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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Materialien mit einem Formgedächtnis,
das aktiviert wird, wenn die Produkte einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit
oder Nässe
ausgesetzt werden.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Absorbierende Wegwerfprodukte sind
typischerweise einem oder mehreren Benetzungsvorgängen durch
Flüssigkeiten,
etwa Wasser, Urin, Menstruationsflüssigkeit oder Blut, während ihrer
Anwendung ausgesetzt. Die äußeren Deckrückseitenschichtmaterialien
der absorbierenden Wegwerfprodukte sind typischerweise aus flüssigkeitsunlöslichen
und flüssigkeitsundurchlässigen Materialien,
etwa Polypropylenfilmen, hergestellt, die eine ausreichende Festigkeit
und ein ausreichendes Handhabungsvermögen aufweisen, so dass das absorbierende
Wegwerfprodukt seine Integrität
während
der Anwendung durch einen Träger
beibehält
und das Durchsickern der Flüssigkeit,
die das Produkt benetzt, nicht zulässt.
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Obwohl momentane wegwerfbare und
wiederverwendbare Bekleidungselemente im Allgemeinen öffentlich
akzeptiert sind, besitzen diese Produkte dennoch einen Bedarf für Verbesserungen
in spezifischen Bereichen. Beispielsweise zeigen viele absorbierende
Produkte die Tendenz, ihre Form zu verlieren oder unbequem im Tragekomfort
zu werden, nachdem die Produkte der Benetzung durch Flüssigkeiten
oder Anwendungsbedingungen bei hoher Feuchtigkeit und Körpertemperatur
ausgesetzt sind. Derartige Änderungen
der Form führen
oft zu einem schlecht sitzendem absorbierenden Produkt und/oder
führen
zu einem Durchsickern.
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Typischerweise sind elastomerische
Materialien in wegwerfbaren und wiederverwendbaren Produkten integriert,
um den Halt der Produkte zu verbessern und um das Durchsickern während des
Anwendens zu vermeiden. Diese elastomerischen Materialien können an
den Wegwerfprodukten durch diverse Verfahren angebracht werden.
Zu einer gewissen Zeit wurden die elastischen Materialien an dem
Substrat durch Nähen
befestigt (siehe US-Patent Nr.
3,616,770 Blyther
et al.; und US-Patente
2,509,674 und
RE 22,038 von Cohen). Ein
neueres Verfahren zum Befestigen elastomerer Materialien in einem
Substrat ist die Verwendung eines Klebstoffs (siehe US-Patent
3,860,003 Buell). Das Verschweißen, etwa
das Ultraschallverschweißen,
wurde ebenso angewendet, um elastomeres Material an einem Wegwerfprodukt
anzubringen (US-Patent
3,560,292 Butter).
Laminate mit einer elastomeren Schicht und einer sich gleichlang
erstreckenden Hautschicht wurden ebenso angewendet (US-Patent
5,429,856 Kruger et al.).
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Diese Verfahren des Befestigens bringen
jedoch diverse Probleme mit sich. Zunächst besteht das Problem, wie
das elastische Material in einem gedehnten Zustand gehalten wird,
während
das elastische Material auf das Substrat aufgebracht wird. Ein weiteres
Problem besteht darin, dass das Anbringen eines Bandes aus elastomerischen
Material die elastische Kraft auf eine relativ schmale Linie begrenzt.
Dies kann bewirken, dass das elastische Material drückt und
die Haut des Trägers
negativ beeinflusst (siehe US-Patente
3,860,003 ;
4,352,355 ; und
4,324,245 , Musek et al.;
4,239,578 Gore; und
4,309,236 und
4,261,782 Teed.). Zu anderen Nachteilen
konventioneller Befestigungsvertahren gehören die Geschwindigkeit, Einfachheit
der Herstellung und die Kosten. Wichtig dabei ist, dass Schwierigkeiten
beim Beibehalten einer gleichförmigen
Spannung auf der elastischen Schicht während ihrer Befestigung an
dem Substrat und ebenso bei der Hantierung des gefalteten Artikels
nach der Entspannung der elastischen Schicht auftreten.
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Auf wärmereagierende elastomere Filme
vermeiden einige dieser Nachteile. Auf wärmereagierende Elastomermaterialien
kommen in zwei Formen vor: in thermisch stabiler und thermisch instabiler
Form. Die thermisch instabile Form wird hergestellt, indem das Material
gedehnt wird, während
dieses in die Nähe
ihrer Kristallisier- oder Zweitephaseübergangstemperatur aufgeheizt
wird, woran sich ein rasches Abschrecken anschließt, um es
in der thermisch instabilen gedehnten Form "einzufrieren". Der Elastomerfilm kann dann auf ein
Wegwerfprodukt, beispielsweise eine Windel, aufgebracht und anschließend erwärmt werden,
um das Elastomermaterial zu kräuseln
oder zu falten, wodurch eine thermisch stabile Form des Elastomermaterials hergestellt
wird. Beispiele für
auf Wärme
reagierende Elastomerfilme sind offenbart im US-Patent
4,681,580 , Reising et al., im US-Patent
4,710,189 , Lash, im US-Patent
3,819,401 , Masasengale et
al., im US-Patent
3,912,565 ,
Koch et al., und im US-Patent
RE
28,688 , Cook.
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Diese Polymere besitzen diverse Nachteile.
Der erste dieser Nachteile betrifft die Temperatur, auf die das
elastische Material aufgeheizt werden muss, um das Material in seine
thermisch instabile Form zu dehnen. Diese Temperatur ist eine dem
elastomeren Material innewohnende Eigenschaft. Daher ist das Wegwerfprodukt
häufig
nur schwer zu bearbeiten, da Temperaturen, die für die Herstellung des Gesamtproduktes
günstig sind,
nicht mit der Temperatur verträglich
sind, die notwendig ist, um die thermisch instabile Form des Elastomers
freizugeben. Häufig
ist diese Temperatur relativ hoch und kann nachteilig sein für das Klebematerial,
das zum Anbringen der diversen Produktschichten verwendet wird.
Ein weiterer Nachteil in der Verwendung auf Wärme reagierender Elastomere
liegt darin, dass diese den Herstellungsprozess einschränken, wodurch
eine Inflexibilität
in Hinsicht auf Chargenvariationen, Marktverfügbarkeit, Rohmaterialkosten
und Kundenerfordernissen hervorgerufen wird. Das US-Patent
4,820,590 , Hodgkin et al.,
beschreibt eine elastomere Mischung aus drei Komponenten, um die
Temperatur zu reduzieren, die nötig
ist, damit das Material seine wärmestabile Form
wieder annehmen kann. Zudem schlägt
das GB-Patent
2,160,473 ,
Matray et al., ein Elastomer vor, das bei einer erhöhten Temperatur,
beispielsweise bei oder über
170°F, schrumpft.
Die vorteilhaften Eigenarten dieser Materialien im Vergleich zu
den zuvor erläuterten
bei Wärme
schrumpfbaren Materialien bestehen darin, dass es keine vorhergehende
Erwärmung
während
des Dehnungsvorganges erfordert, sondern dass es bei Umgebungstemperaturen
gedehnt werden kann mittels eines Vorgangs mit Rollen unterschiedlicher
Geschwindigkeit oder mittels "Kaltwalzens".
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Zu Problemen bei der Verwendung dieser
Elastomere gehören
Schwierigkeiten, die dem Aufbringen eines gedehnten elastischen
Elements auf ein flexibles Substrat, etwa einer Wegwerfwindel, innewohnen.
Obwohl einige der vorgeschlagenen Elastomermaterialien den Vorteil
aufweisen, dass diese bei Umgebungsbedingungen in einer stark gedehnten,
instabilen Form aufgebracht werden können, ist ein nachfolgendes
häufig extremes
Erwärmen
erforderlich, um die thermisch instabile Form in eine kontrahierte
thermisch stabile Form überzuführen. Die
Temperatur dieses Wärmeübergangs
ist im Allgemeinen nicht flexibel, da diese auf molekularer Ebene
des Elastomermaterials bestimmt ist. Daher ist eine Auswahl der
Materialien für
das Wegwerfprodukt, die mit diesem Erwärmungsschritt verträglich sind,
erforderlich.
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Wenn ferner einzelne durch Wärme aktivierte
elastische Materialien verwendet werden, wird die Wärmeaktivierung
im Allgemeinen erreicht, indem die Bekleidungselemente durch eine
Heißluftleitung
für eine ausgeprägte Zeitdauer
hindurchgeführt
werden. Da die thermische Erwärmung
von einer äußeren Oberfläche des
Bekleidungselements zu den inneren Bereichen des Bekleidungselements
vonstatten gehen muss, nimmt die Verteilung des Aktivierungsmittels
(d. h. der thermischen Energie) durch das Bekleidungselement einen
beträchtlichen
Anteil an Zeit und Energie in Anspruch, woraus ein ineffizienter
Aktivierungsprozess resultiert. Als Folge davon können derartige
Erwärmungsprozesse
große
Mengen an Energie verbrauchen und führen ungewünschter Weise zu reduzierten
Herstellungsgeschwindigkeiten.
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Es besteht daher ein Bedarf für ein Verfahren
zum Aktivieren einer Formdeformierung eines Materials, ohne dass
ein ineffizienter thermischer Erwärmungsaktivierungsprozess erforderlich
ist. Es besteht ferner ein Bedarf zum Aktivieren einer Formdeformation
eines Materials, ohne im Wesentlichen die Temperatur des Materials
zu erhöhen.
Des weiteren besteht ein Bedarf für neue Materialien, die in
absorbierenden Wegwerfprodukten verwendet werden können, die
im Wesentlichen ihre Integrität
während
der Anwendung beibehalten, aber dennoch einfach entsorgbar sind
und die Fähigkeit
haben, sich in eine gewünschte
Form und/oder Textur während
der Anwendungsbedingungen zu ändern.
Beispielsweise kann bei Einbringen in eine Umgebung mit hoher Feuchtigkeit
das Wegwerfprodukt in eine gewünschte
Produktkonfiguration übergehen,
die ein Durchsickern vermeidet.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt
auf einige der Schwierigkeiten und Probleme ab, die zuvor erläutert sind,
indem ein feuchtigkeitsaktiviertes Material entdeckt wurde, das
seine Form, das Aspektverhältnis
oder die Länge ändert, wenn
das Material in eine feuchte Umgebung eingebracht wird. Das Material
kann verformt werden zumindest in einer räumlichen Dimension, wenn es
der Einwirkung einer oder mehrerer externer Kräfte ausgesetzt ist, es ist
in der Lage, ein gewisses Maß an
Deformation in zumindest einer räumlichen
Dimension beizubehalten, wenn die externe Kraft entfernt wird, und
es ist in der Lage, eine Änderung
oder eine prozentuale Rückbildung
in zumindest einer räumlichen
Dimension zu zeigen, wenn es einer feuchten oder nassen Umgebung
ausgesetzt wird. Die feuchte oder nasse Umgebung kann erzeugt werden
durch die Anwendungsbedingungen der absorbierenden Produkte.
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Insbesondere enthält das auf Feuchtigkeit reagierende
Material mindestens ein formdeformierbares Matrixmaterial. Das formdeformierbare
Matrixmaterial enthält typischerweise
ein Polymer, etwa ein segmentiertes Block-Copolymer mit einer oder
mehreren harten Segmenten und einem oder mehreren weichen Segmenten.
Das weiche Segment, das harte Segment oder beide weisen funktionale
Gruppen oder Rezeptorplätze
auf, die auf Feuchtigkeit reagieren.
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Insbesondere kann das formdeformierbare
Matrixmaterial eine Mischung eines elastomeren Polymers und eines
nicht elastischen Polymers aufweisen. Das nichtelastomere bzw. nichtelastische
Polymer kann ein feuchtigkeitsabsorbierendes Polymer sein, das mindestens
eine 20%ige Reduzierung in Bezug auf den Modul zeigt, wenn das Material
einer feuchten Umgebung ausgesetzt wird.
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Das auf Feuchtigkeit reagierende
Material der vorliegenden Erfindung findet Anwendung in einer Anzahl
von Produkten einschließlich
von Produkten, die einen zusammenziehbaren oder elastischen Teil
aufweisen.
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Diese und weitere Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden nach einem Studium der folgenden
detaillierten Beschreibung der offenbarten Ausführungsformen und der angefügten Patentansprüche deutlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird zudem
mittels der begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 repräsentativ
eine Draufsicht eines zusammengesetzten Materials gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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2 repräsentativ
einen teilweisen Ausschnitt einer Draufsicht eines absorbierenden
Artikels gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung richtet
sich an einige der Schwierigkeiten und Probleme, die zuvor erläutert sind,
mittels der Entdeckung von Materialien, die in der Lage sind, eine
Formdeformierung zu zeigen, wenn diese der Feuchtigkeit ausgesetzt
sind, und durch Verfahren, wobei diese Materialien verwendet werden.
Diese Materialien zeigen eine Änderung
zumindest in einer räumlichen
Dimension, wenn diese einer sehr feuchten oder nassen Umgebung ausgesetzt
sind. Anders als bekannte Materialien und Verfahren maximieren die erfindungsgemäßen Materialien
und Verfahren den Anteil der in dem Material "eingerasteten oder gespeicherten" Formdeformierung
und maximieren die prozentuale Änderung
in einer oder mehreren räumlichen
Dimensionen des Materials. Anders als vorhergehende Rückbildungsverfahren,
in denen ein Erwärmungsschritt
beteiligt ist, richtet sich die vorliegende Erfindung an ein Verfahren,
die eine Änderung
in einer oder mehreren räumlichen
Dimensionen des Materials hervorruft, ohne dass eine wesentliche Änderung
in der Temperatur des Materials stattfindet. Das Rückbildungsverfahren
der vorliegenden Erfindung beinhaltet stattdessen das Einwirken
eines Grades an Feuchtigkeit oder Nässe das Material, der ausreichend
ist, eine gewünschte Änderung
in einer oder mehreren räumlichen
Dimensionen ohne eine wesentliche Änderung in der Temperatur des Materials
hervorzurufen. Die erfindungsgemäßen Materialien
und Verfahren finden Anwendung in einer Reihe von Produkten und
Prozessen.
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Ein Verfahren zum Messen der Änderungen
in einer oder mehreren räumlichen
Dimensionen eines Materials ist durch die folgende Gleichung gegeben:
wobei:
%R die prozentuale Änderung
oder die prozentuale Rückbildung
einer räumlichen
Dimension des Materials repräsentiert;
δ
i die
Abmessung vor dem Auftreten der Feuchtigkeitsaktivierung darstellt;
und
δ
f die Abmessung nach dem Auftreten der Feuchtigkeitsaktivierung
repräsentiert.
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Die obige Gleichung kann verwendet
werden, um die prozentuale Rückbildung
einer oder mehrerer räumlicher
Dimensionen des formdeformierbaren Materials der vorliegenden Erfindung
zu bestimmen. Zudem kann die obige Gleichung bei einem beliebigen
Material verwendet werden, das in der Lage ist, eine Änderung in
einer räumlichen
Abmessung bzw. Dimension zu erfahren. Geeignete Materialien mit
einer Formdeformation und einer gewünschten prozentualen Rückbildung
sind unten aufgeführt.
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Formdeformierbare
Materialkomponenten
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Die vorliegende Erfindung betrifft
formdeformierbare Materialien, die eine Änderung in mindestens einer
räumlichen
Dimension zeigen, wenn diese einer feuchten Umgebung ausgesetzt
sind. Zu geeigneten Materialien gehören beliebige Materialien oder
Mischungen von Materialien, die die folgenden Eigenschaften aufweisen:
(1) es kann zumindest in einer räumlichen
Dimension deformiert werden, wenn ein oder mehrere externe Kräfte einwirken,
(2) es kann ein Maß an
Deformation in mindestens einer räumlichen Dimension beibehalten,
wenn die externe Kraft entfernt wird, und (3) es kann eine Änderung
oder eine prozentuale Rückbildung in
zumindest einer räumlichen
Dimension zeigen, wenn es einer feuchten Umgebung ausgesetzt ist.
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Die formdeformierbaren Materialien
der vorliegenden Erfindung sind "durch
Feuchtigkeit erweichbar". Im
hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff "durch Feuchtigkeit erweichbar" ein Material, das
beim Einbringen in eine feuchte Umgebung deutlich seine Steifheit
und den Modul reduzieren kann, mindestens um ungefähr 20% und/oder
das sich als Folge der Feuchtigkeitsabsorption aus der Umgebung
entspannen kann. Bei Einwirkung einer feuchten Umgebung besitzt
vorzugsweise das formdeformierbare Material eine Verringerung in
der Steifheit und in dem Modul von mindestens ungefähr 30% und
noch bevorzugter von mindestens ungefähr 50%. Der hierin verwendete
Begriff "Modul" soll den elastischen
Dehnungsmodul bezeichnen, der gemäß dem ASTM-Standard D882-95a berechnet wird, der
somit durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist. Im Allgemeinen wird
der elastische Dehnmodul durch Teilen der Dehnungsspannung des Polymers
durch die entsprechende Verformung berechnet.
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Die erfindungsgemäßen formdeformierbaren Materialien
können
eine oder mehrere der folgenden Klassen an Komponenten aufweisen:
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Formdefomierbare
Matrix-Materialien
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Die formdeformierbaren Materialien
der vorliegenden Erfindung enthalten mindestens ein formdeformierbares
Matrix-Material. Im hierin verwendeten Sinne beschreibt der Begriff "formdeformierbares
Matrixmaterial" ein
Material, das die o. g. Eigenschaften aufweist und das ferner ein
oder mehrere Füllstoffmaterialien enthalten
kann. Zu geeigneten formdeformierbaren Matrix-Materialien gehören, ohne
einschränkend
zu sein, Polymere.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung enthält
das formdeformierbare Matrix-Material mindestens ein Polymer und
noch bevorzugter zwei Polymere. Zu geeigneten Polymeren gehören, ohne
einschränkend
zu sein, segmentierte Copolymere mit einem oder mehreren harten
Segmenten und einem oder mehreren weichen Segmenten; thermoplastische
Polyurethane auf Polyesterbasis; Polyurethane auf Polyetherbasis;
Polyethylenoxid; Poly(etheresther)-Blockcopolymere; Polyamide; Poly(amid)esther;
Poly(ether)amid; Copolymere; Polyvinylalkohol; Polyvinylpyrolidon;
Polyvinylpyridin; Polyacrylsäure,
Polymethacrylsäure;
Polyaspartsäure;
Maleinanhydridmethylvinylethercopolymere mit variierendem Grad an
Hydrolyse; Polyvinylmethylethercopolymere der Polyacrylsäure und
Polyacrylester; und Mischungen davon. Vorteilhafterweise umfasst
das formdeformierbare Matrix-Material ein segmentiertes Blockcopolymer
mit einer oder mehreren harten Segmenten und einem oder mehreren
weichen Segmenten, wobei das weiche Segment, das harte Segment oder
beide funktionale Gruppen oder Rezeptorplätze aufweisen, die auf Feuchtigkeit
reagieren.
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Im hierin verwendeten Sinne beschreibt
der Ausdruck "auf
Feuchtigkeit reagierend" eine
funktionale Gruppe und/oder Rezeptorplätze innerhalb eines Polymers,
die bei Einwirkung einer feuchten Umgebung ein gewünschtes
Maß an
Formrückbildung
eines formdeformiertes Polymers ermöglichen. Im hierin verwendeten Sinne
bezeichnet der Ausdruck "feuchte
Umgebung" oder "Feuchtigkeit" eine Umgebung mit
mindestens 50% relativer Feuchtigkeit. Zu geeigneten funktionalen
Gruppen und/oder Rezeptorplätzen
gehören,
ohne einschränkend
zu sein, funktionale Gruppen, etwa Harnstoff-, Amid-, Nitro-, Nitril-,
Esther-, Ether-, Hydroxyl-, Ethylenoxid- und Amingruppen; Carboxylsäuresalze
und Schwefelsäuresalze;
ionische Gruppen, etwa Natrium, Zink und Kalium; und Rezeptorplätze mit
einer nicht ausgeglichenen Ladungsverteilung, die aus einer oder mehreren
der obigen Gruppen gebildet sind. Vorzugsweise enthalten die funktionalen
Gruppen eine oder mehrere funktionale Gruppen mit einem großen Dipolmoment
(d. h. größer als
ungefähr
1.5 Debye), etwa Harnstoff, Amid, Nitro und Nitrilgruppen.
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Noch bevorzugter ist das segmentierte
Blockcopolymer ein Elastomer. Zu geeigneten formdeformierbaren Elastomeren
zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung gehören, ohne einschränkend zu
sein, Polyurethanelastomere, Polyetherelastomere, Poly(etheramid)elastomere,
Polyetherpolyesterelastomere, Elastomere auf Polyamidbasis, thermoplastische
Polyurethane, Poly(etheramid)Blockcopolymere, thermoplastische Gummi,
etwa kreuzgebundene Polyolefine, Styren-Butadien-Copolymere, Silikongummi, synthetische Gummi,
etwa Nitrilgummi, Butylgummi, Ethylenvinylazethatcopolymer, Styrenisoprencopolymere,
Styrenethylenbutylen -copolymere und Mischungen davon. Es können auch
einige nicht elastische Polymere verwendet werden. Diese Polymerke
können
ein gewisses Maß an
Rückbildung
liefern, wenn diese der Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Zu Beispielen
nicht elastischer Polymere, die in der vorliegenden Erfindung anwendbar
sind, gehören,
ohne einschränkend
zu sein, Polyethylenoxid, Copolymere der Polylacticsäure, Mischungen
und Verbindungen davon.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung enthält
das formdeformierbare Matrix-Material ein Polyurethan. Zu geeigneten
Polyurethanen für
die Verwendung in der vorliegenden Erfindung gehören, ohne einschränkend zu
sein, aromatische Polyurethane auf Polyesterbasis, aliphatische
Polyurethane auf Polyesterbasis, aliphatische und aromatische Polyurethane
auf Polyesterbasis und Mischungen und Verbindungen dieser Polyurethane.
Derartige Polyurethane können
beispielsweise von Huntsmann Polyurethane (Chicago, IL) erhalten
werden. Zu Beispielen spezieller Polyurethane, die in der vorliegenden
Erfindung verwendbar sind, gehören,
ohne einschränkend
zu sein, MORTHANE PS370-200, MORTHANE PS79-200, MORTHANE PN 3429
und MORTHANE PE90-100. Andere thermoplastische Polyurethane, die
in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, können von BF Goodrich Performance
Materials unter dem Handelsnamen ESTANE Polyurethane erhalten werden.
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In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
das formdeformierbare Matrix-Material ein Poly(etheramid)elastomer.
Poly(etheramid)elastomere, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar
sind, können
z. B. von Elf Atochem North America, Inc. (Philadelphia, PA) erhalten
werden. Zu Beispielen derartiger Poly(etheramid)Elastomere, ohne
einschränkend
zu sein, PEBAX 2533, PEBAX 3533 und PEBAX 4033.
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Polyurethanelastomere und Poly(etheramid)elastomere
sind besonders geeignet als das formdeformierbare Matrixmaterial
in der vorliegenden Erfindung, da diese strukturell aus weichen
und harten Segmenten bestehen, die Gruppen mit großem Dipolmomenten enthalten
(d. h. Isozyanat, Amid und Estergruppen), die auf Feuchtigkeit empfindlich
sind. Auf Grund der hohen Polarität der starken Dipolmomente
sind diese Elastomere leicht mischbar oder kombinierbar mit einer
auf Feuchtigkeit empfindlichen Komponente. Z. B. kann die auf Feuchtigkeit
empfindliche Komponente mit dem Elastomer gemischt oder anderweitig
in die molekulare Struktur des Elastomers eingebracht werden. Die
harten Segmente in diesen Elastomeren wirken typischerweise als
physikalische Kreuzverbindungspunkte für die weichen Segmente, wodurch
ein elastisches Verhalten ermöglicht
wird. Sowohl harte als auch weiche Segmente können zu der Formdeformierung
während
einer Reihe von Voraktivierungsbehandlungen, die nachfolgend beschrieben
sind, etwa das Dehnen, beitragen, was zu einer "eingerasteten" Formdeformierung führt, die rückgebildet werden kann durch
Einwirkung einer feuchten Umgebung.
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In einer noch weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das formdeformierbare Matrix-Material
eine Mischung eines elastomeren Materials und eines nicht elastomeren
Polymers. Diese Mischungen können
entweder miteinander gezogen werden oder können als Multi- oder Mikroschichtstrukturen gebildet
werden. Alternativ können
die Multischicht- oder Mikroschichtstruktur aus separaten Schichten
des elastomeren Polymers und des nicht elastomeren Polymers gebildet
werden. Diese Schichten können
abwechselnde Schichten oder nicht abwechselnde Schichten sein. Mischungen
sind vorteilhaft, da das Mischen oder das Multischichtbilden/Mikroschichtbilden
eines formdeformierbaren Elastomers mit einem weiteren nicht elastomeren
formdeformierbaren Polymer die latenten Deformationseigenschaften
verbessern kann, insbesondere bei geringen Dehnungstemperaturen
und deutlich die rückbildbare
Deformation als Ergebnis der Aktivierung mittels Feuchtigkeit verbessern
kann.
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Beispielsweise kann das formdeformierbare
Matrix-Material ein elastomeres Polymer und ein nicht elastomeres
Polymer, etwa ein feuchtigkeitsabsorbierendes Polymer aufweisen,
das sich als Folge der Feuchtigkeitsabsorption erweichen und entspannen
kann. Das elastomere Polymer liefert eine Kraft für die Dimensionsänderung,
wenn das feuchtigkeitsabsorbierende Polymer sich erweicht und entspannt.
Das feuchtigkeitsabsorbierende Polymer ist durch "Feuchtigkeit erweichbar". Das Feuchtigkeit
absorbierende Polymer kann seine Steifheit und den Modul deutlich
reduzieren, mindestens um ungefähr
20%, und/oder kann sich als Folge der Feuchtigkeitsabsorption aus
der Umgebung entspannen. Vorzugsweise zeigt das feuchtigkeitsabsorbierende
Polymer, wenn es einer feuchten Umgebung ausgesetzt wird, eine Reduktion
in der Steifheit und im Modul von mindestens ungefähr 30% und
noch bevorzugter von mindestens ungefähr 50%. Erhöhte Temperaturen einschließlich der
Einwirkung einer Körpertemperatur
können
die Feuchtigkeitsabsorption erleichtern. Zudem kann die Geschwindigkeit
der Feuchtigkeitsabsorption variieren, was zu einer Steuerung der
zeitabhängigen
Reaktion führen
kann.
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Die Mischung sollte einen Anteil
an feuchtigkeitsabsorbierendem Polymer aufweisen, der für das Erreichen
der gewünschten
durch Feuchtigkeit aktivierten Form wirksam ist. Das durch Feuchtigkeit
erweichbare Polymer ist in dem formdeformierbaren Matrixmaterial
in einem Anteil von mehr als 0 bis weniger als 100 Gewichtsprozent
vorhanden. Vorzugsweise enthält
das formdeformierbare Matrix-Material ungefähr 5 bis ungefähr 90 Gewichtsprozent
an feuchtigkeitsabsorbierendem Polymer. Noch bevorzugter enthält das Material
ungefähr
10 bis ungefähr
60 Gewichtsprozent an feuchtigkeitsabsorbierenden Polymeren. Zu
Beispielen geeigneter feuchtigkeitsabsorbierender Polymere gehören, ohne
einschränkend
zu sein, Polyethylenoxid, Polyethylenglukol, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrolidon,
Polyvinylpyridin oder Mischungen davon. Vorzugsweise ist das feuchtigkeitsabsorbierende
Polymer ein Polyethylenoxid. Das feuchtigkeitsabsorbierende Polymer
sollte dehnbar oder anderweitig plastisch verformbar sein, um in
eine Deformations- und/oder Formänderung "einzurasten", die später geändert werden
kann, wenn das Polymer in einer feuchten Umgebung sich erweicht.
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Das elastomere Polymer, das in der
Mischung vorhanden ist, sollte dehnbar oder deformierbar ausgehend
von seiner anfänglichen
Länge sein
und sich bei Wegfall der dehnenden oder deformierenden Kraft zurückbilden.
Das elastomere Polymer kann eine Durchlässigkeit für Wasserdampf aufweisen, was
die Feuchtigkeitsabsorption durch das durch Feuchtigkeit erweichbare
Polymer erleichtert. Die elastomere Polymerkomponente des formdeformierbaren
Matrix-Materials sollte in einem Anteil vorhanden sein, der wirksam
ist, um die gewünschte
Dimensionsänderungseigenschaften
zu erreichen. Das elastomere Polymer ist in dem formdeformierbaren
Matrix-Material in einem Anteil von mehr als 0 und weniger als 100
Gewichtsprozent vorhanden. Vorzugsweise enthält das formdeformierbare Matrix-Material
ungefähr
10 bis ungefähr
95 Gewichtsprozent an elastomeren Polymeren. Noch bevorzugter enthält das Material
ungefähr
50 bis ungefähr
70 Gewichtsprozent an elastomeren Material. Zu Beispielen geeigneter
elastomerer Polymere gehören,
ohne einschränkend
zu sein, thermoplastische Urethane, Poly(etheramid)-Blockcopolymere,
thermoplastische Gummi, etwa nicht kreuzverbundene Polyolefine,
Styrenbutandien-Copolymere, Silziumgummis, synthetische Gummis, etwa
Nitrilgummi, Styrenisopren-Copolymere, Styren-Ethylen-Copolymere, Butylgummi,
Nyloncopolymere, Spandexfasern mit segmentierten Polyurethan, Ethylen-Vinyl-Azethat-Copolymer
oder Mischungen davon. Vorzugsweise ist das elastomere Polymer ein
Polyurethan.
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Das feuchtigkeitsaborbierende Polymer
und das elastomere Polymer können
durch ein beliebiges bekanntes Verfahren kombiniert werden. Beispielsweise
können
die Polymere vermengt, gemischt, laminiert, miteinander gezogen,
mikrogeschichtet oder in Fasern in einer Kern-Hülle-Struktur oder in einer
nebeneinanderliegenden Struktur gebildet werden. Abhängig von
dem Verhältnis
des elastomeren Polymers zu dem feuchtigkeitsabsorbierenden Polymer
kann die Mischung elastische Eigenschaften oder die Eigenschaften
eines duktilen thermoplastischen Polymers zeigen.
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Nichtaktivierbare
Materialien
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Im hierin verwendeten Sinne beschreibt
der Begriff "nichtaktivierbare
Materialien" ein
beliebiges Material, das eine oder mehrere der drei zuvor genannten
Eigenschaften nicht aufweist, die geeignete formdeformierbare Materialien
beschreiben. Zu geeigneten nichtaktivierbaren zusätzlichen
Materialien gehören,
ohne einschränkend
zu sein, nicht elastomere Polymere, klebrigmachende Materialien,
antiblockierende Mittel, Füllstoffmaterialien,
Antioxidantien, UV-Stabilisatoren, Polymere auf Polyolefinbasis
und andere kostensparende Additive, die hinzugefügt oder hinzugemischt werden
können,
um vorteilhafte Eigenschaften zu erhalten.
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Der Anteil an nichtaktivierbarem
Material, das mit den zuvor genannten formdeformierbaren Polymeren
gemischt wird, kann variieren, solange die resultierende Mischung
einen gewünschten
Anteil an Formdeformierungseigenschaften besitzt. Die Mischung kann
ungefähr
40 bis 99,5 Gewichtsprozent an formdeformierbaren Polymer und ungefähr 60 bis
0.5 Gewichtsprozent zusätzlicher
nicht aktivierbarer Materialien enthalten. Vorzugsweise enthält die Mischung
ungefähr
60 bis 99,5 Gewichtsprozent an formdeformierbaren Polymeren und
ungefähr
40 bis 0.5 Gewichtsprozent zusätzlicher
Materialien. Noch bevorzugter enthält die Mischung ungefähr 80 bis
99,5 Gewichtsprozent formdeformierbarer Polymere und ungefähr 20 bis
0.5 Gewichtsprozent zusätzlicher
nicht aktivierbarer Materialien.
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Konfiguration
der formdeformierbaren Materialien
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Die formdeformierbaren Materialien
der vorliegenden Erfindung können
eine Vielzahl an Formen und Größen besitzen.
Die formdeformierbaren Materialien der vorliegenden Erfindung können in
Form von Mischungen, Filmen, multigeschichteten oder mikrogeschichteten
Filmen, Laminaten, Filamenten, Stoffen, Schäumen, Vliesstoffen oder anderen
dreidimensionalen Formen vorkommen. In vielen Ausführungsformen, insbesondere
bei Verwendung in persönlichen
Pflegeprodukten, ist ein bevorzugtes Substrat oder Trägermaterial
ein Vliesstoffmaterial. Im hierin verwendeten Sinne bezeichnet der
Begriff "Vliesstoffmaterial
bzw. nicht gewebtes Material" ein
Material, das eine Struktur aus einzelnen Fasern oder Filamenten
aufweist, die zufällig in
einer mattenartigen Weise angeordnet sind. Ein Vliesstoffmaterial
kann durch eine Vielzahl von Prozessen einschließlich, ohne einschränkend zu
sein, durch Spinnvliesprozesse, Schmelzblasprozesse, Luftschichtungsprozesse,
Nassschichtungsprozesse, Hydrovermischungsprozesse, Heftfasernkardierungs-
und Bondprozesse und Lösungsspinnprozesse
hergestellt werden.
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Das formdeformierbare Material kann
durch ein beliebiges dem Fachmann bekanntes Verfahren mit, ohne
einschränkend
zu sein, Ziehen, Beschichten, Aufschäumen, etc. hergestellt werden.
Des weiteren kann das formdeformierbare Material durch Mischen oder
Kombinieren eines Materials mit einer auf Feuchtigkeit reagierenden
Komponente hergestellt werden. Alternativ kann eine auf Feuchtigkeit
reagierende Komponente in die molekulare Struktur einer Verbindung
eingebracht werden, um das formdeformierbare Material zu bilden. Es
gibt keine Einschränkung
hinsichtlich der Größe des formdeformierbaren
Materials; jedoch kann der Betrag der Formdeformierung und die prozentuale
Rückbildung
des formdeformierbaren Materials begrenzt sein, wenn die Größe des Materials
nicht zu groß ist.
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In einer alternativen Ausführungsform
zeigen Materialien, die eine Mischung zweier formdeformierbarer
Polymere oder eine Multi- oder Mikroschichtstruktur mit zwei formdeformierbaren
Polymeren aufweisen, dass das Mischen oder Multischichten/Mikroschichten
eines formdeformierbaren Elastomers mit einem weiteren nicht elastomeren
formdeformierbaren Polymer die latenten Deformierungseigenschaften verbessern kann,
insbesondere bei geringen Dehnungstemperaturen und deutlich die
rückbildbare
Deformierung als Folge einer Aktivierung durch Feuchtigkeit erhöhen kann.
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Unabhängig von der Größe und der
Form des formdeformierbaren Materials zeigt das erfindungsgemäße formdeformierbare
Material zumindest in einer räumlichen
Dimension eine Änderung,
wenn es einer feuchten Umgebung ausgesetzt wird. Typischerweise
zeigt das erfindungsgemäße formdeformierbare
Material eine Änderung
in einer, zwei oder drei Dimensionen. Wenn z. B. das formdeformierbare
Material in Form einer Faser vorliegt, zeigt das formdeformierbare
Material eine Änderung
in Faserlänge
und/oder im Faserdurchmesser. Wenn das formdeformierbare Material
in Form eines Filmes vorliegt, zeigt das formdeformierbare Material
eine Änderung
in der Filmlänge
und/oder in der Filmbreite und/oder der Filmdicke. Eine prozentuale Rückbildung
kann für
jede der Dimensionen des formdeformierbaren Materials gemessen werden.
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Wie aus der obigen Gleichung ersichtlich
ist, muss, um die prozentuale Rückbildung
in einer gegebenen Dimension zu maximieren, %R, die Differenz zwischen
der Dimension vor (δi) und nach Einwirkung (δf) durch
Feuchtigkeitsaktivierung maximiert werden. Die vorliegende Endung
liefert ein Verfahren zum Maximieren der prozentualen Rückbildung
%R einer vorgegebenen Dimension eines Materials. Ein Faktor, der
die Fähigkeit
beeinflusst, die vorhandene Rückbildung
in einer gegebenen Dimension zu maximieren, ist die Fähigkeit,
einen gewünschten
Betrag an Formdeformation in dem Material "zu speichern bzw. einzurasten" bevor das Material
der Einwirkung der Feuchtigkeit ausgesetzt wird.
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Herstellung von Materialien,
die ein gewisses Maß an
Formdeformierung aufweisen
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung
richtet sich an ein Verfahren zur Herstellung von Materialien mit einem
gewissen Anteil an "eingerasteter" Formdeformation.
Im hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff "eingerastete Formdeformation" einen rückbildbaren
Anteil an Formdeformierung in einer oder mehreren räumlichen
Dimensionen eines gegebenen Materials, die durch eine oder mehrere
Kräfte
hervorgerufen wird, die auf das gegebene Material einwirken. Zu
geeigneten Kräften
gehören,
ohne einschränkend
zu sein, das Dehnen, das Erwärmen,
das Abkühlen,
das Komprimieren, das Biegen, das Wickeln, das Scheren, etc. Der Betrag
an eingerasteter Formdeformation kann von einer Reihe von Faktoren
abhängen,
einschließlich,
ohne einschränkend
zu sein, der Materialzusammensetzung, der Materialtemperatur, den Materialbehandlungsprozeduren
(d. h. den Betrag der Belastung, die auf das Material einwirkt),
und beliebige Nachbehandlungsprozeduren (d. h. Quetschung, Spannung,
etc.). Eine Reihe von Faktoren, die zu der eingerasteten Formdeformation
eines gegebenen Materials beitragen, sind im Folgenden erläutert.
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Dehnen oder
Komprimieren
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Dehnen und Komprimieren sind Arten,
um einem erfindungsgemäßen formdeformierbaren
Material eine eingerastete Formdeformation zu verleihen. Der Betrag
der Deformation, der sich aus dem Dehnen oder dem Komprimieren ergibt,
hängt von
einer Reihe von Variablen ab. Zu wichtigen Variablen, die mit dem
Dehnen oder Komprimieren eines gegebenen Materials in Verbindung
stehen, gehören,
ohne einschränkend
zu sein, das Dehnungs- oder Ziehverhältnis, die Dehnungs- oder Kompressionstemperatur,
die Dehnungs- oder Kompressionsgeschwindigkeit und dem Dehnen oder
dem Komprimieren nachgeschaltete Operationen, falls es welche gibt,
etwa Erwärmungs-
oder Ausheizvorgänge.
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Des weiteren können andere Arten an Deformierung
neben dem Dehnen und dem Komprimieren angewendet werden, wozu gehören, ohne
einschränkend
zu sein, das Biegen, das Verdrehen, das Scheren oder anderweitiges
Verformen des Materials, wobei komplexe Deformierungen angewendet
werden.
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Dehn- oder
Ziehverhältnisse
-
Der Betrag der eingerasteten Formdeformation,
der einem gegebenen Material verliehen werden kann, hängt von
dem Dehn- oder Ziehverhältnis
ab. Im Allgemeinen ist der Betrag an eingerasteter Formdeformation
eines Materials typischerweise größer, wenn das Ziehverhältnis größer ist.
Das Dehnen des Materials kann in einer oder mehreren Richtungen,
etwa als uniaxiales oder biaxiales Dehnen, erreicht werden. Das Dehnen
in mehr als einer Richtung, etwa das biaxiale Dehnen, kann gleichzeitig
oder nacheinander vonstatten gehen. Wenn beispielsweise ein Film
eines formdeformierbaren Materials der Reihe in zwei Achsen gedehnt wird,
kann die erste oder anfängliche
Dehnung in der Maschinenrichtung (MD) oder in der transversalen
Richtung (TD) des Filmmaterials ausgeführt werden.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung besitzt das formdeformierbare Material vorteilhafterweise
ein Zieh- oder Dehnverhältnis
von mindestens 1.5 in einer oder mehreren Richtungen. Noch bevorzugter
besitzt das Material ein Zieh- oder Dehnverhältnis in einer oder mehreren
Richtungen von ungefähr 2
bis ungefähr
10. Noch vorteilhafterweise besitzt das Material ein Zieh- oder
Dehnverhältnis
in einer oder mehreren Richtungen von ungefähr 3 bis ungefähr 7. Kleinere
Ziehverhältnisse
können
zu einer geringen Formdeformation und zu einer geringeren rückbildbaren
Deformation führen.
Kleine Ziehverhältnisse
können in
einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung abhängig
von speziellen Anwendungen und dem gewünschten Anteil an Formdeformation
jedoch anwendbar sein. Sehr große
Ziehverhältnisse
während
des Vorgangs des Bildens des Formdeformationsgedächtnisses kann in einem teilweise
Verlust des Formgedächtnisses
als Folge einer nicht rückbildbaren
plastischen Deformation in dem Material führen.
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Dehnungstemperatur
-
Während
des Dehnens kann die Materialprobe optional erwärmt werden. Vorzugsweise wird
das Dehnen bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des
Materials ausgeführt.
In einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung beträgt
die Ziehtemperatur nicht mehr als 120°C und vorzugsweise nicht mehr
als 90°C,
wenn das Material ein Polymermaterial ist. Wenn die Ziehtemperatur
zu hoch ist, kann das Material schmelzen, kann äußerst klebrig und/oder schwer
handhabbar werden. Des weiteren können äußerst hohe Dehntemperaturen
irreversible Deformierungen hervorrufen, in der die Formdeformation
des Materials verloren geht und die ursprüngliche Form nicht mehr herstellbar
ist.
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Das Dehnen eines gegebenen Materials
bei kleinen Temperaturen kann zu einem geringeren Betrag an eingerasteter
Formdeformation und zu einer geringeren prozentualen Rückbildung
während
der Aktivierung führen.
Wenn das formdeformierbare Material segmentierte thermoplastische
Blockelastomere enthält,
ist es im Allgemeinen wünschenswert,
das Material in der Nähe
der Erweichungs- oder Glasübergangstemperatur der
harten Segmenten zu dehnen. Wenn die weichen Segmente eine durch
Verformung induzierte Kristallisierung während des Dehnens erfahren,
ist in manchen Fällen
ein Ziehen des Materials in der Nähe der Kristallisationsübergangstemperatur
der weichen Segmente wünschenswert.
Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das formdeformierbare Material
ein PEBAX-Elastomer ist.
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Dehnungsgeschwindigkeit
-
Die Geschwindigkeit, mit der das
Dehnen durchgeführt
wird, kann ebenso den Betrag der eingerasteten Formdeformation,
die einem gegebenen formdeformierbaren Material verliehen wird,
beeinflussen. Geeignete Dehnungsgeschwindigkeiten variieren in Abhängigkeit
des zu dehnenden Materials. Als eine allgemeine Regel gilt, dass
das Dehnen bei Geschwindigkeiten von mindestens ungefähr 50%/Minute
und bis ungefähr 5000%/Minute
erreicht werden kann. Vorzugsweise beträgt die Dehnungsgeschwindigkeit
ungefähr
100%/Minute bis ungefähr
2500%/Minute. Höhere
Dehnungsgeschwindigkeiten können
in Hinsicht auf die Prozesseffizienz vorteilhafter sein; jedoch
sehr hohe Dehnungsgeschwindigkeiten können zu einem Materialfehler
bei reduzierten Ziehverhältnissen
führen.
Die Wirkung der Dehnungsgeschwindigkeit auf die eingerastete Formdeformation
hängt von
der Struktur und der Zusammensetzung des Materials ab. Für einige
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, etwa wenn das formdeformierbare Material
ein thermoplastisches Polyurethan enthält, hat die Dehnungsgeschwindigkeit
keinen merklichen Einfluss auf den resultierenden Betrag an eingerasteter
Formdeformation.
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Dem Dehnen
nachgeschaltete Vorgänge
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Die Eigenschaften der eingerasteten
Formdeformation eines erfindungsgemäßen formdeformierbaren Materials
können
durch dem Dehnen nachgeschaltete Vorgänge beeinflusst werden. Es
sollte eine Reihe von Faktoren während
der dem Dehnen nachgeschalteten Vorgänge betrachtet werden, einschließlich, ohne
einschränkend
zu sein, der Materialzusammensetzung, der Relaxationstendenz des
Materials und dem gewünschten
Anteil an prozentualer Rückbildung
für eine
spezielle Anwendung.
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Relaxationstendenz
-
In den meisten Fällen besitzt das formdeformierbare
Material eine Tendenz, sich in seine ursprüngliche Konfiguration vor dem
Dehnen zurückzubilden.
Diese Eigenschaft kann als eine Relaxationstendenz beschrieben werden.
Obwohl die Relaxationstendenz von Material zu Material verschieden
sein kann, steigt das Maß an
Relaxationstendenz mit zunehmender Elastizität des Materials an. Des weiteren
wächst
das Maß an Relaxationstendenz
für ein
gegebenes Material mit steigender Temperatur des Materials an.
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Spannung
-
Während
dem Dehnen nachgeschalteter Vorgänge
kann das gedehnte Material in einem gedehnten Zustand unter Spannung
gehalten werden, von einem gedehnten Zustand im Laufe der Zeit allmählich entspannt
werden oder in einer beliebigen Weise behandelt werden, während es
sich in einem spannungslosen Zustand befindet. Typischerweise ist
die rückbildbare
Formdeformation oder die prozentuale Rückbildung größer, wenn
das formdeformierbare Material in einem gedehnten Zustand für eine längere Zeitdauer
gehalten wird. Wenn das formdeformierbare Material eine Polymerfaser
oder ein Polymerfilm ist, wird das formdeformierbare Material vorteilhafterweise
mindestens ungefähr
30 Sekunden lang in einem gedehnten Zustand gehalten. Noch bevorzugter
wird das formdeformierbare Material für mindestens ungefähr 10 Minuten
in einem gedehnten Zustand gehalten. Noch vorteilhafterweise wird
das formdeformierbare Material für
mindestens ungefähr
1 Stunde oder noch besser für
24 Stunden in einem gedehnten Zustand gehalten. Die Zeitdauer unter Spannung
hängt von
der molekularen Struktur des formdeformierbaren Polymers ab. Bei
einem Poly(etheramid)formdeformierbaren Elastomer, z. B. PEBAX-Elastomer,
kann das Material für
eine sehr kurze Zeitdauer unter Spannung gehalten werden. Bei polyesteraromatischen
oder aliphatischen Polyurethanen mit Formdeformierung, z. B. MORTHANE-Polyurethane,
ist ein längerer
Zeitraum unter Spannung vorzuziehen. Die Anwendung von Spannung,
insbesondere in Verbindung mit Temperatur, kann günstig sein,
um die Orientierung des vordeformierbaren Materials beizubehalten
und um die resultierende Struktur gegen ein ungewünschtes Schrumpfen
nach dem Dehnen zu schützen.
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Temperatur
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Das gedehnte formdeformierbare Material
kann dem Dehnen nachgeschalteten Vorgängen bei Raumtemperatur oder
bei erhöhten
Temperaturen unterworfen werden. Der "Konsolidierungs-"prozess (d. h. der Prozess des Einrastens
in einen gewünschten
Betrag an Dehnung) kann entsprechend einem ausgewählten vorbestimmten
Temperatur-Zeit-Profil ausgeführt
werden, das von der Struktur des formdeformierbaren Materials und
der Relaxationstendenz des formdeformierbaren Materials abhängt. Im
Allgemeinen wird der Konsolidierungsprozess bei Temperaturen unterhalb
der Schmelztemperatur des formdeformierbaren Materials ausgeführt. Vorzugsweise
wird der Konsolidierungsprozess bei Temperaturen über der
Temperatur der sekundären
Relaxationsprozesse und bei Temperaturen über der Glasübergangstemperatur
der weichen Segmenten in dem segmentierten Block-Elastomeren durchgeführt. Dies
ermöglicht
es, dass die Struktur sich während
des Konsolidierungsprozesses relaxiert und die Relaxationstendenz
sich verringert, was zu einer erhöhten Formdeformation führen kann.
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Andere dem
Dehnen nachgeschaltete Prozesse
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Andere zusätzliche dem Dehnen nachgeschaltete
Prozesse oder Operationen, etwa eine UV-Behandlung, eine Ultraschallbehandlung,
eine Hochenergiebehandlung oder Kombinationen dieser Behandlungen können in
den dem Dehnen nachgeschalteten Prozess eingebaut werden, um die
latente Deformation durch Modifizieren des morphologischen Zustandes
des gedehnten Materials und durch Maximieren der prozentualen Rückbildung
des formdeformierbaren Materials bei Aktivierung zu verbessern.
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Der Aktivierunasprozess
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Die vorliegende Erfindung richtet
sich ferner an ein Verfahren, die effiziente Rückbildung mindestens eines
Teils der latenten, eingerasteten Formdeformierung der zuvor beschriebenen
formdeformierbaren Materialien zu bewirken. Das Verfahren umfasst
die Einwirkung des formdeformierbaren Materials durch einen gewissen
Anteil an Feuchtigkeit oder Nässe,
um eine wesentliche Änderung
(d. h. Rückbildung)
in mindestens einer räumlichen
Dimension des Materials zu bewirken. Das Verfahren kann angewendet
werden, um die Formdeformierung des zuvor beschriebenen formdeformierbaren
Materials selbst oder eines Produktes, das als eine oder mehrere
Komponenten das zuvor beschriebene formdeformierbare Material enthält, zu bewirken.
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Die Rückbildung der latenten, eingerasteten
Formdeformation des formdeformierbaren Materials der vorliegenden
Erfindung wird erreicht, indem das formdeformierbare Material einer
Umgebung mit mindestens 50% relativer Feuchtigkeit ausgesetzt wird.
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Vorzugsweise besitzt die feuchte
Umgebung mindestens 75% relativer Feuchtigkeit und noch bevorzugter
mindestens ungefähr
85% relativer Feuchtigkeit.
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Das erfindungsgemäße formdeformierbare Material
kann der Einwirkung einer ausreichenden Menge an Feuchtigkeit ausgesetzt
werden, um eine Änderung
in mindestens einer räumlichen
Dimension des Materials zu bewirken. Die prozentuale Rückbildung
kann von einer Reihe von Faktoren abhängen, einschließlich, ohne
einschränkend
zu sein, dem formdeformierbaren Material; dem Betrag an latenter,
eingerasteter Formdeformation; von der Aktivierung vorgeschalteter
Handlungen, die zur Herstellung des formdeformierbaren Materials
angewendet werden; und dem gewünschten
Betrag an prozentualer Rückbildung
für eine
spezielle Anwendung. Für
die meisten Anwendungen ist die prozentuale Rückbildung (%R) wünschenswerter
Weise größer als
30% bei Einwirkung einer feuchten Umgebung. Für die meisten Anwendungen ist
die prozentuale Rückbildung
(%R) noch bevorzugter größer als
ungefähr
60% bei Einwirkung einer feuchten Umgebung. Ein bevorzugter Bereich
der prozentualen Rückbildung
liegt bei ungefähr
15% bis ungefähr
75% Einwirkung einer feuchten Umgebung.
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Wie zuvor erläutert ist, ist die Anwendung
von Feuchtigkeit oder Nässe
in der vorliegenden Erfindung zur Aktivierung aus einer Reihe von
Gründen
vorteilhaft gegenüber
konventionellen Verfahren, in denen thermische Energie angewendet
wird. Die Anwendung von Feuchtigkeit ermöglicht eine schnelle molekulare
Reorientierung (d. h. Rückbildung)
eines formdeformierbaren Materials mit einem latenten, eingerasteten
Betrag an Formdeformation ohne einen wesentlichen Anstieg der Temperatur
des formdeformierbaren Materials. Im hierin verwendeten Sinne bezeichnet "ein wesentlicher
Anstieg der Temperatur des vordeformierbaren Materials" einen Temperaturanstieg
von mehr als 15°C.
Vorzugsweise zeigt das formdeformierbare Material eine gewünschte prozentuale
Rückbildung,
während
das Material eine Temperaturänderung
von weniger als ungefähr
12°C erleidet.
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Anders als bei konventionellen Rückbildungsverfahren,
die das thermische Aufheizen eines formdeformierbaren Materials
erfordern, minimiert der Aktivierungsprozess der vorliegenden Erfindung
das Maß an Erwärmung des
formdeformierbaren Materials. Des weiteren führt der erfindungsgemäße Aktivierungsprozess zu
keiner Oberflächenüberhitzung
des formdeformierbaren Materials, bewirkt eine reduzierte Materialbeeinträchtigung
und führt
zu Energieeinsparungen.
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In einigen funktionellen Prozessen
wird die Rückbildung
der Formdeformation erreicht, indem ein formdeformierbares Material
auf Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des gedehnten Polymermaterials
und über
die Dehnungstemperatur aufgeheizt wird. Geringe Rückbildungstemperaturen
können
zu einer niedrigen rückbildbaren
Deformation führen,
während übermäßig hohe
Temperaturen zu einem Schmelzen des formdeformierten Materials führen können. In
der vorliegenden Erfindung, in der Feuchtigkeit angewendet wird,
ist jedoch die Umgebungstemperatur nicht kritisch. Die Temperatur
der Umgebung, die das formdeformierbare Material der vorliegenden
Erfindung umgibt, kann in Abhängigkeit
von den gewünschten
Bedingungen in einem gegebenen Raum oder für Verwendungsbedingungen eines
Kleidungsstückes,
das das formdeformierbare Material enthält, abhängen. Beispielsweise kann der
Aktivierungsprozess gemäß der vorliegenden Erfindung
bei Raumtemperatur oder in einer gekühlten oder erwärmten Zone
stattfinden.
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Im Vergleich zu konventionellen Systemen,
in denen erwärmte
Luft oder erwärmte
Walzen verwendet werden, um aktivierte Gewebe oder einzelne Stücke eines
latenten elastischen Materials zu aktivieren, ist die Anwendung
von Feuchtigkeit während
der Gebrauchsbedingungen weniger teuer. Alternativ kann in einem Herstellungsprozess
für absorbierende
Artikel der gesamte Artikel hergestellt und verpackt werden, während sich
das formdeformierbare Material des absorbierenden Artikels in einem
latenten Zustand befindet. Vor dem Versenden des Artikels kann das
formdeformierbare Material innerhalb des absorbierenden Artikels
durch Feuchtigkeit aktiviert werden.
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Herstellungsartikel
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
ferner Herstellungsartikel, die die oben beschriebenen formdeformierbaren
Materialien enthalten. Das formdeformierbare Material kann einen
wesentlichen Teil des Herstellungsartikels ausmachen oder kann eine
oder mehrere Komponenten des Artikels repräsentieren. Des weiteren kann
das formdeformierbare Material als eine einzelne Schichtkomponente
verwendet werden oder kann als eine Schicht oder ein Mehrschichtlaminat
in dem Herstellungsartikel vorhanden sein. Geeignete Herstellungsartikel
umfassen, ohne einschränkend
zu sein, Produkte mit einem elastischen Teil, etwa Windeln, sowie Produkte
mit einer schrumpfbaren, zusammenziehbaren oder ausdehnbaren Komponente.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung liegt das formdeformierbare Material in Form eines Filmes
vor, der auf eine oder mehrere zusätzliche Schichten auflaminiert
ist, um einen Verbundartikel zu bilden. Die zusätzlichen Schichten können zusätzliche
Filme, Vliesstoffgewebe, gewebte Stoffe, Schäume oder eine Kombination davon
enthalten. Der resultierende laminierte Artikel ist geeignet für den Einsatz
in einer Reihe von Anwendungen, etwa für absorbierende Wegwerfprodukte.
Zu derartigen Produkten gehören,
ohne einschränkend
zu sein, absorbierende Produkte für die persönliche Pflege, etwa Windeln, Übungshöschen, Erwachseneninkontinenzprodukte,
Frauenhygieneprodukte, etwa Damenbinden, Tampons und Vaginaleinlagen, und
Gesundheitspflegeprodukte, etwa Wundauflagen und Wundversorgungssysteme.
Zu anderen Produkten gehören
OP-Tücher,
OP-Bekleidung und andere Wegwerfwäscheelemente.
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Das Verbundmaterial dieser Erfindung
ist repräsentativ
in 1 dargestellt. Wie
aus 1 erkennbar ist,
enthält
das Verbundmaterial bzw. das Mischmaterial 10 eine Vliesstoffschicht 12 und
Streifen aus formdeformierbaren Material 14 und 16,
die an der Schicht 12 angebracht sind. Die Streifen des
formdeformierbaren Materials 14 und 16 können an
der Vliesstoffschicht 12 durch beliebige dem Fachmann bekannte
Mittel angebracht sein. Abhängig
von dem Betrag und dem Ausmaß der
latenten, eingerasteten Formdeformation innerhalb der Streifen des
formdeformierbaren Materials 14 und 16, führt eine
Aktivierung des Verbundmaterials zu einem gewünschten zusammengerafften Verbundmaterial.
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Ein Herstellungsartikel von besonderem
Interesse ist ein absorbierender Wäscheartikel, der repräsentativ
in 2 dargestellt ist.
Wie in 2 erkennbar ist,
kann das absorbierende Wäscheelement
eine Wegwerfwindel 20 sein, die die folgenden Komponenten
aufweist: einen vorderen Taillenabschnitt 21; einen hinteren
Taillenabschnitt 22; einen Zwischenabschnitt 23,
der die vorderen und hinteren Taillenabschnitte verbindet; zwei
seitlich gegenüberliegende
Seitenränder 24;
und zwei in Längsrichtung
gegenüberliegende
Endränder 25.
Der vordere und der hintere Taillenabschnitt enthalten die wesentlichen
Bereiche des Artikels, die so aufgebaut sind, um sich im Wesentlichen über die
vorderen und hinteren Unterbauchgebiete des Trägers während der Anwendung zu erstrecken.
Der Zwischenabschnitt 23 des Artikels enthält den wesentlichen
Anteil des Artikels, der so aufgebaut ist, um sich durch das Schrittgebiet
des Trägers
zwischen den Beinen zu erstrecken. Die gegenüberliegenden Seitenränder 24 definieren
Beinöffnungen
für die
Windel und sind im Allgemeinen krummlinig oder so gestaltet, um
sich eng an die Beine des Trägers
anzupassen. Die gegenüberliegenden
Endränder 25 definieren
eine Taillenöffnung
für die
Windel 20 und sind typischerweise gerade, können jedoch auch
krummlinig sein.
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2 ist
eine repräsentative
Draufsicht auf eine Windel 20 der vorliegenden Erfindung
in einem flachen, nicht zusammengezogenen Zustand. Bereiche der
Struktur sind teilweise weggeschnitten, um den inneren Aufbau der
Windel 20 deutlicher zu zeigen, und die Oberfläche der
Windel, die den Träger
berührt,
ist dem Betrachter zugewandt. Die Windel 20 umfasst ferner
eine im Wesentliche flüssigkeitsundurchlässige äußere Abdeckung 26;
eine poröse
flüssigkeitsdurchlässige körperseitige
Beschichtung 27, die in einer der äußeren Abdeckung 26 zugewandten
Weise angeordnet ist; einen absorbierenden Körper 28, etwa ein
absorbierendes Kissen, das zwischen der äußeren Abdeckung und der körperseitigen
Beschichtung angeordnet ist; und Befestigungselemente 30.
Randbereiche der Windel 20, etwa die Randabschnitte der äußeren Abdeckung 26, können sich über die
Endränder
des absorbierenden Körpers 28 hinaus
erstrecken. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich beispielsweise
die äußere Abdeckung 26 nach
außen über die
Abschlussränder des
absorbierenden Körpers 28 hinaus,
um Seitenränder 31 und
Endränder 32 der
Windel 20 zu bilden. Die körperseitige Beschichtung 27 erstreckt
sich im Wesentlichen in gleicher Weise wie die äußere Abdeckung 26, kann
optional jedoch eine Fläche
abdecken, die größer oder
kleiner als die Fläche
der äußeren Abdeckung 26 ist,
falls dies gewünscht
wird.
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Ein formdeformierbares Material,
wie es zuvor beschrieben ist, kann in diverse Teile der Windel 20,
die in 2 dargestellt
ist, eingearbeitet sein. Vorzugsweise enthalten zwei seitlich gegenüberliegende
Seitenstreifen 34 und/oder zwei in Längsrichtung gegenüberliegende
Endstreifen 36 das formdeformierbare Material der vorliegenden
Erfindung. Bei Aktivierung bilden die Streifen 34 und 36 gekräuselte Bereiche,
die eine gute Übergangspassform
um die Taillen- und Beinöffnungen
der Windel 20 herum bereitstellen.
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Optimierung
der Wechselwirkung des Polymers mit Feuchtigkeit
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Die vorliegende Erfindung richtet
sich ferner an ein Verfahren zur Herstellung formdeformierbarer
Polymere in dem Bemühen,
die Wechselwirkung des formdeformierbaren Polymers mit einer ausgewählten Menge
an Feuchtigkeit oder Nässe
zu optimieren. Durch Einbauen eines oder mehrerer ausgewählter Fremdstoffe in die
Polymermatrix und/oder durch Anordnen eines oder mehrerer ausgewählter Fremdstoffe
an strategischen Plätzen
entlang der Polymermatrix des formdeformierbaren Polymers kann man
ein spezielles formdeformierbares Polymer gestalten, das in optimaler
Weise auf einen ausgewählten
Betrag an Feuchtigkeit reagiert.
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Bei formdeformierbaren Polymeren
ist die Wirksamkeit der Feuchtigkeitsabsorption mit den Durchlässigkeits-
und Lösbarkeitseigenschaften
des Polymers korreliert. Vorzugsweise zeigt das in der vorliegenden Erfindung
verwendete formdeformierbare Polymer eine hohe Durchlässigkeit
für Wasserdampf.
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Wie zuvor in Bezug auf die funktionalen
Gruppen innerhalb eines formdeformierbaren Polymers erläutert ist,
können
speziell ausgewählte
Fremdstoffe entlang der Polymerkette und das Positionieren von Fremdstoffen
entlang der Polymerkette den Grad an Feuchtigkeitsempfindlichkeit
des formdeformierbaren Polymers beeinflussen und damit die Reaktionsfähigkeit
des Polymers auf Feuchtigkeit verbessern. Vorzugsweise bewirkt das
Vorhandensein eines oder mehrerer Fremdstoffe entlang der Polymerkette
einen oder mehreren der vorliegenden Punkte: (1) ein Zuwachs des
Dipolmoments des Polymers; (2) eine Zunahme der nicht ausgeglichenen
Ladungen der Polymermolekularstruktur. Zu geeigneten Fremdstoffen
gehören,
ohne einschränkend zu
sein, Aldehyd, Harnstoff, Amid, Nitro, Nitril, Esther, Ether, Hydroxyl,
Ethylenoxid, Amin, Carboxylsäure
und Sulfonamidgruppen, Carboxylsäuresalze
und Schwefelsäuresalze.
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Die ausgewählten Fremdstoffe können kovalent
oder ionisch an die Polymerkette angebunden werden. Wie zuvor erläutert ist,
sind Fremdstoffe, die funktionale Gruppen mit einem hohen Dipolmoment
enthalten, entlang der Polymerkette vorteilhaft. Zu geeigneten Fremdstoffen
gehören,
ohne einschränkend
zu sein, Harnstoff, Amid, Nitro und Nitrilgruppen. Zu anderen geeigneten
Fremdstoffen gehören
Fremdstoffe, die ionische Gruppen enthalten einschließlich, ohne
einschränkend
zu sein, Natrium, Zink und Kaliumionen.
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Ein Beispiel zur Modifizierung einer
Polymerkette zur Verbesserung der Reaktionsfähigkeit der Polymerkette ist
im Folgenden gezeigt.
-
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In dem obigen Beispiel ist eine Nitrogruppe
an der Arylgruppe innerhalb der Polymerkette gebunden. Es sollte
beachtet werden, dass die Nitrogruppe an der Meta- oder Paraposition
der Arylgruppe angebunden werden kann. Ferner sollte beachtet werden,
dass andere Gruppen an der Meta- oder Paraposition der Arylgruppe,
wie dies oben gezeigt ist, anstelle der Nitrogruppe angebunden werden
können.
Zu geeigneten Gruppen gehören,
ohne einschränkend
zu sein, Nitrilgruppen. Zusätzlich
zu der oben gezeigten Modifizierung könnte man andere Monomereinheiten
in das obige Polymer einbinden, um die Reaktion des resultierenden
Polymers noch mehr zu erhöhen.
Beispielsweise können
Monomereinheiten mit Ethylenoxid, Harnstoff und/oder Amidgruppen
in das obige Polymer mit eingebaut werden.
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In einem weiteren Beispiel können polyetherartige
plastische Polyurethane mit einem Formgedächtnis weiche Blöcke mit
Polyethylenoxid- (PEO) Blöcken
oder Segmente enthalten. Das Molekulargewicht der Polyethylenoxidsegmente
in dem Polyurethan kann von ungefähr 1000 bis 100000 variieren.
Vorzugsweise können
die Polyethylenoxidblöcke
oder Segmente kristallisieren, um Kristalle in einer Umgebungsatmosphäre zu bilden.
Kristallisierbare PEO-Blöcke
oder Segmente können
die Formgedächtniseigenschaften
verbessern und die Reaktion auf Feuchtigkeit erhöhen.
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Ein weiteres Beispiel zum Gestalten
eines formdeformierbaren Polymers ist nachfolgend aufgeführt, wobei
ein oder mehrere Fremdstoffe X und Y an speziellen Plätzen entlang
einer Blockcopolymerkette angebunden sind.
-
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X und Y können angebunden werden oder
anderweitig eingebaut werden in weiche Blöcke, harte Blöcke oder
weiche und harte Blöcke
sowie an den Enden der Polymerkette. X und Y können zufällig oder gleichförmig entlang
der Polymerkette angebunden werden. Zu geeigneten Fremdstoffen gehören Aldehyd,
Ethylenoxid, Esther, Carboxylsäure
und Sulfonamidgruppen. Es können
jedoch auch andere Gruppen mit nicht ausgeglichenen Ladungen in
der Molekularstruktur oder Gruppen, die dies verstärken, ebenso
angewendet werden; oder es kann ein Fremdstoff mit einer ionischen
oder leitenden Gruppen, etwa beispielsweise Natrium, Zink und Kaliumionen
verwendet werden. Andere ionische oder leitende Gruppen können ebenso
verwendet werden. Es sollte beachtet werden, dass die Fremdstoffe
X und Y auch in die gleichen weichen oder harten Blöcke innerhalb
einer gegebenen Polymerkette angebunden oder in diese eingebaut
werden können.
In einer Ausführungsform,
die unten gezeigt ist, sind X und Y an den gleichen weichen oder
harten Block innerhalb eines gegebenen Polymers gebunden, wobei
X ein Fremdstoff mit einer positiven Ladung und Y ein Fremdstoff mit
einer negativen Ladung ist:
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In einer derartigen Konfiguration
führt die
nicht ausgeglichene Ladung innerhalb eines Polymerssegments zu einer
erhöhten
Wechselwirkung zwischen dem Polymer und der Feuchtigkeit oder zwischen
dem Polymer und einer feuchtigkeitsempfindlichen Komponente.
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BEISPIELE
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Die folgenden Beispiele wurden durchgeführt, um
formdeformierbare Materialien mit einem Betrag an eingerasteter
Formdeformation herzustellen und um die Materialien zu aktivieren.
Das Maß an
Dehnungs/Dehnungsverhältnis,
Dehnungsgeschwindigkeit und Abkühlgeschwindigkeit
bei beibehaltener Dehnung waren einige der Faktoren, die berücksichtigt
wurden, um die höchst
latente, eingerastete Formdeformation einzuführen.
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Die Beispiele 1 bis 6 zeigen die
Aktivierung des formdeformierbaren Materials unter Verwendung von Feuchtigkeit.
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BEISPIEL 1
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Ein Mehrschichtfilm mit acht alternierenden
Schichten aus MORTHANE Polyurethan (PU) PS 370-200 und Polyethylenoxid-
(PEO) Harz wurde durch Anwendung einer Mikroschicht-Koextrusionslinie
hergestellt, die von Case Western Reserve University, Cleveland,
OH erhältlich
ist. Das PEO-Harz POLYOX WSR-N-3000 wurde von Union Carbide Corporation
in Pulverform geliefert und bei Planet Polymer Technologies, San
Diego, CA, zu Perlen verarbeitet. Rechteckige Streifen des Mehrschicht
PU PS370-200/PEO
(50/50) Films wurden auf das sechsfache ihrer ursprünglichen
Länge bei
25°C unter
Verwendung eines Sintechspannungstestgeräts gedehnt. Die resultierende
latente Deformation betrug 340% der Filmlänge. Die gedehnte Filmprobe
wurde in einem Ofen bei einer Temperatur von 37°C und 80% relativer Feuchtigkeit
gehalten. Nach 20 Minuten in dem Ofen mit gesteuerter Umgebung wurde
die Probe herausgenommen und es wurden die Abmessungen gemessen.
Die Änderungen
der Abmessung des Filmes in der Maschinenrichtung betrugen 32% im
Vergleich zu der gedehnten Filmlänge.
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BEISPIEL 2
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Der Mehrschichtfilm aus Beispiel
1 wurde auf das sechsfache bei 25°C
unter Anwendung eines Sintech-Spannungstestgeräts gedehnt. Die resultierende
latente Deformation betrug ungefähr
350% in der Länge. Die
gedehnte Filmprobe wurde in einem Ofen mit gesteuerter Umgebung
bei einer Temperatur von 37°C
und 95% relativer Feuchtigkeit gehalten. Nach 20 Minuten in dem
Ofen mit gesteuerter Umgebung wurde die Probe herausgenommen und
es wurden die Abmessungen gemessen. Die Abmessungsänderung
des Filmes in der Maschinenrichtung betrug 66% im Vergleich zur
gedehnten Filmlänge.
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BEISPIEL 3
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Eine 50/50-Mischung aus MORTHANE
Polyurethan (PU) PS370-200 und PEO wurde unter Anwendung des Haake
Labordoppelschraubenextruders hergestellt. Die rechteckigen Streifen
des Filmes, die aus der 50/50-Mischung hergestellt waren, wurden
auf das sechsfache bei 25°C
gedehnt. Die resultierende latente Deformation betrug 185% in der
Länge.
Die gedehnte Probe wurde in einem Ofen mit gesteuerter Umgebung bei
einer Temperatur von 37°C
und 95% relativer Feuchtigkeit gehalten. Nach 20 Minuten in dem
Ofen mit gesteuerter Umgebung wurde die Probe herausgenommen und
es wurden die Abmessungen gemessen. Die Änderung der Abmessung des Filmes
in der Maschinenrichtung betrug 53% im Vergleich zur gedehnten Filmlänge.
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BEISPIEL 4
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Ein Mikroschichtfilm mit 256 abwechselnden
Schichten aus PU PS 370-200 und PEO-Harz wurde unter Verwendung einer Mikroschicht
Coextrusionslinie, die von Case Western Reserve University, Cleveland, OH,
erhältlich
ist, hergestellt. Die rechteckigen Streifen aus Mehrschicht-PU-PS370-200/PEO-
(70/30) Film wurde auf das sechsfache bei 25°C unter Verwendung eines Sintech-Spannungstestinstruments
gedehnt. Die resultierende latente Deformation betrug 150% in der
Filmlänge.
Die gedehnte Filmprobe wurde in einem Ofen mit gesteuerter Umgebung
bei einer Temperatur von 37°C
und 95% relativer Feuchtigkeit gehalten. Nach 20 Minuten in dem
Ofen mit gesteuerter Umgebung wurde die Probe herausgenommen und
es wurden die Abmessungen des Films gemessen. Die Änderung
der Abmessung des Filmes in der Maschinenrichtung betrug 46% im
Vergleich zur gedehnten Filmlänge.
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BEISPIEL 5
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Ein Mikroschichtfilm wurde entsprechend
dem Verfahren im Beispiel 4 hergestellt, mit Ausnahme, dass ein
16-Lagen-PU/PEO- (70/30) Film hergestellt wurde. Der Film wurde
gedehnt, um eine latente Deformation von 180% in der Länge zu erzeugen.
Die gedehnte Filmprobe in einem Ofen mit gesteuerter Umgebung bei
einer Temperatur von 37°C
und 80% relativer Feuchtigkeit gehalten. Nach 20 Minuten in dem
Ofen mit gesteuerter Umgebung wurde die Probe herausgenommen und
es wurden die Abmessungen des Films gemessen. Die Änderung
in der Abmessung des Films in Maschinenrichtung betrug 50%.
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BEISPIEL 6
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Es wurde eine 70/30-Mischung aus
MORTHANE Polyurethan (PU) PS 370-200 und PEO unter Anwendung des
Haake Labordoppelschraubenextruders hergestellt. Die rechteckigen
Streifen des Filmes, die aus der 70/30-Mischung hergestellt waren,
wurden auf das sechsfache bei 25°C
gedehnt. Die resultierende latente Deformation betrug 100% in der
Länge.
Die gedehnte Probe wurde in einen Ofen mit gesteuerter Umgebung
angeordnet und bei einer Temperatur von 37°C und 80% relativer Feuchtigkeit
gehalten. Nach 20 Minuten in dem Ofen mit gesteuerter Umgebung wurde
die Probe herausgenommen und es wurden die Abmessungen des Films
gemessen. Die Änderung
in der Abmessung des Filmes in Maschinenrichtung betrug 30% im Vergleich
zur gedehnten Filmlänge.
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VERGLEICHSBEISPIEL 1
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Aktivierung der Probe
unter Verwendung thermischer Energie
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Der Mehrschicht PU PS370-200/PEO
(50/50) aus Beispiel 1 wurde auf das sechsfache seiner ursprünglichen
Länge bei
25°C unter
Anwendung des Sintech-Spannungstestgeräts gedehnt.
Die resultierende latente Deformation betrug 330%. Die gedehnte
Probe wurde in einem Konvektionsofen 20 Minuten lang bei einer Temperatur
von 73°C
gehalten. Die Probe wurde aus dem Ofen entfernt und die Abmessungen
wurden gemessen. Die Änderung
in der Abmessung des Filmes in der MD betrug 65% bezogen auf die
gedehnte Filmlänge.
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VERGLEICHSBEISPIEL 2
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Aktivieren der Probe zur
Verwendung thermischer Energie
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Es wurde 50/50-Mischung aus PU PS370-200
und Polyethylenoxid (PEO) hergestellt unter Verwendung eines Haake
Labordoppelschraubenextruders. Rechteckige Streifen des Filmes,
die aus der 50/50-Mischung hergestellt waren, wurden auf das sechsfache
ihrer ursprünglichen
Länge bei
25°C gedehnt.
Die resultierende latente Deformation betrug 170%. Die gedehnte
Probe wurde in einem Konvektionsofen 20 Minuten lang bei einer Temperatur
von 65°C
angeordnet. Die Probe wurde aus den Ofen entfernt und die Abmessungen
wurden gemessen. Die Änderungen
der Abmessung des Filmes in der MD betrug 63% in Bezug auf die gedehnte
Filmlänge.
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Die Beispiele 7 bis 10 zeigen die
Auswirkung der Dehnungsrate, des Ziehverhältnisses, der Dehnungstemperatur,
der Dehnungshalte- und Abkühlgeschwindigkeit
auf den Betrag der eingerasteten Formdeformation.
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Dehnungsprozeduren
um eine latente Deformation zu erzielen
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Ein MTS-Sintech 1/D Instrument, das
mit einer 50 Pfund Lastzelle unter einer Umgebungskammer ausgestattet
war, wurde verwendet, um die Proben zu dehnen, um diesen ein gewünschtes
Maß an
Formdeformation zu verleihen. Proben jedes Filmes wurden mit einer
Breite von 1 inch und einer Länge
von 3 bis 4 inch geschnitten, beschriftet und mit schwarzer Tinte
mit Linien von 20 mm Abstand markiert. Die Proben wurden dann in
der Halterung des MTS-Sintech 1/D Instruments mit einem Abstand
von 2 inch angeordnet und auf einen gewünschten Betrag gedehnt. Die
Proben wurden vom dreifachen (d. h. das dreifache von ihrer Ursprungslänge) bis
mehr als das sechsfache bei einer gewünschten Dehnungsgeschwindigkeit
gedehnt. Die Dehnungsgeschwindigkeiten waren entweder 100 mm/Minute
(d. h. die "langsame" Geschwindigkeit)
oder 500 mm/Minute (d. h. die "schnelle" Geschwindigkeit).
Bei Bedarf wurden die Halterungen und die Probe in der Umgebungskammer
angeordnet und auf eine gewünschte
Temperatur erwärmt,
die von ungefähr
37°C bis
ungefähr
100°C variierte,
bis ein Gleichgewichtszustand eintrat, und anschließend wurden
die Proben auf das gewünschte
Maß mit
der gewünschten
Geschwindigkeit gedehnt.
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Sofern dies nicht anderweitig angegeben
ist, wurde die Probe nach dem Dehnen bei einer Dehntemperatur eine
Minute lang im gedehnten Zustand gehalten. Anschließend wurde
die Probe durch eines der beiden folgenden Verfahren abgekühlt. "Langsames Abkühlen" war das eine Verfahren,
wobei die Umgebungskammertür
geöffnet
und die gedehnte Probe der Einwirkung eines Lüfters ausgesetzt war, bis die
Probe die Zimmertemperatur erreicht hatte, ab welcher die Probe
aus der gedehnten Position freigegeben und entfernt wurde. Das andere
Verfahren war das "Abschrecken", wobei die Umgebungskammertür geöffnet und
die Probe mit einem Kühlmittel
(d. h. schlagartiges Gefriersprühmittel
mit 1,1,1,2-Tetrafluoroethan) mehrere Male besprüht wurde, während die Probe aus dem gedehnten
Zustand entspannt und aus der Kammer entfernt wurde.
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Der Abstand zwischen den Linien wurde
gemessen und aufgezeichnet und es wurden neue Linien in rot 20 mm
oder 40 mm im Abstand, abhängig
von der Probenlänge,
markiert. Die latente, eingerastete Formdeformation oder die prozentuale
Latenz wurde als die Änderung
der Länge
von der gedehnten Probe zur Anfangsprobe geteilt durch die anfängliche
Probenlänge
mal 100 definiert.
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BEISPIEL 7
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Einfluss der Dehnungsgeschwindigkeit
auf den Betrag der eingerasteten Formdeformation
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Rechteckige Streifen aus MORTHANE
PS370-200 wurden bei der langsamen Dehnungsgeschwindigkeit und der
schnellen Dehnungsgeschwindigkeit gedehnt. Die Streifen wurden bis
zum sechsfachen ihrer ursprünglichen
Länge bei
drei unterschiedlichen Temperaturen 25°C, 50°C und 70°C unter Anwendung eines Sintech-Dehnungstestgeräts (Sintech
1/D) und einer Umgebungskammer gedehnt.
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Die Ergebnisse der Tests sind in
der Tabelle 1 unten aufgeführt.
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Tabelle
1
Dehnungsgeschwindigkeitsergebnisse
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Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist,
beeinflusst die Dehnungsgeschwindigkeit die prozentuale Latenz von MORTHANE
PS370-200 nicht wesentlich. Die Temperatur hat jedoch einen deutlichen
Einfluss auf die prozentuale Latenz von MORTHANE PS370-200.
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BEISPIEL 8
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Wirkung des Ziehverhältnisses
auf den Betrag der eingerasteten Formdeformation
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Rechteckige Streifen aus MORTHANE
PS370-200 wurden bei drei verschiedenen Ziehverhältnissen gedehnt: vierfach,
fünffach
und sechsfach. Die Streifen wurden bei drei unterschiedlichen Temperaturen
25°C, 50°C und 70°C unter Verwendung
des Sintech-Dehnungstestgeräts
auf (SINTECH 1/D) und einer Umgebungskammer gedehnt.
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Die Ergebnisse des Tests sind unten
in Tabelle 2 gezeigt.
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Tabelle
2
Dehnungsverhältnisergebnisse
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Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist,
beeinflusst das Ziehverhältnis
die prozentuale Latenz von MORTHANE PS370-200 nicht wesentlich.
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BEISPIEL 9
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Auswirkung der Dehnungstemperatur
auf den Betrag der eingerasteten Formdeformation
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Rechteckige Streifen aus MORTHANE
PS370-200 wurden bei drei verschiedenen Temperaturen gedehnt: 25°C, 50°C und 70°C. Die Streifen
wurden bei zwei verschiedenen Dehnungsverhältnissen, d. h. vierfach und
sechsfach, unter Verwendung eines Sintech-Dehnungstestgerätes (SINTECH
1/D) und einer Umgebungskammer gedehnt.
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Die Ergebnisse der Tests sind unten
in Tabelle 3 aufgeführt.
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Tabelle
3
Temperaturergebnisse
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Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist,
beeinflusst die Dehnungstemperatur deutlich die prozentuale Latenz von
MORTHANE PS370-200.
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BEISPIEL 10
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Wirkung des Haltens der
Dehnung und der Abkühlgeschwindigkeit
auf den Betrag der eingerasteten Formdeformation
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Rechteckige Streifen aus MORTHANE
PS370-200 wurden bei verschiedenen Temperaturen gedehnt: 70°C und 90°C. Die Streifen
wurden bei einem Dehnungsverhältnis
von dem sechsfachen unter Anwendung eines Sintech-Dehnungstestgeräts (SINTECH
1/D) und einer Umgebungskammer gedehnt. Die Proben wurden langsam
abgekühlt
oder abgeschreckt, wie dies zuvor beschrieben ist. Die Proben wurden
abgekühlt
oder abgeschreckt, nachdem diese in einem gedehnten Zustand 1 Minute
lang gehalten wurden, und ebenso ohne das diese gehalten wurden.
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Die Ergebnisse der Tests sind in
Tabelle 4 unten aufgeführt.
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Tabelle
4
Halten der Dehnung/Abkühlgeschwindigkeitsergebnisse
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Wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist,
besaßen
die MORTHANE PS370-200 Proben einen höheren Betrag an prozentualer
Latenz, wenn diese langsam abgekühlt
wurden, nachdem diese eine Minute lang bei einer gegebenen Dehnungstemperatur
gehalten wurden, und dann abgekühlt
wurden, im Gegensatz zu den Proben, die ohne ein Halten abgekühlt wurden.
Das Abschrecken reduzierte die Zeitdauer, in der die Proben erhalten wurden
und sich entspannen konnten. Daher hatten diese Proben im Wesentlichen
eine geringere prozentuale Latenz. Rückschlüsse hinsichtlich des Gesamteffektes
des Abschreckens sind aus den obigen Daten jedoch kaum zu bestimmen.
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Die Ergebnisse der MORTHANE PS370-200
Proben bei 90°C
zeigen, dass das Halten der Dehnung und die Abkühlgeschwindigkeit eine deutlichere
Einwirkung auf die prozentuale Latenz als in ähnlichen Proben, die bei 70°C getestet
wurden, ausüben.
Bei diesen Proben erzeugte das langsame Abkühlen die besten Ergebnisse
bei der prozentualen Latenz.
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Obwohl die Beschreibung detailliert
in Bezug auf spezielle Ausführungsformen
angegeben ist, erkennt der Fachmann, dass bei einem Erhalten eines
Verständnisses
des Vorhergesagten, Änderungen,
Variationen und Äquivalente
dieser Ausführungsformen
möglich
sind. Daher ist der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung als
der Bereich der angefügten
Patentansprüche
und deren Äquivalente
zu betrachten.
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Zusammenfassung
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Diese Erfindung betrifft formdeformierbare
Materialien, die verformt werden können ein gewisses Maß an Formdeformation
bewahren können
und mindestens ein Teil der Formdeformation zurückbilden können, wenn diese einer feuchten
Umgebung ausgesetzt werden. Die formdeformierbaren Materialien können vorteilhafterweise
in Form von Filmen, Fasern, Filamenten, Strängen, Vliesstoffen und vorgefertigten
Elementen vorgesehen werden. Die formdeformierbaren Materialien
der vorliegenden Erfindung können
angewendet werden, um Produkte herzustellen, die sowohl Wegwerfprodukte
als auch wiederverwendbar sind. Insbesondere können die formdeformierbaren
Materialien der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um Produkte,
etwa Wegewerfwindeln, Übungshöschen, Inkontinenzprodukte
und Frauenhygieneprodukte herzustellen.
