DE69737569T2

DE69737569T2 - Geschäumter artikel mit material zur energieabsorbtion durch phasenumwandlung

Info

Publication number: DE69737569T2
Application number: DE69737569T
Authority: DE
Inventors: Robert J. Havertown PUSHAW
Original assignee: R H WYNER ASSOCIATES Inc DOING; Rh Wyner Associates Inc Doing Business As Shawmut Mills West Bridgewater; Outlast Technologies LLC
Current assignee: R H WYNER ASSOCIATES Inc DOING; Rh Wyner Associates Inc Doing Business As Shawmut Mills West Bridgewater; Latent Heat Solutions LLC
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2017-04-16
Also published as: DE69737569D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Artikel, der ein Polymerbindemittel, Mikrokügelchen, welche ein Phasenwechselmaterial enthalten, und ein ausgehärtetes Schaumstoffsubstrat umfasst, und ein Verfahren zur Herstellung besagten Artikels. Die Erfindung betrifft auch einen Dachhimmel für ein Fahrzeug.
Diese Erfindung betrifft Substrate, die energieabsorbierende, temperaturstabilisierende Phasenwechselmaterialien enthalten, und Verfahren zu deren Herstellung. Spezieller betrifft diese Erfindung poröse Substrate, welche mit Mikrokügelchen behandelt sind, die Phasenwechselmaterial enthalten, das in einem Bindemittel dispergiert ist, und Verfahren zu deren Herstellung.
In letzter Zeit sind mikroverkapselte Phasenwechselmaterialien als geeignete Komponente für Substratbeschichtungen beschrieben worden, wenn außergewöhnliche Wärmeübertragungs- und Lagerfähigkeiten erwünscht sind. Insbesondere lehrt US-A-5,290,904 für „Fabric with Reversible Enhanced Thermal Properties" („Gewebe mit umkehrbaren verbesserten thermischen Eigenschaften") an Colvin et al., dass Substrate, die mit einem Bindemittel, das mit energieabsorbierendem Phasenwechselmaterial gefüllte Mikrokapseln enthält, beschichtet sind, es dem Substrat ermöglichen, erweiterte oder verbesserte Wärmerückhaltungs- oder Speichereigenschaften aufzuweisen.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die Anbringung eines Bindemittels, das Mikrokügelchen aus Phasenwechselmaterialien enthält, mit kommerzieller Beschichtungsausrüstung problematisch sein kann. Es wurde als besonders schwierig befunden, die Haltbarkeit, Feuchtigkeits- und Dampfdurchlässigkeit, Elastizität, Flexibilität, Weichheit und das Gewicht beschichteter Substrate beizubehalten, wenn die Beschichtung mit einem ausreichend hohen Gehalt an eingekapseltem Phasenwechselmaterial gefüllt ist. Insbesondere kann, wenn eine Acrylverbindung als Bindemittel verwendet wird, worin mikroeingekapseltes Phasenwechselmaterial dispergiert ist, das an einem Gewebe angebracht und ausgehärtet wird, die anschließende Produkthaltbarkeit leiden. Das fertige Produkt kann anfällig für Rissbildung oder Abblättern sein. Ein tieferes Eindringen der Beschichtungsverbindung in das Grundsubstrat kann in dem Versuch, Rissbildung und Abblättern zu minimieren, angestrebt werden. Während die Haltbarkeit des resultierenden Produkts zufriedenstellend sein kann, kann das Endprodukt inakzeptabel steif sein.
Beschichtungen aus in Acrylbindemittel eingekapselten Phasenwechselmaterialien auf elastischen Substraten sind ebenfalls problematisch, da die Elastizität des fertiggestellten Produkts verschlechtert wird und ein Dehnen der Beschichtung zu einem Abblättern der Beschichtung führen kann. Während das Ersetzen des Acrylbindemittels durch ein Latexbindemittel einen Teil des bei Acrylbindemitteln auf elastischen Substraten erfahrenen Elastizitätsverlusts und Abblätterns mildert, kann ein Füllen des Latexbindemittels mit einer verringerten Menge eingekapselten Phasenwechselmaterials erforderlich sein. Zur Kompensation und Anbringung der gewünschten Menge eingekapselten Phasenwechselmaterials kann eine erhöhte Menge Latexbindemittel aufgetragen werden. Diese Lösung neigt jedoch dazu, die erwartete, mit einem Latexbindemittel erzielte Flexibilität zu reduzieren. Die dickere Latexbeschichtung kann auch den Effekt der Verringerung der Feuchtigkeitsdurchlässigkeit und Erhöhung der Klebrigkeit des fertigen Produkts haben.
Vor diesem Hintergrund haben die signifikanten Verbesserungen und Fortschritte der vorliegenden Erfindung auf dem Gebiet von Substratbeschichtungen, die energieabsorbierende, temperaturstabilisierende Phasenwechselmaterialien enthalten, und Verfahren zu deren Herstellung stattgefunden.
Der grundlegende Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verschaffung einer verbesserten Dispersionszusammensetzung, welche Phasenwechselmaterial einer Dichte enthält, die ausreicht, Wärme- und Energieübertragung durch ein Substrat, woran die Dispersion angebracht ist, zu bewirken.
Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verschaffung einer Dispersion des vorangehenden Charakters, welche im Wesentlichen alle Atmungs-, Flexibilitäts- oder andere grundlegende Eigenschaften des Substrats, woran sie angebracht ist, aufrechterhält.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verschaffung permeierter Substrate mit den vorgenannten Eigenschaften, die haltbar, widerstandsfähig gegen Wärme, Feuchtigkeit und Waschen, ohne eine Verschlechterung oder eines Verlusts des Phasenmaterials sind.
Noch ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verschaffung eines verbesserten Verfahrens zur Anbringung von Zusammensetzungen, die Phasenwechselmaterialien enthalten und die vorgenannten Eigenschaften aufweisen, an Substraten, durch Nutzung kommerziell verfügbarer Ausrüstung.
Noch ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung einer Rezeptur und eines Verfahrens, die zur Anbringung einer Bindemittel- und Phasenwechselmaterialzusammensetzung an dehnbaren Substraten geeignet sind.
Der Artikel der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 beschrieben und das Verfahren zur Herstellung des Artikels ist in Anspruch 7 dargestellt. Der Dachhimmel der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 15 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung umfasst Dispersionen, die nicht nach oben treibendes eingekapseltes Phasenwechselmaterial zur Permeation in zuvor ausgehärtete, vernetzte aufgeschäumte Substrate enthalten, und Verfahren zur Herstellung eines ausgehärteten Produkts, worin eine ausgehärtete Polymerbindemittel-/Mikrokügelchendispersion 20% bis 100% einer zuvor ausgehärteten, vernetzten Schaumstoffplatte durchdringt. Bevorzugt ist die Schaumstoffplatte eine Schälschaumstoffplatte, obwohl andere Schaumstoffplatten, beispielsweise gegossene Schaumstoffplatten, verwendet werden können. Eine bevorzugte Dispersion beinhaltet ein Phasenwechselmaterial enthaltende Mikrokügelchen, die in einem Acrylbindemittel dispergiert und an einem Polyurethan-Schälschaumstoff angebracht sind. Bevorzugte Phasenwechselmaterialien beinhalten paraffinische Kohlenwasserstoffe. Ein Polyurethan-Schälschaumstoffsubstrat von 508 bis 25.400 μm (20 mil bis 1000 mil) Dicke kann verwendet werden, wobei 2286 bis 5080 μm (90 bis 200 mil) bevorzugt werden. Polyether- und Polyesterurethane sind bevorzugte Schälschaumstoffe.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Anbringung einer Polymerbindemittel-/Mikrokügelchendispersion an einer freiliegenden Oberfläche eines zuvor ausgehärteten, vernetzten Schaumstoffs unter Anwendung einer Messerrakelstreichtechnik ist offenbart. Ein anderes bevorzugtes Anbringungsverfahren nutzt Umkehr-Walzenbeschichtungstechnik. Abhängig von der eingesetzten Beschichtungstechnik hat das zum Beschichten des ausgehärteten Schaumstoffs verwendete unausgehärtete Polymerbindemittel eine Viskosität von 500 bis 50.000 mPa s (Zentipoise). Eine bevorzugte Viskosität bei Anwendung der Messerrakelstreichtechnik liegt zwischen ungefähr 7000 und ungefähr 9000 mPa s (Zentipoise).
Ein anderes bevorzugtes Verfahren zur Anbringung einer Polymerbindemittel-/Mikrokügelchendispersion an einer freiliegenden Oberfläche eines zuvor ausgehärteten, vernetzten Schaumstoffs nutzt Umkehr-Walzenbeschichtungstechniken zur Anbringung einer Oberseitenbeschichtung einer freiliegenden Oberfläche des Schaumstoffs. Dann wird ein Vakuum von der entgegengesetzten unteren Fläche des ausgehärteten Schaumstoffs her angelegt, um die Dispersion in den ausgehärteten Schaumstoff hinunterzuziehen, wobei sie auf eine Tiefe von 20% bis 100% der Dicke des ausgehärteten Schaumstoffs permeiert, höchstbevorzugt 30% bis 60% seiner Dicke. Der permeierte Schaumstoff wird dann auf 93°C bis 260°C (200°F bis 500°F), bevorzugt 149°C bis 2040°C (300°F bis 400°F), höchstbevorzugt 163°C bis 190°C (325°F bis 375°F) ausgehärtet, um ein vollständig ausgehärtetes Produkt zu produzieren.
Weiteres Verarbeiten des vollständig ausgehärteten Produkts der vorliegenden Erfindung ergibt ein Produkt, das eine besondere Brauchbarkeit als ein an der Unterseite des Dachs eines Fahrgastraums eines Personenwagens, Lastkraftwagens oder anderen Fahrzeugs befestigter Dachhimmel hat. Bei den bevorzugten Dachhimmeln der vorliegenden Erfindung wird ein Bogen, beispielsweise ein gebürsteter Nylongewebebogen, mit Klebstoff an einer Oberfläche des vorangehenden vollständig ausgehärteten Schaumstoffs befestigt. Die gegenüberliegende Fläche wird an eine Klebefolie flammkaschiert, die dann an der Unterseite des Dachs eines Fahrzeugs befestigt wird. Der ausgewählte Bogen ist somit nach unten in den Fahrgastraum gerichtet, wodurch den Fahrzeuginsassen eine ästhetisch angenehme Deckenfläche geboten wird. Der Dachhimmel trägt zur Kontrolle thermischer Leitfähigkeit in den und aus dem Fahrgastraum bei, wodurch die von der Luftkühlungs- und Heizausrüstung des Fahrzeugs erstellte gewünschte Temperatur aufrechterhalten und der Fahrgastkomfort verbessert wird. Da die Phasenwechselmaterialien in dem Dachhimmel das Erwärmen und/oder Kühlen der Fahrgastraumluft, die ansonsten durch Umgebungstemperatur und verursacht wird, kontrollierbar verzögern, werden die Anforderungen an die Luftkühlungs- und Heizausrüstung vermindert, wodurch die Kraftstoffeffizienz entsprechend erhöht wird.
Zum umfassenden Verständnis der Erfindung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, worin Figur eine Schnittansicht des Artikels der vorliegenden Erfindung ist, worin ein Polymerbinder, der nicht nach oben treibende mikroverkapselte Phasenwechselmaterialien enthält, in die offenzellige Struktur eines Schälschaumstoffsubstrats permeiert wird, welches wiederum an einem Gewebesubstrat befestigt wird.
2 ist eine Schnittansicht einer Messer- und Walzenkonfiguration, womit das Beschichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung praktiziert werden kann, um den in 1 gezeigten beschichteten Artikel herzustellen.
3 ist eine Schnittansicht eines zuvor ausgehärteten, vernetzten Schälschaumstoffsubstrats, worin eine ausgehärtete Bindemittel-/Mikrokügelchendispersion etwa 30% des Schälschaumstoffsubstrats permeiert hat.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Anwendung hat man entdeckt, dass das Permeieren eines zuvor ausgehärteten, vernetzten Schälschaumstoffsubstrats mit einem Polymerbindemittel, worin Mikrokügelchen aus Phasenwechselmaterialien dispergiert sind, ein fertiges Produkt ergibt, worin die strukturelle Integrität des Schälschaumstoffs eine Stützmatrix für eine Bindemittel-/Mikrokügelchendispersion verschafft. Man hat weiter entdeckt, dass das Befestigen eines Bogens, beispielsweise eines Gewebe- oder Folienbogens, an mindestens einer Seite des Schälschaumstoffsubstrats ein fertiges Produkt ergibt, worin die strukturelle Integrität des Schälschaumstoffsubstrats maximiert ist. Die fertigen Produkte der vorliegenden Erfindung weisen einen hohen Füllgrad der eingekapselten Phasenwechselmaterialien auf, wodurch sie eine außerordentliche Kontrolle thermischer Leitfähigkeit durch das beschichtete Schälschaumstoffsubstrat verschaffen.
Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Polymerbindemittel kann in Form einer Lösung, Dispersion oder Emulsion in Wasser oder in organischem Lösungsmittel vorliegen. Das Polymerbindemittel kann anfänglich Polymer sein, oder in Form von Monomeren und/oder Oligomer, oder Polymeren mit niedriger Molmasse, die durch Trocknen und/oder Aushärten in ihre letztendliche Molmasse und Struktur umgewandelt werden, vorliegen. Diese Bindemittel sind bevorzugt filmbildend, elastomer, und haben eine Glasübergangstemperatur im Bereich von –45°C bis +45°C, abhängig von der gewünschten Anwendung.
Die Polymere können linear oder verzweigt sein. Copolymere können verteilt, in Block- oder Radialform vorliegen. Die Polymere können seitenständige reaktive Gruppen, reaktive Enden oder andere Vernetzungsmechanismen aufweisen, oder zu Verstrickung und/oder Wasserstoffbindung in der Lage sein, um die Zähigkeit der fertigen Beschichtung und/oder deren Widerstand gegenüber Wärme, Feuchtigkeit, Lösungsmitteln, Waschen, chemischer Reinigung oder anderen Chemikalien zu erhöhen.
Geeignete Monomere umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Acrylester (bevorzugt Alkylacrylat und Methacrylate, die 4 bis 17 Kohlenstoffatome enthalten); Styrol; Isopren; Acrylnitril; Butadien; Vinylacetat; Vinylchlorid; Vinyldienchlorid; Ethylen; Butylen; Propylen; Chloropren usw. Polymere und Copolymere auf Basis der obengenannten Monomere und/oder Silikon; Epoxy; Polyurethan; Fluorkohlenstoffe; chlorsulfoniertes Polyethylen; chloriertes Polyethylen und andere halogenierte Polyolefine sind ebenfalls gebrauchsgeeignet.
Ein bevorzugtes Polymerbindemittel wird mit einem dispergierten Polymerlatex hergestellt, der einen anionischer, wärmereaktiver Acryllatex ist, der 59% nicht flüchtige Stoffe in Wasser enthält, wie etwa der unter dem Markennamen Hycar XT9202^TM vertrieben wird und von B.F. Goodrich Chemical Company aus Cleveland, Ohio, USA erhältlich ist. Der Polymerlatex hat eine Glasübergangstemperatur von –25°C. wenn sie gut getrocknet und ausgehärtet sind, sind aus Polymerlatex wie etwa Hycar XT9202^TM hergestellte Substratbeschichtungen waschbar und chemisch reinigbar.
Die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung beinhalten bevorzugt 30 bis 500 Trockengewichtsteile Mikrokügelchen für jede 100 Trockengewichtsteile Acrylpolymerlatex. Die Beschichtungszusammensetzungen beinhalten bevorzugt 0,005% bis 6% Trockengewicht von jedem von oberflächenaktivem Mittel und Dispergiermittel zu Trockengewicht Mikrokügelchen. Wasser wird bis auf insgesamt 25% bis 80% der fertigen Nassbeschichtungszusammensetzungen zugesetzt. Ein Schaumverhinderungsmittel von 0% bis 1% Trockengewicht auf das Gesamtgewicht der fertigen Nassbeschichtungszusammensetzungen wird bevorzugt. Die höchstbevorzugten Verhältnisse von Komponenten der Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung sind: 70 bis 300 Trockengewichtsteile Mikrokügelchen für jede 100 Trockengewichtsteile Acrylpolymerlatex, 0,1% bis 1% Trockengewicht von jedem von oberflächenaktivem Mittel und Dispergiermittel zu dem Trockengewicht an Mikrokügelchen, wobei Wasser insgesamt 40% bis 60% der fertigen Nassbeschichtungszusammensetzungen ausmacht und Schaumverhinderungsmittel von 0,1% bis 0,5% Trockengewicht zu dem Gesamtgewicht der fertigen Nassbeschichtungszusammensetzung ausmacht.
Ein alternatives Verfahren nutzt Mikrokügelchen aus Phasenwechselmaterial, die während des Herstellungsprozesses nicht vollständig getrocknet werden. Nasse Mikrokügelchen, die etwa 25 Gew.-% bis etwa 65 Gew.-% Wasser enthalten, werden bevorzugt und sind gut handhabbar. Bei Verwendung solcher Mikrokügelchen werden ein oberflächenaktives Mittel und ein Dispergiermittel einer Polymerbindemitteldispersion zugesetzt, bevor die benetzten Mikrokügelchen darin dispergiert werden. DOS und Strodex PK90^TM werden bevorzugt mit der Polymerbindemitteldispersion gemischt, bevor die nassen Mikrokügelchen damit gemischt und darin dispergiert werden.
Allgemein gesagt haben Phasenwechselmaterialien die Fähigkeit, thermische Energie zu absorbieren oder freizusetzen, um Wärmetransfer in dem Temperaturstabilisierungsbereich des jeweiligen temperaturstabilisierenden Materials zu verringern. Das Phasenwechselmaterial hemmt oder stoppt den Fluss thermischer Energie durch die Beschichtung während der Zeit, in der das Phasenwechselmaterial Wärme absorbiert oder freisetzt, typischerweise während dem Phasenwechsel des Materials. Dieser Vorgang ist vorübergehend, d.h. er wird als Barriere gegenüber thermischer Energie effektiv sein, bis die gesamte latente Wärme des temperaturstabilisierende Materials während des Heiz- oder Kühlprozesses absorbiert oder freigesetzt ist.
Thermische Energie kann in den Phasenwechselmaterial gespeichert oder daraus entfernt werden und kann durch eine Quelle von Wärme oder Kälte effektiv wieder aufgeladen werden. Durch Auswahl eines geeigneten Phasenwechselmaterials kann ein Substrat zur Verwendung in einer bestimmten Anwendung, wo die Stabilisierung von Temperaturen erwünscht ist, beschichtet werden. Zwei oder mehr unterschiedliche Phasenwechselmaterialien können verwendet werden, um bestimmte Temperaturbereiche anzugehen, und solche Materialien können gemischt werden.
Paraffinische Kohlenwasserstoff-Phasenwechselmaterialien, die zur Verwendung in den Dispersionen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind in Tabelle I gezeigt, wobei die Anzahl von Kohlenstoffatome in solchen Materialien direkt im Zusammenhang mit den jeweiligen Schmelzpunkt steht.
TABELLE I
Phasenwechselmaterialien, wie etwa die aufgeführten paraffinischen Kohlenwasserstoffe, werden bevorzugt zu Mikrokügelchen geformt und in eine ein- oder mehrlagige Hülle aus Gelatine oder anderem Material eingekapselt. Durchmesser eingekapselter Mikrokügelchen von 1 bis 100 μm (Mikron) werden bevorzugt, höchstbevorzugt von 10 bis 60 μm (Mikron). Mikrokügelchen können auch in einer Silikamatrix mit Submikrondurchmessern gebunden sein. Mikrokügelchen, die n-Octadecan oder n-Eicosan enthalten, sind für Kleidung geeignet. Solche Mikrokügelchen sind beziehbar von MacGill Enterprises, Inc., aus West Milton, Ohio, USA, und Microtek Laboratories, Inc., aus Dayton, Ohio, USA.
BEISPIEL I
Eine bevorzugte Beschichtungsrezeptur zur Anbringung an einem Polyurethan-Schälschaumstoff mit einer Dicke von 2286 μm (90 mil) wird hergestellt, wie in Tabelle II gezeigt.
TABELLE II
Ein beschichtetes Substrat wird hergestellt unter Verwendung der Beschichtung wie der von Beispiel I und eines herkömmlichen Polyesterurethan-Schälschaumstoffs mit einer Dicke von 2286 μm (90 mil), der an ein gewirktes, offenmaschiges Gewebe gebondet ist. Unter Verwendung einer Messerrakelaufstreichkopfkonfiguration wurde ein akzeptables Trockengewicht von 70,87 g (2,5 Unzen) eingekapselten Phasenwechselmaterials pro 0,83 m² (Quadratfuß) Schälschaumstoff nach dem Aushärten erhalten. In dieser Konfiguration betrug die Verteilung und Eindringung eingekapselten Phasenwechselmaterials in die offenzellige Konfiguration des Schälschaumstoffs weniger als 50% der Dicke des Schälschaumstoffs.
Um eine erhöhte Befüllung des mikroverkapselten Phasenwechselmaterials und erhöhte Permeation davon in die offenzellige Struktur des Schälschaumstoffs bis auf mehr dann 50% der Dicke des Schälschaumstoffs zu erhalten, hat man entdeckt, dass ein Senken der Viskosität des unausgehärteten Polymerbindemittels auf 3000 mPa s (Zentipoise) bis 15.000 mPa s (Zentipoise) wünschenswert ist. Eine Viskosität von 6000 mPa s (Zentipoise) bis 10.000 mPa s (Zentipoise) wird bevorzugt, mit einer höchstbevorzugten Viskosität von 7000 mPa s (Zentipoise) bis 9000 mPa s (Zentipoise).
BEISPIEL II
Eine höchstbevorzugte Beschichtungsrezeptur, wenn hoher Gehalt an Phasenwechselmaterial und erhebliche Dehnbarkeit erforderlich sind, beispielsweise ein Polyester-Schälschaumstoff mit einer Dicke von 2286 μm (90 mil), wird hergestellt, wie in Tabelle III gezeigt.
TABELLE III
Die zur Herstellung eines beschichteten, gewebekaschierten Schälschaumstoffs der vorliegenden Erfindung verwendete Beschichtung von Beispiel II hat vorzugsweise einen pH-Wert von 8,5 bis 9,6 und einen Feststoffprozentsatz von 48,5% bis 50,5%. Eine Viskosität der unausgehärteten Polymerdispersion ist im Bereich von 500 bis 50.000 mPa s (Zentipoise) akzeptabel, wobei eine Viskosität von 6000 bis 10.000 mPa s (Zentipoise) bevorzugt ist und eine Viskosität von 7000 bis 9000 mPa s (Zentipoise) höchstbevorzugt ist.
Bezugnehmend auf 1 wird ein permeiertes Substrat 10 produziert, unter Verwendung der Beschichtung 12 wie der von Beispiel II und eines herkömmlichen Polyesterurethan-Schälschaumstoffs 14, der bevorzugt eine Dicke von 2286 μm (90 mil) hat, an ein gewirktes, offenmaschiges Gewebe 16 gebondet. Unter Verwendung einer Messerrakel-Aufstreichkopfkonfiguration wurde ein hervorragendes Trockengewicht von 96,39 g (3,4 Unzen) eingekapselten Phasenwechselmaterials 18 pro Quadratfuß Schälschaumstoff 14 nach dem Aushärten erhalten. In dieser Konfiguration lag die Verteilung und Eindringung eingekapselten Phasenwechselmaterials in die offenen Zellen 20 des Schälschaumstoffs 14 bei oder höher als 50% der Dicke des Schälschaumstoffs 14.
In der gerade beschriebenen Konfiguration wurden die mikroverkapselten Phasenwechselmaterialien so ausgewählt, dass sie einen effektiven Phasenwechselbereich von 26°C (79°F) bis 28,3°C (83°F) aufwiesen. Diese Phasenwechseltemperatur wurde aufgrund ihrer Fähigkeit ausgewählt, ein Abkühlungsgefühl zu verschaffen, wenn der ausgehärtete und beschichtete Schälschaumstoffartikel mit der Haut einer Person in Kontakt kommt. Eine solche Konfiguration ist als Schuhinnenfutter bei Sportschuhen gebrauchsgeeignet.
In einer anderen Konfiguration ist PBNII^TM, ein geprägter Cerex^TM-Bogen, an eine Oberfläche einer 1270 μm (50 mil) dicken Polyurethan-Schälschaumstoffplatte gebondet. Die gegenüberliegende Oberfläche der Polyurethan-Schälschaumstoffplatte ist mit dem unausgehärteten Polymerbindemittel, das eingekapselte Phasenwechselmaterialien enthält, wie vorangehend in Beispiel II und Tabelle III beschrieben, beschichtet, um ein Trockengewicht an Phasenwechselmaterial nach Aushärtung von etwa 124,7 g (4,4 Unzen) pro 0,83 m² (Quadratfuß) Schälschaumstoff zu erhalten.
Zur Erzielung eines behandelten Schälschaumstoffs, der zur Verwendung in Anwendungen, wo höhere Feuchtigkeits-Dampfdurchlassraten erwünscht sind, Wasser jedoch abgestoßen wird, geeignet ist, wird eine Polyurethanfolie mit einer Dicke von etwa 762,0 μm (30 mil) an eine Oberfläche einer 1270 μm (50 mil) dicken Polyurethan-Schälschaumstoffplatte gebondet. Die entgegengesetzte Fläche der Polyurethan-Schälschaumstoffplatte wird mit dem unausgehärteten Polymerbindemittel, das eingekapselte Phasenwechselmaterialien enthält, wie vorangehend in Beispiel II und Tabelle III beschrieben, beschichtet, um ein Trockengewicht an Phasenwechselmaterial nach Aushärtung von etwa 170,1 g (6,0 Unzen) pro 0,83 m² (Quadratfuß) Schälschaumstoff zu erhalten.
Um einen beschichteten Artikel der vorliegenden Erfindung zu erzielen, worin die Dispersion von Polymerbindemittel und mikroverkapseltem Phasenwechselmaterial bis auf eine Tiefe von 20% bis 50% oder mehr der Dicke des Schälschaumstoffs in den Schälschaumstoff hinein dispergiert wird, wurde eine verbesserte Messerrakel-Aufstreichkonfigurationstechnik entwickelt, welche sich als besonders effektiv erwies, um die Dispersion in die offenzellige Struktur des Schälschaumstoffs zu zwingen. Bezugnehmend auf 2 weist eine Walze 22 eine Mittellinie „C-C" auf, die im Wesentlichen senkrecht zu einer horizontalen Ebene „H-H" ist, die tangential zu einer aufwärts gewandten Fläche 24 der Walze 22 ist. Ein gewebekaschiertes Schälschaumstoffsubstrat 26 wird in einer Richtung von Position „X" zu Position „Y" über die Walze 22 geführt, im Wesentlichen in Ausrichtung zur Ebene H-H, wobei eine freiliegende Gewebefläche 28 des gewebekaschierten Schälschaumstoffsubstrats 26 im Wesentlichen nach unten gerichtet ist und eine freiliegende Schälschaumstofffläche 30 im Wesentlichen nach oben gerichtet ist. Das Messer 32 oder 32' ist über der Walze 22 positioniert. Das Messer 32 oder 32' weist eine etwa 7,62 cm (3'') breite flache Führungsklinge 34 oder 34' auf, welche eine Vorderkante 36 oder 36' und eine Hinterkante 38 oder 38' aufweist. Bevorzugt ist das Messer 32 über der Walze 22 positioniert, wobei entweder seine Hinterkante 38 etwa 7,62 cm (3'') vor der Mittellinie C-C positioniert ist oder das Messer 32' mit seiner Vorderkante 36' etwa 7,62 cm (3'') hinter der Mittellinie C-C positioniert ist. Das Messer ist in einem Winkel „A" von etwa 5° bis 35°, bevorzugt 10° bis 15°, und höchstbevorzugt 11° bis 13°, zurück von der Mittellinie C-C weg positioniert, wodurch die Kante 34 oder 34' sich in etwa denselben Winkel A weg von der horizontalen Ebene H-H befindet, in dem das zu beschichtende Substrat ausgerichtet ist. Eine Polymerbindemittel-mikroverkapselte Phasenwechseldispersion mit einer bevorzugten Viskosität von 7000 bis 9000 mPa s (Zentipoise) wird an der freiliegenden Schälschaumstofffläche 30 des gewebekaschierten Schälschaumstoffsubstrats 26 mit der gerade beschriebenen Messerrakel-Aufstreichkonfiguration aufgetragen, um unter Verwendung herkömmlicher Techniken nach dem Aushärten einen beschichteten gewebekaschierten Schälschaumstoffartikel zu produzieren.
Bezugnehmend auf 3 ist ein teilweise permeierter Artikel 40 gezeigt, der eine andere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Artikel 40 beinhaltet ein zuvor ausgehärtetes, vernetztes Schälschaumstoffsubstrat 42 mit einer offenzelligen Konfiguration 44. Eine freiliegende Fläche 43 des Schaumstoffsubstrats 42 wird mit einer Polymerbindemitteldispersion 48 behandelt, welche darin dispergierte eingekapselte Phasenwechselmaterialien 46 enthält. Ein Vakuum wird von der entgegengesetzten Fläche 45 der Schälschaumstoffplatte 42 auf die Dispersion 48 angelegt. Die Bindemittel-Mikrokügelchendispersion 48 permeiert 20% bis 100%, bevorzugt 30% bis 60%, und höchstbevorzugt etwa 30% der Schälschaumstoffplatte 42. Der permeierte Schaumstoff wird dann bevorzugt einer Aushärtung auf einer Temperatur von höchstbevorzugt 163°C bis 190°C (325°F bis 375°F) für 1 Minute oder mehr unterzogen, um den fertigen permeierten Schälschaumstoffartikel 40 zu produzieren. Den Fachleuten in der Technik wird verständlich sein, dass niedrigere und höhere Aushärtetemperaturen eingesetzt werden können, vorausgesetzt, dass die Zeitdauer entsprechend verlängert oder verkürzt wird. Auf diese Weise können Temperaturen von 93°C bis 260°C (200°F bis 500°F) eingesetzt werden, obwohl 149°C bis 204°C (300°F bis 400°F) mehr bevorzugt wird. Auf jeden Fall kann der mit der ausgehärteten Bindemittel-Mikrokügelchendispersion 48 permeierte Schälschaumstoffartikel 40 nach Abkühlung zur Verwendung oder weiteren Behandlung aufgerollt werden.
Das zuvor ausgehärtete, vernetzte Schälschaumstoffsubstrat 42 kann ein ausgehärteter Polyetherschaumstoff sein, der aufgrund seiner Widerstandsfähigkeit gegen hohe Feuchtigkeit bevorzugt wird. Jedoch können auch Polyester-, Polyethylen- und Polyvinylschaumstoffe verwendet werden. Zusätzlich sind auch gegossene Schaumstoffe akzeptabel, vorausgesetzt, sie haben eine mindestens teilweise offenzellige Konfiguration, wobei es sich versteht, dass der Begriff "offenzellige Konfiguration" ausgehärtete Schaumstoffe umfassen soll, die eine mindestens teilweise offenzellige Konfiguration aufweisen. Ein Schälschaumstoffsubstrat 42 mit einer Dicke von etwa 4064 μm (160 mil) ist geeignet, obwohl eine Dicke von 508 μm bis 25.400 μm (20 bis 1000 mil) oder mehr verwendet werden kann. Bevorzugt ist die zu behandelnde freiliegende Fläche 43 des Schälschaumstoffsubstrats 42 die Oberseite, was eine Oberseitenbeschichtung mit der Bindemittel-Mikrokügelchendispersion 48 gestattet.
Beim Permeieren eines ausgehärteten Schaumstoffs mit der Bindemittel-Mikrokügelchendispersion 48 unter Verwendung der vorgenannten Technik ist das Bindemittel bevorzugt ein Acrylbindemittel mit einer relativ niedrigen Viskosität. Obwohl eine Viskosität von 500 bis 4000 mPa s (Zentipoise) für das Bindemittel akzeptabel ist, wird eine Viskosität von etwa 1000 bis 1500 mPa s (Zentipoise) mehr bevorzugt, wobei eine Viskosität von etwa 1000 höchstbevorzugt ist. Es wird angemerkt, dass, während Bindemittel mit einer Viskosität von mehr als 1000 mPa s (Zentipoise) verwendet werden können, eine Verdünnung des Bindemittels notwendig sein kann. Nach Verdünnung können die Mikrokügelchen dazu tendieren, aus der Dispersion herauszufallen. Dieser Tendenz wird durch fortgesetztes Rühren der Dispersion vor dem Behandeln des ausgehärteten Schaumstoffsubstrats entgegengewirkt. Rühren der Dispersion vor dem Beschichten, gefolgt vom Beschichten unter Verwendung einer Umkehr-Walzenbeschichtungsvorrichtung hat sich als erfolgreich erwiesen, obwohl andere Behandlungstechniken, beispielsweise Messerrakel- und Siebdruckbeschichtung, in Erwägung gezogen werden.
Eine bevorzugte Anwendung des Schälschaumstoffartikels 40 der vorliegenden Erfindung ist als ein am Innendach eines Fahrgastraums eines Personenwagens, Lastkraftwagens oder anderen Fahrzeugs befestigter Dachhimmel. In einer Ausführungsform eines solchen Dachhimmel weist ein Schälschaumstoffartikel 40, der bis auf eine Tiefe von etwa 30% bis 60% mit einer Bindemittel-Mikrokügelchendispersion 48 permeiert und ausgehärtet ist, eine behandelte Fläche 43 und eine entgegengesetzte Fläche 45 auf. Ein vorgegossener Polyamidklebstoff oder anderer geeigneter Klebstoff (nicht dargestellt) wird an der behandelte Fläche 43 angebracht und gleichzeitig wird ein gebürsteter Nylongewebebogen (nicht dargestellt) über dem Polyamidklebstoff angebracht. Mit einer Walze werden Hitze und Druck angelegt, wodurch der gebürstete Nylongewebebogen an den permeierten Schaumstoffartikel 40 gebondet wird. Wenn es abgekühlt ist, ist das resultierende Produkt zur Verwendung als Dachhimmel geeignet, nach Befestigung der entgegengesetzten Fläche 45 an der Innenseite des Dachs eines Fahrzeugs, unter Verwendung herkömmlicher Techniken.
In einer alternativen Ausführungsform wird eine 1 1/2 mil-Bogen Dow 899A modifizierte Polyethylen-Klebefolie an die entgegengesetzte Fläche 45 flammkaschiert. Der Dachhimmel wird anschließend durch Flammkaschieren an der Innenseite des Dachs eines Fahrzeugs befestigt. Obwohl die modifizierte Polyethylen-Klebefolie verwendet wird, versteht es sich, dass andere kontinuierliche und nicht kontinuierliche Klebefolien verwendet werden können. Beispielhafte Klebefolien umfassen Polyamid-, Polyester- und Polyurethanfolien. Weiterhin werden andere Verfahren zum Bonden des Klebebogens an den imprägnierten Schaumstoff erwogen. Beispielsweise können Heißwalzprozesse und Heißschmelzprozesse verwendet werden. Andere Klebstoffe, beispielsweise Sprühklebstoffe, können verwendet werden.
Derzeit bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und viele ihrer Verbesserungen sind mit einem gewissen Grad an Genauigkeit beschrieben worden. Es versteht sich, dass diese Beschreibung mittels bevorzugter Beispiele vorgenommen wurde und dass die Erfindung durch die Reichweite der nachfolgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Artikel, umfassend: ein Polymerbindemittel; Mikrokügelchen, welche ein Phasenwechselmaterial enthalten, wobei das Phasenwechselmaterial in der Lage ist, durch Phasenwechsel innerhalb eines temperaturstabilisierenden Bereichs und durch das Bindemittel dispergiert Energie zu absorbieren oder freizusetzen, um eine Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion zu produzieren, wobei die Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion eine ausreichende Dichte von Phasenwechselmaterial hat, um die Wärmeübertragung durch den ausgehärteten Schaumstoffartikel zu steuern; und ein ausgehärtetes Schaumstoffsubstrat mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Oberflächen und einer offenzelligen Konfiguration, wobei die Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion 20% bis 100% des ausgehärteten Schaumstoffsubstrats durchdringt.
Artikel von Anspruch 1, wobei das Phasenwechselmaterial ein paraffinischer Kohlenwasserstoff ist.
Artikel von Anspruch 2, wobei das Substrat ein Schälschaumstoff ist.
Artikel von Anspruch 3, wobei das Bindemittel ein Latexmaterial umfasst.
Artikel von Anspruch 3, wobei das Schälschaumstoffsubstrat eine Dicke von 2286 bis 5080 μm (90 Milli-Inch bis 200 Milli-Inch) hat und die Dispersion 30% bis 60% des Schälschaumstoffsubstrats durchdringt.
Artikel von Anspruch 1, wobei das Schaumstoffsubstrat eine Dicke von 2286 bis 25400 μm (90 Milli-Inch bis 1000 Milli-Inch) hat und die Dispersion 30% bis 60% des Schälschaumstoffsubstrats durchdringt.
Verfahren zur Herstellung eines Artikels, umfassend die Schritte des: Bereitstellens eines ausgehärteten Schaumstoffsubstrats mit einer offenzelligen Konfiguration und gegenüberliegenden ersten und zweiten Oberflächen; Dispergierens von Mikrokügelchen, welche ein Phasenwechselmaterial enthalten, wobei das Phasenwechselmaterial in der Lage ist, durch Phasenwechsel innerhalb eines temperaturstabilisierenden Bereichs in einem unausgehärteten Polymerbindemittel Energie zu absorbieren oder freizusetzen, um eine Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion zu produzieren, wobei die Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion eine ausreichende Dichte von Phasenwechselmaterial hat, um die Wärmeübertragung durch den ausgehärteten Schaumstoffartikel zu steuern; Durchdringens des ausgehärteten Schaumstoffsubstrats mit der Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion, sodass die Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion 20% bis 100% des ausgehärteten Schaumstoffsubstrats durchdringt; Aushärtens des Polymerbindemittels in der Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion, um einen vollständig ausgehärteten Schaumstoffartikel herzustellen, der zumindest teilweise mit der Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion imprägniert ist.
Verfahren von Anspruch 7, wobei die Viskosität des unausgehärteten Polymerbindemittels zwischen 500 mPa·s (Zentipoise) und 4.000 mPa·s (Zentipoise) beträgt.
Verfahren von Anspruch 7, wobei die Viskosität des unausgehärteten Polymerbindemittels zwischen 1.000 mPa·s (Zentipoise) und 1.500 mPa·s (Zentipoise) beträgt.
Verfahren von Anspruch 7, wobei die Viskosität des unausgehärteten Polymerbindemittels zwischen 7.000 mPa·s (Zentipoise) und 9.000 mPa·s (Zentipoise) beträgt.
Verfahren von Anspruch 7, wobei das Verfahren weiter die Schritte umfasst des: Anbringens einer Platte an mindestens einer der ersten oder zweiten gegenüberliegenden Oberflächen.
Verfahren von Anspruch 7, wobei die Viskosität des unausgehärteten Polymerbindemittels zwischen 500 mPa·s (Zentipoise) und 4.000 mPa·s (Zentipoise) beträgt und wobei der Durchdringungsschritt weiter die Schritte umfasst des: Anbringens der Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion an der ersten freiliegenden Oberfläche des Schaumstoffsubstrats; und Ziehens eines Vakuums an der zweiten freiliegenden Oberfläche des Schaumstoffsubstrats, bis die Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion mindestens 30% des zuvor ausgehärteten Schaumstoffsubstrats durchdringt.
Dachhimmel für ein Fahrzeug, wobei der Dachhimmel umfasst: ein Polymerbindemittel; Mikrokügelchen, welche ein paraffinisches Kohlenwasserstoff-Phasenwechselmaterial enthalten und durch das Bindemittel dispergiert sind, um eine Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion zu produzieren, wobei die Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion eine ausreichende Dichte des paraffinischen Kohlenwasserstoff-Phasenwechselmaterials hat, um die Wärmeübertragung durch den Dachhimmel zu steuern; eine ausgehärtete, vernetzte Schaumstoffplatte mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Oberflächen und einer offenzelligen Konfiguration, wobei die Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion 20% bis 100% der Schaumstoffplatte durchdringt; und eine an der ersten Oberfläche der Schaumstoffplatte befestigte Platte, wodurch ein Dachhimmel produziert wird, wobei die Platte an der ersten Oberfläche der Schaumstoffplatte nach der Durchdringung der Schaumstoffplatte durch Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion und nach dem Aushärten der Bindemittel-Mikrokügelchen-Dispersion befestigt wird und der Dachhimmel an einer Unterseite eines Dachs eines Fahrzeugs befestigt wird, wobei die Platte der Sicht eines Insassen in dem Fahrzeug ausgesetzt ist.