JP2016532761A - 衝撃エネルギーを吸収する可撓性ポリウレタン及びポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォーム材料 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の記載及び請求において、以下の用語が使用されるであろう。
本発明は、独自のポリウレタン組成物(イソシアネート及びポリオールから形成される)、重合反応開始剤、並びに重合反応促進剤から形成される可撓性ポリウレタンフォームについて記載する。反応開始剤及び促進剤に加えて、任意のゲル化剤、界面活性剤、及び強化充填剤が、本明細書に記載されているように、室温にて添加される。
a−N−メチルイミダゾール、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、トリエチレンジアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ペンタメチルジプロピレントリアミン、ジメチルエタノールアミン及びビスジメチルアミノジエチルエーテル等の第三級アミン
b−水、アセトン、ペンタン、液体二酸化炭素、HFC、HCF、CFC及び塩化メチレン等の有機スズ、が挙げられる。
本開示の一実施形態において、上記のポリウレタンフォーム材料を、ポリオルガノシロキサン組成物の成分と組み合わせる。これにより、約85のショア硬さ値を有する、可撓性がありかつ強靭な連続気泡ポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォームをもたらすが、約50〜約100を使用することができる。ポリオルガノシロキサンを作製するために、上からのポリウレタンフォームをポリオルガノシロキサン、重合触媒(通常白金)、ベンジルアルコール、重合反応開始剤、及び重合反応促進剤と組み合わせる。一実施形態において、ポリオルガノシロキサンはSoma−Foama 15(Smooth−On Inc)とすることができ、約5体積%を含む。別の実施形態において、触媒は約10体積%を占めることができる。
R−(O−SiR)−(LINK)−R、又は
特定の実施形態において、ポリウレタンフォーム(上述)及びポリウレタン/ポリオルガノシロキサン組成物(同様に上述)は、互いに架橋している。一実施形態において、層は互いに隣接していてよい。別の実施形態において、一方の層が別の層により完全に、又は部分的に取り囲まれることができる。更に他の実施形態では、層は、完全に又は部分的に取り囲まれた層と、更なる隣接層との組み合わせを伴うことができる。実際の層形成は、所望の生成物及びモールドの形状に基づいて変化するであろう。
ポリウレタンフォーム及びポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォーム組成物の形成中、重合反応開始剤及び重合反応促進剤を使用する。配合に使用する重合反応開始剤及び重合反応促進剤の濃度は、フォームの所望の用途に応じて変化するであろう。本明細書における実施形態は単に例として提示され、本開示を限定するものとして考えられてはならない。
本発明において、重合反応開始剤はイソプレノイド化合物である。好適な反応開始剤の非限定例としては、アビエチン酸(ジテルペン)、樟脳(モノテルペン)、メントール(モノテルペン)、天然液体樹ゴム(ポリイソプレン)、アミリン(五環式トリテルペン)、及びこれらの組み合わせが挙げられる。対象の反応開始剤としては、アビエチン酸、ブタジエン、スチレン−ブタジエン−スチレンポリマー及び天然ゴムが挙げられる。
更に、重合反応促進剤を上記混合物と混合する。好適な促進剤の非限定例としては、炭、活性炭、ダイヤモンド、フラーレン、黒鉛、コークス、石炭、カーボンブラック、及びこれらの材料の組み合わせが挙げられる。対象の促進剤としては、活性硬材炭、炭、及びカーボンブラックが挙げられる。
ポリウレタンフォーム及びポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォームは、ゲル化剤、乳化調整剤、強化充填剤、レオロジー変性剤、スリップ剤、皮膚軟化剤、湿潤剤、又はこれらの添加剤の任意の組む合わせの少なくとも1つにより任意に調製することができる。用いられる任意のゲル化剤、乳化調整剤、強化充填剤、架橋剤及び強化ポリマーの濃度は、フォームの所望の用途に応じて変化するであろう。本明細書における実施形態は単に例として提示され、本開示を限定するものとして考えられてはならない。
ゲル化剤はゲルを形成する増粘剤であり、コロイド混合物として液相中に溶解し、弱凝集性の内部構造を形成する。多くの好適なゲル化剤が存在する。好適なゲル化剤の非限定的例としては、アルギネート含有ヒドロゲル粉末、アカシア、アルギン酸、ベントナイト、Carbopols(登録商標)(現在はカルボマーとしても知られている)、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロース、ゼラチン、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ケイ酸アルミニウムマグネシウム(Veegum(登録商標))、メチルセルロース、ポロキサマー(Pluronics(登録商標))、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、トラガント、ヒアルロナン、ポリエチレン、カラギーナン、ポリプロピレングリコール、寒天及びポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ヒドロコロイドポリエステル、キトサン、コラーゲン、キサンタンガム、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。
界面活性剤をポリウレタン及びポリウレタン/ポリオルガノシロキサンに添加し、液状成分を乳化させ、フォームセルのサイズを制御し、セル構造を安定化して重合中の破壊を防止し、及び表面下の空洞を満たすことができる。様々な乳化調整剤が、リサイクルでの使用、コストダウン、機械的特性及び防音能力の向上といった利点を示すことができる。乳化調整剤の非限定的例としては、ヒュームドシリカ、シリコーンオイル、ノニルフェノールエトキシレート、ポリジメチルシロキサン−ポリオキシアルキレン、ポリエチレンテレフタレート、カーボンナノチューブ、方解石、苦灰石、炭酸カルシウム、及びこれらの任意の組み合わせを挙げることができる。好ましい1つの乳化調整剤は、合成非晶質シリコンであるヒュームドシリカ二酸化物(Polytek(登録商標)として市販されている)である。乳化調整剤はポリウレタン混合物に、室温にて、約4体積%〜約6体積%、約4体積%〜約8体積%、及び場合によっては約2体積%〜約10体積%添加することができる。
強化充填剤をポリウレタンフォーム又はポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォームの少なくとも1つに添加し、フォームのクリープ抵抗及びフォーム弾性率を向上することができる。強化充填剤は架橋することができ、材料の弾性、強靱性、及び総合強度の増加に寄与する。かかる充填剤の例としては、ヒドロキシエチルセルロースポリマー、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、エチルセルロース、メチルセルロース、天然樹ゴムラテックス、合成ゴム(即ちポリブタジエン)、及び熱溶融分枝鎖ポリスチレン−ブロック−ポリブタジエン(30%スチレン、80%ジブロック)、ポリスルフィドポリマー、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。
必要に応じて、ポリウレタンフォーム及び/又はポリウレタン/ポリオルガノシロキサンポリマーハイブリッドフォーム組成物は、架橋剤の存在下にて形成することができる。好適な架橋剤の非限定例としては、エチレングリコール、酸化亜鉛、硫黄、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ヒドロキノンビス(2−ヒドロキシエチル)エーテル(HQEE)、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン及びトリプロパノールアミン、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。前述の重合混合物をエチレングリコールの存在下にて混合した場合、独自かつ新規のポリマーポリオールを製造することができ、これは次いで、イソシアネート鎖の連鎖延長剤及び架橋剤として機能する。かかる組成物は、1立方ftあたり約5ポンドの密度を有することができるが、起泡剤の種類及び他の要因に基づいて、他の密度を得ることができる。
強化ポリマーを任意に使用して、ポリウレタン骨格をポリウレタン/ポリオルガノシロキサンコポリマー、他のポリオールに、及び互いに架橋することができる。強化ポリマーは、ポリスルフィドポリマーゴム、天然ゴム、ポリブタジエン及びポリスチレン−ブロック−ポリブタジエン−ブロック−ポリスチレン等の合成ゴム、純粋な絹フィブロイン、並びにこれらの組み合わせから選択することができる。ラテックスアレルギーが懸念される場合、天然ゴムを配合物から取り除くことができる。
更なる強化を、ポリウレタンフォーム組成物、及び/又はポリウレタン/ポリオルガノシロキサン組成物を更に、液体ポリスルフィドポリマーゴム、熱溶融天然ラテックスゴム(177℃(350°F)にて溶融)、液体ポリブタジエンゴム、及び熱溶融スチレン−ブタジエン−ポリスチレンゴム(191℃(375°F)で溶融)の組み合わせと架橋することにより達成することができる。天然及び合成ゴムの組み合わせを使用する技術は、重合した最終生成物の強靱性及び弾性に直接寄与し、衝撃力により生じる荷重吸収能力を劇的に増加させる。
ポリスルフィドは硫黄原子鎖を含有する化合物の一種であり、本明細書に記載される組成物と組み合わせて使用することもできる。ポリスルフィドはポリウレタンとの混合物として、又は別の隣接層として含むことができる。2つの主な種類:アニオン及び有機ポリスルフィドが存在する。アニオンは一般式Sn 2を有し、水素ポリスルフィドH2Snの共役塩基である。有機ポリスルフィドは式RSnRを有し、式中Rはアルキル又はアリール(即ちフェニル基)である。ポリスルフィドポリマーは、二ハロゲン化物とポリスルフィドアニオンのアルカリ金属塩との縮合重合反応により合成することができる。
nNa2S5+nClCH2CH2Cl→[CH2CH2S5]n+2nNaCl
2RCH=CH2+H2Sx→(RCH2CH2)2Sx
バラゴムの木からの純粋な天然ゴムエラストマーは、有機化合物であるイソプレンのポリマー(シス−1,4イソプレン)から構成される。このゴムはドラフト内の溶融炉で177℃(350°F)にて溶融することができ、反応性ホットメルトは、MDIの添加前に、ポリウレタンフォーム組成物、及び/又はポリウレタン/ポリオルガノシロキサン組成物に、体積で約2%添加される。ポリウレタン/ポリオルガノシロキサン組成物においては、ポリオルガノシロキサン及びMDIの添加前に、酸化亜鉛、ステアリン酸及び硫黄を体積で約0.2%、混合物に添加する。シス−1,4ポリイソプレンは、重合反応中に150℃に近い温度にて、硫黄架橋を介して他のポリオール、ポリウレタン/ポリオルガノシロキサンコポリマーへの架橋、及び互いの架橋が可能である。この反応は、最終の硬質及び軟質製品における弾性及び剛性の増加に寄与する。
合成ゴムポリマーは、石油副産物(モノマー)から合成した任意の種類の人工エラストマーである。スチレン−ブタジエンゴムは、本開示で使用される1,3−ブタジエン及びスチレンの共重合から誘導される。これらは、イソプレン(2−メチル−1,3−ブタジエン)、クロロプレン(2−クロロ−1,3−ブタジエン)及び少量のイソプレンと架橋したイソブチレン(2−メチルプロペン)で調製された合成ゴムと置換することができる。これらの生成物を次に、様々な割合で混合し、本開示で使用する合成ゴムの代用品として、又はそれに加えて使用することができる、広範囲の機械的、物理的及び化学的特性を有する生成物を作製することができる。
絹は2つの主なタンパク質、セリシン及びフィブロインから構成される。フィブロインは蜘蛛、蚕(Bombyx mori silkworm)の幼虫、他の蛾及び昆虫により作製される不溶性のタンパク質である。本開示の一実施形態において、蚕の繭に由来するフィブロインを使用する。絹繊維は異常な強度を有する。その強度は、逆平行のβシート層故に生じる。絹フィブロインの一次構造は、ポリ(Gly−Ser−Glyc−Ala−Gly−Ala)の反復配列である。
一実施形態では、ポリウレタンフォーム、及び/又はポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォームは、皮膚軟化剤又は湿潤剤を含むことができる。皮膚軟化剤又は湿潤剤の例としては、ヒアルロン酸、グリセリン、三酢酸グリセリン、糖ポリオール、尿素等が上げられるがこれらに限定されない。本開示の一実施形態では、ヒアルロン酸を使用して、最終生成物表面の触覚応答(tactile response)及び感触を向上してよい。一般的な目安としては、湿潤剤はポリウレタン又はポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォーム組成物の約0.05体積%〜約4体積%を含むことができる。
ある種の実施形態において、フォーム組成物を製造する際に安定剤を使用するのが望ましい場合がある。好適な安定剤の非限定例としてはキサンタンガムを挙げることができる。かかる安定剤は、ポリウレタン、及び/又はポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォーム組成物の約0.5体積%〜約5体積%を含むことができる。
更に別の選択肢としては、着色剤をポリウレタンフォーム、及び/又はポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォーム組成物に添加することができる。かかる着色剤としては顔料、染料、又は他の着色物質を挙げることができる。例えば、ポリカラー染料(例えばPolytek(登録商標))を重合反応中に混合物に加え、着色フォームを作製することができ、例示的には青、赤又は黄色のフォーム色が挙げられるが、これらに限定されない。一般的な目安としては、着色剤は組成物の約0.01体積%〜約5体積%を含むことができる。正確な量は所望の色の強さに応じて変化するであろう。
本開示の一実施形態では、ポリウレタンフォーム材料は約3体積%の松脂;約2.7体積%の活性硬材炭又は炭C7H40;5.5体積%のハイドロゲル−N(Polytek(登録商標));約6〜8体積%のヒュームドシリカ(Polytek(登録商標));約0.5〜1体積%のヒドロキシエチルセルロース;4体積%の液体ブタジエン(Sigma);2体積%のスチレン−ブタジエン−スチレンホットメルト(191℃(375°F));2体積%の天然ラテックスゴムホットメルト(177℃(350°F));8体積%のポリスルフィドチオコールポリマー;及び0.2〜0.5体積%の純粋な天然絹フィブロイン(Silktap Inc、Cambridge MAの5%重量/体積溶液)を含む。
開示したポリウレタンフォーム材料及びポリウレタン/ポリオルガノシロキサン混合物は、広範かつ有用な用途を有する。これらのフォームは、人体の傷を受けやすい領域と接触した際に可撓性があって快適であり、自動車の衝撃損傷から保護し、様々なスポーツ活動で使用することができる。これらのフォーム層は別々で、又は組み合わせて使用することができる。必要に応じて、これらは全天候型撥水及び耐火性密封剤と共に注入されるか、又は共にコーティングされるかの少なくとも1つとすることができる。
保護ヘルメット及びヘルメットインサートにおいて、ポリウレタン及びポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォームを共に縮合させて、ヘルメット内部の保護シェルを形成することができる。一実施形態において、ポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォームは外層である。この外層は内部ポリウレタンフォームに縮合し、架橋している。別の実施形態において、ポリウレタンフォームは外層であり、内部ポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォームに架橋している。更に他の実施形態では、ポリウレタン及びポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォームは共に、ある層内に存在することができる。図1Aは、外シェル102を含むヘルメット100を示す。内部ライナー104は、着用者に更なる防振及び快適性を付与することができる。複合体ライナー106は、構造形状を付与する第1のフォーム110、及び強化充填剤フォームとして作用する第2のフォーム112を特徴とする外側複合体層108を含むことができる。第1及び第2のフォームのそれぞれは独立して、ポリウレタンフォーム及びポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォームから選択することができる。構造形状は図示の通りチャンバー状とすることができるが、三角形、円形、台形等の他の形状もまた、使用することができる。複合体ライナーは、快適層として作用し、かつ保護もまた提供する内部フォーム層114もまた含むことができる。内部フォーム層は、本明細書にて開示したフォームのいずれかで形成することができるが、以下:エチレンビニルアセテート(EVA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)及びポリカーボネート等のポリエステル、エチレン−プロピレンコポリマー、ポリアミド、ポリエーテル、アラミドコポリマー等との組み合わせ、又は任意の組み合わせ等が挙げられるが、これらに限定されない他のフォームもまた使用することができる。図1Bは複合体ライナー106の断面図を示す。
本明細書で記載される促進剤、反応開始剤、ゲル化剤、乳化調整剤、強化充填剤、架橋剤、強化ポリマー、皮膚軟化剤、湿潤剤、安定剤、及び着色剤の全て又は任意の組み合わせを含有するポリウレタン及びポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォームを自動車、レクリエーショナル・ビークル、船及び航空機の保護層として使用することができる。バンパー、ドア及びアウターリムに使用した場合、フォーム材料は、高衝撃の衝突でのエネルギーを吸収し、自動車の乗員を保護するのに使用することができる。これはまた、航空宇宙産業の全てのファセット、並びに車、列車、ボート及び航空機等の移動用車両を含むがこれらに限定されない輸送機関における、可燃性液体の区画を保護する外部ケーシングとしても使用することができる。
本発明で記載した促進剤、反応開始剤、ゲル化剤、乳化調整剤、強化充填剤、架橋剤、強化ポリマー(ポリスルフィドポリマーを含む)、皮膚軟化剤、湿潤剤、安定剤、及び着色剤、並びにこれらの任意の組み合わせを含有するポリウレタン層及びポリウレタン/ポリオルガノシロキサン層を含有する、可撓性連続気泡2層フォーム材料はまた、保護パッドとして接触/衝突性のスポーツ活動での使用のために設計することができる。2層系は4層系に変更することができ、ここでは別のポリウレタン及びポリウレタン/ポリオルガノシロキサン層を使用して、大変大きな衝撃エネルギーを吸収することができる。可撓性で軽量な1又は2層系は、ヘルメット、ジャケット、ショルダーパッド、肘当て、太ももパッド、膝当て、すね当て、鼠径部用パッド及びこれらの任意の組み合わせ等、体への衝撃が頻繁に生じる任意の領域での使用のために成形することができる。更に別の実施例としては、図3A及び3Bは、2層のポリウレタン及びポリウレタン/ポリオルガノシロキサン組成物で製造した鼠径部カップ300を示す。図3Bは、内部ポリウレタン層302及びより硬い外層304(例えばポリウレタン/ポリオルガノシロキサン)を有する鼠径部カップ300を示す。任意の内部生地層306を、通気性生地又は他の好適な材料で形成することができる。この鼠径部カップは、アルティメット格闘技、フットボール、ホッケー、野球、又は怪我のリスクを有する他のスポーツ等の、激しいスポーツの最中に人体を保護しながら、高衝撃に耐えてそれを吸収するように設計されている。
バンパー、ヘルメット又は鼠径カップとして使用される縮合軟質フォーム層及び硬質/軟質フォーム層は、大きな負荷力がその上に及んだ後にその形状を維持することを述べておくことは大事である。例えば、5443kg(6トン)のX5 BMWがこれらの製品の上を走行した場合、フォームは垂直な荷重の下で平らになるが、いかなる損傷もなく元の形状に戻る、即ち、荷重がすぐさま散逸すると、ヘルメット又は鼠径部カップの形状に戻る。バンパー層は、僅かな凹みで重量吸収に適応し、いかなる変形又は損傷もなく、車の全重量を保持することができる。
一実施形態では、ポリウレタンフォーム組成物を、30グラムのヒドロゲル−N(Polytek(登録商標))(体積で120mL)を含む20グラムの活性硬材炭(体積で60mL)、24グラムのヒュームドシリカ(Polytek(登録商標))(体積で240mL)、2グラムのヒドロキシエチルセルロース(体積で5mL)、及び、室温で2000mLのポリオール(B部−Polytek)の液体溶液を含有するポリオール混合物に対する、0.1mLの着色剤(Polytek)を混合することにより製造した。次に、60mLの溶融濾過したロッジポール松脂又は松脂(200℃)、10mLの溶融天然ゴム(177℃(350°F))、10mLの溶融ポリスチレン−ブロック−ポリブタジエン−ブロック−ポリスチレン(スチレン30重量%−Aldrich)(191℃(375°F))、120mLのポリブタジエン合成ゴム、240mLのポリスルフィドポリマー溶液、及び3mLの純粋な絹フィブロイン溶液(Silktap)を上記の混合物に室温で添加し、それぞれ3グラムの硫黄、ステアリン酸及び酸化亜鉛の存在下にて攪拌した。次に、この混合物を5分間真空槽に配置し、負圧下にて10分間放置した。この後、1000mLのポリメチレンビスフェニルイソシアネート(MDI)及びブチルベンジルフタレート溶液(フォームA部−Polytek)を上の混合物全体に添加し、10秒間激しく攪拌した。次に、全体混合物をモールドに流し込み、ここでは重合反応が速やかに開始し、64g/L(4lb/立方ft)の濃度の、新規の改質軟質フォームを形成する。
別の実施形態において、ポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォーム組成物を製造した。まず、上記のポリウレタンフォーム混合物2000mLを、MDI溶液を添加せず、かつ混合物をモールドに流し込むことなく作製した。次に、160mLのポリオルガノシロキサン白金触媒溶液(Soma FoamaA部−Smooth−On Inc)をこの混合物に添加し、攪拌した。次に、1000mLのMDI及びブチルベンジルフタレート溶液(Polytek A部)、並びに80mLのポリオルガノシロキサン(Soama Foama B部−Smooth−On Inc)を含有する別の混合物を上記の混合物に組み合わせ、添加し、10秒間激しく攪拌した。全体混合物をモールドに流し込む。重合反応は即座に発熱反応で起こり、衝撃吸収に使用される従来のポリウレタンフォーム及びポリスチレンよりもはるかに良い難燃性品質を有する、大変高い引張り強度、強靱性及び耐圧縮性を有する硬質フォームが生成する。
実施例の変更には、異なるイソシアネート、ポリオール、及び/又はシリコーン製品、イソプレノイド、ゴム、フィブロイン及び他の補強剤、異なる方法でのゲル化剤及び添加剤、体積濃度及び密度を含む。上記の体積濃度を変更し、より硬質又は軟質のフォームを形成することができる。より硬質の可塑性フォームに関しては、溶融松脂6〜10体積%を、重合発泡反応に影響を与えることなく添加することができる。あるいは、より低い松脂の濃度、例えば2.5体積%を、より軟質の可塑性フォームに対して使用することができる。更に、様々な体積密度の活性硬材炭、ヒュームドシリカ、ヒドロゲル−N、セルロース、天然及び合成ゴム、絹フィブロイン並びにポリスルフィドポリマーを様々な濃度の溶融松脂と共に使用することができる。これらの成分の変化により、より軟質又は硬質のポリウレタンフォームを生成し、異なる商業的保護用途に使用することができる。
バンパー
図2のバンパーにおける、14cm(5.5インチ)高×10cm(4インチ)幅×1m(4ft)長の乗り物用バンパーを実施例1及び2の配合物を使用して作製した。このバンパーはわずか5.4kg(12lb)重であり、産業用強度のVelcroを使用した5443kg(6トン)のSUVのフロントバンパーに付けた。48km(30マイル)毎時の速度で走行するSUVを、静止している別の車のリアバンパーに当てた。どちらの車も、いかなる構造的損傷を得なかった。
実施例1の配合物を使用して、ポリウレタンフォーム組成物を作製した。フォームは、10cm(4インチ)高×30cm(12インチ)幅×91cm(36インチ)長の軟質フォームパッドの形状に流し込んだ。全23kg(50lb)のプラスチック製Poland Spring Bottleを、55m(18ft)の高さからフォームの上に落とした。水のボトルは落とした後に破壊せず、いかなる構造的損傷も有しなかった。ポリウレタンフォームは衝撃におけるエネルギーを全て吸収し、変形しなかった。
実施例1の配合物を使用して、上記のポリウレタンフォーム組成物を作製した。工業用ハンマーからの、高速の無制限の衝撃を用いて、フォームを繰り返し叩いた。フォームは変形しなかった。フォームの引裂強度は、今日の市場における標準の可撓性ポリウレタンフォームよりも、少なくとも20〜30倍強力であると思われる。
上の実施例の配合物を使用して、ポリウレタンフォームとポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォームの組み合わせを作製した。ポリウレタン/ポリオルガノシロキサンフォームがポリウレタンフォーム層の外側となるように、層を成形した。この組成物は、ヘルメットの0.5kg(1lb)重のインサートとして成形した(図1Aを参照のこと)。試験の際に、回転力の衝撃から得られる振盪が激しく減少するか又は除去されるかの少なくとも1つとなるようなレベルで、インサートは衝撃の効果を和らげることが示された。
Claims (38)
- a)イソシアネート及びポリオールから形成されるポリウレタン、
b)イソプレノイド化合物である重合反応開始剤、及び
c)重合反応促進剤、
を含むポリウレタンフォーム材料。 - 重合触媒と共にポリオルガノシロキサンを更に含む、請求項1に記載の材料。
- 前記ポリウレタン及び前記ポリオルガノシロキサンが、架橋剤を使用して共通の層内で互いに架橋されている、請求項2に記載の材料。
- 前記ポリウレタンは第1の部分に存在し、かつ前記ポリオルガノシロキサンは第2の隣接部分に存在し、これらの部分は互いに架橋されて複合材料を形成している、請求項2に記載の材料。
- 前記イソシアネートはメチレンビスフェニルイソシアネートであり、前記ポリオールはポリエーテルポリオールを含む、請求項1に記載の材料。
- 前記イソシアネートはメチレンビスフェニルイソシアネートであり、かつ前記ポリオールはポリエーテルポリオールを含み、前記イソプレノイドは天然松脂であり、前記材料は、アルギネート含有ヒドロゲル粉末、ヒュームドシリカ、炭、及びヒドロキシエチルセルロースを更に含む、請求項1に記載の材料。
- 前記ポリウレタンは前記材料の約66重量%〜約87重量%を含み、かつ前記ポリオルガノシロキサンは材料の約8重量%〜約25重量%を含む、請求項2に記載の材料。
- 前記重合反応開始剤は、アビエチン酸、樟脳、メントール、天然液体樹ゴム、アミリン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に記載の材料。
- 前記重合反応開始剤は、アビエチン酸である、請求項8に記載の材料。
- 前記アビエチン酸は、松脂に由来する、請求項9に記載の材料。
- 前記重合反応開始剤は、前記材料の約2重量%〜約10重量%を含む、請求項1に記載の材料。
- 前記重合反応促進剤は、炭、活性炭、ダイヤモンド、フラーレン、黒鉛、コークス、石炭、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に記載の材料。
- 前記重合反応促進剤は、炭である、請求項1に記載の材料。
- 前記重合反応促進剤は、前記材料の約2重量%〜約3重量%を含む、請求項1に記載の材料。
- 前記材料は、ゲル化剤、乳化調整剤、及び強化充填剤のうちの少なくとも1つを更に含む、請求項1に記載の材料。
- 前記材料は、アルギネート含有ヒドロゲル粉末、メチルセルロース、キサンタン、カルボキシメチルセルロース、ヒアルロナン、ポリエチレン、カラギーナン、ポリプロピレングリコール、寒天及びポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ヒドロコロイドポリエステル、キトサン、コラーゲン、並びにこれらの任意の組み合わせから成る群から選択される一員であるゲル化剤を含む、請求項15に記載の材料。
- 前記ゲル化剤は、前記アルギネート含有ヒドロゲル粉末である、請求項16に記載の材料。
- 前記ゲル化剤は、前記材料の約4重量%〜約6重量%を含む、請求項16に記載の材料。
- 前記材料は、少なくとも1種の乳化調整剤を含み、前記少なくとも1種の乳化調整は、ヒュームドシリカ、シリコーンオイル、ノニルフェノールエトキシレート、ポリジメチルシロキサン−ポリオキシアルキレン、ポリエチレンテレフタレート、カーボンナノチューブ、方解石、苦灰石、炭酸カルシウム、及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項15に記載の材料。
- 前記少なくとも1種の乳化調整剤は、ヒュームドシリカである、請求項19に記載の材料。
- 前記乳化調整剤は、前記材料の約4重量%〜約8重量%を含む、請求項20に記載の材料。
- 前記材料は少なくとも1種の強化充填剤を含み、かつ少なくとも1種の強化充填剤は、ヒドロキシエチルセルロースポリマー、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、エチルセルロース、ニトロセルロース、酢酸セルロース、メチルセルロース、天然樹ゴムラテックス、合成ゴム(ポリブタジエン)、熱溶融分岐鎖ポリスチレン−ブロック−ポリブタジエン、ポリスルフィドポリマー、及びこれら任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項15に記載の材料。
- 前記少なくとも1種の強化充填剤は、前記ヒドロキシエチルセルロースポリマーである、請求項22に記載の材料。
- 前記少なくとも1種の強化充填剤は、前記ポリウレタンフォームと架橋する、請求項22に記載の材料。
- 前記強化充填剤は、前記材料の約0.2重量%〜約4重量%を含む、請求項22に記載の材料。
- 前記少なくとも1種の強化ポリマーは、天然ゴム、ポリブタジエン及びポリスチレン−ブロック−ポリブタジエン−ブロック−ポリスチレン、ポリスルフィドポリマー等の合成ゴム、ポリスルフィドポリマー並びに純粋な絹フィブロイン、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項15に記載の材料。
- 前記重合触媒は、白金である、請求項2に記載の材料。
- 前記架橋剤は、エチレングリコール、酸化亜鉛、硫黄、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ヒドロキノンビス(2−ヒドロキシエチル)エーテル(HQEE)、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3に記載の材料。
- 前記第1の部分は約64g/L(4lb/ft3)の密度を有し、かつ前記第2の部分は約240g/L(15lb/ft3)の密度を有する、請求項4に記載の材料。
- ポリスルフィドを更に含む、請求項1に記載の材料。
- 前記材料は、衝撃吸収装置の形状で形成される、請求項1に記載の材料。
- 前記装置は、乗り物のバンパークッションとして構成される、請求項31に記載の材料。
- 前記装置は、乗り物のドアの中のクッションとして構成される、請求項31に記載の材料。
- 前記装置は、保護パッドとして構成される、請求項31に記載の材料。
- 前記保護パッドは、ヘルメット、ショルダーパッド、肘当て、太ももパッド、膝当て、すね当て、鼠径部パッド、及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項34に記載の材料。
- 前記装置はヘルメット内部の保護フォームシェルとして構成される、請求項31に記載の材料。
- 前記装置は、鼠径部カップの保護シェルとして構成される、請求項31に記載の材料。
- 前記装置は、靴のインソール又はアウトソールとして構成される、請求項31に記載の材料。
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