SE535286C2 - Skopressbälte - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser ett skopressbälte omfattande en elastomerpo-Iymer med nanopartiklar bundna därtill genom kovalenta bindningar.

Description

535 286 t.ex. dess hållfasthet mot böjningströtthet och sprickbildningens framskridande samt att åstadkomma hårdhet och slitegenskaper. Nanopartiklarna dispergeras antingen i ett härdningsmedel eller i en uretanpolymer innan härdningsmedlet och förpolymeren blandas för att erhålla en polyuretan. Oberoende av det sätt som nanopartiklarna tillsatts på, innehåller en beläggning nanopartiklar i en dispergerad form. Dispergeringen av nanopartiklarna ger polyuretanbältet slithàllfasthet. men försämrar oundvikligen samtidigt polyuretanets elasticitetsegenskap. Försämrad elasticitet innebär att bältet blir mer benäget för sprickbildning.

I WO 2006/040398 beskrivs hybridnanomaterial som produceras genom bindning av nanopartiklar till olika kemiska grupper. Dylik bindning utförs genom att nanopartiklarna skärs med hjälp av ultraljud, varvid mycket reaktiva brutna bindningar som skapats under skärningen reagerar med de olika kemiska grupperna som är närvarande. Nanopartiklarna består av substanser som innehåller kol, såsom kolnanorör. De kemiska grupperna kan vara oorganiska, organiska, polymeriska och biologiska molekyler och partiklar. Nanopartiklama förmår binda sig vid de kemiska grupperna genom kovalenta och icke-kovalenta bindningar. De erhållna hybridmaterialen rapporteras uppvisa en god draghållfasthet och en hög el- och värmeledningsförmåga, och de anses vara lämpliga för många olika användningar, såsom pappersmaskinvalsar och stödstrukturer.

Det är således önskvärt att åstadkomma ett skopressbälte som är högt värmeledande och hållfast mot sprickbildning, eller ifall sprickbildning förekommer så sker dess framskridande väsentligen långsammare.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN En avsikt med uppfinningen är således att tillhandahålla ett skopressbälte för att möjliggöra en lösning av ovan nämnda problem. Avsikten med uppfinningen uppnås med ett skopressbälte som är kännetecknat av det som framförs i de självständiga patentkraven. Föredragna utföringsformer av uppfinningen presenteras i de osjälvständiga patentkraven.

En fördel med ett skopressbälte enligt uppfinningen är att tack vare nanopartiklarna i detta är skopressbältet högt värmeledande och samtidigt tack vare dess nätliknande elastomerstruktur, är det elastiskt och tänjbart, vilket gör bältet mycket hållfast mot sprickbildning. 10 15 20 25 30 35 535 286 DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Uppfinningen tillhandahåller ett nytt skopressbälte, som är kännetecknat av att det innehåller en elastomerpolymer som har nanopartiklar bundna därtill genom en kovalent bindning.

Elastomermaterialet som används vid framställningen av skopressen enligt uppfinningen kan vara vilket elastomermaterial som helst som används allmänt för framställning av bälten som används vid pappersframställning, såsom polyuretan och elastisk epoxi. Ett gemensamt drag som delas av elastomererna är att de är elastiska, tänjbara och förmår återfå sin ursprungliga form när en kraft som förorsakar dragpåkänning avlägsnas. Företrädesvis utnyttjar uppfinningen en polyuretanelastomer. l det följande kommer uppfinningen att beskrivas mera detaljerat i ljuset av denna föredragna utföringsforrn, fastän man bör förstå att vilket elastomerrnaterial som helst kan användas i skopressbältet enligt uppfinningen.

Uppfinningen använder en i och för sig känd teknik för framställning av en polyuretan som kan användas som en elastomer, vari en uretanförpolymerkomponent, som har isocyanatgrupper (NCO) i sina ändar, blandas med en kedjeförlängarkomponent med hydroxyl- (OH) eller amin- (NH2) grupper. Såsom framgår av namnet, får kedjeförlängaren förpolymerkedjorna att förlängas genom kombinering av långa förpolymerkedjor. Typiskt är en kedjeförlängare antingen en multifunktionell alkohol, såsom diol eller triol, eller en multifunktionell amin, såsom en diamin- eller triaminförening, som reagerar med isocyanatgrupperna som ingår i en reaktionsblandnlng och bildar uretan- eller ureabindningar. Vid framställning av polyuretan som används i skopressbâltet enligt uppfinningen, kan ett kvasiförpolymer-, ett komplett förpolymer- eller ett one- shot-förfarande användas. Dessa förfaranden är väl kända för fackmän på området. I allmänhet fås diisocyanat i kvasiförpolymerförfarandet att delvis reagera med en polyol för att bilda en kvasiförpolymer. Det finns fortfarande ett överskott av fritt diisocyanat kvar efter förpolymeriseringen. Den återstående polyolen tillsätts sedan med kedjeförlängaren. l förfarandet med komplett förpolymer reagerar diisocyanat helt och hållet med polyolen för att bilda förpolymeren med mindre än 5 %, företrädesvis mindre än 0,1 %, fritt diisocyanat. Det år även möjligt att använda ett i och för sig känt "one-shotßförfarande, som inte omfattar någon förpolymeriseringsfas mellan di-isocyanat och polyol, men som omfattar reagerande av di-isocyanat, polyol och eventuellt också en kedjeförlängare samtidigt med varandra. 10 15 20 25 30 35 535 286 l en utföringsforrn enligt uppfinningen, i enlighet med kvasiförpolymerförfarandet, bildas uretanförpolymerkomponenten, som kallas komponent A i föreliggande uppfinning, av isocyanat och polyol så att uretanförpolymeren omfattar isocyanatterminal polyol samt diisocyanat som fortfarande är fritt. Halten av fritt diisocyanat i komponenten kan vara ungefär 10-50 vikt-%. Vid sidan av den egentliga kedjeförlängaren omfattar den andra komponenten B, som är nödvändig för framställning av en uretanpolymer och som kallas komponent B i föreliggande uppfinning, även en polyol. lsocyanatgrupperna i komponent A fås att reagera med amin- eller hydroxylgrupperna i komponent B, varvid produceras långa polyuretankedjor som innehåller urea- eller uretanbindningar. Dessa kedjor kan vara tvärbundna med biuret- eller allofanatbindningar eller med multifunktionella kedjeförlängare för att uppnå en tvärbunden polymerstruktur, som möjliggör en elastisk struktur typisk för polymeren som ska bildas. Blandningsförhållandet A:B mellan komponenterna A och B är t.ex. 100180.

Polyolen som ska användas kan vara en polyeterpolyol, polyesterpolyol, polyeterkarbonatpolyol eller en polyesterkarbonatpolyol.

Polyeterpolyoler innehåller, utan att vara begränsade därtill, polytetrametyleneterglykol (PTMEG), polypropylenglykol (PPG), polyetylenglykol (PEG), polyhexametyleneterglykol; polyesterpolyoler innehåller polyadipat av monoetylenglykol och polykaprolakton; polyeterkarbonater innehåller -O-COO- [CnHgn-O-CnHgnl-O-COO; n=2-6, utan att emellertid vara begränsad därtill.

Företrädesvis används PTMEG eller polyeterkarbonater.

Som en isocyanatkomponent kan vilken diisocyanat som helst som kan användas vid framställningen av polyuretaner användas. Dylika diisocyanater omfattar 4,4-, 2,4'- eller 2,2'-difenylmetandiisocyanat (MDI), en polymer av MDI (PMDI), 2,4- eller 2,6-toluendiisocyanat (TDI), 1,5-naftalendiisocyanat (NDl), bis- (4-isocyanat-cyklohexyD-metan (HQMDI), 1 ,6-hexandiisocyanat (HDI), isoforonidisocyanat (lPDl), 1,4-fenylendiisocyanat (PPDI), trans-1,4- cyklohexyldiisocyanat (CHDI). Företrädesvis används MDI. l en annan utföringsform av uppfinningen, i enlighet med komplett förpolymer-förfarandet, bildas uretanförpolymerkomponenten A av diisocyanat och polyol så att all polyol som ska användas är i komponent A och mängden fritt diisocyanat är ungefär 0-1 vikt-%. Användbara diisocyanater och polyoler har 10 15 20 25 30 35 535 286 presenterats ovan. l denna utföringsform är den andra komponenten B som är nödvändig för framställning av en uretanpolymer en kedjeförlängare, som kan vara en substans såsom tidigare definierats.

Oavsett tekniken med vilken polyuretanet som kan användas i föreliggande uppfinning framställs används i nämnda utföringsformer multlfunktionella alkohol- eller multifunktionella amintyps föreningar allmänt vid framställningen av polyuretaner som kedjeförlängare, såsom redan tidigare nämndes, och fackmän på området kommer att känna igen sådana föreningar. Vid sidan av dessa kan strukturer med högre funktionalitet såsom trioler och triaminer användas. Exempel på diolkedjeförlängare omfattar utan att emellertid vara begränsade därtill 1.6-hexandiol, dietylenglykol, 2-metyl-1,3-propandio|, 3-metyl-1- etylenglykol, 1,2-propylenglykol, 1,3-propandiol, 1,4-butandiol, 5-pentadiol, 2,2- dimetyl-1,3-propandiol, 2,2,4-trimetyl-1ß-pentandiol, 2-metyl-2-etyl-l ,3-propandiol, 1 ,4-bis(hydroxietoxi)bensen, bis(hydroxietylenfiereftalat, hydroquinonbis(2- hydroxietyl)eter och kombinationer av dessa. Användbara trioler är till exempel trimetylolpropan och triisopropanolamin. I föreliggande uppfinning är en föredragen kedjeförlängare av denna typ 1,4-butandio|.

Exempel på kedjeförlängare av diamintyp omfattar utan att vara begränsade därtill 3,3'-dikior-4,4'-diaminodifenylmetan (MOCA eller MBOCA), 4,4'- metylen-bis(3-klor-2,6-dietylanilin) (MCDEA), dlmetyltiotoluendiamin (DMTDA) såsom “Ethacure 300" av Albemarle Corporation, dietyltoluendiamin (DETDA) och aminobensoat såsom "Po|acure 740M" av Polaroid Corporation. Företrädesvis används MOCA eller DMTDA.

Med nanopartiklar avses i allmänhet partiklar av storleken 1-100 nm.

Vilka partiklar som helst av denna storleksklass kan användas i föreliggande uppfinning. Material som kan användas i skopressbältet enligt föreliggande uppfinning omfattar lera, kimrök, kiseldioxid, kiselkarbid och metalloxider såsom aluminiumoxid. Nanopartiklar som är antingen av en eller flera olika typer kan läggas till elastomeren, och de kan även variera vad storleken beträffar. I den föredragna utföringsformen av uppfinningen används kolnanorör. Kolnanorörs konstruktion, ett nätverk bildat av kolatomer hexagonalt fästa vid varandra genom kovalenta bindningar påminner mycket om grafits konstruktion. Kolnanorör kan anses vara bildade av en lång och smal grafitplatt som har rullats till en rörformig form. Dessa nanorör kallas enkelväggsnanorör (SWCNT). Kolnanorör kan också vara flerväggsnanorör (MWCNT). 10 15 20 25 30 35 535 286 Nanopartiklar tillsätts i startmaterialet som används för att framställa en elastomer i en mängd för att erhålla en slutlig halt på ungefär 0,1-10 vikt-%, företrädesvis 0,5-3 vikt-%, i elastomeren.

Bindningen av nanopartiklarna till elastomermaterialet uppnås genom användning av ultraljud, varvid de mycket stabila kovalenta bindningarna, i synnerhet nanokolrörens kovalenta kol-kolbindningar, bryts, och de resulterande mycket reaktiva bindningarna reagerar snabbt och bildar en kovalent bindning med de närvarande reagenserna. Således medelst nanopartiklar bundna till elastomermaterialet genom nya kemiska bindningar erhålls en helt ny modifierad nätliknande elastomerstruktur med de egenskaper som krävs av skopressbältet enligt uppfinningen, dvs. hög draghàllfasthet och seghet. Frekvensen hos ultraljud som riktas mot reaktionsblandningen är cirka 20 kHz-1 MHz.

Ultraljudsbehandlingen kan vara antingen kontinuerlig eller intermittent.

Det är uppenbart för en fackman på området att nanopartiklarna kan aktiveras inte bara genom ultraljudsbehandling utan också på något annat lämpligt sätt, t.ex. kemiskt, för att få dessa partiklar att bindas vid elastomermaterialet.

Nanopartiklarna kan införas i polyuretanmaterialet genom blandning av dem med framställningskomponent B eller en del därav. I det första alternativet, om komponent 8 endast omfattar en kedjeförlängare i enlighet med komplett förpolymer-förfarandet, läggs nanopartiklarna således till kedjeförlängaren. Den sålunda erhållna reaktionsblandningen som innehåller nanopartiklar behandlas sedan med ultraljud, vilket resulterar i att partiklarna binds vid kedjeförlängaren.

Den erhållna kedjeförlängaren modifierad med nanopartiklar används sedan för att framställa poyuretan tillsammans med framställningskomponenten A. Om vid sidan av kedjeförlängaren komponent B också omfattar en polyol i enlighet med kvasi-förpolymerförfarandet, kan nanopartiklarna läggas till polyolen och/eller kedjeförlängaren. l en utföringsform av uppfinningen läggs nanopartlklama till polyolen. l en annan utföringsform av uppfinningen läggs nanopartiklarna till både polyolen och kedjeförlängaren. Tilläggningen kan ske antingen till var och en av polyolen och kedjeförlängaren separat, eller en blandning av nämnda två material.

I det första alternativet behandlas polyolen och kedjeförlängaren med ultraljudsbehandling separat, varefter de kombineras för att bilda komponent B. l det senare alternativet kombineras polyolen och kedjeförlängaren först, varefter den resulterande blandningen utsätts för ultraljudsbehandling för att framställa komponent B. 10 15 20 25 535 286 Alternativt kan nanopartiklarna införas i framställningskomponent A eller en del därav. I en utföringsform av uppfinningen läggs nanopartiklarna till förpolymeren och behandlas med ultraljudsbehandling. I en annan utföringsform av uppfinningen läggs nanopartiklarna till polyolen som används för att framställa en förpolymer. I ytterligare en annan utföringsform av uppfinningen läggs nanopartiklarna till diisocyanatet som sedan används för att framställa en förpolymer. Om nanopartiklarna införs i komponent A, är det inte längre nödvändigt att införa dem i komponent B, fastän detta är möjligt om man föredrar en högre koncentration av nanopartiklar.

I one shot-förfarandet kan nanopartiklarna införas i en eller båda av polyolen och kedjeförlängaren.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen läggs nanopartiklarna till diaminkedjeförlängaren, innan kedjeförlängaren läggs till reaktionsblandningen. I någon utföringsforrn av uppfinningen är den totala mängden nanopartiklar som läggs till polyolen och/eller kedjeförlängaren cirka 1-50 vikt-°/°.

Utan att binda sig vid någon teori är det sannolikt att ultraljudsbehandlingen ger en reaktiv sammansmältning av kolnanorör mellan kolkedjan hos en polyol eller multifunktionellt amin eller isocyanat genom en kovalent kol-kolbindning.

De erhållna elastomermaterialen som modiflerats med nanopartiklar är högt värmeledande. Dessutom är de starka och sega tack vare sin nätliknande struktur.

Det är uppenbart för fackmän på området att allteftersom teknologin gär framåt, kan uppfinningens grundläggande idé förverkligas på många olika sätt.

Uppfinningen och dess utföringsforrner är således inte begränsade till ovan beskrivna exempel utan kan variera inom ramen för patentkraven.

Claims (9)

10 15 20 535 286 Patentkrav

1. Skopressbälte omfattande en elastomerpolymer med nanokolrör bundna därtill genom kovalenta bindningar.

2. Skopressbälte enligt patentkrav 1, vari dylik bindning av nanokolrören till elastomerpolymeren genom kovalenta bindningar åstadkoms genom att man utsätter en reaktionsblandning innehållande nanokolrör för ultraljudsfrekvenser.

3. Skopressbälte enligt patentkrav 1 eller 2, vari elastomerpolymeren är polyuretan.

4. Skopressbälte enligt patentkrav 2 eller 3, vari reaktionsblandningen innehållande nanokolrör vidare omfattar en polyol.

5. Skopressbälte enligt patentkrav 4, vari polyolen modifierats genom ultraljudsbehandling och används för framställning av polyuretan.

6. Skopressbälte enligt patentkrav 5, vari den modifierade polyolen används tillsammans med en kedjeförlängare för framställning av polyuretan.

7. Skopressbälte enligt något av patentkrav 2-6, vari reaktionsblandningen innehållande nanokolrör omfattar en multifunktionell alkohol eller multifunktionell amin som används som en polyuretanreaktionen.

8. Skopressbälte enligt patentkrav 7, vari kedjeförlängaren modifierats genom ultraljudsbehandling och används för framställning av polyuretan.

9. Skopressbälte enligt något av de föregående patentkraven, vari mängden av nanokolrör i elastomeren är cirka 0,1-10 vikt-%, företrädesvis 0,5-3 vikt-%. kedjeförlängare i