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Technisches Gebiet
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Diese
Offenbarung betrifft die Verwendung einer monolithischen Beschichtung
für Airbagstoffe. Die flammwidrige Beschichtungszusammensetzung
verleiht dem Airbag gewünschte Eigenschaften wie Gasretention,
Flammwidrigkeit und Alterungsstabilität, die Eigenschaften
vergleichbar sind, die in der Vergangenheit unter Verwendung von
multiplen Beschichtungsschichten erzielt wurden. Die Beschichtungszusammensetzung fügt
eine Mischung von zumindest zwei unterschiedlichen Urethanen ein.
Das erste Urethan in der Mischung fungiert als Gas zurückhaltende
Urethanverbindung. Das zweite Urethan ist ein weicheres 100%iges
Polycarbonatpolyurethan, das als Urethanverbindung für
die Alterungsstabilität fungiert. Der hauptsächliche
Vorteil dieser Beschichtungszusammensetzung liegt darin, dass sie
die gewünschten Eigenschaften eines zweischichtigen Beschichtungssystems
erreicht, selbst wenn sie als eine Einzelschicht verwendet wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Früher
wurden Airbags mit einer oder mehreren Schichten aus einem polymeren
Material beschichtet, zur Verstärkung ihrer Leistung, zum
Beispiel durch Verhinderung der unerwünschten Permeation
von Luft durch den Stoff und, in einem geringeren Ausmaß,
durch Schutz des Stoffes gegenüber Beschädigung aufgrund
der Aussetzung gegenüber heißen Gasen, die zum
Aufblasen der Airbags verwendet werden. Polychloropren war das Polymer
der Wahl bei der frühen Entwicklung der beschichteten Airbags.
Anschließend wurde Polychloropren nahezu universell durch
Materialien auf Silikonbasis ersetzt.
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Neuere
Designs für Airbags, insbesondere solche, die an den Seiten
der Fahrzeuginsassenabteile angeordnet sind, führt zu dem
Erfordernis, dass die Airbags bei Verwendung den Druck länger
halten. Das Erfordernis von längeren Luftretentionszeiten
und die Verwendung von geringeren Beschichtungsgehalten des Silikonpolymers
haben die Wirkung aufgezeigt, dass eine natürlich schmierende
Silikonbeschichtung ermöglichen kann, dass sich die Garne
in dem Airbagstoff verschieben, wenn ein genähter Saum
beansprucht wird. Diese Verschiebung kann zum Ausfließen
des Aufblasgases durch Poren führen, die von den verschobenen Garnen
gebildet sind.
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In
der Vergangenheit wurden verlängerte Druckretentionszeiten
erzielt, indem eine erste Schicht aus einem gasrückhaltenden
Polymer (wie einem silikonhaltigen Polymer) auf die Stoffoberfläche
aufgetragen und dann eine zweite, eine Schutzschicht, über
die erste Schicht auferlegt wird. Diese Schutzschicht verhindert, dass
die Airbagbeschichtung an sich selbst haftet, wenn sie gefaltet
und gelagert wird (ein Zustand, der als „Blockade” bekannt
ist) und schützt ebenfalls die erste gasrückhaltende
Schicht vor einer Schädigung durch Altern, Abrieb und dergleichen.
In den meisten Situationen hilft die zweite Schicht ebenfalls zur
Minimierung der Brennrate des Airbags, um Brenntesterfordernissen
gemäß Federal Motor Vehicle Safety Standard (FMVSS)
302 zu erfüllen.
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Verschiedene
Beschichtungssysteme wurden gefördert, wobei Silikon mit
unterschiedlichen Polymeren im gleichen Polymernetzwerk kombiniert
wird. Beispielsweise sind solche Beschichtungssysteme auf Silikonbasis
in den
US-Patenten 6,348,543 ;
6,468,929 ;
6,545,092 ;
6,846,004 und der US-Patentanmeldung 2005-0100692,
alle von Parker, die alle hierin durch Bezugnahme eingefügt
sind, beschrieben.
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Verschiedene
vielschichtige Beschichtungssysteme wurden ebenfalls angegeben.
In dieser Beziehung werden beispielhafte Vielschichtsysteme in den
US-Patenten 6,239,046 ;
6,641,686 ;
6,734,123 und
6,770,578 , alle von Veiga, und
6,177,365 und
6,177,366 von Li angegeben, die hierin
durch Bezugnahme vollständig eingefügt werden.
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Airbaghersteller
haben diese und andere Lösungen verwendet, um sich mit
den multiplen Problemen zu befassen, die mit der Bildung einer geeigneten
Beschichtungszusammensetzung assoziiert sind. Spezifisch muss die
Airbagbeschichtung die notwendigen Gasretentionseigenschaften beim
Airbag ergeben. Es ist ebenfalls gewünscht, dass die Beschichtung
dem Airbag eine Flammwidrigkeit verleiht. In dieser Beziehung wurde die
Flammwidrigkeit typischerweise durch Einfügen von Flammwidrigkeitsadditiven
in die obere(n) Schicht(en) einer vielschichtigen Beschichtung erzielt,
weil die Einfügung von Flammwidrigkeitsadditiven zur Stoffkontaktschicht
die Gasretention beeinträchtigen kann. Eine andere gewünschte
Eigenschaft ist das Vermeiden des sogenannten „Blockierens”,
worin die Beschichtungszusammensetzungen dazu neigen, aneinander
zu haften, wenn die Airbags gefaltet und über lange Zeitperioden
gelagert werden. Schließlich ist ein anderes gewünschtes
Merkmal das Erfordernis für die Airbagbeschichtung, gegenüber
Alterung stabil zu sein, was bedeutet, dass die Beschichtung im
Verlauf der Zeit und unter extremen Bedingungen von Wärme
und/oder Feuchtigkeit sich nicht abbaut.
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Wie
es am Besten verstanden wird, sind einzelne Beschichtungsschichten
im Allgemeinen für die Erfüllung dieser verschiedenen
Probleme mangelhaft. Somit hat die Verwendung der Vielschichtbeschichtungen eine
relativ breite Akzeptanz erzielt. Die Beschichtungszusammensetzung
auf Urethanbasis gemäß dieser Offenbarung kann
als monolithische Beschichtungsschicht für Airbags mit
Leistungseigenschaften verwendet werden, die solchen der früheren
vielschichtigen Beschichtung vergleichbar sind. Demzufolge gibt
diese Offenbarung eine nützliche Verbesserung bezüglich
des Standes der Technik an.
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Zusammenfassung
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Diese
Erfindung bietet Vorteile und Alternativen gegenüber dem
bekannten Stand der Technik, indem Beschichtungszusammensetzungen
angegeben werden, die als monolithische Beschichtungsschicht für
Airbags verwendet werden können. Bevorzugt umfassen diese
Beschichtungszusammensetzungen zumindest zwei unterschiedliche Urethanbestandteile,
die miteinander vermischt werden. Zumindest einer der Urethanbestandteile
ist ein Hybrid aus Polycarbonat und zumindest einem anderen Polyol
wie Polyether, das Gasrückhalteeigenschaften ergibt. Ein
anderer Urethanbestandteil ist ein 100%iges Polyurethan auf Polycarbonatbasis,
das eine Alterungsstabilität ergibt. Das gasrückhaltende
Urethan kann gekennzeichnet sein, dass es eine hohe Zugfestigkeit
beim Bruch, hohe Dehnung beim Bruch und einen 100% Modul im Bereich
von etwa 800 bis etwa 1.200 PSI aufweist. Die resultierende Beschichtungszusammensetzung
(das heißt die Mischung) führt zu einem Produkt,
das einen höheren Temperaturerweichungspunkt aufweist und
gleichzeitig zu einem Polymer mit einem 100% Modul von weniger als
etwa 1.000 PSI führt. Bei Anwendung als Einzelschicht bei einem
Airbagstoff führt die Beschichtung zu einem Airbag mit
guter Gasretention und Alterungsstabilität. Die Flammwidrigkeit
kann durch ein Additiv erhalten werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 ist
ein Diagramm, das die Leckraten im Verlaufe der Zeit von Airbags,
die mit der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung
beschichtet sind, im Vergleich zum zweischichtigen Beschichtungssystem
zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Urethanerzeugung
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Gemäß einer
beispielhaften und möglicherweise bevorzugten Praxis werden
zwei unterschiedliche Urethanbestandteile bevorzugt in einer wässrigen
Dispersion miteinander vermischt, zur Erzeugung der erfindungsgemäßen
Beschichtungszusammensetzung. Das erste Urethan ist so gestaltet,
dass ausgezeichnete Gasrückhalteeigenschaften erzielt werden,
und wird als solches hierin als Gasrückhalteurethan bezeichnet. Das
Gasrückhalteurethan ist dadurch gekennzeichnet, dass es
eine hohe Zugfestigkeit beim Bruch (zum Beispiel zumindest 2.500
PSI), hohe Dehnung beim Bruch (zum Beispiel zumindest 300%) und
einen 100% Modul von weniger als etwa 1.200 PSI und mehr bevorzugt
etwa 800 bis etwa 1.200 PSI, gemessen entsprechend ASTM
D882-Standardtesttechnik, aufweist. Als Beispiel ist ein
beispielhaftes Gasrückhalteurethan, das solche Eigenschaften
zur Verfügung stellt, ein Hybridpolyurethan, gebildet durch
Verwendung einer Kombination aus einem Polycarbonat und Polyetherpolyol
in einem Verhältnis von 80:20.
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Das
zweite Urethan wird gestaltet, zum Erhalt einer ausgezeichneten
Resistenz gegenüber Alterung und wird als solches als Alterungsstabilitätsurethan
bezeichnet. In der beispielhaften Praxis wird das zweite Urethan
unter Verwendung eines 100% Polycarbonatpolyols synthetisiert und
ist gekennzeichnet durch ein 100% Polycarbonat-Polymerrückgrat.
Das Alterungsstabilitätspolyurethan, das in dieser Anmeldung
verwendet wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen 100% Modul
von weniger als etwa 800 PSI, mehr bevorzugt im Bereich von etwa
400 PSI bis etwa 800 PSI und am meisten bevorzugt etwa 400 bis etwa
675 PSI aufweist. Mit anderen Worten ist das resultierende Polycarbonatpolyurethan
weicher als das Hybridgasrückhalteurethan.
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Das
Verhältnis des Gasrückhaltepolyurethans zum Alterungsstabilitätspolyurethan
ist bevorzugt im Bereich von etwa 80/20 bis 50/50, bezogen auf das
Gewicht. In einem Beispiel ist das Verhältnis des Gasrückhaltepolyurethans
zum Alterungsstabilitätspolyurethan etwa 63/37. In einem
anderen möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Verhältnis des Gasrückhaltepolyurethans
zum Alterungsstabilitätspolyurethan 60/40. Diese Verhältnisse – die
jeweils zumindest 50% des Gasrückhaltepolyurethans umfassen – ergeben
Beschichtungsformulierungen, die eine gute Ausgewogenheit der Gasretention
und Alterungsstabilitätseigenschaften entfalten.
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Zur
Erzeugung der oben erwähnten gewünschten Polyurethane
werden die Ausgangsmaterialien, molaren Verhältnisse und
Reaktionsbedingungen für die Produktion eines jeden Urethanbestandteils
ausgewählt. Die Ausgangsmaterialien umfassen typischerweise
ein oder mehrere Polyole, Isocyanat und Kettenverlängerer.
Das molare Verhältnis der Polyolverbindungen zur Isocyanatverbindung
ist bevorzugt in der Größenordnung von 0,5:1 bis
0,98:1.
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Bevorzugte
Polyole zur Erzeugung eines Polyurethans umfassen Polycarbonatpolyole,
Polyetherpolyole, Diole auf Silikonbasis, Diole auf Olefinbasis,
Polyesterdiole und Kombinationen davon, wobei die Strukturen davon
unten mit den Formeln (I) bis (VI) gezeigt sind. Ein oder mehrere
Polycarbonatpolyole können verwendet werden, zur Erzeugung
des Alterungsstabilitätspolyurethanbestandteils zur Verwendung
in der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung.
Ein einzelnes Polyol kann für das Gasrückhaltepolyurethan
verwendet werden, obwohl zwei oder mehrere Polyole stattdessen verwendet
werden können. Beispielsweise und ohne Beschränkung
können Mischungen aus Polycarbonatpolyol und Polyetherpolyol
(zum Beispiel in Verhältnissen von etwa 80/20 bis etwa
50/50) verwendet werden, zur Erzeugung einer geeigneten Gasrückhaltepolyurethanverbindung
zur Verwendung als Bestandteil in der erfindungsgemäßen
Beschichtungszusammensetzung.
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Polycarbonatpolyole
umfassen Verbindungen mit einer Struktur gemäß den
unten gezeigten Strukturen (I) und (II):
worin
R und R
1 ausgewählt sind aus der
Gruppe bestehend aus aliphatischen und aromatischen Radikalen, worin
R
2 ausgewählt ist aus der Gruppe
bestehend aus aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppen mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen
und alicyclischen Kohlenwasserstoffgruppen mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen
und n eine ganze Zahl von 2 bis 20 ist. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel ist R (CH
2)
6, was zu einem Polycarbonatpolyol mit einem
durchschnittlichen Molekulargewicht (M
n)
von etwa 2.000 führt.
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Beispielhafte
Polyetherpolyole umfassen Verbindungen mit einer Struktur gemäß der
unten gezeigten Struktur (III):
worin n eine ganze Zahl zwischen
5 und 68 ist. Ein repräsentatives Polyol ist Polypropylenglycol
mit einem Molekulargewicht (M
n) zwischen
400 und 4.000. In dieser Klasse von Polyolen sind ebenfalls Diole
auf Olefinbasis enthalten, die Verbindungen mit einem Polyethylen,
Polypropylen oder Polyolefincopolymer umfassen, worin das Copolymer
eine Hydroxylgruppe in einer End- und/oder Seitenkettenposition
aufweist.
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Beispielhafte
Diole auf Silikonbasis umfassen Verbindungen mit einer chemischen
Struktur gemäß der Struktur (IV) unten: HO-R1-[-OSiR2R3-]-R4-OH (IV)worin R1 und R4 unabhängig
ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus aromatischen
und aliphatischen Radikalen und worin R2 und
R3 unabhängig ausgewählt
sind aus der Gruppe, bestehend aus Methylradikalen, Hydroxylradikalen,
Phenylradikalen und Wasserstoff.
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Beispielhafte
Diole auf Polyesterbasis umfassen die beiden Verbindungen, deren
chemische Strukturen (V) und (VI) unten gezeigt sind:
Polybutandioladipat
Polycaprolactonpolyol worin R ausgewählt ist aus der Gruppe
bestehend aus aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen
und alicyclischen Kohlenwasserstoffgruppen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen,
und worin n eine ganze Zahl ist, ausgewählt für
den Erhalt eines M
n für das Polyol
von etwa 1.000 bis etwa 2.400.
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Aufgrund
ihrer Farb- und Wärmestabilität können
aliphatische Isocyanate für die Reaktion mit den oben beschriebenen
Polyolen bevorzugt sein. Geeignete aliphatische Isocyanate umfassen
1,6-Hexamethylendiisocyanat (HDI), Isophorandiisocyanat (IPDI),
hydriertes Methylendiphenyldiisocyanat (HMDI) und α,α,α',α'-Tetramethyl-m-xylendiisocyanat
(m-TMXDI), sind aber nicht hierauf beschränkt.
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In
einigen Fällen kann es gewünscht sein, einen Katalysator
zur Förderung der Reaktion zwischen dem polymeren Diol
und der Isocyanatverbindung zu verwenden. Geeignete Katalysatoren
umfassen tertiäre Amine, organische Zinnverbindungen und
andere Katalysatoren, die für diesen Zweck bekannt sind.
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Typischerweise
werden Polyurethandispersionen auf Wasserbasis unter Verwendung
einer 2-stufigen Synthese produziert. Die ersten Stufe beinhaltet
die Herstellung eines hydrophoben Polyurethanoligomers mit verhältnismäßig
niedrigem Molekulargewicht mit terminalen Isocyanatgruppen. Dieses
Oligomer mit verhältnismäßig geringem
Molekulargewicht ist das Reaktionsprodukt eines multifunktionellen
(üblicherweise bifunktionellen) Isocyanates mit Polyhydroxyverbindungen
zur Erzeugung einer NH-COO-Urethanbindung. Eine solche Reaktion
ist unten gezeigt, worin das Polyol und das Isocyanat durch allgemeine
Strukturen dargestellt sind. Für Synthesen auf Wasserbasis
ist zumindest eine der Polyhyroxyverbindungen von ionischer Struktur, typischerweise
eine organische Dihydroxysäure wie Dimethylolpropionsäure
(DMPA).
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Eine
repräsentative Reaktion ist unten gezeigt.
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Eine
große Vielzahl an Polyhydroxyverbindungen, die für
diese Synthesereaktion verfügbar sind, führt zur
Vielseitigkeit des Polyurethanpolymers.
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Aufgrund
der selektiven Reaktivität des Polyisocyanates ist die
Säurefunktionalität der organischen Dihydroxysäureverbindung
extrem langsam reagierend im Vergleich zu primären oder
sogar sekundären Hydroxylgruppen. Dieser Reaktivitätsunterschied
ermöglicht die Reaktion der Hydroxylgruppen von den Polyolen – einschließlich
den Hydroxylgruppen von der organischen Dihydroxysäure – mit überschüssigem
Polyisocyanat, unter Erhalt des Isocyanatterminierten Polyurethanoligomers,
das oben gezeigt ist, das eine bestimmbare Menge an ionischer Funktionalität
aufweist, die innerhalb des Oligomerrückgrates aufgebaut
ist. Wie oben gezeigt erfolgt die ionische Funktionalität
aufgrund des Vorhandenseins der Carbonsäuregruppen. Es
ist ebenfalls zu verstehen, dass Verbindungen mit Schwefelsäuregruppen
(SO3H) anstelle der Carbonsäuregruppen stattdessen
verwendet werden können.
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Durch
Kombination einer großen Vielzahl an Polyhydroxyverbindungen
und durch eine oder mehrere Auswahlmöglichkeiten an Polyisocyanatverbindungen
gibt es die Möglichkeit, die Leistungseigenschaften genau
zu konstruieren, um spezifische erforderliche Parameter zu erfüllen,
die von einem extrem geringen Modul mit Oberflächenklebrigkeit
bis zu einem geringen Modul mit hoher Zugfestigkeit und Dehnung
zum hohen Modul mit hoher Zugfestigkeit bis zur extrem niedrigen
Dehnung und Sprödigkeit liegen kann. Im Bereich der Airbagbeschichtungen
ist es gewünscht, eine Beschichtung mit verhältnismäßig
hoher Zugfestigkeit, hoher Dehnung und niedriger Klebrigkeit zur
Verfügung zu stellen.
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Das
oben gezeigte Isocyanat-terminierte Polyurethanoligomer ist typischerweise
ziemlich viskos. Als Ergebnis muss ein Dispersionslösungsmittel
das Oligomer verdünnen. Am häufigsten wird N-Methylpyrrolidon (NMP)
für diesen Zweck verwendet.
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Die
zweite Produktionsstufe der gewünschten Polyurethanverbindungen
beinhaltet das Komplexieren der ionischen Funktionalität,
die im hydrophoben (Ölbasis) Oligomer vorhanden ist, um
ein wasserdispergierbares (hydrophiles) Urethanpräpolymer
zu kreieren. Das hydrophile Urethanpräpolymer kann dann
unter mittleren Scherbedingungen dispergiert werden. Typischerweise
wird ein solches Komplexieren durch Einfügen einer Base
wie eines flüchtigen tertiären Amins (dargestellt
als NEt3 in der unten gezeigten Reaktion)
erzielt.
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Stahl
USA, Inc. aus Peabody, MA; Bayer MaterialScience, LCC aus Pittsburgh,
PA; und Hauthaway Corporation aus Lynn, MA stellen jeweils ein oder
mehrere kommerziell erhältliche Gasrückhalturethane
her, die zur Verwendung in den erfindungsgemäßen
Beschichtungsformulierungen geeignet sind. Ebenfalls stellen Stahl
USA, Inc, Bayer, LCC und Hauthaway Corporation kommerziell erhältliche
Alterungsstabilitätsurethane, die hierin eingefügt
sind.
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Additive
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Nach
dem Dispergieren werden die hydrophilen Urethanpräpolymere
(oben als Reaktionsprodukt gezeigt) mit einer multifunktionellen
Aminverbindung verlängert, die schnell mit den terminalen
Isocyanatgruppen reagiert, zum Kreieren von Polyharnstoffbindungen
und zur Förderung des Kettenwachstums. Auf diese Weise wird
das Molekulargewicht des Polyurethanharzes weiterhin erhöht.
Multifunktionelle Aminverbindungen umfassen irgendein organisches
Molekül mit zumindest zwei primären Amingruppen
wie Ethylendiamin, Hexamethyldiamin, Hydrazin und dergleichen. Erneut
gibt es eine signifikante Vielseitigkeit bei den Arten von Aminverbindungen,
die für diesen Zweck verwendet werden können,
weil das Molekulargewicht dieser Verbindungen von etwa 32 (für
Hydrazin) bis über 3.000 (für Polyetheramine)
reicht. Die Menge der Aminverbindung, die eingefügt wird,
wird auf der Basis der Menge des Isocyanates berechnet, das in der
hydrophoben Urethanverbindung zum Zeitpunkt der Dispersion vorhanden
ist. Am häufigsten sind die Aminverbindungen in einer Menge von
etwa 75% bis etwa 95%, als molares Verhältnis, der Isocyanatverbindungen
vorhanden.
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Die
Beschichtungszusammensetzungen, die hierin beschrieben sind, sind
besonders geeignet für die Beschichtung von Airbagstoffen
und Airbags. Die Beschichtungszusammensetzung kann eine oder mehrere der
folgenden wahlweisen Additive enthalten: Flammwidrigkeitsmittel,
Verdicker, Rheologiemodifizierer, Antiblockiermittel, Färbemittel
oder Pigmente, Wärme- oder UV-Stabilisatoren, Antioxidanzien,
Vernetzungsmittel, Adhäsionsförderer, Füllstoffe,
synergistische Verbindungen für die Entzündbarkeit,
Plastifizierer, Entschäumer und dergleichen. Bevorzugt
werden Rheologiemodifizierer und Verdicker zugegeben, um die Viskosität
der Beschichtungsformulierung zwischen etwa 30.000 und etwa 45.000
Centipoise und mehr bevorzugt zwischen etwa 35.000 und etwa 40.000
Centipoise einzustellen.
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Synergistische Mittel
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Synergistische
Mittel sind Verbindungen, die einige Eigenschaften der Komponenten
für die Airbagbeschichtungsformulierungen verstärken.
Die gewünschte Menge der synergistischen Verbindungen kann
in das Urethan während der Kettenverlängerungsstufe
eingefügt werden, wenn das Urethan dispergiert ist, oder
kann in die Urethandispersion nachträglich zugegeben werden,
sobald das Urethan hergestellt ist.
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Einige
synergistische Verbindungen haben flammwidrige Eigenschaften. Viele
dieser flammwidrigen synergistischen Verbindungen entfalten keine
signifikanten flammwidrigen Eigenschaften, wenn sie alleine verwendet
werden. Jedoch erhöhen diese synergistischen Verbindungen
die gesamte Wirksamkeit der flammwidrigen Beschichtungszusammensetzung,
selbst wenn sie in Mengen von nur etwa 5% bis etwa 10 Gew.-% der
Beschichtungszusammensetzung vorliegen.
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In
den flammwidrigen Beschichtungsformulierungen ist die Verwendung
der Metalloxide als synergistische Verbindung in Organohalogensystemen
ziemlich gewöhnlich. Von diesen wurden drei Oxide als besonders
nützlich festgestellt. Diese sind Antimontrioxid, Antimonpentoxid
und Natriumantimonit. Decabromdiphenylethan kann ebenfalls als flammwidriges
Mittel verwendet werden.
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Anwendung bei Airbagstoffen
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Jede
der beiden Polyurethanverbindungen kann gemäß den
oben gezeigten Reaktionen synthetisiert; in das hydrophile Präpolymer
umgewandelt, in Wasser mit Tensiden, Entschäumern und anderen
Mitteln nach Bedarf oder nach Wunsch dispergiert und zum gewünschten
Molekulargewicht verlängert werden. Die beiden separaten
Dispersionen (das heißt die Dispersion aus dem Gasrückhaltepolurethan
und die Dispersion aus dem Alterungsstabilitätspolyurethan)
werden dann durch Schermischen vermischt, zum Kreieren einer gemischten
Beschichtungszusammensetzung. Beispielhafte Verhältnisse
von Gasrückhalte- zum Alterungsstabilitätspolyurethan
und Mängel der wahlweisen Additive sind in den unten gezeigten
Beispielen beschrieben.
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Die
Beschichtungszusammensetzung, das Einfügen der beiden Urethankomponenten
und der Additive wird dann auf einem Airbagstoff durch irgendein
bekanntes Beschichtungsverfahren, einschließlich Luftrakelbeschichtung,
Walzenrakelstreichbeschichten, Sprühbeschichten, Imprägnierungsbeschichten,
Vorhangsbeschichten, Umkehrwalzenbeschichtung, Transferwalzenbeschichtung
und Siebbeschichtung aufgetragen. Die Beschichtung wird dann bei
einer Temperatur im Bereich von 260 bis 320°F und mehr
bevorzugt bei einer Temperatur von etwa 300°F für
etwa 2 Minuten getrocknet. Das Zugabegewicht der Beschichtungszusammensetzung,
wenn sie trocken ist, ist bevorzugt zwischen 0,5 oz/yd2 und
1,5 oz/yd2, mehr bevorzugt weniger als 1,0
oz/yd2 (oder 34 g/m2),
und in einigen Ausführungsbeispielen kann es weniger als
0,6 oz/yd2 (oder 20 g/m2) sein.
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Weil
die Beschichtungszusammensetzung als eine einzelne monolithische
Schicht aufgetragen wird, wird die Herstellung signifikant vereinfacht.
Im Gegensatz zur Auftragung einer ersten Beschichtungsschicht, Trocknen
dieser, Auftragung einer zweiten Schicht und Trocknen dieser erfordern
die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen einen
einzelnen Auftragungsdurchgang und einen einzelnen Trocknungsvorgang.
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Ebenso
ist das technische Problem bei der Entwicklung und Aufrechterhaltung
der Zwischenschichtadhäsion zwischen den funktionellen
Gruppen einer jeden Schicht mit dieser Erfindung nicht notwendig.
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Jedoch
schließt die Verwendung dieser erfindungsgemäßen
Beschichtungszusammensetzung in einer monolithischen Schicht nicht
die getrennte Anwendung eines Antiblockiermittels (wie Sprühtalkum)
aus, falls gewünscht, weil solche Anwendungen nicht als
eine separate oder zweite Beschichtungsschicht angesehen werden.
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Beispiel 1
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Eine
Airbagbeschichtungszusammensetzung, die als monolithische Schicht
verwendet wird, wurde unter Verwendung von kommerziell erhältlichem
Urethanen in einem Trockenmischungsverhältnis von 80:20 Gasrückhalteurethan
zum Alterungsstabilitätsurethan hergestellt. Die Komponenten
der Beschichtungszusammensetzung sind unten angegeben.
| Komponente | %
Feststoff | Teile
(Trocken) |
| Gasrückhalteurethan | 40 | 63.00 |
| Alterungsstabilitätsurethan | 40 | 37.00 |
| Flammwidrigkeitsmittel | 60 | 15.00 |
| Rheologiemodifizierer | 25 | 1.8 |
| Pigment | 60 | 0.0180 |
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Die
endgültige Beschichtungszusammensetzung hatte eine Viskosität
von ungefähr 40.000 Centipoise und war schnell durch einen
Luftrakelbeschichter verteilbar. Die Beschichtungszusammensetzung
wurde unter Verwendung eines Luftrakelbeschichters in einer Einzelschicht
auf beide äußeren Seiten eines einstückigen Airbags
vom Jacquardgewebe-Seitenvorhangtyp aufgetragen. Der Airbag hatte
eine 50 × 50-Konstruktion und verwendete 450 Denier Nylon-6,6-Garne
sowohl in Kett- als auch Schussrichtung. Nylon-6, Polyester oder Kombinationen
aus Polyamid und Polyestergarnen können ebenfalls als Stoffsubstrat
verwendet werden.
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Der
beschichtete Airbag wurde dann in einem Ofen bei einer Temperatur
von etwa 300°F für etwa 2 Minuten getrocknet.
Das trockene Zugabegewicht der Beschichtungszusammensetzung (auf
jeder Seite des Airbags) war etwa 0,5 oz/yd2 oder
17 g/m2.
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Beispiel 2 – Vergleich
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Ein
Vergleichsbeispiel wurde kreiert, worin zwei unterschiedliche Beschichtungsschichten
aufeinanderfolgend auf einen Airbagstoff aufgetragen wurden. Die
Komponenten der verschiedenen Beschichtungsschichten sind unten
gezeigt. Schicht 1: Stoffkontaktschicht
| Komponente | %
Feststoff | Teile
(Trocken) |
| Gasrückhalteurethane | 40 | 80.00 |
| Acrylpolymer | 60 | 20.00 |
| Rheologiemodifizierer | 25 | 1.8 |
| Pigment | 60 | 0.0180 |
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Die
Stoff-kontaktierende Beschichtungszusammensetzung wurde unter Verwendung
eines Luftrakelbeschichters in einer einzelnen Schicht auf beide äußeren
Seiten eines einstückigen Jacquard-Gewebe-Airbags vom Seitenvorhangtyp
aufgetragen. Der Airbag hatte eine 50 × 50-Konstruktion
und verwendete 420 Denier Nylon-6,6-Garne sowohl in Kett- als auch
in Schussrichtung.
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Der
beschichtete Stoff wurde dann in einem Ofen bei einer Temperatur
von etwa 300°F für etwa 2 Minuten getrocknet.
Das trockene Zugabegewicht der ersten Schicht (auf jeder Seite des
Airbags) war etwa 0,5 oz/yd
2 oder 17 g/m
2. Schicht 2: Obere Beschichtungsschicht
| Komponent | %
Feststoff | Teile
(Trocken) |
| Siliconkomponente ”Teil
A” | 100 | 50.00 |
| Siliconkomponente ”Teil
B” | 100 | 50.00 |
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Die
obere Beschichtungsschichtzusammensetzung wurde unter Verwendung
eines Luftrakelbeschichters über die Stoffkontaktierende
Schicht aufgetragen. Der beschichtete Stoff wurde dann ein zweites
Mal in einem Ofen bei einer Temperatur von etwa 360°F für
etwa 1,5 Minuten getrocknet. Das trockene Zugabegewicht der zweiten
Schicht (auf jeder Seite des Airbags) war etwa 1,0 oz/yd2 oder 34 g/m2. Der
beschichtete Airbagstoff wurde dann leicht mit Talkum besprüht,
zur Verhinderung einer Blockade.
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Auswertung der Beispiele
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Die
Beispiele 1 und 2 wurden bezüglich einer Vielzahl von Eigenschaften
ausgewertet, wobei die Ergebnisse solcher Analysen unten gezeigt
sind. Wenn angemessen, sind die Standardtestverfahren in Klammern
nach den Testbeschreibungen aufgelistet.
| Beschreibung
(Testverfahren) | Einheit | Beispiel
1 | Beispiel
2 |
| Webnummer-Kette
(ISO7211/2 Verfahren C) | Per
25.4 mm | 51.1 | 52.3 |
| Webnummer-Schuss
(ISO7211/2 Verfahren C) | Per
25.4 mm | 50.0 | 50.3 |
| Gesamtgewicht
A (ASTM D-3776C) | oz/yd2 | 6.67 | 7.6 |
| Beschichtungszusatz „A”-Seite | g/m2 | 15.9 | 51.2 |
| Gesamtgewicht
B (ASTM D-3776C) | oz/yd2 | 6.67 | 7.6 |
| Beschichtungszusatz „B”-Seite | g/m2 | 16.0 | 49.6 |
| Zug-Kette
(ASTM D-5034) | N | 2521 | 2540 |
| Zug-Schuss
(ASTM D-5034) | N | 2762 | 2654 |
| Dehnung-Kette
(ASTM D-5034) | % | 41.56 | 45.8 |
| Dehnung-Schuss
(ASTM D-5034) | N | 42.0 | 48.2 |
| verbundener
Zug-Kette (ASTM D-1683) | N | 1523 | 1474 |
| verbundener
Zug-Schuss (ASTM D-1683) | N | 1459 | 1466 |
| Zungenweiterrissfestigkeit-Kette
(ASTM D-2261) | N | 141 | 180 |
| Zungenweiterrissfestigkeit-(ASTM D-2251)
Schuss | N | 158 | 206 |
| Flammbarkeit-Kette
(FMVSS 302) | erfüllt/nicht
erfüllt | erfüllt | erfüllt |
| Flammbarkeit-Schuss
(FMVSS 302) | erfüllt/nicht
erfüllt | erfüllt | erfüllt |
| Steifheit/Kreisbiegung-Kette
(ASTM D-4032) | N | 12.0 | 11.6 |
| Steifheit/Kreisbiegung-Schuss
(ASTM D-4032) | N | 12.0 | 11.0 |
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Diese
Ergebnisse zeigen an, dass die monolithische Beschichtungszusammensetzung
dieser Erfindung gleichermaßen gute Leistung wie die zweischichtige
Beschichtungsstandardzusammensetzung bezüglich der Flammbarkeit
und Zugfestigkeit bewirkt.
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Wie
oben beschrieben ist die Gasretention wichtig für den Schutz
von Fahrzeuginsassen gegenüber Schädigung, insbesondere
beim Überschlag eines Fahrzeuges. Die Gasretention wird
durch Aufblasen eines Airbags (in diesem Fall eines einstückigen
Gewebe-Seitenvorhang-Airbags) bis zu einem Peakdruck von 70 kPa
und anschließendes Aufzeichnen der Druckretention als Funktion
der Zeit gemessen. Die Zeit für die Deflation wurde gemessen
und ist in 1 aufgetragen. 1 zeigt
die Gasretentionsraten für zwei Airbags der gleichen Ausgangskonstruktion
(Materialien, Größe, Form und Volumen), die mit
der Formulierung von Beispiel 1 und 2 beschichtet wurden. Die Kombination
der beiden Urethane in Beispiel 1 entfaltete nahezu keinen Verlust
bei der Gasretention. Die Einzelschichtbeschichtung funktionierte
ebenso wie eine Zweischichtbeschichtung, obwohl sie ein deutlich
niedrigeres Beschichtungsgewicht aufwies.
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Die
Auswertungsphase bestand in der Messung der Leistung der Gasretentionseigenschaften
nach dem Durchführen verschiedener Alterungsbedingungen
mit den Airbags. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
| | 70 kPa Start | Explosionsdruck
kPa |
| | kPa
@ 6 s | kPa
@ 12 s |
| AR
1 | 53,6 | 42,4 | 199 |
| AR
2 | 57,9 | 49,6 | 190 |
| AR
3 | 54,9 | 48,6 | 193 |
| AR
4 | 56,8 | 49,7 | 194 |
| Durchschnitt | 55,8 | 47,6 | 194,0 |
| 105C
HA 1 | 61,4 | 55,4 | 192 |
| 105C
HA 2 | 60,5 | 54,2 | 193 |
| 105C
HA 3 | 61,3 | 56,5 | 182 |
| 105C
HA 4 | 63,4 | 59,7 | 193 |
| Durchschnitt | 61,7 | 56,5 | 190,0 |
| 70C
RH 1 | 57,1 | 48,5 | 193 |
| 70C
RH 2 | 55,4 | 45,6 | 196 |
| 70C
RH 3 | 52,9 | 42,1 | 195 |
| 70C
RH 4 | 54 | 44 | 198 |
| Durchschnitt | 54,9 | 45,1 | 195,5 |
| CYC
1 | 54,5 | 48,7 | 198 |
| CYC
2 | 58,3 | 49,9 | 199 |
| CYC
3 | 56,5 | 47,2 | 202 |
| CYC
4 | 57,5 | 48,5 | 196 |
| Durchschnitt | 56,7 | 48,6 | 198,8 |
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Ein
erster Satz von vier Airbags wurde unmittelbar nach der Produktion
getestet, nämlich im „wie erhalten”-Zustand
(in Tabelle 1 durch die Angabe „AR” angezeigt).
Ein zweiter Satz von Airbags wurden einem Umgebungstestversuch durch
Wärmealtern der beschichteten Airbags bei 105°C
für 400 Stunden unterworfen (in Tabelle 1 durch die Angabe „105C
HA” angegeben). Ein dritter Satz von Airbags wurde einem
Umgebungstestversuch durch Aussetzen der beschichteten Airbags bei
einer Temperatur von 70°C und 95% relativer Feuchtigkeit
für 400 Stunden durchgeführt (in Tabelle 1 durch
die Angabe „70C RH” angezeigt). Ein vierter Satz von
Airbags wurde einem Umgebungstestversuch unterworfen, indem die
beschichteten Airbags einem Zyklusaltern für 400 Stunden
unterworfen wurden (in Tabelle 1 durch die Angabe „CYC” angezeigt).
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt ist, hatte die Eliminierung der zweiten (oberen)
Beschichtungsschicht von dem Airbagbeschichtungssystem keine Wirkung
auf die Airbags, die mit dem erfindungsgemäßen
Beschichtungssystem beschichtet waren. Selbst nach heftigem Umgebungstesten
wurden die Gasrückhalteeigenschaften des erfindungsgemäßen
Beschichtungssystems nicht signifikant reduziert. Die Gasrückhalteeigenschaften bleiben
im Wesentlichen die gleichen (und in einem akzeptablen Bereich)
wie die „wie erhalten”-Proben. Eine andere wesentliche
Eigenschaft, die mit der erfindungsgemäßen Beschichtung
aufgezeichnet wurde, war die strukturelle Integrität des
Airbags selbst nach Durchführen der obigen Alterungsbedingung.
Die letzte Spalte in Tabelle 1 zeigt den Explosionsdruck der Kissen
in einem „wie erhalten”-Zustand und nach dem Altern.
Erneut hatte die Eliminierung der zweiten (oberen) Beschichtungsschicht
von dem Airbagbeschichtungssystem keine Wirkung auf die Airbags,
die mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungssystem
beschichtet waren. Dies ist eine wichtige Eigenschaft, die für
irgendeinen Verlust in der strukturellen Festigkeit des Airbags
bezeichnend ist.
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Ein
anderer Test, der zum Auswerten der Beispiele 1 und 2 verwendet
wurde, ist ein sogenannter „Blockiertest”, der
die Kraft anzeigt, die erforderlich ist, um zwei Bereiche des beschichteten
Stoffes voneinander nach verlängerter Lagerung im Kontakt
miteinander zu trennen (ein solcher Airbag wird gelagert). Dieser
Test wurde entsprechend dem Testverfahren SAE J912 mit dem Titel „Test
Method for Determining Blocking Resistance and Associated Characteristics
of Automotive Trim Materials” durchgeführt. Das
Testverfahren soll das Ausmaß der Oberflächenklebrigkeit,
Farbtransfer, Verlust der Prägung, Oberflächenzerstörung,
wenn zwei Materialien unter spezifischen Bedingungen der Zeit, Temperatur
und des Druckes einander gegenüberliegend angeordnet werden,
anzeigen.
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Die
Laboranalyse für das Blockieren umfasst das Schneiden von
zwei 50 mm × 75 mm Proben des Airbagstoffes, Pressen einer
50 mm × 50 mm Fläche unter einer Beladung von
5 lb (22 N) bei 100°C für 48 Stunden und Liegenlassen
einer 25 mm × 50 mm Endklappe ohne Temperatur- oder Druckauferlegung.
Am Ende der Testperiode wird die 22 N Beladung entfernt und eine
50 g Masse an die Endklappe auf dem unteren Stoffmuster verbunden.
Die Zeit, die erforderlich ist, damit sich die beiden beschichteten
Muster voneinander vollständig abschälen, wird
aufgezeichnet. Wenn die Zeit, die zum Trennen der Stoffe unter Verwendung
eines 50 g Gewichtes, aufgehängt von der Bodenstoffschicht,
erforderlich ist, größer als 30 Sekunden ist,
erfüllt das Beschichtungssystem den Blockiertest nicht.
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Je
niedriger die erforderliche Trennscherkraft ist, umso vorteilhafter
ist die Beschichtung. Bei traditionellen Airbagbeschichtungssystemen
(wie beim Beispiel 2) kann zur Verbesserung der Blockierresistenz
und somit Verminderung der Möglichkeit einer unzureichenden
Adhäsion zwischen den gepackten Stoffbereichen, ein Antiblockiermittel
(wie Talkum, Silica, Silicalehme und Stärkepulver) auf
den beschichteten Stoff aufgetragen werden. Die Auftragung von Antiblockiermitteln
fällt nicht außerhalb dieser Erfindung, weil eine
solche Anwendung nicht als eine zweite Beschichtungsschicht angesehen
wird.
| Probenidentifizierung | Trennzeit |
| Beispiel
1 | Augenblickliche
Trennung/unmittelbar |
| Beispiel
2 (Vergleich) | Augenblickliche
Trennung/unmittelbar |
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Somit
war die Leistung des einschichtigen Beschichtungssystems auf Urethanbasis
von Beispiel 1 genauso wie das zweischichtige System von Beispiel
2.
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Wie
oben demonstriert und wie hierin beschrieben, ergeben diese einschichtigen
Beschichtungssysteme, die hierin beschrieben sind, eine ausgezeichnete
Gasretention, Antiblockiereigenschaften, Flammwidrigkeit und Alterungsstabilität,
wobei Vorteile bezüglich früher entwickelten Beschichtungssystemen
erzielt werden, die zwei Beschichtungsschichten erfordern, um diese
Eigenschaften zu erzielen.
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Alle
Referenzen, einschließlich Publikationen, Patentanmeldungen
und Patente, die hierin genannt werden, werden durch Bezugnahme
im gleichen Umfang eingefügt, als wenn jede Referenz individuell
und spezifisch durch Bezugnahme und vollständig eingefügt
würde.
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Die
Verwendung der Ausdrücke „ein”, „eine”, „einer” und „der/die/das” und ähnliche
Angaben im Kontext der Beschreibung dieser Erfindung (insbesondere
im Kontext der folgenden Ansprüche) soll sowohl den Singular
als auch Plural umfassen, wenn nichts anderes hierin angezeigt oder
durch den Kontext klar angegeben wird. Die Ausdrücke „umfassen”, „mit”, „umfassend” und „enthaltend” sollen
als offene Ausdrücke verstanden werden (das heißt
die Bedeutung „umfassend, aber nicht beschränkt
auf”), wenn nicht anderes angegeben ist. Die Angabe von
Bereichen von Werten bedeutet lediglich eine kurze Darstellung,
eines jeden einzelnen Wertes, der innerhalb dieses Bereiches fällt,
wenn nichts anderes hierin angegeben wird, und jeder einzelne Wert
wird in diese Beschreibung aufgenommen, als ob er individuell angegeben
würde. Alle hierin beschriebenen Verfahren können
in irgendeiner geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden,
wenn nichts anderes hierin angegeben oder deutlich zum Ausdruck
gebracht wird. Die Verwendung von irgendwelchen oder allen Beispielen
oder die beispielhafte Ausdrucksweise (wie „wie zum Beispiel”),
die hierin angegeben ist, soll lediglich diese Erfindung besser
erläutern und keine Beschränkung bezüglich
des Umfangs dieser Erfindung bedeuten, wenn nichts anderes beansprucht
wird. Keine Ausdrucksweise in der Beschreibung sollte so verstanden
werden, dass irgendein nicht beanspruchtes Element als essenziell
für die Praxis dieser Erfindung angezeigt wird.
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele dieser Erfindung sind hierin beschrieben
und umfassen die beste Art, die dem Erfinder zur Durchführung
dieser Erfindung bekannt ist. Variationen dieser bevorzugten Ausführungsbeispiele
können dem Fachmann durch Lesen dieser Beschreibung ersichtlich
werden. Die Erfinder erwarten, dass der Fachmann solche Variationen
angemessen anwendet, und es wird erwartet, dass die Erfindung anders praktiziert
werden kann, als es spezifisch hierin beschrieben wird. Demzufolge
umfasst diese Erfindung alle Modifizierungen und Äquivalente
des Gegenstandes, der in den beigefügten Ansprüchen
angegeben wird, wie es durch das anwendbare Gesetz ermöglicht
wird. Irgendwelche Kombinationen der oben beschriebenen Elemente
in allen möglichen Variationen davon werden darüber
hinaus durch diese Erfindung erfasst, wenn nichts anderes hierin
angegeben oder deutlich zum Ausdruck gebracht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6348543 [0005]
- - US 6468929 [0005]
- - US 6545092 [0005]
- - US 6846004 [0005]
- - US 6239046 [0006]
- - US 6641686 [0006]
- - US 6734123 [0006]
- - US 6770578 [0006]
- - US 6177365 [0006]
- - US 6177366 [0006]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Federal Motor
Vehicle Safety Standard (FMVSS) 302 [0004]
- - ASTM D882-Standardtesttechnik [0011]
- - ISO7211/2 [0047]
- - ISO7211/2 [0047]
- - ASTM D-3776C [0047]
- - ASTM D-3776C [0047]
- - ASTM D-5034 [0047]
- - ASTM D-5034 [0047]
- - ASTM D-5034 [0047]
- - ASTM D-5034 [0047]
- - ASTM D-1683 [0047]
- - ASTM D-1683 [0047]
- - ASTM D-2261 [0047]
- - ASTM D-2251 [0047]
- - FMVSS 302 [0047]
- - FMVSS 302 [0047]
- - ASTM D-4032 [0047]
- - ASTM D-4032 [0047]
Polycaprolactonpolyol worin R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen und alicyclischen Kohlenwasserstoffgruppen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, und worin n eine ganze Zahl ist, ausgewählt für den Erhalt eines Mn für das Polyol von etwa 1.000 bis etwa 2.400.
