DE102011079809A1

DE102011079809A1 - Klebstoffe zum verkleben von polyurethan und aluminium

Info

Publication number: DE102011079809A1
Application number: DE201110079809
Authority: DE
Inventors: Hyun Chul Cho; Seong Hoon Lee; Dai Soo Lee; Ki Ho Kang
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2031-07-27
Also published as: KR20120127074A; US8586187B2; DE102011079809B4; KR101305438B1; CN102775919A; CN102775919B; US20120288721A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellte ein Klebstoff umfassend Graphenoxid beinhaltend eine Epoxygruppe, eine Hydroxygruppe oder eine Carbonsäuregruppe; und eine Alkoxysilanverbindung beinhaltend eine Amingruppe, eine Epoxygruppe, eine Carbonsäuregrupe, eine Hydroxygruppe, oder eine Thiolgruppe zur Verfügung. Insbesondere kann der Klebstoff verwendet werden zum Kleben eines Polyurethan-Elastomers an ein Aluminiummaterial, in dem eine Silanverbindung und Graphenoxid angewendet werden zur Verbesserung der Haftfestigkeit, im Vergleich zu Klebstoffen, welche nur die Silanverbindung enthalten. Weiterhin können, während eines Trennprozesses für ein Recycling nach der Verwendung, das Aluminiummaterial und Polyurethan einfach voneinander getrennt werden durch Polyurethanpyrolyse durch rapides Erhitzen wegen der Mikrowellenabsorptionseigenschaften von Graphenoxid.

Description

HINTERGRUND
(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Klebstoff zum Verkleben von Polyurethan mit Aluminium.
(b) Stand der Technik
In jüngster Zeit gab es Entwicklungen für eine umweltfreundliche Technologie zur Herstellung von Leichtgewichtreifen mit geringem Rollwiderstand zur Verbesserung von kraftstoffeffizienten Fahrzeugen. Hauptsächlich wurde der Reifenrollwiderstand reduziert durch Anwendung von Siliziumdioxid-Füllstoff in den Reifenlaufflächen, aber diese Technologie hat einen Sättigungspunkt erreicht, und keine weiteren Verbesserungen wurden in jüngster Zeit realisiert. Daher sind nicht-pneumatische Reifen aus Urethanmaterialien in der Entwicklung bei führenden, globalen Firmen, um verbesserten geringen Rollwiderstand und Leichtgewichtigkeit zu erzielen.
Jedoch wird bei der Verwendung von Urethan eine Haftung des Urethans an einem Aluminiummaterial benötigt wegen dessen Struktur, die ziemlich verschieden ist im Vergleich zu denen von konventionellen Reifen. Daher ist es notwendig, Klebstoffe mit verbessertem Haftvermögen zu entwickeln, um dafür zu sorgen, dass diese Haftung richtig erfolgt.
Vor dem Hintergrund der Umweltfreundlichkeit ist weiterhin ein Bedarf an der Entwicklung einer Technologie, die eine einfache Trennung des Urethanmaterials von verbrauchten Produkten im Zuge des Sammelns und Recycelns dieser Produkte ermöglicht.
Die obige Information, die in diesem Hintergrundteil offenbart ist, dient nur einer Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und kann daher Informationen enthalten, die nicht Stand der Technik, welcher schon in diesem Land für den Fachmann bekannt ist, darstellt.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Erfindung stellt einen Klebstoff zur Verfügung, der die Haftfestigkeit zwischen Urethan und Aluminiummaterial verbessern kann und, wenn nötig, eine einfache Trennung des Urethans vom Aluminiummaterial während eines Abbaus ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen Klebstoff zur Verfügung umfassend Graphenoxid beinhaltend eine Epoxygruppe, eine Hydroxygruppe oder eine Carbonsäuregruppe; und eine Alkoxysilanverbindung beinhaltend eine Amingruppe, eine Epoxygruppe, eine Carbonsäuregruppe, eine Hydroxygruppe oder eine Thiolgruppe auf deren Oberfläche.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Polyurethan-Aluminium-Kompositmaterial zur Verfügung, das durch den Klebstoff verbunden ist, und ein Verfahren zu dessen Trennung.
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Aluminium-Urethan-Kompositmaterial zu Verfügung, das durch den Klebstoff verbunden ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Trennung eines Aluminium-Polyurethan-Kompositmaterials zur Verfügung, umfassend den Schritt der Mikrowellenbestrahlung in das Aluminium-UrethanKompositmaterial.
Die obigen und weitere Merkmale der Erfindung sind unten stehend diskutiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail beschrieben mit Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, die hierin nur angegeben sind zur Veranschaulichung, und daher die vorliegende Erfindung nicht beschränken, worin:
1 ein konzeptionelles Diagramm ist, das die Haftung eines Klebstoffs der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein konzeptionelles Diagramm einer Probe zur Auswertung der Haftfestigkeit zwischen Aluminium und Polyurethan ist;
3 Bruchquerschnitte von Proben zeigt, die unter Verwendung der Klebstoffe der Beispiele 1–4 anhafteten, in denen die Bruchquerschnitte dargestellt sind durch 11–44; und
4 ein Foto ist, das die Trennung der Probe von Beispiel 1 zeigt.
Es sollte klar sein, dass die angehängten Zeichnungen nicht unbedingt maßstäblich sind und eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen, die die Grundprinzipien der Erfindung darstellen, zeigen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie hierin offenbart, beinhaltend beispielsweise spezifische Abmessungen, Orientierungen, Lagen und Formen, werden teilweise bestimmt durch die speziell beabsichtigte Anwendung und die Anwendungsumgebung.
In den Figuren beziehen sich Referenznummern auf dieselben oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung durch die verschiedenen Figuren der Zeichnung hindurch.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Von hier an wird nun im Detail Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von der Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und unten beschrieben sind. Obgleich die Erfindung beschrieben wird in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen, ist es klar, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist für die Erfindung beabsichtigt, nicht nur diese beispielhaften Ausführungsformen zu umfassen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen, die im Geiste und Umfang der Erfindung, wie in den angehängten Ansprüchen definiert, enthalten sein können.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Klebstoff, umfassend Graphenoxid beinhaltend eine Epoxygruppe, eine Hydroxygruppe oder eine Carbonsäuregruppe; und eine Alkoxysilanverbindung beinhaltend eine Amingruppe, eine Epoxygruppe, eine Carbonsäuregruppe, eine Hydroxygruppe oder eine Thiolgruppe. Das Graphenoxid kann ein herkömmliches Graphenoxid sein, das durch Ultraschalldelaminierung nach mechanischer Delaminierung oder chemischer Behandlung von Graphit erhalten wird. Das Graphenoxid beinhaltet eine Epoxygruppe, eine Hydroxygruppe oder eine Carbonsäuregruppe auf dessen Oberfläche. Diese funktionelle Gruppe ermöglicht eine Reaktion mit einer Isocyanatgruppe der Präpolymere, die in der Herstellung eines Polyurethan-Elastomers verwendet werden. In den folgenden beispielhaften Reaktionsschemas 1 und 2 reagieren Alkoxygruppen des Alkoxysilans mit Wasser, um Silanol zu bilden, welches an die Hydroxygruppen auf der Oberfläche von Aluminium durch Sol-Gel Reaktion unter sauren Bedingungen bindet.
[Reaktionsschema 1]

-Si(OC₂H₅)₃ + 3H₂O → -Si(OH)₃ + 3C₂H₅OH

[Reaktionsschema 2]
Wie in Reaktionsschemas 3 und 4 gezeigt, reagiert darüber hinaus die Amingruppe von Aminosilan mit der Epoxygruppe von Graphenoxid, um eine Hydroxygruppe zu erzeugen, und die erzeugte Hydroxygruppe oder sekundäre Aminogruppe ist verknüpft mit Polyurethan durch Urethanbildungsreaktion mit der Isocyanatgruppe der Präpolymere, die ein der Herstellung des Polyurethan-Elastomers verwendet werden. [Reaktionsschema 3]
[Reaktionsschema 4]
Die Silanverbindung kann verschiedene Verbindungen sein, wie zum Beispiel Glycidylpropyl-Trimetoxysilan (GPTMS), Aminopropyl-Trimetoxysilan (APTMS), Mercaptopropyl-Trimetoxysilan. Sie kann definiert sein als eine Silanverbindung, die dadurch charakterisiert ist, dass sie Alkoxygruppen beinhaltet, die an Aluminium binden können durch eine Sol-Gel Reaktion, und eine Gruppe, die mit der Epoxygruppe, Hydroxygruppe, oder Carbonsäuregruppe des Graphenoxid reagieren kann.
Ein konzeptionelles Diagramm, das die Haftung des Klebstoffs der vorliegenden Erfindung zeigt, ist in 1 gezeigt. 50–99 Gew.-% des Graphenoxids und 1–50 Gew.-% der Alkoxysilanverbindung können beinhaltet sein. Falls der Gehalt von Graphenoxid weniger als 50 Gew.-% ist, kann es Probleme geben bei der Polyurethanpyrolyse durch Mikrowellenabsorption, während des Trennprozesses für das Recycling nach der Verwendung.
Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Aluminiun-Polyurethan-Kompositmaterial, das durch den Klebstoff geklebt ist. Weiter bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Trennung eines Aluminium-Polyurethan-Kompositmaterials, umfassend den Schritt des Erhitzens des Aluminium-Polyurethan-Kompositmaterials. Das Erhitzen kann durch die Maßnahme der Mikrowellenbestrahlung erfolgen. Insbesondere kann die Mikrowellenbestrahlung für ungefähr 10 sec bis 30 min bei ungefähr 500–1.000 Watt erfolgen.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung und beabsichtigen nicht, dieselbe zu beschränken.
Herstellungsbeispiel: Herstellung von Graphenoxid
Natürliches Graphit wurde behandelt durch Hummers Methode unter Verwendung von Kaliumpermanganat, Schwefelsäure, Wasserstoffperoxid, etc. und dann einer Ultraschalldelaminierung ausgesetzt, um Graphenoxid herzustellen. Das hergestellte Graphenoxid wurde analysiert mit einem Elementanalysator (Modell: Vario MICRO-Cube, hergestellt durch Elementalar Analysensysteme GmbH, Deutschland), und die Ergebnisse zeigten, dass der Gehalt von Kohlenstoff 69,9 Gew.-% von Wasserstoff 1,0 Gew.-% von Stickstoff 1,2 Gew.-%, von Schwefel 2,3 Gew.-% und von Sauerstoff 25,5 Gew.-% war.
Beispiel, Vergleichsbeispiel
Graphenoxid wurde dispergiert in einer Mischung von Ethanol/Wasser (mit einem Volumenverhältnis von 95/5), um eine Lösung von 1 Gew.-% herzustellen, und dann wurde eine Silanverbindung zu dem Graphenoxid zugefügt, das in dem Herstellungsbeispiel hergestellt wurde, in einer Menge beschrieben in der folgenden Tabelle 1, und bei Raumtemperatur für 6 Stunden gerührt zur Reaktion zwischen den funktionellen Gruppen der Silanverbindung und dem Graphenoxid, wodurch ein Klebstoff für die Haftung zwischen Aluminium und Polyurethan hergestellt wird. [Tabelle 1]

(Gewichtsteile) Bsp. 1 Bsp. 2 Bsp. 3 Bsp. 4 Vergl. Bsp. 1 Vergl. Bsp. 2

APTMS 50 - 10 40 100 -

GPTMS - 50 40 10 - 100

Graphenoxid 50 50 50 50 - -
TESTBEISPIELE
Die Erfindung ist im Detail beschrieben worden mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen davon. Jedoch ist es dem Fachmann klar, dass Änderungen in diesen Ausführungsformen gemacht werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geiste der Erfindung abzuweichen, deren Umfang in den angehängten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert ist.
Testbeispiel 1: Bewertung des Haftvermögens
Eine schwachsaure wässrige Lösung wurde zu der hergestellten Klebstofflösung zugegeben, bis der Säuregrad einen pH von 5 erreichte, und dann auf eine Aluminiumprobe gesprüht und bei ungefähr 90°C getrocknet.
Für die Herstellung eines Polyurethan-Elastomers, zur Bewertung der Haftfestigkeit zwischen dem Aluminiummaterial und dem Polyurethan-Elastomer, wurden Poly(Tetramethylen-Etherglycol) mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von ungefähr 2.000 und Methylenbis-4,4-Diphenylen Diisocyanat verwendet, um ein flüssiges Polyurethanpräpolymer enthaltend 10 Gew.-% Isocyanat herzustellen. Das Polyurethanpräpolymer wurde auf die Aluminiumprobe appliziert, die mit dem Klebstoff beschichtet war, und dann auf die andere Aluminiumprobe, die mit dem Klebstoff beschichtet war, geklebt, um eine Probe zur Auswertung der Überlappungsscherhaftung herzustellen, wie in 2 veranschaulicht. Das Polyurethanpräpolymer wurde in einem Ofen bei ungefähr 120°C ausgehärtet, um eine Probe für die Auswertung der Haftfestigkeit herzustellen.
Die Ergebnisse der Haftfestigkeitstests sind in Tabelle 2 gezeigt. Die Bruchquerschnittsansicht einer Probe, die unter Verwendung des Klebstoffs von Beispiel 1 geklebt war, ist in 3 gezeigt. Im Foto ist der obere weiße Teil ein Bruchquerschnitt von Polyurethan, und der untere Teil ist Aluminium. [Tabelle 2]

Bsp. 1 Bsp. 2 Bsp. 3 Bsp. 4 Vergl. Bsp. 1 Vergl. Bsp. 2

Überlappungsscherhaftfestigkeit (MPa) 7.3 7.0 7.4 7.2 5.2 5.9
In Beispielen 1–4 zeigte die Zugabe von Graphenoxid eine Erhöhung in der Haftfestigkeit, was einen verstärkenden Effekt hat, im Vergleich zu Vergleichsbeispielen 1–2, wo kein Graphenoxid zugegeben wurde.
Testbeispiel 2: Trennung des Kompositmaterials
Eine Probe, die durch Haftung von Polyurethan und Aluminiummaterial unter Verwendung des Klebstoffs, der in Beispiel 1 hergestellt wurde, hergestellt war, wie in Testbeispiel 1, wurde mit Mikrowellen bestrahlt in einem 700 Watt Mikrowellenofen, für 10 Minuten. 4 ist ein Foto vom Beispiel 1, das einfach getrennt wurde durch Abbau von Polyurethan wegen der Mikrowellenbestrahlung. Es wurde gefunden, dass die Trennung einfach erreicht wurde wegen des Abbaus von Polyurethan.
Effekt der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt einen Klebstoff zum Kleben eines Polyurethan-Elastomers auf einem Aluminiummaterial zur Verfügung, in dem eine Silanverbindung und Graphenoxid angewendet werden, um die Haftfestigkeit zu verbessern, im Vergleich zu Klebstoffen, welche nur die Silanverbindung beinhalten. Zusätzlich können, während eines Trennprozesses für ein Recycling nach der Verwendung, das Aluminiummaterial und das Polyurethan einfach voneinander getrennt werden durch Polyurethanpyrolyse durch rapides Erhitzen aufgrund der Mikrowellenabsorptionseigenschaften von Graphenoxid.

Claims

Klebstoff, umfassend Graphenoxid beinhaltend eine Epoxygruppe, eine Hydroxygruppe oder eine Carbonsäuregruppe, und eine Alkoxysilanverbindung beinhaltend eine Amingruppe, eine Epoxygruppe, eine Carbonsäuregruppe, eine Hydroxygruppe, oder eine Thiolgruppe.
Klebstoff von Anspruch 1, beinhaltend 50–99 Gew.-% des Graphenoxids und 1–50 Gew.-% der Alkoxysilanverbindung.
Klebstoff von Anspruch 1, worin die Alkoxysilanverbindung beinhaltend eine Amingruppe, eine Epoxygruppe, eine Carbonsäuregruppe, eine Hydroxygruppe, oder eine Thiolgruppe, eine aus der Gruppe bestehend aus Glycidylpropyl-Trimethoxysilan, Aminopropyl-Trimethoxysilan oder Mercaptopropyl-Trimetoxysilan ist.
Aluminium-Polyurethan-Kompositmaterial, das geklebt ist unter Verwendung eines Klebstoffs umfassend Graphenoxid beinhaltend zumindest eine Gruppe bestehend aus einer Epoxygruppe, einer Hydroxygruppe oder einer Carbonsäuregruppe; und eine Alkoxysilanverbindung beinhaltend zumindest eine aus der Gruppe bestehend aus einer Amingruppe, einer Epoxygruppe, eine Carbonsäuregruppe, einer Hydroxygruppe, oder einer Thiolgruppe.
Verfahren zur Trennung eines Aluminium-Polyurethan-Kompositmaterials, umfassend: Mikrowellenbestrahlung in ein Aluminium-Polyurethan-Kompositmaterial, das geklebt ist unter Verwendung eines Klebstoffs umfassend Graphenoxid beinhaltend eine Epoxygruppe, eine Hydroxygruppe oder eine Carbonsäuregruppe; und eine Alkoxysilanverbindung beinhaltend eine Amingruppe, eine Epoxygruppe, eine Carbonsäuregruppe, eine Hydroxygruppe, oder eine Thiolgruppe, für 10 sec bis 30 min bei 500–1.000 Watt.