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TECHNISCHES
GEBIET
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Diese
Erfindung betrifft atmungsfähige
Kunststoffschäume
und Verfahren zur Herstellung der Schäume.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kunststoffschäume, die eine einzigartige
poröse
Struktur besitzen. Die Erfindung stellt poröse Schäume mit verringerter Dichte
bereit, die in zahlreichen Artikeln verwendet werden können, wie
Filtrationsprodukten, porösen
Membranen, Aktivkohlefiltern, aufnehmenden Tintenschichten, Schwämmen und
medizinischen Unterlagen mit hoher Wasserdampfdurchlässigkeit
("moisture vapor
transmission" – MVT).
Die porösen
Schäume
werden durch Mischen wenigstens eines thermoplastischen Polymers mit
wenigstens einem Treibmittel in einem kontinuierlichen Verfahren
hergestellt, das ein einachsiges Ziehen des Schaums beinhaltet,
so dass wenigstens eine Schaumzelle aufbricht, wenn die Zelle aus
einer Formungs- oder Formgebungsdüse austritt.
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U.S.
Pat. Nr. 5,238,968 offenbart ein kontinuierliches Verfahren zur
Herstellung eines abbaubaren Hochpolymernetzes durch Zugabe eines
Schäumungsmittels
zu einer Harzzusammensetzung auf Polymilchsäurebasis, Ausführen einer
Schmelz-Schäumextrusion
der erhaltenen Mischung und Öffnen
der Schaumzellen im Extrudat. Dieses Hochpolymer ist als Material
zum Absorbieren von Ölen
und Körperfluida,
Sonnenblenden, wärmeisolierende
Materialien, Filtermedia und Verpackungsmaterialien geeignet.
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Ein
Aspekt der Erfindung stellt ein kontinuierliches Verfahren nach
Anspruch 1 zur Herstellung einer mehrlagigen Struktur, die einen
atmungsfähigen
Schaum enthält,
bereit.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung stellt einen mehrlagigen Artikel nach
Anspruch 4 bereit.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung wird ein Material an dem Schaum durch Extrusionslaminierung
befestigt.
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Die
Schäume
der Erfindung können
so hergestellt werden, dass sie eine willkürliche Anordnung geschlossener
und aufgebrochener Zellen besitzen, wobei die Schäume vorzugsweise
eine Dichteverringerung von mindestens 1% aufweisen. Eine bevorzugte
Porengröße hängt vom
Verwendungszweck des Schaums ab. Die Porosität der Schäume kann durch Einstellen von
Verfahrensbedingungen, wie Ziehgeschwindigkeit des Schaums während der
Extrusion, Schmelztemperatur, Düsenöffnungsgröße, Konzentration
und Art des Treibmittels, Gesamtdicke und Hautdicke, beeinflusst
werden. Das Verfahren kann hoch poröse Schäume oder nahezu okklusive Schäume ergeben,
abhängig
von den verwendeten Verfahrensbedingungen.
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In
dieser Erfindung:
bedeutet "atmungsfähig oder "porös", dass mindestens
ein offener Kanal von einer äußeren Hauptfläche durch das
Material zu einer anderen äußeren Hauptfläche vorhanden
ist, durch den Luft gehen kann;
bezeichnet "geschlossenzellig" ein Schaummaterial im wesentlichen
ohne Verbindung zwischen benachbarten Zellen;
bedeutet "anisotrop", dass verschiedene
Eigenschaften, oder Grade von Eigenschaften, in verschiedenen Richtungen
parallel zu einer Hauptebene vorhanden sind;
bezeichnet "Schmelztemperatur" die Temperatur des
Polymermaterials am Ausgang des Extruderzylinders und nahe der Wand
des Extruderzylinders;
bezeichnet "Schmelzdruck" den Druck des Polymermaterials am Ausgang
des Extruderzylinders und nahe der Wand des Extruderzylinders;
bezeichnet "Oberflächenlage" oder "Haut" die äußere(n)
Lage(n) in einer mehrlagigen Konstruktion, wobei sich der Begriff "Haut" für gewöhnlich auf
die A- oder C-Lagen
in einer ABA- oder ABC-Konstruktion bezieht;
bezeichnet "Keimbildung" ein Verfahren, in
dem eine homogene Lösung
aus Polymermaterial und gelösten Molekülen einer
Spezies eine Bildung von Molekülzusammenballungen
der Spezies erfährt,
die "Keimbildungsstellen" definieren, aus
welchen Zellen wachsen, d.h., eine Änderung von einer homogenen
Lösung
zu einer mehrphasigen Mischung, in der in dem gesamten Polymermaterial
Aggregationsstellen von mindestens mehreren Gasmolekülen gebildet
sind;
bezeichnet "superkritisches
Fluid" ein Gas,
das auf die Dichte einer Flüssigkeit
komprimiert ist, so dass es die Solvationseigenschaften einer Flüssigkeit,
aber die Viskosität
und Durchlässigkeit
eines Gases hat; ein superkritisches Fluid ist ein einphasiges Material,
das über
einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck vorliegt;
die Temperatur und der Druck hängen
von dem Gas ab und werden als die kritische Temperatur und der kritische
Druck des Gases bezeichnet; und
bedeutet "schmelzgebunden", dass benachbarte Polymerlagen zusammengeklebt
werden, indem sie in Kontakt gebracht werden, während sich beide im geschmolzenen
Zustand befinden, z.B. durch Extrusion.
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Ein
Vorteil mindestens einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das relative einfache Herstellungsverfahren,
das zur Erzeugung der atmungsfähigen
Schäume
verwendet wird. Die Schäume
können
unter Verwendung standardmäßiger Extrusionsgeräte hergestellt
werden. Das Verfahren könnte
potenziell auch bei hohen Geschwindigkeiten betrieben werden.
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Ein
weiterer Vorteil mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist, dass das Verfahren nicht auf eine kleine Klasse von
Polymeren begrenzt ist. Einige Verfahren zur Herstellung poröser Materialien
sind auf spezifische Materialien, wie Polyolefine oder Polymere
geringer Viskosität,
begrenzt. Das vorliegende Verfahren kann bei einer großen Vielzahl
von Polymeren angewandt werden und ist nicht auf Polymere spezifischer
Viskosität
begrenzt.
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Ein
weiterer Vorteil mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist die Möglichkeit, den
Grad der Porosität
der erzeugten Schäume
durch Variieren der Verfahrensbedingungen zu steuern und zu ändern. Dadurch
können
die Eigenschaften der Schäume leicht
auf einen bestimmten Verwendungszweck zugeschnitten werden.
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Ein
weiterer Vorteil mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist, dass sie eine Nachbearbeitung eliminieren kann, die
notwendig ist, um geschäumte
oder ungeschäumte
Filme porös
zu machen.
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Ein
weiterer Vorteil mindestens einer Ausführungsform eines Schaums der
vorliegenden Erfindung ist seine verringerte Dichte. Verringerte
Dichte bedeutet, dass weniger Material erforderlich ist, um einen
Schaum mit denselben Dimensionen wie ein ungeschäumtes Material herzustellen.
Trotz der Dichteverringerung können
weiterhin gute mechanische Eigenschaften, wie Festigkeit, erhalten
werden.
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Ein
weiterer Vorteil mindestens einer Ausführungsform der Schäume der
vorliegenden Erfindung ist, dass sie von Natur aus undurchsichtig
sind. Wenn ein weißer,
undurchsichtiger Schaum erwünscht
ist, entfällt die
Notwendigkeit der Zugabe eines Aufhellungsmittels, wie TiO2, das teuer ist und abschleifend sein kann.
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Ein
weiterer Vorteil mindestens einer Ausführungsform eines Schaums der
vorliegenden Erfindung ist, dass die Porosität oder Wasserdampfdurchgangsrate
("moisture vapor
transition rate" – MVTR)
während
der Verwendung erhöht
werden kann, indem das Schaummaterial während seiner Verwendung gestreckt
wird. Sobald der Schaum entlastet wird, kann er sich in einem Ausmaß erholen,
dass seine Porosität
oder MVTR annähernd
vorherige Werte erreichen.
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus den folgenden Zeichnungen,
der ausführlichen
Beschreibung und den Ansprüchen
hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1a zeigt
ein Extrusions- oder Coextrusionssystem, das für die Verfahren der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann. 1B zeigt
eine typische Düse,
die in dem Verfahren der Erfindung verwendet werden kann.
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2a, 2b und 2c zeigen
Abtastelektronenmikroskop(SEM-) Digitalbildmikrographien von Querschnitten
(betrachtet in die Extrusionsrichtung ("Maschinenrichtung")) eines einlagigen Schaums, eines gequetschten
einlagigen Schaums beziehungsweise einer zweilagigen, coextrudierten
Struktur.
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3a, 3b, 3c, 3d und 3e zeigen
jeweils Digitalbildphotographien einer Hauptfläche der in Beispiel 5 bis 9
beschriebenen Schäume.
Hautdicken werden von 3a bis 3e zunehmend größer.
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4a, 4b, 4c und 4d zeigen
jeweils Digitalbildphotographien einer Hauptfläche der in Beispiel 10 bis
13 beschriebenen Schäume.
Die Konzentration des Treibmittels wurde von 4a bis 4c zunehmend
höher.
In 4d wurde eine andere Art von Treibmittel verwendet.
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5a, 5b und 5c zeigen
jeweils Digitalbildphotographien einer Hauptfläche der in Beispiel 26 bis
28 beschriebenen Schäume.
Die Ziehgeschwindigkeit wurde von 5a bis 5c zunehmend
höher.
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6 zeigt
Wasserdampfdurchlässigkeitsraten
für coextrudierte
ABA-Strukturen der Erfindung, die unter Verwendung verschiedener
Ziehgeschwindigkeiten und Polymerdurchflussmengen hergestellt wurden.
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7 zeigt
die Zugbelastung bei 200% Reckung in die Richtung parallel zu der
Maschinenrichtung für coextrudierte
ABA-Strukturen der Erfindung, die unter Verwendung verschiedener
Ziehgeschwindigkeiten und Polymerdurchflussmengen hergestellt wurden.
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8 zeigt
die Zugbelastung bei 200% Reckung in die Bahnquerrichtung für coextrudierte
ABA-Strukturen der Erfindung, die unter Verwendung verschiedener
Ziehgeschwindigkeiten und Polymerdurchflussmengen hergestellt wurden.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt mehrlagige poröse Schäume und Verfahren zur Herstellung
der Schäume
bereit, wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.
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Es
wird hervorgehoben, dass die einlagigen Schäume und entsprechenden, in
der Folge erwähnten Verfahren,
z.B. in Beispiel 1 bis 4, nicht Teil der vorliegenden Erfindung
sind.
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Extrusionsverfahren
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Die
Schäume
der vorliegenden Erfindung können
unter Verwendung von standardmäßigen Extrusionsgeräten, wie eines
Einschneckenextruders, Doppelschneckenextruders oder Tandem-Extrudersystems und
Kombinationen davon, hergestellt werden. Das Polymermaterial, das
zur Herstellung des Schaums verwendet wird, wird in die Anfangszone
des Extruders eingeleitet. Für
gewöhnlich
werden Zusatzstoffe mit dem Polymer vermischt, können aber stromabwärts zugegeben
werden. Wenn ein chemisches Treibmittel verwendet wird, kann es
auch zu diesem Zeitpunkt zugegeben werden. Wenn ein physikalisches
Treibmittel verwendet wird, wird es für gewöhnlich nach dem Schmelzen des
Polymers zugegeben. Der Extruder schmilzt und befördert das
Polymermaterial, während
er es mit dem Treibmittel mischt, um eine schäumbare Schmelzenmischung zu
bilden.
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Für gewöhnlich wird
die schäumbare
Schmelzenmischung am Ausgang des Extrudersystems in eine Formungs-
oder Formgebungsdüse
geleitet. Die Düse
kann zum Beispiel profiliert, ringförmig, für einen Flachfilm usw. sein.
Wenn eine ringförmige
Düse verwendet
wird, kann der Schaum aufgebrochen und zweiachsig orientiert werden,
indem er über
einen Dorn geleitet wird, der sich am Düsenausgang befindet. Ein mehrlagiger Beschickungsblock
oder eine mehrlagige Düse
können
verwendet werden, wenn gewünscht
wird, mehrlagige Konstruktionen durch Coextrusion herzustellen.
Zum Beispiel kann ein dreilagiger Beschickungsblock verwendet werden,
um den Schaum als B-Lage in einer ABA- oder ABC-Konstruktion zu
extrudieren. Die A- oder C-Lagen können geschäumt oder ungeschäumt sein
und können
dasselbe Material wie die B-Lage oder ein anderes Polymermaterial
umfassen. In einem solchen Fall kann das Material der A- oder C-Lage in einem separaten
Extruder geschmolzen, befördert
und verarbeitet werden und dem dreilagigen Be schickungsblock zugeführt werden,
aus dem es mit dem Schaummaterial coextrudiert wird. Es kann auch
ein Artikel mit mehr als drei Lagen hergestellt werden.
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Das
Polymerschaummaterial und alle coextrudierten Materialien werden
für gewöhnlich durch
eine Düse
auf eine Auftragfläche,
wie eine drehende Auftragtrommel, eine sich bewegende Bahn oder
andere geeignete Oberflächen
geleitet. Während
des Extrusionsverfahrens wird die schäumbare Schmelzenmischung, bis
sie sich dem Ausgang nähert
oder diesen erreicht, vorzugsweise unter ausreichendem Druck gehalten,
um das Treibmittel in Lösung
zu halten. Die Größe des Düsenspalts
kann den Druck im Extruder beeinflussen, wie auch die Dicke des
erhaltenen Schaums bestimmen. Während
sich die Schmelzenmischung der äußeren Öffnung der
Düse nähert und
aus dieser austritt, ist sie einem verminderten Druck ausgesetzt,
für gewöhnlich Umgebungsdruck.
Dieser Druckabfall bewirkt, dass sich ein physikalisches Treibmittel,
oder das Gas, das durch die Zersetzung eines chemischen Treibmittels
entsteht, ausdehnt, wodurch es zu einer Keimbildung und Zellbildung
kommt. Zu dem oder um den Zeitpunkt, zu dem sich die Zellen bilden,
wird eine einachsige Längskraft auf
das schäumende
oder geschäumte
Material ausgeübt,
so dass eine oder mehrere der Zellen aufbrechen. Die Längskraft
wird in eine Richtung parallel zu der Extrusions(Maschinen-) Richtung
ausgeübt.
Sie wird für gewöhnlich durch
Einstellen der Ziehgeschwindigkeit eingestellt. Dies kann zum Beispiel
durch Einstellen der Drehzahl einer Auftragtrommel erfolgen, auf
die der Schaum extrudiert wird. Es könnte jedoch jedes Mittel zum Ausüben einer
Längskraft
auf den Schaum verwendet werden.
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Der
Schaum kann durch Extrudieren auf eine temperaturkontrollierte Oberfläche, wie
eine Auftragtrommel, abgeschreckt werden. Die Längskraft wird ausgeübt, bevor
mit dem Abschrecken begonnen wird. Wenn der Schaum zu rasch abgeschreckt
wird. z.B. indem die Düse
zu nahe bei der temperaturkontrollierten Oberfläche angeordnet wird, verfestigt
sich der Schaum zu rasch. Dies könnte
dazu führen,
dass der Schaum bei Anwendung der Ziehkraft reißt, anstatt einen Aufbruch
der Zellen zu bewirken. Die Längskraft
wird weiter auf den Schaum ausgeübt,
während
er mit der temperaturkontrollierten Oberfläche in Kontakt steht.
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Die
Anzahl von Zellen, die aufbrechen, hängt von Faktoren wie der Ziehgeschwindigkeit,
der Treibmittelkonzentration, der Abschreckrate, der Schmelztemperatur,
dem Schmelzdruck, der Polymerdurchflussmenge, der Gesamtschaumdicke
und Hautdicke ab. Die Eigenschaften der verwendeten Polymermaterialien,
einschließlich
der Viskosität,
sind auch Faktoren. Andere Variable, wie der Düsenwinkel, die Temperatur der
Auftragtrommel und die Querschnittsfläche der Düsenöffnung, können ebenso die Anzahl der
aufgebrochenen Zellen beeinflussen.
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Das
einachsige Ziehen des Schaums kann den Schaum so orientieren, dass
er anisotrope Eigenschaften hat. Zum Beispiel kann ein Schaum der
vorliegenden Erfindung in die Bahnquerrichtung deutlich elastischer
als in die Maschinenrichtung sein.
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Coextrusion
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Wie
zuvor erwähnt,
kann das Coextrusionsverfahren der vorliegenden Erfindung dazu verwendet
werden, ein Schaummaterial mit zwei oder mehr Lagen herzustellen,
die durch Schmelzbinden verbunden werden. Ein lagenförmiges Material
oder ein derartiger Artikel können
hergestellt werden, indem die Extruderdüse mit einem geeigneten Beschickungsblock,
z.B. einem mehrlagigen Beschickungsblock, ausgestattet wird, oder indem
eine mehrlagige Düse
verwendet wird. Mehrlagige Beschickungsblöcke und 3-lagige Düsen sind
zum Beispiel von der Cloeren Company, Orange, Texas, erhältlich.
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Durch
das Verfahren der vorliegenden Erfindung können viele verschiedene Ausführungsformen mehrlagiger
Schäume
hergestellt werden. Materialien oder Artikel mit mehreren nebeneinander
liegenden Schaumlagen können
mit Schaumlagen hergestellt werden, welche dieselben oder verschiedene
Materialien umfassen. Die Schäume
der vorliegenden Erfindung können
eine oder mehrere innere und/oder äußere Lagen einer mehrlagigen
Konstruktion umfassen. Zum Beispiel kann jede zweite Lage eine Schaumlage
umfassen, oder Schaumlagen können
nebeneinander liegen; oder mehrere Nicht-Schaumlagen können nebeneinander liegen.
Jede schäumbare,
extrudierbare Schmelzenmischung kann unter Verwendung des zuvor
beschriebenen Extrusionsverfahrens verarbeitet werden, wobei die
verschiedenen Schmelzenmischungen zu verschiedenen Einlässen auf
einem mehrlagigen Beschickungsblock geleitet werden, der die Schmelzenmischungen gemeinsam
in Lagen zuführt,
bevor sie aus der Düse
austreten. Die Lagen sollten auf dieselbe Weise schäumen, wie
zuvor für
das Extrusionsverfahren beschrieben wurde. Das Coextrusionsverfahren
kann auch zum Extrudieren eines Schaums dieser Erfindung mit anderen
Arten von Materialien, wie ungeschäumten Polymermaterialien, verwendet
werden. Wenn ein mehrlagiger Artikel hergestellt wird, ist bevorzugt,
nebeneinander liegende Lagen unter Verwendung von Materialien gleicher
Viskosität
zu bilden.
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Wenn
nebeneinander liegende Lagen von Materialien auf im Wesentlichen
unterschiedliche Temperaturen erwärmt werden, kann eine Düse verwendet
werden, die die verschiedenen Materialien bis unmittelbar vor ihrem
Austritt aus der Düse
thermisch isoliert (z.B. 4 von U.S.
Pat. Nr. 5,599,602). Dies kann negative Auswirkungen kontaktierender
Materialien mit verschiedenen Temperaturen verringern oder beseitigen,
wie dass der Schaum schmilzt oder kollabiert oder eine anhaltende
Zellausdehnung verursacht wird.
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Laminierung
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Mehrlagige
Schaumartikel können
auch hergestellt werden, indem Polymer- und Nicht-Polymerlagen an
einem ein- oder mehrlagigen Film, wie zuvor beschrieben, befestigt
werden. Die Lagen können
durch Laminierung befestigt werden. Zu geeigneten Laminierungstechniken
zählen
zum Beispiel die Laminierung nach der Produktion, die in der Technik
allgemein bekannt ist, oder die Extrusionslaminierung.
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Materialien,
die für
die Laminierung geeignet sind, umfassen Sperrschichtmaterialien,
wie nicht poröse,
teilkristalline Polymere, die im Allgemeinen für Gase und Flüssigkeiten
undurchlässig
sind, z.B. teilkristalline Polyolefine; Trennmaterialien, wie Materialien
mit niedrigeren Oberflächenenergien
als Materialien, mit welchen sie in Kontakt gebracht werden, z.B.
Silikone und Fluorpolymere; gewebte Materialien, wie Baumwollen,
Netzgewebe und Stoffe; nicht gewebte Materialien, wie Polypropylene
und Polyester; und druckempfindliche Klebstoffmaterialien, wie Polyacrylat-Copolymere
und klebrig gemachte Styrol-Copolymere.
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Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist die Extrusionslaminierung
ein Verfahren zum Laminieren eines Materials an ein Schaummaterial
während
des Extrusionsverfahrens. Das Laminatmaterial wird mit dem Schaum
in Kontakt gebracht, während
das Polymermaterial, das den Schaum umfasst, weiterhin ausreichend
weich, klebrig und/oder anpassungsfähig ist, um an dem Laminatmaterial
zu heften. Verfahren zur Extrusionslaminierung einer Faserbahn,
wie eines nicht gewebten oder gewebten Materials, an ein ungeschäumtes Polymermaterial
sind in U.S. Pat. Nr. 5,698,054 und 5,795,834 beschrieben. Eine
laminierte Faserbahn kann elastisch sein oder kann unelastisch und
dehnbar sein.
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Nach
der Herstellung der Schaumartikel können ihre Eigenschaften weiter
durch Ausüben
verschiedener Arten von Kräften
beeinflusst werden. Zum Beispiel kann ein Strecken nach der Produktion
die MVTR eines Schaums der Erfindung erhöhen. Ein Strecken nach der
Produktion oder "Aktivieren" kann das Strecken eines
Schaums in eine oder mehr Richtungen umfassen, nachdem er auf Umgebungstemperatur
abgekühlt wurde.
Das Strecken nach der Produktion kann an einlagigen Schäumen, mehrlagigen
Schäumen
und Schäumen,
die mit anderen Materialien laminiert sind, einschließlich faseriger
Materialien, ausgeführt
werden.
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In
der Wissenschaft sind mehrere Techniken bekannt, durch welche eine
unelastische Faserbahn, die an einen elastischen Film laminiert
ist, "aktiviert", d.h., elastisch
gemacht, wird. U.S. Pat. Nr. 5,861,074 offenbart mehrere Möglichkeiten,
ein Laminat sowohl in die Maschinen- als auch Bahnquerrichtung zu
Strecken, um deren Elastizität
zu verbessern oder ihr eine solche zu verleihen. U.S. Patent Nr.
4,834,741 offenbart ein Verbundlaminat, das durch ein zwei zusammenwirkende,
wellen- oder faltenbildende Rollen geleitet wurde, um das Verbundlaminat
zu aktivieren. U.S. Pat. Nr. 5,143,679 beschreibt ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum zunehmenden Strecken von Stretchlaminatbahnen
mit "Nullreckung", um in die Richtung
der Anfangsstreckung Elastizität
zu verleihen.
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Wenn
die Faserbahn unelastisch und dehnbar ist, ist das Verbundlaminat
im Allgemeinen beim anfänglichen
Strecken unelastisch. Um dem Laminat Elastizität zu verleihen oder diese zu
erhöhen,
kann ein "Voraktivierungsschritt" verwendet werden.
Ein Voraktivierungsschritt ist allgemein als ein Vorgang definiert,
der an der Faserbahn und/oder dem Verbundlaminat ausgeführt wird,
um im Allgemeinen die Festigkeit zu schwächen und/oder die Faserbahn
oder das Verbundlaminat in eine oder mehrere Richtungen unelastisch
zu verformen, so dass das Verbundlaminat leichter gestreckt werden
kann. Auf eine Voraktivierung folgt für gewöhnlich eine deutliche elastische
Erholung des Verbundlaminats auf seine ursprüngliche Länge. Die Erholung kann mindestens
50%, vorzugsweise mindestens 75% und insbesondere mindestens 90%
betragen.
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Verfahrensvariable
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Die
Erfinder haben festgestellt, dass Verfahrensbedingungen manipuliert
werden können,
um die gewünschte
Porosität
und Dichte in den erhaltenen Schäumen
zu erreichen. Diese Eigenschaften können durch Ändern solcher Variablen, wie
die Geschwindigkeit, bei der das schäumende oder geschäumte Material
während
der Extrusion gezogen wird, Ändern
der Treibmittelkonzentration in dem Schaum, Ändern der Rate, mit der das
Schaummaterial abgeschreckt wird, Ändern der Düsenöffnungsbreite, um den Schmelzdruck
zu beeinflussen, und Ändern
der Schmelztemperatur, beeinflusst werden. Wenn der Schaum mit Hautlagen
coextrudiert wird, kann die Dicke der Häute auch die Eigenschaften
des erhaltenen Artikels beeinflussen.
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Ziehgeschwindigkeit
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Die
Erfinder haben festgestellt, dass die Geschwindigkeit, bei der das
sich bildende oder gebildete Schaummaterial während der Extrusion gezogen
wird, die Anzahl der Zellen des Schaummaterials, die aufbrechen,
sowie das Ausmaß,
in dem dies stattfindet, beeinflussen kann. Eine höhere Ziehgeschwindigkeit
kann bewirken, dass mehr Zellen aufbrechen, und kann bewirken, dass
die aufgebrochenen Öffnungen
groß sind, was
beides zu einer erhöhten
Porosität
führen
kann. Die Ziehgeschwindigkeit sollte nicht so hoch sein, dass sie
ein Reißen
des Schaummaterials bewirkt. Die richtige Ziehgeschwindigkeit zum
Erreichen eines gewünschten
Maßes
an Porosität
kann durch die Art der verwendeten Materialien, die Durchflussmengen
des Extrudats und die Querschnittsfläche der Düse beeinflusst werden. Die
Ziehge schwindigkeit kann zum Beispiel durch Einstellen der Umdrehungen
pro Minute einer Walze gesteuert werden, auf die das Extrudat gegossen wird.
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Treibmittelkonzentration
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Die
Erfinder haben festgestellt, dass die Menge an Treibmittel in der
schäumbaren
Schmelzenmischung die Anzahl gebildeter Zellen beeinflussen kann.
Eine höhere
Konzentration an Treibmittel führt
für gewöhnlich zur
Bildung von mehr und kleineren Zellen. Es wird angenommen, dass
dies dadurch begründet
ist, dass mehr Treibmittel mehr Keimbildungsstellen bereitstellen
kann. Die Wirkung der Treibmittelkonzentration kann mit der Wirkung
der Schmelztemperatur und des Schmelzdrucks in Zusammenhang gebracht
werden. Im Allgemeinen neigt die Porengröße mit sinkender Schmelztemperatur
zur Abnahme. Ebenso neigt die Porengröße im Allgemeinen mit zunehmendem
Schmelzdruck zur Abnahme.
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Hautdicke
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Die
Erfinder haben festgestellt, dass sie überraschenderweise atmungsfähige Schaumartikel
mit ungeschäumten
Hautlagen herstellen können.
Die Dicke der Hautlagen in einem mehrlagigen Artikel, der eine Kernlage
aus einem Schaum der vorliegenden Erfindung umfasst, kann die Porosität des erhaltenen
Artikels beeinflussen. Im Allgemeinen kann der Artikel umso poröser sein,
je dünner
die Hautlage ist. Dünne
Häute sorgen
für einen
relativ geringen Widerstand gegenüber dem Aufbrechen der Zellen.
Wenn eine Zelle bricht, kann die Fläche der dünnen Haut, die mit den oder
den aufbrechenden Zellen in Kontakt steht oder sich in der Nähe derselben
befindet, auch leicht brechen. Dickere Hautlagen können in
einigen Fällen
wünschenswert
sein, da, abhängig
von dem verwendeten Material, eine dickere Haut die gewünschte Adhäsion verstärken kann,
wenn der Schaum laminiert wird, die Zugfestigkeit eines Artikels
verbessern kann und eine Blockierung, d.h., unerwünschte Kohäsion oder
Adhäsion,
auf der Auftragfläche
oder der Produktrolle verhindern kann. Unter Anwendung des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung ist auch möglich, einen Artikel mit zwei
oder mehr Lagen, wobei der Artikel zwei parallele Hauptflächen hat,
mit einer dicken Haut, die nicht aufbrechen kann, an einer Seite des
Artikels und mit einer dünnen
Haut, die aufbrechen kann, an der anderen Seite des Artikels zu
versehen.
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Abschreckrate
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Die
Abschreckrate ist die Rate, bei der das Schaummaterial zu oder um
die Zeit, zu der es aus der Düse
austritt, abkühlt.
Wenn es rasch abkühlt,
verfestigt sich der Schaum rasch. Dies verhindert, dass sich weitere
Zellen bilden. Wenn der Schaum zu langsam abkühlt, haben die Zellen mehr
Zeit, mit dem Wachsen und Aufbrechen fortzufahren, bevor sich der
Schaum verfestigt. Der Schaum kann durch Umgebungsluft, die Anwendung
von Kaltluft, oder, was besonders üblich ist, durch Ändern der
Temperatur der Oberfläche,
auf die der Schaum extrudiert wird, abgekühlt werden. Je geringer die
Temperatur des Schaums ist, wenn er aus der Düse austritt, desto rascher
verfestigt er sich. Die Abschreckrate wird auch durch den Abstand
zwischen dem Düsenausgang
und der Auftragfläche
beeinflusst. Bei einer zu raschen Abkühlung könnten Zellen nicht aufbrechen
und stattdessen der Schaum reißen,
während
er gezogen wird.
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Andere Variable
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Andere
Variable, die die Eigenschaften des erhaltenen Schaums beeinflussen
könnten,
umfassen die Querschnittsfläche
der Düsenöffnung,
den Düsenwinkel,
die Temperatur des oberflächlichen
(oder Haut-) Lagenmaterials, die Polymerdurchflussmenge und die
viskoelastischen Eigenschaften der Polymermaterialien. Obwohl keine
spezifischen rheologischen Eigenschaften für die verwendeten Polymermaterialien
erforderlich sind, kann die Rheologie ein Faktor bei der Bestimmung
der Ziehgeschwindigkeit sein, die erforderlich ist, um die Schaumzellen
aufzubrechen. Daher ist die Polymerviskosität eine Variable, die manipuliert
werden kann, um die gewünschten
Schaumeigenschaften zu erreichen. Die Viskosität kann auch durch die Menge
an verwendetem Treibmittel verändert
werden.
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Polymermaterialien
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Im
Allgemeinen können
die Schäume
der Erfindung mit jedem thermoplastischen Material hergestellt werden.
Thermoplastische Materialien sind jene, die bei Erwärmung fließen. Die
thermoplastischen Materialien der vorliegenden Erfindung können teilkristallin
oder amorph sein. Die amorphen Materialien der vorliegenden Erfindung
können
thermoplastische Elastomere oder Elastomere sein. Thermoplastische
Elastomere sind thermoplastische Materialien, die über ihrer
Glasübergangstemperatur
amorph sind und eine physikalische Vernetzung aufweisen. Elastomere
sind thermoplastische Materialien, die über ihrer Glasübergangstemperatur amorph
sind und im Wesentlichen keine physikalische Vernetzung aufweisen.
Die elastomeren Materialien der vorliegenden Erfindung können druckempfindliche
Klebstoffe sein. Druckempfindliche Klebstoffe können selbstklebend sein oder
können
Materialien sein, die bei Zugabe klebrig machender Harze oder Kiefernharze klebrig
werden. Eine anerkannte quantitative Beschreibung eines druckempfindlichen
Klebstoffs sind die Dahlquist Kriterien (wie in Satas, D. (Hrg.),
Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology, S. 171–76 (2. Auflage,
Van Nostrand Reinhold, New York, 1989, beschrieben). Ein besonders
nützliches,
amorphes, thermoplastisches Material ist jenes mit einer Glasübergangstemperatur
unter 22°C,
vorzugsweise unter 0°C.
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Zu
geeigneten teilkristallinen Polymeren zählen teilkristalline Polyester,
wie Polyethylenterephthalat, teilkristalline Polyamide, Polyimide,
wie Nylon 6 und Nylon 66, Polyolefine, wie Polyethylen und Polypropylen, Polymethylpenten,
Polyisobutylen, Polyolefin-Copolymere,
Polyester-Copolymere, Fluorpolymere, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol,
Polyethylenoxid, funktionalisierte Polyolefine, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, metallneutralisierte
Polyolefin-Ionomere, die unter der Handelsbezeichnung SURLYN von
E. I. DuPont de Nemours, Wilmington, Delaware, erhältlich sind,
Polyvinylidenfluorid und Polytetrafluorethylen.
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Zu
geeigneten amorphen thermoplastischen Materialien zählen zum
Beispiel Polycarbonate, Polyacryle, Polymethacryle, Polybutadien,
Polyisopren, Polychloropren, statistische und Block-Copolymere von
Styrol und Dienen (z.B. Styrol-Butadiengummi (SBR)), Butylgummi,
Ethylen-Propylen-Dien-Monomergummi,
natürlicher
Gummi, Ethylen- Propylengummi
und Mischungen davon. Weitere Beispiele für geeignete Polymere umfassen
z.B. Polystyrol-Polyethylen-Copolymere, Polyvinylcyclohexan, Polyacrylonitril,
Polyvinylchlorid, thermoplastische Polyurethane, aromatische Epoxidharze,
amorphe Polyester, amorphe Polyamide, Acrylonitril-Butadien-Styrol-
(ABS-) Copolymere, Polyphenylenoxidlegierungen, hochschlagfestes
Polystyrol, Polystyrol-Copolymere, fluorinierte Elastomere, Polydimethylsilocan,
Polyetherimide, Methacrylsäure-Polyethylen-Copolymere,
schlagzähmodifizierte
Polyolefine, amorphe Fluorpolymere, amorphe Polyolefine, Polyphenylenoxid,
Polyphenyloxid-Polystyrollegierungen und Mischungen davon.
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Amorphe
thermoplastische Elastomere können
bevorzugte Materialien für
die Schäume
sein, wenn die Verwendung des Schaums elastische Eigenschaften erfordert.
Zu geeigneten thermoplastischen Elastomeren zählen z.B. Styrol-Isopren-Blockcopolymere,
Styrol-Ethylen/Butylen-Styrol-Blockcopolymere
(SEBS), Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol-Blockcopolymere,
Styrol-Isopren-Styrol-Blockcopolymere (SIS), Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymere
(SBS), Ethylen-Propylen-Copolymere, Styrol-Ethylen-Copolymere, Polyetherester,
und thermoplastische elastomere Materialien auf Poly-α-O1efinbasis,
wie jene, die durch die Formel -(CH2CHR)x dargestellt werden, wobei R eine Alkylgruppe
ist, die 2 bis 10 Kohlenstoffatome enthält, und Metallocenkatalysatoren
auf Poly-α-Olefinbasis
und Mischungen davon.
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Geeignete
druckempfindliche Klebstoffpolymere oder elastomere Polymere, die
mit Klebrigmachern vermengt werden können, umfassen zum Beispiel
Acryle, Acryl-Co-polymere
(z.B. Isooctylacrylat-Acrylsäure), amorphe Poly-Alpha-Olefine
(z.B. Polyocten, Polyhexen und ataktisches Polypropylen), Klebstoffe
auf Blockcopolymerbasis, natürliche
und synthetische Gummis, Styrol-Butadien-Gummi
(SBR), Silikonklebstoffe, Ethylen-Vinylacetat, Siloxane und Epoxidharz
enthaltende, strukturelle Klebstoffmischungen (z.B. Epoxidharz-Acrylat und Epoxidharz-Polyester-Mischungen),
Acryl-Copolymere,
wie jene, die in U.S. Pat. Nr. 5,804,610 beschrieben sind, klebrig
gemachte styrolische Blockcopolymere, Polyolefin-Copolymere, Polyharnstoffe,
Polyurethane, Vinylether, Polyisobutylen/Butylgummi, Ethylen-Propylen-Copolymere,
Ethylen-Propylen-Diengummi-Copolymere, wie auch druckempfindliche
Klebstoffe, die in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung 09/091,683
offenbart sind, und Mischungen beliebiger der obengenannten druckempfindlichen
Klebstoffe.
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Es
können
auch Mischungen beliebiger dieser Materialien verwendet werden.
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Treibmittel
-
Für die vorliegende
Erfindung können
physikalische oder chemische Treibmittel verwendet werden.
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Ein
physikalisches Treibmittel, das in der vorliegenden Erfindung nützlich ist,
ist jedes natürlich
vorkommende atmosphärische
Material, das bei der Temperatur und dem Druck, bei dem der Schaum
aus der Düse
austritt, ein Dampf ist. Das physikalische Treibmittel kann in das
Polymermaterial als Gas, Flüssigkeit oder
superkritisches Fluid, vorzugsweise als Flüssigkeit, eingeleitet werden.
Das physikalische Treibmittel kann in das Extrudersystem eingespritzt
werden. Ein physi kalisches Treibmittel befindet sich für gewöhnlich bei
den Bedingungen, die in dem Extruder während des Verfahrens vorherrschen,
in einem superkritischen Zustand. Wenn ein physikalisches Treibmittel
verwendet wird, ist bevorzugt, dass es in dem verwendeten Polymermaterial
löslich
ist. Die verwendeten physikalischen Treibmittel hängen von
den Eigenschaften ab, die in den erhaltenen Schaumartikeln erwünscht sind.
Andere Faktoren, die bei der Wahl eines Treibmittels berücksichtigt
werden, sind dessen Toxizität,
Dampfdruckprofil und leichte Handhabung. Brennbare Treibmittel,
wie Pentan, Butan und andere organische Materialien, wie Fluorkohlenwasserstoffe
(FKWs) und Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) können verwendet
werden, aber nicht brennbare, nicht toxische, nicht ozonverarmende Treibmittel
sind bevorzugt, da sie leichter zu verwenden sind, z.B. weniger
Umwelt- und Sicherheitsbedenken auslösen. Zu geeigneten physikalischen
Treibmitteln zählen
zum Beispiel Kohlendioxid, Stickstoff, SF6,
Stickoxid, perfluorinierte Fluida, wie C2F6, Argon, Helium, Edelgase, wie Xenon, Luft
(Stickstoff- und Sauerstoffmischung), und Mischungen dieser Materialien,
Fluorkohlenwasserstoffe (FKWs) und Fluorchlorkohlenwasserstoffe
(FCKWs).
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Chemische
Treibmittel sind zur Verwendung in der Erfindung bevorzugt, da sie
kein Einspritzsystem benötigen,
wie dies bei einem physikalischen Treibmittel der Fall ist; sie
können
im Prinzip in jedem Extrusionssystem verwendet werden. Zu geeigneten
chemischen Treibmitteln zählen
zum Beispiel Natriumbicarbonat- und Zitronensäuremischung, Dinitrosopentamethylentetramin,
p-Toluolsulfonylhydrazid, 4-4'-Oxybis(benzolsulfonylhydrazid,
Azodicarbonamid (1,1'-Azobisformamid),
metamodifizierte Azodicarbonide, p- Toluolsulfonyl-semicarbazid, 5-Phenyltetrazol,
5-Phenyltetrazol-Analoge,
Diisopropylhydrazodicarboxylat, 5-Phenyl-3,6-dihydro-1,3,4-oxadiazin-2-on
und Natriumborhydrid. Weitere chemische Treibmittel sind in Klempner, D.,
Frisch, K. C. (Herausgeber), Handbook of Polymeric Foams and Foam
Technology, Kapitel 17 (Hansen, NY, 1991) beschrieben.
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Coextrudierbare
Materialien
-
Die
schäumbaren
Materialien können
mit anderen Materialien coextrudiert werden und können eine oder
mehrere Lagen einer mehrlagigen Struktur umfassen, einschließlich Oberflächenlagen
oder Innenlagen. Das Coextrudieren der Schäume mit anderen Materialien
kann erwünscht
sein, um die Eigenschaften eines Artikels zu verbessern oder zu
verändern,
der andernfalls nur aus einem Schaum bestünde. Zum Beispiel kann es wünschenswert
sein, die leichte Handhabung des Schaums zu verbessern, ein Blockieren
auf der Auftragstrommel und Produktrolle zu verringern, oder die
mechanischen oder haftenden Eigenschaften der erhaltenen Schaummaterialien
zu ändern.
Diese Zielsetzungen können
zum Beispiel durch Extrudieren des Schaums in einer ABA-Konstruktion mit
dem Schaum als B-Kernlage und einem anderen Material als A-Hautlage
erreicht werden. Oder sie können
durch Hinzufügen
einer beliebigen Anzahl von Lagen erreicht werden, die aus verschiedenen
Materialien bestehen, von welchen jede dem oder den Schaumartikeln
eine oder mehr gewünschte
Eigenschaften verleihen kann.
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Die
coextrudierten Materialien können
geschäumt
sein oder nicht. Zu geeigneten coextrudierbaren Materialien zählen alle
Polymermaterialien, die in einem Extrusionsverfahren verwendet werden
können.
Dazu zählten
alle thermoplastischen, teilkristallinen, amorphen, thermoplastisch-elastomeren,
elastomeren und haftenden Materialien, die hierin beschrieben sind.
Wenn die Kernschaumlage elastisch ist, kann bevorzugt sein, teilkristalline
thermoplastische Materialien für
die Hautlagen zu verwenden, insbesondere thermoplastische Olefine,
da teilkristalline Materialien für
Festigkeit sorgen können
und den Schaum leichter handhabbar machen.
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Die
bevorzugte Dicke einer coextrudierten Lage kann von dem beabsichtigten
Verwendungszweck des Schaumartikels und den Eigenschaften des Schaums
und der coextrudierten Materialien abhängen. Zum Beispiel sollten
bei der Herstellung eines atmungsfähigen Schaumartikels die coextrudierten
Materialien nicht so dick sein, dass sie ein Aufbrechen von Schaumzellen
verhindern, oder nicht aufbrechen, wenn die Schaumzellen aufbrechen,
und somit verhindern, dass der Artikel porös ist. Im Allgemeinen muss
jedes Material, das mit dem Schaumkern coextrudiert wird, imstande
sein aufzubrechen, um einen porösen
Artikel zu erhalten, obwohl das erforderliche Ausmaß des Aufbrechens
wieder von dem beabsichtigten Verwendungszweck des Artikels abhängig ist.
Zur Bereitstellung eines Artikels mit zwei parallelen Hauptflächen, wo
eine Oberfläche
und wahlweise angrenzende Innenlagen offene Poren haben und die
andere Oberfläche
als Sperrschicht dient, kann eine Hautlage mit einer Dicke extrudiert
werden, die ein Aufbrechen der Hautlage verhindert, wenn die darunter
liegenden Schaumzellen aufbrechen.
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Zusatzstoffe
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Die
schäumbare
Schmelzenmischung kann auch Zusatzstoffe enthalten. Beispiele geeigneter
Zusatzstoffe umfassen Klebrigmacher (z.B. Harzester, Terpene, Phenole
und aliphatische, aromatische oder Mischungen aus aliphatischen
und aromatischen synthetischen Kohlenwasserstoffharzen), Weichmacher
(andere als physikalische Treibmittel), Keimbildner (z.B. Talk,
Silizium oder TiO2), Pigmente, Farbstoffe,
Verstärkungsmittel,
feste Füllmittel,
hydrophobes oder hydrophiles Siliziumdioxid, Kalziumcarbonat, Stoffe
zur Erhöhung
der Zähigkeit,
Flammverzögerungsmittel,
Antioxidantien, expandierbare Mikrokügelchen, Glaskugeln, Stabilisatoren
(z.B. UV-Stabilisatoren) und Kombinationen davon. Die Zusatzstoffe
können
in ausreichenden Mengen zugegeben werden, um die gewünschten
Eigenschaften für
den erzeugten Schaum zu erhalten. Die gewünschten Eigenschaften werden
weitgehend von der beabsichtigten Anwendung des Schaums oder Schaumartikels
bestimmt.
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Artikel
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Die
Erfindung stellt Materialien und Artikel bereit, die einen atmungsfähigen Polymerschaum
umfassen. Der Schaum kann in zahlreichen Formen bereitgestellt werden,
die Zellen ermöglichen,
bei Anwendung einer Längskraft
während
des Extrusionsverfahrens aufzubrechen. Diese Formen umfassen einen
Stab, eine Fibrille, einen Zylinder, eine Schicht, ein Band, usw.,
abhängig
von der Düsenform.
In einigen Ausführungsformen,
z.B. wenn der Schaum in Form einer Schicht oder Röhre bereitgestellt
ist, hat der Schaum zwei Hauptflächen.
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Die
Schäume
der vorliegenden Erfindung können
mit einem weiten Bereich an Porositäten hergestellt werden. Die
optimale Porosität
hängt von
dem beabsichtigten Verwendungszweck des Schaums ab.
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Die
Schäume
der vorliegenden Erfindung können
auch mit einem Bereich von Dichten hergestellt werden, für gewöhnlich von
0,1 bis 0,9 Gramm/Kubikzentimeter, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 g/cc.
Diese geringeren Dichten ermöglichen,
im Vergleich zu ungeschäumten
Materialien, die Herstellung von Artikeln mit weniger Material.
Obwohl weniger Material verwendet wird, können die Schaumartikel gute
mechanische Eigenschaften haben, wie Zugfestigkeitseigenschaften.
Zum Beispiel wäre
die Zugfestigkeit eines Schaums mit etwa der halben Dichte eines
vergleichbaren ungeschäumten
Materials derselben Dimensionen nicht unbedingt die Hälfte jener
des ungeschäumten
Materials.
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Aufgrund
des einachsigen Ziehens der Schaummaterialien beim Austritt aus
der Düse
können
die Schaummaterialien in die Maschinenrichtung orientiert werden.
Sie können
anisotrope Eigenschaften, wie Zug- und elastische Eigenschaften,
in die Maschinen- und Bahnquerrichtungen haben. Zum Beispiel kann
ein Schaum der Erfindung signifikant elastischer in die Bahnquerrichtung
als in die Maschinenrichtung sein. Die Differenz kann bis zum Fünffachen
betragen.
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Mehrlagige
Artikel, die unter Verwendung des Coextrusionsverfahrens der Erfindung
hergestellt werden, können
zahlreiche verschiedene Eigenschaften haben, abhängig von den verwendeten Materialien
und der Porosität
der Schäume
in den Artikeln. Ein poröser
Schaumartikel mit dünnen
Außenlagen
aus Polymermaterial kann hoch porös gemacht werden.
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Nach
der Bildung eines Schaummaterials oder Artikels kann dieses/dieser
einer Weiterverarbeitung unterzogen werden. Zum Beispiel kann der
Schaum einer Ultraviolettstrahlung, einer Elektronenstrahlquelle oder
Wärmequelle
ausgesetzt werden, um die Polymermaterialien in dem Schaum zu vernetzen.
Das Schaummaterial kann auch einer Orientierung nach der Produktion,
Laminierung, Replikation, Umwandlung und Thermoformung unterzogen
werden. Die Schäume
können
auch mit geblasenen Mikrofasern beschichtet, lösemittelbeschichtet und/oder
extrusionsbeschichtet werden.
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Die
Schäume
der vorliegenden Erfindung haben sich für die Extrusionslamininierung,
zum Beispiel mit Vliesmaterialien, als geeignet erwiesen. Diese
laminierten porösen
Schäume
können
günstig
in Anwendungen eingesetzt werden, wo hohe Wasserdampfdurchgangsraten
gewünscht
sind, wie in Windeln.
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Die
Schäume,
die mit elastomeren Materialien hergestellt werden, können während der
Verwendung gestreckt werden. Dies ermöglicht eine reversible Änderung
der Wasserdampfdurchgangsraten eines Schaums der vorliegenden Erfindung
während
der Verwendung durch Strecken und Entspannen des Schaummaterials
während
seiner Verwendung. Wenn die Schäume
nach dem Strecken entspannt werden, können sie sich mindestens 50%
ihrer Zunahme in der Porosität
oder MVTR, vorzugsweise mindestens 70% und insbesondere mindestens
90%, er holen. Wenn zum Beispiel eine MVTR des Schaums von 100 auf
300 g/m2/24 h beim Strecken ansteigt, kann
sich die MVTR in g/m2/24 h auf weniger als
200 g/m2/24 h erholen, vorzugsweise auf
weniger als 160 g/m2/24 h und insbesondere
auf weniger als 120. Diese Eigenschaft könnte bei der Steuerung des
Druckabfalls, Gasflusses oder Wasserflusses nützlich sein.
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BEISPIELE
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Diese
Erfindung kann mit Hilfe der folgenden Beispiele dargestellt werden.
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Testverfahren
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Optische Mikroskopie
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Optische
Mikrographien wurden unter Verwendung eines Zeiss Stemi Mikroskops
(Modell SV11), erhältlich
von Carl Zeiss Inc., Batavia, Illinois, und einer Hochleistungs-CCCD-Kamera
(Modell 4915-2030/0000), erhältlich
von Cohu Inc., San Diego, Kalifornien, mit einer Lichtquelle, erhältlich als
Modell 8375 von Fostec Inc., Auburn, New York, erhalten. Das Mikroskop
wurde in einem Hellfeldmodus bei Vergrößerungen von 10 × betrieben.
Die Mikrographien wurden auf einem Mavigraph Color Video Printer
(Modell UP1800MD), erhältlich von
Sony Electronics, Inc., San Jose, Kalifornien, gedruckt.
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Schaumdichte (ASTM D792-86)
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Schaumproben
wurden zu 12,5 mm × 25,4
mm Muster geschnitten und auf einer Hochpräzisionswaage gewogen, die als
Modell AG245 von Mettler-Toledo, Greifensee, Schweiz, erhältlich ist.
Das Volumen jeder Probe wurde durch Messen der Wassermasse ermittelt,
die bei Raumtemperatur (25°C)
verdrängt
wurde. Unter der Annahme, dass die Dichte von Wasser bei 25°C 1 g/cm3 ist, wurde das Volumen jeder Probe unter
Anwendung des Archimedischen Prinzips berechnet. Die Dichte des
Schaums wurde durch den Quotienten von Masse und Volumen erhalten.
Die Genauigkeit dieser Messung ist ± 0,005 g/cm3.
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Zug-/Dehnungsfestigkeit
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Die
Zugfestigkeit und Dehnung in die Maschinen- und Bahnquerrichtung
wurden auf folgende Weise bestimmt. Eine 10,2 cm × 2,5 cm
Probe wurde zwischen den Backen eines INSTRON Tensile Testers (Modell Nr.
55R112, Instron Corp., Canton, Massachusetts) angeordnet, um eine
5,1 cm Messlänge
freizulegen. Die Querjochgeschwindigkeit wurde auf 50,8 cm/min eingestellt.
Die Backen wurden bei 50,8 cm/min auseinandergezogen, bis die Maschine
einen Bruch erfasste. Kräfte
bei 200 Reckung wurden aufgezeichnet. Die Zugfestigkeit und Dehnung
wurden mit Hilfe der INSTRON Software in Pond berechnet und in Newton
umgewandelt.
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Spannungsabnahme
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Die
Spannungsabnahme in Prozent wurde in die Bahnquerrichtung bestimmt.
Eine 10,2 cm lange mal 2,54 cm breite Probe wurde zwischen den Backen
eines INSTRON Tensile Testers unter Verwendung einer 5,1 cm Messlänge angeordnet.
Die Querjochgeschwindigkeit wurde auf 50,8 cm/min eingestellt. Die
Backen wurden bei 50,8 cm/min auseinandergezogen, wobei die Probe
auf 100 Reckung gestreckt wurde, z.B. 5,1 cm Dehnung, und die Last
bei 100 Reckung wurde aufgezeichnet. Diese Dehnung wurde 30 weitere
Sekunden gehalten und die Kraft wurde wieder aufgezeichnet, um die
Kraftrelaxation durch die in der Folge beschriebene Berechnung zu
erhalten. Das Querjoch kehrte auf Nulldehnung zurück, und
die Probe konnte sich 60 Sekunden erholen. Dann wurde die Probe
im zweiten Zyklus auf 50% Reckung gedehnt, d.h., 2,54 cm Dehnung.
Die Spitzenlast bei 50% Reckung wurde aufgezeichnet, und dann wurde
die Last wieder aufgezeichnet, nachdem die 50% Reckung 4 Minuten
gehalten worden war, um den Spannungsabnahmewert zu ermitteln. Die
Berechnungen, die unter Verwendung der INSTRON Software ausgeführt wurden,
waren wie folgt: % Spannungsabnahme = ((Anfangslast
bei 50% – Endlast
nach 4 min bei 50%)/Anfangslast bei 50%) × 100.
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Zwei-Zyklus-Hysterese
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Der
Verformungsrest in Prozent und die Kraftrelaxation in Prozent wurden
in die Bahnquerrichtung berechnet. Eine 10,2 cm lange mal 2,54 cm
breite Probe wurde zwischen den Backen eines INSTRON Tensile Testers
unter Verwendung einer 5,1 cm Messlänge angeordnet. Die Querjochgeschwindigkeit
wurde auf 50,8 cm/min eingestellt. Die Backen wurden bei 50,8 cm/min
auf eine 100% Reckung oder 5,1 cm Dehnung auseinandergezogen. Die
Last wurde aufgezeichnet und die Dehnung 30 weitere Sekunden gehalten,
und an diesem Punkt wurde die Kraft wieder aufgezeichnet. Das Querjoch
kehrte dann auf eine Nulldehnung zurück und die Probe konnte sich
60 Sekunden erholen. Die Probe wurde im zweiten Zyklus auf 50% Reckung
oder 2,54 cm Dehnung gezogen. Der Dehnungs punkt, bei dem eine Minimalkraft
zu Beginn des zweiten Zyklus erreicht war, wurde aufgezeichnet.
Die Berechnungen, die unter Verwendung der INSTRON Software ausgeführt wurden,
waren wie folgt: % Kraftrelaxation = ((Anfangslast
bei 100% – Endlast
nach 30 sec bei 100%)(Anfangslast bei 100%) × 100 %
Verformungsrest = (( Zyklus 2 Dehnung bei min. Kraftablenkung – anfängliche
Zyklus 1 Dehnung)/Messlänge) × 100
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Wasserdampfdurchlässigkeitsrate
(MVTR)
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Die
Wasserdampfdurchlässigkeitsraten
der Proben wurden unter Verwendung einer Hochkantmethode getestet.
Glaskrüge
wurden mit etwa 300 mL Wasser gefüllt. Zwei Testproben und zwei
Kontrollproben wurden zu 10,2 cm × 10,2 cm Proben geschnitten.
Jede Probe wurde zwischen einem O-Gummiring und einem Metallschraubverschluss
angeordnet. Jeder Schraubverschluss mit einer Öffnung mit einem Durchmesser
von 7,5 cm wurde dann fest auf den Glaskrug geschraubt, wodurch
die Probe an der Öffnung
des Kruges zwischen dem O-Ring und dem Schraubverschluss in Position
gehalten wurde. Die Krüge
wurden auf einer Analysenwaage auf 0,01 Gramm genau gewogen. Die
Krüge wurden
mindestens 4 Stunden bei 20°C
und 50% Feuchtigkeit in einer Kontrollkammer in hochkanten PLEXIGLAS-Halterungen
gehalten, wobei ein kleines zirkulierendes Gebläse Luft über die Schraubverschlussöffnung und
freiliegende Probe blies. Dann wurden die Krüge entfernt und sofort auf
0,01 Gramm genau gewogen. Die Wasserdampfraten wurden durch die
Gewichtsänderung,
multipliziert mit der freiliegenden Fläche, dividiert durch die Behandlungsdauer
berechnet. Die Raten sind in Gramm pro Quadratmeter pro 24 Stunden
angegeben.
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-
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Extrusions/Coextrusionsverfahren
10
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Bei
der Herstellung eines coextrudierten ABA-Artikels wurden die Polymermischungskomponenten und
das chemische Treibmittel der B-Lage auf einer Mettler-Toledo-Waage (Greifensee,
Schweiz, Modell: PM34-K) in Chargen von 7000 g gewogen, mit der
Hand gemischt und dem Extrudertrichter 12 zugegeben. Die
Treibmittelkonzentrationen lagen für gewöhnlich im Bereich von 0,5 bis
6 Gew.-%. Die Komponenten der B-Lage wurde geschmolzen, gemischt
und unter Verwendung eines 1,25'' (3,18 cm) Killion
Einschneckenextruders 14 (Pawcatuck, Connecticut, Modell:
KTS 125) mit einem Verhältnis
von Länge
zu Durchmesser von 24:1 und 3 Zylinderzonen befördert. Die Schnecke hatte ein
Saxton-Mischelement mit einem Kompressionsverhältnis von 3:1. Es wurde ein
ansteigender Temperaturbereich von etwa 138 auf 216°C von Zone
1 zu Zone 3 verwendet, um alle Polymerkomponenten angemessen zu
schmelzen und das chemische Treibmittel zu zersetzen. Der Extruder 14 wurde
vorwiegend bei Durchflussmengen zwischen 4 und 9 kg/h betrieben,
wodurch Betriebsdrücke
zwischen 1340 und 2965 MPa erzeugt wurden. Die Schmelztemperatur
und der Schmelzdruck des Extrudats wurde durch eine Kombination aus
Thermosonde/Druckwandler gemessen, die an der Extruderzylinderwand
nahe dem Extruderausgang angebracht war.
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Das
Polymermaterial in den A-Lagen wurde in einen 0,75'' (1,27 cm) Killion-Einschneckenextruder 16 (Pawcatuck,
Connecticut, Modell: KTS-075) mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 30:1
und 4 Zylinderzonen geleitet. Die Schecke hatte ein Egan-Mischelement
mit einem Kompressionsverhältnis
von 3:1. Der Extruder 16 wurde bei Durchflussmengen von
bis zu 2,3 kg/h mit einem ansteigenden Temperaturprofil von etwa
138 auf 216°C
von Zone 1 zu Zone 4 betrieben, wodurch Betriebsdrücke zwischen
345 und 827 MPa entstanden. Die Durchflussmenge der A-Lage wurde
präzise
durch eine 5 cm3/Umdrehung Zenith-Schmelzpumpe
(nicht dargestellt) (Parker-Hannifin Corporation, Sanford, North
Carolina) gesteuert, die am Ausgang des Extruders 16 angebracht
war.
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Sowohl
die A- als auch die B-Lagen wurden von ihren entsprechenden Extrudern
zu einem mehrlagigen Beschichtungsblock 18 unter Verwendung
von Rohren aus rostfreiem Stahl mit 0,5'' (1,27
cm) AD befördert.
Die A- und B-Lagen wurden unter Verwendung eines dreilagigen Cloeren-Beschickungsblocks 18 (Cloeren
Company, Orange, Texas, Modell: 96-1501) mit einem ABA-Selektorpropfen zu
einer ABA-Anordnung kombiniert. Nach der Kombination der Lagen in
dem Beschickungsblock wurden die Materialien unter Verwendung einer
10'' (25,4 cm) breiten
Ultraflex 40 Düse 20 (Extrusion
Dies Incorporated, Chippawa Falls, Wisconsin) zu einer flachen Schicht
geformt. Der Düsenspalt
wurde verändert,
lag aber für
gewöhnlich
zwischen 0,05 und 1,0 mm. Der Beschickungsblock 18 und
die Düse 20 wurden
beide bei Temperaturen von etwa 177 bis 216°C betrieben. Die ABA-Konstruktion,
die aus der Düse
austrat, wurde einachsig orientiert, während sie auf eine temperaturgesteuerte
Auftragtrommel 22 aus rostfreiem Stahl gegossen wurde,
wodurch die Schaumzellen in der B-Lage und in benachbarten A-Lagenabschnitten
aufbrachen. Die Trommel 22 wurde bei 32°C gehalten und kann 1 mm bis
15 Zentimeter vom Düsenausgang
entfernt sein. Wahlweise wurde eine pneumatische Gummiquetschwalze 24 verwendet,
um die Oberflächentextur
des Schaummaterials zu regulieren, oder die Bindung anderer Laminierungsmaterialien
(z.B. Vliesstoffe) an die ABA-Konstruktion
zu unterstützen,
während
der Schaum in einen Raum oder "Walzenspalt" lief, der durch
die Auftragtrommel 22 und die Quetschwalze 24 definiert
war. Der Walzenspalt war für
gewöhnlich
geschlossen, so dass die Auftragtrommel und die Quetschwalze einander
berührten,
bis das Schaummaterial zwischen diese beiden geleitet wurde. Der
Walzenspalt kann jedoch auf einen Spalt eingestellt werden, der
größer oder
kleiner als die effektive Dicke des Materials ist, das durch den
Walzenspalt läuft,
wie in U.S. Pat. Nr. 3,539,666 (Spalte 6) beschrieben ist. Das poröse Schaummaterial
wurde dann unter Verwendung eines Rotary Automation Filmwicklers 26 aufgenommen.
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Einlagige
Schaumkonstruktionen wurden durch Abtrennen des Extruders 16 gebildet.
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Beispiele 1 bis 4
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Die
Beispiele 1 bis 4 zeigen die Eigenschaften einer einlagigen Schaumkonstruktion
der Erfindung. Wesent liche Betriebsbedingungen sind in Tabelle 1
dargestellt. Diese Betriebsbedingungen sind: Art und Gewichtsverhältnis der
Kernmaterialien, die Rate, bei der das Kernmaterial extrudiert wurde,
die Ziehgeschwindigkeit, und ob eine Quetschwalze verwendet wurde.
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Beispiel
1 wurde unter Verwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens hergestellt,
mit der Ausnahme, dass der Extruder 16 abgetrennt und nur
die Schaumkernlage (B) hergestellt wurde. Ein elastisches thermoplastisches
Polymermaterial, das VECTOR 4211, Polystyrene G3 und das chemische
Treibmittel RIC-50 in einem Gewichtsverhältnis von 85:13:2 umfasste,
wurde durch den Extruder 14 und die Düse 20 geleitet. Die Schmelze
wurde bei einer Rate von 6,5 kg/h von der Düse 20 auf die Auftragtrommel 22 gegossen
und bei einer Ziehgeschwindigkeit von 3,0 Meter pro Minute gezogen.
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Beispiel
2 wurde nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt,
mit der Ausnahme, dass die Ziehgeschwindigkeit 4,0 Meter pro Minute
betrug.
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Beispiel
3 wurde nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt,
mit der Ausnahme, dass der extrudierte Schaum ferner in einen geschlossenen
Spalt, d.h., geschlossenen Walzenspalt, zwischen der Auftragtrommel 22 und
der pneumatischen Quetschwalze 24 gegossen wurde.
-
Beispiel
4 wurde nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt,
mit der Ausnahme, dass die Zusammensetzungsverhältnisse von chemischem Treibmittel
und Material anders waren, wie in Tabelle 1 dargestellt, und dass
die Ziehgeschwindigkeit 2,4 m/min be trug.
-
Schaumdichte,
Zugfestigkeit und Dehnung, Spannungsabnahme, Zwei-Zyklus-Hysterese
und MVTR wurden für
die Beispiele 1 bis 4 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2
dargestellt. Die Abkürzungen "CD" und "MD" bezeichnen die Bahnquer-
und Maschinen- (entlang der Bahn) Richtungen.
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Wie
aus Tabelle 2 hervorgeht, kann ein poröser, atmungsfähiger einlagiger
Schaum unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung hergestellt
werden.
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Beispiele 5 bis 9
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Die
Beispiele 5 bis 9 zeigen die Wirkung einer unterschiedlichen Hautlagendicke
auf die Schaumeigenschaften. Wesentliche Betriebsbedingungen sind
in Tabelle 3 dargestellt.
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Beispiel
5 wurde auf dieselbe Weise wie Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme,
dass der 1,25'' Killion Einschneckenextruder
durch einen 1,5'' Davis-Standard Einschneckenextruder
(Modell DS15HM, Pawcatuck, CT) mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 30:1,
5 Zylinderzonen, und einer Schnecke mit einem Kompressionsverhältnis von
3:1 und einem Sacton-Mischelement ersetzt wurde. Der Schaum wurde
mit einem elastischen thermoplastischen Polymermaterial hergestellt,
das VECTOR 4211, Polystyrene G18 und ein chemisches Treibmittel
RIC-50 in einem Gewichtsverhältnis
von 86,5:13,0:0,5 als Kernmaterial und ein unelastisches thermoplastisches
Polymermaterial (PP 7C12N) als Hautlage an beiden Seiten der Kernlage
umfasste. Das Kernmaterial trat aus dem Extruder 14 bei
einer Rate von 6,5 kg/h. Die Zahnradpumpe für den Hautlagenextruder wurde
bei 5 U/min betrieben. Die Ziehgeschwindigkeit betrug 6,1 Meter
pro Min.
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Beispiel
6 wurde durch das in Beispiel 5 beschriebene Verfahren hergestellt,
mit der Ausnahme, dass die Geschwindigkeit der Zahnradpumpe für den Hautlagenextruder
10 U/min betrug.
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Beispiel
7 wurde durch das in Beispiel 5 beschriebene Verfahren hergestellt,
mit der Ausnahme, dass die Geschwindigkeit der Zahnradpumpe für den Hautlagenextruder
15 U/min betrug und das Verhältnis
der Materialien leicht verändert
wurde, wie in Tabelle 3 dargestellt.
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Beispiel
8 wurde durch das in Beispiel 7 beschriebene Verfahren hergestellt,
mit der Ausnahme, dass die Geschwindigkeit der Zahnradpumpe für den Hautlagenextruder
20 U/min betrug.
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Beispiel
9 wurde durch das in Beispiel 5 beschriebene Verfahren hergestellt,
mit der Ausnahme, dass die Geschwindigkeit der Zahnradpumpe für den Hautlagenextruder
30 U/min betrug und das Verhältnis
der Materialien leicht verändert
wurde, wie in Tabelle 3 dargestellt.
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Schaumdichte,
Zugfestigkeit und Dehnung, Spannungsabnahme, Zwei-Zyklus-Hysterese
und MVTR wurden für
die Beispiele 5 bis 9 gemessen und die Gesamthautdicke berechnet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
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Wie
in Tabelle 4 erkennbar ist, kann eine erhöhte Hautdicke zu verminderten
Wasserdampfdurchlässigkeitsraten
und erhöhter
Filmfestigkeit führen.
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Beispiele 10 bis 13
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Die
Beispiele 10 bis 13 zeigen die Wirkung verschiedener Arten und Konzentrationen
von Treibmitteln auf die Schaumeigenschaften. Wesentliche Betriebsbedingungen
sind in Tabelle 5 dargestellt.
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Die
Beispiele 10 bis 12 wurden auf gleiche Weise wie Beispiel 5 hergestellt,
mit der Ausnahme, dass die Ziehgeschwindigkeit 7,6 m/min betrug
und die Treibmittelkonzentration in Gewichtsprozent 0,5, 1,5 beziehungsweise
2,0 betrug.
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Beispiel
13 wurde auf gleiche Weise wie Beispiel 5 hergestellt, mit Ausnahme
der geänderten
Materialien und Betriebsbedingungen, wie in Tabelle 5 dargestellt,
und der Extruder 14 war der 1,25'' Killion
Einschneckenextruder (Pawcatuck, Connecticut, Modell: KTS 125) mit
einem Verhältnis
von Länge
zu Durchmesser von 24:1 und 3 Zylinderzonen.
-
Schaumdichte,
Zugfestigkeit und Dehnung, Spannungsabnahme, Zwei-Zyklus-Hysterese
und MVTR wurden für
die Beispiele 10 bis 13 gemessen und die Gesamthautdicke berechnet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt.
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Wie
in Tabelle 6 erkennbar ist, kann sowohl die Konzentration als auch
Art des Treibmittels die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate als auch Dichte
des Schaumartikels beeinflussen.
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Beispiele 14 bis 18
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Die
Beispiele 14 bis 18 zeigen die Wirkung verschiedener Kernmaterialien
auf die Schaumeigenschaften.
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Die
Beispiele 14 bis 18 wurden auf gleiche Weise wie Beispiel 5 hergestellt,
mit Ausnahme der Polymerkomponente der Kernmaterialien und der Ziehgeschwindigkeiten,
wie in 7 dargestellt. Zusätzlich wurden die Schäume von
Beispiel 14 und 15 in einen geschlossenen Walzenspalt gegossen.
Wesentliche Betriebsbedingungen sind in Tabelle 7 dargestellt.
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Schaumdichte,
Zugfestigkeit und Dehnung, Spannungsabnahme, Zwei-Zyklus-Hysterese
und MVTR wurden für
die Beispiele 14 bis 18 gemessen und die Gesamthautdicke berechnet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 dargestellt.
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Wie
in Tabelle 8 dargestellt, kann durch Änderung der Art von Polymermaterial
in dem Kern sowohl die Festigkeit als auch die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate
des erhaltenen Artikels beeinflusst werden.
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Beispiele 19 bis 25
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Die
Beispiele 19 bis 25 zeigen die Wirkung von Laminatlagen auf den
Schaumartikeln auf die Schaumeigenschaften. Wesentliche Betriebsbedingungen
sind in Tabelle 9 dargestellt.
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Beispiel
19 ist eine dreilagige Schaumkonstruktion ohne zusätzliche
Laminatlagen. Beispiel 19 wurde auf gleiche Weise wie Beispiel 5
hergestellt, mit Ausnahme des geänderten
Kernmaterials und der Betriebsbedingungen, wie in Tabelle 9 dargestellt.
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Beispiel
20 ist eine dreilagige Schaumkonstruktion mit einer zusätzlichen
Laminatlage auf einer Hauptfläche.
Beispiel 20 wurde nach dem Verfahren, das in Beispiel 19 beschrieben
ist, hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Bahn aus Vliesmaterial
(ein kardiertes, Vlies aus einer Faser von 2 bis 3 Denier und mit
einem Flächengewicht
von etwa 3 g/m2) über die Quetschwalze 24 derart
gewickelt wurde, dass der Schaum und das Vliesmaterial laminiert
wurden, als der Schaum in den geschlossenen Walzenspalt geleitet
wurde.
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Beispiel
21 ist eine dreilagige Schaumkonstruktion mit zusätzlichen
Laminatlagen an beiden Hauptflächen.
Beispiel 21 wurde nach dem Verfahren, das in Beispiel 19 beschrieben
ist, hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Bahn aus Vliesmaterial über die
Auftragtrommel 22 stromaufwärts des Düsenausgangs gewickelt wurde,
und eine andere Bahn aus Vliesmaterial über die Quetschwalze 24 derart
gewickelt wurde, dass, wenn der extrudierte Schaum in einen geschlossenen
Walzenspalt geleitet wurde, eine Schichtstruktur mit dem Schaum
als Kernlage gebildet wurde.
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Beispiel
22 ist eine dreilagige Schaumkonstruktion ohne zusätzliche
Laminatlagen. Beispiel 22 wurde auf gleiche Weise wie Beispiel 19
hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Menge an Treibmittel in
der Kernlage verringert war, das Kernlagenmaterial geändert wurde,
und einige Verfahrensbedingungen geändert wurden, wie in Tabelle
9 dargestellt.
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Beispiel
23 ist eine dreilagige Schaumkonstruktion mit einer zusätzlichen
Laminatlage auf einer Hauptfläche.
Beispiel 23 wurde nach dem Verfahren, das in Beispiel 22 beschrieben
ist, hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Bahn aus Vliesmaterial
(eine kardiertes Vlies aus einer Faser von 2 bis 3 Denier und mit
einem Flächengewicht
von etwa 3 g/m2) über die Quetschwalze 24 derart
gewickelt wurde, dass der Schaum und das Vliesmaterial laminiert
wurden, als der Schaum in den geschlossenen Walzenspalt geleitet
wurde.
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Beispiel
24 ist eine dreilagige Schaumkonstruktion mit zusätzlichen
Laminatlagen an beiden Hauptflächen.
Beispiel 24 wurde nach dem Verfahren, das in Beispiel 22 beschrieben
ist, hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Bahn aus Vliesmaterial über die
Auftragtrommel 22 stromaufwärts des Düsenausgangs gewickelt wurde,
und eine andere Bahn aus Vliesmaterial über die Quetschwalze 24 derart
gewickelt wurde, dass, wenn der extrudierte Schaum in einen geschlossenen
Walzenspalt geleitet wurde, eine Schichtstruktur mit dem Schaum
als Kernlage gebildet wurde.
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Beispiel
25 wurde wie Beispiel 23 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der
erhaltene extrusionslaminierte Artikel einem Strecken nach der Produktion
in einem INSTRON Tensile Tester unterzogen wurde. Die 10,2 cm lange
mal 2,54 cm breite Probe wurde zwischen den Backen des Zugfestigkeitstesters
bei einem Backenabstand von 5,1 cm angeordnet. Die Backen wurden
bei 50,8 cm/min auf 100 Reckung oder 5,1 cm Dehnung auseinandergezogen.
Das Produkt wurde bei dieser Dehnung 30 Sekunden gehalten, bevor
das Querhoch auf die Nulldehnung zurückgestellt wurde.
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Schaumdichte,
Zugfestigkeit und Dehnung, Spannungsabnahme, Zwei-Zyklus-Hysterese
und MVTR wurden für
die Beispiele 19 bis 25 gemessen und die Gesamthautdicke berechnet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 dargestellt.
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Wie
in Tabelle 10 erkennbar ist, kann die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate
von Artikeln der Erfindung durch die Dicke der Hautlagen und das
Vorhandensein poröser
Laminate an einer Seite oder beiden Seiten des Artikels beeinflusst
werden. Die MVTR kann auch durch eine Bearbeitung nach der Produktion,
wie Strecken, beeinflusst werden.
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Beispiele 26 bis 27
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Die
Beispiele 26 bis 28 zeigen die Wirkung einer Veränderung der Ziehgeschwindigkeit
auf die Schaumeigenschaften.
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Beispiel
26 wurde auf gleiche Weise wie Beispiel 5 hergestellt, mit der Ausnahme,
dass einige Materialien und Verfahrensbedingungen geändert wurden,
wie in Tabelle 5 dargestellt, und der Extruder 14 der 1,25'' Killion Einschneckenextruder 14 (Pawcatuck,
Connecticut, Modell: KTS 125) mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 24:1
und 3 Zylinderzonen war. Wesentliche Betriebsbedingungen sind in
Tabelle 11 dargestellt.
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Die
Beispiele 27 und 28 wurden auf die gleiche Weise wie Beispiel 26
hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Ziehgeschwindigkeit 3,7
beziehungsweise 4,6 Meter pro Minute war.
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Schaumdichte,
Zugfestigkeit und Dehnung, Spannungsabnahme, Zwei-Zyklus-Hysterese
und MVTR wurden für
die Beispiele 26 bis 28 gemessen und die Gesamthautdicke berechnet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 12 dargestellt.
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Wie
in Tabelle 12 erkennbar ist, kann eine Erhöhung der Ziehgeschwindigkeit
zu erhöhten
Wasserdampfdurchlässigkeitsraten
führen.
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Andere
Ausführungsformen
der Erfindung liegen im Umfang der folgenden Ansprüche.
