DE102017117641A1 - Biobasierte polyurethanschaummaterialien einschliesslich graphitmaterialien - Google Patents
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Abstract
Ein biobasiertes polyolhaltiges Polymerschaummaterial, das einen biobasierten polyolhaltigen Polymerschaum, der in einer Bulkkonzentration des biobasierten Polymerschaummaterials von 99 Gew.-% oder mehr vorliegt, und ein Graphitmaterial, das in einer Bulkkonzentration des biobasierten polyolhaltigen Polymerschaummaterials von 1 Gew.-% oder weniger vorliegt, einschließt. Das biobasierte polyolhaltige Polymerschaummaterial ist besonders geeignet für Automobilkomponenten mit Dämpfungs- und Vibrationsmanagementmerkmalen.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Diese Erfindung betrifft biobasierte Polyurethanschaummaterialien, die eine Graphitmaterialkomponente einschließt, und Verfahren zum Herstellen derselben, und die Verwendung solcher Materialien und Verfahren in Automobilanwendungen, wie etwa Komponenten unter der Motorhaube und Sitzkomponenten.
- ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
- Polyurethanschaummaterialien werden flächendeckend in Automobilen in Komponenten zur Schalldämpfung und zum Vibrationsmanagement eingesetzt. Nicht einschränkende Beispiele solcher Komponenten schließen Sitze, Dachverkleidungen und Komponenten unter der Motorhaube, wie etwa Motorabdeckungen, Motorschallisolatoren, Ölwannenabdeckungen, Motorhaubenschalldämpfer, Instrumententafelschalldämpfer, Kraftstoffeinspritzkapsel, und Leitungen im Motorraum und Seitenabdeckungen, ein. Polyurethanschaummaterialien werden gebildet, wenn Isocyanatgruppen mit Hydroxylgruppen reagieren. Ein gängiges Verfahren der Polyurethanschaumproduktion schließt die Reaktion eines Polyols mit Hydroxylgruppen und eines Isocyanats mit Isocyanatgruppen ein, um Urethangruppen zu bilden. Zusätzliche Komponenten werden herkömmlich bei der Produktion von Polyurethanschäumen verwendet, wie etwa Treibmittel, Vernetzungsmittel und Katalysatoren. Ein Treibmittel kann der Reaktion hinzugefügt werden, um dafür zu sorgen, dass Gas oder Dampf während der Reaktion gebildet werden. Ein Vernetzungsmittel fördert die Vernetzung, um ein strukturiertes finales Urethanprodukt zu bilden. Ein Katalysator kann verwendet werden, um die Reaktionskinetik zu steuern, um die Abstimmung der Eigenschaften des Endprodukts zu unterstützen.
- Polyole, die gängigerweise bei der Polyurethanschaumreaktion verwendet werden, sind typischerweise von Petrochemikalien abgeleitet. Die Verwendung dieser Typen von Polyolen kann einen oder mehrere Nachteile haben. Diese Polyole sind von einer nicht erneuerbaren Ressource abgeleitet. Des Weiteren kann die Produktion dieser Typen von Polyolen eine relativ hohe Menge an Energie, Ressourcen und Aufwendungen kosten. Beispielsweise wird nach Öl gebohrt, das gefördert und dann transportiert und raffiniert wird, um das Polyol herzustellen.
- Des Weiteren bestehen Unsicherheiten im Zusammenhang mit der langfristigen wirtschaftlichen Stabilität und den begrenzten Reserven fossiler Kraftstoffe und Öle.
- Im Lichte der potentiellen Knappheit von Polyolen auf Erdölbasis gab es anhaltende Bemühungen, biobasierte Polyole zu untersuchen und zu verwenden. Die biobasierten Polyole können finanzielle Vorteile bieten und bestimmte Umweltprobleme im Zusammenhang mit Polyolen auf Erdölbasis reduzieren. In bestimmten Anwendungen wurden biobasierte Polyole bei der Produktion von Polyurethanschäumen zur Verwendung in Automobilkomponenten eingesetzt. Es bestehen jedoch weiterhin praktische Hürden für die flächendeckende Verwendung von biobasierten Polyurethanschäumen in solchen Komponenten.
- KURZDARSTELLUNG
- In einer Ausführungsform wird ein biobasiertes polyolhaltiges Polymerschaummaterial offenbart. Das biobasierte polyolhaltige Polymerschaummaterial schließt einen biobasierten polyolhaltigen Polymerschaum, der in einer Bulkkonzentration des biobasierten Polymerschaummaterials von 99 Gew.-% oder mehr vorliegt, und ein Graphitmaterial, das in einer Bulkkonzentration des biobasierten polyolhaltigen Polymerschaummaterials von 1 Gew.-% oder weniger vorliegt, ein.
- In einer anderen Ausführungsform wird ein biobasierter Polyurethanschaum offenbart. Der biobasierte Polyurethanschaum ist das Reaktionsprodukt einer isocyanatreaktiven Komponente, die eine biobasierte polyolhaltige Verbindung, eine Isocyanatkomponente, die eine isocyanathaltige Verbindung einschließt, und ein Graphitmaterial, das in einer Bulkkonzentration von 1 Gew.-% oder weniger vorliegt, einschließt. Der biobasierte Polyurethanschaum hat eine Dichte im Bereich von 20–95 kg/m3, eine Nasskompression im Bereich von 5–50 %, eine Reißfestigkeit von 200–350 N/m, und/oder ein Modul im Bereich von 50–120 kPa.
- In noch einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bilden eines biobasierten Polyurethanschaums offenbart. Das Verfahren schließt die Schritte des Mischens eines biobasierten Polyols mit einem Polyol auf Erdölbasis, um ein biobasiertes Polyolgemisch zu erhalten, des Hinzufügens eines Graphitmaterials zum biobasierten Polyolgemisch, um ein biobasiertes Polyolgraphitgemisch zu erhalten, und des Hinzufügens eines isocyanathaltigen Materials zum biobasierten Polyolgraphitgemisch, um ein biobasiertes Polyurethanschaumgemisch zu erhalten, ein.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt die Wärmebeständigkeit verschiedener flexibler Polyurethanschäume (PUSe) als Massenänderung (%) als eine Temperaturfunktion (°C). - Die
2A und2B zeigen mikroskopische Abbildungen der Zellstruktur eines PUS, der ein Gemisch aus 50 Gew.-% Polyol auf Erdölbasis und 50 Gew.-% Polyol auf Sojabasis und einen PUS, der 49,5 Gew.-% Polyol auf Erdölbasis, 49,5 Gew.-% Polyol auf Sojabasis, bzw. 1% Graphennanoplättchen-(GNP)-PUS einschließt. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind hier wie vorgeschrieben offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein exemplarisch für die Erfindung stehen, welche in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert werden kann. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Basis, um den Fachmann den vielfältigen Gebrauch der vorliegenden Erfindung zu lehren.
- Des Weiteren, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, sind alle numerischen Mengen in dieser Beschreibung, die Materialmengen angeben, bei der Beschreibung des breitesten Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung als durch das Wort „etwa“ modifiziert zu verstehen.
- Außerdem gelten, sofern nicht ausdrücklich etwas Gegenteiliges angegeben ist, Prozent, „Teile von“ und Verhältniswerte für das Gewicht. Der Ausdruck „Polymer“ schließt „Oligomer“, „Copolymer“, „Terpolymer“ und dergleichen ein. Die Beschreibung einer Gruppe oder Klasse von Materialien als für einen gegebenen Zweck in Verbindung mit mindestens einem Aspekt der Erfindung geeignet oder bevorzugt impliziert, dass Gemische aus beliebigen zwei oder mehr der Elemente der Gruppe oder Klasse gleichermaßen geeignet sind. Die Beschreibung von Bestandteilen mit chemischen Fachbegriffen bezieht sich auf die Bestandteile zum Zeitpunkt des Hinzufügens zu einer beliebigen in der Beschreibung spezifizierten Kombination und schließt nicht zwingend chemische Wechselwirkungen zwischen Bestandteilen eines Gemischs, sobald diese vermischt ist, aus. Die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle folgenden Verwendungen dieser Abkürzung hier und gilt in entsprechender Anwendung für normale grammatikalische Variationen der ursprünglich definierten Abkürzung.
- Polyurethanschaummaterialien werden flächendeckend in Automobilen in Komponenten zur Schalldämpfung und zum Vibrationsmanagement eingesetzt. Nicht einschränkende Beispiele solcher Komponenten schließen Sitze, Dachverkleidungen und Komponenten unter der Motorhaube, wie etwa Motorabdeckungen, Motorschallisolatoren, Ölwannenabdeckungen, Motorhaubenschalldämpfer, Instrumententafelschalldämpfer, Kraftstoffeinspritzkapsel, und Leitungen im Motorraum und Seitenabdeckungen, ein. Polyurethanschaummaterialien werden gebildet, wenn Isocyanatgruppen mit Hydroxylgruppen reagieren. Ein gängiges Verfahren der Polyurethanschaumproduktion schließt die Reaktion eines Polyols mit Hydroxylgruppen und eines Isocyanats mit Isocyanatgruppen ein, um Urethangruppen zu bilden. Zusätzliche Komponenten werden herkömmlich bei der Produktion von Polyurethanschäumen verwendet, wie etwa Treibmittel, Vernetzungsmittel und Katalysatoren. Ein Treibmittel kann der Reaktion hinzugefügt werden, um dafür zu sorgen, dass Gas oder Dampf während der Reaktion gebildet werden. Ein Vernetzungsmittel fördert die Vernetzung, um ein strukturiertes finales Urethanprodukt zu bilden. Ein Katalysator kann verwendet werden, um die Reaktionskinetik zu steuern, um die Abstimmung der Eigenschaften des Endprodukts zu unterstützen.
- Polyole, die gängigerweise bei der Polyurethanschaumreaktion verwendet werden, sind typischerweise von Petrochemikalien abgeleitet. Die Verwendung dieser Typen von Polyolen kann einen oder mehrere Nachteile haben. Diese Polyole sind von einer nicht erneuerbaren Ressource abgeleitet. Des Weiteren kann die Produktion dieser Typen von Polyolen eine relativ hohe Menge an Energie, Ressourcen und Aufwendungen kosten. Beispielsweise wird nach Öl gebohrt, das gefördert und dann transportiert und raffiniert wird, um das Polyol herzustellen. Des Weiteren bestehen Unsicherheiten im Zusammenhang mit der langfristigen wirtschaftlichen Stabilität und den begrenzten Reserven fossiler Kraftstoffe und Öle.
- Im Lichte der potentiellen Knappheit von Polyolen auf Erdölbasis gab es anhaltende Bemühungen, biobasierte Polyole zu untersuchen und zu verwenden. Die biobasierten Polyole können finanzielle Vorteile bieten und bestimmte Umweltprobleme im Zusammenhang mit Polyolen auf Erdölbasis reduzieren. In bestimmten Anwendungen wurden biobasierte Polyole bei der Produktion von Polyurethanschäumen zur Verwendung in Automobilkomponenten eingesetzt. Es bestehen jedoch weiterhin praktische Hürden für die flächendeckende Verwendung von biobasierten Polyurethanschäumen in solchen Komponenten.
- Während biobasierte Polyurethanschäume für bestimmte Automobilanwendungen und -komponenten verwendet wurden, bleiben solche Schäume für bestimmte Automobilanwendungen und -komponenten ungeeignet, da die Schäume die strengen Leistungseigenschaften für Automobilanwendungen vielleicht nicht einhalten. Ein solches Problem ist, dass bestimmte biobasierte Polymerschäume nicht die erforderliche Festigkeit aufweisen, die für Automobilverwendungen nötig ist. Das Hinzufügen bestimmter Graphitmaterialien zu biobasierten Polyurethanschäumen verbessert die Festigkeit des Endprodukts und verbessert im Übrigen die Eigenschaften des resultierenden Produkts, um es für Automobilanwendungen und -komponenten geeignet zu machen.
- Eine Ausführungsform schließt ein biobasiertes Polymerschaumverbundmaterial ein, das ein biobasiertes Polymerschaummaterial und ein Graphitmaterial einschließt. Das biobasierte Polymerschaummaterial kann durch eine Reaktion eines Isocyanatmaterials und eines biobasierten Polyolmaterials synthetisiert werden.
- Nicht einschränkende Beispiele für Isocyanatmaterialien aus Teil A schließen Methylendiphenyldiisocyanat (MDI), Toluoldiisocyanat (TDI), Hexamethylendiisocyanat (HDI), Isophorondiisocyanat (IPDI), 4,4’-Diisocyanatdicyclohexylmethan (H12MDI), 1,5-Naphthalindiisocyanat (NDI), Tetramethyllxyloldiisocyanat (TMXDI), p-Phenylendiisocyanat (PPDI), 1,4-Cyclohexandiisocyanat (CDI), Tolidindiisocyanat (TODI) und Kombinationen davon ein.
- Nicht einschränkende Beispiele für biobasierte Polyolmaterialien aus Teil B schließen jene ein, die aus biobasierten Ölen abgeleitet sind, wie etwa Pflanzen- oder Samenöle, Sojaöl, Rapsöl, Erdnussöl, Baumwollsamenöl, Sonnenblumenöl, Olivenöl, Traubenkernöl, Leinöl, Rizinusöl, Fischöle, Algenöle, Senföle, Öle aus tierischen Fetten, Zuckern (Sorbitol und Saccharose), Polyole aus den biobasierten Diolen 1,3-Propandiol (PDO) und 1,4-Butandiol (BDO) und Disäuren, einschließlich Bernsteinsäure und größeren Säuren, wie etwa die Octadecandisäure (ODDA) Inherent C18 von Elevance, sowie jene, die unter Verwendung von Kohlenstoffdioxid (CO2) hergestellt werden, und Kombinationen davon.
- Nicht einschränkende Beispiele der resultierenden biobasierten Polyurethane aus biobasierten Ölen schließen flexible Schäume ein, die eine offene, teilweise offene und geschlossene Zellstruktur aufweisen können, Beschichtungen, Elastomere und Klebemittel ein. Nicht einschränkende Beispiele für Graphitmaterialien schließen Graphit, Graphenoxid, Graphennanoplättchen (GNP), geblähte GNP, Pulvergraphit, Ader- oder Klumpengraphit, amorphen Graphit, natürlichen Flockengraphit, Graphen, synthetischen Graphit, Partikel auf Graphitbasis und Kombinationen davon ein. Andere Leistungsmodifikatoren können optional in das biobasierte Polymerschaumverbundmaterial integriert werden.
- In einer Ausführungsform schließt das biobasierte Polymerschaumverbundmaterial eine Bulkkonzentration des Graphitmaterials von 0,25 %, 0,50 %, oder 1,0 Gew.-% des Graphitmaterials und eine Bulkkonzentration des biobasierten Polymerschaummaterials von 99,0 %, 99,50 % oder 99,75 Gew.-% ein. Das biobasierte Polymerschaumverbundmaterial kann 10, 20, 30, 40 oder 50 Gew.-% biobasiertes Polyol einschließen, wobei der Ausgleich ein Polyol auf Erdölbasis ist.
- Wie oben beschrieben, kann das Graphitmaterial GNP sein, das eine relativ große Oberfläche und eine relativ hohe Oberflächenenergie aufweist. Aufgrund dieser Eigenschaften tendiert GNP dazu, sich anzuhäufen und seine Viskosität zu erhöhen. Diese Attribute erschweren die Verteilung der GNP in einer Polymermatrix, ohne die Leistungseigenschaften der Polymermatrix zu opfern. Durch Versuche wurde herausgefunden, dass eine Verbesserung der Polymerschaumeigenschaften durch die Verwendung von 1,0 Gew.-% oder weniger des GNP erreicht werden kann. Einigen Versuchen entsprechend weist das verwendete GNP eine Oberfläche von 120 bis 150 m2/g und durchschnittliche Partikeldurchmesser von 4, 5 oder 6 Mikron, oder eines beliebigen aus zwei dieser Werte ausgewählten Bereichs, auf.
- Flexible Polyurethanschäume (PUSe) wurden gemäß einem One-Shot-Verfahren hergestellt. Dieses Verfahren schloss das Mischen bestimmter Mengen an Polyolen (z. B. Polyol auf Sojabasis (50 %) und Polyol auf Erdölbasis (50 %)), Tensid, Katalysatoren, Vernetzungs- und Treibmittel bei 1.500 min–1 für 3 Minuten ein. Für die Herstellung des GNP verstärkten flexiblen PUS, wurde GNP (0,25 %, 0,50 % oder 1,0 Gew.-% des Gesamtgewichts der Polyole und des MDI) hinzugefügt und mit den Polyolen gemischt. Polymeres Methylendiphenyldiisocyanat (MDI) wurde dann unter Rühren bei 1.500 min–1 für 12 Sekunden hinzugefügt. Eine Stahlform wird in einem Ofen auf ungefähr 80 °C erhitzt, bevor das Gemisch eingegossen wird. Dann wurde das Gemisch in die Form gegossen und 6 Minuten in der Form gelassen. Nach dem Entformen wurde die Probe in einen Ofen bei 80 °C für 1 Stunde zum Aushärten gegeben. Die Proben-PUSe wurden zur Herstellung von Proben nach ASTM D 3574-11 aus der Form genommen.
- Unter Verwendung des oben erläuterten Versuchsverfahrens wurde ein biobasiertes Polymerschaummaterial ohne die Hinzugabe eines Graphitmaterials und mit der Hinzugabe eines Graphitmaterials entsprechend des oben erläuterten Verfahrens synthetisiert. Das biobasierte Polymerschaummaterial ohne und mit dem Graphitmaterial hatte die folgenden mechanischen, physikalischen und thermischen Eigenschaften. Spalte „V“ schließt die Eigenschaftswerte für ein 100 Gew.-% Polyol auf Erdölbasis ein. Spalte „V+S“ schließt die Eigenschaftswerte für ein Gemisch aus 50 Gew.-% Polyol auf Erdölbasis und 50 Gew.-% Polyol auf Sojabasis ein. Die letzten drei Spalten zeigen die Eigenschaftswerte für „V + S“ und das Hinzufügen von 0,25, 0,50 und 1,0 Gew.-% GNP. Die Zahlen in Klammern geben die Standardabweichung jedes Eigenschaftswertes an.
Eigenschaft V V + S 0,25 % GNP 0,50 % GNP 1,0 % GNP Dichte (kg/m3) 44,1 (1,2) 42,2 (1,9) 46,9 (0,7) 45,4 (1,8) 48,6 (0,4) Nasswärmealterung (Nasskompression) (%) 24,1 (1,9) 34,6 (0,8) 37,9 (2,4) 37,1 (2,1) 32,8 (1,8) Zugbelastung bei Höchstlast (kPa) 120,0 (9,8) 84,1 (7,3) 98,3 (3,7) 71,2 (8,1) 92,4 (7,5) Zugmodul (kPa) 184,0 (20,0) 185,0 (10,0) 160,0 (20,5) 204,8 (30,5) 185,6 (18,1) Reißfestigkeit (N/m) 513,9 (38,5) 458,2 (28,9) 474,5 (30,9) 425,8 (42,2) 540 (38,3) Ausdehnung bei Höchstlast (mm) 114,9 (6,9) 80,6 (8,9) 98,7 (2,5) 64,0 (6,6) 87,9 (6,5) - Wie erläutert, werden bestimmte in der Tabelle genannte Eigenschaften durch die Hinzugabe von 0,25, 0,50 und 1,0 Gew.-% GNP verbessert. In einer Ausführungsform werden eine Dichte von 42 kg/m3 oder darüber, eine Nasskompression von über 34 %, eine Zugbelastung bei einer Höchstlast von 84 kPa oder mehr, ein Zugmodul von 185,0 kPa oder darüber, eine Reißfestigkeit von 458 N/m oder darüber und/oder eine Ausdehnung bei Höchstlast von 80 mm oder darüber durch das Einbringen von GNP in relativ kleinen Mengen in ein Gemisch aus 50 Gew.-% Polyol auf Erdölbasis und 50 Gew.-% Polyol auf Sojabasis erreicht.
- Des Weiteren verbessert das Hinzufügen von GNP in relativ kleinen Mengen die Wärmestabilität des resultierenden PUS.
1 zeigt die Wärmebeständigkeit verschiedener PUSe als Massenänderung (%) als eine Temperaturfunktion (°C). Das GNP agiert als Wärmeisolator, ohne die mechanischen, physikalischen und thermischen Eigenschaften des resultierenden PUS nachteilig zu beeinflussen, und in der Tat werden diese Eigenschaften durch die Hinzugabe von GNP verbessert. - Die
2A und2B zeigen mikroskopische Abbildungen eines „V + S“-PUS bzw. eines PUS mit 1 % GNP. Wie dargestellt, wurde, wenn GNP hinzugefügt wurde, beobachtet, dass die Anzahl der Schaumzellen zunahm und die Größe der Schaumzellen abnahm. Die Größe der Schaumzellen des „V + S“-PUS kann 200–600 Mikron betragen. In einem Beispiel kann die Größe der Schaumzellen des PUS mit 1 % GNP 200 Mikron oder weniger betragen. Eine feine Verteilung der GNP wurde in der PUS-Matrix gezeigt. - In einer hier aufgeführten Anwendung wird das biobasierte Polymerschaumverbundmaterial zu Automobilkomponenten geformt. Das Formen kann in situ während der Synthese des biobasierten Polymerschaumverbundmaterials erfolgen. Nicht einschränkende Beispiele von Automobilkomponenten, die teilweise oder vollständig aus dem biobasierten Polymerschaumverbundmaterial hergestellt werden können, schließen Komponenten unter der Motorhaube (z. B. Motorabdeckungen, Motorschallisolatoren, Ölwannenabdeckungen, Motorhaubenschalldämpfer, Instrumententafelschalldämpfer, Kraftstoffeinspritzkapsel und Leitungen im Motorraum und Seitenabdeckungen) und Sitzkomponenten (z. B. Sitzpolster, Sitzrückenlehnen, Armlehnen und Kopfstützen) ein.
- Bestimmte mechanische, physikalische und thermische Eigenschaften von Polymerschaummaterialien können für die oben genannten Automobilanwendungen geeignet sein. Was folgt, ist eine nicht erschöpfende Liste solcher Eigenschaften und typischen Bereiche, die für Automobilanwendungen geeignet sind: die Dichte für Sitzpolster und Rückenlehnen sollte im Bereich von 20–95 kg/m3 liegen. Nasskompression für Sitzanwendungen (Sitzpolster und Rückenlehnen) und thermische und/oder schalldämpfende Isolatoren des Unterbodens sollten im Bereich von 5–30 bzw. 50 % liegen. Die Reißfestigkeit für Sitzanwendungen (Polster und Rückenlehnen) und thermische und/oder schalldämpfende Isolatoren des Unterbodens sollten im Bereich von 200–350 bzw. 250 N/m liegen. Das Modul für Sitzpolster und Rückenlehnen sollte im Bereich von 50–120 kPa liegen.
- In bestimmten bekannten Anwendungen werden Polymerschaummaterialien auf Erdölbasis verwendet, da sie einem oder mehreren der geeigneten Eigenschaftswerte entsprechen. Schaumpolymere auf Erdölbasis belasten die Umwelt und die Automobilindustrie hat auf biobasierte Polymerschäume als eine Alternative für Schaumpolymermaterial auf Erdölbasis gesetzt. Konventionelle biobasierte Polymerschaummaterialien halten die geeigneten Leistungswerte für die Verwendung in der Automobilindustrie unter Umständen nicht ein. Vorteilhafterweise haben die Erfinder, wie oben dargestellt, herausgefunden, dass das Hinzufügen einer relativ geringen Konzentration von Graphitmaterial zum biobasierten Polymerschaummaterial ein biobasiertes Polymerschaumverbundmaterial bereitstellt, das eine oder mehrere der geeigneten mechanischen, physikalischen und Zugeigenschaften für Automobilanwendungen aufweist.
- In einer Ausführungsform ist das Graphitmaterial gleichmäßig im biobasierten Polymerschaumverbundmaterial verteilt. In solchen Ausführungsformen überschreitet die Konzentration des Graphitmaterials eines beliebigen lokalisierten Bereichs des biobasierten Polymerschaumverbundmaterials die Bulkkonzentration des Graphitmaterial nicht um mehr als 10 %, 5 %, 2 % oder 1 %. In einer alternativen Ausführungsform weist der biobasierte Polymerschaum einen oder mehrere lokalisierte Bereiche auf, in denen die lokalisierte Konzentration des Graphitmaterials die Bulkkonzentration um mehr als 10 %, 20 % oder 50 % übersteigt. Als ein nicht einschränkendes Beispiel könnte der eine oder die mehreren lokalisierten Bereiche ein Oberflächenbereich eines gebildeten (z. B. geformten) biobasierten Polymerschaumverbundwerkstoffs sein, in dem die Oberflächenregion zusätzliche Stärke benötigt.
- In einer oder mehreren Ausführungsformen entspricht der Polymerschaum (Isocyanate und Polyole) 99–99,75 Gew.-% und das GNP entspricht 0,25–1,0 Gew.-%. Das GNP stellt einen PUS mit wertvollem Ausgleich für die verschlechterten mechanischen Eigenschaften bereit, die durch große Mengen an biobasierten Polyolen eingebracht wurden. Die feine Verteilung der GNP wurde in der PU-Matrix beobachtet. Bessere physikalische und mechanische Eigenschaften wurden mit weniger als 0,5 Gew.-% GNPs in der PU-Struktur erreicht, was die Bedeutung der Nanokompositen zeigt. Mit zunehmender GNP-Konzentration wurde die Wärmestabilität verbessert, da die GNP als ein Wärmeisolator wirkten. Die höhere Zugbelastung für PU-Nanoschäume wurde mit einer Konzentration von 0,25 Gew.-% aufgrund der guten Wechselwirkung von Isocyanaten und GNP erreicht. Eine oder mehrere Ausführungsformen eine kostenmäßig gleichwertige und vorteilhafte Alternative für Schäume aus Erdöl und diese Technologie unterstützt die Automobilindustrie direkt und das Ergebnis hat einen direkten Einfluss auf Anwendungen unter der Motorhaube und Sitzanwendungen.
- Die beigefügten Ansprüche sind nicht darauf beschränkt, besondere Verbindungen, Zusammensetzungen oder Verfahren auszudrücken, die in der detaillierten Beschreibung beschrieben sind, die zwischen besonderen Ausführungsformen variieren können, die in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen. Ferner fallen beliebige Bereiche und Teilbereiche, auf die sich die Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stützt, unabhängig und gemeinsam in den Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche und verstehen sich als alle Bereiche beschreibend, die ganze und/oder Teilwerte darin einschließen, selbst, wenn solche Werte hier nicht ausdrücklich festgehalten sind. Der Fachmann erkennt ohne Weiteres, dass die aufgezählten Bereiche und Teilbereiche verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in ausreichendem Maße beschreiben und ermöglichen und solche Bereiche und Teilbereiche verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in ausreichendem Maße beschreiben und ermöglichen und solche Bereiche und Teilbereiche ferner in relevante Hälften, Drittel, Viertel, Fünftel und so weiter unterteilt werden können.
- Während vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Die in der Patentschrift verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können die Merkmale verschiedener implementierender Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zu bilden.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- ASTM D 3574-11 [0024]
Claims (10)
- Biobasiertes polyolhaltiges Polymerschaummaterial, umfassend: einen biobasierten polyolhaltigen Polymerschaum, welcher in einer Bulkkonzentration des biobasierten Polymerschaummaterials von 99 Gew.-% oder mehr vorliegt; und ein Graphitmaterial, welches in einer Bulkkonzentration des biobasierten polyolhaltigen Polymerschaummaterials von 1 Gew.-% oder weniger vorliegt.
- Biobasiertes polyolhaltiges Polymerschaummaterial nach Anspruch 1, wobei das Graphitmaterial ein Graphitnanoplättchen-(GNP)-Material ist.
- Biobasiertes polyolhaltiges Polymerschaummaterial nach Anspruch 1, wobei das Graphitmaterial im biobasierten polyolhaltigen Polymerschaum fein verteilt ist.
- Biobasiertes polyolhaltiges Polymerschaummaterial nach Anspruch 1, wobei das Graphitmaterial in einer Bulkkonzentration des biobasierten polyolhaltigen Polymerschaummaterial von 0,5 % vorliegt.
- Biobasiertes polyolhaltiges Polymerschaummaterial nach Anspruch 1, wobei das Graphitmaterial in einer Bulkkonzentration des biobasierten polyolhaltigen Polymerschaummaterials von 0,25 % vorliegt.
- Biobasiertes polyolhaltiges Polymerschaummaterial nach Anspruch 1, wobei der biobasierte polyolhaltige Polymerschaum ein Gemisch aus 50 Gew.-% Polyol auf Basis von Erdöl und 50 Gew.-% biobasiertem Polyol ist.
- Biobasiertes polyolhaltiges Polymerschaummaterial nach Anspruch 1, wobei der biobasierte polyolhaltige Polymerschaum ein flexibler Schaum ist.
- Biobasierter Polyurethanschaum umfassend das Reaktionsprodukt von: einer biobasierten polyolhaltigen Verbindung; einer isocyanathaltigen Verbindung; und einem Graphitmaterial, welches in einer Bulkkonzentration von 1 Gew.-% oder weniger vorliegt, wobei der biobasierte Polyurethanschaum eine Dichte im Bereich von 20–95 kg/m3, eine Nasskompression im Bereich von 5–50 %, eine Reißfestigkeit von 200–350 N/m, und/oder ein Modul im Bereich von 50–120 kPa aufweist.
- Biobasierter Polyurethanschaum nach Anspruch 8, wobei das Graphitmaterial ein Graphitnanoplättchen-(GNP)-Material ist.
- Biobasierter Polyurethanschaum nach Anspruch 8, wobei das Graphitmaterial im biobasierten Polyurethanschaum fein verteilt ist.
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