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TECHNISCHES
GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft
kautschukfreie Bodenbeläge
aus Polyvinylchlorid (PVC).
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Flexible, gegossene feste und geschäumte Filme
auf der Basis von Vinylchlorid (PVC) werden in unterschiedlicher
Dicke für
viele Zwecke verwendet, insbesondere jedoch als Bodenbeläge. Dies
gilt insbesondere für
die Herstellung von Fußabstreifern,
von der Ermüdung
unterliegenden Matten und von Trägerschichten
von Teppichen. Als echtes thermoplastisches Material ist PVC gekennzeichnet
durch "Gedächtnis" und langsame Rückverformung
im Gegensatz zu echten vernetzten Polymeren wie Naturkautschuk und
gewissen Polyurethanen. Die Leichtigkeit der Verarbeitung, der chemische
und ökologische
Toleranzbereich, die Vielseitigkeit der Eigenschaften und die relativ
günstigen
wirtschaftlichen Faktoren machen PVC zu einem Material der Wahl,
wo immer es nur möglich
ist.
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Fußabstreifer
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Fußabstreifer sind teppichartige
Produkte, die an Hauseingängen
verwendet werden, damit von den Schuhsohlen der Schmutz entfernt
werden kann. Viele dieser Matten werden von Zeit zu Zeit gewaschen
und erneut verwendet. Die Matte ist ein Tufted-Teppich von unterschiedlicher
Größe, die
in ein Vinylträgermaterial gegossen
oder in eine Schicht aus unterschiedlichem Kautschukträgermaterial
eingebettet wird. Nachdem die Matte entsprechend erwärmt wurde,
um die Trägerschicht
zu härten,
wird das Produkt beschnitten, wobei man auf allen Seiten der endgültigen Matte
einen Rand aus Kaut schuk oder PVC belässt. Bisher haben Matten mit einer
Kautschukträgerschicht
der Wärme-
und Scheuereinwirkung bei Waschprozessen besser standgehalten als
traditionelle Matten mit einer PVC-Trägerschicht. Traditionelle PVC-Matten
erweichen unter der Wärmeeinwirkung
und erfahren leicht eine Dehnung und eine Verzerrung der Ränder. Die
Ränder
werden dann so weit gedehnt, dass keine Rückstellung mehr erfolgt und
sie sich schließlich
kräuseln.
In jeder anderen Hinsicht sind traditionelle PVC-Matten besser als
die derzeit handelsüblichen
Kautschukmatten.
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Ermüdungsbeständige Matten
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Ermüdungsbeständige Matten sind Kissen aus
geschäumtem
Polymer mit einer Dicke von gewöhnlich 6,35
bis 19,05 mm (1/4 bis 3/4 Zoll). Diese Matten haben die Aufgabe,
ein möglichst
hohes Maß an
Belastung für
die Gelenke und Glieder des menschlichen Körpers biomechanisch aufzunehmen
und möglichst
wirksam die aufgewandte Energie den genannten Körperteilen wieder zuzuführen und
die Leistung, die der menschliche Körper erbringen muss, um den
Fuß vom
Boden zu heben, zu reduzieren. Da die Stoßkraft größer ist und die Stoßdauer kürzer, gewährleistet
eine elastische Matte mit raschem Rückstellvermögen eine weit größere Hebekraft
als eine "tote", nichtelastische
Matte mit langsamem Rückstellvermögen. Kautschukschaum
ist im Allgemeinen elastisch und elastischer als herkömmlicher
PVC-Schaum. Außerdem
ist eine solche Matte bzw. ein solches Kissen zu einer praktisch
augenblicklichen Rückstellung
befähigt,
so dass die Matte sofort wieder bereit ist, zusätzliche Prallenergie aufzunehmen.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die erfindungsgemäßen Gemische umfassen aus flexiblem,
weichmacherhaltigem PVC hergestellte Produkte, die gewöhnlich als
Dispersion eines PVC-Harzes von hohem Molekulargewicht in einem
speziellen Weichmachergemisch formuliert werden. Sowohl die PVC-Harze
als auch die Weichmacher werden aus einer Riesenzahl von Produkten
ausgewählt,
um dem Endzweck genau zu entsprechen. Dabei verdichten und verbinden
sich riesige, in hohem Maße
geordnete PVC-Makromoleküle
miteinander unter Bildung eines steifen Polymers. Entsprechend ausgewählte Weichmacher
bilden eine konstante Ausrichtung aufgrund der komplexen Geometrie
sowohl des PVC als auch des Weichmachers.
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Aufgrund der Erfindung ist PVC hinsichtlich
des Rückstellvermögens und
der Elastizität
mit Naturkautschuk vergleichbar, wobei das PVC in vielen Bereichen
der mechanischen und chemischen Eigenschaften den Naturkautschuk
sogar noch übertrifft.
Während
die Literatur nur geringe Unterschiede hinsichtlich des Rückstellvermögens aufgrund
der Verwendung bestimmter Weichmacher beschreibt, geht die Erfindung
weit über
die veröffentlichten
Informationen hinsichtlich der Veränderung des PVC hinaus und
lehrt, was die Elastizitität
betrifft, Werte, die an Naturkautschuk heranreichen. Die für PVC üblicherweise
verwendeten Weichmacher haben die folgende Struktur:
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"R" bedeutet in diesem
Fall im Allgemeinen eine unverzweigte oder verzweigte C6-11-Alkylgruppe.
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Die erfindungsgemäßen PVC-Harze sind Homopolymere
mit riesigen Makromolekülen
mit sich wiederholenden Vinylchlorideinheiten der Formel (-H2CCHCl-)n, wobei n eine
ganze Zahl von ca. 1000 bis ca. 2500 bedeutet. Die erfindungsgemäßen PVC-Harze
haben einen K-Wert von we nigstens 75, wobei dieser vorzugsweise
in einem Bereich von 75 bis 100 liegt. Der Begriff "Molekülmasse" bedeutet hier die
massegemittelte Molekülmasse.
Der "K-Wert" ist ein universelles
Maß für die Molekülmasse.
K-Werte von über
75 gelten als hoch und solche unter 65 werden als niedrig betrachtet.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Fußabstreifer.
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2 zeigt
einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen ermüdungsbeständigen Fußabstreifer.
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BESTE ART
DER DURCHFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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1 zeigt
einen Fußabstreifer 10,
der ein getuftetes faserförmiges
Garn umfasst bzw. einen Teppich 12, wobei die getuftete
Trägerschicht 14 in
den erfindungsgemäßen flexiblen
PVC-Film als Substrat 16 eingebettet ist. Das Substrat 16 ist
größer als
der Teppich 12 und die Trägerschicht 14 und
bildet einen beide umgebenden Rand 18.
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Das Fasermaterial und das Garn, die
als Teppich 12 verwendet werden, können Kunst- oder Naturfasern
oder ein Gemisch aus beiden umfassen, wie z. B. Polyamide wie Nylon,
Olefine wie Polypropylen, Wolle und Wollgemische, Acrylgarne, Acryl-Nylongemische
und Polyestergarne und Kombinationen bzw. Gemische davon, ohne darauf
beschränkt
zu sein.
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Der Teppich 12 bedarf einer
Trägerschicht 14,
in die die Garnbüschel
eingebettet sind. Im Falle von Teppichen vom Büscheltyp handelt es sich gewöhnlich um
Vliese oder gewebtes Material, bestehend aus Glasfasern, Polyesterfasern,
Polypropylen, Jute, Nylon, Acrylfasern oder Kombinationen davon.
Der Teppich 12 kann auch in eine Harzschicht aus den verschiedensten
Polymeren eingebettet sein, wie z. B. aus PVC, Polypropylen und
bituminöse
Schichten, ohne darauf beschränkt
zu sein. Die Schicht 16 ist im Allgemeinen eine schwere
Schicht aus PVC oder Natur- bzw. Synthesekautschuk, welche die Matte
beschweren und sie vor dem Boden schützt und diesen vor der Anschmutzung
von der Oberseite. Im Falle von Matten mit einem PVC-Träger ist
die Formulierung im Wesentlichen aus einem Phthalatweichmacher wie
DOP, einem PVC-Harz von
unbestimmter Molekülmasse
und aus hochinerten billigen Füllstoffen,
und zwar im Allgemeinen, ohne darauf beschränkt zu sein, aus Calciumcarbonat,
soweit es der Verwendungszweck zulässt, zusammengesetzt.
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2 zeigt
den erfindungsgemäßen ermüdungsbeständigen Fußabstreifer
als Substrat 20.
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Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass man
durch Ersatz der gesamten Menge an Weichmacher oder eines Teils
davon durch ein weniger aromatisches Molekül, wie z. B. eine Adipatstruktur,
die Nachgiebigkeit des PVC verbessern kann. Es wurde gefunden, dass
durch Kombination dieser Verbindungen mit einem höhermolekularen
PVC die Nachgiebigkeit noch weiter verbessert werden kann. Es wurde
außerdem
gefunden, dass man durch Behandlung eines solchen Systems über längere Zeit
bei Temperaturen zwischen 54 und 71°C (130 und 160°F) die Nachgiebigkeit
noch weiter verbessern kann. Die Adipatstrukturen sind Weichmacher
auf der Basis zweibasiger aliphatischer Säuren der Formel:
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"R" bedeutet in diesem
Fall eine unverzweigte oder verzweigte C6-11-Alkylgruppe.
Die Struktur dieses Moleküls
ermöglicht
eine größere Nähe der polaren
Stellen des Weichmachers zu denjenigen des entsprechenden PVC-Harzes.
Beispiele für
Ester zweibasiger aliphatischer Säuren sind Dioctyladipat, Diisodecyladipat,
Dioctylazelat und Diocytylsebacat. Durch Glühen wird diese Ausrichtung
stabilisiert.
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Beispiele für Phthalsäurediester sind Ester der Phthalsäure mit
einem oder zwei C4-12-Alkoholen, wie z.
B. Dioctyl-, Diisooctyl-, Diisononyl-, Diisodecyl-, Diisoundecyl-,
Butylbenzyl- und Octylbenzylphthalat.
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Die Molekülmasse der Weichmacher liegt
in den meisten Fällen
in einem Bereich von 300 bis 500. Die "Molekülmasse" bedeutet hier "massegemittelte Molekülmasse".
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Es wurde gefunden, dass man durch
Variieren des Verhältnisses
von aliphatischen zu aromatischen Weichmachern und Verwendung von
höhermolekularem
PVC eine Annäherung
von der normalen Nachgiebigkeit von PVC hin zur Nachgiebigkeit von
Naturkautschuk erreichen kann. Es wurde gefunden, dass bei Schaumkonstruktionen
in einem Bereich von 320 bis 480 kg/m
3 (20
bis 30 Pfund pro Kubikfuß)
eine Nachgiebigkeit von 10 bis 45, gemessen mit Hilfe eines Federungsmessers
nach ASTM D 2632 erreicht wird. Bei geschäumtem Naturkautschuk wird auf
der Instrumentenskala eine vertikale Rückverformung von 40 bis 45
gemessen. Bei einem üblichen
PVC bei der nachfolgenden allgemeinen Schaumformulierung liegt das
Rückstellungsvermögen gewöhnlich in
einem Bereich von 6 bis 10.
| PVC
(K-Werte 65–70)-Homopolymer | 100
Teile |
| Dioctylphthalat
(DOP) | 60–100 Teile |
| Blähmittel
AZ0-Dicarbonamid | 3
Teile. |
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Ersetzt man 50–100% des Weichmachers DOP
durch den DOA (Adipat)- Weichmacher, steigt das Rückstellungsvermögen von
10 auf 30 auf der Skala an, wenn man die Molekülmasse des PVC-Harzes aus der
Mitte der 60er Jahre auf 80 (K-Wert) anhebt. Leicht erzielt werden
Rückstellungswerte
von über
35. Wird das System geglüht,
können
auch Rückstellungswerte
von 40 oder darüber
erzielt werden. Damals hergestellte soge nannte ermüdungsbeständige Matten
sind Proben von Produkten, die erfindungsgemäß stark verbessert werden.
Dank unserer Erfindung wird ein PVC-Schaum erzeugt, der hinsichtlich
seines Rückstellungsvermögens Kautschuk
gleichkommt, was durch Prüfung
des vertikalen Rückstellungsvermögens nach
ASTM D2632 gemessen wird.
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Die erfindungsgemäßen PVC-Schäume können durch Mischen eines Pulvers
mit einem flüssigen
Gemisch, welches das thermoplastische Polymer, Weichmacherfüller, Blähmittel
oder Schaummittel umfasst, und mit Zusätzen auf dem Substrat oder
einem Förderband
hergestellt wird. Das Pulvergemisch kann dann zwischen Glättwalzen
geglättet,
geschäumt
und bei einer Temperatur in einem Schäumungsbereich von ca. 120 bis
ca. 200°C
verschmolzen werden. Die Bodenbeläge können bei einer Breite von ca.
2 bis ca. 5 m mit Hilfe einer handelsüblichen Verarbeitungsanlage
hergestellt werden. BEISPIEL
I
Ermüdungsbeständige Matten
Formulierung
einer ermüdungsbeständigen Matte:
| Oxy
80 HC – höhermolekular – PVC | 30–100 Teile |
| PVC-Homopolymer
mit mittlerer Molekülmasse
oder PVC-Copolymer | 0–30 Teile |
| DOP/Dioctyladipat
(DOA)-Weichmachergemisch | 100
Teile |
| AZO
Di-carbonamid-Blähmittel | 3
Teile |
| 15%
Zinkoctoat – Blähpromotor | 2
Teile |
| Calciumcarbonat-Füller | 25
Teile |
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Erfindungsgemäß kann man durch Ersatz der
gesamten Menge an Weichmacher oder eines Teils davon durch einen
Weichmacher auf Adipatbasis und durch Ersatz der gesamten Menge
an Harz oder eines Teils davon durch ein höhermolekulares Harz mit einem
K-Wert von über
75 die Eigenschaften von regulärem
PVC in Richtung des Rückstellvermögens des
Kautschuks verändern. Die
Erfindung umfasst auch die Verbesserung des Rückstellvermögens durch Nachglühen des
gegossenen und gehärteten
Produktes.
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Mit Hilfe der obigen Formulierung
wird ein PVC-Schaum erzeugt mit einer Dichte von 480 kg/m3 (30 Pfund pro Kubikfuß). Nach 30 Minuten Glühen bei
66°C (150°F) zeigt
der Schaum eine ca. 3- bis ca. 5fache Erhöhung des vertikalen Rückstellvermögens (nach
ASTM D2632) verglichen mit normalen Dauerfestigkeit aufweisenden,
der Ermüdung
unterliegenden Matten, wie sie aus der Industrie bekannt sind. Dieser
Schaum übertrifft
den Latexnaturkautschukschaum und entspricht gewalztem Kautschukschaum.
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Während
die oben angegebenen Zahlenwerte typische, der Ermüdung unterliegende
bekannte Matten betreffen, betrifft ein ähnlicher weiter Bereich an
Elastizität
und kücksteilvermögen auch
Filme von unterschiedlicher Abdeckdichte in Bereichen von 80 bis
8 Pfund pro Kubikfuß.
Derartige Produkte werden auch durch mechanische Aufschäumung der
Formulierung hergestellt, wobei man ein Silicontensid wie Dow Corning's DC. 1250 anstelle
oder zusammen mit einem chemischen Blähmittel wie AZO-Dicarbonamid
verwendet. Gewöhnlich
werden auch Blähmittel
auf Hydrazinbasis verwendet.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht außerdem die
Herstellung eines verbesserten Fußabstreifers, der nachfolgend
beschrieben wird:
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Fußabstreifer sind Produkte vom
Teppichtyp, wie sie am Eingang von Gebäuden verwendet werden, um Schmutz
von den Schuhsohlen vor Betreten eines Gebäudes zu entfernen. Viele dieser
Produkte werden von Zeit zu Zeit gewaschen und erneut verwendet.
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Erfindungsgemäß umfasst die Matte einen Tufted-Teppich
von unterschiedlicher Größe, der
in eine sirupartige Schicht eines speziellen Polyvinylchloridplastisols
(Gemisch aus Polyvinylchloridharz, dispergiert in einem flüssigen Weichmacher)
eingegossen wird. Nach entsprechender Erwärmung des PVC zum Einschmelzen
des PVC in eine thermoplastische flexible Schicht wird das Produkt
beschnitten, wobei auf allen Seiten des als Endprodukt erhaltenen
Fußabstreifers
ein PVC-Rand übrig bleibt.
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Das fertig gestellte Produkt wird
dann entweder 30 Minuten lang in einem Ofen erwärmt oder man gibt es für 30 Minuten
in 66°C
(150°F)
warmes Wasser, bevor man es in einer Waschmaschine scheuert und
reinigt. Das PVC-Harz kann eine gewisse Menge an niedermolekularen
Harzen, Copolymeren oder sogenannten Mischharzen mit großer Teilchengröße enthalten,
wobei das Übergewicht
an PVC-Harz einen K-Wert von über 77
aufweist. Unter den erfindungsgemäßen Bedingungen ist die Haltbarkeit
des vinyls bedeutend erhöht,
da der Harzanteil bei einem K-Wert von über 75 erhöht ist. Der Weichmacher sollte
in einem Bereich von 70 zu 100 Teilen pro 100 Teile (PHR PVC) liegen.
Der Fülleranteil
sollte zwischen 0 und 50 PHR liegen. Das Glühen erfolgt am besten in einem
Temperaturbereich zwischen 63 und 68°C (145 und 155°F) während 20– 30 Minuten.
Darüber
hinausreichende Temperaturen sind nicht günstig, während andererseits niedrigere
Temperaturen nicht wirksam sind. Die Dicke des Vinyls liegt vorzugsweise
in einem Bereich von 1,78–2,03
mm (70–80 mil)
bei Dichten zwischen 800–1440
kg/m
3 (50–90 Pfund pro Kubikfuß). Für bestimmte
Verwendungszwecke kommt auch eine gewisse Schäumung in Frage. Der Teppich
kann als Träger
ein geschäumtes
oder laminiertes Produkt aufweisen, um die Schäumung für die Polsterung bzw. für Antiermüdungszwecke
durchzuführen.
BEISPIEL
II
Fußabstreifer
Formulierung
für eine
waschbare bzw. glühfähige Matte:
| Oxy
80 HC, ein höhermolekulares
PVC (K-Wert 80) | 100
Teile |
| DOP/DOA-Gemisch
Füller | 80–100 Teile |
| Calciumcarbonat | 0–50 Teile |
| Farbstoff | nach
Bedarf. |
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Teppich mit Nylonbüscheln in
einem nichtgewebten Polyesterträger.
Für Ober-
und Unterseite können beliebige
Fasern verwendet werden, die einer Temperatur von 190°C (375°F) widerstehen.
Der Prozess erfolgt bei 190°C
(375°F)
durch Ablegen einer 1,78 mm (70 mil., (0,70'')
dicken PVC-Schicht, auf die der Teppich abgelegt und beide Schichten
in einem Bandofen miteinander verschmolzen werden.
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BEISPIEL III
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Bekannter Fußabstreifer
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Eine normale Matte mit PVC-Unterseite
variiert in der Formulierung je nach zum Einsatz gebrachten Außenfasern
ebenso wie das primäre
Trägermaterial,
in den das Garn getuftet wird. Enthalten diese beiden Olefinfasern,
ergibt sich folgende typische PVC-Formulierung:
| | Teile |
| Copolymer
vom 4% Acetat-Dispersionstyp | 50–100 |
| Oxy
675 Large Particle Size Blending Resin Weichmacher | 0–50 |
| Di-octyl-phthalat
(DOP) Füller | 60–90 |
| Calciumcarbonat | 50–200 |
| Farbstoff | 1–2 |
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Die PVC-Harze und Weichmacher werden
so gewählt,
dass sich ein optimales Gleichgewicht zwischen wirtschaftlichen
Faktoren und Eigenschaften für
eine PVC-Schicht ergibt, die in einem Bereich von 143–154°C (290–310°F) aufgeschmolzen
wird.
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BEISPIEL IV
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Bekannter Fußabstreifer
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Es werden viele Matten mit Nylon-
oder Polyestergarn hergestellt, das in Polyesterträger oder
Polyester-Nylon- (oder andere nichtolefinische Fasern) Gemische
getuftet wird, um höhere
Ofenverarbeitungstemperaturen bei höherer Zähigkeit des PVC zu erzielen,
was durch Zugfestigkeits- und Reißfestigkeitsprüfung gemessen
werden kann. Eine Formulierung für
eine Matte dieses Typs lautet:
| | Teile |
| PVC-HomopolymerOxy
6337 | 50–100 |
| Homopolymermischung
Oxy 567 | 0–50 |
| DOP
(Dioctyl-Phthalat) – Weichmacher | 60–90 |
| Calciumcarbonat-Füller | 50–200 |
| Farbstoff | 1–2 |
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Die vorliegende Erfindung gewährleistet
die Herstellung einer Vinylmatte mit erhöhtem Rückstellvermögen und erhöhter Dauerhaftigkeit verglichen
mit den derzeitig auf dem Markt angebotenen Kautschukmatten und
die den Kräften
widerstehen, die in Wäschereien
auf sie einwirken, in denen bisher die Kanten von allgemein üblichen
Matten mit PVC-Träger
eine Kräuselung
erfahren haben.
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Ohne andere Verwendungszwecke außer Acht
lassen zu wollen, wurden Bereiche von waschbaren Fußabstreifern
und der Ermüdung
unterliegende Matten verwendet, um den breiten erfindungsgemäßen Verwendungsbereich
zu illustrieren. Es sind viele Verwendungsbereiche bekannt, bei
denen die ausgezeichneten Gesamteigenschaften von durch die elastische
Natur von Kautschuk verbessertem PVC von Bedeutung ist. Beispiele
für derartige
Verwendungszwecke sind Oberflächen
von Sporterzeugnissen, Aeobicmatten, spezielle industrielle Dichtungen,
Teppichunterlagen, handelsübliche
Teppiche auf einer geschäumten
Trägerfläche, Teppichfliesen
auf einer geschäumten Trägerfläche und
rückstellbare
Bodenbeläge
mit geschäumter
Trägerfläche.
