DE102014227031B4

DE102014227031B4 - Zusammensetzung für eine wärmeisolierende Beschichtung und wärmeisolierende Beschichtungsschicht

Info

Publication number: DE102014227031B4
Application number: DE102014227031.6A
Authority: DE
Inventors: Jiyoun Seo; Woong Pyo HONG; Seung Woo Lee; Bokyung Kim; In Woong Lyo; Kwang Hoon Choi; Hong Kil Baek
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2022-06-09
Anticipated expiration: 2034-12-31
Also published as: KR101601095B1; DE102014227031A1; KR20150080239A; US20150285140A1

Abstract

Zusammensetzung für eine wärmeisolierende Beschichtung, umfassend:ein Polyamidimidharz, das in einem ersten organischen Lösungsmittel oder in einem wässrigen Lösungsmittel dispergiert ist; undein Aerogel, das in einem zweiten organischen Lösungsmittel dispergiert ist,wobei ein Unterschied zwischen dem Siedepunkt des ersten organischen Lösungsmittels und dem des zweiten organischen Lösungsmittels 10 °C oder mehr beträgt,wobei das Polyamidimidharz in dem ersten organischen Lösungsmittel oder in dem wässrigen Lösungsmittel einen Feststoffanteil von 5 Gew.-% bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht 1) des hochsiedenden organischen Lösungsmittels oder des wässrigen Lösungsmittels und 2) des Polyamidimidharzes, ausmacht,wobei das Aerogel in dem zweiten organischen Lösungsmittel einen Feststoffanteil von 5 Gew.-% bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Aerogels und des niedrigsiedenden organischen Lösungsmittels, ausmacht,wobei das erste organische Lösungsmittel oder das wässrige Lösungsmittel und das zweite organische Lösungsmittel nicht leicht ineinander gelöst oder miteinander vermischt werden können,wobei das erste organische Lösungsmittel wenigstens eines umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Anisol, Toluol, Xylol, Methylethylketon, Methylisobutylketon und Ethylenglykolmonomethylether,Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether, Butylacetat, Cyclohexanon, Ethylenglykolmonoethyletheracetat (BCA), Benzol, Hexan und N,N'-Dimethylformamid,wobei das zweite organische Lösungsmittel wenigstens eines umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol, n-Butylalkohol, iso-Butylalkohol, tert-Butylalkohol, Aceton, Methylenchlorid und Isopropylalkohol,wobei das wässrige Lösungsmittel wenigstens eines umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Wasser und Ethylacetat.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2013-0168496, die am 31. Dezember 2013 eingereicht wurde und auf deren gesamten Inhalt hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung für eine wärmeisolierende Beschichtung sowie eine wärmeisolierende Beschichtungsschicht oder eine wärmeisolierende Schicht. Die Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung kann insbesondere eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit sowie eine reduzierte volumetrische Wärmekapazität aufweisen, sodass verbesserte mechanisch-physikalische Eigenschaften und eine größere Wärmebeständigkeit bereitgestellt werden. Eine derartige wärmeisolierende Beschichtungsschicht, wie sie aus der Zusammensetzung für die Beschichtung erhalten wird, kann bei einem Verbrennungsmotor dazu eingesetzt werden, die nach außen abgegebene Wärmeenergie zu reduzieren, wodurch der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors und die Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs verbessert werden.
Hintergrund
Ein Verbrennungsmotor bezeichnet allgemein einen Motor, bei dem das bei der Verbrennung von Kraftstoffen erzeugte Verbrennungsgas direkt auf einen Kolben, eine Turbinenschaufel oder etwas Ähnliches einwirkt, um die Wärmeenergie des Kraftstoffs in mechanische Arbeit umzusetzen. Der Verbrennungsmotor bezeichnet allgemein einen Kolbenmotor, in welchem eine Gasmischung aus Kraftstoffen und Luft entzündet wird und im Zylinder zur Explosion gebracht wird, um den Kolben zu bewegen. Der Verbrennungsmotor kann zum Beispiel auch eine Gasturbine, ein Triebwerk, eine Rakete und dergleichen bezeichnen.
Je nach Art des Kraftstoffs kann der Verbrennungsmotor in einen Gasmotor, einen Benzin- oder Ottomotor, einen Kerosinmotor, einen Dieselmotor und dergleichen unterteilt werden. Der Kerosinmotor, der Gasmotor und der Ottomotor werden mit Hilfe einer elektrischen Bogenentladung über eine Zündkerze gezündet und der Dieselmotor wird normalerweise entzündet, indem Kraftstoff in Luft eingesprüht, die unter hohen Temperaturen und hohem Druck steht. Je nach dem Taktbetrieb des Kolbens kann der Verbrennungsmotor auch in Viertakt- und Zweitakt-Motoren unterteilt werden.
Der Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs weist einen Wärmewirkungsgrad von etwa 15 % bis 35 % auf. Jedoch können selbst bei einem Verbrennungsmotor mit sehr gutem Wirkungsgrad etwa 60 % oder mehr der gesamten Wärmeenergie durch die Wärmeenergie, die über die Wand des Verbrennungsmotors nach außen abgegeben wird, Abgase und dergleichen verloren gehen.
Wenn die Menge an Wärmeenergie, die über die Wand des Verbrennungsmotors nach außen abgegeben wird, reduziert wird, kann entsprechend der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors erhöht werden, weshalb Verfahren zum Anbringen von isolierenden Materialien an der Außenseite des Verbrennungsmotors oder zum Ersetzen von Materialien oder Abschnitten einer Struktur des Verbrennungsmotors oder zum Entwickeln von Kühlsystemen für den Verbrennungsmotor entwickelt wurden.
Wenn die Abgabe der im Verbrennungsmotor erzeugten Wärme durch die Wand des Verbrennungsmotors nach außen minimiert wird, können insbesondere der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors und die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs verbessert werden. Bislang wurden jedoch keine geeigneten wärmeisolierenden Materialien, wärmeisolierenden Strukturen und dergleichen entwickelt, die für einen längeren Zeitraum wiederholt den hohen Temperaturen und dem hohen Druck im Verbrennungsmotor standhalten können.
GB 2 071 668 A beschreibt eine harzhaltige Schutzschicht, die auf ein isolierendes oder metallisches Substrat aufgebracht werden kann. DE 602 06 980 T2 offenbart eine wärmebeständige Zusammensetzung.
Die vorstehend als Stand der Technik zur vorliegenden Erfindung angegebene Beschreibung dient lediglich dazu, den Hintergrund der vorliegenden Erfindung verständlicher zu machen und sollte nicht als Teil des Standes der Technik, wie er einem Fachmann bekannt ist, aufgefasst werden.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem bevorzugten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Zusammensetzung für eine wärmeisolierende Beschichtung sowie eine wärmeisolierende Beschichtungsschicht oder wärmeisolierende Schicht bereit. Die Zusammensetzung für eine wärmeisolierende Beschichtung kann - neben wesentlich verbesserten mechanischen und physikalischen Eigenschaften und einer verbesserten Wärmebeständigkeit - eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit sowie eine reduzierte volumetrische Wärmekapazität aufweisen. Die aus der Zusammensetzung für eine wärmeisolierende Beschichtung erhaltene wärmeisolierende Beschichtungsschicht kann entsprechend bei einem Verbrennungsmotor dazu eingesetzt werden, die nach außen abgegebene Wärmeenergie zu reduzieren, sodass der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors und die Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs verbessert werden können.
In einem Aspekt wird eine Zusammensetzung für eine wärmeisolierende Beschichtung bereitgestellt, die enthalten kann: ein Polyamidimidharz, das in einem ersten organischen Lösungsmittel oder in einem wässrigen Lösungsmittel dispergiert ist; und ein Aerogel, das in einem zweiten organischen Lösungsmittel dispergiert ist wobei ein Unterschied zwischen dem Siedepunkt des ersten organischen Lösungsmittels und dem des zweiten organischen Lösungsmittels 10 °C oder mehr beträgt, wobei das Polyamidimidharz in dem ersten organischen Lösungsmittel oder in dem wässrigen Lösungsmittel einen Feststoffanteil von 5 Gew.-% bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht 1) des hochsiedenden organischen Lösungsmittels oder des wässrigen Lösungsmittels und 2) des Polyamidimidharzes, ausmacht, wobei das Aerogel in dem zweiten organischen Lösungsmittel einen Feststoffanteil von 5 Gew.-% bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Aerogels und des niedrigsiedenden organischen Lösungsmittels, ausmacht, wobei das erste organische Lösungsmittel oder das wässrige Lösungsmittel und das zweite organische Lösungsmittel nicht leicht ineinander gelöst oder miteinander vermischt werden können, wobei das erste organische Lösungsmittel wenigstens eines umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Anisol, Toluol, Xylol, Methylethylketon, Methylisobutylketon und Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether, Butylacetat, Cyclohexanon, Ethylenglykolmonoethyletheracetat (BCA), Benzol, Hexan und N,N' Dimethylformamid, wobei das zweite organische Lösungsmittel wenigstens eines umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol, n-Butylalkohol, iso-Butylalkohol, tert-Butylalkohol, Aceton, Methylenchlorid und Isopropylalkohol, wobei das wässrige Lösungsmittel wenigstens eines umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Wasser und Ethylacetat.. Das erste organische Lösungsmittel kann insbesondere einen Siedepunkt aufweisen, der gleich oder größer als etwa 110 °C ist. Des Weiteren kann das zweite organische Lösungsmittel eine Siedetemperatur von weniger als etwa 110 °C aufweisen. Der Begriff „wässriges Lösungsmittel“ kann daneben einen Wassergehalt von mehr als etwa 50 Vol.-%, mehr als etwa 55 Vol.%, mehr als etwa 60 Vol.-%, mehr als etwa 65 Vol.-%, mehr als etwa 70 Vol.%, mehr als etwa 75 Vol.%, mehr als etwa 80 Vol.-%, mehr als etwa 85 Vol.%, mehr als etwa 90 Vol.-%, mehr als etwa 95 Vol.% oder mehr als etwa 99 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Lösemittelsystems, aufweisen.
Die Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung kann zum Beschichten von Innenflächen oder Bestandteilen oder Komponenten eines Verbrennungsmotors verwendet werden.
Das Polyamidimidharz kann ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von etwa 3.000 bis 100.000 besitzen.
Das Aerogel kann wenigstens eine Art von Verbindung enthalten, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Siliziumdioxid, Kohlenstoff, Polyimid und Metallcarbid.
Das Aerogel kann eine spezifische Oberfläche von etwa 100 cm²/g bis etwa 1.000 cm²/g besitzen.
Das Aerogel kann in einer Menge von etwa 5 bis 50 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polyamidimidharzes, enthalten sein.
Das Polyamidimidharz in dem hochsiedenden organischen Lösungsmittel oder in dem wässrigen Lösungsmittel weist einen Feststoffgehalt von etwa 5 Gew.-% bis 75 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewichts 1) des hochsiedenden organischen Lösungsmittels oder des wässrigen Lösungsmittels und 2) des Polyamidimidharzes auf.
Das Aerogel in dem niedrigsiedenden organischen Lösungsmittel weist einen Feststoffgehalt von etwa 5 Gew.-% bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Aerogels und des niedrigsiedenden organischen Lösungsmittels auf.
Ein Unterschied zwischen dem Siedepunkt des ersten organischen Lösungsmittels und dem des zweiten organischen Lösungsmittels beträgt etwa 10 °C oder mehr.
Das erste organische Lösungsmittel umfasst wenigstens einest, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Anisol, Toluol, Xylol, Methylethylketon, Methylisobutylketon und Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether, Butylacetat, Cyclohexanon, Ethylenglykolmonoethyletheracetat (BCA), Benzol, Hexan und N,N'-Dimethylformamid.
Das zweite organische Lösungsmittel umfasst wenigstens eines, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol, n-Butylalkohol, iso-Butylalkohol, tert-Butylalkohol, Aceton, Methylenchlorid und Isopropylalkohol.
Das wässrige Lösungsmittel umfasst wenigstens eines, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Wasser und Ethylacetat.
In einem weiteren Aspekt wird auch eine wärmeisolierende Beschichtungsschicht oder wärmeisolierende Schicht bereitgestellt, die ein Polyamidimidharz sowie ein Aerogel, das in dem Polyamidimidharz dispergiert ist, enthält, wobei die wärmeisolierende Beschichtungsschicht eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,60 W/mK oder weniger aufweist, wobei 2 Gew.-% oder weniger Polyamidimidharz in einem inneren Teil des Aerogels vorkommen.
Die wärmeisolierende Beschichtungsschicht kann eine Wärmekapazität von etwa 1250 KJ/m³ * K oder weniger aufweisen.
Das Polyamidimidharz ist in einer Menge von etwa 2 Gew.-% oder weniger in einem inneren Teil des Aerogels vorhanden.
Das Polyamidimidharz kann in einer Tiefe, die etwa 5 % oder mehr des längsten Durchmessers von einer Oberfläche des Aerogels aus gesehen entspricht, nicht vorkommen.
Wenn Aerogele in dem Polyamidimidharz dispergiert sind, kann jedes Aerogel eine Porosität von etwa 92 % bis 99 % aufweisen.
Die wärmeisolierende Beschichtungsschicht kann eine Dicke von etwa 50 µm bis etwa 500 µm besitzen.
Die wärmeisolierende Beschichtungsschicht kann an inneren Flächen oder Bestandteilen oder Komponenten eines Verbrennungsmotors gebildet sein.
Das Aerogel kann in einer Menge von etwa 5 bis 50 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polyamidimidharzes, enthalten sein.
Ferner werden Verbrennungsmotoren bereitgestellt, welche die wärmeisolierende Beschichtungsschicht enthalten, die aus der Zusammensetzung, wie sie hierin beschrieben ist, gebildet wurde. Weiterhin werden Fahrzeuge bereitgestellt, welche die Verbrennungsmotoren enthalten, die mit der wärmeisolierenden Beschichtungsschicht der Erfindung beschichtet sind.
Im Folgenden sind weitere Aspekte der Erfindung erläutert.
Figurenliste

1 zeigt eine Fotografie einer Oberfläche einer beispielhaften wärmeisolierenden Beschichtungsschicht, die in Beispiel 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
2 zeigt eine Fotografie einer Oberfläche einer Beschichtungsschicht, die in Vergleichsbeispiel 2 erhalten wurde.

Ausführliche Beschreibung
Es soll verstanden werden, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder ein weiterer ähnlicher Begriff, wie er hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge allgemein, wie beispielsweise Personenkraftwagen, einschließlich Geländewagen (sports utility vehicles, SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen sowie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, umsteckbare Hybrid-Elektro-Fahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und weitere Fahrzeuge, die mit alternativen Kraftstoffen betrieben werden (z.B. Kraftstoffen, die aus einer anderen Quelle als Erdöl stammen), einschließt. Wie es hierin verwendet wird, bezeichnet ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das über zwei oder mehr Antriebsquellen verfügt, beispielsweise ein Fahrzeug, das sowohl mit Benzin als auch mit Strom betrieben wird.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck, bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und soll die Erfindung daher in keiner Weise einschränken. Wie sie hierin verwendet werden, sollen die Singularformen „ein, eine, eines“ und „der, die das“ auch die Pluralformen umfassen, solange aus dem Kontext nicht klar etwas anderes ersichtlich ist. Weiter soll verstanden werden, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Merkmale, Zahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente und/oder Komponenten/Bestandteile angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines oder mehrerer weiterer Merkmale, Zahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente, Komponenten/Bestandteile und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie er hierin verwendet wird, schließt der Begriff „und/oder“ jegliche und alle Kombinationen eines oder mehrerer der damit verbundenen aufgelisteten Punkte ein.
Soweit nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich ist, soll der Begriff „etwa“, wie er hierin verwendet wird, als innerhalb eines Bereichs mit in der Wissenschaft normalen Toleranzgrenzen liegend verstanden werden, zum Beispiel als innerhalb von 2 Standardabweichungen vom Mittelwert liegend. „Etwa“ kann verstanden werden als innerhalb von 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 %, 0,5 %, 0,1 %, 0,05 % oder 0,01 % vom angegebenen Wert liegend. Soweit es aus dem Kontext nicht anderweitig klar hervorgeht, gelten alle hierin angegebenen Zahlenwerte als um den Begriff „etwa“ erweitert.
Nachfolgend werden die Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung und die wärmeisolierende Beschichtungsschicht anhand von verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlicher beschrieben.
Eine Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung für eine wärmeisolierende Beschichtungenthält: ein Polyamidimidharz, das in einem ersten organischen Lösungsmittel oder in einem wässrigen Lösungsmittel dispergiert ist; und ein Aerogel, das in einem zweiten organischen Lösungsmittel dispergiert ist, wobei ein Unterschied zwischen dem Siedepunkt des ersten organischen Lösungsmittels und dem des zweiten organischen Lösungsmittels 10 °C oder mehr beträgt, wobei das Polyamidimidharz in dem ersten organischen Lösungsmittel oder in dem wässrigen Lösungsmittel einen Feststoffanteil von 5 Gew.-% bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht 1) des hochsiedenden organischen Lösungsmittels oder des wässrigen Lösungsmittels und 2) des Polyamidimidharzes, ausmacht, wobei das Aerogel in dem zweiten organischen Lösungsmittel einen Feststoffanteil von 5 Gew.-% bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Aerogels und des niedrigsiedenden organischen Lösungsmittels, ausmacht, wobei das erste organische Lösungsmittel oder das wässrige Lösungsmittel und das zweite organische Lösungsmittel nicht leicht ineinander gelöst oder miteinander vermischt werden können, wobei das erste organische Lösungsmittel wenigstens eines umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Anisol, Toluol, Xylol, Methylethylketon, Methylisobutylketon und Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether, Butylacetat, Cyclohexanon, Ethylenglykolmonoethyletheracetat (BCA), Benzol, Hexan und N,N'-Dimethylformamid, wobei das zweite organische Lösungsmittel wenigstens eines umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol, n-Butylalkohol, iso-Butylalkohol, tert-Butylalkohol, Aceton, Methylenchlorid und Isopropylalkohol, wobei das wässrige Lösungsmittel wenigstens eines umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Wasser und Ethylacetat. Insbesondere kann das erste organische Lösungsmittel einen Siedepunkt von gleich oder größer als 110 °C aufweisen und das zweite organische Lösungsmittel kann einen Siedepunkt von kleiner als etwa 110 °C aufweisen.
Eine derartige Zusammensetzung für eine Beschichtung kann erhalten werden, indem ein Polyamidimidharz und ein Aerogel in dem ersten bzw. dem zweiten organischen Lösungsmittel dispergiert und miteinander vermischt werden. Die daraus erhaltene Beschichtungsschicht kann eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit und Dichte sowie verbesserte mechanisch-physikalische Eigenschaften und eine verbesserte Wärmebeständigkeit aufweisen. Die Beschichtungsschicht, welche die Zusammensetzung für die Beschichtung enthält, kann entsprechend bei einem Verbrennungsmotor dazu eingesetzt werden, die nach außen abgegebene Wärmeenergie zu reduzieren, so dass der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors und die Kraftstoffeffizienz eines Automobils verbessert werden können.
In den Stand der Technik wurden in den letzten Jahren Verfahren eingeführt, bei denen ein Aerogel oder ein Air-Gel („Luft-Gel“) als beispielweise isolierende Materialien, stoßdämpfende Materialien, schallisolierende Materialien oder dergleichen verwendet werden. Das Aerogel kann eine Struktur aufweisen, die aus einem Gewirr aus feinen Fasern besteht, die jeweils eine Dicke von etwa 1/10.000 eines Haares aufweisen, und eine Porosität von etwa 90 % oder mehr besitzen. Als Hauptbestandteile kann das Aerogel Siliziumdioxid, Kohlenstoff oder ein organisches Polymer enthalten. Das Aerogel kann insbesondere ein Material mit einer deutlich reduzierten Dichte sein, das aufgrund der vorstehend beschriebenen strukturellen Merkmale sehr durchsichtig ist und eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt.
Das Aerogel kann jedoch stark bruchanfällig sein und eine geringe Festigkeit besitzen und daher schon bei kleinster Beanspruchung leicht brechen. Dementsprechend wurde das Aerogel - trotz seiner guten wärmeisolierenden Eigenschaften - nicht in verschiedenen Dicken und Formen verarbeitet und als wärmeisolierendes Material eingesetzt. Wenn das Aerogel mit anderen Reaktanten gemischt wird, können zudem Lösungsmittel oder gelöste Substanzen in einen inneren Teil des Aerogels eindringen und so die Viskosität einer Verbindung erhöhen, dass kein ausreichendes Mischen erfolgen kann, kein Komplex oder keine Mischung mit anderen Materialien gebildet werden kann und die Eigenschaften des porösen Aerogels nicht in zufriedenstellender Weise erhalten werden können.
In der vorliegenden Erfindung ist das Polyamidimidharz in der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung in dem ersten organischen Lösungsmittel oder in dem wässrigen Lösungsmittel dispergiert und das Aerogel ist in dem zweiten organischen Lösungsmittel dispergiert. Das erste und das zweite organische Lösungsmittel weisen verschiedene Siedepunktbereiche auf, zum Beispiel kann das erste organische Lösungsmittel einen Siedepunkt von gleich oder größer als etwa 110 °C aufweisen und das zweite organische Lösungsmittel kann eine Siedetemperatur von weniger als etwa 110 °C aufweisen. Dementsprechend können die in Lösungsmittel dispergierte Phase des Polyamidimidharzes und die in Lösungsmittel dispergierte Phase des Aerogels nicht miteinander agglomerieren, sondern gleichmäßig miteinander vermischt werden, und die Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung kann daher ebenfalls eine gleichmäßige Zusammensetzung aufweisen.
Da das erste organische Lösungsmittel oder das wässrige Lösungsmittel und das zweite organische Lösungsmittel nicht leicht ineinander gelöst oder miteinander vermischt werden können, wenn das im ersten organischen Lösungsmittel oder im wässrigen Lösungsmittel dispergierte Polyamidimidharz und das im zweiten organischen Lösungsmittel dispergierte Aerogel unter Bilden einer Zusammensetzung für die Beschichtung gemischt werden können, kann daneben ein direkter Kontakt zwischen dem Polyamidimidharz und dem Aerogel so lange minimiert werden, bis die Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung aufgebracht wird und getrocknet ist. Insbesondere kann verhindert werden, dass das Polyamidimidharz in den inneren Teil oder in Poren des Aerogels eindringt oder diese(n) beschichtet.
Des Weiteren kann das zweite organische Lösungsmittel eine vorgegebene Affinität zum ersten organischen Lösungsmittel oder zum wässrigen Lösungsmittel besitzen, so dass das im zweiten organischen Lösungsmittel dispergierte Aerogel physikalisch mit dem im ersten organischen Lösungsmittel oder im wässrigen Lösungsmittel dispergierten Polyamidimidharz gemischt werden kann und so gleichmäßig in diesem verteilt werden kann, und das Polyamidimidharz kann gleichmäßig im ersten organischen Lösungsmittel oder im wässrigen Lösungsmittel verteilt sein.
In der aus der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung erhaltenen wärmeisolierenden Beschichtungsschicht können gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend die physikalischen Eigenschaften des Aerogels verbessert werden, so dass sie denjenigen einer herkömmlichen isolierenden Beschichtungsschicht entsprechen oder besser als diese sind, und das Aerogel kann gleichmäßiger in dem Polyamidimidharz verteilt sein, so dass neben sehr guten mechanisch-physikalischen Eigenschaften und einer sehr guten Wärmebeständigkeit verbesserte wärmeisolierende Eigenschaften erhalten werden können. Anders ausgedrückt kann, wie vorstehend beschrieben ist, die wärmeisolierende Beschichtungsschicht, die aus der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung erhalten wird, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgrund des sich in einem ähnlichen Zustand befindlichen Aerogels seine physikalischen Eigenschaften und seine Struktur beibehalten, so dass eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit und eine reduzierte Dichte sowie verbesserte mechanisch-physikalische Eigenschaften und eine bessere Wärmebeständigkeit bereitgestellt werden können. Wenn die wärmeisolierende Beschichtungsschicht in einem Verbrennungsmotor eingesetzt wird, kann entsprechend die nach außen abgegebene Wärmeenergie reduziert werden, so dass der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors und die Kraftstoffeffizienz des Automobils verbessert werden.
Die Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung kann indessen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet werden, indem das im ersten organischen Lösungsmittel oder im wässrigen Lösungsmittel dispergierte Polyamidimidharz und das im zweiten organischen Lösungsmittel dispergierte Aerogel, wie vorstehend beschrieben ist, miteinander vermischt werden.
Verfahren zum Mischen der beiden sind nicht eingeschränkt und es kann jedes beliebige physikalische Mischverfahren, welches allgemein bekannt ist, ohne Einschränkung eingesetzt werden. Zum Beispiel können zwei verschiedene in Lösungsmitteln dispergierte Phasen miteinander vermischt werden und es können Zirkoniumdioxid-Kügelchen zugesetzt werden. Zum Herstellen der Zusammensetzung für die Beschichtung (Beschichtungslösung) kann die Mischung bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck mit Hilfe einer Kugelmühle mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 rpm (rounds per minute, Umdrehungen pro Minute) bis 500 rpm verarbeitet werden. Das Verfahren zum Mischen der in Lösungsmittel dispergierten Phase des Polyamidimidharzes mit der in Lösungsmittel dispergierten Phase des Aerogels ist indessen nicht auf das vorstehend angegebene Beispiel eingeschränkt.
Die Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung kann wärmeisolierende Materialien, wärmeisolierende Strukturen und dergleichen bereitstellen, so dass die Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung für längere Zeit wiederholt hohen Temperaturen und hohem Druck im Verbrennungsmotor ausgesetzt werden kann, und die erfindungsgemäße Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung kann insbesondere zum Beschichten von Innenflächen oder Bestandteilen des Verbrennungsmotors verwendet werden.
Das Polyamidimidharz, das in der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung enthalten ist, ist nicht auf ein bestimmtes Beispiel eingeschränkt und das Polyamidimidharz kann ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von etwa 3.000 bis 300.000 und insbesondere von etwa 4.000 bis 100.000 besitzen.
Wenn das Polyamidimidharz ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht aufweist, das kleiner als ein vorgegebener Wert ist, zum Beispiel kleiner als etwa 3.000, können die mechanisch-physikalischen Eigenschaften oder die Wärmebeständigkeit und die wärmeisolierenden Eigenschaften einer Beschichtungsschicht, eines Beschichtungsfilms oder einer Beschichtungsschicht, die aus der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung erhalten wird, unzureichend sein und zudem kann das Polymerharz leicht in den inneren Teil des Aerogels eindringen. Wenn das gewichtsgemittelte Molekulargewicht des Polyamidimidharzes daneben größer als ein vorgegebener Wert ist, zum Beispiel größer als etwa 300.000, kann die Gleichmäßigkeit oder Homogenität der Beschichtungsschicht, des Beschichtungsfilms oder der Beschichtungsschicht, die aus der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung erhalten wird, gestört sein und das Dispersionsvermögen des Aerogels in der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Zusammensetzung kann verschlechtert sein. Zudem kann eine Düse und dergleichen einer Aufbringungsvorrichtung beim Auftragen der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung nicht richtig verwendet werden, die Dauer, die Wärmebehandlung der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung kann länger dauern und die Temperatur der Wärmebehandlung müsste erhöht werden.
Als Aerogel kann jedes Aerogel, das im Stand der Technik allgemein bekannt ist, verwendet werden. Ohne darauf beschränkt zu sein, kann Siliziumdioxid, Kohlenstoff, Polyimid, Metallcarbid oder Mischungen von zwei oder mehr derselben als Aerogel verwendet werden.
Das Aerogel kann eine spezifische Oberfläche von etwa 100 cm²/g bis etwa 1.000 cm²/g oder von etwa 300 cm²/g bis etwa 900 cm²/g besitzen. In der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung kann das Aerogel in einer Menge von etwa 5 bis 50 Gewichtsteilen oder in einer Menge von etwa 10 bis 45 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polyamidimidharzes, enthalten sein. Ein Gewichtsverhältnis zwischen dem Polyamidimidharz und dem Aerogel kann einem Gewichtsverhältnis der Feststoffanteile derselben ohne Lösungsmittel für die Dispersion entsprechen.
Wenn der Anteil des Aerogels in Bezug auf das Polyamidimidharz kleiner als eine vorgegebene Menge, zum Beispiel kleiner als etwa 5 Gewichtsteile, ist, können die Wärmeleitfähigkeit und die Dichte der Beschichtungsschicht, des Beschichtungsfilms oder der Beschichtungsschicht, die aus der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Schicht erhalten wird, nicht ausreichend reduziert sein, es können keine ausreichenden wärmeisolierenden Eigenschaften erhalten werden und die Wärmebeständigkeit des wärmeisolierenden Films, der aus der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung hergestellt ist, kann verringert sein. Wenn der Anteil des Aerogels in Bezug auf das Polymerharz daneben größer als eine vorgegebene Menge, zum Beispiel größer als etwa 50 Gewichtsteile, ist, können keine zufriedenstellenden mechanisch-physikalischen Eigenschaften der Beschichtungsschicht, des Beschichtungsfilms oder der Beschichtungsschicht, die aus der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung erhalten wird, erhalten werden, und in dem wärmeisolierenden Film, der aus der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung hergestellt ist, können Risse auftreten oder die Form eines aufgetragenen wärmeisolierenden Films kann unbeständig sein.
Ein Feststoffanteil des Polyamidimidharzes in dem ersten organischen Lösungsmittel oder in dem wässrigen Lösungsmittel macht eine Menge von etwa 5 Gew.% bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht 1) des hochsiedenden organischen Lösungsmittels oder des wässrigen Lösungsmittels und 2) des Polyamidimidharzes, aus, so dass die Gleichmäßigkeit oder die physikalischen Eigenschaften der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung verbessert werden können.
Ein Feststoffanteil des Aerogels in dem zweiten organischen Lösungsmittel macht etwa 5 Gew.-% bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Aerogels und des niedrigsiedenden organischen Lösungsmittels, aus, so dass die Gleichmäßigkeit und die physikalischen Eigenschaften der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung verbessert werden können.
Da das erste organische Lösungsmittel oder das wässrige Lösungsmittel und das zweite organische Lösungsmittel nicht leicht ineinander gelöst oder miteinander vermischt werden können, kann, wie vorstehend beschrieben ist, ein direkter Kontakt zwischen dem Polyamidimidharz und dem Aerogel bis zum Auftragen und Trocknen der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung minimiert werden, und es kann verhindert werden, dass das Polyamidimidharz in den inneren Teil oder in Poren des Aerogels eindringt oder diese(n) beschichtet.
Ein Unterschied zwischen dem Siedepunkt des ersten organischen Lösungsmittels und dem Siedepunkt des zweiten organischen Lösungsmittels beträgt 10 °C oder mehr oder kann 20 °C oder mehr betragen oder in einem Bereich von etwa 10 °C bis 200 °C liegen.
Als erstes organisches Lösungsmittel können insbesondere organische Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von etwa 110 °C oder mehr verwendet werden.
Das erste organische Lösungsmittel umfasst Anisol, Toluol, Xylol, Methylethylketon, Methylisobutylketon und Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether, Butylacetat, Cyclohexanon, Ethylenglykolmonoethyletheracetat (BCA), Benzol, Hexan, DMSO, N,N'-Dimethylformamid oder Mischungen aus zwei oder mehreren derselben.
Als zweites organisches Lösungsmittel können insbesondere organische Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von kleiner als etwa 110 °C verwendet werden.
Das zweite organische Lösungsmittel umfasst Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol, n-Butylalkohol, iso-Butylalkohol, tert-Butylalkohol, Aceton, Methylenchlorid, Isopropylalkohol oder Mischungen aus zwei oder mehreren derselben.
Das wässrige Lösungsmittel umfasst indessen Wasser und Ethylacetat oder Mischungen aus zwei oder mehreren derselben.
Des Weiteren weist die wärmeisolierende Beschichtungsschicht, welche das Polyamidimidharz und das Aerogel, das in dem Polyamidimidharz dispergiert ist, enthält, eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,60 W/mK oder weniger auf.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann die wärmeisolierende Beschichtungsschicht eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit und eine reduzierte Dichte sowie verbesserte mechanisch-physikalische Eigenschaften und eine bessere Wärmebeständigkeit aufweisen. Des Weiteren kann die wärmeisolierende Beschichtungsschicht in einem Verbrennungsmotor dazu eingesetzt werden, die nach außen abgegebene Wärmeenergie zu reduzieren, wodurch - unter Verwenden der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung - den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors und die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs verbessert werden können.
In der wärmeisolierenden Beschichtungsschicht kann das Aerogel gleichmäßig über die gesamte Fläche des Polyamidimidharzes dispergiert sein und somit können im Wesentlichen physikalische Eigenschaften, die dem Aerogel zugeschrieben werden, wie zum Beispiel eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit und eine reduzierte Dichte, erreicht werden und Eigenschaften, die dem Polyamidimidharz zugeschrieben werden, zum Beispiel sehr gute mechanisch-physikalische Eigenschaften, eine sehr gute Wärmebeständigkeit und dergleichen, können in gleichem Maße erreicht werden, als wenn eine Beschichtungsschicht verwendet würde, die nur das Polyamidimidharz enthält.
Die wärmeisolierende Beschichtungsschicht kann eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit und eine sehr gute Wärmekapazität besitzen und insbesondere besitzt die wärmeisolierende Beschichtungsschicht eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,60 W/mK oder weniger, oder kann eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,55 W/mK oder weniger oder etwa 0,60 W/mK bis 0,20 W/mK besitzen. Die wärmeisolierende Beschichtungsschicht kann daneben eine Wärmekapazität von etwa 1250 KJ/m³*K oder weniger oder von etwa 100 bis 1250 KJ/m³*K besitzen.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann die Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung indessen das im ersten organischen Lösungsmittel oder im wässrigen Lösungsmittel dispergierte Polyamidimidharz und das im zweiten organischen Lösungsmittel dispergierte Aerogel so enthalten, dass ein direkter Kontakt zwischen dem Polyamidimidharz und dem Aerogel so lange minimiert werden kann, bis die Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung aufgebracht wurde und getrocknet ist, wobei das Polyamidimidharz nicht in den inneren Teil oder in Poren des Aerogels, das in der schließlich erzeugten wärmeisolierenden Beschichtungsschicht enthalten ist, eindringen kann oder diese(n) beschichtet.
Insbesondere kann das Polyamidimidharz im Wesentlichen nicht im inneren Teil des im Polyamidimidharz dispergierten Aerogels vorkommen und das Polyamidimidharz ist mit etwa 2 Gew.-% oder weniger im inneren Teil des Aerogels vorhanden, oder kann mit etwa 1 Gew.-% oder weniger im inneren Teil des Aerogels vorhanden sein.
Daneben kann das Aerogel in der wärmeisolierenden Schicht vorkommen, wenn das Aerogel in dem Polyamidimidharz dispergiert ist. Anders ausgedrückt kann ein äußerer Teil des Aerogels in Kontakt mit dem Polyamidimidharz stehen oder mit diesem kombiniert sein; der innere Teil des Aerogels kann jedoch kein Polyamidimidharz aufweisen. Insbesondere kann das Polyamidimidharz nicht in einer Tiefe vorkommen, die etwa 5 % oder mehr des längsten Durchmessers von einer Oberfläche des in der wärmeisolierenden Beschichtungsschicht enthaltenen Aerogels aus gesehen entspricht.
Da das Polyamidimidharz nicht in den innen Teil oder in Poren des Aerogels eindringt oder diese(n) beschichtet, kann das Aerogel vor und nach dem Dispergieren des Polyamidimidharzes den gleichen Grad an Porosität aufweisen und insbesondere kann jedes Aerogel, das in der wärmeisolierenden Beschichtungsschicht enthalten ist, eine Porosität von etwa 92 % bis 99 % aufweisen, wenn die Aerogele in dem Polyamidimidharz dispergiert sind.
Die wärmeisolierende Beschichtungsschicht kann wärmeisolierende Materialien, wärmeisolierende Strukturen und dergleichen bereitstellen, die in einem Verbrennungsmotor für längere Zeit wiederholt hohen Temperaturen und hohem Druck ausgesetzt werden können. Die wärmeisolierende Beschichtungsschicht kann entsprechend auf den Innenflächen oder den Bestandteilen des Verbrennungsmotors gebildet werden.
Eine Dicke der wärmeisolierenden Beschichtungsschicht kann in Abhängigkeit von den aufzutragenden Feldern oder Bereichen oder Positionen oder Stellen oder von den gewünschten physikalischen Eigenschaften bestimmt werden und kann zum Beispiel etwa 50 µm bis 500 µm betragen.
In der wärmeisolierenden Beschichtungsschicht kann das Aerogel in einer Menge von etwa 5 bis 50 Gewichtsteilen oder insbesondere etwa 10 bis 45 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polyamidimidharzes, enthalten sein.
Wenn der Anteil an Aerogel zum Polyamidimidharz kleiner als die vorgegebene Menge ist, zum Beispiel kleiner als etwa 5 Gewichtsteile, können die Wärmeleitfähigkeit und die Dichte der wärmeisolierenden Beschichtungsschicht nicht ausreichend reduziert sein, keine zufrieden stellenden wärmeisolierenden Eigenschaften erhalten werden und die Wärmebeständigkeit der wärmeisolierenden Beschichtungsschicht kann reduziert sein. Wenn der Anteil an Aerogel zum Polymerharz daneben größer als die vorgegebene Menge ist, zum Beispiel größer als etwa 50 Gewichtsteile, können keine zufrieden stellenden mechanisch-physikalischen Eigenschaften der wärmeisolierenden Beschichtungsschicht erhalten werden und es können Risse in der wärmeisolierenden Beschichtungsschicht auftreten oder die Form eines aufgetragenen wärmeisolierenden Films kann unbeständig sein.
Das Polyamidimidharz kann ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von etwa 3.000 bis 300.000 oder insbesondere von etwa 4.000 bis 100.000 besitzen.
Das Aerogel kann wenigstens eine Verbindung enthalten, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Siliziumdioxid, Kohlenstoff, Polyimid und Metallcarbid.
Das Aerogel kann eine spezifische Oberfläche von etwa 100 cm²/g bis etwa 1.000 cm²/g aufweisen.
Das Polyamidimidharz und das Aerogel, die in der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung enthalten sind, wie dies vorstehend beschrieben ist, können für die wärmeisolierende Beschichtungsschicht verwendet werden.
Die wärmeisolierende Beschichtungsschicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann indessen erhalten werden, indem die erfindungsgemäße Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung getrocknet wird. Vorrichtungen oder Verfahren, die zum Trocknen der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung verwendet werden können, sind nicht eingeschränkt und so können natürlich - ohne darauf beschränkt zu sein - ein Verfahren, bei dem das Trocknen bei Raumtemperatur erfolgt, ein Verfahren, bei dem das Trocknen durch Erwärmen auf etwa 50 °C oder mehr erfolgt, und dergleichen verwendet werden.
Die Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung kann zum Beispiel auf ein Substrat oder auf ein Material aufgetragen werden, zum Beispiel auf eine Innenfläche oder eine Außenfläche der Bestandteile des Verbrennungsmotors, und dann kann die Zusammensetzung für die Beschichtung wenigstens einmal bei einer Temperatur von etwa 50 °C bis 200 °C vorgetrocknet werden. Anschließend kann die vorgetrocknete Zusammensetzung für die Beschichtung unter Bilden der wärmeisolierenden Beschichtungsschicht bei einer Temperatur von etwa 200 °C oder mehr vollständig getrocknet werden. Das Auftragen der wärmeisolierenden Beschichtungsschicht ist jedoch keinesfalls auf ein bestimmtes Verfahren eingeschränkt.
Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Zusammensetzung für wärmeisolierende Beschichtung eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit und eine reduzierte Dichte sowie deutlich bessere mechanisch-physikalische Eigenschaften und eine deutlich bessere Wärmebeständigkeit besitzen. Die wärmeisolierende Beschichtungsschicht, welche die Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung, wie sie vorstehend beschrieben ist, enthält, kann entsprechend in einem Verbrennungsmotor eingesetzt werden, um die nach außen abgegebene Wärmeenergie zu reduzieren und dadurch den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors und die Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs zu verbessern.
In den folgenden Beispielen werden die beispielhaft angegebenen Ausführungsformen ausführlicher beschrieben. Die im Folgenden angegebenen Beispielen dienen jedoch lediglich dazu, die beispielhaften Ausführungsformen zu erläutern und der Umfang der vorliegenden Erfindung ist in keiner Weise auf die im Folgenden angegebenen Beispiele beschränkt.
[Beispiele 1 bis 3]
(1) Zubereitung der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung
Ein poröses Siliziumdioxid-Aerogel oder Kieselgel-Aerogel mit einer spezifischen Oberfläche von etwa 500 cm²/g wurde in Ethylalkohol dispergiert und ein Polyamidimidharz (Solvay Co.) mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von etwa 11.000 wurde in Xylol dispergiert. Die vorbereiteten Materialien wurden in ein 20 g-Reaktionsgefäß eingespritzt, Zirkoniumdioxidkügelchen (440 g) wurden zugegeben und anschließend wurde alles bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck mit Hilfe einer Kugelmühle mit einer Geschwindigkeit von etwa 150 bis 300 rpm vermahlen, um so eine Zusammensetzung für eine wärmeisolierende Beschichtung (eine Beschichtungslösung) zuzubereiten.
Ein Gewichtsverhältnis zwischen dem porösen Siliziumdioxid-Aerogel und dem Polyamidimidharz ist in Tabelle 1 angegeben.
(2) Bildung der wärmeisolierenden Beschichtungsschicht
Die erhaltene Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung wurde mittels Sprühbeschichten auf einen Kolben für ein Fahrzeug aufgebracht. Nach Aufbringen der Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung auf den Kolben erfolgte zudem ein erstes Vortrocknen bei einer Temperatur von etwa 150 °C für etwa 10 min. Die Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung wurde erneut aufgebracht und anschließend erfolgte ein zweites Vortrocknen bei einer Temperatur von etwa 150 °C für etwa 10 min. Nach dem zweiten Vortrocknen wurde die Zusammensetzung für die wärmeisolierende Beschichtung erneut aufgebracht und unter Bilden der wärmeisolierenden Beschichtungsschicht auf dem Kolben bei einer Temperatur von etwa 250 °C in etwa 60 min vollständig getrocknet. Eine Dicke jeder der Beschichtungsschichten ist ebenfalls in Tabelle 1 angegeben.
[Vergleichsbeispiel 1]
Ein Polyamidimidharz (Solvay Co.) mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von etwa 11.000 wurde in Xylol dispergiert und die PAI-Lösung (eine Lösung des Polyamidimidharzes in Xylol) wurde mittels Sprühbeschichten der Lösung auf den Kolben eines Kraftfahrzeugmotors aufgebracht.
Nach Auftragen der PAI-Lösung auf den Kolben erfolgte zudem ein erstes Vortrocknen bei einer Temperatur von etwa 150 °C für etwa 10 min, worauf die PAI-Lösung erneut aufgebracht wurde. Anschließend erfolgte ein zweites Vortrocknen bei einer Temperatur von etwa 150 °C für etwa 10 min. Nach dem zweiten Vortrocknen wurde die PAI-Lösung erneut aufgetragen und bei einer Temperatur von etwa 250 °C in etwa 60 min vollständig getrocknet, wobei sich die wärmeisolierende Beschichtungsschicht auf dem Kolben bildete. In der Tabelle 1 ist die Dicke der gebildeten Beschichtungsschicht angegeben.
[Vergleichsbeispiel 2]
(1) Zubereitung der Zusammensetzung für die Beschichtung
Ein poröses Siliziumdioxid-Aerogel mit einer spezifischen Oberfläche von etwa 500 cm²/g und ein Polyamidimidharz (Solvay Co.) mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von etwa 11.000 wurden in Xylol dispergiert und die resultierende Mischung wurde in ein 20 g-Reaktionsgefäß eingespritzt und es wurden Zirkoniumdioxidkügelchen (440 g) zugegeben. Anschließend wurde alles bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck mit Hilfe einer Kugelmühle mit einer Geschwindigkeit von etwa 150 bis 300 rpm vermahlen und so eine Zusammensetzung für eine Beschichtung (eine Beschichtungslösung) zubereitet.
Ein Gewichtsverhältnis zwischen dem porösen Siliziumdioxid-Aerogel und dem Polyamidimidharz ist in der Tabelle 1 angegeben.
(2) Bildung der wärmeisolierenden Beschichtungsschicht
Eine Beschichtungsschicht mit einer Dicke von etwa 200 µm wurde so, wie in Beispiel 1 beschrieben ist, gebildet.
[Versuchsbeispiel]
1. Versuchsbeispiel 1: Messung der Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit der Beschichtungsschichten auf dem Kolben, die in den Beispielen und in den Vergleichsbeispielen erhalten wurden, wurde mit Hilfe eines Verfahrens zum Messen der Wärmediffusion oder Wärmeverteilung bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck, unter Verwenden eines Laserblitzverfahrens gemäß Standard ASTM E1461 gemessen.
2. Versuchsbeispiel 2: Messung der Wärmekapazität

Die Wärmekapazität der Beschichtungsschichten auf dem Kolben, die in den Beispielen und in den Vergleichsbeispielen erhalten wurden, wurde bestätigt, indem die spezifische Wärme mit Hilfe einer DSC-Vorrichtung mit Saphir als Referenz bei Raumtemperatur gemäß dem Standard ASTM E1269 gemessen wurde. [Tabelle 1]

	Anteil an Aerogel (Gewichtsteile) bezogen auf 100 Gewichtsteile des PAI-Harzes	Dicke (µm) der Beschichtungsschicht	Wärmeleitfähigkeit [W/mK] der Beschichtungsschicht	Wärmekapazität [KJ/m³*K] der Beschichtungsschicht
Beispiel 1	15	120	0,54	1216
Beispiel 2	20	200	0,331	1240
Beispiel 3	40	200	0,294	1124
Vergleichsbeispiel 1	-	200	0,56	1221

Wie in Tabelle 1 oben gezeigt ist, können die wärmeisolierenden Beschichtungsschichten, die in den Beispielen 1 bis 3 erhalten wurden, bei einer Dicke von etwa 120 bis 200 µm eine Wärmekapazität von etwa 1240 KJ/m³*K oder weniger und eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,54 W/mK oder weniger besitzen. Die in den Beispielen 1 bis 3 erhaltenen wärmeisolierenden Beschichtungsschichten können entsprechend in einem Verbrennungsmotor dazu eingesetzt werden, die nach außen abgegebene Wärmeenergie zu reduzieren, wodurch der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors und die Kraftstoffeffizienz eines Kraftfahrzeugs verbessert werden.
Wie in 1 gezeigt ist, kann die wärmeisolierende Beschichtungsschicht, die in Beispiel 1 hergestellt wurde, zudem nicht in den inneren Teil des Aerogels eindringen und die inneren Poren des Aerogels können weiterhin etwa 92 % oder mehr ausmachen. Im Gegensatz dazu drang das Polyamidimidharz in der Beschichtungsschicht, die in Vergleichsbeispiel 2 hergestellt wurde, in den inneren Teil des Aerogels ein, so dass sich nahezu keine Poren erkennen ließen (2).

Claims

Zusammensetzung für eine wärmeisolierende Beschichtung, umfassend: ein Polyamidimidharz, das in einem ersten organischen Lösungsmittel oder in einem wässrigen Lösungsmittel dispergiert ist; und ein Aerogel, das in einem zweiten organischen Lösungsmittel dispergiert ist, wobei ein Unterschied zwischen dem Siedepunkt des ersten organischen Lösungsmittels und dem des zweiten organischen Lösungsmittels 10 °C oder mehr beträgt, wobei das Polyamidimidharz in dem ersten organischen Lösungsmittel oder in dem wässrigen Lösungsmittel einen Feststoffanteil von 5 Gew.-% bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht 1) des hochsiedenden organischen Lösungsmittels oder des wässrigen Lösungsmittels und 2) des Polyamidimidharzes, ausmacht, wobei das Aerogel in dem zweiten organischen Lösungsmittel einen Feststoffanteil von 5 Gew.-% bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Aerogels und des niedrigsiedenden organischen Lösungsmittels, ausmacht, wobei das erste organische Lösungsmittel oder das wässrige Lösungsmittel und das zweite organische Lösungsmittel nicht leicht ineinander gelöst oder miteinander vermischt werden können, wobei das erste organische Lösungsmittel wenigstens eines umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Anisol, Toluol, Xylol, Methylethylketon, Methylisobutylketon und Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether, Butylacetat, Cyclohexanon, Ethylenglykolmonoethyletheracetat (BCA), Benzol, Hexan und N,N'-Dimethylformamid, wobei das zweite organische Lösungsmittel wenigstens eines umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol, n-Butylalkohol, iso-Butylalkohol, tert-Butylalkohol, Aceton, Methylenchlorid und Isopropylalkohol, wobei das wässrige Lösungsmittel wenigstens eines umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Wasser und Ethylacetat.
Zusammensetzung für eine wärmeisolierende Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Polyamidimidharz ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 3.000 bis 100.000 besitzt.
Zusammensetzung für eine wärmeisolierende Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Aerogel wenigstens eine Verbindung umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Siliziumdioxid, Kohlenstoff, Polyimid und Metallcarbid.
Zusammensetzung für eine wärmeisolierende Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Aerogel eine spezifische Oberfläche von 100 cm²/g bis 1.000 cm²/g aufweist.
Zusammensetzung für eine wärmeisolierende Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Aerogel in einer Menge von 5 bis 50 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polyamidimidharzes, enthalten ist.
Zusammensetzung für eine wärmeisolierende Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das erste organische Lösungsmittel einen Siedepunkt von 110 °C oder mehr besitzt.
Zusammensetzung für eine wärmeisolierende Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite organische Lösungsmittel einen Siedepunkt von weniger als 110 °C besitzt.
Wärmeisolierende Beschichtungsschicht, umfassend: ein Polyamidimidharz; und ein in dem Polyamidimidharz dispergiertes Aerogel, wobei die wärmeisolierende Beschichtungsschicht eine Wärmeleitfähigkeit von 0,60 W/mK oder weniger besitzt, wobei 2 Gew.-% oder weniger Polyamidimidharz in einem inneren Teil des Aerogels vorkommen.
Wärmeisolierende Beschichtungsschicht nach Anspruch 8, wobei die wärmeisolierende Beschichtungsschicht eine Wärmekapazität von 1250 KJ/m³*K oder weniger besitzt.
Wärmeisolierende Beschichtungsschicht nach Anspruch 8, wobei das Polyamidimidharz in einer Tiefe, die 5 % oder mehr des längsten Durchmessers von einer Oberfläche des Aerogels aus gesehen entspricht, nicht vorkommt.
Wärmeisolierende Beschichtungsschicht nach Anspruch 8, wobei, wenn die Aerogele im Polyamidimidharz dispergiert sind, jedes Aerogel eine Porosität von 92 % bis 99 % besitzt.
Wärmeisolierende Beschichtungsschicht nach Anspruch 8, wobei die wärmeisolierende Beschichtungsschicht eine Dicke von 50 µm bis 500 µm besitzt.
Wärmeisolierende Beschichtungsschicht nach Anspruch 8, wobei die wärmeisolierende Beschichtungsschicht auf Innenflächen oder Bestandteilen eines Verbrennungsmotors gebildet ist.
Wärmeisolierende Beschichtungsschicht nach Anspruch 8, wobei das Aerogel in einer Menge von 5 bis 50 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polyamidimidharzes, enthalten ist.