JP2002517543A - 微孔質熱可塑性弾性構造体 - Google Patents
微孔質熱可塑性弾性構造体Info
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Abstract
Description
造体に関する。関連技術の背景 靴ソール(shoe sole)及び他のエネルギー吸収性衝撃構造体に熱可塑性発泡材
料を用いることは知られている。しかし、慣用的な発泡方法は時には、物品を通
して実質的に均一な密度と気泡構造とを有する発泡材料を製造することに困難性
を有する。大抵の慣用的な方法は100ミクロン以上のオーダーの大きい気泡と
、親物質の約20〜90%の密度とを有する発泡体(foams)のみを製造できるに
過ぎない。これらの大きい気泡の発泡体材料の破壊は、単に密度低下という要因
だけによるよりも典型的に、非常に小さい、低い強度を生じる。これらの大きい
気泡の発泡体の圧縮は典型的に高い圧縮永久歪を生じる。
軟さ、レジリエンス、圧縮強さ、圧縮永久歪耐性、及び比重を示さなければなら
ない。アスレチック・フットウェア業界の中ソール材料は、典型的な中ソール材
料である架橋エチレン−酢酸ビニル(EVA)含めて、架橋した及び架橋しない
両方の発泡熱可塑性材料を包含する。靴ソールに有用な材料の比重に対する制限
は、時には、靴ソール材料、特に中ソール用材料を製造するために用いることが
できる方法を限定する可能性がある。例えば、射出成形は典型的に、アセレチッ
ク靴中ソールに用いるために適した材料よりも高い比重を有する材料に対して用
いることができるに過ぎない、低密度材料はしばしば均一に発泡せずに、発泡製
品内に破壊した気泡を生じるからである。
る性質を有する材料群であり、シール、ガスケット、靴ソール、及び一般にフレ
キシブル部品に用いられることが知られている。TPEsは、それぞれがそれ自
体の相と軟化点(Ts)とを有する、少なくとも2種類以上の混ぜ合わされたポ
リマー系を包含するハイブリッド材料系である。TPEsは硬質熱可塑性相と軟
質エラストマー相とから構成される。TPEの有用な温度は、軟質相がそれらの
それぞれのTsより高温であり、硬質相がそれらのそれぞれのTsより低温であ
る領域において生じる。硬質相は軟質相のポリマー鎖の運動を固定又は制限して
、TPEの耐変形性を生じるように作用する。硬質相の強化はそのTsを超える
と消失し、TPEは未加硫熱硬化性ゴムと同じ一般的な方法で造形されうる粘性
液体になる。そのTs未満に冷却すると、硬質相は再凝固し、TPEは再びゴム
状になる。熱硬化性ゴムの化学的架橋の不可逆的な開裂とは対照的に、硬質相T
sを通しての加熱と冷却は可逆的であり、挙動において熱可塑性である。このよ
うな性質はTPEsに慣用的な熱硬化性ゴムの性能特性を与え、有利には、TP
Esがあたかも硬質熱可塑性樹脂であるかのように、成形又は押出成形されるの
を可能にする。
を包含する。2種類のエラストマー/熱可塑性組成物は熱可塑性エラストマー・
オレフィン(TEOs)及び熱可塑性加硫物を包含する。TEOの硬質相は典型
的に例えばポリプロピレン(PP)又はポリ塩化ビニル(PVC)のようなポリ
オレフィンであり、軟質相は典型的に、例えば、それぞれPP及びPVCと組み
合わせて一般的に用いられる、エチレン−プロピレンゴム又はニトリル−ブタジ
エンのような、殆ど又は全く架橋を有さないエラストマーである。TEOsは一
般に安価であることと、低い比重(0.9〜1.0)、50ショアAから60シ
ョアDまでの範囲の硬度、及び600psiから3000psiまでの極限引張
り強さを含めた、室温又は室温近くにおける機械的性質の良好な組み合わせとを
特徴にする。しかし、160°F(約71℃)以上に加熱すると、軟質相又はエ
ラストマー相内の架橋の欠如のために、TEO性質は劣化する。
的性質のために望ましい。微孔質発泡材料の改良された機械的性質は、破壊が気
泡から開始されないように、かつ気泡が亀裂を抑制又は停止させ、構造体を破損
させないように、慣用的方法よりも均一にかつ全体的に小さいサイズの気泡を有
する発泡体を製造することによって得られる。常圧ガス(atmospheric gases)を
用いて発泡させる場合には、微孔質発泡方法が環境的に望ましいポリマー発泡方
法である。一般に、微孔質発泡材料は、ポリマーをガス又はスーパークリティカ
ル流体(supercritical fluid)によって飽和させ、熱力学的不安定性、典型的には
急激な減圧を利用して、ポリマー内に1cm3当り数十億の気泡を発生させるこ
とによって製造される。
は、それに固定されたポリエチレンの断熱層を含むフレキシブル・インソール(i
nsole)を開示する。
行)は、モノオレフィン・コポリマーとポリオレフィン・プラスチックとの力学
的に部分硬化されたブレンドを開示する。
)は、実質的に架橋ポリエチレンから製造され、好ましくは100〜180mm
/m3の密度と約1〜6%の圧縮永久歪とを有する上部層と底部層を有する成形
インナーソール(inner sole)を開示する。
発行)は、一緒に積層された基板と発泡プラスチック層とを含む、緩衝インソー
ルを製造するためのシートであって、発泡プラスチック層が独立気泡架橋ポリオ
レフィン発泡体、好ましくはポリエチレンを含み、25〜200kg/m3の密
度及び1.5〜15mmの厚さを有する前記シートを開示する。
へ発行)は、部分的架橋熱可塑性エラストマー組成物を開示する。 Martini−Vvedensky等への米国特許第4,473,665号
は微孔質材料の形成を開示する。
へ発行)は、薄層の熱成形可能なポリエチレンフォームに積層した架橋ポリエチ
レンフォームの緩衝層を有するインナーソールを開示する。
tへ発行)は、種々な密度の独立気泡微孔質ポリエチレンを含む、可変なウロメ
ーター(urometer)材料を含めた矯正デバイス(orthotic device)を開示する。
、微孔質材料の形成を開示する。 米国特許第5,348,458号(1994年9月20日にPontiffへ
発行)は、ポリエチレンから形成することができる、発泡し成形した非架橋物品
を開示する。
泡材料が重要である。発明の概要 1実施態様では、本発明は、100μm未満の平均気泡サイズと、約30%未
満から約5%未満までの範囲の圧縮永久歪と、少なくとも50%の弾性反発値を
有する微孔質熱可塑性弾性ポリマー構造体を含む物品の製造に関する。これらの
物品は熱可塑性弾性オレフィン、好ましくはメタロセン触媒作用ポリエチレンか
ら製造することができる。これらの物品の密度は0.5g/cm3未満から0.
3g/cm3未満までの範囲である。
ように、構造体を架橋する。構造体の前駆体中の架橋剤を活性化することによっ
て、好ましくは構造体の前駆体を照射架橋することによって架橋構造体を得るこ
とができる。或いは、前駆体が架橋を受けやすい部位を有する場合には(例えば
オレフィン)補助的な架橋剤は不要である。
きるように構成され、配置されるときに、約30%未満の圧縮永久歪を有する。
構造体を少なくとも500回、少なくとも50%反復圧縮されることができ、約
30%未満の圧縮永久歪を有するように構成し、配置するときに、約30%未満
の圧縮永久歪が維持される。これらの構造体はまた、少なくとも500回、少な
くとも50%反復圧縮されることができるように構成され、配置されるときに、
少なくとも約50%の弾性反撥力を有することができる。
度と、少なくとも50%の弾性反撥値と、100μm未満の平均気泡サイズと、
125μm未満の最大気泡サイズとを包含する微孔質熱可塑性弾性ポリマー構造
体を含む物品を提供する。物品は架橋されても、架橋されなくてもよい。架橋し
た場合、物品の圧縮永久歪は約2%未満に低下する。
に取り付けるように構成された靴ソールを含む物品を提供する。 他の実施態様では、熱可塑性弾性ポリマー微孔質材料から形成されたガスケッ
トを含む物品を提供する。
、該前駆体を架橋して、架橋微孔質熱可塑性弾性ポリマー構造体を形成する方法
に関する。好ましくは前駆体を照射して、前駆体中の架橋剤を活性化することに
よって、架橋を達成することができる。
から、添付図面に関連して考慮するならば明らかになるであろう。簡明さのため
に、全ての構成要素を全ての図面に表示するわけではない。種々な実施態様を図
面に関連して説明する。詳細な説明 本発明は、約100ミクロン未満の平均気泡サイズを有する微孔質熱可塑性弾
性ポリマー構造体が慣用的な発泡ポリマー構造体に比べて改良された圧縮永久歪
、典型的に約30%未満を有するという発見に関する。微孔質TPE構造体は例
えば靴ソール及びガスケットのような、低い圧縮永久歪を必要とする用途に適す
る。本発明の微孔質TPE構造体を架橋して、圧縮永久歪を有意に低下させるこ
ともできる。本明細書で用いる限り、“微孔質(microcellular)”とは約100
ミクロン未満の平均気泡サイズを有するポリマー材料を意味する。本明細書で用
いる限り、“熱可塑性弾性材料”及び“TPE”は、非限定的に、可塑剤を用い
ずに形成され、ゴムとプラスチックとの間に入る性質を有する材料及び構造体を
包含する。熱可塑性弾性材料は“TPEはゴム又はプラスチックに比べて3〜5
倍の成長速度で輝く”,Modern Plastics,1996年11月中
旬号,B51〜B52に記載されており、この文献は本明細書に援用される。
料に比べて圧縮永久歪が大きく低下しうるので、特に有利である。本明細書で用
いる限り、架橋されたとは、ポリマー鎖の少なくとも5%が別のポリマー鎖に結
合していることを意味する。架橋は多様な既知の機構を介して達成されうるが、
好ましくは電子ビーム放射線によって物品を照射して、架橋を達成することが好
ましい。或いは、例えば過酸化水素のような、慣用的なフリーラジカル発生剤又
は架橋剤をポリマー中に組み入れることができる。
、非限定的に、例えばポリエチレンとポリプロピレンのようなポリオレフィン、
架橋ポリオレフィン、スチレンポリマー、ポリアミド、及び例えばポリスチレン
とポリ塩化ビニルのようなポリアロマティックス(polyaromatics)を包含する。
好ましい材料はTEOsであり、より好ましくは、メタロセン触媒作用弾性ポリ
エチレンを含めた熱可塑性弾性ポリエチレンである。他の好ましい材料はDow
Chemicalから入手可能なENGAGETM系列、特にENGAGE−A
FFINITYTMを包含する。下記表Aでは、典型的な発泡靴ソール材料の種々
なパラメータを、以下でより詳しく述べる本発明の方法によって加工した微孔質
発泡ENGAGE−AFFINITYTMの値と表Aで比較する。
は約20%未満、より好ましくは約10%未満、さらにより好ましくは約5%又
は3%未満の圧縮永久歪を有する非架橋微孔質TPE構造体を製造する。微孔質
TPE構造体はまた、好ましくは約100ミクロン未満、より好ましくは約50
ミクロン未満、より好ましくは約25ミクロン未満、さらにより好ましくは約1
0ミクロン未満の平均気孔サイズと、約125ミクロン、好ましくは約75ミク
ロン、より好ましくは約50ミクロン、さらにより好ましくは約25ミクロンの
最大気孔サイズを包含する。好ましい実施態様では、微孔質TPE構造体は約0
.25〜約0.50g/cm3の範囲内、より好ましくは約0.30g/cm3の
密度を有することができる。さらに好ましい実施態様では、微孔質TPE構造体
は少なくとも約50%の弾性反撥値と、少なくとも約30、より好ましくは少な
くとも50、さらにより好ましくは少なくとも75のAsker C硬度を包含
しうる。
イズ、圧縮永久歪、密度及び弾性反撥値の全ての組み合わせを包含する。即ち、
実施態様のこのセットにおける好ましい実施態様は約30%未満の圧縮永久歪、
約0.25〜約0.50g/cm3の範囲内の密度、少なくとも50%の弾性反
撥値、約75ミクロン未満の平均気孔サイズ及び約100ミクロンの最大気孔サ
イズを有する微孔質TPE構造体を包含し、本発明のより好ましい実施態様は約
20%未満の圧縮永久歪、0.30g/cm3未満の密度、少なくとも50%の
弾性反撥値、約50ミクロン未満の平均気孔サイズ及び約75ミクロンの最大気
孔サイズ等を包含する。
孔サイズ及び約100ミクロンの最大気孔サイズを有する架橋微孔質TPE構造
体を製造する。好ましくは、架橋微孔質TPE構造体の圧縮永久歪は20%未満
、より好ましくは約10%未満、さらにより好ましくは2%未満である。非架橋
微孔質TPE構造体に関連して既述したように、好ましい実施態様では、架橋微
孔質TPE構造体はさらに、好ましくは30%未満の圧縮永久歪、約100ミク
ロン未満、より好ましくは約50ミクロン未満、より好ましくは約25ミクロン
未満、さらにより好ましくは約10ミクロン未満の平均気孔サイズ、約125ミ
クロン、好ましくは約75ミクロン、より好ましくは約50ミクロン、さらによ
り好ましくは約25ミクロンの最大気孔サイズ、少なくとも約50%の弾性反撥
値、 約0.25〜約0.5g/cm3の範囲内の密度、少なくとも約30、より好ま
しくは少なくとも50、さらにより好ましくは少なくとも75のAsker C
硬度を包含する。
しくは少なくとも1,000回、又は好ましくは少なくとも約10,000回反
復圧縮されるように構成し、配置することができる。本発明の他の物品は、他の
実施態様によると、物品の耐用寿命にわたって、連続圧縮されるように構成し、
配置することができる。当業者は反復して又は連続的に圧縮されるように構成さ
れ、配置される物品の意味を理解するであろう。反復して圧縮されるように構成
され、配置される物品は、インナーソール、靴ソール等のような構造体を包含す
る。連続的に圧縮されるように構成され、配置される物品は、例えば自動車用シ
ーラント、建造物及び建設用シーラント、ドア又は窓を密封するために用いられ
るガスケット等のような構造体を包含する。本発明による微孔質TPE構造体は
、架橋されなくとも架橋されても、造形されて、例えばインナーソール、靴ソー
ル、シール及びガスケット、自動車用シーラント、建造物及び建設用シーラント
のようなフレキシブルなプラスチック部品、又は低い圧縮永久歪が望ましい、任
意の他の構造体を形成することができる。
のために有利である軽量構造体と組み合わせて良好な圧縮永久歪及び弾性反撥値
を与える、造形されて、靴ソールを形成する微孔質TPE構造体である。当業者
は、本明細書で用いる“靴ソール”なる用語の意味を理解するであろう。簡明さ
のために、“靴ソール”なる用語は実質的にヒトの足の形状を有する物品を表す
意味である。これは典型的に、対立する丸みを帯びた端部を有し、それらの間に
片面において足の甲に相当するへこみを有する細長い部材である。この部材は端
部から端部まで実質的に同じ厚さである、或いは、1端部が他方の端部よりも厚
いことも可能である。本発明の靴ソールは、非限定的に、アスレチック靴、履物
、ブーツ、ハイキング・ブーツ、スキーブーツ、整形用シューズ、又は本発明の
構造体の性質が有利であるような、他の如何なる種類の履物構造をも含めた、多
くの用途に有用でありうる。典型的な圧縮永久歪を与える、本発明の特に好まし
い実施態様は、造形されてインナーソール又は靴ソールを形成する、メタロセン
触媒作用ポリエチレンから形成される架橋微孔質TPE構造体である。
造物及び建設用シーラント、ドア若しくは窓を密封するために用いられるガスケ
ット等のために有利である軽量構造体と組み合わせて良好な圧縮永久歪及び弾性
反撥値を与える、造形されて、ガスケットを形成する微孔質TPE構造体である
。
本発明の他の実施態様を例示する。この方法は、架橋微孔質TPEポリマー構造
体の前駆体を形成し、この前駆体を架橋して、構造体を形成することを包含する
。この方法によると、構造体中に含有される架橋剤を活性化することによる、又
は前駆体を照射することによるのいずれかによって、前駆体の架橋を行うことが
できる。前駆体の照射は、非限定的に、紫外線、電気ビーム及びX線を含めた放
射線を与える任意の手段によって達成することができる。架橋を電子ビーム放射
線によって達成することが好ましい。図3A及び3Bは、電子ビーム放射線によ
る架橋の前後の前駆体材料のSEMである。当業者は、架橋がポリマー材料の密
度を増加させ、同時に材料の圧縮永久歪を低下させうることを分かるであろう。
意外にも、場合によっては、微孔質TPEポリマー構造体が架橋されているとき
には、圧縮永久歪値が0にまで低下した。
5を有する射出成形ENGAGE−AFFINITYTM(SM−1300,Do
w Chemical Co.から入手可能)の未発泡3mm厚さサンプルを実
験に用いた。
プルを発泡させた。発泡系10は発泡室12と発泡剤供給系14とを包含する。
発泡室12は、室12に熱を与えるための室12を囲むバンド・ヒーター(band
heater)16と、室12内の温度を制御するための温度調節器18とを包含する
。 発泡剤供給系14は発泡剤20の供給源と、発泡剤20の供給圧力を調節するた
めの圧力調節器22と、発泡剤を加圧して、それによって発泡剤をスーパークリ
ティカルにするための加圧手段24と、発泡室12へのスーパークリティカル発
泡剤の供給圧力を調節するための圧力調節器26とを包含する。
いて室に供給した。サンプルにスーパークリティカルCO2を30分間から24
時間飽和させたときに、CO2はサンプル中に拡散した。室を開放して、室の圧力
を解放すると、サンプルは急激な圧力低下を受け、その後50℃グリセリン浴中
に浸漬され、サンプル中の溶解CO2に成核部位を形成させる、これらの部位は
膨張して、物質を発泡させ、以下の表Aに記載する特性を有する、図2に示すよ
うな微孔質物品を製造した。試験片1と2は架橋しなかった。サンプルの2つ(
試験片3と4)を、架橋を行うための電子ビーム放射線への暴露によって、約2
9MRadの線量で架橋させた。
挙する標準試験方法を用いて測定した。表Bに列挙した結果は、未架橋微孔質T
PE構造体と架橋微孔質TPE構造体の両方が、本明細書に述べる用途の多くに
とって望ましい性質を有することを示す。
ろう。例えば、本明細書に開示した実施態様はENGAGE−AFFINITY TM に関するものであるが、本発明の構造体を形成するために、任意のTPEポリ
マー材料、特にメタロセン触媒作用TPEが使用可能である。さらに、本明細書
に述べた具体的なバッチ・プロセスではなく、連続プロセスを用いても構造体を
有利に形成することができる。それ故、上記説明を限定と解釈すべきではなく、
好ましい実施態様の単なる例示と解釈すべきである。当業者は、本明細書に付随
する請求項の範囲及び要旨内で他の実施態様を思い描くであろう。
ある。
ポリマー材料のSEMであり、図3Bは架橋後の図3Aの微孔質熱可塑性弾性ポ
リマー材料のSEMである。
Claims (35)
- 【請求項1】 100μm未満の平均気泡サイズと、約30%未満の圧縮永
久歪とを包含する微孔質熱可塑性弾性ポリマー構造体を含む物品。 - 【請求項2】 約20%未満の圧縮永久歪をさらに含む、請求項1記載の物
品。 - 【請求項3】 約10%未満の圧縮永久歪をさらに含む、請求項1記載の物
品。 - 【請求項4】 約5%未満の圧縮永久歪をさらに含む、請求項1記載の物品
。 - 【請求項5】 75μm未満の平均気泡サイズをさらに含む、請求項1記載
の物品。 - 【請求項6】 50μm未満の平均気泡サイズをさらに含む、請求項1記載
の物品。 - 【請求項7】 30μm未満の平均気泡サイズをさらに含む、請求項1記載
の物品。 - 【請求項8】 微孔質熱可塑性弾性ポリマー構造体が熱可塑性弾性オレフィ
ンである、請求項1記載の物品。 - 【請求項9】 0.5g/cm3未満の密度をさらに含む、請求項1記載の
物品。 - 【請求項10】 0.3g/cm3未満の密度をさらに含む、請求項1記載
の物品。 - 【請求項11】 少なくとも50%の弾性反発値をさらに含む、請求項1記
載の物品。 - 【請求項12】 架橋した微孔質熱可塑性弾性ポリマー構造体をさらに含む
、請求項1記載の物品。 - 【請求項13】 微孔質熱可塑性弾性ポリマー構造体が少なくとも50%圧
縮されることができ、約30%未満の圧縮永久歪を有するように構成され、配置
される、請求項1記載の物品。 - 【請求項14】 微孔質熱可塑性弾性ポリマー構造体がメタロセン触媒作用
ポリエチレンである、請求項8記載の物品。 - 【請求項15】 架橋した熱可塑性弾性ポリマー構造体が熱可塑性弾性オレ
フィンである、請求項12記載の物品。 - 【請求項16】 構造体の前駆体中の架橋剤の活性化によって形成される、
請求項12記載の物品。 - 【請求項17】 架橋された微孔質熱可塑性弾性ポリマー構造体がメタロセ
ン触媒作用ポリエチレンである、請求項13記載の物品。 - 【請求項18】 微孔質ポリマー構造体が少なくとも500回、少なくとも
50%反復圧縮されることができ、約30%未満の圧縮永久歪を有するように構
成され、配置される、請求項13記載の物品。 - 【請求項19】 微孔質ポリマー構造体が少なくとも50%圧縮されること
ができ、約30%未満の圧縮永久歪及び少なくとも約50%の弾性反発力を有す
るように構成され、配置される、請求項13記載の物品。 - 【請求項20】 微孔質ポリマー構造体が少なくとも50%、少なくとも5
00回圧縮されることができ、約30%未満の圧縮永久歪及び少なくとも約50
%の弾性反発力を有するように構成され、配置される、請求項13記載の物品。 - 【請求項21】 構造体の前駆体の照射架橋によって形成される、請求項1
6記載の物品。 - 【請求項22】 約2%未満の圧縮永久歪をさらに含む、請求項17記載の
物品。 - 【請求項23】 約30%未満の圧縮永久歪と、0.5g/cm3未満の密
度と、少なくとも50%の弾性反発値と、100μm未満の平均気泡サイズと、
125μm未満の最大気泡サイズとを包含する微孔質熱可塑性弾性ポリマー構造
体を含む物品。 - 【請求項24】 75μm未満の平均気泡サイズをさらに含む、請求項24
記載の物品。 - 【請求項25】 50μm未満の平均気泡サイズをさらに含む、請求項24
記載の物品。 - 【請求項26】 30μm未満の平均気泡サイズをさらに含む、請求項24
記載の物品。 - 【請求項27】 約2%未満の圧縮永久歪と、0.5g/cm3未満の密度
と、少なくとも50%の弾性反発値と、100μm未満の平均気泡サイズと、1
25μm未満の最大気泡サイズとを包含する、架橋した微孔質熱可塑性弾性ポリ
マー構造体を含む物品。 - 【請求項28】 75μm未満の平均気泡サイズをさらに含む、請求項27
記載の物品。 - 【請求項29】 50μm未満の平均気泡サイズをさらに含む、請求項28
記載の物品。 - 【請求項30】 30μm未満の平均気泡サイズをさらに含む、請求項28
記載の物品。 - 【請求項31】 熱可塑性弾性ポリマー微孔質材料から形成された、靴の甲
に取り付けるために構成された靴ソールを含む物品。 - 【請求項32】 熱可塑性弾性ポリマー微孔質材料から形成されたガスケッ
トを含む物品。 - 【請求項33】 架橋微孔質熱可塑性弾性ポリマー構造体の前駆体を用意す
る工程と; 該前駆体を架橋して、架橋した微孔質熱可塑性弾性ポリマー構造体を形成する
工程と を含む方法。 - 【請求項34】 架橋剤を活性化することによって、前駆体を架橋すること
を含む、請求項33記載の方法。 - 【請求項35】 架橋剤を照射することによって、前駆体を架橋することを
含む、請求項34記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
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---|---|---|---|
US8964698A | 1998-06-03 | 1998-06-03 | |
US09/089,646 | 1998-06-03 | ||
PCT/US1999/012415 WO1999063019A1 (en) | 1998-06-03 | 1999-06-03 | Microcellular thermoplastic elastomeric structures |
Publications (1)
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