14,3 Gew.-% Oligoharnstoffpartikel enthaltenden PHD-Polyols, 0,12 Equivalent-% eines Polypropylengykol 2000, 0,46 Equivalent-% Dipropylenglykol und 0,05 Equivalent-% Diethylenglykol sowie 1,00 Isocyanatäquivalent 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und
    • (b) einem Kern von 6 mm Durchmesser aus einem Polyurethan auf der Basis von 0,46 Äquivalent-% eines Polyethertriols der Molmasse 3000, 0,38 Äquivalent-% eines Polypropylenglykols 2000 mit 5,25 Gew.-% nanoskaligen Magnetitteilchen, 0,16 Equivalent-% Dipropylenglykol sowie 1,00 Isocyanatäquivalent 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
    durch Reaktionsextrusion zu einem Rundmaterial hergestellt und zu Stäben von 500 mm Länge verarbeitet, so können diese den elektrischen oder magnetischen Wirkungen ausgesetzt werden. Bei den elektrischen Wirkungen werden in den halbleitenden Kern Platinelektroden eingesetzt.
  • Das Material weist bei 20°C eine Shore-A-Härte von außen 81 und innen von 55 auf, es ist biegsam und kehrt nach einer Belastung mit einer äußeren mechanischen Kraft langsam in seine ursprüngliche Form zurück. Wird über die Elektroden eine Spannung von 3 V und eine Stromstärke von 0,02 A angelegt, so wird eine Shore-A-Härte im Inneren von 86 gemessen, während die äußere Hülle unverändert bleibt und eine Spannung nicht bemerkt wird. Das Material weist insgesamt eine viel stärkere Rückstellkraft auf und schnellt innerhalb von weniger als 0,1 s in seine Ausgangsstellung zurück.
  • Wird ein Stab einem Permanentmagnetfeld von 68 Gauß ausgesetzt, so wird eine Shore-A-Härte im Inneren von 91 gemessen, während die äußere Hülle unverändert bleibt. Das Material weist insgesamt eine viel stärkere Rückstellkraft auf und schnellt innerhalb von weniger als 0,1 s in seine Ausgangsstellung zurück.
  • Wird ein weiterer Stab dieses Materials in ein magnetisches Wechselfeld von 500 kHz und 125 Gauß eingebracht, so wird innerhalb von 90 Sekunden eine Erwärmung des Kerns auf 36°C festgestellt, wodurch sich dessen Härte auf 42 Shore-A reduziert. Das Material ist jetzt weichelastisch und leicht verformbar. Bei Entfernen des Magnetfeldes findet eine Abkühlung innerhalb von 5 Minuten statt und das Material erhält seine ursprünglichen Eigenschaften zurück.
  • Die erfindungsgemäßen Materialien werden vor allem in der Medizintechnik, der Prothetik, im Rettungswesen, in der Schifffahrt, im Bootsbau, in der Militärtechnik und in der Raumfahrt eingesetzt. Ein Einsatzgebiet sind z. B. elastisch veränderliche Stützelemente zum Transport von Verletzten oder Tragen, deren elastische Eigenschaften in bestimmten Teilen zur Stützung der Personen verändert werden sollen. Weiterhin können die Materialien z. B. in Sitzen mit unterschiedlich elastischer oder Federfunktion eingesetzt werden, wobei durch das Anlegen der elektrischen oder magnetischen Felder bei Bedarf Härte und Elastizität eingestellt werden. Ein weiteres Einsatzgebiet liegt in der Prothetik, wo durch die von außen kontrollierbare Härte und Elastizität unterschiedliche Wirkungen nach Implantation erreicht werden können und die Verträglichkeit durch die umhüllende Schicht eingestellt wird. Weiterhin können die erfindungsgemäßen Materialien in der Medizintechnik, z. B. als elastische Kanülen oder als Stents eingesetzt werden. Im Bereich der Luft- oder Raumfahrt können die Materialen als Sitze oder Abschirmungen gegen Stöße verwendet werden, wobei die Härte in Abhängigkeit von der Belastung eingestellt werden kann.
  • Beispiele
  • Beispiel 1
  • In einem 50 ml-PP-Behälter mit Schraubdeckel werden 1,3 ml der Eisensalzstammlösung, die durch Lösen von 13,69 g Eisen(III)-chlorid-6-hydrat bzw. 5,25 g Eisen(II)-chlorid-4-hydrat jeweils in 25 ml destilliertem Wasser, Filtration und Vereinigung beider Eisensalzlösungen hergestellt wird, mit 10 ml Wasser verdünnt. Nach Zugabe von 2 ml konzentriertem Ammoniak wird mit Wasser bis 50 ml aufgefüllt und mittels Vortex® vermischt. Die entstandenen Magnetitpartikel werden mittels Magnet abgeschieden und die überstehende Flüssigkeit dekantiert. Die Partikel werden viermal mit Wasser gewaschen. Der pH-Wert der letzten Waschlösung wird überprüft und sollte neutral sein. Die Partikel besitzen eine Größe von 20 bis 50 nm. Die Partikel werden in 80 g PPG 2000 (Lupranol® 1000) resuspendiert und mittels Ultraturrax® gleichmäßig verteilt. Danach werden 20 g DPG zugesetzt und erneut homogenisiert. Man erhält ein Polyolgemisch, das 0,4 Gew.-% magnetische Nanopartikel enthält, und in dieser Form weiter verarbeitet wird.
  • Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Polyurethans werden 100 g des Polyolgemisches und 0,55 g N-Methylmorpholin mit 37 g 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI) in einer Zwei-Komponenten-Mischmaschine vermischt und das Gemisch auf einer Mathisanlage zu einer Folie von 2 mm Stärke gezogen. Die Härtung erfolgt 2 Stunden bei 70°C. Man erhält eine kompakte Folie mit der Shore-A-Härte von 57, die in einer Schneidmühle zu 4 mm-Granulat zerkleinert wird. Das Granulat wird unter Ausschluss von Feuchtigkeit gelagert.
  • Beispiel 2
  • In einen 2500 ml-Sulfierkolben mit Magnetrührer, Thermometer, Rückflusskühler und Pt100-Thermoelement werden 320 g Diethylenglykol, 320 g Dipropylenglykol und 100 g N-Methyl-N,N-(2-aminopropyl)amin gegeben und das Gemisch unter Rühren auf 160°C erwärmt. Zu dem Gemisch werden 1260 g Flocken eines PUR-Kaltformschaumstoffs gegeben und die Temperatur langsam auf 180°C gesteigert. Nach beendeter Zugabe wird die Temperatur weiter auf 200°C gesteigert und noch 30 Minuten gerührt. Das Gemisch wird abgekühlt und bei 80°C unter Rühren bei 0,1 Torr entgast. Das so erhaltene 17,2 Gew.-% reaktive nanoskalige Oligoharnstoffe mit einem Teilchendurchmesser von 38 bis 142 nm enthaltende Polyetheralkoholgemisch hat eine Hydroxylzahl von 284 mg KOH/g und eine Viskosität von 3540 mPas bei 25°C.
  • Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Polyurethans werden 200 g des oben hergestellten Polyolgemisches mit 400 g eines Polypropylenglykols 2000 (Lupranol® 1000) bei 50°C vermischt. Dieses Gemisch enthält 5,7 Gew.-% der reaktiven Nanopartikel und weist eine Hydroxylzahl von 132 mg KOH/g und eine Aminzahl von 16 mg KOH/g auf.
  • 38 g des Polyolgemisches werden nochmals entgast und mit 12,7 g MDI unter schnellem Rühren versetzt. Das Reaktionsgemisch wird auf eine PFTE-Platte gegossen. Nach einer Härtung bei Zimmertemperatur in 30 Minuten wird 0,5 Stunden bei 70°C nachgehärtet. Das Material mit einer Shore-A-Härte von 80 wird mit einer Schneidmühle zu 4 mm-Granulat zerkleinert. Dieses Granulat wird unter Luftausschluss gelagert.
  • Beispiel 3
  • Der Versuch von Beispiel 1 wird mit unterschiedlichen Isocyanatkennzahlen wiederholt. Folien werden mit Kennzahlen zwischen 60 und 120 hergestellt und die mechanischen und magnetischen Eigenschaften der Folien geprüft. Folien der Kennzahl 80 besitzen optimale magneto-mechanische Eigenschaften bei einer Shore-A-Härte von 66.
  • Beispiel 4
  • In einen Zwei-Komponenten-Extruder werden in die Zugabevorrichtung für die Komponente 1 (innen) das Granulat nach Beispiel 1 und in die Zugabevorrichtung für die Komponente 2 (außen) das Granulat nach Beispiel 2 gegeben. Das Verhältnis der beiden Komponenten wird über die Dosiervorrichtung auf 3 :1 eingestellt. Der Extruder ist mit einer Runddüse von 6 mm Durchmesser versehen. Die fünf Heizzonen werden ansteigend von 125°C auf 145°C eingestellt. Durch die kombinierte Extrusion wird ein 6 mm-Rundmaterial mit einer von außen gemessenen Shore-A-Härte von 72 erhalten.
  • Es wird ein Widerstand des Materials von 1670 Ω/cm gemessen. Bei Anlegen einer Gleichspannung von 4,5 V an 30 cm des Rundmaterials erfolgt innerhalb von 8 s eine Erhöhung der Shore-A-Härte auf 86.
  • Beispiel 5
  • Gemäß Beispiel 1 wird ein mit nanoskaligen Magnetitpartikeln beladenes Polyetheralkoholgemisch hergestellt, jedoch wird ein Verhältnis von Polypropylenglykol 2000 zu Dipropylenglykol von 90:10 verwendet. 100 g dieses Polyetheralkoholgemisches werden bei einer Isocyanatkennzahl von 90 mit 28 g 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat wie beschrieben umgesetzt. Das Granulat A weist eine Shore-A-Härte von 45 auf.
  • Gemäß Beispiel 2 wird ein Polyurethan mit nanoskaligen Oligoharnstoffen hergestellt, indem 100 g des Dispersionspolyols mit 600 g Polypropylenglykol 2000 vermischt werden. 63,3 g dieses Gemisches werden mit 13,75 g MDI wie beschrieben umgesetzt (Isocyanatkennzahl 110). Es wird ein Polyurethan-Granulat B der Shore-A-Härte 67 erhalten.
  • Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kompositwerkstoffs werden in einen Zwei-Komponenten-Extruder in die Zugabevorrichtung für die Komponente 1 (innen) das Granulat A und in die Zugabevorrichtung für die Komponente 2 (außen) das Granulat B gegeben. Das Verhältnis der beiden Komponenten wird über die Dosiervorrichtung auf 6:1 eingestellt. Der Extruder ist mit einer Runddüse von 6 mm Durchmesser versehen. Die fünf Heizzonen werden ansteigend von 125°C auf 145°C eingestellt. Durch die kombinierte Extrusion wird ein 6 mm-Rundmaterial mit einer äußeren Schicht von 0,7 mm und einer von außen gemessenen Shore-A-Härte von 56 erhalten.
  • Es wird ein Widerstand des Materials von 1790 Ω/cm gemessen. Bei Anlegen einer Gleichspannung von 4,5 V an 30 cm des Rundmaterials erfolgt innerhalb von 10 s eine Erhöhung der Shore-A-Härte auf 68.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • - F. Argall, Solid State Electronics, 11, 535–41, 1968 [0003]

Claims (26)

  1. Elektrisch oder magnetisch stimulierbare Materialien, die ihre mechanischen Eigenschaften bei Anlegen eines elektrischen Stromes, eines elektrischen oder magnetischen Feldes innerhalb sehr kurzer Zeit verändern, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mehrschichtenmaterial auf der Basis von Polyetherurethanen durch Extrusion oder Spritzguss hergestellt wird, wobei – die erste Schicht aus einem Polyetherurethan auf der Basis eines Polyetheralkohols der Hydroxylfunktionalität 1,95 bis 2,95 und der Molmasse 1000 bis 6000 mit eingelagerten und/oder in die Polymerkette eingebauten organischen Nanopartikeln, kurzkettigen Diolen, ggf. weiteren Zusatzstoffen und Di- und/oder Polyisocyanaten und – die zweite Schicht aus einem Polyetherurethan auf der Basis eines Polyetheralkohols der Hydroxylfunktionalität 1,95 bis 2,25 und der Molmasse 1000 bis 5000 mit eingelagerten und/oder in die Polymerkette eingebauten anorganischen Nanopartikeln, kurzkettigen Diolen, ggf. weiteren Zusatzstoffen und Di- und/oder Polyisocyanaten aufgebaut ist und sich die Schichten während des Prozesses auf Grund physikalischer oder chemischer Wechselwirkungen unlösbar miteinander verbinden, so dass dieses Kompositmaterial bei Anlegen einer Spannung oder in einem elektrischen oder Magnetfeld eine Ausrichtung der anorganischen Partikel erfährt, wodurch sich die Eigenschaften des Materials sprunghaft ändern und die äußere Umhüllung bzw. die außen liegende Schicht eine Wechselwirkung mit der Umgebung wirksam verhindert.
  2. Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht aufgebaut ist auf der Basis von nanoskaligen organischen Dispersionen in Polyetheralkoholen, die durch Depolymerisation von Polyurethan-Kaltformweichschaumstoffen mittels eines Glykolgemisches in Gegenwart eines Polyamins mit sekundären und primären Aminogruppen und anschließender Stabilisierung mit Polypropylenglykol und ggf. einem weiteren Glykol, einem oder mehreren Glykolen als Kettenverlängerer sowie einem Diisocyanat.
  3. Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht aufgebaut ist auf der Basis von nanoskaligen organischen Dispersionen in Polyetheralkoholen, die durch Depolymerisation von Harnstoff-Formaldehyd-Kondensaten mittels Glykolen und Wasser hergestellt wurden, einem oder mehreren Glykolen als Kettenverlängerer sowie einem Diisocyanat.
  4. Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht aufgebaut ist auf der Basis von Polyetheralkoholen mit darin dispergierten nanoskaligen Metalloxiden, Metalloxidhydraten und/oder Metallhydroxiden der Eisenmetalle, einem oder mehreren Glykolen als Kettenverlängerer sowie einem Diisocyanat.
  5. Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht aufgebaut ist auf der Basis von Polyetheralkoholen mit darin dispergierten nanoskaligen komplexen Mischoxiden oder Mischhydroxiden von Eisenmetallen und Silizium, Germanium, seltenen Erdmetallen als Träger sowie einem oder mehreren Glykolen als Kettenverlängerer sowie einem Diisocyanat.
  6. Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht aufgebaut ist auf der Basis von Polyetheralkoholen mit darin dispergierten nanoskaligen komplexen Eisenmischoxiden sowie einem oder mehreren Glykolen als Kettenverlängerer sowie einem Diisocyanat.
  7. Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht aufgebaut ist auf der Basis von Polyetheralkoholen mit darin dispergierten nanoskaligen komplexen Gemischen mit Mangan-, Kobalt- oder Nickeloxiden sowie einem oder mehreren Glykolen als Kettenverlängerer sowie einem Diisocyanat.
  8. Verfahren zur Herstellung von elektrisch stimulierbaren Materialien, die ihre mechanischen Eigenschaften bei Anlegen eines elektrischen Stromes, eines elektrischen oder magnetischen Feldes innerhalb sehr kurzer Zeit verändern, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mehrschichtenmaterial auf der Basis von Polyetherurethanen durch Extrusion, Gießen oder Spritzguss hergestellt wird, wobei – die erste Schicht aus einem Polyetherurethan auf der Basis eines Polyetheralkoholgemisches aus mindestens einem langkettigen hydroxyldifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem langkettigen hydroxyltrifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem kurzkettigen Diol und mindestens einem Diisocyanat ggf. in Gegenwart von Katalysatoren oder weiteren Zusatzstoffen der Hydroxylfunktionalität 1,95 bis 2,95 und der Molmasse 1000 bis 6000 mit eingelagerten und/oder in die Polymerkette eingebauten organischen Nanopartikeln, kurzkettigen Diolen und Di- und/oder Polyisocyanaten und – die zweite Schicht aus einem Polyetherurethan auf der Basis eines Polyetheralkoholgemisches aus mindestens einem langkettigen hydroxyldifunktionellen Polyetheral kohol, mindestens einem langkettigen hydroxyltrifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem kurzkettigen Diol und mindestens einem Diisocyanat ggf. in Gegenwart von Katalysatoren oder weiteren Zusatzstoffen, wobei in mindesten einem Polyetheralkohol zwischen 0,1 und 15 Gew.-% nanoskalige, magnetsuszeptible Partikel enthalten sind, der Hydroxylfunktionalität 1,95 bis 2,25 und der Molmasse 1000 bis 5000 mit eingelagerten und/oder in die Polymerkette eingebauten anorganischen Nanopartikeln, kurzkettigen Diolen und Di- und/oder Polyisocyanaten aufgebaut ist und sich die Schichten während des Prozesses auf Grund physikalischer oder chemischer Wechselwirkungen unlösbar miteinander verbinden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompositmaterial aus Granulaten, die den vorgesehenen Schichten in ihrer Zusammensetzung entsprechen, mittels Mehrschichtextrusion hergestellt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompositmaterial aus Granulaten, die den vorgesehenen Schichten in ihrer Zusammensetzung entsprechen, mittels Mehrschichtspritzguss hergestellt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompositmaterial aus Vormischungen, die den vorgesehenen Schichten in ihrer Zusammensetzung entsprechen, mittels Reaktionsextrusion aus zwei oder mehr getrennt dosierten Produktströmen hergestellt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompositmaterial aus Vormischungen, die den vorgesehenen Schichten in ihrer Zusammensetzung entsprechen, mittels Reaktionsspritzguss aus zwei oder mehr getrennt dosierten Produktströmen hergestellt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompositmaterial aus zwei Vormischungen, die den vorgesehenen Schichten in ihrer Zusammensetzung entsprechen, mittels Reaktionsextrusion aus zwei getrennt dosierten Produktströmen hergestellt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompositmaterial aus zwei reagierenden Gemischen, bestehend aus (a) einer ersten Komponente aus einem Gemisch aus Polyetheralkohol der Hydroxylfunktionalität 1,95 bis 2,95 und der Molmasse 1000 bis 6000 mit 1 bis 25 Gew.-% dispergierten organischen Nanopartikeln, kurzkettigen Diolen ggf. weiteren Zusatzstoffen und einer zweiten Komponente aus Di- und/oder Polyisocyanaten, die mit einer Isocyanatkennzahl zwischen 60 und 120 miteinander nach Vermischung zur Reaktion gebracht werden und (b) einer zweiten Komponente aus einem Gemisch aus einem oder mehreren Polyetheralkoholen der Hydroxylfunktionalität 1,95 bis 2,55 und der Molmasse 1000 bis 4000 mit 1 bis 15 Gew.-% dispergierten anorganischen Nanopartikeln, kurzkettigen Diolen ggf. weiteren Zusatzstoffen und einer zweiten Komponente aus Di- und/oder Polyisocyanaten, die mit einer Isocyanatkennzahl zwischen 60 und 110 miteinander nach Vermischung zur Reaktion gebracht werden und beide Produktströme derart miteinander in laminarer Strömung kombiniert werden, dass eine äußere Hülle aus der ersten Komponente von 0,05 bis 2 mm und ein innerer Kern in dieser Hülle aus der zweiten Komponente von 0,5 bis 25 mm Durchmesser gebildet wird.
  15. Verfahren zur Erzeugung mechanischer Eigenschaftsveränderungen von polymeren Kompositmaterialien, dadurch gekennzeichnet, das an diese Materialien eine elektrische Spannung angelegt wird.
  16. Verfahren zur Erzeugung mechanischer Eigenschaftsveränderungen von polymeren Kompositmaterialien, dadurch gekennzeichnet, das diese Materialien einem Magnetfeld ausgesetzt werden.
  17. Verfahren zur Erzeugung mechanischer Eigenschaftsveränderungen von polymeren Kompositmaterialien, dadurch gekennzeichnet, das an diese Materialien einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt werden.
  18. Verfahren zur Erzeugung mechanischer Eigenschaftsveränderungen von polymeren Kompositmaterialien nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, das diese Materialien mittels eines magnetischen Wechselfeldes eine Temperaturerhöhung erzeugt wird.
  19. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Wirkung durch Einarbeiten von Elektroden in den Formkörper auf der Basis (a) eines Polyetherurethans aus mindestens einem langkettigen hydroxyldifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem langkettigen hydroxyltrifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem kurzkettigen Diol und mindestens einem Diisocyanat ggf. in Gegenwart von Katalysatoren oder weiteren Zusatzstoffen, so dass eine leitende Verbindung zum Material mit nanoskaligen Metalloxidpartikeln hergestellt wird, und (b) einer Schicht von 10 bis 1000 μm eines aus einem nanoskaligen PHD-Polyol mit 4 bis 20 Gew.-% Oligoharnstoffteilchen, 10 bis 75 Mol-% der Hydro xylgruppen an Dipropylenglykol und einer stöchiometrischen Menge an 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat umhüllt durch Anlegen einer elektrischen Spannung von 0,1 bis 100 V bei 0,01 mA bis 0,5 A erzeugt wird, wodurch sich die nanoskaligen Partikel in die Richtung des elektrischen Stromes ausrichten und dadurch eine Versteifung des Materials bewirken.
  20. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einarbeiten von Elektroden in den Formkörper auf der Basis eines Polyetherurethans aus mindestens einem langkettigen hydroxyldifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem langkettigen hydroxyltrifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem kurzkettigen Diol und mindestens einem Diisocyanat ggf. in Gegenwart von Katalysatoren oder weiteren Zusatzstoffen, so dass eine leitende Verbindung zum Material mit nanoskaligen Metalloxid- oder Metallsilikatpartikeln hergestellt wird, und Anlegen einer elektrischen Spannung von 0,1 bis 100 V bei 0,01 mA bis 0,5 A erzeugt, wodurch sich die nanoskaligen Partikel gegeneinander bewegen, dadurch einen piezoelektrischen Effekt erzeugen, der mit einer positiven oder negativen Temperaturänderung verbunden ist und dadurch eine Versteifung oder Elastifizierung des Materials bewirkt wird und dieses erste Material mit einer Schicht von 150 μm eines aus einem nanoskaligen PHD-Polyol mit 4 bis 20 Gew.-% Oligoharnstoffteilchen, 10 bis 75 Mol-% der Hydroxylgruppen an Dipropylenglykol und einer stöchiometrischen Menge an 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat umhüllt ist.
  21. Formkörper zur Reaktion auf ein permanentmagnetisches Feld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formkörper auf der Basis (a) eines Polyetherurethans aus mindestens einem langkettigen hydroxyldifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem langkettigen hydroxyltrifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem kurzkettigen Diol und mindestens einem Diisocyanat ggf. in Gegenwart von Katalysatoren oder weiteren Zusatzstoffen sowie mit 0,1 und 15 Gew.-% nanoskaligen magnetsuszeptiblen Metalloxidpartikeln und (b) einer Schicht von 10 bis 1000 μm eines aus einem nanoskaligen PHD-Polyol mit 4 bis 20 Gew.-% Oligoharnstoffteilchen, 10 bis 75 Mol-% der Hydroxylgruppen an Dipropylenglykol und einer stöchiometrischen Menge an 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat umhüllt hergestellt und durch Einwirken eines magnetischen Feldes von 10 bis 100 000 Gauß angeregt wird, wodurch sich die nanoskaligen Partikel in Richtung der magnetischen Kraftlinien ausrichten und dadurch eine Versteifung des Materials durch die quasi als faserförmige Verstärkungsmaterialien wirkenden Metalloxidpartikelstränge bewirken.
  22. Formkörper zur Reaktion auf ein magnetisches Wechselfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als Komposit auf der Basis (a) eines Polyetherurethans aus mindestens einem langkettigen hydroxyldifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem langkettigen hydroxyltrifunktionellen Polyetheralkohol, mindestens einem kurzkettigen Diol und mindestens einem Diisocyanat ggf. in Gegenwart von Katalysatoren oder weiteren Zusatzstoffen sowie mit 0,25 und 15 Gew.-% nanoskaligen magnetsuszeptiblen Metalloxidpartikeln mit einer Teilchengröße zwischen 10 und 120 nm und (b) einer Schicht von 10 bis 1000 μm eines aus einem nanoskaligen PHD-Polyol mit 4 bis 20 Gew.-% Oligoharnstoffteilchen, 10 bis 75 Mol-% der Hydroxylgruppen an Dipropylenglykol und einer stöchiometrischen Menge an 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat umhüllt hergestellt, durch Einwirken eines magnetischen Wechselfeldes von 10 bis 100 000 Gauß und mit einer Frequenz von 10 bis 5000 kHz eine Schwingung der nanoskaligen Partikel erzeugt und dadurch eine Erwärmung des Materials bewirkt wird, wodurch der Glasübergangsbereich des Polymeren überschritten und dadurch reversibel eine Verringerung der Härte und eine höhere Elastizität erzeugt werden.
  23. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Form von mindestens zwei Schichten aufweisenden runden oder profilierten Stäben hergestellt werden.
  24. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Form von würfelförmigen, quaderförmigen oder kugelförmigen, mindestens einen inneren Kern und eine äußere Isolationsschicht aufweisenden Gegenständen hergestellt werden.
  25. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Form von flächigen Materialien aus mindestens drei Schichten mit einer auf ein äußeres magnetisches oder elektrisches Feld reagierenden inneren Schicht und jeweils mindestens einer äußeren isolierenden Schicht aufgebaut sind.
  26. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie würfelförmig, quaderförmig oder kugelförmig sind und aus einem Kern des auf ein äußeres magnetisches oder elektrisches Feld reagierenden Materials und einer äußeren isolierenden Schicht aufgebaut sind.
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