DE60311387T2

DE60311387T2 - Verfahren zur Herstellung und zum Altern von hochfesten zellulären Polsterprodukten mit hoher Gasundurchlässigkeit

Info

Publication number: DE60311387T2
Application number: DE2003611387
Authority: DE
Inventors: Charles North Caldwell Kannankeril; Rob Wesley Hills O'Down
Original assignee: Sealed Air Corp
Current assignee: Sealed Air Corp
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2023-11-18
Also published as: DE60311387D1; US7018495B2; EP1422057B1; US20040099986A1; CA2450323C; EP1422057A1; ES2280672T3; NZ529475A; ATE352415T1; CA2450323A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft zelluläre Polstergegenstände, insbesondere zelluläre Luftpolstergegenstände, die für Verpackungsendanwendungen geeignet sind.
Stand der Technik
US-A-4 096 06 offenbart ein verbessertes Streifenmaterial, das am Ort seiner vorgesehenen Verwendung aufgeblasen und versiegelt werden kann, um Polstermaterial zu bilden. Das Streifenmaterial umfasst zwei heißsiegelbare Folien, die in bestimmten Bereichen aneinander geschweißt sind, um zwei Reihen von aufblasbaren Kammern entlang des Streifenmaterials zwischen den Reihen zu bilden, wobei jede der Kammern eine Einlassöffnung aufweist, die enger als der Hauptteil der Kammer ist, der mit dem Durchgang in Verbindung steht. Das Streifenmaterial wird aufgeblasen, indem der Durchgang in dem Streifen über eine Luftdüse gebracht wird, um die Kammern durch ihre Einlassöffnungen aufzublasen, und dann werden die Einlassöffnungen versiegelt.
US-A1-202/0166788 offenbart eine aufblasbare Bahn und Verfahren und Vorrichtung zum Aufblasen der Bahn, die allgemein zwei Lagen mit Innenseiten, die in einem Muster aneinander gesiegelt sind, das eine Reihe aufblasbarer Kammern mit festgelegter Länge definiert, wobei jede der Kammern mindestens eine Breitenänderung über ihre Länge aufweist, einen Aufblasanschluss, der sich am proximalen Ende jeder Kammer befindet, wobei die Aufblasanschlüsse durch intermittierende Siegelungen zwischen den Lagen gebildet sind, und Flansche in Längsrichtung einschließt, die durch einen Teil von jeder der Lagen ge bildet sind, die sich über die Aufblasanschlüsse und intermittierenden Siegelungen erstrecken.
Hintergrund der Erfindung
Zelluläre Luftpolstergegenstände, die für Verpackungsanwendungen geeignet sind, werden seit mehreren Dekaden kommerziell eingesetzt. Eines der weitverbreitet verwendeten Produkte ist Bubble Wrap^® zelluläre Polsterung, deren eine Ausführungsform hergestellt wird, indem Wärme und Vakuum verwendet werden, um beabstandete, luftgefüllte Hohlräume in einer ersten Folie zu bilden, und anschließend eine flache zweite "Unterlagen"-folie auf die Stegflächen (d. h. "Flachmaterial") zwischen den Hohlräumen der ersten Folie heißgesiegelt wird, so dass Luft in den gebildeten Hohlräumen eingeschlossen wird, wodurch die individualisierten Zellen gebildet werden. Das resultierende zelluläre Luftpolsterprodukt umfasst diskrete geschlossene Bläschen. Wenn irgendein Bläschen platzt, verliert kein anderes Bläschen notwendigerweise Luft. Ein deutlicher Nachteil von Bubble Wrap^® zellulärem Polsterprodukt liegt darin, dass die Transportkosten pro Gewichtseinheit des Produkts hoch sind, weil die Produktdichte niedrig ist, d. h. der Transport dieser Produkte ist vorwiegend der Transport von Luft.
Bubble Wrap^® zelluläre Polsterung ist aus Mehrschichtfolien mit äußeren Siegelschichten, einer zentralen Gasbarriereschicht und einer Verbindungsschicht zwischen jeder der Siegelschichten und der Barriereschicht hergestellt worden. Die Verbindungsschicht wurde aus einem anhydridmodifizierten Polyethylen niedriger Dichte mit einem Anhydridgehalt von etwa 141 ppm hergestellt, bezogen auf das Gewicht des anhydridmodifizierten Polyethylens mit niedriger Dichte in der Verbindungsschicht.
Obwohl Bubble Wrap^® Polsterprodukte nicht durch aufblasbare flexible Polstergegenstände verdrängt worden sind, gab es in der Vergangenheit zahlreiche kommerzialisierte zelluläre Luftpolsterprodukte zum Verpacken, die von dem Endanwender aufgeblasen werden sollen, d. h, unmittelbar vor der Endanwendung durch den Verpacker aufgeblasen und dichtgesiegelt werden sollen. Diese Produkte bieten den Vorteil, dass sie vor dem Aufblasen transportabel sind, wodurch viel effizienterer Transport und effizientere Lagerung vor Gebrauch möglich sind, da jedes gegebene Volumen in einem Laster oder Lagerhaus mehr als dreißig Mal so viel Produkt im nicht aufgeblasenen Zustand aufnehmen kann, als wenn es im aufgeblasenen Zustand zu dem Verpacker transportiert wird. Eines dieser Produkte ist aus der gleichen Mehrschichtfolie hergestellt worden, die für Bubble Wrap^® zelluläre Polsterung verwendet wird.
Diese "aufblasbaren" zellulären Verpackungsprodukte unterscheiden sich in mehreren Weisen von Bubble Wrap^® zellulärer Polsterung. Ein bemerkenswerter Unterschied zwischen aufblasbaren Polsterprodukten und Bubble Wrap^® zellulärer Polsterung liegt darin, dass die aufblasbaren Polstergegenstände mehrere Kammern aufweisen, die von einer Füllzone ausgehen, wobei jede der Kammern eine Reihe von miteinander verbundenen, aufblasbaren Bläschen (d. h. "Zellen") enthält, wobei jede Reihe von Bläschen sich quer über die Bahn erstreckt. Luft kann sich in einer der Zellen einer speziellen Reihe frei innerhalb der anderen Zellen derselben Reihe bewegen. Wenn eine Last auf eines der Bläschen in der Reihe einwirkt, kann das Bläschen insbesondere teilweise oder vollständig zusammenfallen, wenn Luft aus dem Bläscheninneren verdrängt wird, wobei sich die Luft zu den anderen Bläschen in der Reihe bewegt. Das Verdrängen von Luft aus einem Bläschen in andere kann für ein verpacktes Produkt schädlich sein, weil das Produkt nicht mehr in adäquater Weise durch Polsterung geschützt ist. Es wäre erwünscht, diese "Talsohlen"-Tendenz bei einem aufblasbaren zellulären Luftprodukt zu reduzieren oder zu eliminieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen aufblasbaren flexiblen zellulären Polstergegenstand, der aus einer Folie oder Folien hergestellt ist, die in einem Muster miteinander versiegelt sind, das mehrere aufblasbare Kammern liefern, wobei jede Kammer mehrere aufblasbare Zellen aufweist, die in Reihe miteinander verbunden sind. Die Folien, die miteinander versiegelt sind, sind flexible Mehrschichtfolien mit einer Gasbarriereschicht, einer Siegelschicht und einer Verbindungsschicht, die die Gasbarriereschicht an die Siegelschicht klebt.
Obwohl ein aufblasbarer Polstergegenstand, der aus den gleichen Folien hergestellt war, die für Bubble Wrap^® zelluläre Polsterung verwendet wurden, sich gut verhielt, wenn er auf den normalen Druck von 6,9·10^–3 N/mm² (1 psi) aufgeblasen wurde, wurde gefunden, dass, wenn der Innendruck auf über dem Normaldruck liegende 20,7·10^–3 N/mm² (3 psi) erhöht wurde, dieser aufgeblasene Gegenstand sich unter vielen Gebrauchsbedingungen befriedigend verhielt, jedoch sich nicht befriedigend verhielt, wenn er belastenderen Gebrauchsbedingungen ausgesetzt wurde, wie mehrere Stunden in einer Umgebung mit 140°F (60°C). Wenn er unter diesen belastenden Bedingungen verwendet wurde, wurde also gefunden, dass die Mehrschichtfolie infolge von Adhäsions- und/oder Kohäsionsversagen der Verbindungsschichten delaminierte. Durch den über dem normalen Druck liegenden Innendruck von 20,7·10^–3 N/mm² (6 psi) zeigte der aufblasbare Gegenstand jedoch eine verringerte Neigung irgendeiner Zelle zur "Talsohle", wenn sie Last ausgesetzt wurde.
Es ist gefunden worden, dass die Mehrschichtfolie mit einer ausreichend starken Verbindungsschicht versehen werden kann, damit die Mehrschichtbarrierefolie in einem auf 20,7·10^–3 N/mm² (3 psi) aufgeblasenen zellulären Polstergegenstand unter belastenden Gebrauchsbedingungen verwendet werden kann, ohne zu delaminieren. Es ist gefunden worden, dass das Ersetzen der zuvor verwendeten schwächeren Verbindungsschicht durch die stärkere Verbindungsschicht Foliendelaminierung reduziert oder eliminiert, wenn der Gegenstand belastenden Bedingungen ausgesetzt wird, wie hoher Temperatur (z. B. 60°C (140°F)) und/oder niedrigem Außendruck (z. B. 464 mbar (13,7 Zoll Quecksilbervakuum)). Es ist beispielsweise gefunden worden, dass, indem die Verbindungsschichten aus einem mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Polyethylen mit niedriger Dichte mit einem Maleinsäureanhydridgehalt von etwa 190 ppm (im Unterschied zu dem zuvor verwendeten, mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Polyethylen niedriger Dichte mit einem Maleinsäureanhydridgehalt von 141 ppm) hergestellt werden, der aufblasbare Gegenstand den über Normaldruck liegenden Innendruck von 20,7·10^–3 N/mm² (3 psi) ohne Delaminierung und/oder Reißen der Folie aushalten kann, selbst wenn er belastenden Bedingungen ausgesetzt wird, wie vier Stunden bei 60°C (140°F). Es wurde auch gefunden, dass der unter Verwendung dieser Folie hergestellte aufblasbare Gegenstand den Gegenstand mit der Fähigkeit ausstattete, den Innendruck von 20,7·10^–3 N/mm² (3 psi) mit dem niedrigen Umgebungsdruck auszuhalten, wie er auf Berggipfeln und in den Frachträumen von Flugzeugen vorkommt, ohne Foliendelaminierung, Versagen der Siegelung oder Reißen der Folie.
Es ist auch gefunden worden, dass, wenn ein kristallines Gasbarrierepolymer (z. B. kristallines Nylon, wie Nylon 6, auch als Polyamid-6 bekannt, und Polycaprolactam) in einer Schicht der Folien vorhanden ist, die zur Bildung des aufblas baren Gegenstands miteinander versiegelt werden, und der resultierende aufblasbare Gegenstand dem Berstdrucktest ausgesetzt wird, unmittelbar nachdem die Folien in einem kontinuierlichen integrierten Verfahren extrudiert und miteinander versiegelt worden sind, um den aufblasbaren Gegenstand zu bilden, der aufblasbare Gegenstand einen niedrigeren Berstdruck hat, verglichen mit einem ansonsten identischen aufblasbaren Gegenstand, der für einen Zeitraum gealtert worden ist, bevor er dem Berstdrucktest unterzogen worden ist.
Es ist insbesondere gefunden worden, dass Folie, die das kristalline Barrierepolymer enthält, während der Alterung belastbarer wird, wodurch der Berstdruck des resultierenden aufblasbaren Gegenstands höher wird. Eine Gasbarriereschicht, die Polyamid-6, ein kristallines Polyamid, enthält, ist erwünscht, weil sie nach der Alterung, bezogen auf das Gewicht des Polymers, zu einer durch Aufblasen belastbareren Folie führt. Es ist gefunden worden, dass diese belastbare Folie, bezogen auf das Foliengewicht, einen höheren Aufblasdruck zulässt. In gewissen Grenzen kann die Alterungsperiode, um die gewünschte Kristallisation zu bewirken, um so kürzer sein, je höher die Temperatur der Folie während der Alterung ist.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines aufgeblasenen zellulären Polstergegenstands. Bei dem Verfahren werden erste und zweite Mehrschichtfolie extrudiert, die erste Folie an die zweite Folie heißgesiegelt, um einen aufblasbaren Gegenstand zu bilden, und die Folien gealtert, bevor der Gegenstand aufgeblasen wird. Die Mehrschichtfolien umfassen jeweils eine Siegelschicht, eine Verbindungsschicht und eine Gasbarriereschicht. Die Verbindungsschicht umfasst Olefinpolymer, das Anhydrid in einem Niveau von mindestens 150 ppm enthält, bezogen auf das Gewicht des modifizierten Olefinpolymers. Die Gasbar riereschicht umfasst mindestens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus kristallinem Polyamid, kristallinem Polyester, Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer, Polyacrylnitril und kristallinem Polycycloolefin.
Die Alterung der Folie(n) kann durchgeführt werden, bevor die Folien aneinander heißgesiegelt werden, oder nachdem die Folien aneinander heißgesiegelt werden. Mindestens eine der Folien soll gealtert werden, bevor der Gegenstand aufgeblasen wird, und vorzugsweise wird die gesamte Folie in dem Gegenstand vor dem Aufblasen gealtert. Die Alterung wird für eine Zeit und bei einer Temperatur gemäß mindestens einem Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) 60,6°C bis 121,1°C (141°F bis 250°F) für einen Zeitraum von mindestens 1 Sekunde; (ii) 38,3°C bis 60°C (101°F bis 140°F) für einen Zeitraum von mindestens 10 Minuten; (iii) 16,1°C bis 37,8°C (61°F bis 100°F) für einen Zeitraum von mindestens 1 Stunde; und (iv) –1,1°C bis 15,6°C (30°F bis 60°F) für einen Zeitraum von mindestens 1 Tag durchgeführt.
Der aufblasbare zelluläre Polstergegenstand wird insbesondere für eine Zeitdauer und bei einer Temperatur gemäß mindestens einem Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) 60,6°C bis 121,1°C (141°F bis 250°F) für einen Zeitraum von 1 Sekunde bis 1 Tag; (ii) 38,3°C bis 60°C (101°F bis 140°F) für einen Zeitraum von 10 Minuten bis 10 Tagen; (iii) 16,1°C bis 37,8°C (61°F bis 100°F) für einen Zeitraum von 1 Stunde bis 100 Tagen; und (iv) –1,1°C bis 15,6°C (30°F bis 60°F) für einen Zeitraum von 1 Tag bis 1 Jahr gealtert. Der aufblasbare zelluläre Polstergegenstand wird insbesondere für eine Zeitdauer und bei einer Temperatur gemäß mindestens einem Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) 60,6°C bis 121,1°C (141°F bis 250°F) für einen Zeitraum von 1 Sekunde bis 2 Stunden; (ii) 38,3°C bis 60°C (101°F bis 140°F) für einen Zeitraum von 30 Minuten bis 6 Tagen; (iii) 16,1°C bis 37,8°C (61°F bis 100°F) für einen Zeitraum von 1 Tag bis 10 Tagen; und (iv) –1,1°C bis 15,6°C (30°F bis 60°F) für einen Zeitraum von 3 Tagen bis 60 Tagen gealtert.
Nach der Alterung wird der zelluläre Polstergegenstand auf einen Innendruck von mindestens 10,3·10^–3 N/mm² (1,5 psi) (vorzugsweise 10,3 bis 68,9·10^–3 N/mm², insbesondere 10,3 bis 34,5 N/mm², insbesondere 13,8 bis 27,6·10^–3 N/mm², insbesondere 13,8 bis 24,110^–3 N/mm²) (vorzugsweise 1,5 bis 10 psi, insbesondere von 1,5 bis 5 psi, insbesondere 2 bis 4 psi, insbesondere von 2 bis 3,5 psi, insbesondere etwa 3 psi), aufgeblasen, wobei der Innendruck relativ zu einer Außenumgebung mit 23°C und 1 Atmosphäre Umgebungsdruck gemessen wird.
Die Gasbarriereschicht der ersten Mehrschichtfolie umfasst vorzugsweise kristallines Gasbarrierepolymer in einer Menge von 3 bis 30 % (insbesondere 5 bis etwa 20 %, insbesondere 8 bis 15 %), bezogen auf das Gesamtgewicht der Folie, und die Gasbarriereschicht der zweiten Mehrschichtfolie umfasst auch kristallines Gasbarrierepolymer in einer Menge von 3 bis 30 (insbesondere 5 bis 20 %, insbesondere 8 bis 15 %), bezogen auf das Gesamtgewicht der Folie.
Die Verbindungsschicht der ersten Mehrschichtfolie umfasst vorzugsweise ein anhydridmodifiziertes Ethylen/C₄- bis C₁₀-α- Olefin-Copolymer (C_4-10 = C₄ bis C₁₀ = C₄, C₅, C₆, C₇, C₈, C₉ und/oder C₁₀), und die Verbindungsschicht der zweiten Mehrschichtfolie umfasst ein anhydridmodifiziertes Ethylen/C₄- bis C₁₀-α-Olefin-Copolymer. Mindestens eine der Verbindungsschichten umfasst vorzugsweise ein anhydridmodifiziertes Ethylen/C₄-bis C₈-Copolymer mit einem Anhydridgehalt von mindestens 160 ppm, bestimmt durch Pyrolyse-GCMS. Das anhydridmodifizierte Polyolefin umfasst vorzugsweise anhydridmodifiziertes lineares Polyethylen niedriger Dichte mit einem Anhydridgehalt von mindestens 180 ppm, bestimmt mittels Pyrolyse-GCMS.
Vorzugsweise umfasst die Siegelschicht der ersten Mehrschichtfolie mindestens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus homogenem Ethylen/α-Olefin-Copolymer, Polyethylen sehr niedriger Dichte, Polyethylen niedriger Dichte und linearem Polyethylen niedriger Dichte, und die Siegelschicht der zweiten Mehrschichtfolie umfasst mindestens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus homogenem Ethylen/α-Olefin-Copolymer, Polyethylen sehr niedriger Dichte, Polyethylen niedriger Dichte und linearem Polyethylen niedriger Dichte.
Die erste Mehrschichtfolie beinhaltet vorzugsweise erste und zweite äußere Schichten, eine zentrale Gasbarriereschicht, eine erste Verbindungsschicht zwischen der ersten äußeren Schicht und der Gasbarriereschicht und eine zweite Verbindungsschicht zwischen der Gasbarriereschicht und der zweiten äußeren Schicht. Die zweite Mehrschichtfolie beinhaltet vorzugsweise erste und zweite äußere Schichten, eine zentrale Gasbarriereschicht, eine erste Verbindungsschicht zwischen der ersten äußeren Schicht und der Gasbarriereschicht und eine zweite Verbindungsschicht zwischen der Gasbarriereschicht und der zweiten äußeren Schicht. Die ersten und zweiten äußeren Schichten der ersten Mehrschichtfolie haben vorzugsweise die gleiche Schichtdicke und die gleiche polymere Zusammensetzung, und die ersten und zweiten Verbindungsschichten der ersten Folie haben die gleiche Schichtdicke und die gleiche polymere Zusammensetzung. Die ersten und zweiten äußeren Schichten der zweiten Folie haben vorzugsweise die gleiche Schichtdicke und die gleiche polymere Zusammensetzung, und die ersten und zweiten Verbindungsschichten der zweiten Folie haben die gleiche Schichtdicke und die gleiche polymere Zusammensetzung.
Die erste Folie hat vorzugsweise eine Dicke von 25,4 bis 50,8 μm (1 mil bis 2 mil), und die zweite Folie hat eine Dicke von 25,4 bis 50,8 μm (1 mil bis 2 mil).
Die ersten und zweiten Mehrschichtfolien sind miteinander versiegelt, um sowohl die Kammern als auch einen Aufblasverteiler zu bilden, wobei sich der Aufblasverteiler in der Maschinenrichtung des aufblasbaren Polstergegenstands erstreckt.
Die Kammern erstrecken sich in Querrichtung von einem offenen Randbereich, der sich in einer Maschinenrichtung erstreckt. Vorzugsweise umfasst jede Kammer 3 bis 40 Zellen. Jede Zelle hat vorzugsweise eine Hauptachse mit einer Länge im nicht aufgeblasenen Zustand von 1,27 cm bis 6,35 cm (0,5 Zoll bis 2,5 Zoll).
In dem erfindungsgemäßen Verfahren erhöht die Alterung des aufblasbaren zellulären Polstergegenstands die Berstfestigkeit des aufblasbaren zellulären Polstergegenstands um mindestens 5 %, vorzugsweise mindestens 10 % und insbesondere mindestens 15 %, d. h. der aufblasbare zelluläre Polstergegenstand hat eine Berstfestigkeit nach Alterung, die mindestens 5 %, vorzugsweise mindestens 10 % und insbesondere mindestens 15 % höher als die Berstfestigkeit des Gegenstands vor der Alterung ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines aufgeblasenen zellulären Polstergegenstands, bei dem (a) eine erste Mehrschichtfolie mit einer äußeren Heißsiegelschicht, einer Verbindungsschicht und einer Gasbarriereschicht extrudiert wird, die mindestens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus kristallinem Polyamid, kristallinem Polyester und Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer umfasst, wobei die Verbindungsschicht ein anhydridmodifiziertes Olefinpolymer mit einem auf das Gewicht des modifizierten Olefinpolymers bezogenen Anhydridgehalt von mindestens 150 ppm umfasst, und die erste Folie so gefaltet ist, dass ein erster Abschnitt der Mehrschichtfolie einen zweiten Abschnitt der Mehrschichtfolie überlappt; (b) ausgewählte Abschnitte der Mehrschichtfolie erwärmt werden, so dass der erste Abschnitt der Mehrschichtfolie an den zweiten Abschnitt der Mehrschichtfolie in einer gewählten Fläche aneinander heißgesiegelt wird, wobei die gewählte Fläche ein Heißsiegelmuster ergibt, das aufblasbare Kammern zwischen der ersten Folie und der zweiten Folie hinterlässt, wodurch ein aufblasbarer zellulärer Polstergegenstand hergestellt wird, (c) die Mehrschichtfolie gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gealtert wird, und (d) der zelluläre Polstergegenstand nach der Alterung aufgeblasen wird. Gemäß einer Ausführungsform wird die Folie aus einer Ringdüse extrudiert, in flachgelegter Konfiguration angeordnet und entlang einer oder zwei Kanten aufgeschnitten, um die "übereinander gefaltete" Folie zu bilden. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die Folie aus einer Schlitzdüse extrudiert und übereinander gefaltet (vorzugsweise mittig gefaltet) und gegebenenfalls an dem Knick der Falte aufgeschnitten.
Die oben beschriebenen bevorzugten Merkmale von jedem der obigen Aspekte der Erfindung gelten für alle der anderen oben beschriebenen Aspekte der Erfindung, es sei denn, sie sind nicht darauf anwendbar oder damit inkonsistent.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht eines bevorzugten erfindungsgemäßen aufblasbaren Gegenstands im flachgelegten Zustand.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Gegenstands von 1 nach dem Aufblasen.
3 ist eine vergrößerte schematische Querschnittansicht einer erfindungsgemäßen bevorzugten Mehrschichtfolie zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen aufblasbaren Gegenstand.
4 ist ein Schema eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung des aufblasbare Gegenstands.
5 ist eine Ansicht eines Ausschnitts eines aufblasbaren Gegenstands im flachgelegten Zustand, der zur Durchführung eines Bersttests modifiziert worden ist.
6A ist eine Schnittansicht einer im Bersttest zu verwendenden Aufblasdüse in Längsrichtung.
6B ist eine Querschnittansicht der Aufblasdüse von 6A, genommen entlang Linie 6B-6B von 6A.
6C ist eine Querschnittansicht der Aufblasdüse von 6A, genommen entlang Linie 6C-6C von 6A.
7A ist eine Längsansicht eines Paares von Klemmzwingen, die verwendet werden, um den aufblasbaren Gegenstand an die Aufblasdüse der 6A, 6B und 6C zu klemmen.
7B ist eine Querschnittansicht der Klemmzwingen von 7A, genommen entlang Linie 7B-7B von 7A.
8A ist eine Detailansicht einer Zusammenstellung, die jenen Abschnitt des modifizierten aufblasbaren Gegenstands einschließt, der die Aufblasdüse und die Klemmzwingen enthält.
8B ist eine schematische Querschnittansicht der Zusammenstellung von 8A.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Der Begriff "Heißsiegelung" bezieht sich hier auf jede Siegelung eines ersten Bereichs einer Folienoberfläche an einen zweiten Bereich einer Folienoberfläche, wobei die Siegelung gebildet wird, indem die Bereiche auf mindestens ihre jeweiligen Siegelungsinitiierungstemperaturen erhitzt werden. Heißsiegeln kann mittels einer beliebigen oder mehreren von vielen verschiedenen Weisen durchgeführt werden, vorzugsweise wird das Siegeln durchgeführt, indem die Folien wie nachfolgend beschrieben mit einer geheizten Trommel kontaktiert werden, um eine Heißsiegelung zu erzeugen. Der Begriff "Siegelung" ist hier generisch, da er Adhäsion einer Folie, die mit einem Klebstoff an sich selbst geklebt ist, oder Folien, die mit einem Klebstoff aneinander geklebt sind, einschließt. Die verschiedenen Schichten einer mehrschichtigen coextrudierten Folie werden jedoch nicht als aneinander "gesiegelt" angesehen, weil der Begriff "Siegelung", wie hier verwendet, sich auf das Kleben von weniger als den gesamten Folienoberflächen aneinander bezieht, d. h. es verbleibt ein nicht gesiegelter Bereich.
Die Formulierung "Anhydridfunktionalität" bezieht sich auf jede Form von Anhydridfunktionalität, wie das Anhydrid von Maleinsäure, Fumarsäure, usw., ob mit einem oder mehreren Polymeren gemischt, auf Polymer gepfropft oder mit Polymer copolymerisiert, und schließt allgemein auch Derivate dieser Funktionalitäten ein, wie Säuren, Ester und Metallsalze, die davon abgeleitet sind.
Der Begriff "modifiziertes Polymer" sowie spezifischere Formulierungen wie "modifiziertes Ethylen-Vinylacetat-Copolymer" und "modifiziertes Polyolefin" beziehen sich auf jene Polymere mit einer Anhydridfunktionalität wie bereits definiert, die darauf gepfropft und/oder damit copolymerisiert ist. Vorzugsweise ist bei diesen modifizierten Polymeren die Anhydridfunktionalität aufgepfropft oder damit polymerisiert, im Unterschied zu bloßem Mischen.
Die Formulierung "homogenes Polymer" bezieht sich hier auf Polymerisationsreaktionsprodukte mit relativ enger Molekulargewichtsverteilung und relativ enger Zusammensetzungsverteilung. Homogene Polymere sind in verschiedenen Schichten der erfindungsgemäß verwendeten Mehrschichtfolie brauchbar. Homo gene Polymere unterscheiden sich strukturell von heterogenen Polymeren dahingehend, dass homogene Polymere eine relativ einheitliche Sequenzierung von Comonomeren innerhalb einer Kette, eine spiegelbildliche Sequenzverteilung in allen Ketten und eine Ähnlichkeit der Länge in allen Ketten zeigen, d. h. eine engere Molekulargewichtsverteilung. Homogene Polymere werden zudem in der Regel unter Verwendung von Metallocen oder anderer Katalyse vom Single-Site-Typ statt der Verwendung von Ziegler-Natta-Katalysatoren hergestellt.
Ein homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer kann allgemein durch die Copolymerisation von Ethylen und einem oder mehreren beliebigen α-Olefinen hergestellt werden. Das α-Olefin ist vorzugsweise ein C₃- bis C₂₀-α-Monoolefin, insbesondere ein C₄- bis C₁₂-α-Monoolefin, besonders bevorzugt C₄- bis C₈-α-Monoolefin. Besonders bevorzugt umfasst das α-Olefin mindestens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Buten-1, Hexen-1 und Octen-1, d. h. 1-Buten, 1-Hexen beziehungsweise 1-Octen. Am meisten bevorzugt umfasst das α-Olefin Octen-1 und/oder ein Gemisch aus Hexen-1 und Buten-1.
Verfahren zur Herstellung und Verwendung linearer homogener Polymere sind in US-A-5 206 075, US-A-5 241 031 und der internationalen PCT-Anmeldung WO-A-93/03093 offenbart, die am 18. Februar 1993 veröffentlicht wurde. Eine weitere Art homogener Ethylen/α-Olefin-Copolymere sind die "im Wesentlichen linearen" homogenen Copolymere, die auch als "langkettig verzweigte" homogene Copolymere bezeichnet werden, die in US-A-5 272 236 von LAI et. al. und US-A-5 278 272 von LAI et al. offenbart sind. Jedes dieser Patente offenbart im Wesentlichen lineare, homogene, langkettig verzweigte Ethylen/α-Olefin-Copolymere, die von The Dow Chemical Company produziert und vermarktet werden.
Die Bezeichnungen "innere Schicht" und "Innenschicht" beziehen sich hier auf jegliche Schicht einer Mehrschichtfolie, deren beide Hauptoberflächen direkt an eine andere Schicht der Folie geklebt sind.
Die Bezeichnung "äußere Schicht" bezieht sich hier auf jegliche Folienschicht der Folie, bei der weniger als zwei ihrer Hauptoberflächen direkt an einer anderen Schicht der Folie kleben. Die Bezeichnung schließt Einschicht- und Mehrschichtfolien ein. In Mehrschichtfolien gibt es zwei äußere Schichten, die jeweils eine Hauptoberfläche haben, die an nur einer anderen Schicht der Mehrschichtfolie klebt. In Einschichtfolien gibt es nur eine Schicht, die natürlich eine äußere Schicht ist, da keine ihrer beiden Hauptoberflächen an eine andere Schicht der Folie geklebt ist.
Die Bezeichnung "Innenseitenschicht" bezieht sich hier auf die äußere Schicht einer Mehrschichtfolie, die sich nach dem Aufblasen am nächsten an dem Gas in den Kammern befindet, verglichen mit den anderen Schichten der Mehrschichtfolie. Die "Innenseitenoberfläche" der Folie ist die Oberfläche in Kontakt mit dem Gas in den Kammern nach dem Aufblasen.
Die Bezeichnung "Außenseitenschicht" bezieht sich hier auf die äußere Schicht einer Mehrschichtfolie, die sich nach dem Aufblasen am weitesten entfernt von dem Gas in den Kammern befindet, verglichen mit den anderen Schichten der Mehrschichtfolie. Die "Außenseitenoberfläche" der Folie ist die Oberfläche der Folie, die nach dem Aufblasen am weitesten von den Kammern entfernt ist.
Der Begriff "geklebt" schließt Folien ein, die direkt unter Verwendung von Heißsiegelung oder anderen Mitteln aneinander geklebt sind, sowie Folien, die unter Verwendung von Klebstoff, der sich zwischen den beiden Folien befindet, aneinander geklebt sind.
Die Formulierung "Versagensdruck" bezieht sich auf jenen Druck, bei dem der aufblasbare Gegenstand "versagt", wenn er gemäß dem in den folgenden Beispielen beschriebenen Berstdrucktest aufgeblasen wird. Der Gegenstand "versagt", wenn entweder die Folie platzt oder Versagen der Siegelung oder Delaminierung zeigt, was für das bloße Auge unmittelbar erkennbar ist (d. h. geringfügiges Versagen der Siegelung oder geringfügige Delaminierung sind nicht eingeschlossen). Der Versagensdruck wird bestimmt, indem der Gegenstand aufgeblasen wird, während sich der Gegenstand in einer Umgebung mit 1 Atmosphäre Umgebungsdruck und 25°C Umgebungstemperatur befindet.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer aufblasbarer Gegenstand 10 gezeigt, der zwei Folien 12 und 14 mit jeweiligen inneren Oberflächen 12a und 14a umfasst, die in einem Muster aneinandergesiegelt sind, das eine Reihe von aufblasbaren Kammern 16 mit der festgelegten Länge "L" definiert. Die Länge L kann für jede der Kammern 16 im Wesentlichen die gleiche sein, wobei benachbarte Kammern wie gezeigt voneinander versetzt sind, um die Kammern in enger Nähe zueinander anzuordnen. Folien 12 und 14 sind in einem Muster von Siegelungen 18 aneinander gesiegelt, wobei ungesiegelte Flächen zurückbleiben, die die aufblasbaren Kammern so definieren, dass jede der Kammern mindestens eine Breitenänderung über ihre Länge L aufweist. Das heißt, dass die Siegelungen 18 gemustert sein können, um in jeder Kammer 16 eine Reihe von Bezirken 20 mit relativ großer Breite bereitzustellen, die über relativ enge Durchgänge 22 mit den anderen Zellen der Kammer in Fließverbindung stehen. Im aufgeblasenen Zustand können die Bezirke 20 im Wesentlichen kugelförmige Bläschen in dem aufblasbaren Gegenstand 10 bereitstellen, indem sich diese Bezirke der Folien 12 und 14, die die Wände des Bereichs 20 umfassen, symmetrisch nach außen bewegen. Dies erfolgt allgemein, wenn die Folien 12 und 14 hinsichtlich der Dicke, Flexibilität und Elastizität identisch sind. Folien 12 und 14 können jedoch von unterschiedlicher Dicke, Flexibilität oder Elastizität sein, so dass das Aufblasen zu einer unterschiedlichen Verdrängung der Folien 12 und 14 führt, wodurch halbkugelförmige oder asymmetrische Bläschen bereitgestellt werden.
Siegelungen 18 sind auch strukturiert, um Aufblasanschlüsse 24 bereitzustellen, die sich an dem proximalen Ende 26 von jeder der aufblasbaren Kammern 16 befinden, um Zugang zu jeder Kammer bereitzustellen, so dass die Kammern aufgeblasen werden können. Das distale Ende 28 gegenüber dem proximalen Ende 26 jeder Kammer ist verschlossen. Die Siegelungen 18 am proximalen Ende 26 sind, wie gezeigt, intermittierend, wobei dazwischen die Aufblasanschlüsse 24 gebildet sind. Die Aufblasanschlüsse 24 haben vorzugsweise eine engere Breite als aufblasbare Bezirke 20 mit relativ großer Breite, um die Größe der Siegelung zu minimieren, die erforderlich ist, um jede Kammer 16 zu verschließen, nachdem sie aufgeblasen worden ist.
Der aufblasbare Gegenstand 10 schließt ferner ein Paar Flansche 30 in Längsrichtung ein, die durch einen Abschnitt von jeder der Folien 12 und 14 gebildet werden, der sich über die Aufblasanschlüsse 24 und intermittierenden Siegelungen 18 hinaus erstreckt. In der in 1 gezeigten Ausführungsform erstrecken sich Flansche 30 gleichmäßig über die Anschlüsse 24 und Siegelungen 18 hinaus. Die Flansche haben demnach äquivalente Breiten, die als Breite "W" gezeigt sind. Flansche 30 bilden zusammen mit den Anschlüssen 24 und Siegelungen 18 eine offene Aufblaszone in dem aufblasbaren Gegenstand 10, die vorteilhaft so ausgestaltet ist, um rasches und zuverlässiges Aufblasen der Kammern 16 zu liefern. Die innere Oberfläche der Flansche 30 kann in engen gleitfähigen Kontakt mit nach außen weisenden Oberflächen einer geeignet ausgestalteten Düse oder anderem Aufblasmittel gebracht werden, um so eine teilweise geschlossene Aufblaszone zu liefern, die effizientes und zuverlässiges sequentielles Aufblasen der Kammern 16 fördert, ohne die Bewegung der Bahn oder Aufblasdüse einzuschränken, die erforderlich ist, um dieses sequentielle Aufblasen zu bewirken. Die Flansche 30 sind vorzugsweise mindestens 0,6 cm (1/4 Zoll) breit und insbesondere mindestens 1,27 cm (1/2 Zoll) breit. Die Flansche können unterschiedliche Breiten haben, es ist allgemein jedoch bevorzugt, dass sie gleich breit sind, wie in 1 gezeigt ist. Eine bevorzugte Vorrichtung und ein bevorzugtes Verfahren, um das Aufblasen und Versiegeln der Kammern zu bewirken, ist in US 2002/0166788 A1, veröffentlicht am 14. November 2002, von Sperry et al. Mit dem Titel "APPARATUS AND METHOD FOR FORMING INFLATED CHAMBERS" bekannt.
Das Siegelmuster der Siegelungen 18 stellen vorzugsweise nicht-aufblasbare planare Bereiche zwischen den Kammern 16 zur Verfügung. Diese planaren Bereiche dienen als flexible Verbindungsstellen, die vorteilhaft verwendet werden können, um den aufgeblasenen Gegenstand zu biegen oder sich um ein Produkt herum zu schmiegen, um optimalen Polsterungsschutz zu liefern. In einer anderen Ausführungsform kann das Siegelmuster relativ enge Siegelungen umfassen, die keine planaren Bereiche zur Verfügung stellen. Diese Siegelungen dienen als die gemeinsame Grenze zwischen benachbarten Kammern. Ein derartiges Siegelmuster ist beispielsweise in US-A-4 551 379 gezeigt. Die Siegelungen können Heißsiegelungen zwischen den inneren Oberflächen der Folien 12 und 14 sein. Folien 12 und 14 können alternativ durch Klebstoff miteinander verbunden sein. Heißsiegelungen sind bevorzugt, und der Kürze wegen wird hier nachfolgend allgemein der Begriff "Heißsiegelung" verwendet. Dieser Begriff sollte jedoch so verstanden werden, dass die Bildung von Siegelungen 18 durch Adhäsion der Folien 12 und 14 sowie durch Heißsiegelung eingeschlossen ist Mehrschichtfolien 12 und 14 umfassen ein thermoplastisches heißsiegelbares Polymer auf ihrer inneren Oberfläche, so dass, nachdem die Folien 12 und 14 übereinander gelegt worden sind, der aufblasbare Gegenstand 10 gebildet werden kann, indem die übereinander gelegten Lagen über eine Siegelwalze mit geheizten erhöhten Stegflächen geführt werden, die in der Form dem gewünschten Muster der Siegelungen 18 entsprechen. Die Siegelwalze führt Wärme zu und bildet Siegelungen 18 zwischen den Folien 12 und 14 in dem gewünschten Muster und bildet dadurch auch Kammern 16 mit einer gewünschten Form. Das Siegelmuster auf der Siegelwalze liefert somit auch intermittierende Siegelungen am proximalen Ende 26, durch die Aufblasanschlüsse 24 gebildet werden, und die auch effektiv zur Bildung der Flansche 30 führen. Weitere Details hinsichtlich Verfahren zur Herstellung des aufblasbaren Gegenstands 10 werden nachfolgend offenbart und sind auch in der in gemeinsamem Besitz befindlichen US-A-6 800 162 mit dem Titel INTEGRATED PROCESS FOR MAKING INFLATABLE ARTICLE (Kannankeril et al.), eingereicht am 22. August 2001, sowie WO 03/018300 A1, veröffentlicht am 6. März 2003 mit dem Titel PROCESS FOR MAKING INFLATABLE ARTICLE (Kannankeril et al.) offenbart, eingereicht am 22. August 2002.
Die Heißsiegelbarkeit der Folien 12 und 14 wird geliefert, indem Folien 12 und 14 als Mehrschichtfolien bereitgestellt werden, die jeweils mit einer äußeren Folienschicht, die ein heißsiegelbares Polymer umfasst, in Kontakt miteinander sind. Auf diese Weise können die Aufblasanschlüsse 24 durch Heißsiegelmittel nach Aufblasen einer entsprechenden Kammer geschlossen werden.
Folien 12 und 14 sind anfangs getrennte Folien, die in übereinanderliegende Position gebracht und gesiegelt werden, oder sie können gebildet werden, indem eine Einzellage mit der heißsiegelbaren Oberfläche nach innen auf sich selbst gefaltet wird. Der Längsrand gegenüber von Flanschen 30, in 1 als Rand 32 gezeigt, ist nun geschlossen. Der geschlossene Rand 32 kann in dem Gegenstand gebildet werden, wenn eine Einzellage gefaltet wird, um die Lagen 12 und 14 zu bilden, wodurch die Falte Rand 32 bildet, oder indem die separaten Folien 12 und 14 in der Nähe des Längsrandes als Tel des Musters der Siegelungen 18 gesiegelt werden. Obwohl dieser Rand in 1 geschlossen gezeigt ist, kann dieser Rand in anderen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands offen sein und umfasst ein Paar Flansche ähnlich Flanschen 30, um eine zweite offene Aufblaszone zum Aufblasen einer zweiten Reihe von aufblasbaren Kammern zu liefern, oder um die Kammern von beiden Enden aufzublasen. Der nicht gesiegelte Abschnitt kann gegebenenfalls ferner einen Durchgang in Maschinenrichtung einschließen, der als Verteiler dient, d. h. jeden der Durchgänge entlang eines Rands des Gegenstands verbindet. Hierdurch kann der Gegenstand rascher aufgeblasen werden.
Die zur Herstellung des erfindungsgemäßen aufblasbaren zellulären Polstergegenstands verwendeten Folien sind Mehrschichtfolien mit einer Siegelschicht, einer Gasbarriereschicht und einer Verbindungsschicht zwischen der Siegelschicht und der Gasbarriereschicht. Die Siegelschichten können jedes heißsiegelbare Polymer einschließlich Polyolefin, Polyamid, Polyester und Polyvinylchlorid und Ionomerharz umfassen. Die Siegelschichten enthalten vorzugsweise ein Polymer mit einem Hauptpeak im DSC von weniger als 105°C oder ein Ethylen/Vinylacetat-Copolymer mit einem Schmelzpunkt unter 80°C. Zu bevorzugten Polymeren zur Verwendung in den Siegelschichten gehören Olefinhomopolymere und -copolymere, insbesondere Ethylen/α-Olefin-Copolymer, insbesondere homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer, lineares homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer, homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit langkettiger Verzweigung und Ionomerharz. Besonders bevorzugte Siegelpolymere schließen homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer ein, wie ein langkettiges verzweigtes, homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer, z. B. AFFINITY^® im Wesentlichen lineares, homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer, hergestellt von The Dow Chemical Company, oder EXACT^® lineares homogenes Produkt, hergestellt von Exxon Chemical Company. Besonders bevorzugt sind Ethylen/Hexen- und Ethylen/Octen-Copolymere.
Obwohl der aufblasbare Gegenstand hergestellt wird, indem zwei äußere Folienschichten aneinander gesiegelt werden, werden hier, wenn der Folienquerschnitt in Bezug auf die Schichtzusammensetzung wie bevorzugt symmetrisch ist, beide äußeren Schichten als "Siegelschichten" bezeichnet, selbst wenn nur eine der Schichten nicht an die andere Folie heißgesiegelt wird, die den aufblasbaren Gegenstand bildet. Weil die Siegelschichten den überwiegenden Teil des Gesamtgewichts der Folie stellen, sind die Siegelschichten zu mehr als nur dem Zweck der Siegelung vorhanden. Die Siegelschichten liefern einen Wesentlichen Teil der Festigkeits-, Massen-, Gebrauchsfestigkeits-, Abrieb- und Schlagfestigkeitseigenschaften des aufblasbaren Gegenstands. Vorzugsweise ist der Querschnitt der Mehrschichtfolie in Bezug auf Schichtanordnung, Schichtdicke und Schichtzusammensetzung symmetrisch.
Die Gasbarriereschicht versieht die Mehrschichtfolie mit der Eigenschaft, dass sie gegenüber atmosphärischen Gasen relativ undurchdringlich ist. Hierdurch hat das aufgeblasene Polsterprodukt eine längere Lebensdauer, da die Gasbarriereschicht es dem aufgeblasenen Polsterungsgegenstand ermöglicht, über längere Zeiträume Gas in den Zellen zu halten. Dies ist wichtig, weil das Polsterungsprodukt ohne eine Gasbarriereschicht unter Last in vier bis sieben Tagen einen wesentlichen Fluidverlust zeigen kann, d. h. "kriechen" kann, wie nachfolgend detailliert gezeigt wird. Zu geeigneten Harzen zur Verwendung in der Gasbarriereschicht gehören kristallines Polyamid, kristallinen Polyester, Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer, Polyacrylnitril und kristallines Polycycloolefin. Das kristalline Polymer in der Gasbarriereschicht umfasst kristalline Polyamide wie Polyamid 6, Polyamid 66, Polyamid 9, Polyamid 10, Polyamid 11, Polyamid 12, Polyamid 69, Polyamid 610, Polyamid 612 und Copolymere davon. Zu kristallinen Polyestern gehören Polyethylenterephthalat und Polyethylennaphthalat und Polyalkylencarbonat. Verseiftes Ethylen/Vinylacetat-Copolymer wird oft als Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer (oft als EVOH bezeichnet) bezeichnet und ist ein kristallines Copolymer, das zur Verwendung in der Gasbarriereschicht geeignet ist. Kristalline Cycloolefinpolymere können geeignete Gasbarriereschichten stellen. Ticona ist ein Hersteller derartiger Polycycloolefine. Eine besonders bevorzugte Gasbarriereschicht wird aus 100 CAPLON^® B100WP Polyamid 6 mit einer Viskosität von FAV = 100 hergestellt (d. h. FAV = Ameisensäureviskosität), erhalten von Allied Chemical.
Die Bezeichnung "Verbindungsschicht" bedeutet hier jede innere Schicht mit dem Hauptzweck, zwei Schichten aneinander zu kleben. Eine Verbindungsschicht enthält ein Polymer, das zur kovalenten Bindung an polare Polymere wie Polyamid und Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer in der Lage ist. Die Verbindungsschicht dient in der vorliegenden Erfindung zum Kleben der Siegelschicht an die Gasbarriereschicht. Die Verbindungsschicht kann jedes Polymer mit einer polaren Gruppe darauf umfassen (insbesondere einer Carbonylgruppe), oder jedes andere Polymer, das ausreichend Interschichtadhäsion an angrenzenden Schichten liefert, die Polymere umfassen, die nicht adäquat aneinander kleben. Zu solchen Polymeren gehören Olefin/un gesättigter Ester-Copolymer, Olefin/ungesättigte Säure-Copolmer und anhydridmodifizierte Olefinpolymere und -copolymere, z. B. bei denen das Anhydrid auf das Olefinpolymer oder -copolymer gepfropft ist. Polymere zur Verwendung in Verbindungsschichten umfassen insbesondere anhydridmodifiziertes Polyolefin, anhydridmodifiziertes Ethylen/α-Olefin-Copolymer, Ethylen/Vnylacetat-Copolymer, Ethylen/Butylacrylat-Copolymer, Ethylen/Methylmethacrylat-Copolymer, Ethylen/Acrylsäure-Copolymer, Ethylen/Methacrylsäure-Copolymer und Polyurethan. Modifizierte Polymere, die zur Verwendung als Verbindungsschichten geeignet sind, sind in US-A-3 873 643 von Wu et al. mit dem Titel "Graft Copolymers of Polyolefins and Cyclic acid and acid anhydride monomers"; US-A-4 087 587 von Shida et al. mit dem Titel "Adhesive Blends" und US-A-4 394 485 von Adur mit dem Titel "Four Component Adhesive Blends and Composite Structures" beschrieben.
Bevorzugte Polymere zur Verwendung in der Verbindungsschicht schließen Olefinpolymere ein, die mit einem oder mehreren derartigen Monomeren modifiziert (z. B. gepfropft) sind, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, 4-Methylcyclohex-4-en-1,2-dicarbonsäureanhydrid, Bicyclo[2.2.2]oct-5-en-2,3-dicarbonsäureanhydrid, 1,2,3,4,5,8,9,10-Octahydronaphthalin-2,3-dicarbonsäureanhydrid, 2-Oxa-1,3-diketospiro[4.4]non-7-en, Bicyclo[2.2.1]hept-5-en-2,3-dicarbonsäureanhydrid, Maleopimarinsäure, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, x-Methylbicyclo[2.2.1]hept-5-en-2,3-dicarbonsäureanhydrid, x-Methylnorborn-5-en-2,3-dicarbonsäureanhydrid, Norborn-5-en-2,3-dicarbonsäureanhydrid, endo-cis-Bicyclo[2.2.1]hept-5-en-2,3-dicarbonsäureanhydrid, Methyl-endocis-bicyclo[2.2.1]hept-5-en-2,3-dicarbonsäureanhydrid, Bicyclo[2.2.1]hept-5-en-2,3-dicarbonsäureanhydrid (himic anhydride), Methylbicyclo[2.2.1]hept-5-en-2,3-dicarbonsäureanhydrid und andere kondensierte-Ring-Monomere, die Fachleuten bekannt sind.
In dem erfindungsgemäßen aufblasbaren zellulären Polstergegenstand sorgt die Verbindungsschicht für ein hohes Niveau an Adhäsions- und Kohäsionsfestigkeit, um das Delaminieren der Mehrschichtfolie zu verhindern, wenn der Gegenstand unter Standardbedingungen (d. h. 25°C und 1 Atmosphäre Druck) auf einen Innendruck von 20,7·10^–3 N/mm² (3 psi) aufgeblasen wird und anschließend belastenden Bedingungen ausgesetzt wird, beispielsweise 60°C (140°F) für 4 Stunden. Es ist gefunden worden, dass nicht jedes Verbindungsschichtpolymer in der Lage ist, ein adäquates Niveau der Adhäsions- und Kohäsionsfestigkeit bereitzustellen, um den auf 20,7·10^–3 N/mm² (3 psi) aufgeblasenen Gegenstand mit den gewünschten Leistungseigenschaften zu versehen, wenn er belastenden Bedingungen ausgesetzt wird.
Es ist insbesondere gefunden worden, dass eine Verbindungsschicht, die aus 100 % anhydridgepfropftem Polyethylen niedriger Dichte mit einem auf das Harzgewicht bezogenen Anhydridgehalt von 141 ppm (gemessen durch Pyrolyse-GC-MS) hergestellt worden ist, kein Adhäsions- und/oder Kohäsionsfestigkeitsniveau zeigte, welches verhinderte, dass der Gegenstand, wenn er auf 20,7·10^–3 N/mm² (3 psi) aufgeblasen wurde, sowohl adhäsiv als auch kohäsiv delaminierte. Eine aus 100 % anhydridgepfropftem linearem Polyethylen mit niederer Dichte hergestellte Verbindungsschicht mit einem auf das Harzgewicht bezogenen Anhydridgehalt von 190 ppm lieferte jedoch adäquate Adhäsions- und Kohäsionsfestigkeit, um Delaminierung unter belastenden Bedingungen zu verhindern. Demnach wird angenommen, dass eine Verbindungsschicht, die aus einem anhydridgepfropften Polyolefin mit einem auf das Harzgewicht bezogenen Anhydridgehalt von mindestens 160 ppm hergestellt worden ist, ein gewünschtes Niveau der Adhäsions- und Kohäsionsfestigkeit lie fert, um Foliendelaminierung in einem aufgeblasenen zellulären Polstergegenstand mit einem Innendruck von 20,7·10^–3 N/mm² (3 psi) zu verhindern, wenn der Gegenstand belastenden Bedingungen ausgesetzt wird, wie 60°C (140°F) für 4 Stunden oder einem reduzierten äußeren Druck von 0,542 Atmosphären für 5 Minuten. Das modifizierte Polyolefin ist vorzugsweise ausgewählt aus modifiziertem LLDPE, modifiziertem LDPE, modifiziertem VLDPE und modifiziertem homogenem Ethylen/α-Olefin-Copolymer. Das Polyolefin ist vorzugsweise anhydridmodifiziert, vorzugsweise hat es einen Anhydridgehalt von mindestens 150 ppm, insbesondere 155 ppm, insbesondere 160 ppm, bevorzugter 165 ppm, bevorzugter 170 ppm, bevorzugter 175 ppm, bevorzugter 180 ppm, bevorzugter 185 ppm, bevorzugter 190 ppm, bezogen auf das Harzgewicht. Das modifizierte Polyolefin hat vorzugsweise einen Anhydridgehalt von 150 bis 1000 ppm, insbesondere 160 bis 500 ppm, insbesondere 165 bis 300 ppm, insbesondere 170 bis 250 ppm, insbesondere 175 bis 220 ppm, insbesondere 180 bis 210 ppm, insbesondere 185 bis 200 ppm, bezogen auf das Harzgewicht.
Bestimmung des Anhydridgehalts in Harzen
Der Anhydridgehalt wurde für zwei Verbindungsschichtharze bestimmt, die zur Herstellung der aufblasbaren Gegenstände in den nachfolgend beschriebenen Beispielen verwendet wurden. Die Harze waren Plexar^® PX3236 anhydridmodifiziertes lineares Polyethylen niedriger Dichte und Plexar^® PX165 anhydridmodifiziertes Polyethylen niedriger Dichte, beide wurden von Quantum Chemical Company erhalten. Zur Quantifizierung von Maleinsäureanhydrid in den PX3236- und PX165-Harzen wurde Pyrolyse-Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) verwendet. Der Gesamtmaleinsäureanhydridgehalt war wie folgt:
In der Pyrolyse-GC-MS-Analyse wurde für jedes Harz eine 10 mg Probe in ein Quarzrohr gegeben und mit silanbehandelter Glaswolle gesichert. Das Quarzrohr wurde in eine CDS Analytical Pyroprobe 2000 Spulensonde eingesetzt. Die Sonde wurde in einer geheizten Schnittstelle (280°C) angeordnet und das Harz in einer inerten Atmosphäre 10 Sekunden lang bei 700°C pyrolysiert. Die flüchtigen Substanzen aus den Harzen wurden mit 40 ml/Minute auf einer Tenax-Falle aufgefangen. Der Inhalt der Falle wurde nach 10 Sekunden thermisch auf das GC-MS desorbiert. Die Bedingungen waren wie nachfolgend gezeigt:
Die Konzentration von Maleinsäureanhydrid in den Harzen wurde durch Vergleich der Ergebnisse bestimmt, die mit bekannten Maleinsäureanhydridstandards in Methanol erhalten wurden, die zusammen mit den Plexar^®-Harzen analysiert wurden.
Den Folien wurden, falls erwünscht oder erforderlich, auch verschiedene Additive zugegeben. Additive umfassen beispielsweise Pigmente, Färbungsmittel, Füllstoffe, Antioxidantien, Flammhemmstoffe, antibakterielle Mittel, Antistatikmittel, Stabilisatoren, Duftstoffe, Geruchsmaskierungsmittel, Antiblockiermittel, Gleitmittel, Kristallkeimbildner und dergleichen. Die vorliegende Erfindung umfasst somit die Verwendung geeigneter Folienbestandteile.
3 illustriert eine Querschnittansicht einer bevorzugten Mehrschichtfolie zur Verwendung als Folien 12 und 14 in 1 und 2. In 3 ist eine Querschnittansicht von Folie 12 mit A/B/C/B/A-Struktur gezeigt, wobei Folie 12 eine Gesamtdicke von 40,6 μm (1,6 mil) hatte.
Die A-Schichten waren jeweils Siegelschichten, und jede stellte 43 % der Gesamtdicke der Folie. Jede der A-Schichten war ein Gemisch aus 45 Gew.% HCX002 linearem Polyethylen niedriger Dichte mit einer Dichte von 0,941 g/cm³ und einem Schmelzindex von 4, erhalten von Mobil, 45 Gew.% LF10218 Polyethylen niedriger Dichte mit einer Dichte von 0,918 g/cm³ und einem Schmelzindex von 2, erhalten von Nova, und 10 Gew.% SLX9103 Metallocen-katalysiertes Ethylen/Buten/Hexen-Terpolymer, erhalten von Exxon.
Die B-Schichten waren jeweils Verbindungsschichten, und jede stellte 2 % der Gesamtdicke der Folie 12. Jede der B-Schichten waren Verbindungsschichten, die aus 100 % Plexar^® PX3236 anhydridmodifiziertem linearem Polyethylencopolymer niedriger Dichte hergestellt waren, erhalten von Quantum Chemical.
Eine Pyrolyseanalyse von Plexar PX3236 führte zu einer Bestimmung der Anwesenheit von Anhydrid in einem Gehalt von 190 ppm, bezogen auf das Harzgewicht.
Die C-Schicht war eine Gasbarriereschicht und stellte 10 der Gesamtdicke von Folie 12. Die C-Schicht war eine Gasbarriereschicht aus 100 % Caplon^® B100WP Polyamid 6 mit einer Viskosität von FAV = 100, erhalten von Allied Chemical.
4 ist ein Schema einer besonders bevorzugten Vorrichtung und eines besonders bevorzugten Verfahrens 50 zur Herstellung des erfindungsgemäßen aufblasbaren Polstergegenstands. In 4 extrudieren Extruder 52 und 54 wie gezeigt die erste Folie 56 beziehungsweise die zweite Folie 58 aus Schlitzdüsen. Nach der Extrusion war Folie 56 teilweise um Wärmeübertragungs-(Kühl)-Walze 60 gewickelt, die vorzugsweise einen Durchmesser von 20,32 cm (8 Zoll) hat und auf einer Oberflächentemperatur gehalten wird, die deutlich unter der Schmelztemperatur des Extrudats liegt, z. B. 37,8 bis 65,6°C (100 bis 150°F). Die zweite Folie 58 war teilweise um jede der Wärmeübertragungs-(Kühl)-Walzen 62 und 64 gewickelt, die jeweils einen Durchmesser von 20,3 cm (8 Zoll) haben und jeweils auf einer Oberflächentemperatur ähnlich derjenigen von Kühlwalze 60 gehalten werden. Nach dem Abkühlen war die erste Folie 56 teilweise (etwa 90 Grad) um die Teflon^®-beschichtete Kautschukquetschwalze 66 gewickelt, die einen Durchmesser von 20,3 cm (8 Zoll) hat und die als Hauptfunktion den Quetschkontakt mit der Wärmeübertragungs-(Heiz)-Walze 70 mit erhöhter Oberfläche aufrechterhält. Während die erste Folie 56 über Quetschwalze 66 transportiert wird, mischt sich die zweite Folie 58 mit der erste Folie 56, wobei beide Folien zusammen ein kurzes Stück um Quetschwalze 66 herumgewickelt sind, bevor sie zusammen in den ersten Quetschspalt 68 eintreten. Quetschwalze 66 liefert eine Position, an der die Folien 56 und 58 zusammenkommen, ohne fehlerhaft oder verformt zu werden.
Danach tritt die zweite Folie 58 in direkten Kontakt mit Walze 70 mit erhöhter Oberfläche (die der einfacheren Darstel lung halber als glatte Walze dargestellt ist). Der erste Quetschspalt 68 setz die Folien 56 und 58 einem Druck von 13,8 bis 68,9·10^–3 N/mm² (2 bis 10 lb pro linearem Zoll), vorzugsweise 27,7·10^–3 N/mm² (2 bis 6 lb pro linearem Zoll), insbesondere etwa 27,6·10^–3 N/mm² (4 lb pro linearem Zoll) aus.
Folien 56 und 58 sind zusammen über eine Distanz von etwa 180 Grad in Kontakt mit Walze 70 mit erhöhter Oberfläche. Walze 70 mit erhöhter Oberfläche hat einen Durchmesser von 30,5 cm (12 Zoll) und wird erwärmt, indem heißes Öl hindurchzirkuliert, so dass die Oberfläche auf einer Temperatur von 138°C bis 177°C (280°F bis 350°F) gehalten wird und Ränder der erhöhten Oberfläche hat, die auf einen Radius von 0,4 mm (1/64 Zoll) abgerundet sind. Die Rolle 70 mit der erhöhten Oberfläche trägt eine Teflon^®-Polytetrafluorethylenbeschichtung, wobei die erhöhten Oberflächen um eine Distanz von 0,64 cm (1/4 Zoll) oberhalb des Hintergrunds liegen. Die erhöhte Oberfläche der Walze 70 mit erhöhter Oberfläche ist zudem mit einer Oberflächenrauheit von 50 bis 500 quadratischer Mittelwert (d. h. "rms") versehen, vorzugsweise 100 bis 300 rms, insbesondere etwa 250 rms. Dieser Rauheitsgrad verbessert die Trennqualitäten der Walze 70 mit erhöhter Oberfläche, ermöglicht schnellere Verarbeitungsgeschwindigkeiten und ein hochwertiges Produkt, das nicht durch Rückschlag auf Walze 70 beschädigt wird.
Die erhöhte Oberfläche erwärmt jenen Folienanteil 58, der in Kontakt mit der erhöhten Oberfläche der Walze 70 ist. Wärme wird von der Walze 70 mit erhöhter Oberfläche durch einen erwärmten Abschnitt der Folie 58 hindurch übertragen, um einen entsprechenden Abschnitt der Folie 56 zu erwärmen, der an Folie 58 heißgesiegelt werden soll. Die erwärmten Folien 58 und 56 passieren, wenn sie die Walze 70 mit erhöhter Oberfläche um etwa 180 Grad passieren, zusammen den zweiten Quetschspalt 72, der die erwärmten Folien 58 und 56 etwa dem gleichen Druck aussetzt, wie er in dem ersten Quetschspalt 68 ausgeübt wird, was zu einer strukturierten Heißsiegelung zwischen den Folien 56 und 58 führt.
Nach Passieren des zweiten Quetschspalts 72 gelangen Folien 58 und 56, die jetzt aneinander gesiegelt sind, etwa 90 Grad um Wärmeübertragungs-(Kühl)-Walze 74 herum, die einen Durchmesser von 30,5 m (12 Zoll) hat und durch die Kühlwasser geleitet wird, wobei das Kühlwasser eine Temperatur von 37,8°C bis 65,6°C (100°F bis 150°F) hat. Kühlwalze 74 trägt eine 0,64 cm (1/4 Zoll) dicke Trenn- und Wärmeübertragungsbeschichtung. Die Beschichtung ist aus einer Zusammensetzung mit der Bezeichnung "SA-B4" hergestellt, die von Silicone Products and Technologies Inc., Lancaster, N.Y., USA, geliefert und auf eine Metallwalze aufgebracht wurde. Die Beschichtung enthält Silikonkautschuk, um Kühlwalze 74 mit einer Shore A-Härte von 40 bis 100, vorzugsweise 50 bis 80, insbesondere 50 bis 70 und bevorzugter etwa 60 zu versehen. Die SA-B4-Zusammensetzung enthält auch einen oder mehrere Füllstoffe, um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen, damit die Fähigkeit der Kühlwalze 74 zum Kühlen der noch heißen Folien verbessert wird, die nun miteinander versiegelt sind, um zu einem aufblasbaren Gegenstand 10 zu führen, der danach aufgerollt wird, um eine Rolle zum Transport und nachfolgenden Aufblasen und Versiegeln zu bilden, um zu einem Polstergegenstand zu führen.
Um das Verfahren mit relativ hoher Geschwindigkeit durchzuführen, z. B. Geschwindigkeiten von mindestens 36,58 m (120 ft) pro Minute, vorzugsweise 45,7 bis 91,4 m (150 bis 300 ft) pro Minute, jedoch bis zu so hoch wie 152,4 m (500 ft) pro Minute, hat es sich als wichtig erwiesen, die Fertigungsvorrichtung mit mehreren Merkmalen zu versehen. Erstens sollte die Walze mit erhöhter Oberfläche mit einer Trennbeschichtung oder -schicht versehen werden, und es sollten auch scharfe Ränder vermieden werden, die eine saubere Ablösung der Folie von der Walze mit erhöhter Oberfläche stören. Der Begriff "Trennbeschichtung" schließt hier alle Trennbeschichtungen und -schichten einschließlich mehrfach aufgegossener Beschichtungen, aufgebrachter Beschichtungen, wie gebürsteter und gesprühter Beschichtungen, die auf der Walze härten, und sogar ein auf die Walze geklebtes Trenntape ein. Eine bevorzugte Trennbeschichtungszusammensetzung ist Teflon^® Polytetrafluorethylen. Als zweites sollten die Ränder der erhöhten Oberflächen auf einen ausreichend großen Radius abgerundet werden, so dass sich die Folie leicht löst, ohne am Rand wegen dessen "Schärfe" relativ zu der erweichten Folie festzuhängen. Der Krümmungsradius beträgt vorzugsweise 0,1 bis 9,5 mm (1/256 Zoll bis 3/8 Zoll), insbesondere 0,2 bis 1,6 mm (1/128 Zoll bis 1/16 Zoll), insbesondere 0,25 mm bis 0,8 mm (1/100 Zoll bis 1/32 Zoll) und insbesondere etwa 0,4 mm (1/64 Zoll). Es ist auch wichtig, die Kühlwalze stromabwärts von und in Quetschbeziehung mit der Walze mit der erhöhten Oberfläche mit einer Trennbeschichtung oder -schicht wie oben beschrieben zu versehen.
Die Kühlwalze senkt die Temperatur der gewählten erwärmten Abschnitte des Laminats, um die Heißsiegelungen zu kühlen, so dass sie ausreichend stark werden, um weiter verarbeitet zu werden, ohne beschädigt oder geschwächt zu werden. Das Kühlmittel ist zudem vorzugsweise unmittelbar stromabwärts von dem Heizmittel (d. h. der Walze mit erhöhter Oberfläche), um Wärmeübertragung von den noch heißen Siegelungen auf nicht erwärmte Abschnitte der Folie zu reduzieren, um zu verhindern, dass nicht erwärmte Abschnitte des laminierten Gegenstands so warm werden, dass die Folien in einem Bereich schmelzen, der als Aufblaskammer oder Aufblasdurchgang dienen soll.
Die zur Herstellung des aufblasbaren Gegenstands verwendeten Folien sind vorzugsweise geblasene oder Gießfolien. Blasfolien, auch als heißgeblasene Folien bezeichnet, werden von einer Ringdüse aufwärts extrudiert und werden, während sie noch geschmolzen sind, in Längs- und Querrichtungen orientiert, indem das ringförmige Extrudat zu einer Blase (Querorientierung aufgeblasen wird und die Blase mit einer schnelleren Geschwindigkeit als der Extrusionsgeschwindigkeit gezogen wird (Orientierung in Maschinenrichtung). Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Folie zur erfindungsgemäßen Verwendung ist ein Gießextrusionsverfahren, bei dem geschmolzenes Polymer durch eine Schlitzdüse extrudiert wird, wobei das Extrudat die gekühlte Walze kurz nach der Extrusion kontaktiert. Sowohl heiße Blasfolien als auch Gießfolien haben eine gesamte freie Schrumpfung (d. h. freie Schrumpfung in Maschinenrichtung plus freie Schrumpfung in Querrichtung) bei 85°C (185°F) von weniger als 15 %, gemessen gemäß ASTM D 2732, insbesondere weniger als 10 %.
Die Folien, aus denen der aufblasbare zelluläre Polstergegenstand hergestellt wird, sind ausreichend dick, damit der aufblasbare Gegenstand adäquate Festigkeit und Dauerhaftigkeit hat, jedoch ausreichend dünn, um die erforderliche Harzmenge zu minimieren. Wenn die Maximalabmessung der Zellen 2,54 bis 7,62 cm (1 bis 3 Zoll) beträgt, hat vorzugsweise jede der Folien eine Dicke von 2,5 bis 508 μm (0,1 bis 20 mil), insbesondere 12,7 bis 25,4 μm (0, 5 bis 10 mil), insbesondere 12,7 bis 101,6 μm (0,5 bis 4 mil), insbesondere 12,7 bis 76,2 μm (0,5 bis 3 mil), insbesondere 25,4 bis 76,2 μm (1 bis 3 mil), insbesondere 25,4 bis 50,2 μm (1 bis 2 mil) und insbesondere etwa 40,6 μm (1,6 mil). Da die Folien keine insgesamt gleichförmige Dicke haben, können sie auch so beschrieben werden, dass sie ein Flächengewicht von 20 bis 70 g/m², insbesondere 25 bis 65 g/m², insbesondere 30 bis 60 g/m², insbesondere 30 bis 50 g/m², insbesondere 30 bis 45 g/m² und insbesondere etwa 38 g/m² aufweisen.
Beispiel Nr. 1
Ein erster aufblasbarer Gegenstand wurde gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und gealtert. Das Verfahren wurde durch Extrudieren, Abkühlen, Heißsiegelung, Kühlen, Aufwickeln und Altern zweier Mehrschichtfolien in einem integrierten Verfahren durchgeführt, wie in 4 dargestellt und oben beschrieben. Jede Folie hatte die gleiche A/B/C/B/A-Struktur, wie allgemein in 3 illustriert ist, wobei jede Folie ein Flächengewicht von 38,6 g/m² (42,5 g pro 12 ft²) hatte, wobei jede Folie eine durchschnittliche Dicke von etwa 40,6 μm (1,6 mil) hatte. Die Schichtanordnungen, Dicken und Zusammensetzungen der verschiedenen Schichten von jeder der Folien sind nachfolgend beschrieben:
Der resultierende aufblasbare Gegenstand wurde durch Siegeln in dem in 1 dargestellten Muster hergestellt und hatte, wenn er nach der Alterung aufgeblasen wurde, ein Aussehen gemäß 2. Der aufblasbare Gegenstand hatte eine flachgelegte (nicht aufgeblasene) Breite von 39,4 cm (15,5 Zoll). Jede Kammer bestand aus einem Aufblasanschluss und 7 Zellen in Reihe, wobei jede Zelle eine runde Form hatte und einen Durchmesser im flachgelegten Zustand, d. h. vor dem Aufblasen, von 4,5 cm (1,75 Zoll) hatte. Die Kanäle zwischen den Zellen hatten eine Breite im flachgelegten Zustand von 1,5 cm (0,6 Zoll).
Der aufblasbare Gegenstand wurde sofort aus dem Fertigungsbereich genommen und bei einer Temperatur von 60°C (140°F) zwei Stunden gealtert, unmittelbar danach wurde der aufblasbare Gegenstand normalisiert, indem er 20 Minuten in einer Umgebung mit 23°C und 50 % relativer Feuchtigkeit aufbewahrt wurde, wobei der Berstdrucktest mit dem Gegenstand am Ende des Zeitraums von 20 Minuten durchgeführt wurde, während der Gegenstand in der Umgebung mit 23°C und 50 % relativer Feuchtigkeit verblieb. Das Bersttestergebnis wird in einer folgenden Tabelle gezeigt, die nach den verschiedenen Beispielen angeordnet ist.
Vergleichsbeispiel Nr. 1
Ein aufblasbarer Gegenstand wurde genau wie in Beispiel Nr. 1 hergestellt, jedoch wurde der resultierende aufblasbare Gegenstand unmittelbar nach Abschluss des Fertigungsverfahrens nicht altern gelassen, sondern stattdessen sofort aus dem Fertigungsverfahrensbereich genommen und 20 Minuten in einer Umgebung mit 23°C und 50 % relativer Feuchtigkeit angeordnet, wobei der Berstdrucktest mit dem Gegenstand am Ende des Zeitraums von 20 Minuten durchgeführt wurde, während der Gegenstand in der Umgebung mit 23°C und 50 % relativer Feuchtigkeit blieb. Ansonsten wurde der Berstdrucktest in genau der gleichen Weise wie bei dem aufblasbare Gegenstand von Beispiel Nr. 1 durchgeführt. Das Berstdrucktestergebnis wird in der folgenden Tabelle gezeigt.
Der Berstdrucktest
Der Berstdrucktest wurde mit einem Bezirk des aufblasbaren Gegenstands 80 durchgeführt, der mit der zusätzlichen Siegelung 82 modifiziert war, wie in 5 gezeigt ist. Siegelung 82 ist eine Heißsiegelung und ist aus Heißsiegelabschnitt 84 in Längsrichtung und Heißsiegelabschnitt 86 in Querrichtung zusammengesetzt. Siegelabschnitt 84 in Längsrichtung verläuft parallel zu Rand 33 und ist in einem gewünschten Abstand von den Siegelrändern 88 beabstandet, um Aufblasdurchgang 87 zu liefern, so dass die Aufblasdüse 90 (siehe 6A, 6B und 6C) eingeführt und enganliegend gegen seine Innenseite gepasst werden kann. Aufblasdüse 90 ist das Spiegelbild zu darin befindlichen Durchgängen 92 und 94, wobei ein Durchgang mit einer Druckluftquelle verbunden wird, während der andere mit einem Manometer verbunden ist. Durchgänge 92 und 94 haben jeweils einen Durchmesser von 2,4 mm (3/32 Zoll). Aufblasdüse 90 wurde in Durchgang 87 eingeschoben, bis das Basisteil von Aufblasdüse 96 in Kontakt mit dem Folienrand 89 kam. Klemme 100 (siehe 7) wurde dann über jenem Abschnitt der Folie um Durchgang 87 herum angeordnet, der den zylindrischen Abschnitt 98 der Aufblasdüse 90 bedeckte. Der zylindrische Abschnitt 98 hatte einen Durchmesser von 9,5 mm (3/8 Zoll).
Wie in den 7A und 7B gezeigt ist, werden Klemmzwingen 100 verwendet, die die obere Klemmzwinge 102 und untere Klemmzwinge 104 umfassen, um die Folien des aufblasbaren Gegenstands 80 in der in den 8A und 8B gezeigten Position enganliegend gegen Aufblasdüse 90 zu halten. Die Vorrichtung, um Druck auszuüben, um Klemmzwingen 100 enganliegend gegen Aufblasdüse 90 zu halten, ist nicht dargestellt, kann jedoch jedes Mittel sein, das Fachleuten bekannt ist, wie C-Klemme, Balkenklemme, Federklemme, hydraulische Klemme, usw. Klemmzwingen 100 reduzieren oder eliminieren den Rückfluss von Druckluft an Aufblasdüse 90 vorbei und aus Durchgang 87 hinaus, wenn sie enganliegend gegen Folie 80 gepresst werden, wie in den 8A und 8B dargestellt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass Siegelabschnitt 86 in Querrichtung dazu dient, ein geschlossenes Ende für Durchgang 87 bereitzustellen, so dass nach Zugabe von Druckluft aus Aufblasdüse 90 elf Kammern simultan aufgeblasen wurden, bis der Artikel barst.
Während des Berstdrucktests wurde der Aufblasdüse Druckluft mit 137,8·10^–3 N/mm² (20 psi) unter Verwendung eines Druckreglers bereitgestellt, wobei der Luftstrom durch eine Drosselvorrichtung (z. B. Öffnung, Nadelventil, usw.) auf 5,7 L (0,2 Standard-ft³) pro Minute bei freiem Fluss geregelt wurde. Der Test wurde durchgeführt, während sich der aufblasbare Gegenstand auf 23°C befand und während der den aufblasbaren Gegenstand umgebende Umgebungsdruck 1 Atmosphäre betrug.
Als der aufblasbare Gegenstand riss, wurde der Spitzendruck aufgezeichnet. Der aufblasbare Gegenstand des Beispiels erreichte vor dem Bersten einen Druck von etwa 55,1 bis 62,0·10^–3 N/mm² (8 bis 9 psi). Der aufblasbare Gegenstand des Beispiels erreichte vor dem Bersten einen Druck von etwa 34,5 bis 41,3·10^–3 N/mm² (5 bis 6 psi).
Beispiel Nr. 2
Ein zweiter aufblasbarer Gegenstand wurde gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wie oben in Beispiel Nr. 1 beschrieben hergestellt, gealtert und getestet. In Beispiel Nr. 2 wurde der zweite aufblasbare Gegenstand jedoch hergestellt, indem zwei Folien extrudiert wurden, die jeweils eine Barriereschicht hatten, die etwa 10 % der Gesamtdicke der Folie ausmachte, anstelle der 5 % Gesamtfoliendicke der Barriereschicht von jeder der Folien, die in Beispiel Nr. 1 verwendet worden waren. In Beispiel Nr. 2 hatte jede Folie ein Flächengewicht von 38,6 g/m² (42,5 Gramm auf 12 ft²), wobei jede Folie eine durchschnittliche Dicke von etwa 40,6 μm (1,6 mil) hatte. Die Schichtanordnungen, Dicken und Zusammensetzungen der verschiedenen Schichten von jeder der Folien sind nachfolgend beschrieben:
Der resultierende Gegenstand wurde durch Siegeln und Altern in der gleichen Weise wie in Beispiel Nr. 1 beschrieben hergestellt, wobei der aufgeblasene Gegenstand ein Aussehen, eine Breite im flachgelegten Zustand, Kammer und Zellgröße, Anordnung und Form hatte, die ansonsten wie in Beispiel 1 waren. Das Bersttestergebnis wird in einer folgenden Tabelle gezeigt, die nach den verschiedenen Beispielen angeordnet ist.
Vergleichsbeispiel Nr. 2
Ein aufblasbarer Gegenstand wurde genau wie in Beispiel Nr. 2 hergestellt, jedoch unmittelbar nach Abschluss des Fertigungsverfahrens, der resultierende aufblasbare Gegenstand wurde nicht altern gelassen, sondern stattdessen sofort aus dem Fertigungsverfahrensbereich genommen und 20 Minuten in einer Umgebung mit 23°C und 50 % relativer Feuchtigkeit angeordnet, wobei der Berstdrucktest mit dem Gegenstand am Ende des Zeitraums von 20 Minuten durchgeführt wurde, während der Gegenstand in der Umgebung mit 23°C und 50 % relativer Feuchtigkeit blieb. Ansonsten wurde der Berstdrucktest in genau der gleichen Weise wie bei dem aufblasbare Gegenstand von Beispiel Nr. 2 durchgeführt.
Beispiel Nr. 3
Ein dritter aufblasbarer Gegenstand wurde gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wie oben in Beispiel Nr. 1 beschrieben hergestellt, gealtert und getestet. Der dritte aufblasbare Gegenstand wurde hergestellt, indem zwei Folien extrudiert wurden, die jeweils eine Barriereschicht hatten, die 15 % der Gesamtdicke der Folie ausmachte, anstelle der 5 % Gesamtfoliendicke der Barriereschicht von jeder der Folien, die in Beispiel Nr. 1 verwendet worden waren. Jede Folie hatte ein Flächengewicht von 32,6 g/m² (42,5 Gramm auf 12 ft²) und jede Folie hatte eine durchschnittliche Dicke von etwa 40,6 μm (1,6 mil). Die Schichtanordnungen, Dicken und Zusammensetzungen der verschiedenen Schichten von jeder der Folien sind nachfolgend beschrieben:
Der resultierende Gegenstand wurde durch Siegeln und Altern in der gleichen Weise wie in Beispiel Nr. 1 beschrieben hergestellt, wobei der aufgeblasene Gegenstand ein Aussehen, eine Breite im flachgelegten Zustand, Kammer und Zellgröße, Anordnung und Form hatte, die ansonsten wie in Beispiel 1 waren. Das Bersttestergebnis wird in einer folgenden Tabelle gezeigt, die nach den verschiedenen Beispielen angeordnet ist.
Vergleichsbeispiel Nr. 3
Ein aufblasbarer Gegenstand wurde genau wie in Beispiel Nr. 3 hergestellt, der resultierende aufblasbare Gegenstand wurde jedoch unmittelbar nach Abschluss des Fertigungsverfahrens nicht altern gelassen, sondern stattdessen sofort aus dem Fertigungsverfahrensbereich genommen und 20 Minuten in einer Umgebung mit 23°C und 50 % relativer Feuchtigkeit angeordnet, wobei der Berstdrucktest mit dem Gegenstand am Ende des Zeitraums von 20 Minuten durchgeführt wurde, während der Gegenstand in der Umgebung mit 23°C und 50 % relativer Feuchtigkeit blieb.
Ansonsten wurde der Berstdrucktest in genau der gleichen Weise wie bei dem aufblasbare Gegenstand von Beispiel Nr. 1 durchgeführt.
Die Ergebnisse der verschiedenen Beispiele und Vergleichsbeispiele, die oben beschrieben sind, zeigen die verbesserte Berstfestigkeit der erfindungsgemäß gealterten aufblasbaren Gegenstände. Bei Aufblasen auf einen relativ hohen Innendruck führte Alterung zu einem Gegenstand, der (verglichen mit dem nicht gealterten Gegenstand) höheren Berstdruck aushalten konnte. Höherer Berstdruck korreliert mit der Fähigkeit, extremere Bedingungen zu ertragen, ohne zu bersten.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines aufgeblasenen zellulären Polstergegenstands, bei dem (A) eine erste Mehrschichtfolie mit einer äußeren Heißsiegelschicht, einer Verbindungsschicht und einer Gasbarriereschicht extrudiert wird, die mindestens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus kristallinem Polyamid, kristallinem Polyester, Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer, Polyacrylnitril und kristallinem Polycycloolefin umfasst, wobei die Verbindungsschicht ein anhydridmodifiziertes Olefinpolymer mit einem auf das Gewicht des modifizierten Olefinpolymers bezogenen Anhydridgehalt von mindestens 150 ppm umfasst; (B) eine zweite Mehrschichtfolie mit einer äußeren Heißsiegelschicht, einer Verbindungsschicht und einer Gasbarriereschicht extrudiert wird, die mindestens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus kristallinem Polyamid, kristallinem Polyester, Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer, Polyacrylnitril und kristallinem Polycycloolefin umfasst, wobei die Verbindungsschicht ein anhydridmodifiziertes Olefinpolymer mit einem auf das Gewicht des modifizierten Olefinpolymers bezogenen Anhydridgehalt von mindestens 150 ppm umfasst; (C) ausgewählte Abschnitte von mindestens einer der ersten Mehrschichtfolie und der zweiten Mehrschichtfolie auf eine Temperatur oberhalb einer Schmelztemperatur erwärmt werden, so dass die ersten und zweiten Mehrschichtfolien an einer gewählten Fläche aneinander heißgesiegelt werden, wobei die gewählte Fläche ein Heißsiegelmuster ergibt, das aufblasbare Kammern zwischen der ersten Folie und der zweiten Folie hinterlässt, wodurch ein aufblasbarer zellulärer Polstergegenstand hergestellt wird; (D) mindestens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der ersten Mehrschichtfolie und der zweiten Mehrschichtfolie gealtert wird, wobei das Altern vor dem Aufblasen des aufblasbaren zellulären Polstergegenstands und für eine Zeitdauer und bei einer Temperatur gemäß mindestens einem Mitglied aus der Gruppe bestehend aus (i) 60,6°C bis 121,1°C (141°F bis 250°F) für einen Zeitraum von mindestens 1 Sekunde; (ii) 38,3°C bis 60°C (101°F bis 140°F) für einen Zeitraum von mindestens 10 Minuten; (iii) 16,1°C bis 37,8°C (61°F bis 100°F) für einen Zeitraum von mindestens 1 Stunde; und (iv) –1,1°C bis 15,6°C (30°F bis 60°F) für einen Zeitraum von mindestens 1 Tag ; durchgeführt wird; und (E) der zelluläre Polstergegenstand nach der Alterung aufgeblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Alterung vor dem Erwärmen der gewählten Abschnitte auf die Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem sowohl die erste Mehrschichtfolie als auch die zweite Mehrschichtfolie gealtert werden, bevor die gewählten Abschnitte auf die Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur erwärmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der aufblasbare zelluläre Polstergegenstand nach dem Erwärmen der gewählten Abschnitte auf die Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur gealtert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der aufblasbare zelluläre Polstergegenstand für eine Zeitdauer und bei einer Temperatur gemäß mindestens einem Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) 60,6°C bis 121,1°C (141°F bis 250°F) für einen Zeitraum von 1 Sekunde bis 1 Tag; (ii) 38,3°C bis 60°C (101°F bis 140°F) für einen Zeitraum von 10 Minuten bis 10 Tagen; (iii) 16,1°C bis 37,8°C (61°F bis 100°F) für einen Zeitraum von 1 Stunde bis 100 Tagen; und (iv) –1,1°C bis 15,6°C (30°F bis 60°F) für einen Zeitraum von 1 Tag bis 1 Jahr gealtert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der aufblasbare zelluläre Polstergegenstand für eine Zeitdauer und bei einer Temperatur gemäß mindestens einem Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) 60,6°C bis 21,1°C (141°F bis 250°F) für einen Zeitraum von 1 Sekunde bis 2 Stunden; (ii) 38,3°C bis 60°C (101°F bis 140°F) für einen Zeitraum von 30 Minuten bis 6 Tagen; (iii) 16,1°C bis 37,8°C (61°F bis 100°F) für einen Zeitraum von 1 Tag bis 10 Tagen; und (iv) –1,1°C bis 15,6°C (30°F bis 60°F) für einen Zeitraum von 3 Tagen bis 60 Tagen gealtert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Gasbarriereschicht der ersten Mehrschichtfolie mindestens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus kristallinem Polyamid, kristallinem Polyester, Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer, Polyacrylnitril und kristallinem Polycycloolefin in einer Menge von 3 bis 30 % umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht der Folie, und die Gasbarriereschicht der zweiten Mehrschichtfolie mindestens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus kristallinem Polyamid, kristallinem Polyester, Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer, Polyacrylnitril und kristallinem Polycycloolefin in einer Menge von 3 bis 30 % umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht der Folie.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Gasbarriereschicht der ersten Mehrschichtfolie kristallines Polyamid in einer Menge von 5 bis 20 % umfasst, bezogen auf das Gesamtfoliengewicht, und die Gasbarriereschicht der zweiten Mehrschichtfolie kristallines Polyamid in einer Menge von 5 bis 20 % umfasst, bezogen auf das Gesamtfoliengewicht.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Gasbarriereschicht der ersten Mehrschichtfolie kristallines Polyamid in einer Menge von 8 bis 15 % umfasst, bezogen auf das Gesamtfoliengewicht, und die Gasbarriereschicht der zweiten Mehrschichtfolie kristallines Polyamid in einer Menge von 8 bis 15 % umfasst, bezogen auf das Gesamtfoliengewicht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verbindungsschicht der ersten Mehrschichtfolie ein anhydridmodifiziertes Ethylen/C₄-C₁₀-α-Olefin-Copolymer umfasst und die Verbindungsschicht der zweiten Mehrschichtfolie ein anhydridmodifiziertes Ethylen/C₄-C₁₀-α-Olefin-Copolymer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Verbindungsschicht ein anhydridmodifiziertes Ethylen/C₄-C₈-Copolymer mit einem Anhydridgehalt von mindestens 160 ppm umfasst, bestimmt mittels Pyrolyse-GCMS.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das anhydridmodifizierte Polyolefin anhydridmodifiziertes lineares Polyethylen niedriger Dichte mit einem Anhydridgehalt von mindestens 180 ppm umfasst, bestimmt mittels Pyrolyse-GCMS.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Siegelschicht der ersten Mehrschichtfolie mindestens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus homogenem Ethylen/α-Olefin-Copolymer, Polyethylen sehr niedriger Dichte, Polyethylen niedriger Dichte und linearem Polyethylen niedriger Dichte umfasst und die Siegelschicht der zweiten Mehrschichtfolie mindestens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus homogenem Ethylen/α-Olefin-Copolymer, Polyethylen sehr niedriger Dichte, Polyethylen niedriger Dichte und linearem Polyethylen niedriger Dichte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Mehrschichtfolie erste und zweite äußere Schichten, eine zentrale Gasbarriereschicht, eine erste Verbindungsschicht zwischen der ersten äußeren Schicht und der Gasbarriereschicht und eine zweite Verbindungsschicht zwischen der Gasbarriereschicht und der zweiten äußeren Schicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die zweite Mehrschichtfolie erste und zweite äußere Schichten, eine zentrale Gasbarriereschicht, eine erste Verbindungsschicht zwischen der ersten äußeren Schicht und der Gasbarriereschicht und eine zweite Verbindungsschicht zwischen der Gasbarriereschicht und der zweiten äußeren Schicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die ersten und zweiten äußeren Schichten der ersten Mehrschichtfolie die gleiche Schichtdicke und die gleiche polymere Zusammensetzung haben und die ersten und zweiten Verbindungsschichten der ersten Folie die gleiche Schichtdicke und die gleiche polymere Zusammensetzung haben, und die ersten und zweiten äußeren Schichten der zweiten Folie die gleiche Schichtdicke und die gleiche polymere Zusammensetzung haben und die ersten und zweiten Verbindungsschichten der zweiten Folie die gleiche Schichtdicke und die gleiche polymere Zusammensetzung haben.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die erste Folie eine Dicke von 25,4 bis 50,8 μm (1 mil bis 2 mil) hat und die zweite Folie eine Dicke von 25,4 bis 50,8 μm (1 mil bis 2 mil) hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die ersten und zweiten Mehrschichtfolien miteinander versiegelt sind, um sowohl die Kammern als auch einen Aufblasverteiler zu bilden, wobei sich der Aufblasverteiler in der Maschinenrichtung des aufblasbaren Polstergegenstands erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sich die Kammern in Querrichtung von einem offenen Randbereich erstrecken, der sich in einer Maschinenrichtung erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jede Kammer 3 bis 40 Zellen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem jede Zelle eine Hauptachse mit einer Länge im nicht aufgeblasenen Zustand von 1,27 cm bis 6,35 cm (0,5 Zoll bis 2,5 Zoll) hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Alterung des aufblasbaren zellulären Polstergegenstands die Berstfestigkeit des aufblasbaren zellulären Polstergegenstands um mindestens 5 % erhöht.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Alterung des aufblasbaren zellulären Polstergegenstands die Berstfestigkeit des aufblasbaren zellulären Polstergegenstands um mindestens 10 % erhöht.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Alterung des aufblasbaren zellulären Polstergegenstands die Berstfestigkeit des aufblasbaren zellulären Polstergegenstands um mindestens 15 % erhöht.
Verfahren zur Herstellung eines aufblasbaren zellulären Polstergegenstands, bei dem (A) eine erste Mehrschichtfolie mit einer äußeren Heißsiegelschicht, einer Verbindungsschicht und einer Gasbar riereschicht extrudiert wird, die mindestens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus kristallinem Polyamid, kristallinem Polyester, Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer, Polyacrylnitril und kristallinem Polycycloolefin umfasst, wobei die Verbindungsschicht ein anhydridmodifiziertes Olefinpolymer mit einem auf das Gewicht des modifizierten Olefinpolymers bezogenen Anhydridgehalt von mindestens 150 ppm umfasst und die erste Folie so gefaltet ist, dass ein erster Abschnitt der Mehrschichtfolie einen zweiten Abschnitt der Mehrschichtfolie überlappt; (B) ausgewählte Abschnitte der Mehrschichtfolie auf eine Temperatur oberhalb einer Schmelztemperatur erwärmt werden, so dass der erste Abschnitt der Mehrschichtfolie an den zweiten Abschnitt der Mehrschichtfolie in einer gewählten Fläche aneinander heißgesiegelt werden, wobei die gewählte Fläche ein Heißsiegelmuster ergibt, das aufblasbare Kammern zwischen der ersten Folie und der zweiten Folie hinterlässt, wodurch ein aufblasbarer zellulärer Polstergegenstand hergestellt wird; (C) die Mehrschichtfolie gealtert wird, wobei das Altern vor dem Aufblasen des aufblasbaren zellulären Polstergegenstands und für eine Zeitdauer und bei einer Temperatur gemäß mindestens einem Mitglied aus der Gruppe bestehend aus (i) 60,6°C bis 121,1°C (141°F bis 250°F) für einen Zeitraum von mindestens 1 Sekunde; (ii) 38,3°C bis 60°C (101°F bis 140°F) für einen Zeitraum von mindestens 10 Minuten; (iii) 16,1°C bis 37,8°C (61°F bis 100°F) für einen Zeitraum von mindestens 1 Stunde; und (iv) –1,1°C bis 15,6°C (30°F bis 60°F) für einen Zeitraum von mindestens 1 Tag; durchgeführt wird; und (E) der zelluläre Polstergegenstand nach der Alterung aufgeblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die Folie aus einer Ringdüse extrudiert wird.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die Folie aus einer Schlitzdüse extrudiert und übereinander gefaltet wird.