WO2021008942A1 - Airbag-gewebe - Google Patents

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WO2021008942A1
WO2021008942A1 PCT/EP2020/069107 EP2020069107W WO2021008942A1 WO 2021008942 A1 WO2021008942 A1 WO 2021008942A1 EP 2020069107 W EP2020069107 W EP 2020069107W WO 2021008942 A1 WO2021008942 A1 WO 2021008942A1
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bio
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Marianne BONGARTZ
Andreas Flachenecker
Christian Vieth
Volker Siejak
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    • D10B2505/12—Vehicles
    • D10B2505/124—Air bags

Definitions

  • the invention relates to an airbag fabric made from polyamide
  • Airbag fabrics are preferably made from polyamide-based filaments, since polyamides have a good combination of strength, weight and thermal stability. Like any other thermoplastic polymer, polyamides are made from components of crude oil.
  • WO 2010/089902 A1 proposes the use of PEBA, a polyether block amide, for the production of components, e.g. in cars or
  • PEBA is also obtained at least partially from renewable raw materials.
  • decanedic acid for example has decanedic acid as an ingredient.
  • the object of the present invention is to provide an airbag fabric which consists of components which are at least partially produced from renewable raw materials and thus smaller amounts of carbon dioxide are released during production.
  • an airbag fabric made from polyamide filaments, the polyamide filaments consisting of at least 60% by weight of a bio-based monomer, based on the total weight of the polyamide.
  • Polyamides are linear polymers with regularly repeating amide bonds along the main chain. The amide bonds arise, for example, through the condensation of carboxylic acid groups with amino groups.
  • polyamides can be produced from a single type of monomer, the type of monomer having both an amino group and a carboxylic acid group (e.g.
  • Caprolactam as well as from two types of monomers, one type of monomer having two amino groups and the other type of monomer having two carboxylic acid groups. Copolymers made from the aforementioned types of monomers are also possible.
  • PA6 is the polyamide made up of a single type of monomer with an amino group and a carboxylic acid group, which has 6 carbon atoms.
  • PA6 is the polyamide made from caprolactam.
  • PA6,6 this means that the polyamide is made up of two monomers and the first number indicates how many carbon atoms the monomer with the two amino groups has and the second number indicates how many carbons the monomer has with the two carboxylic acid groups.
  • PA6,6 is a polyamide composed of hexamethylenediamine (1,6-hexanediamine) and adipic acid
  • the polyamides that make up the filaments contain bio-based monomers. This means that the monomers are obtained or manufactured from renewable raw materials. It is possible that all monomers are bio-based, or that part is bio-based and another part is bio-based
  • Monomers made from crude oil For example, in the case of a polyamide that is built up from two types of monomers, the monomer with two carboxylic acid groups is bio-based and the monomer with two amino groups is made from crude oil.
  • alkanedioic acids can be obtained from renewable raw materials using chemical, biochemical or biological processes.
  • the following is a list of the possible diacids that can be obtained from renewable raw materials:
  • Nonanedioic acid e.g. from oleic acid by ozonolysis
  • Dodecanedioic acid e.g. from coconut oil or palm kernel oil using
  • Tridecanedioic acid (e.g. from the seeds of cruciferous vegetables through ozonolysis of the contained erucic acid)
  • the corresponding diamines can be prepared by amination of the alkane diacids.
  • Raw materials are produced, less energy is used for the production of such a polyamide and less carbon dioxide is released, because here the Example the extraction of crude oil, the transport of the crude oil as well as that
  • the filaments comprise a polyamide selected from a group comprising PA4,10, PA6,10, PA8,10, or PA10,10 as well as co-polymers and / or mixtures thereof, one of the monomers in each case is bio-based.
  • the polyamides PA4,10, PA6,10 and PA10,10 have a lower density compared to PA6,6 and PA6.
  • the weight can be reduced, which reduces costs and conserves raw materials.
  • Another advantage of these polymers is that they absorb lower levels of moisture, which results in a further reduction in weight.
  • the proportion of moisture in the polymer is measured at 65% RHI (relative humidity) and a temperature of 20 ° C according to EN ISO 62: 2008-05.
  • Yarns made from PA4,10, PA6,10 and PA10,10 filaments have similar or improved properties in terms of tensile strength, elongation at break and modulus.
  • the tear strength, the elongation at break and the modulus are measured in accordance with DIN EN ISO 2062.
  • the bio-based monomer is particularly preferably decanedioic acid (sebacic acid).
  • the decanedioic acid is obtained from castor oil.
  • the advantage of decanedioic acid is that it can be obtained from renewable raw materials.
  • ricinoleic acid is obtained from the seed oil of some plant species and converted into decanedioic acid by means of alkaline cleavage.
  • castor oil contains the highest proportion of ricinoleic acid.
  • the castor oil is obtained from the seeds of the miracle tree (Ricinus communis).
  • the polyamide filament consists of at least 63% by weight, more preferably at least 70% by weight and most preferably 100% by weight of bio-based monomers, based on the total weight of the polyamide.
  • the object of the invention is also achieved by a method for producing an airbag fabric, which comprises the following steps:
  • the filaments are spun from a polyamide selected from a group comprising PA4,10, PA6,10, PA8,10, or PA10,10 as well as co-polymers and / or mixtures thereof.
  • the bio-based monomer is decanedioic acid
  • the decanedioic acid is produced from castor oil.
  • the filaments are spun from a polyamide which is at least 63% by weight, more preferably at least 70% by weight and most preferably 100% by weight
  • bio-based monomers based on the total weight of the polyamide.
  • a PA4,10 yarn is produced with a total titer of 235 dtex with a number of filaments of 36.
  • the polymer used is made from the monomers tetramethylenediamine and decanedioic acid.
  • the tetramethylenediamine was made from non-renewable raw materials and the decanedioic acid was made from castor oil.
  • the polymer thus consists of 70% by weight, based on the total weight of the polymer, of monomers that have been produced from renewable raw materials.
  • a PA6.10 yarn is produced with a total titer of 235 dtex with a number of filaments of 36.
  • the polymer used is made from the monomers flexamethylenediamine and decanedioic acid.
  • the flexamethylenediamine was made from non-renewable raw materials and the decanedioic acid was made from castor oil.
  • 63% by weight of the polymer, based on the total weight of the polymer, consists of monomers that were produced from renewable raw materials.
  • a PA10,10 yarn is produced with a total titer of 235 dtex with a number of filaments of 36.
  • the polymer used is made from the monomers decamethylenediamine and decanedioic acid.
  • the decamethylenediamine and the decanedioic acid were made from castor oil.
  • the polymer thus consists of 100% by weight, based on the total weight of the polymer, of monomers that have been produced from renewable raw materials. Comparative example 1
  • a PA6 yarn is produced with a total titer of 235 dtex with a number of filaments of 36.
  • the polyamide PA6 consists of monomers made from non-renewable raw materials.
  • a PA6.6 yarn is produced with a total titer of 235 dtex with a number of filaments of 36.
  • the polyamide PA6.6 consists of monomers made from non-renewable raw materials.

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Abstract

Ein Airbag-Gewebe, das aus Polyamid-Filamenten besteht, wobei die Polyamid- Filamente zu mindestens 60 Gew% aus einem biobasierenden Monomer hergestellt sind.

Description

Airbag-Gewebe
Beschreibung:
Die Erfindung betriff ein Airbag-Gewebe, das hergestellt ist aus Polyamid
Filamenten, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Airbag-Gewebes.
Airbag-Gewebe werden bevorzugt aus Filamenten auf Polyamid-Basis hergestellt, da Polyamide eine gute Eigenschaftskombination aus Festigkeit, Gewicht und Thermostabilität aufweisen. Wie jedes andere thermoplastische Polymer werden auch Polyamide aus Bestandteilen des Rohöls hergestellt.
Die Herstellungsmethoden dieser Polymere werden als umweltbelastend angesehen, da bei der Förderung von Rohöl über den Transport und Aufbereitung bis zum fertigen Polymer viele energieverbrauchende Schritte liegen. Dabei werden große Mengen Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Das dabei freigesetzte Kohlenstoffdioxid trägt zum Treibhauseffekt bei, der für globale Erderwärmung verantwortlich ist.
Davon abgesehen sind die Rohölreserven der Erde endlich und werden in absehbarer Zeit zur Neige gehen.
Ein weiterer Faktor, der dazu dringt umweltfreundlichere Lösungen zu finden, ist die geänderte Einstellung des Menschen. Geplagt von Hitze-/ Dürreperioden, Starkregen-Ereignissen, Stürmen und anderen Naturkatastrophen, die sich auf die globale Erderwärmung zurückführen lassen, ist dieser bestrebt, in allen Bereichen des Leben umweltfreundlicher zu agieren und entsprechend auch bei zu kaufenden Produkten darauf zu achten, dass diese der Umwelt keinen (größeren) Schaden zufügen.
Daher besteht die Notwendigkeit, neue Methoden und Materialien bereitzustellen, die auf der einen Seite in ihrer Herstellung weniger Kohlenstoffdioxid freisetzen und somit einen geringeren Einfluss auf die Umwelt haben, und auf der anderen Seite unabhängig von der zur Neige gehenden Ressource Rohöl machen.
Die Dokumente US 8,231 ,950 B2 und US 2013/0022771 A1 schlagen vor, Block- Copolymere aus Polyether und Polyamiden herzustellen, die zumindest teilweise aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden.
Das Dokument WO 2010/089902 A1 schlägt die Verwendung von PEBA, ein Polyetherblockamid, für die Herstellung von Bauteilen z.B. in Autos oder
Computern vor. Auch PEBA wird zumindest teilweise aus nachwachsende Rohstoffen gewonnen.
Im Dokument JP 2013 049930 wird eine Polyamid-Faser offenbart, die
beispielsweise als ein Bestandteil Decandinsäure hat.
Keines der Dokumente offenbart ein Airbag-Gewebe, gemäß des Anspruchs 1.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Airbag-Gewebe zur Verfügung zu stellen, das aus Komponenten besteht, die zumindest teilweise aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt sind und somit bei der Herstellung geringere Mengen Kohlenstoffdioxids freigesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein Airbag-Gewebe, das hergestellt ist aus Polyamid Filamenten wobei die Polyamid-Filamente zu mindestens 60 Gew% aus einem biobasierenden Monomer bestehen, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyamids. Polyamide sind lineare Polymere mit sich regelmäßig widerholenden Amid- Bindungen entlang der Hauptkette. Die Amid-Bindungen entstehen dabei z.B. durch die Kondensation von Carbonsäure-Gruppen mit Amino-Gruppen.
Dem Fachmann ist dabei bekannt, dass Polyamide sowohl aus einer einzigen Art von Monomeren hergestellt werden können, wobei die Art von Monomer sowohl eine Amino-Gruppe als auch eine Carbonsäure-Gruppe aufweist (z.B.
Caprolactam), als auch aus zwei Arten von Monomeren hergestellt werden können, wobei die eine Art von Monomer zwei Amino-Gruppen und die andere Art von Monomer zwei Carbonsäure-Gruppen aufweist. Möglich sind auch Co- Polymere aus den zuvor genannten Arten von Monomeren.
Zur rationellen Bezeichnung der aliphatischen Polyamide existieren Kurzzeichen, die aus den Buchstaben PA sowie darauf folgenden Zahlen bestehen. Die Zahlen geben dabei an, wie viele Kohlenstoffatome in den Monomeren vorliegen. Bei einem Kurzzeichen PA6 heißt das, dass das Polyamid aus einer einzigen Art von Monomer mit einer Amino-Gruppe und einer Carbonsäure-Gruppe aufgebaut ist, das 6 Kohlenstoffatome aufweist. Dementsprechend ist PA6 das Polyamid aus Caprolactam. Bei einem Polyamid mit dem Kurzzeichen PA6,6 bedeutet dies, dass das Polyamid aus zwei Monomerem aufgebaut ist und die erste Zahl gibt dabei an wie viele Kohlenstoffatome das Monomer mit den zwei Amino-Gruppen aufweist und die zweite Zahl gibt an wie viele Kohlenstoffe das Monomer mit den zwei Carbonsäure-Gruppen aufweist. Entsprechend ist PA6,6 ein Polyamid aufgebaut aus Hexamethylendiamin (1 ,6-Hexandiamin) und Adipinsäure
(Hexandisäure). Bei Co-Polyamiden werden die Zahlen hintereinander gestellt und durch einen Schrägstrich„/“ getrennt, wie z.B. PA6/6,6.
Die Polyamide, aus denen die Filamente bestehen, beinhalten biobasierende Monomere. Das bedeutet, dass die Monomere aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen oder hergestellt werden. Dabei ist es möglich, dass alle Monomere biobasiert sind, oder dass ein Teil biobasiert ist und ein anderer Teil der
Monomere aus Rohöl hergestellt wird. Beispielsweise ist es möglich bei einem Polyamid, das aus zwei Arten von Monomeren aufgebaut ist, das Monomer mit zwei Carbonsäure-Gruppen biobasiert ist und das Monomer mit zwei Amino- Gruppen aus Rohöl hergestellt ist.
Viele Alkandisäuren können mittels chemischer, biochemischer oder biologischer Verfahren aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden. Im Folgenden eine Liste der möglichen Disäuren, die aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden können:
- Butandisäure (z.B. aus Glukose durch Fermentation)
- Hexandisäure (z.B. aus Glukose)
- Heptandisäure (z.B. aus Ricinusöl)
- Nonandisäure (z.B. aus Ölsäure durch Ozonolyse)
- Decandisäure (z.B. aus Ricinusöl)
- Undecandisäure (z.B. aus Ricinusöl)
- Dodecandisäure (z.B. aus Kokosnussöl oder Palmkernöl mittels
Biofermentation von Decansäure)
- Tridecandisäure (z.B. aus den Samen von Kreuzblütlern durch Ozonolyse der enthaltenen Erucasäure)
- Tetradecandisäure (z.B. aus Kokosnussöl oder Palmkernöl durch
Biofermentation von Myristinsäure)
- Hexadecandisäure (z.B. aus Palmöl durch Biofermentation der
Palmitinsäure)
Die entsprechenden Diamine können durch Aminierung der Alkandisäuren hergestellt werden.
Sofern das Polyamid nur aus Monomeren besteht, die aus nachwachsen
Rohstoffen hergestellt sind, wird für die Herstellung eines solchen Polyamids weniger Energie verbraucht und weniger Kohlenstoffdioxid freigesetzt, da hier zum Beispiel die Förderung von Rohöl, der Transport des Rohöls als auch das
Raffinieren des Rohöls entfällt. Entsprechend sind Polymere, die teilweise oder vollständig aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wurden, weniger umweltbelastend.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Filamente ein Polyamid, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die PA4,10, PA6,10, PA8,10, oder PA10,10 sowie co-Polymere und/oder Mischungen davon umfasst, wobei jeweils eines der Monomere biobasiert ist.
Die Polyamide PA4,10, PA6,10 und PA10,10 weisen eine geringere Dichte im Vergleich zu PA6,6 und PA6 auf. Somit können bei einem Airbag, Filamente aus PA4,10, PA6,10 und PA10,10 beinhaltend, das Gewicht reduziert werden, was Kosten reduziert und Rohstoffe schont.
Ein weiterer Vorteil an diesen Polymeren ist, dass diese geringere Anteile an Feuchtigkeit aufnehmen, womit eine weitere Gewichtsreduktion einhergeht. Der Anteil an Feuchtigkeit im Polymer wird bei 65 % RFI (relative Luftfeuchte) und einer Temperatur von 20°C nach EN ISO 62 : 2008-05 gemessen.
Dabei weisen Garne, die aus PA4,10-, PA6,10- und PA10,10-Filamente bestehen, ähnliche oder verbesserte Eigenschaften bei Reißfestigkeit, Bruchdehnung und Modulus auf. Die Reißfestigkeit, die Bruchdehnung und der Modulus werden nach DIN EN ISO 2062 gemessen.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem biobasierenden Monomer um Decandisäure (Sebacinsäure).
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Decandisäure aus Ricinusöl gewonnen. Vorteilhaft an der Decandisäure ist, dass diese aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden kann. Dabei wird Rizinolsäure aus dem Samenöl einiger Pflanzenarten gewonnen und mittels einer alkalischen Spaltung in Decandisäure umgewandelt.
Ein Vorteil am Ricinusöl ist, dass dieses den höchsten Anteil an Ricinolsäure beinhaltet. Das Ricinusöl wird dabei aus den Samen des Wunderbaumes ( Ricinus communis) gewonnen.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht das Polyamid- Filament mindestens zu 63 Gew.-%, noch bevorzugter zu mindestens 70 Gew.-% und am bevorzugtesten zu 100 Gew.-% aus biobasierenden Monomeren, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyamids.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines Airbag-Gewebes gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
a. Spinnen von Filamenten aus einem Polyamid, wobei das Polyamid
mindestens 60 Gew% eines biobasierenden Monomers aufweist, b. Herstellen des Airbag-Gewebes aus den so hergestellten Polyamid- Filamenten.
In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens werden die Filamente aus einem Polyamid gesponnen, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die PA4,10, PA6,10, PA8,10, oder PA10,10 sowie co-Polymere und/oder Mischungen davon umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei dem biobasierenden Monomer um Decandisäure
(Sebacinsäure). In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die Decandisäure aus Ricinusöl hergestellt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Filamente aus einem Polyamid gesponnen, das mindestens zu 63 Gew.-%, noch bevorzugter zu mindestens 70 Gew.-% und am bevorzugtesten zu 100 Gew.-% aus
biobasierenden Monomeren besteht, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyamids.
Beispiele:
Beispiel 1
Es wird ein PA4,10-Garn hergestellt mit einem Gesamttiter von 235 dtex bei einer Filamentzahl von 36. Das verwendete Polymer ist hergestellt aus den Monomeren Tetramethylendiamin und Decandisäure. Das Tetramethylendiamin wurde dabei aus nicht nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und die Decandisäure wurde aus Ricinusöl hergestellt. Somit besteht das Polymer zu 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers, aus Monomeren, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wurden.
Beispiel 2
Es wird ein PA6,10-Garn hergestellt mit einem Gesamttiter von 235 dtex bei einer Filamentzahl von 36. Das verwendete Polymer ist hergestellt aus den Monomeren Flexamethylendiamin und Decandisäure. Das Flexamethylendiamin wurde dabei aus nicht nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und die Decandisäure wurde aus Ricinusöl hergestellt. Somit besteht das Polymer zu 63 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers, aus Monomeren, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wurden.
Beispiel 3
Es wird ein PA10,10-Garn hergestellt mit einem Gesamttiter von 235 dtex bei einer Filamentzahl von 36. Das verwendete Polymer ist hergestellt aus den Monomeren Decamethylendiamin und Decandisäure. Das Decamethylendiamin und die Decandisäure wurden aus Ricinusöl hergestellt. Somit besteht das Polymer zu 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers, aus Monomeren, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wurden. Vergleichsbeispiel 1
Es wird ein PA6-Garn hergestellt mit einem Gesamttiter von 235 dtex bei einer Filamentzahl von 36. Das Polyamid PA6 besteht aus Monomeren, die aus nicht nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wurden.
Vergleichsbeispiel 2
Es wird ein PA6,6-Garn hergestellt mit einem Gesamttiter von 235 dtex bei einer Filamentzahl von 36. Das Polyamid PA6,6 besteht aus Monomeren, die aus nicht nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wurden.
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Claims

Airbag-Gewebe Patentansprüche:
1. Ein Airbag-Gewebe, hergestellt aus Polyamid-Filamenten, dadurch
gekennzeichnet, dass die Polyamid Filamente zu mindestens 60 Gew% aus einem biobasierenden Monomer bestehen.
2. Das Airbag-Gewebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Polyamid-Filamente ein Polyamid umfassen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die PA 4, 10, PA 6, 10, PA 8, 10, oder PA 10, 10 sowie co- Polymere und/oder Mischungen davon umfasst.
3. Das Airbag-Gewebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem biobasierenden Monomer um Decandisäure
(Sebacinsäure) handelt.
4. Das Airbag-Gewebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Decandisäure aus Ricinusöl gewonnen wird.
5. Das Airbag-Gewebe nach einem oder mehreren vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamid-Filamente zu mindestens 63 Gew.-%, bevorzugter zu mindestens 70 Gew.-% und am bevorzugtesten zu 100 Gew.-% aus biobasierenden Monomeren besteht, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyamids.
6. Ein Verfahren zur Fierstellung eines Airbag-Gewebes, das die folgenden Schritte umfasst: a. Spinnen von Filamenten aus einem Polyamid, wobei das Polyamid mindestens 60 Gew% eines biobasierenden Monomers aufweist, b. Herstellen des Airbag-Gewebes aus den so hergestellten Polyamid- Filamenten.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamid-
Filamente aus einem Polyamid gesponnen werden, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die PA4,10, PA6,10, PA8,10, oder PA10,10 sowie co- Polymere und/oder Mischungen davon umfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem biobasierenden Monomer um Decandisäure (Sebacinsäure) handelt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Decandisäure aus Ricinusöl hergestellt wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamid-Filamente aus einem Polyamid gesponnen werden, das mindestens zu 63 Gew.-%, bevorzugter zu mindestens 70 Gew.-% und am bevorzugtesten zu 100 Gew.-% aus biobasierenden Monomeren besteht, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyamids.
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