JP2015503659A - オレフィンブロックコポリマーゲル粒子を有する発泡体組成物 - Google Patents

オレフィンブロックコポリマーゲル粒子を有する発泡体組成物 Download PDF

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Abstract

本開示は、組成物及びその組成物を含む物品に関する。前記組成物は、発泡体及び発泡体中に分散した複数のゲル粒子を含む。前記ゲル粒子は、オレフィンブロックコポリマー及び油状物を含む。

Description

本開示は、ゲル中に分散したゲル粒子を有する発泡体からなる組成物及びそれを含む物品に関する。
従来、発泡体中に分散したゲル粒子を有する発泡体からなる複合材料は知られている。このような複合発泡体/ゲル材料は、例えばマットレストッパー(mattress topper)として使用される場合、付加的なサポートを提供する。それ故、この技術によって、快適性、サポート性、耐久性、弾力性などの特性を提供する新しい複合発泡体/ゲル粒子材料の必要性が認められている。
本開示は、ゲル粒子を有する発泡体からなる組成物及びそれを含む物品に関する。
実施形態において、前記組成物は、発泡体及び前記発泡体中に分散した複数のゲル粒子を含む。前記ゲル粒子は、オレフィンブロックコポリマー及び油状物を含む。
本開示は、物品を提供する。実施形態において、この物品は、発泡体及び前記発泡体中に分散した複数のゲル粒子を含む組成物を含む。ゲル粒子は、オレフィンブロックコポリマー及び油状物を含む。
1.組成物
本開示は、組成物を提供する。組成物は、発泡体及び複数のゲル粒子から構成される。ゲル粒子は、発泡体中に分散されている。換言すれば、発泡体は、連続相であり、ゲル粒子は、発泡体の連続相全体に分散した不連続相である。実施形態において、ゲル粒子は発泡体全体に均一に分散されている。
A.発泡体
本発明の組成物は、発泡体を含む。本明細書で使用される「発泡体」とは、固体中のガス状のボイドの分散である。この発泡体は、連続気泡発泡体又は独立気泡発泡体であり得る。この発泡体は硬質発泡体又は軟質発泡体であり得る。この発泡体は、ポリウレタン(ポリエステル又はポリエーテル)発泡体、ラテックス発泡体、ポリスチレン発泡体、エポキシ発泡体、ポリビニル発泡体、及びそれらの組み合わせであり得る。この発泡体は、上記の特性及び/又は組成物の任意の組み合わせを含み得る。
実施形態において、前記発泡体は、発泡剤の存在下における、ポリオール成分とポリイソシアネートとの反応生成物であるポリウレタン(PU)発泡体である。
実施形態において、この発泡体は粘弾性発泡体である。「粘弾性発泡体」(又は「VE発泡体」)はASTM D3574、試験Hの手順に従って測定した際に、25%未満の弾性を有する発泡体である。粘弾性発泡体は、負荷応力に対して時間遅延性及び速度依存性(rate−dependent)応答を示す。前記粘弾性発泡体は、低い反発力を有し、圧縮されるとゆっくり回復する。これらの特性は、しばしば、ポリウレタンのガラス転移温度(Tg)と関連する。粘弾性は、ポリマーのTgが、使用温度又はこれに近い温度(多くの用途で、この温度は室温である)である場合、はっきりと表れることが多い。
実施形態において、前記発泡体はVEポリウレタン発泡体である。VEポリウレタン発泡体は、典型的には、発泡剤の存在下、ポリオール成分とポリイソシアネートとの反応により調製される。発泡剤は、通常、水又は水及び他の材料の混合物である。VEポリウレタン発泡体は、製剤中のポリオール成分の選択及び水の量によって特徴付けられることが多い。VEポリウレタン発泡体において使用される主要なポリオールは、官能価が約3水酸基/分子、及び分子量が400〜1500の範囲にある。このポリオールは、VEポリウレタン発泡体のTgの主要な決定因子であるが、水の量及びイソシアネート指数等の他の因子も有意な役割を果たす。
VEポリウレタン発泡体中の水の量は、典型的にはポリオール100重量部当たり約2.5部以下であり、ほとんどの場合は0.8〜1.5部の範囲内である。これは、水の量が典型的には4〜6部の範囲内(100重量部のポリオール当たり)である軟質発泡体配合物中に典型的に使用される水の量よりもかなり少ない。この少ない水の量は、発泡体中に所望の粘弾性特性が表れるのに好都合であり、この一部は、「相混合」と呼ばれることもある現象に起因する。水の量が少ないほど発泡ガスの生成も少なくなり、それによってVE発泡体は、大部分の軟質発泡体(密度が1〜2.5pcfの範囲内となる傾向にある)よりも高い密度(約3.5〜6ポンド/立方フィート(pcf)以上)を有する傾向にある。この高密度は、多くの用途、例えばマットレスにおいて望ましく、この場合、高密度が製品の耐久性及びその加わった荷重を支持する能力に寄与する。
実施形態において、前記発泡体は25%未満、又は15%未満、又は10%未満のレジリエンス(resiliency)を有するVEポリウレタン発泡体である。
B.ゲル粒子
組成物は、発泡体中に分散されたゲル粒子も含む。実施形態において、組成物は、10重量%(wt%)、又は20重量%〜30重量%、又は40重量%のゲル粒子、及び90重量%又は80重量%から70重量%又は60重量%の発泡体も含む。重量パーセントは、組成物の総重量に基づく。
ゲル粒子は、オレフィンブロックコポリマーと油状物を含む。本明細書で使用される、「オレフィンブロックコポリマー」(又は「OBC」)は、マルチブロック(multi−block)又はセグメントコポリマー(segmented copolymer)」であり、線状に接合された二つ又はそれ以上の化学的に異なる領域又はセグメント(「ブロック」ともいう)を含むポリマー、すなわち重合されたエチレン官能基に対して、ペンダント的又はグラフト的様式ではなく、末端同士で(end−to−end)結合される、化学的に区別される単位を含むポリマーをいう。特定の実施形態において、前記ブロックは、そこに組み込まれているコモノマーの量又はタイプ、密度、結晶化度の量、その組成のポリマーに起因すると考えられる結晶サイズ、タクティシティーのタイプ(アイソタクチック又はシンジオタクチック)、位置規則性又は位置不規則性、分岐(長鎖分岐又は超分岐を含む)の量、均質性、又は他の任意の化学的特性もしくは物理的特性が異なる。オレフィンブロックコポリマーは、そのコポリマーに固有の製造プロセスに起因する、多分散指数(PDI又はMw/Mn)、ブロック長分布、及び/又はブロック数分布の固有な分布によって特徴付けられる。より具体的に述べると、連続プロセスで製造した場合、OBCの実施形態は、1.7〜8、又は1.7〜3.5、又は1.7〜2.5、及び1.8〜2.5又は1.8〜2.1のPDIを有し得る。回分法又は半回分法で製造した場合、OBCの実施形態は、1.0〜2.9、又は1.3〜2.5、又は1.4〜2.0、又は1.4〜1.8のPDIを有し得る。
実施形態において、前記OBCは、エチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマーである。前記エチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマーは、エチレン由来のユニットの大部分のモル分率を構成し、そのエチレンはコモノマーを含むマルチブロックコポリマーの残りの部分と共に少なくとも50モル%、又は少なくとも60モル%、又は少なくとも70モル%、又は少なくとも80モル%を構成する。エチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマーは、化学的又は物理的な特性(ブロックインターポリマー)で異なる二つ又はそれ以上の重合モノマー単位の複数(すなわち、二つ又はそれ以上)のブロック又はセグメントによって特徴付けられる、エチレン及び共重合可能なα−オレフィンコモノマーを重合された形態でさらに含んでおり、マルチブロックコポリマーである。一部の実施形態において、このマルチブロックコポリマーは、以下の式、
(AB)
によって示され得ることができ、nは少なくとも1、好ましくは、1より大きい整数、例えば、2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100又はそれ以上である。「A」は、ハードブロック又はセグメントであり、そして「B」は、ソフトブロック又はセグメントに相当する。A’及びB’は、分枝状又は星形の形式ではなく、直鎖状に結合される。「ハード」セグメントとは、一部の実施形態において、エチレンが95重量パーセントより大きい量、及び、他の実施形態において、98重量パーセントより大きい量で存在する、重合された単位のブロックをいう。換言すれば、ハードセグメントにおけるコモノマー含量は、一部の実施形態において、ハードセグメント全量中5重量パーセント未満、並びに、他の実施形態において、2重量パーセント未満である。一部の実施形態において、このハードセグメントは、全ての又は実質的に全てのエチレンを含む。
一方で、「ソフト」セグメントとは、コモノマーの含量が一部の実施形態において、ソフトセグメントの全重量の5重量パーセントより大きい、8重量パーセントより大きい、10重量パーセントより大きい、又は様々な他の実施形態において、15重量パーセントより大きい量である、重合された単位のブロックをいう。一部の実施形態において、このソフトセグメントにおけるコモノマー含量は、20重量パーセントより大きく、25重量パーセントより大きく、30重量パーセントより大きく、35重量パーセントより大きく、40重量パーセントより大きく、45重量パーセントより大きく、50重量パーセントより大きく、又は様々な他の実施形態において、60重量パーセントより大きくあり得る。
2種類又はそれ以上のモノマーから形成されたそれぞれの区別可能なセグメント又はブロックは結合して単独のポリマー鎖となるので、標準的な選択的抽出技術を使用してそのポリマーを完全に分別することはできない。例えば、比較的結晶質の領域(高密度セグメント)と比較的非晶質の領域(より低密度のセグメント)とを含有するポリマーは、種々の溶媒を使用して選択的に抽出又は分別することはできない。実施形態において、ジアルキルエーテル溶媒又はアルカン溶媒のいずれかを使用して抽出可能なポリマー量は、全ポリマー重量の10%未満、又は7%未満、又は5%未満、又は2%未満である。
さらに、本発明のOBCは、ポアソン分布ではなくシュルツ−フローリー (Schutz−Flory)分布に従うPDIを有する。本発明のOBCは、多分散ブロック分布と、ブロックサイズの多分散分布との両方を有する生成物が得られる、米国特許第7,858,706号及び米国特許第7,608,668号に記載の重合プロセスによって製造される。これによって最終的に、区別可能な物理的性質を有するOBC生成物が形成される。多分散ブロック分布の理論的利点は、ポチョムキン(Potemkin),Physical Review E(1998)57(6),pp.6902−6912、及びドブルイニン(Dobrynin),J.Chem.Phys.(1997)107(21),pp9234−9238において以前よりモデル化され議論されている。
実施形態において、前記エチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマーは、(A)1.7〜3.5のMw/Mn、少なくとも一つの融点、Tm(単位:摂氏温度)、及び密度d(単位:グラム/立方センチメートル)を有し、前記Tmとdの数値が下記の関係:
Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)
として定義される。
実施形態において、前記エチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマーは、(B)1.7〜3.5のMw/Mnを有し、融解熱ΔH(J/g)、及び最高のDSCピークと最高のCRYSTAFピークとの間の温度差として定義されるデルタ量ΔT(摂氏温度)によって特徴付けられ、前記ΔT及びΔHの数値は、下記の関係式:
ΔHがゼロ超で、130J/g以下である場合、ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81、
ΔHが130J/g超である場合、ΔT≧48℃
を有し、
前記CRYSTAFピークは累積ポリマーの少なくとも5パーセントを使用して決定され、そしてこのポリマーの5パーセント未満が同定可能なCRYSTAFピークを有する場合、CRYSTAF温度は30℃である。
実施形態において、前記エチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマーは、(C)エチレン/α−オレフィンインターポリマーの圧縮成形フィルムで測定して、300パーセントの歪み、且つ1サイクルでの弾性回復率Re(パーセント)によって定義付けられ、密度d(グラム/立方センチメートル)を有し、Re及びdの数値は、エチレン/α−オレフィンインターポリマーが架橋相を実質的に有さない場合、下記の関係式
Re>1481−1629(d)
を満たす。
実施形態において、エチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマーは、(D)TREFを使用して分別される場合、40℃〜130℃で溶出する分子量分画を有し、分画は、同じ温度の間で溶出する比較対象となるランダムエチレンインターポリマー分画のコモノマーモル含量よりも少なくとも5パーセント高いコモノマーモル含量を有することによって特徴付けられ、前記比較対象となるランダムエチレンインターポリマーは、同じコモノマー(複数)を有し、エチレン/α−オレフィンインターポリマーのそれの10パーセント以内のメルトインデックス、密度、及びコモノマーモル含量(ポリマー全体に基づく)を有する。
実施形態において、前記エチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマーは(E)25℃での貯蔵弾性率G’(25℃)、及び100℃での貯蔵弾性率G’(100℃)として定義付けられ、G’(25℃)とG’(100℃)の比は約1:1〜約9:1である。
実施形態において、前記エチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマーは、(F)TREFを使用して分別される場合、40℃〜130℃で溶出する分子分画を有すると定義され、分画は、少なくとも0.5、且つ約1以下のブロックインデックス、及び約1.3超の分子量分布Mw/Mnを有すると特徴づけられる。
実施形態において、前記エチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマーは、(G)0超、且つ約1.0以下の平均ブロックインデックス、及び約1.3超の分子量分布Mw/Mnを有すると定義される。
前記エチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマーは、上述の特性(A)〜(G)の任意の組み合わせを有し得る。
適切なオレフィンモノマーの非限定的な例として、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、3−メチル−1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセン及び1−エイコセンのような炭素数C〜C30の直鎖/分岐鎖αオレフィン;シクロペンテン、シクロヘプテン、ノルボルネン、5−メチル−2−ノルボルネン、テトラシクロドデセン、及び2−メチル−1,4,5,8−ジメタノ−1,2,3,4,4a,5,8,8a−オクタヒドロナフタレンのような炭素数C〜C30又はC〜C20のシクロオレフィン;ブタジエン、イソプレン、4−メチル−1,3−ペンタジエン、1,3−ペンタジエン、1,4−ペンタジエン、1,5−ヘキサジエン、1,4−ヘキサジエン、1,3−ヘキサジエン、1,3−オクタジエン、1,4−オクタジエン、1,5−オクタジエン、1,6−オクタジエン、1,7−オクタジエン、エチリデンノルボルネン、ビニルノルボルネン、ジシクロペンタジエン、7−メチル−1,6−オクタジエン、4−エチリデン−8−メチル−1,7−ノナジエン、及び5,9−ジメチル−1,4,8−デカトリエンのようなジ−及びポリオレフィン;3−フェニルプロペン、4−フェニルプロペン、1,2−ジフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、及び3,3,3−トリフルオロ−1−プロペンが挙げられる。
実施形態において、前記エチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマー中のコモノマーは、プロピレン、オクテン、ブテン、ヘキセンから選択される。
実施形態において、前記エチレン/α−オレフィンマルチブロックインターポリマーは、エチレン/オクテンマルチブロックコポリマーである。
C.油状物
前記ゲル粒子は、OBCと油状物で構成される。油状物はOBC樹脂へ吸収される。OBC樹脂が吸収された油状物を維持する。油状物は、芳香族オイル、ナフテン系オイル、パラフィン系オイル、鉱油、及びそれらの組み合わせから選択される。
実施形態において、前記ゲル粒子は、130℃〜270℃の温度で押出機中において油状物とOBCペレットを吸収することによって形成される。OBC/油状組成物はその後、50ミクロン〜1500ミクロンのD50粒子サイズを有するゲル粒子を形成するため、低温で粉砕する。本明細書で用いる「D50」は、試料粒子体積の50%が示した平均粒径範囲を超えていること粒子分布である。本明細書で用いる「D50」は試料粒子体積の50%が定められた平均粒径範囲を超えている粒子分布である。
実施形態において、前記ゲル粒子は、OBCペレットをマイクロペレット化又は粉砕することによって50ミクロン〜1500ミクロンのD50粒子サイズに形成される。そのOBC粒子は、その後、15℃〜100℃の温度において油状物で吸収される。実施形態において、ゲル粒子は、30重量%〜70重量%のOBC、及び70重量%〜30重量%の油状物を含む。
実施形態において、本ゲル粒子は、30重量%〜70重量%のエチレン/オクテンマルチブロックコポリマー、及び(ii)70重量%〜30重量%の油状物から構成される。エチレン/オクテンマルチブロックコポリマーのソフトセグメントは、オクテンに由来の10モル%、又は15モル%〜20モル%、又は26モル%又は30モル%又は35モル%ユニットを含む。エチレン/オクテンマルチブロックコポリマーは、全エチレンの70モル%又は78モル%〜90モル%を有する(エチレン/オクテンマルチブロックコポリマーの総重量に基づいて)。エチレン/オクテンマルチブロックコポリマーは、0.866g/cc〜0.887g/ccの密度を有する。エチレン/オクテンマルチブロックコポリマーは、0.5g/10分〜5.0g/10分のメルトインデックス(MI)を有する。ゲル粒子は50ミクロン、又は100ミクロン、又は200ミクロン、又は300ミクロン〜500ミクロン、又は1000ミクロン、又は1500ミクロンのD50粒子サイズを有する。
オクテン由来の10モル%〜35モル%ユニットを70モル%、又は75モル%、又は78モル%〜90モル%の全エチレン含量(すなわち、エチレン由来のユニット)を伴うソフトセグメントを有するエチレン/オクテンマルチブロックコポリマーは、例えば油状物及びスチレンブロックコポリマーからなるゲル粒子と比較して、(i)柔らかさ、(ii)より高い融点、及び(iii)改善された取扱性状(非凝集)、を有するゲル粒子を生成する。
実施形態において、前記ゲル粒子は、スチレンを含まない。
実施形態において、本組成物は、2.0又は2.0超〜3.5の支持因子 (support factor)を有している。
実施形態において、本組成物は、同等の組成物(すなわち、同じ発泡体及び同じ任意の添加剤)よりも少なくとも0.2ポイント大きい支持因子を有し、ゲル粒子を含まない。
実施形態において、組成物は、組成物の総重量に基づいて、85〜95重量%のVEポリウレタン発泡体と15〜5重量%のゲル粒子を含む。ゲル粒子は、ゲル粒子の総重量に基づいて50〜70重量%のOBC及び50〜30重量%の油状物を含む。このOBCは、(OBCの総重量に基づいて)60〜90重量%のソフトセグメントとソフトセグメント中オクテン由来の15〜20モル%ユニットを有するエチレン/オクテンマルチブロックコポリマーである。組成物は、2.0超〜3.5の支持因子を有する。
上記ゲル粒子のいずれかは、一つ又は一つ以上の次の任意の添加剤を含み得る。ゲル粒子に適した添加剤の非限定的な例として、充填剤(炭酸カルシウム、クレー、タルク、シリカ、酸化亜鉛、二酸化チタン)、第二ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン)、酸化防止剤、安定剤、アンチブロッキング剤、潤滑剤、及び前述の任意の組み合わせがあげられる。
組成物(発泡体及びゲル粒子の複合体)は、一種以上の以下の任意の添加剤を含み得る:スリップ剤、ブロッキング防止剤、可塑剤、酸化防止剤、UV安定剤、着色剤又は顔料、充填剤、潤滑剤、カブリ防止剤、流動助剤、カップリング剤、架橋剤、核剤、界面活性剤、溶媒、難燃剤、帯電防止剤、界面活性剤、及びこれらの組み合わせ。活性剤は、抗菌剤、抗真菌剤、及び/又は抗菌剤、及びそれらの任意の組み合わせとすることができる。適切な活性剤の非限定的な例として、トルナフテート、ウンデセン酸、アリルアミン、塩素、銅、ベーキングソーダ、ナトリウムオマジン、亜鉛オマジン、アゾール、銀及びこれらの任意の組み合わせがあげられる。活性剤は、組成物中又は状にある真菌、細菌及び/又は寄生虫の形成を最小化又は予防するために適用され得る。
本発明の組成物は、本明細書に開示された二つ又は二つ以上の実施形態を含むことができる。
2.物品
本開示は、物品を提供する。物品は、発泡体(i)及び発泡体中に分散したゲル粒子(ii)からなる組成物を含む。発泡体は、ここに開示された任意の発泡体であり得る。ゲル粒子は、本明細書において開示される任意のOBC/油ゲル粒子であり得る。
適切な物品の非限定的な例としては、医療機器のためのパディング(padding)(例えば、車椅子のシートパッド、車椅子パディング、医療用パッド、病院用ストレッチャーパッド、手術台パッド、位置決め用パッド);家具用パディング(例えば、室内装飾用パディング、家具のクッション、家具パッド);アスレチック機器又はデバイス用パディング(例えば、アスレチッククッション、スポーツ及び運動競技用パディング、体操マット、ヘルメット用裏張り);娯楽用機器やデバイス用パディング(例えば、バンパーパッド及びキャンプや睡眠マット);アパレル用のパディング(例えば、ブラジャーのストラップ、肩パッド、靴用裏地、ブーツ用裏地);家庭用品用パディング(例えば、疲労軽減マット、マットレスパッド、マットレスカバー、マットレス「トッパー」、ピロートップマットレス、枕等のピロートップ部分);パディングのアクセサリ(例えば、ブリーフケースのショルダーストラップ、コンピュータキャリングケース、財布、手袋等);耳栓;ペット用ベッド;包装パディング;クッション用用途;防音用途及び制振用途騒音と;及び前記の任意の組合せが挙げられる。
実施形態において、組成物は、マットレストッパーの構成要素である。
本物品は、本明細書に開示される二つ又は二つ以上の実施形態を含むことができる。
定義
用語「含む(comprising)」、「含む(including)」、「有する(having)」及びその派生語は、あらゆる追加の成分又は手順の存在を排除するものではない。用語「〜から実質的になる(consisting essentially of)」は、実現に重要ではないものを除いて、引き続いて記載されるあらゆる他の成分又は手順を排除する。用語「〜からなる(consisting of)」は、明確な記載がなされていないあらゆる成分又は手順を排除する。
「圧縮永久歪み」は発泡体が長時間にわたって圧縮された後に元の寸法に回復することがどれだけできるかの尺度である。圧縮永久歪みは、制御された時間及び温度条件の下で圧縮され、それが維持された後の発泡体の永久変形を測定する。圧縮永久歪みは、一般的に、発泡体の硬さにおけるクッションの厚さの使用中の喪失及び変化を相互に関連させるために用いられる。
試験方法
試験方法は(1)ポリマー試験方法、(2)発泡体試験方法として提供される。
1.ポリマー試験方法
ATREF
分析的昇温溶離分別(analytical temperature rising elution fractionation)(ATREF)分析は、その全体が参照によって本明細書に援用される、米国特許第4,798,081号及びWilde,L.;Ryle,T.R.;Knobeloch,D.C.;Peat,I.R.;Determination of Branching Distributions in Polyethylene and Ethylene Copolymer,J.Polym.Sci.,20,441〜455(1982)に記載された方法に従って行う。分析される組成物は、トリクロロベンゼンに溶解して、1分あたり0.1℃の冷却速度で20℃までゆっくり温度を下げることによって、不活性支持体(ステンレス鋼ショット)を含むカラム中で結晶させる。このカラムには、赤外線検出器が装備されている。次いで、1分あたり1.5℃の速度で20℃〜120℃へ溶出溶媒(トリクロロベンゼン)の温度をゆっくり上昇させることによりカラムから結晶化したポリマー試料を溶出することによって、ATREFのクロマトグラフィー曲線を作成する。
13C NMR分析
試料を、10mmのNMRチューブ中で0.4gの試料に対してテトラクロロエタン−d/オルトジクロロベンゼンの50/50の混合物の約3gを添加することによって調製する。その試料を、このチューブ及びその内容物を150℃に加熱することによって溶解して、均質化する。100.5MHzという13Cの共振周波数に相当する、JEOL Eclipse(商標)400MHz分光計、又はVarian Unity Plus(商標)400MHz分光計を用いてデータを収集する。そのデータは、6秒のパルス繰り返し時間遅延により1データファイルについて4000の減衰シグナルを用いて得る。定量的分析のための最小のシグナル対ノイズ比を達成するために、複数のデータファイルを一緒に加える。スペクトルの幅は25,000Hzであり、最小のファイルサイズは32Kのデータポイントである。この試料は、10mmの広帯域プローブ中、130℃で分析する。コモノマーの取り込みは、その全体が参照によって本明細書に援用される、Randallのトライアッド法(Randall,J.C.;JMS−Rev.Macromol.Chem.Phys.,C29,201−317(1989)を用いて決定される。
圧縮永久歪み(Compression Set)
圧縮永久歪みは、ASTM D395に従って測定する。この試料は、総厚みが12.7mmに達するまで、3.2mm、2.0mm、及び0.25mmという厚みの25.4mmの直径の丸いディスクを重ねることによって調製する。このディスクは、以下の条件下においてホットプレスで成形した12.7cm×12.7cm圧縮成形プラーク (plaques)から切り出す:190℃で3分間ゼロ圧、続いて190℃で2分間86MPa、続いてプレス内部で冷水を流しながら86MPaで冷却。
標準的なCRYSTAF方法
分枝分布は、PolymerChar、Valencia、Spainから市販されているCRYSTAF200ユニットを用いて結晶分析分画(crystallization analysis fractionation:CRYSTAF)によって決定する。この試料は、160℃で1,2,4トリクロロベンゼン(0.66mg/mL)に1時間溶解させ、95℃で45分間安定化させる。サンプリング温度は、0.2℃/分の冷却速度で95〜30℃におよぶ。赤外検出器を用いて、ポリマー溶液の濃度を測定する。累積溶解濃度は、温度が低下する間にポリマーが結晶化するときに測定する。累積されたプロフィールの分析誘導関数(analytical derivative)は、ポリマーの短鎖分枝分布を反映する。
CRYSTAFピーク温度及び面積は、CRYSTAFソフトウェア(Version2001.b、PolymerChar、Valencia、Spain)に含まれるピーク分析モジュールによって特定される。CRYSTAFピーク検出ルーチン(finding routine)は、ピーク温度をdW/dT曲線の最大値として特定し、この微分曲線におけるその特定したピークの片側の正の最大変曲間の面積を特定する。CRYSTAF曲線を算出するために、好ましい処理パラメータは、70℃の温度限界を有し、並びにその温度限界より上では0.1、及び温度限界より下では0.3の平滑化パラメータを有するものである。
密度
密度測定のための試料は、ASTM D1928に従って調製する。測定は、ASTM D792、方法Bを用いて1時間以内の試料プレスで行う。
DSC標準方法
示差走査熱量測定法(Differential Scanning Calorimetry)(DSC)の結果は、RCS冷却アクセサリ及びオートサンプラーを装備したTAIモデルQ1000DSCを用いて決定する。50mL/分という窒素パージガス流を用いる。この試料を、薄膜にプレスして、約175℃のプレス内で溶融し、次いで室温(25℃)まで空冷する。次いで、3〜10mgの物質を6mmの直径のディスクに切断し、正確に秤量し、軽量アルミニウムのパンに入れ(約50mg)、次いで圧着する(crimped shut)。試料の熱挙動は、以下の温度プロフィールで検討する。この試料を180℃まで急速に加熱して、3分間恒温に保持して、以前の熱履歴を全て除去する。次いで、この試料を10℃/分の冷却速度で−40℃まで冷却し、−40℃で3分間保持する。次いで、この試料を10℃/分の加熱速度で150℃まで加熱する。その冷却及び第二加熱曲線を記録する。
DSC融解ピークは、−30℃と融解終点との間に引いた直線のベースラインに関する熱流量(W/g)における最大として測定される。融解熱は、直線のベースラインを用いて−30℃と融解終点との間の融解曲線の下の面積として測定される。
DMA
動的機械分析(Dynamic Mechanical Analysis)(DMA)は、180℃で10MPaの圧力で5分間、ホットプレス中において成形され、次いで1分当たり90℃でこのプレス中で水冷された圧縮成形ディスクで測定する。試験は、ねじり試験のための二重カンチレバー固定具を備えたARES制御歪みレオメーター(TA装置)を用いて行う。
1.5mmのプラークをプレスして、32×12mmの寸法のバーに切断する。その試料を10mm(グリップ間隔ΔL)ずつ離れた固定具の間において両端でクランプして、−100℃から200℃の逐次的温度段階(1段階当たり5℃)に供する。各々の温度でねじり弾性率G’を、10rad/sの角周波数で測定し、この歪み振幅は、トルクが十分であること、測定値が線形領域(linear regime)のままであることを保証するために0.1パーセントから4パーセントの間で維持する。
10gという最初の静止力を維持して(自動引張方式)、熱膨張が生じる場合のサンプル中のゆるみを防ぐ。結果として、グリップ間隔ΔLは、温度とともに、特に、ポリマー試料の融点又は軟化点より上で、増大する。試験を、最大温度か又は固定具間の間隙が65mmに達した時に終わる。
GPC法
このゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)システムは、Polymer Laboratories Model PL−210又はPolymer Laboratories Model PL−220のいずれかの装置から構成される。このカラム及びカルーセルの区画は、140℃で操作される。3つのPolymer Laboratories 10ミクロン Mixed−Bカラムを用いる。この溶媒は、1,2,4トリクロロベンゼンである。試料を、200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含有する50ミリリットルの溶媒中に0.1グラムというポリマー濃度で調製する。試料を、160℃で2時間、軽く撹拌することによって調製する。用いられる注入容積は100マイクロリットルであり、そして流量は1.0mL/分である。
GPCカラムセットの較正は、個々の分子量の間の少なくとも10の隔たりがある6つの「カクテル(cocktail)」混合物で準備した、580〜8,400,000におよぶ分子量を有する、21個の狭い分子量分布のポリスチレン標準物質で行われる。この標準物質は、Polymer Laboratories(Shropshire,UK)から購入する。ポリスチレン標準物質は、分子量1,000,000以上については、50ミリリットルの溶媒中に0.025グラムで、そして分子量1,000,000未満については50ミリリットル中に0.05グラムで調製する。このポリスチレン標準物質を、穏やかに撹拌しながら80℃で30分間溶解する。狭い標準物質混合物を最初にランし、そして分解を最小にするために最も高い分子量の成分から低いものへと順番にランする。ポリスチレン標準物質ピーク分子量を、以下の式を用いてポリスチレン分子量に変換する(WilliamsoyobiWard,J.Polym.Sci.,Polym.Let.,6,621(1968)に記載のとおり):Mポリエチレン=0.431(Mポリスチレン)。
ポリエチレン等量分子量の計算は、Viscotek TriSECソフトウェアのVersion3.0を用いて行う。
ソフトセグメント重量パーセンテージ及びハードセグメント重量パーセンテージ
ソフトセグメント重量パーセンテージは、米国特許第7,608,668号、57段落30行〜63段落12行において開示されているように、DSC又はNMRから得られたデータに基づいて計算できる。
溶融流量(又はMFR)はASTM D−1238によって、条件230℃/2.16kgで測定される。
メルトインデックス(又はMI)はASTM D−1238によって、条件190℃/2.16kgで測定される。
TREFによるポリマー分画(Polymer Fractionation)
大規模なTREF分画は、160℃で4時間撹拌することによって2リットルの1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)中に15〜20gのポリマーを溶解することによって行う。このポリマー溶液を、30〜40メッシュ(600〜425μm)球状の、技術的品質ガラスビーズ(Potters Industries、HC30 Box20、Brownwood、TX、76801から入手可能)及びステンレス鋼、0.028”(0.7mm)直径のカットワイアショット(Pellets,Inc.63 Industrial Drive、North Tonawanda、NY、14120から入手可能)の60:40(v:v)混合物を充填した3インチ×4フィート(7.6cm×12cm)のスチールカラム上に15psig(100kPa)窒素によって圧入する。このカラムを、160℃に最初に設定した、熱制御されたオイルジャケットに浸す。このカラムを、125℃に弾道的に(ballistically)最初に冷却し、次いで1分当たり0.04℃で20℃までゆっくり冷却して、1時間保持する。温度を1分当たり0.167℃で上昇させながら、新鮮なTCBを65mL/分で導入する。
分取TREFカラムからの約2000mL分の溶離液を、16のステーションの加熱されたフラクションコレクター(fraction collector)に収集する。このポリマーを、約50〜100mLのポリマー溶液が残るまで、ロータリーエバポレータを用いて各々の分画中で濃縮させる。この濃縮溶液を、一晩放置させて、その後に、過剰のメタノールを添加し、濾過して、すすぎ洗いする(最終すすぎ洗いを含む約300〜500mLのメタノール)。濾過工程を、5.0μmのポリテトラフルオロエチレンコーティング濾紙(Osmonics Inc.から入手可能、カタログ番号Z50WP04750)を用いて3位置の真空利用濾過ステーションで行う。濾過された分画を、60℃で真空オーブン中において一晩乾燥させて、さらなる試験の前に化学天秤で秤量する。
TMA
熱機械的分析(Thermal Mechanical Analysis)(TMA)(針入温度)は、180℃及び10MPa成形圧で5分間形成され、次いで急速に空冷した、30mm直径×3.3mm厚みの圧縮成形ディスクで行う。用いた装置は、Perkin−Elmerから入手可能なブランド、TMA7である。この試験では、1.5mmの半径の先端を有するプローブ(P/N N519−0416)を、1Nの力で試料ディスクの表面に適用する。その温度を25℃から5℃/分で昇温する。プローブの針入距離は、温度の関数として測定される。プローブが試料中に1mm針入した時、実験が終わる。
2.発泡体試験方法
本明細書において、用語「空気流」は、所与の負荷空気圧下で発泡体を通過することができる空気の尺度である。空気流は125Pa(0.018psi)の圧力で、1.0インチ(2.54cm)の厚さで、2インチ×2インチ(5.08cm)の正方形の発泡体切断片を通過する空気の体積を表す。単位は、立方デシメートル/秒(すなわち、リットル/秒)で表され、標準立方フィート/分(scfm)に変換される。空気流を測定するための市販の代表的装置は、TexTest AG(チューリッヒ、スイス)によって製造され、TexTest Fx3300の名称を有する。この測定は、ASTM D 3574、試験Gに従う。
用語「圧縮力撓み(CFD)」は、「CFD」とは、ある歪み(すなわち、25%、65%、又は75%)に発泡体を圧縮するのに必要な力の尺度である。用語「CFD25%」は、ASTM D3574、試験Cの手順に従って、圧縮力撓みの計測が決定する前、すなわち、発泡体がその元の厚さの75%に圧縮される前、横方向に4×4インチ、厚さ2インチ(10.16センチメートル×10.16センチメートル×5.08センチメートル)の発泡体が25%の圧縮歪みに厚さ軸方向へ上下に圧縮され、1分間維持される圧縮力撓み計測を言い、ポンド力(Ibf)又はニュートン(N)で測定される。用語「CFD65%」及び「CFD75%」は、同様に、それぞれ、元の発泡体の厚さの35%及び25%圧縮に相当する。
用語「90%の圧縮永久歪み」は、発泡体の上昇方向に平行な90%の圧縮変形レベルで測定される圧縮永久歪み試験である。この試験は、クッションの厚さの使用中の喪失と発泡体の厚さの変化を相互に関連させるために用いられる。圧縮永久歪み@90%は、ASTM D3574−95、試験Iの手順に従って決定され、試料の元の厚さに対するパーセンテージとして測定される。
密度
発泡体密度(フリーライズ密度を含む)は、ASTM D1622の手順に従って決定される。
発泡体に適用される用語「伸び率」(又は%伸び)、発泡体の試料が破裂する前に達成することができる線形の拡張である。発泡体は、引張強度を決定するために使用されるのと同じ方法で試験され、その結果はASTM D−3574、試験Eの手順に従い発泡体試料の元の長さのパーセンテージとして表される。
「回復時間」は、発泡体が圧縮後、元の寸法に回復するためにかかる時間のことである。回復時間は、発泡体の圧縮が、CFD75%の位置から、元の発泡体の厚さの90%の位置(元の発泡体の厚さの25%に発泡体が圧縮)へ圧縮荷重ヘッドを解放する/戻すことによって測定される。回復時間は、発泡体が、圧縮荷重ヘッドを開放する/戻すことから、少なくとも一つのニュートンの力で荷重ヘッドに対して押し戻すモーメントまでの時間として定義され、秒単位で測定される。
用語「弾性」は、バネのような性質として認められる、発泡体の性質を表すために用いられる。弾性は、ASTM D3574、試験Hの手順に従って測定される。このボールリバウンド試験は、指定された条件下に落とされたときに、落とされた既知重量のスチールボールが、発泡体の表面からリバウンドする高さを測定し、結果を元の落下高さのパーセンテージとして表す。「平均弾性」とは、同じ発泡体試料に対して実行された五つの別々の測定の平均である。
用語「支持因子(support factor)」は65%圧縮力撓み(CFD65%)を25%圧縮力撓み(CFD25%)で割った比率である。
用語「引裂強度」発泡体試料に対して縦にカットしたスリットを有する事前に切り目の入った発泡体試料を引き裂くために必要な最大平均力である。試験結果はリニア・インチ(lbf/in)当たりのポンド又はメートル当たりのニュートン(N/m)でASTM D3574−Fの手順に従って決定される。
発泡体に適用されている「引張強度」は、直鎖(一軸)伸張力の下に拡張されている間ドックボーン状の発泡体試料が耐え得る最大の力である。物質が破断ポイントに到達するまで応力は増加させられ、その破断時における荷重及び拡張が引張強度を計算するために使用され、ASTM D−3574、試験Eの手順に従って全て決定され、そして平方インチ(psi)又はキロパスカル(kPa)の当たりのポンドで計測される。
本開示の一部の実施形態は、以下の実施例において詳細に説明する。
1.成分―ゲル粒子
実施例及び比較試料のゲル粒子成分や性質は、以下の表1に記載する。
Figure 2015503659
2.ゲル粒子の製造
四つの異なった方法が、ゲル粒子を調製するために使用される。
実施例1において、INFUSE(商標)9007のマイクロペレットは、二軸スクリュー押出機に直径0.02”の孔を有するマイクロペレットのダイを用いて得られる。次いで、油状物はOBCと油状物とを組み合わせ、60℃のオーブンでOBCに油状物を吸収させることにより、OBC粒子中へ吸収される。
実施例2において、INFUSE(商標)9007、油、及びカラーマスターバッチは、145℃で、二軸スクリュー押出機上で配合される。化合物は、次いで、最終的な粒子サイズに低温粉砕される。
実施例3において、INFUSE(商標)9530は、微粉末に粉砕される。次いで、油状物はOBCと油状物とを組み合わせること、及び、80℃のオーブンで油状物をOBCに吸収させることにより、OBC粒子に吸収される。
実施例4において、INFUSE(商標)9530のマイクロペレットが、二軸スクリュー押出機に直径0.014”の孔を有するマイクロペレットのダイを用いて得られる。次いで、油状物はOBCと油状物とを組み合わせ、60℃のオーブンでOBCに油状物を吸収させることにより、OBC粒子中へ吸収される。
全ての四つの実施例により、非凝集OBC/油ゲル粒子が得られる。
比較試料(CS)1及び3は、発泡体中に分散したゲル粒子を有さない発泡体である。
比較試料2(CS2)により、ENGAGE(商標)8100のマイクロペレットは、油状物と共に組み合わされ、その混合物は60℃のオーブン内に置かれる。たとえENGAGE(商標)8100(0.870g/c)が、INFUSE(商標)9007(0.866g/cc)のマイクロペレットと同様の密度を有していても、油状物でENGAGE(商標)8100を吸収することはゲル粒子のかなりの凝集をもたらす。これは、凝集がENGAGE(商標)8100の低い融点(60℃)対INFUSE(商標)9007の高い融点(119℃)の結果であると考えられる。
比較試料4(CS4)は、Kraton(商標)1651、多孔質粉体として製造されるSEBSポリマーに油を吸収させることによって調製される。SEBS粉末は粉末及び油状物を組み合わせ、次いで、50℃のオーブンで油状物を吸収することによって油状物と共に吸収される。
OBCベースのゲル粒子は、SEBSベースのゲル粒子と比較してより高い軟化温度を有する。OBCベースのゲルは、SEBSゲル粒子より(凝集無く)より扱いやすく、進行する。
ゲル粒子の特性は、以下の表2に与えられている。重量パーセント値は、ゲル粒子の総重量に基づいている。
Figure 2015503659
3.VEポリウレタン中に分散するゲル粒子を有するVEポリウレタンの製造
発泡体組成物は、ポリオール、イソシアネート、発泡剤(水)、触媒、界面活性剤、及び場合によっては、ゲル粒子を含む。
以下の成分は比較試料及び実施例を作成するために使用される。
VORANOL(商標)WK3140ポリオール、VORANOL(商標)3136ポリオール、VORANOL(商標)3150ポリオール、VORANOL(商標)2070ポリオール、及びPAPI(商標)PB219イソシアネートはザ・ダウ・ケミカル・カンパニー社(The Dow Chemical Company)から入手可能である。
Niax(登録商標)L−618シリコン界面活性剤は、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアル社(Momentive Performance Materials)から得られる。KOSMOS(登録商標)10−Pオクタン酸スズ触媒(66.7%の鉱油で33.3%に希釈)はエボニック社(Evonik)から得られる。DABCO(登録商標)BL−11及びDABCO(登録商標)33−LV触媒は、エア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ社(Air Products and Chemicals)から得られる。
オーガニックダイスタッフ社(Organic Dyestuffs Corporation、「ORCO」)のOrcosolve(登録商標)BlueAPはゲル粒子を青に着色するために鉱油中でそのまま使用される。
試料は、薄いプラスチックフィルムの内張りが並ぶ38cm×38cm×24cm(又は約15”×15”×9.5”)の木箱を使用することで発泡する箱を介して作られる。高回転速度の高剪断ミキサー(四放射状に延びる方向にそれぞれ四つのピン)が1ガロンのコンテナ中で成分を混合するために使用される。製剤の総質量は100部毎2部(parts per hundred parts:pphp)の水において粘弾性ポリウレタン発泡体製剤中1.8〜2.2kgである。スズ触媒(KOSMOS(登録商標)10−P)及びPAPI(商標)PB219イソシアネートを除いて、製剤中の成分は最初に15秒間(2400rpmで)混合される。ゲル粒子が使用される場合、この第一工程において添加される。次いで、オクタン酸第一スズ触媒(KOSMOS(登録商標)10−P)を添加し、直ちに15秒間(2400rpmで)さらに混合する。最後に、PAPI(商標)PB219イソシアネートを混合物に添加し、直ちに4秒間(2900rpm)さらに混合する。次いで、全混合物をプラスチックフィルムで内張り箱に注ぐ。ブローオフ時間は、最終的な混合工程(イソシアネートを加えたもの)が開始した瞬間から測定される。発泡が完了すると、発泡体は覆いの下で一晩さらに硬化させられる。発泡体のスキン層は廃棄され、試料の残りは特徴付けのために使用される。
発泡体/ゲル粒子の複合材料の組成及び特性を以下の表3に記載する。
Figure 2015503659
4.結果
CS1及びCS3は、ベースライン発泡体であり、ゲル粒子を含まない。実施例2及び3から(表2から)ゲル粒子を有する発泡体組成物は生成されていない。実施例2及び3(表2)は、ゲル粒子の製造のための他の方法を示すため提供される。
CS2(ENGAGE(商標)8100)のゲル粒子が凝集したことによって、CS2による発泡体組成物は調製されない。
CS1は、実施例1及び実施例4のベースライン発泡体である。CS3はCS4のベースライン発泡体である。SEBSベースのゲル粒子を有するCS4は、支持因子の増加を引き起こす。CS3を超えたCS4の8%ポイントの圧縮永久歪みの増加は、特定のPU発泡体配合の感度によるものである。具体的には、CS4におけるゲル粒子の存在は、低い圧縮永久歪みを呈するポリマー網目構造を提供するためにより多くのポリイソシアネート(ここでは、PAPI(商標)PB219)を必要とする。
CS1と比較した場合、実施例1及び実施例4(OBCベースのゲル粒子)はそれぞれ、支持因子の増加を示す。実施例1及び実施例4の65%CFDはCS1の65%CFDと同様である。しかしながら、25%CFDは、CS1の25%CFDと比較して、実施例1及び実施例4の25%のものより低い。それ故、実施例1又は実施例4を含むマットレスは、低圧縮時(25%)、CS1を含むマットレスよりもより柔らかく感じる。驚くべきことに、実施例1又は実施例4を有するマットレスは、高圧縮時(65%CFD)、CS1を有するマットレスのように同レベルの支持を提供する。実施例1と実施例4は、CS1よりもより快適に感じる発泡体において得られた支持と共に組み合わせられた改善レベルの柔らかさを提供する。OBCベースのゲル粒子が発泡体配合物に含まれている場合、発泡体の他の特性は維持されることに注意されたい。
有利なことに、OBCベースのゲル粒子が発泡体(特にマットレス)の柔らかさと快適さを向上させ、他の発泡体の特性を減少させない。他の発泡体の特性は、CS1と実施例1/実施例4との間で実質的に同じである。注目すべきことに、発泡体にOBCベースのゲル粒子の添加は(実施例1/実施例4とCS1とを比較して):
・回復時間の減少
・圧縮永久歪みの増加
・引裂強度の減少
・引張強度の減少
・伸び率(%)の減少
・弾性の低下
をしない。

Claims (10)

  1. 発泡体;及び、
    前記発泡体中に分散した複数のゲル粒子であって、オレフィンブロックコポリマー及び油状物を含むゲル粒子:
    を含む組成物。
  2. 前記発泡体が、ポリウレタン発泡体、ラテックス発泡体、ポリスチレン発泡体、エポキシ発泡体、ポリビニル発泡体、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項1に記載の組成物。
  3. 前記発泡体が、粘弾性ポリウレタン発泡体である、請求項1〜2のいずれかに記載の組成物。
  4. 前記油状物が、芳香族系オイル、ナフテン系オイル、パラフィン系オイル、鉱油、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される請求項1〜3のいずれかに記載の組成物。
  5. 前記ゲル粒子が、30重量%〜70重量%のオレフィンブロックコポリマー及び70重量%〜30重量%の油状物を含む請求項1〜4のいずれかに記載の組成物。
  6. 前記ゲル粒子が、50ミクロン〜1500ミクロンのD50粒子サイズを有する請求項1〜5のいずれかに記載の組成物。
  7. 前記オレフィンブロックコポリマーが、エチレン/オクテンマルチブロックコポリマーである、請求項1〜6のいずれかに記載の組成物。
  8. オクテン由来の10モル%〜35モル%のユニットを含むソフトセグメントを有するエチレン/オクテンマルチブロックコポリマーを含む粘弾性発泡体及びゲル粒子を含む請求項1〜7のいずれかに記載の組成物。
  9. 前記組成物が、2.0〜3.5の支持因子を有する請求項1〜8のいずれかに記載の組成物。
  10. 発泡体及び前記発泡体中に分散した複数のゲル粒子を含む組成物;及び、
    オレフィンブロックコポリマー及び油状物を含むゲル粒子:
    を含む物品。
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