DE69819906T2

DE69819906T2 - Modelliermasse für spielzeug auf basis von polyvinyl

Info

Publication number: DE69819906T2
Application number: DE69819906T
Authority: DE
Inventors: Abimael Cordova
Original assignee: Mattel Inc
Current assignee: Mattel Inc
Priority date: 1997-08-18
Filing date: 1998-08-14
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2018-08-15
Also published as: WO1999009095A1; AU8829898A; CA2294529A1; ATE254645T1; US5990205A; EP1005506B1; EP1005506A4; DE69819906D1; EP1005506A1; CA2294529C

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine gelartige Zusammensetzung, die als Modelliermasse für Spielzeug bzw. als Spielmaterial verwendet werden kann. Die vorliegende Zusammensetzung kann als gelförmiges Spielmaterial verwendet werden, das formbar, dehnbar und springelastisch ist. Weil es sich bei dieser Zusammensetzung um ein Material auf der Basis von Polyvinylalkohol handelt, ist diese Zusammensetzung sicher und für die Benutzung durch Kinder geeignet, selbst wenn das Material aus Versehen verschluckt wird; weiterhin kann das Material von Stoffen, Geweben, Teppichen und Teppichböden mit Hilfe von Wasser abgewaschen werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Über die Jahre hinweg sind von den Fachleuten in der Spielzeugentwicklung verschiedene Arten von Spielmaterialzusammensetzungen bereitgestellt worden, um Kinder und Erwachsene zu erfreuen, und um die Entwicklung der manuellen Fähigkeiten und der Fingerfertigkeit zu unterstützen, sowie die Entwicklung der Kreativität zu fördern. Obwohl die Vielzahl solcher Spielmaterialzusammensetzungen nahezu unerschöpflich ist, verwenden typischerweise sämtliche Spielmaterialien dieser Art frei formbare oder plastisch verformbare Materialien, etwa Materialien auf der Basis ölartiger Kautschukmaterialien oder auf Wasser basierender Kautschukmaterialien und Gel-Verbindungen, die vom Benutzer nach Wunsch behandelt und geformt werden können. Hierbei sind bestimmte Materialien vorgeschlagen worden, die formbar sind und dann dazu neigen, die angenommenen Formen beizubehalten, wie etwa ein für Modellierzwecke vorgesehener Ton oder dergleichen. Andere Materialien dieser Art sind lockerer und mehr frei fließend, wie etwa neuartige Spielmaterialien und Spielmaterialzusammensetzungen. Noch andere Materialien dieser Art sind gelförmig und liefern interessante Eigenschaften; so lassen sie sich etwa schütteln oder in Zitterbewegungen versetzen, ähnlich wie Puddingprodukte auf Gelatinebasis.
Unabhängig von der Art der verwendeten Spielmaterialzusammensetzung bestehen zwingende Anforderungen an solche Materialien dahingehend, dass diese Materialien für kleine Kinder sicher sind. Diese Sicherheitsanforderungen haben mit den Jahren zugenommen, da die Sicherheitsbedenken ganz allgemein gewachsen sind. Typischerweise erfordern solche Sicherheitsanforderungen, dass die Spielmaterialzusammensetzungen die Haut oder die Augen oder dergleichen nicht reizen, und dass sie nach einem Verschlucken nicht giftig sind. Zusätzlich werden an solche Materialien die Anforderungen gestellt, dass eine Beschädigung von Kleidung, Polstern, Stoffen, Geweben, Teppichen und Teppichböden vermieden wird.
Bei Spielmaterialzusammensetzungen, die knetfähig, plastisch formbar oder modellierbar sind und mit denen sich bestimmte Modelle darstellen lassen, so dass ein Kind ihm gut bekannte Personen oder Gegenstände nachbilden kann, handelt es sich typischerweise um Produkte mineralischen Ursprungs, wie zum Beispiel Tonprodukte, oder um Produkte pflanzlichen Ursprungs, wie beispielsweise Stärkeprodukte. Diese bestimmten Materialien sind zumeist nicht elastisch und über eine bestimmte Länge hinaus nicht dehnbar, zusätzlich sind diese Modelliertone fettig und enthalten häufig Öle und andere, fleckenerzeugende Bestandteile, die schwierig aus Teppichen, Teppichböden, Stoffen und Geweben zu entfernen sind. Weiterhin sind elastische Spielmaterialzusammensetzungen auf Silikonbasis bekannt die vor allem als dehnbare, reckbare und streckbare Materialien ausgebildet sind; ferner können diese Materialien zu einem Ball geformt oder gewalzt werden, der ein hohes Maß an Elastizität oder „Rückprallvermögen" bzw. Springelastizität unter plötzlich auftretender mechanischer Spannung aufweist. Jedoch ist für Modelliermaterialien auf Silikonbasis oder so genannte Kittmassen bekannt, dass sie sich unangenehm anfühlen und nur begrenzte Dehnbarkeitseigenschaften aufweisen, wodurch die Einsetzbarkeit solcher Materialien auf ein enges Gebiet von Spielaktivitäten eingeschränkt wird. Darüber hinaus können Kittmassen auf Silikonbasis nicht leicht aus Geweben, Stoffen, Teppichen und Teppichböden entfernt werden und stellen deshalb für die Benutzung durch Kinder keine bevorzugten Materialien dar.
Spielmaterialzusammensetzungen auf der Basis von Polyvinyl sind in der Fachwelt als kinderfreundlich bekannt. Insbesondere hat sich Polyvinylalkohol als unschädlicher Stoff erwiesen, selbst wenn er aus Versehen verschluckt wird; weiterhin weist Polyvinylalkohol keinen unangenehmen Geruch und kein unangenehmes Gefühl beim Anfassen auf; schließlich ist Polyvinylalkohol leicht aus Teppichen, Teppichböden oder Stoffen und Geweben entfernbar. Jedoch erfordern die meisten Spielmaterialzusammensetzung oder Modelliermassen auf der Basis von Polyvinyl die Verwendung von Füllstoffen, um den Materialien eine solche physikalische Stabilität zu geben, dass sie eine einmal angenommene Form oder Gestalt beibehalten können. Solche Spielmaterialzusammensetzungen auf der Basis von Polyvinyl sind nicht ausreichend elastisch, um plastische Verformbarkeit oder Dehnbarkeit oder Streckbarkeit zu gewährleisten und weisen nur eine minimale Elastizität und Rückprallvermögen auf.
Die US 5 506 290 , EP 524 556 und EP 543 735 beschreiben Modelliermassen, die aus Polyvinylalkohol, Weichmacher, Befeuchtungsmittel, Vernetzungsmittel, Verdickungsmittel und Wasser bestehen; jedoch enthalten diese Modelliermassen kein Polyvinylpyrrolidon.
Die US 4 481 326 offenbart Filme und Folien aus Polyvinylalkohol und Polyvinylpyrrolidon. Die JP 1 270 867 offenbart eine Frostschutzmittelzusammensetzung, bei der Polyvinylalkohol teilweise durch Polyvinylpyrrolidon ersetzt ist. Die US 5 322 880 offenbart ein Klebegel, bei dem Polyvinylalkohol teilweise durch Polyvinylpyrrolidon ersetzt ist.
Nach Ermittlung des Bedarfs nach einem noch vielseitiger einsetzbaren Spielmaterial, ist die vorliegende Erfindung entwickelt worden. Insbesondere hat hier ein besonderes Interesse daran bestanden, ein Spielmaterial bereit zu stellen, dass knetfähig ist, das plastisch verformbar bzw. modellierbar ist und das elastisch ist; weiterhin soll dieses Spielmaterial über lange Zeiträume benutzbar sein, ohne dass eine Austrocknung bis zu demjenigen Punkt stattfindet, bei welchem das Material nicht länger benutzbar ist; weiterhin darf das Material nicht schädlich sein, wenn es aus Versehen verschluckt wird; und schließlich soll dieses Spielmaterial Glanz, einen Glitzereffekt und ein glänzendes farbiges Aussehen aufweisen, ohne mit einem unangenehmen Geruch versehen zu sein. Weiterhin ist nach einem Spielmaterial gesucht worden, das Rückpralleigenschaften bzw. springelastische Eigenschaften aufweist und das dehnbar bzw. streckbar ist; ferner sollte das Material leicht zu säubern sein und sollte mit Hilfe von Wasser aus Teppichen, Teppichböden, Stoffen und Geweben entfernbar sein; schließlich soll das Material plastisch formbar sein, und daraus hergestellte Modelle sollen ihre Gestalt auch in Einzelheiten beibehalten, bis das Modell erneut verformt wird. Schließlich war es auch bedeutsam, eine Zusammensetzung zu erzeugen, die alle die vorstehend genanten Eigenschaften aufweist, und die trotzdem nur mäßige Kosten verursacht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, dass eine superelastische Modelliermasse oder Spielmaterialzusammensetzung durch Kombination eines Bindemittels formuliert werden kann, bei dem es sich um ein wasserlösliches Polyvinylpolymer-Gemisch aus Polyvinylalkohol und Polyvinylpyrrolidon handelt, mit einem Vernetzungsmittel (Gelbildungsmittel) und mit Wasser, je in bestimmten Anteilen, um eine Modelliermasse oder eine verformbare Zusammensetzung zu schaffen, die völlig unerwartete Eigenschaften aufweist, indem sie eine außergewöhnlich hohe Elastizität und Flexibilität besitzt. Diese verformbare Spielmaterialzusammensetzung ist ausreichend elastisch, damit sie ein Rückprallvermögen oder springelastische Eigenschaften aufweist; weiterhin ist diese Spielmaterialzusammensetzung in hohem Ausmaß plastisch verformbar (und kann sich dennoch als spröde erweisen, wenn sie scharf gereckt wird) und kann trotzdem unter ihrem eigenen Gewicht fließen und sich verlängern. Diese erfindungsgemäße Spielmaterialzusammensetzung weist die zusätzlichen Qualitäten auf, dass sie sich angenehm anfassen lässt, und nicht dazu neigt, an den Händen und Fingern zu kleben, und dass sie ihren Wassergehalt über eine relativ lange Zeitspanne beibehält (so dass nur ein minimaler Schrumpf auftritt).
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Zusammensetzung, die für die Anwendung als elastische Modelliermasse bzw. als elastisches, verformbares Spielmaterial bestimmt ist, und die erhalten wird durch Immobilisierung einer wässrigen Lösung einer Polyvinylalkohol und Polyvinylpyrrolidon enthaltenden Polyvinyl-Zusammensetzung mit einem Vernetzungsmittel, wie etwa Natriumborat (Borax), wobei ein Gewichtsverhältnis von Vernetzungsmittel zu Polyvinyl-Bindemittel von 1 : 5 bis 1 : 10 vorgesehen ist. Daraufhin werden zu dem immobilisierten Gel auf der Basis von Polyvinyl in bestimmten Anteilen ein hydrophiles festes Gel, wie etwa ein Polysaccharid-Gummi (etwa Xanthamgummi oder Guargummi oder Gelatine) hinzugefügt, um die Polyvinyl-Zusammensetzung zu plastifizieren und um die elastischen Eigenschaften und Besonderheiten der hier vorliegenden Spielmaterialen hervorzubringen. Vorzugsweise wird der Polysaccharid-Gummi mit anderen Additiven kombiniert, welche die Beständigkeit des Gels und dessen plastische Verformbarkeit verbessern.
Eine polymere, knetbare Modelliermasse weist nachstehende Zusammensetzung auf:

a) wenigstens 10 Gew.-% Polyvinylalkohol;
b) 0,5 bis 4 Gew.-% Vernetzungsmittel;
c) 20 bis 30 Gew.-% Weichmacher und Befeuchtungsmittel;
d) 1 bis 5 Gew.-% Polysaccharidgummi-Verdickungsmittel;
e) 50 bis 65 Gew.-% Wasser; und
f) 0,5 bis 4 Gew.-% Polyvinylpyrrolidon.

Die vorliegende, erfindungsgemäße elastische Knet- und Modelliermassen-Zusammensetzung wird erzeugt durch:

a) Vermischen von einem Polymer auf der Basis von Polyvinyl und Wasser bei erhöhter Temperatur, um eine Lösung zu bilden;
b) langsame Zugabe unter Rührung einer vorab vermischten Lösung aus Polyvinylpyrrolidon, einem Befeuchtungsmittel und einem Polysaccharidgummi zu dieser Polyvinylpolymer-Lösung und Vermischung zu einem homogenen Gemisch;
c) Zugabe ausreichender Mengen an einem Vernetzungsmittel zu dieser Lösung und Vermischung damit, bis ein festes elastisches Material gebildet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei der vorliegenden Zusammensetzung handelt es sich um eine Kombination aus einer Anzahl von Bestandteilen, die synergetisch zusammenwirken, um die angestrebten Eigenschaften der oben dargestellten erfindungsgemäßen Spielmaterialzusammensetzung zu gewährleisten. Insbesondere ist beabsichtigt, dass eine beispielhafte Zusammensetzung ein Polyvinyl-Bindemittel enthält, dass seinerseits wenigstens in einem Anteil von wenigstens 10 Gew.-% einen wasserlöslichen Polyvinylalkohol enthält, der ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 93.400 aufweist und der einen Hydrolysegrad von 85 bis 95% hat. Es ist festgestellt worden, dass ein Polyvinylalkohol mit einem niedrigen Molekulargewicht dazu neigt, eine Zusammensetzung verformbarer und extrudierbarer zu machen. Im Gegensatz dazu erhöht ein Polymer mit hohem Molekulargewicht die Dehnbarkeit, Verstreckbarkeit und Elastizität der Zusammensetzung. In dieser Hinsicht liefert ein Gemisch aus Polyvinylalkoholen mit unterschiedlichen Molekulargewichten, so dass ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 93.400 erhalten wird, die Fähigkeit zur Gewährleistung einer Vielzahl von Aktivitäten. In dieser Hinsicht ist beabsichtigt, dass eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angenähert 18 Gew.-% Polyvinylalkohol mit dem genannten Gewichtsmittel des Molekulargewichts enthält. Dieser Polyvinylalkohol ist kombiniert mit 0,5 bis 4 Gew.-% Polyvinylpyrrolidon, um ein Bindemittel auf der Basis von Polyvinyl zu bilden, das einzigartig in seinen charakteristischen Eigenschaften ist. Hierbei muss jedoch gut beachtet wer den, dass unabhängig von einer hier genannten beispielhaften Zusammensetzung, die einen Polyvinylalkohol mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 93.400 enthält, auch ein anderer Polyvinylalkohol mit einem höheren Gewichtsmittel des Molekulargewichts oder mit einem niedrigeren Gewichtsmittel des Molekulargewichts verwendet werden kann, um die hier vorgesehene bestimmte, plastisch verformbare Spielmaterialzusammensetzung zu erhalten.
Zusätzlich zu diesem Polyvinyl-Bindemittel enthält die erfindungsgemäße Spielmaterialzusammensetzung auch ein Vernetzungsmittel in einem Anteil zwischen 0,5 bis 4 Gew.-%. Ferner enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung auch 50 bis 65 Gew.-% Wasser und 20 bis 30 Gew.-% Weichmacher und Befeuchtungsmittel, wie etwa Glycerin, Polyglycol und/oder Polypropylenglycol. Das Vernetzungsmittel kann vom Boroxid-Typ sein, wie etwa Borsäure, Borax, Zinkborat, Natriumborat, Natriumtetraboratdecahydrat oder ein Zirkoniumsalz, wie etwa Kaliumzirkoniumcarbonat, oder Zirconat-(2-), bis[carbonat(2-)-O]-dihydroxy-diammonium. Schließlich ist beabsichtigt, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung ein in wässrigem Medium oder in organischen Lösungsmitteln lösliches Verdickungsmittel enthält, wie etwa Guargummi, Hydroxypropylcellulose, Hydroxyalkylguar, Propylenglycolalginat, Karayagummi und ähnliche Materialien; dieses Verdickungsmittel ist in einem Anteil von 1 bis 5 Gew.-% vorgesehen.
Die vorliegende erfindungsgemäße Zusammensetzung beruht auf einem Polymer auf der Basis eines wasserlöslichen Polyvinylalkohol mit einem mittleren Molekulargewicht in Verbindung mit bestimmten Anteilen an Polyvinylpyrrolidon, das für Wasserstoffbindungen zu den Alkoholgruppen des Basispolymer sorgt; in Verbindung mit den anderen, hier beschriebenen Bestandteilen wird ein gelförmiges Spielmaterial erhalten, das tatsächlich unbegrenzte Möglichkeiten in seiner Anwendung liefert; dieses Spielmaterial ist knetfähig, plastisch verformbar, streckbar, springelastisch, nicht austrocknend und nicht giftig.
Wie vorstehend dargelegt, zielt die vorliegende Erfindung dahin, eine elastische, polymere, formbare Zusammensetzung dieser Art zu schaffen, die wäh rend ihrer gesamten Nutzlebensdauer formbar und knetfähig bleibt. Um diese Eigenschaften zu gewährleisten, ist es zwingend, dass im Verlauf des Spielens mit diesem Spielmaterial oder während der Lagerung des Spielmaterials allenfalls nur ein unbedeutender Wasserverlust auftritt, im Vergleich zu dem Effekt, den das Befeuchtungsmittel auf die Zusammensetzung hat. Tatsächlich liefern die hier für die Anwendung vorgesehenen Weichmacher "Körper" zu dem vernetzten Polyvinylalkohol-Gel und dienen als Weichmacher, um den weichen Charakter und die Dehnbarkeit und Verstreckbarkeit der Zusammensetzung zu gewährleisten. Befeuchtungsmittel verhindern einen irgendwie merklichen oder nennenswerten Verlust an Wasser, so dass ein Benutzer die ursprüngliche Weichheit der Masse hauptsächlich dadurch wieder herstellen kann, indem die Hände des Benutzers mit Wasser benetzt werden, wenn er mit diesem Spielmaterial spielt. Hohe Anteile an Befeuchtungsmittel gewährleisten, dass die Masse eine kleine Menge Wasser aufnimmt, die sie im Verlauf des Spiels verloren hat, während insgesamt die wesentliche, nicht-austrocknende Eigenschaft der Zusammensetzung beibehalten wird.
Es ist beabsichtigt, dass das hier betrachtete Spielmaterial so viel Wasser wie möglich enthält, damit das Spielmaterial beim Anfassen einen angenehmen, glatten, nicht klebrigen Griff hat, und damit die Elastizität des anfänglich flexiblen, polymeren, erfindungsgemäßen Spielmaterials aufrecht erhalten wird. Der minimale Wassergehalt beträgt 50 Gew.-%; der maximale Wassergehalt beträgt 65 Gew.-%. Ein Wassergehalt unterhalb des minimalen Wassergehaltes macht die Zusammensetzung zu trocken, wobei Dehnbarkeit und Verstreckbarkeit verloren gehen; andererseits macht ein Wassergehalt größer als 65 Gew.-% das Material frei fließend und klebrig oder schmierig. Genauso wichtig ist der Anteil an Vernetzungsmittel und Verdickungsmittel, um mitzuhelfen einen solchen minimalen Wassergehalt aufrecht zu erhalten, welcher die einzigartigen Streck- und Dehnungseigenschaften und die Rückprallfähigkeit bzw. springelastischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen formbaren und knetfähigen polymeren Zusammensetzung gewährleistet. Um eine weitere Austrocknung der hier vorliegenden elastischen Zusammensetzung zu verhindern, ist es erforderlich, dass ein Befeuchtungsmittel in einem Anteil zwischen 20 bis 30 Gew.-% vorhanden ist. Es ist die Kombination aller dieser Bestandteile in ihren je angegebenen Anteilen, welche eine plastisch verformbare und knetfähige, elastische, Spielmaterialzusammensetzung in Form eines gelartigen Polymers liefert, die einzigartige Streck- und Dehnungseigenschaften sowie Rückpralleigenschaften aufweist. Obwohl die hier betrachtete Zusammensetzung verformbar ist, ist hier gut darauf zu achten, dass die Hauptfunktion der Zusammensetzung darin besteht, ein Spielmaterialgel zu bilden; das beruht auf der Kältefließfähigkeit des Materials; das heißt, dieses Spielmaterial kann geknetet und zu einer bestimmten Gestalt geformt werden; das Material verliert diese bestimmte Gestalt jedoch nach einer kurzen Zeitspanne wegen seiner Langsamfließfähigkeit (oder Kältefließfähigkeit). In dieser Hinsicht kann die hier betrachtete Zusammensetzung nicht im trockenen Zustand verformt werden, wie etwa eine Knetmasse oder Ton.
Weiterhin ist hier auch beabsichtigt, dass ein Konservierungsmittel in Anteilen bis zu 3 Gew.-% benutzt wird. In dieser Hinsicht kommen etwa 0,1 bis 2 Gew.-% Konservierungsmittel in Betracht; zu geeigneten Konservierungsmitteln gehören hier etwa Imidazolidinylharnstoff, Diazolidinylharnstoff, 1-(3-Chlorallyl)-3,5,7-triaza-1-azonia-adamantanchlorid, das von Dow Chemical Company unter der Handelsbezeichnung "Dowicil 200" vertrieben wird; solche Konservierungsmittel können in die erfindungsgemäße Zusammensetzung eingearbeitet sein. Zusätzlich können Salze, wie etwa Natriumcarbonat als Konservierungsmittel benutzt werden.
Es gehört auch zur vorliegenden Erfindung, einen sehr kleinen Anteil an Schmiermittel oder Gleitmittel zu verwenden, das als Hilfsmittel dient, um die verschiedenen Bestandteile miteinander zu vermischen. Zu geeigneten Schmiermitteln gehören hier Mineralöl, Paraffin, Amidwachs oder oxidiertes Polyethylenwachs in einem Anteil von je bis zu 2 Gew.-%. Schließlich kann der erfindungsgemäß vorgesehenen elastischen Zusammensetzung vorzugsweise ein geeignetes Pigment oder ein geeigneter Farbstoff zugesetzt werden, um die Freude an diesem Spielmaterial und die vom Spielmaterial ausgehende Wirkung zu erhöhen. Ohne Pigment oder Farbstoff ist die Zusammensetzung im wesentlichen durchsichtig; eine Zugabe von bis zu 6 Gew.-% an geeignetem Pigment oder Farbstoff zu dem Spiel material kann vorgesehen werden; um ein farbiges Material bereitzustellen, das eine Vielzahl verschiedener, lebhaft glänzender Farben aufweisen kann, deren Wirkung durch die Dehnungs- bzw. Streckbarkeits-Eigenschaften der elastischen Polymerzusammensetzung unterstützt oder verstärkt werden. Zu typischen Pigmenten und Farbstoffen gehören hier synthetische organische Farbstoffe der T-Reihen, die von Day Glow Corporation, South Gate City, California, vertrieben werden. Zu anderen geeigneten Pigmenten gehören ein Natriumaluminiumsulfosilikat, das von Cleveleand Pigment Corp., Cleveland, Ohio unter der Bezeichnung "MR 582" vertrieben wird; weiterhin sind Polyamid-Kondensationsprodukte mit organischen Farbstoffen geeignet, die weniger als 2 Gew.-% Phthalocyanin enthalten; und schließlich ist Tetrachlorzinkat geeignet, das ebenfalls von Day Glow Corporation vertrieben wird.
Hier ist weiterhin gut zu beachten, dass die hier vorliegende, elastische Spielmaterialzusammensetzung keine Füllstoff-Zusatzstoffe oder Struktur- bzw. Gefüge-Zusatzstoffe enthält; in dieser Hinsicht unterscheidet sich die erfindungsgemäße Spielzusammensetzung von anderen Produkten dieser Art. Der Zusammenhalt und die Kohäsionsfähigkeit des Spielgelmaterials werden erreicht durch die Kombination der Bestandteile in den je angegebenen Mengen. Die Zugabe eines Füllstoffes zu dieser Zusammensetzung würde die elastischen Eigenschaften der Zusammensetzung schwächen oder zerstören; hierdurch würden die Dehnbarkeit, die Streckbarkeit und die Rückprallfähigkeit bzw. Springelastizität negativ beeinflusst werden, die jedoch für die erfindungsgemäße Zusammensetzung notwendig sind. Bekannte Bindematerialien auf der Basis von Polyvinyl haben zumeist Füllstoffe erfordert, um eine strukturelle Integrität und Beständigkeit, und damit die Verformbarkeit der Masse zu Formkörpern zu gewährleisten.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass die hier betrachtete Zusammensetzung "Perlglanzmittel" enthält, um ein kosmetisch ansprechendes, perlenartiges Aussehen zu erzielen, das als Perlglanz bekannt ist. Zu hier brauchbaren Perlglanzmitteln gehören Glimmer, Titandioxid, Stearinsäure und deren unlösliche Metallsalze, wie etwa Magnesiumstearat oder Zinkstearat, ferner Glycerylstearat, Ethylen glycolmonostearat und Ethylenglycoldistearat, Polyethylenglycoldistearat, Glycolamidostearat, wenig lösliche Tenside mit einem hohen Kristallisationspunkt, wie etwa C_16-18-Allylglycerylethersulfonate, ferner bestimmte Fettsäurealkanolamide und selbst unlösliche Harzlatexdispersionen. Zu den bevorzugten Materialien für die erfindungsgemäße Zusammensetzung gehören hier Glimmer und Titandioxid, die von Mearl Co. (PCH Co.), Los Angeles, California unter der Handelsbezeichnung "Timica Sparkle", "Mearlin Sparkle" und "Flamenco Red" vertrieben werden. Der Anteil an einem solchen Perlglanzmittel in der hier betrachteten elastischen Spielmaterialzusammensetzung beträgt vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew.-%. Die Attraktivität der hier betrachteten Spielmaterialzusammensetzung wird durch die Verwendung von Perlglanzmitteln ganz wesentlich gesteigert.
Eine besonders brauchbare Zusammensetzung wird aus den nachfolgenden Bestandteilen erhalten:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Zusammensetzung; dieses Verfahren ist mit dem Fließschema nach 1 dargestellt. Das Basismaterial wird aus Polyvinylalkohol gebildet, der in Wasser gelöst wird, um eine flüssige Lösung zu bilden. Da es das Ziel dieser Erfin dung ist, eine im wesentlichen nicht-austrocknende Mischung bereitzustellen, muss eine bestimmte Menge Wasser zusammen mit einer bestimmten Menge Vernetzungsmittel und Verdickungsmittel verwendet werden, um zu gewährleisten, dass irgendein Verlust an Wasser durch Verdampfung aus dem Endprodukt im Verlauf der spielerischen Benutzung durch den Endverbraucher nur einen minimalen Teil der Gesamtzusammensetzung darstellt. Mehr im einzelnen beginnt das Verfahren mit der langsamen – unter Rührung erfolgenden – Zugabe von Polyvinylalkohol in einer abgemessenen Menge zu destilliertem Wasser, das zumeist Raumtemperatur oder eine niedrige Temperatur aufweist; das Rühren des Gemisches kann mit einem Turbomischer erfolgen. Nachdem die Zugabe von Polyvinylalkohol und das Vermischen erfolgt ist, wird die Temperatur der wässrigen Lösung auf 85 bis 93°C (185 bis 200°F) gesteigert und angenähert 30 min lang in diesem Temperaturbereich gehalten, bis das Vermischen abgeschlossen und beendet ist.
In einem davon getrennten, mit Metall ausgekleideten "Cowles"-Mischgefäß werden geeignete Mengen von Glycerin und Guargummi-Verdickungsmittel miteinander vorgemischt. Zu der so erhaltenen Glycerin-Lösung wird eine geeignete Menge Propylenglycol hinzugefügt und damit vermischt. Die so erhaltene Vormischung wird anschließend zu der wässrigen Polyvinylalkohol-Lösung hinzugefügt. Bevor die Glycerin/Propylenglycol-Lösung zu der Polyvinylalkohol-Lösung hinzugefügt wird, können geeignete Schmiermittel (wie etwa Wachs und/oder Dispergiermittel) zu dieser Vormischung hinzugefügt werden, bevor diese Vormischung zu der Polyvinylalkohol-Lösung hinzugefügt wird. Zusätzlich wird eine bestimmte Menge Polyvinylpyrrolidon direkt zu der Polyvinylalkohol-Lösung hinzugefügt.
Hierbei ist zu beachten, dass sich Polyvinylalkohol mit niedrigem Molekulargewicht in Wasser bis zu einem Feststoffgehalt von angenähert 20 bis 30 Gew.-% löst; Polyvinylalkohol mit einem höheren Molekulargewicht löst sich in Wasser bis zu einem Feststoffgehalt von etwa 7 Gew.-%. Hier wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung als wichtig angesehen, den Polyvinylalkohol in Wasser ohne die Anwesenheit anderer Bestandteile zu lösen, die um das vorhandene Wasser konkurrieren könnten. Die Temperatur der wässrigen Polyvinylalkohol-Lösung wird auf 85 bis 93°C (185 bis 200°F) angehoben, während 30 min lang langsam vermischt wird; alternativ kann so lange vermischt werden, bis in einer Probe kein nicht-gelöster Polyvinylalkohol sichtbar ist; dieses Vermischen wird durchgeführt, bevor eine Zugabe der vorgemischten Glycerin-Propylenglycol-Lösung erfolgt. Die Weichmacher und die Befeuchtungsmittel (Glycerin/Polypropylenglycollösung), die vorgemischt worden sind, müssen ebenfalls auf angenähert 93°C (200°F) erwärmt werden, insbesondere wenn irgendwelche Feststoffe in der Mischung vorhanden sind. Das Vermischen wird so lange fortgesetzt, bis diese verschiedenen Komponenten ein homogenes Gemisch bilden, bevor dieses Gemisch zu der Polyvinylalkohol-Lösung hinzugefügt wird.
Das so erzeugte Gemisch auf der Basis von Polyvinyl wird auf Raumtemperatur abgekühlt, und eine weitere Vormischung aus Pigment, Maskierungsmittel, Perlglanzmittel und Konservierungsmittel wird zugesetzt und mit dem Gemisch auf der Basis von Polyvinyl vermischt, bis der Farbstoff gleichmäßig dispergiert ist, und bis so eine homogene Zusammensetzung erhalten wird.
Zu der Farbstoffmischung wird ein Vernetzungsmittel in bestimmten inkrementalen Anteilen beim Vermischen zugesetzt, bis eine beständige knetfähige, homogene Masse erhalten wird. Für diese gegenständliche Zusammensetzung ist es wichtig, dass (1) das Polyvinylpyrrolidon in dem Basis-Bindemittel in Anteilen verwendet wird, die 4 Gew.-% nicht übersteigen, und dass (2) das Vernetzungsmittel oder Gelbildungsmittel in inkrementaler Weise in Anteilen zugesetzt wird, die 4 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung nicht übersteigen. Anderenfalls werden die vorstehend genannten, charakteristischen Eigenschaften des hier betrachteten Spielmaterials nicht erhalten.
Die vorliegende Erfindung lehrt eine im wesentlichen nichtaustrocknende, plastisch verformbare Zusammensetzung. Die Neuheit dieser Erfindung beruht auf der Anwendung eines thermoplastischen, polymeren Polyvinyl-Bindemittels, wie beispielsweise von Polyvinylalkohol in Verbindung mit einem kleineren Anteil Polyvinylpyrrolidon. Das Bindemittelgemisch auf der Basis von Polyvinyl ist mischbar, wenn es in gewissen Anteilen in Wasser und Polyalkohol-Materialien wie etwa Glycolen und Polyglycolen gelöst ist; und ferner werden Gele gebildet, wenn in kritischen Anteilen Vernetzungsmittel (Gelbildungsmittel) zugesetzt werden. Im allgemeinen können die Polyalkohol-Materialien hauptsächlich als Flexibilisierungsmittel (bzw. Plastifizierungsmittel) dienen, ferner als Schmiermittel oder als Befeuchtungsmittel. Ein Befeuchtungsmittel wird typischerweise als ein Material angesehen, dessen hauptsächliche Fähigkeit darin liegt, Wasser festzuhalten, und aggressiv Wasser aus der Luft oder der Umgebung der Masse aufzunehmen. Bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist beabsichtigt, Wasser stark festzuhalten.
Die Viskosität der vorliegenden Zusammensetzung kann in einem Bereich eingestellt werden, indem die Viskosität der verschiedenen Bestandteile variiert wird; so wird etwa Propylenglycol im flüssigen Zustand verwendet, im Vergleich zu Feststoffen, wie etwa Carbowachs (Polyethylenglycol). Die Funktionalität des hier betrachteten Spielmaterialgel als eine dehnbare, streckbare und springelastische Spielmaterial-Gel-Zusammensetzung erfordert, dass lediglich bestimmte Anteile an Polyalkoholen als Befeuchtungsmittel, Weichmacher oder Befeuchtungsmittel eingesetzt werden.
Weil die vorliegende Erfindung ganz erheblich beruht auf der Vernetzung und Wasserstoffbindung der Alkoholgruppen aus dem Polyvinylalkohol über das Vernetzungsmittel und das Polyvinylpyrrolidol, um Wasser innerhalb der Masse zu halten, ist der Bereich an Funktionalität an verträglichen Materialien außerordentlich wichtig, die entsprechend ausgewählt und richtig eingesetzt werden, um dem Material Gleitfähigkeit (Lubrizität), Dehnbarkeit und Streckbarkeit, ferner Steifigkeit, Wasserrückhaltevermögen und ferner Weichheit genauso wie Klarheit und andere Qualitäten, soweit wie erforderlich, zu verleihen. Bestimmte Polyglycole, wie etwa feste Polyethylenglycole, Glycol-di-2-ethylhexanoat können beispielsweise auch als Erweichungsmittel oder als Weichmacher oder als Plastifizierungsmittel dienen. Ein Weichmacher wird als ein Material angesehen, dessen hauptsächliche Fähigkeit darin besteht, weich zu machen oder zu plastifizieren. Er kann eine polymere verformbare Masse weich machen, er kann jedoch auch als ein Material angesehen werden, das erweicht und das die Hände sanft und geschmeidig macht. Materialien, wie etwa Castorium-Wachse besitzen gewisse Hydroxylgruppen-Funktionalität und sind zweifellos ausgezeichnete Weichmacher genauso wie Schmiermittel, werden jedoch nicht typischerweise als Befeuchtungsmittel angesehen und sind im vorliegenden Falle nicht brauchbar.
Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegende, nichtaustrocknende, plastisch verformbare Zusammensetzung recht polar ist. Um die Freigabe bzw. Ablösung dieser Zusammensetzung von polaren Oberflächen, wie etwa den Händen eines Benutzers zu erleichtern und zu verbessern, wird es deshalb als notwendig angesehen, ein nicht-polares Schmiermittel einzuarbeiten; hierbei handelt es sich um ein Material, das wegen seiner nicht-polaren Natur bzw. Inkompatibilität an die Oberfläche der Zusammensetzung wandert. Insoweit muss dann, wenn als Schmiermittel ein Mineralöl oder eine Petroleumfraktion verwendet wird, dafür Sorge getragen werden, dass die Einarbeitung einer solchen Menge an mineralischem Schmiermittel vermieden wird, welche einen öligen oder fettigen Rückstand auf der Hand eines Benutzers und auf anderen Oberflächen zurücklässt oder welche das kritische kompositionelle Gleichgewicht zwischen dem Polyvinylalkohol, dem Vernetzungsmittel und dem Befeuchtungsmittel in der hier betrachteten Zusammensetzung zerstört.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen besitzen eine einzigartige Kombination von Eigenschaften, einschließlich sowohl einem hohen Grad an Elastizität und Rückprallvermögen bzw. Springelastizität bei plötzlich auftretenden mechanischen Spannungen, und andererseits ein hohes Ausmaß an plastischer Verformbarkeit, wenn die mechanische Spannung langsamer einwirkt. Einige dieser Zusammensetzungen zeigen ausgeprägte Kältefließfähigkeit, was beispielsweise dazu führt, dass eine Kugel aus diesem Material im Verlauf von Stunden zu einer dünnen Scheibe verfließt. Die Materialien fließen nicht merklich unter einer plötzlichen Krafteinwirkung, fließen jedoch leicht unter der Einwirkung eines niedri gen, stetigen Druckes. Zu anderen Eigenschaften gehören ausgezeichnete Stabilität in einem sehr weiten Temperaturbereich. Das bedeutet, es handelt sich hier um eine grundlegende Basis für eine unübliche neue Zusammensetzung, welche von Kindern benutzt wird, sowohl im Haus (Indoor-Bereich), wie im Freien (Outdoor-Bereich) in allen Klimazonen und Jahreszeiten. Höchst wichtig ist dabei, dass die Polymer-Komponente auf der Basis von Polyvinyl dieser neuen Zusammensetzungen nicht giftig ist, und deshalb sicher für die Anwendung durch Kinder aller Altersstufen ist.
Nachdem so die Grundlagen der Erfindung beschrieben worden sind, zusammen mit der Erläuterung dienenden Ausführungsformen der Erfindung, ist zu beachten, dass, obwohl bestimmte Fachausdrücke benutzt worden sind, diese in einem allgemeinen und beschreibenden Sinne zu verstehen und nicht im Sinne einer Beschränkung der Erfindung auszulegen sind; vielmehr ergibt sich der Bereich und der Schutzumfang der Erfindung aus den nachfolgenden Patentansprüchen.

Claims

Polymere Zusammensetzung, umfassend ein Bindemittel, das mindestens 10 Gew.-% Polyvinylalkohol und 0,5 bis 4 Gew.-% Polyvinylpyrrolidon umfasst, und 20 bis 30 Gew.-% eines Weichmachers und Befeuchtungsmittels, 0,5 bis 4 Gew.-% eines Vernetzungsmittels, 1 bis 5 Gew.-% eines Polysaccharidgummi-Verdickungsmittels und 50 bis 65 Gew.-% Wasser, wobei diese Zusammensetzung während ihrer gesamten Nutzlebensdauer formbar, knetfähig, streckbar, springelastisch und nicht austrocknend ist.
Polymere Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyvinylalkohol ein durchschnittliches Molekulargewicht von 93.400 und einen Hydrolysegrad von 85 bis 95% hat.
Polymere Zusammensetzung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,1 bis 2 Gew.-% eines Konservierungsmittels enthält.
Polymere Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Konservierungsmittel einen aus der Gruppe bestehend aus Imidazolidinylharnstoff, Diazolidinylharnstoff, 1-(3-Chlorallyl)-3,5,7-triaza-1-azoniaadamantanchlorid und Natriumcarbonat ausgewählten Bestandteil umfasst.
Polymere Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu 6 Gew.-% eines Pigments oder Farbstoffs enthält.
Polymere Zusammensetzung nach Anspruch 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu 2 Gew.-% eines Perlglanzmittels enthält.
Polymere Zusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Perlglanzmittel aus der Gruppe bestehend aus Sulfonaten, Stearaten, Glimmer und Titandioxid ausgewählt ist.
Polymere Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Befeuchtungsmittel einen aus der Gruppe bestehend aus Glycerin, Polyglycol und Propylenglycol ausgewählten Bestandteil umfasst.
Polymere Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vernetzungsmittel einen aus der Gruppe bestehend aus Borsäure, Borax, Zinkborat, Natriumborat und Kaliumzirkoniumcarbonat ausgewählten Bestandteilumfasst.
Polymere Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu 2 Gew.-% eines Gleitmittels, das einen aus der Gruppe bestehend aus Mineralöl, Paraffin, Amidwachs und oxidiertem Polyethylenwachs ausgewählten Bestandteil umfasst, enthält.
Polymere Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Polysaccharidgummi-Verdickungsmittel einen aus der Gruppe bestehend aus Guargummi, Hydroxypropylcellulose, Hydroxyalkylguar, Propylenglycolalginat und Guarkarayagummi ausgewählten Bestandteil umfasst.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyvinylalkohol in einer Menge von 18% und das Polyvinylpyrrolidon in einer Menge von 2% vorliegen.
Verfahren zur Herstellung einer knetbaren und formbaren polymeren Zusammensetzung nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: a) Mischen des Polymers auf Polyvinylbasis und Wasser bei einer erhöhten Temperatur zur Bildung einer wässrigen homogenen Polyvinylpolymer-Lösung; b) Zugabe einer Mischung aus Polyvinylpyrrolidon, einem Weichmacher und Befeuchtungsmittel und einem Polysaccaridgummi-Verdickungsmittel zu der Polyvinylpolymer-Lösung zur Bildung eines homogen Gemisches; und c) Zugabe einer Lösung eines Vernetzungsmittels zu dem homogenen Gemisch und Durchmischung zur Bildung einer festen elastischen Masse.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend den Schritt einer Zugabe eines Farbstoffes.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, weiterhin umfassend den Schritt der Zugabe von Pigmenten und Perlglanzmitteln zu dem homogenen Gemisch vor Zugabe des Vernetzungsmittels.