DE102010054515B4

DE102010054515B4 - Herstellung und Anwendung von Polyfertin

Info

Publication number: DE102010054515B4
Application number: DE201010054515
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Schaefer Markus De
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: DE102010054515A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffes zur Anwendung im Leichtbau oder in der Fertigung von Formteilen, umfassend folgende Schritte: a) Erstellung einer Mischung von Kollagen-Derivaten wie Gelatine in Verbindung mit Teilen globulärer Proteine wie Kasein, b) Durchführung einer ersten chemischen Quervernetzung dieser Mischung durch Zugabe von Metallsalzen in zweckmäßigen Mischungsverhältnissen der Metallsalze zu den eingesetzten Kollagen-Derivaten bei mehrstündiger Wärmebehandlung, c) Zugabe von Naturfasern nach Ablauf einer ersten Vernetzungszeitdauer, d) entsprechende Durchführung einer ersten physikalischen Quervernetzung, e) nach Ablauf einer zweiten Vernetzungszeitdauer Zugabe von Glasgranulat und/oder Vliesstoffen aus Glas oder glasähnlichen Materialien, f) entsprechende Durchführung einer zweiten physikalischen Vernetzung g) Überführung in eine vorgegebene Form nach Ablauf der zweiten Vernetzungszeitdauer durch Abkühlen unter Erreichen der Gelphase, h) erste Trocknungsphase oder erste beschleunigte Trocknungsphase bei Raumtemperatur, i) zweite Trocknungsphase bei einer anderen Temperatur als Raumtemperatur.

Description

Die folgende Erfindung umfasst die Quervernetzung von Kollagen-Derivaten in Verbindung bestimmter Mischungsvolumina globuläre Proteine wie Kasein. Im Besonderen eine Methode die sowohl eine chemische wie auch physikalische Vernetzung beinhaltet. Kollagen-Derivate in Verbindung mit Metallsalzen und Naturfasern in Kombination mit Glasgranulat oder Vliesstoffen aus Glas oder glasähnlichen Materialien, gewährt eine Herstellung verschiedenster Formteile. Schwerpunkte hier der Leichtbau.
Die letzten Jahre haben gezeigt, dass mit dem Ende fossiler Rohstoffe ein Umdenken hinsichtlich klarer Alternativen zu gängigen Herstellungsverfahren entwickelt werden müssen. Hier kann als Stand der Technik die Verwendung von Granulaten aus Kollagen und/oder dessen Derivaten genannt werden. Unter Zuhilfenahme von Druck und Temperatur entstehen die gewünschten Formteile (P. Koepff et al 1993.) Auch die Verwendung von Polysacchariden und/oder deren Derivate als Alternative für wasserlösliche Folien kann genannt werden (Mulchfolien). Des Weiteren spielen Polysaccharide und Alkohole, wie Glycerin schon lange eine sehr wichtige Rolle bei der Synthese von Polyurethanen. (Peerlings et al.) Bislang gibt es allerdings für aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol und Phenol noch keine Alternativen die als Ersatz für Erdöl Verwendung finden könnten. Vor allem Phenolharze spielen bei der Herstellung von Faser-Verbund-Werkstoffen eine unentbehrliche Rolle. Auch die bei der Herstellung der sog. Grünen Polymere eingesetzte Energie für die einzelnen Synthese Schritte steht oft im Wiederspruch zu einer wirklichen Alternative herkömmlich verwendeter Rohstoffe.
Der bisherige Stand der Technik, zeigte bis jetzt keine klaren Alternativen zu herkömmlich verwendeten Faser-Verbund-Werkstoffen. Die folgende Erfindung kann mit gängigen Kohle-Faser-Kunststoffen sowohl in Stabilität und Dichte wie auch hinsichtlich der Materialkosten und betreffendem Herstellungsaufwand klar konkurrieren.
Die folgende Erfindung lässt eine Herstellung zu, die zu gängigen Kohle-Faser Verbund Werkstoffen eine klare Alternative darstellt Die Herstellung erfolgt über einen mehrstufigen Prozess aus:

a) Kollagen-Derivate in gewünschten Mischungsvolumina mit anderen wasserlöslichen Proteinen wie Kasein in Kontakt gebracht.
b) Die Lösung wird mit einer bestimmten Abfolge von Metallsalzen diese in einer strikten Konzentrationsabfolge in Kontakt gebracht.
c) Durch ein mehrstündiges „Kochen” erfolgt die erste chemische Quervernetzung.
d) Nach einer vordefinierten Zeitdauer erfolgt durch Zugabe von Naturfasern der Kontakt mit der Lösung und einhergehende erste physikalische Quervernetzung.
e), Nach einer weiteren Zeitdauer wird durch Zugabe von Glasgranulat der Kontakt mit der Lösung hergestellt und die zweite physikalische Quervernetzung eingeleitet.
f) Als Alternative zu der Verwendung des Glasgranulat können Vliesstoffe aus Glas oder glasähnliche Materialien in Kombination mit der benötigten Form Verwendung finden.
g) Nach Ablauf der vorgegebenen Zeit, wird in die benötigte Form überführt und durch deutliche Temperatur Rücknahme erfolgt die Gelphase.
h) Die Trocknung kann bei RT erfolgen, beschleunigte Trocknung durch verschiedenste Geräte ist möglich.
i) Nach Beendigung der ersten Trocknungsphase erfolgt eine Zweite, die unter klar vorgegebener Temperatur und Zeitspanne abläuft.

Der verwendete Term „Herstellung” in Kombination mit der gemachten Erfindung schließt die Synthese und das Anfertigen verschiedenster Formteile eines Faser-verstärkten-Kunststoff vergleichbar/ähnlichen Materialeigenschaften ein. Hier mit gegebenen Dichte Angaben der in Anwendung befindlichen Kollagen-Derivaten von 1,35 g/cm³ (Polymer Data Handbook) hinsichtlich gängigen CFK-Materialien von 1,55 g/cm³ (Composite Handbook). Der in Verbindung mit oben genannter Erfindung hierein Bezeichnung „Polyfertin” genannt, setzt sich aus verwendeten Materialien hierein „COMPOSIT” zusammen. Genannt hier Polymer Ferment und Gelatin. Eine Abgrenzung und Bezeichnung gemachter Erfindung erfolgt über gemachte Bezeichnung. Hierein eine kommerzielle Vermarktung ermöglicht.
Der verwendete Term „Kontakt” in Verbindung mit „globuläre Proteine” beinhaltet eine Varianz in Auswahl und Konzentration der selbigen. Änderung der Materialeigenschaft hinsichtlich Flexibilität, Oberfläche, Dynamik Stabilität im Formteil als auch im Ansatz durch Varianz. Die in Verwendung und Term gebrauchte Nomenklatur „Kontakt” der Metallsalze lässt Varianzen in strikter Abfolge gegebener Konzentrationsmengen zu. Hierein die Verwendung von Cr³⁺, Al³⁺, Fe³⁺, Ce³⁺, La³⁺, Zr⁴⁺ anstelle der in Verwendung gebrauchten Cr⁴⁺ Verbindung ist denkbar.
Der Term „Kochen” in Verbindung mit dem Term „Quervernetzung” wird unter Einhaltung vorgegebener Temperatur und Reaktionsdauer erreicht. Varianzen durch Schutzgas und oder Vakuum/Temperatur sind möglich. In Verwendung gebrauchter Term „Kontakt” mit dem Term „Naturfaser” lässt Varianzen in der Auswahl der Materialien genannt Gattung der Malvaceae und/oder Zellulose und/oder Kunstfasern zu. Varianzen in strikter Abfolge gegebener Konzentrationsmengen. Varianzen in Verbindung mit der in „Kontakt”-Bringung der eingesetzten Fasern zeigten ungünstige Verläufe/lässt diese nicht zu.
Der in Verwendung befindliche Term „Form” lässt die Fertigung von Formteilen im Labormaßstab/Volumina ≤ 200 ml zu. Polymere genannt Polykarbonate PC finden als Trägerpolymere/”Form” Verwendung. Für die industrielle Herstellung ist die Verwendung des Spritzgußverfahrens und oder Vergleichbare von Nöten. Der Term „Vliesstoffe” aus Glas und oder glasähnlichen Materialien verbleibt innerhalb der gemachten Angaben.
Der verwendete Term „Form” in Kombination mit „Vliesstoffen” aus Glas oder glasähnlichen Materialien in Kombination mit dem Term „Kontakt” beinhaltet die reversible Anlagerung des Vliesstoffes an gegebene Form hierein diese für die Trocknung erhält und nach Beendigung eine Trennung von Trägerpolymer und erhaltener Form gewährt.
Der verwendete Term „Rücknahme” in Verbindung mit dem Term „Gelphase” soll unter vorgegebenen Temperaturbedingungen diese in Bereichen von +2°C und oder +4°C ablaufen. Varianzen außerhalb der gemachten Angaben zeigten ungenügende Ergebnisse. Die in Verwendung und Term gebrauchte Nomenklatur „Trocknung” erlaubt diese unter RT-Bedingungen bei der Verwendung von Formteilen innerhalb Volumina von ≤ 200 ml Durch Einsatz industrieller Herstellungsverfahren entfällt diese. Die in Verbindung mit dem Term „Trocknung” in Kombination mit dem Term „zweite Trocknungsphase” verläuft in strickten Temperaturprofilen. Hierein das gleichmäßige Anheben der Temperatur in +5°C und/oder +10°C Schritten bis zur Erreichung der Endtemperatur von +140°C somit das Formteil kontinuierlich an die jeweiligen Temperaturprofile angepasst wird. Wobei die verwendete Zeitspanne mit der Dicke des erhaltenen Formteils korreliert, und diese trotz möglicher großtechnischer Herstellungsverfahren innerhalb der gemachten Angaben verbleibt.
Beispiel: Herstellung und Anwendung von Polyfertin.
Hundert Teile Gelatine sauer aufgeschlossen, 300 Bloom Gallertfestigkeit werden mit einem Teil wasserlöslicher Proteine, 1 Teil K₂CrO₇, 2 Teile K₂SO₄, 2 Teile MgSo₄, 3 Teile NaCl und 3 Teile Na₂[B₄O₅(OH)₄]·8H₂O auf ein Gesamtvolumen von 100 ml H₂O_dest gebracht. Der Ansatz wird unter konstanter Temperatur von 60°C und konstanter Rührgeschwindigkeit 2,5Std „gekocht”. Naturfasern 7,5 Teile werden 0,5 Std vor Ablauf der Vernetzung unter erhöhter Rührgeschwindigkeit dem Ansatz beigegeben. 0,1 h vor Ablauf der Reaktionszeit wird der Lösung 3,75 Teile Glasgranulat unter erhöhter Rührgeschwindigkeit beigegeben. Für genannte Vliesstoffe aus Glas oder glasähnlichem Material wurden Dichten von 1 g/cm² verwendet. Nach Ablauf der Trocknungsphase die mit dem Umfang des Ansatzes korreliert, erfolgt eine zum Teil selbstständige Herauslösung des Formteils. Die zweite Trocknungsphase, läuft unter konstanter Temperatur von 140°C ab, und korreliert mit der Dicke des erhaltenen Formteils. Das Formteil wird kontinuierlich den jeweiligen Temperaturprofilen in +5°C und oder +10°C Schritten bis zur Erreichung der Endtemperatur angepasst. Eine zu schnelle Anhebung der Temperatur oder gar die spontane Aussetzung von 140°C kann zu Deformationen führen. Eine Anwendung der Formteile im speziellen für den Leichtbau ist durch die geringe Dichte und einer einhergehenden hohen Stabilität gewährleistet.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffes zur Anwendung im Leichtbau oder in der Fertigung von Formteilen, umfassend folgende Schritte: a) Erstellung einer Mischung von Kollagen-Derivaten wie Gelatine in Verbindung mit Teilen globulärer Proteine wie Kasein, b) Durchführung einer ersten chemischen Quervernetzung dieser Mischung durch Zugabe von Metallsalzen in zweckmäßigen Mischungsverhältnissen der Metallsalze zu den eingesetzten Kollagen-Derivaten bei mehrstündiger Wärmebehandlung, c) Zugabe von Naturfasern nach Ablauf einer ersten Vernetzungszeitdauer, d) entsprechende Durchführung einer ersten physikalischen Quervernetzung, e) nach Ablauf einer zweiten Vernetzungszeitdauer Zugabe von Glasgranulat und/oder Vliesstoffen aus Glas oder glasähnlichen Materialien, f) entsprechende Durchführung einer zweiten physikalischen Vernetzung g) Überführung in eine vorgegebene Form nach Ablauf der zweiten Vernetzungszeitdauer durch Abkühlen unter Erreichen der Gelphase, h) erste Trocknungsphase oder erste beschleunigte Trocknungsphase bei Raumtemperatur, i) zweite Trocknungsphase bei einer anderen Temperatur als Raumtemperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die unter b) genannten Metallsalze folgende Zusammensetzung haben: 1 Teil K₂Cr₂O₇, 2 Teile K₂SO₄, 2 Teile MgSO₄, 3 Teile NaCl und 3 Teile Na₂[B₄O₅(OH)₄]·8H₂O.
Faserverbundwerkstoff, hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 1 oder 2.