JP2024507591A - 発泡体の組成物、クッション、および関連する製造方法 - Google Patents

発泡体の組成物、クッション、および関連する製造方法 Download PDF

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Abstract

発泡体組成物、クッション、および関連する製造方法が開示される。発泡体組成物またはクッションは、（ａ）（ｉ）複数のヒドロキシル基を含む最大６０％のポリオール、および（ｉｉ）５０％未満のイソシアネートを含むポリマーと、（ｂ）ポリマー中に懸濁された少なくとも４０％の充填剤とを含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年２月２６日に出願され、「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｏａｍ ａｎｄ Ｃｕｓｈｉｏｎｓ ｔｈａｔ ｉｎｃｌｕｄｅ Ｄｉｇｅｓｔｅｒｓ，ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」と題する米国仮特許出願第６３／１５４，３１７号の優先権の利益を主張し、その全内容は、参照によりその全体が本明細書に明示的に組み込まれる。
開示の分野
本開示は、一般に、発泡体に関し、より詳細には、発泡体およびクッション組成物ならびに関連する製造方法に関する。
背景
ポリウレタン（ＰＵ）は、生産される全プラスチックのほぼ８％を占めると考えられており、世界で６番目に使用されるポリマーであると考えられている（Ｋｅｍｏｎａ，Ａ．，＆Ｐｉｏｔｒｏｗｓｋａ，Ｍ．（２０２０）．Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ａｎｄ Ｄｉｓｐｏｓａｌ：Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ．Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，１２（８），１７５２．ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．３３９０／ｐｏｌｙｍ１２０８１７５２参照）。２０１５年のポリウレタンの年間生産量は１７９０万メートルトンと推定され、２０２１年には２６．４メートルトンが生産されると予想されている（Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｍａｒｋｅｔｓ，２０１６参照）。ＰＵは、発泡体に、またはコーティング、接着剤、シーラント、およびエラストマーとして使用されることが多い。１つのタイプの発泡体は、典型的には独立気泡発泡体である剛性または硬質の発泡体である。別のタイプの発泡体は、マットレス、クッション（例えば、枕、自動車用シート、カーシート、靴底など）、他の家具、および様々な他の製品に使用される可撓性ポリウレタン発泡体（ＦＰＦ）である。ＦＰＦは、１分子当たり２つ以上の反応性ヒドロキシル（－ＯＨ）基を含有するアルコール（例えば、ジオール、トリオール、ポリオール）（Ｒ’－（ＯＨ）ｎ）と、１分子当たり２つ以上のイソシアネート（－ＮＣＯ）基を含有するイソシアネート（例えば、ジイソシアネート、ポリイソシアネート）（Ｒ－（Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）ｎ）が触媒の存在下で、または紫外線による活性化によって発熱反応中に生成されるポリマーである。この反応の結果として形成される基は、ウレタン結合として知られている。
工業的には、最も一般的であり、全ポリウレタンの推定９５％の基礎を形成する２つの芳香族および脂肪族ポリイソシアネートは、トルエンジイソシアネートもしくはメチルベンゼンジイソシアネート（「ＴＤＩ」と総称される）、またはメチレンジフェニルジイソシアネートもしくはジフェニルメタンジイソシアネート（「ＭＤＩ」と総称される）である。ＴＤＩは、クッション用の低密度の可撓性発泡体に使用されることが多く、ＭＤＩは、典型的には剛性発泡体を製造するために使用される。
一部のポリウレタンは、完全に分解するのに１，０００年かかると推定される。しかしながら、ポリウレタンは、毎日使用される製品の重要な成分のままである。ポリウレタンをリサイクルまたは再利用するための様々な努力がなされており、かつポリウレタンの環境への影響を低減するための努力がなされている。ポリウレタンの環境への影響に対処するための既存の方法およびプロセスにもかかわらず、ポリウレタンの環境への影響を低減するためには、さらなる努力および技術的進歩が必要である。
さらに、ほとんどの既存の発泡体用途は、例えば、ユーザが発泡体上に横たわっているときなど、ユーザからの圧力に応じて発泡体がその形状に対応して適合することを可能にする。しかしながら、これらの既存の発泡体用途は、発泡体が圧縮され、それによってユーザによって加えられる外力に対する対応を適合させるという点で制限されている。ユーザによって加えられる圧縮力に関係なく、その形状または硬さを変更することができる発泡体が必要とされている。
本発明の開示を容易にするために従来技術の特定の態様が議論されてきたが、出願人は決してこれらの技術的態様を否定せず、特許請求される発明は、本明細書で説明される従来の技術的態様の１つまたは複数を包含し得ることが企図される。
本明細書において、文書、行為、もしくは知識の項目が参照または議論される場合、この参照もしくは議論は、文書、行為、もしくは知識の項目またはそれらの任意の組合せが、優先日に公衆に利用可能であったこと、公然知られていたこと、一般的な通常の知識の一部であったこと、または別の方法で適用される法律の条項下で先行技術を構成すること、または本明細書が関与するいずれかの問題を解決する試みと関連があると知られていることを認めるものではない。
概要
先行技術の欠点は克服され、本明細書に開示される改善された発泡体およびクッション組成物ならびに関連する製造方法によってさらなる利点が提供される。特に、本明細書に開示されるＴＤＩおよびＭＤＩ発泡体などの発泡体、クッション（例えば、マットレス、枕、シートクッション、カーシート、パッド、マットなど）、およびそれらの関連する製造方法は、ポリウレタンの環境への影響を低減するのに役立つ。特に、高濃度で生分解性充填剤または懸濁固体を組み込むことにより、ポリウレタンを組み込んだ製品の生分解性を高めることができる。改善された発泡体およびクッション組成物ならびに関連する方法は、いくつかの技術分野における他の問題および欠陥に対処するのに有用であると判明し得ることも企図される。したがって、開示された発泡体組成物、クッション組成物、および関連する製造方法は、本明細書で論じられる特定の問題または欠陥のいずれかに対処することに必ずしも限定されると解釈されるべきではない。
ここに開示される発泡体組成物、クッション組成物、および製造方法の特定の実施形態は、いくつかの特徴を有し、そのうちの１つだけがそれらの望ましい属性を担うわけではない。以下の特許請求の範囲によって定義される発泡体組成物、クッション組成物、および製造方法の範囲を限定することなく、それらのより顕著な特徴をここで簡単に説明する。この説明を考慮した後、特に「詳細な説明」と題された本明細書のセクションを読んだ後、本明細書に開示された様々な実施形態の特徴が現在の技術水準を超えるいくつかの利点をどのように提供するかを理解するであろう。
一態様では、ポリマーと、ポリマー中に懸濁された少なくとも４０％の充填剤とを含む発泡体組成物が本明細書に開示される。ポリマーは、複数のヒドロキシル基を含む最大６０％のポリオール、および５０％未満のイソシアネートをさらに含む。
別の態様では、ポリマーと、ポリマー中に懸濁された少なくとも４０％の充填剤とを含むクッション組成物である。ポリマーは、複数のヒドロキシル基を含む最大６０％のポリオール、および５０％未満のイソシアネートをさらに含む。
別の態様では、ポリマーと、ポリマー中に懸濁された少なくとも５％の充填剤とを含む発泡体組成物またはクッションを生産することを含む製造方法である。さらに、ポリマーは、複数のヒドロキシル基を含む最大６０％のポリオール、および５０％未満のイソシアネートを含む。
本開示および本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、添付の特許請求の範囲および添付の図面と併せて、本発明の様々な態様の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
本明細書に記載の態様は、本明細書の最後に特許請求の範囲の例として特に指摘され、明確に特許請求される。本開示の上記および他の目的、特徴、および利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明から明らかになる。
本開示による、例示的な発泡体スラブの立面斜視図である。
本開示による、例示的な発泡体スラブの拡大側面図である。
本開示による、より高い濃度の懸濁固体を有する図２Ａの例示的な発泡体スラブの拡大側面図である。
本開示による、例示的なクッションの立面斜視図である。
本開示による、別の例示的なクッションの立面斜視図である。
詳細な説明
本開示の態様ならびにその特定の特徴、利点、および詳細は、添付の図面に示される非限定的な実施形態を参照して以下でより完全に説明される。本発明の詳細を不必要に不明瞭にしないために、周知の材料、造形ツール、加工技術などの説明は省略する。しかしながら、詳細な説明および特定の例は、本開示の発明の実施形態を示しているが、例示のみを目的として与えられており、限定を目的とするものではないことを理解されたい。基礎となる発明概念の精神および／または範囲内の様々な置換、修正、追加、および／または配置は、本開示から当業者には明らかであろう。
本開示を通して本明細書で使用される近似を表す文言は、関連する基本的な機能に変化をもたらすことなく許容可能に変化し得る任意の定量的表現を修飾するために適用され得る。したがって、「約」または「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されない。
ポリウレタンが少ない発泡体およびクッションの組成物が本明細書で説明され、本明細書に開示される発泡体および／またはクッションの廃棄は、発泡体および発泡体を含むクッションの既存の組成物の廃棄よりも環境への影響が少なくなる。一態様では、ポリマーと、ポリマー中に懸濁された少なくとも４０％の充填剤とを含む発泡体組成物および／またはクッションが本明細書に開示される。４０％の充填剤は、発泡体および／またはクッション中のポリマー（例えば、ポリウレタン）の量を減少させ、それによって既存の発泡体および／またはクッションと比較した場合に発泡体および／またはクッションの廃棄から生じる環境への影響を減少させる。ポリマーは、複数のヒドロキシル基を含む最大６０％のポリオール、および５０％未満のイソシアネートをさらに含む。イソシアネートは、例えば、ＴＤＩまたはＭＤＩを含むことができる。発泡体組成物および／またはクッションを形成する際、イソシアネートおよびポリオールを発泡剤（例えば、水）と組み合わせてもよい。ポリオールおよびイソシアネートは発泡体ネットワークを形成してもよく、発泡剤はイソシアネートと反応してＣＯ２ガスを発生させ、熱を生成してもよい。
ポリオールは、例えば、発泡体組成物またはクッションの発泡体のポリマーの約２％～約６０％の重量の範囲内であり得、ポリウレタンおよび／またはポリイソシアヌレート系ポリマーの形成に使用され得る。ポリオールは、例えば、様々な製品に由来する１～６つのポリエーテルおよび／またはポリエステルポリオールであってもよい。例えば、ポリオールは、石油、動物副生成物、または天然油に由来し得る。イソシアネートは、例えば、クッションの発泡体または発泡体組成物または発泡体の約１％～約５０％の重量の範囲内であってもよい。イソシアネートは、ポリウレタンおよび／またはポリイソシアヌレート系ポリマーの形成に使用され得る。ポリウレタンおよび／またはポリイソシアヌレート系ポリマーの形成におけるイソシアネート当量対ポリオール当量の比であるイソシアネートインデックスは、約０．６～１．４の範囲内であり得る。さらに、発泡剤は、ポリウレタンおよび／またはポリイソシアヌレート系ポリマーを膨張させるために使用することができる１～５つの炭化水素系液体および／または気体化合物を含むことができる。発泡剤は、例えば、発泡体組成物またはクッションの発泡体の約０％～約６％の重量の範囲内であってもよい。
発泡触媒、界面活性剤、安定化添加剤、補助剤、および／またはゲル化触媒などの他の補助化学物質も含まれ得る。発泡触媒（例えば、１～４つのアミンおよび／または金属含有液体）は、発泡剤との反応（例えば、ポリウレタンおよび／またはポリイソシアヌレート反応）を触媒し、ポリウレア構造をもたらすことができる。発泡触媒は、約０％～約３％の重量の範囲であってもよい。界面活性剤（例えば、１～３つのシロキサン含有液体）は、例えば、発泡体組成物またはクッションの発泡体の約０％～約３％の重量の範囲内であってもよく、ポリウレタンおよび／またはポリイソシアヌレート系ポリマーを修飾するために使用されてもよい。安定化／流動添加剤（例えば、１～３つの炭化水素系液体）は、発泡体組成物またはクッションの発泡体の約０％～約３％の重量の範囲であってもよい。安定化添加剤は、ポリウレタンおよび／またはポリイソシアヌレート系ポリマーの流動および／または湿潤性質を改善するために使用され得る。液体ＣＯ２などの補助剤を使用して発泡体を軟化させてもよく、ゲル触媒（例えばオクタン酸スズ）を使用してイソシアネートとポリオールの反応を触媒してもよい。ゲル化触媒（例えば、１～４つのアミンおよび／または四級塩含有液体）は、発泡体組成物またはクッションの発泡体の約０％～約６％の重量の範囲であってもよい。ゲル化触媒は、ポリウレタンおよび／またはポリイソシアヌレート反応を触媒するために使用され得る。
発泡体組成物および／または枕はまた、ポリマー中に懸濁された少なくとも４０％の充填剤（すなわち懸濁固体）を含んでもよい。例えば、充填剤は、無機充填剤（例えば、炭酸カルシウム、シリカ、フライアッシュ、硫酸バリウムなど）および／または有機充填剤（例えば、炭化水素ゲル、相変化材料など）であってもよく、またはそれらを含んでもよい。充填剤の様々な実施形態は、追加的または代替的に、導電性であり、かつ／または例えば、金属材料などの、磁化されているか、または磁化され得る充填剤を含んでもよい。特に、充填剤が磁化／磁化可能粒子、例えば金属材料を含む場合、磁化／磁化可能粒子は、発泡体に印加される電荷に応答することができる。これらの磁化／磁化可能粒子は、電荷に応答して発泡体を膨張または収縮させることができる。これにより、発泡体の密度を変化させることができ、発泡体をより硬くしたり、軟化させたりすることができる。有利には、この密度の変化は、発泡体上で眠っているユーザなどの発泡体のユーザに、発泡体の硬さまたは柔らかさの変化を感じさせることができる。特に、これは、電気入力に応答して発泡体の硬さを調整することができるという点で、既存の技術に対する改善を提供する。例えば、ユーザは、マットレス、または発泡体を組み込んだ他のクッションがより柔らかいまたはより硬いと感じることを望む場合がある。一部のユーザはより柔らかいマットレスを好むが、他のユーザはより硬いマットレスを望む。電荷を受け取ることに基づいて、マットレスの硬さを、ユーザの所望の硬さに適合するように調整することができる。
一実施形態によれば、発泡体形成中、例えば、コバルト、鉄、ニッケル、セラミック、または希土類金属合金などの強磁性充填剤を添加することができる。発泡体の形成中、電気化学的勾配は、強磁性充填剤がそれらの極性に基づいてイオン勾配に沿って配向することを可能にするのに十分長く維持され得る。イオン勾配は、ポリウレタンの発泡体ストラット、ポリマー表面、および／またはポリマーコアにおける強磁性充填剤の収集を促進する。ポリウレタン発泡体の形成が完了すると、電気化学的勾配はもはや存在しなくなる。したがって、強磁性充填剤は、電磁界を利用する何らかの能動輸送手段なしではもはや移動しない。電磁界が印加されると、電磁界はポリマー表面からポリマーコアへの勾配を生成する。ポリマー表面およびポリマーコアが同じ極性を有する場合、発泡体ストラットは長くなり、セルサイズが増大する。ポリマー表面およびコアが反対の極性を有する場合、発泡体ストラットは緩和され、セルサイズが減少する。強磁性充填剤のこの能動的な移動は、ポリマーのセルサイズおよび密度に基づいて、発泡体がより硬いまたはより柔らかいと感じることを可能にする。セルの崩壊は、ポリマーの密度を増加させ、それによって硬さを増加させる。対照的に、セルサイズを増大させると、ポリマーの密度を減少させ、それによって硬さを減少させる。
磁化可能粒子を有する充填剤を組み込んだ実施形態では、磁化可能粒子は、異なるサイズまたは異なるサイズの磁化／磁化可能粒子であってもよく、または特定の領域に位置することができる。さらに、異なる量の磁化可能粒子を発泡体内に位置合わせすることができる。例えば、発泡体の１つの領域は、発泡体の他の領域よりも導電性であり、潜在的により電荷に応答するように構成されてもよい。発泡体はまた、磁化可能粒子が存在しない領域、例えば中性領域を含んでもよい。
加えて、磁化可能粒子に印加される電荷の分布に応じて、発泡体の特定のセクションまたは領域は密度を増加させることができるが、発泡体の他のセクションまたは領域は密度を減少させることができる。例えば、発泡体を含有する発泡体またはクッションの一部は、クッションの１つの睡眠領域または半分がクッションの別の睡眠領域または他の半分よりも硬いか、または硬くないように調整することが可能である。さらに、１つまたは複数の入力に基づいて、単一の睡眠領域内で発泡体密度が変化してユーザの身体を回転または旋回させるように、電荷を制御することができる。例えば、ユーザがベッドでの旋回／回転の補助を必要とする場合、電荷を磁化可能粒子に印加することができ、これによりユーザが回転する方向の遠位に位置する１つの領域がリフトをユーザの身体の一部に提供することができ、ユーザが回転する方向の近位の別の領域が圧縮し、それによってユーザの身体を所望の方向に旋回または回転させることができるように、異なる領域を配置することができる。これは、例えば、可動性が制限されているユーザが医療上の理由で（例えば、床擦れを避けるために）回転する必要がある場合に有用であり得る。別の用途は、循環、通気性などを改善するために人を回転させることであり得る。１つの特定の実施形態では、ユーザがより自由に呼吸するのを助けるためにユーザを回転させることができ、これによりユーザが睡眠中にいびきをかく可能性を低減することができる。
さらに、充填剤は、約４０％～約９５％の範囲内、約４５％～約９５％の範囲内、約５０％～約９５％の範囲内、約５５％～約９５％の範囲内、約６０％～約９５％の範囲内、約６５％～約９５％の範囲内、約７０％～約９５％の範囲内、約７５％～約９５％の範囲内、約８０％～約９５％の範囲内、約８２％～約９０％の範囲内、または約９０％～約９５％の範囲内の重量パーセントを有してもよい。特定の実施形態では、開示された発泡体組成物および／または枕は、約８５％の充填剤を含んでもよい。
ポリウレタン中に少なくとも４０％の充填剤が懸濁した発泡体を含む発泡体組成物またはクッションをどのように生産するかを決定するために、所与の型、例えばアルミニウム型に対して生産される発泡体の量を計算する必要がある。最初に、型容積Ｂ、および発泡体の公称密度Ａを考慮すると、型の空隙部を充填するのに必要な発泡体の量は、以下の式：
Figure 2024507591000002
 を使用して決定される。発泡体の公称密度Ａは、ポンド／立方フィートで表すことができ、型容積Ｂは、立方インチで表すことができる。公称密度に型容積を乗算した後、積は、グラム／立方インチで表される換算係数０．２６２５で除算され得る。
充填剤（例えば、有機充填剤または無機充填剤）の所望の割合に基づいて、発泡剤が添加された後の発泡体のリフト容量が標準大気圧で計算される。型容積にわたる圧力差と組み合わせると、発泡体リフトの非効率性を相殺するのに必要な真空圧力の量は、以下の式を使用して推定することができる：
Figure 2024507591000003
 式中、Ｃは、充填剤の質量である、および
Figure 2024507591000004
 式中、Ｄは、発泡体の密度であり、Ｅは、無機充填剤の密度である。さらに、非機械的仕事を行い、熱を放出する発泡体反応の能力は、エンタルピー方程式の以下の変化を使用して計算することができる：ΔＨｖａｐ＝ΔＵｖａｐ＋ｐΔＶ、式中、ΔＨｖａｐは、気化のエンタルピーであり、ΔＵｖａｐは、蒸気の内部エネルギーの変化であり、ｐは、圧力であり、ΔＶは、容積の変化である。
充填剤／懸濁固体を含まない発泡体組成物は、以下の１００部のポリオール当たりの部（ｐｐｈｐ）を含んでもよい：１００のポリオール、０．８の流動／安定化添加剤、１．０の界面活性剤、０．１０の発泡触媒、０．５５のゲル化触媒、３．４０の発泡剤、および６４．９７のイソシアネート。総ｐｐｈｐは、１７０．８２となる。さらに、１００のイソシアネートインデックスに基づいて、ポンド／立方フィート（ｐｃｆ）単位の密度は２．７８５であり、５０％の押込力撓み（ＩＦＤ）は約７９ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）である。重量部（ｐｂｗ）で計算した場合、組成物は、５８．５５のポリオール、０．４７の流動／安定化添加剤、０．５９の界面活性剤、０．０６の発泡触媒、０．３２のゲル化触媒、１．９９の発泡剤、および３８．０３のイソシアネートを含み得る。その場合、総ｐｂｗは１００．００となる。
さらに、８１９．５９のポリオール、６．５６の流動／安定化添加剤、８．２の界面活性剤、０．８２の発泡触媒、４．５１のゲル化触媒、２７．８７の発泡剤、および５３２．４６のイソシアネートのバッチ湿潤重量を有する発泡体組成物は、１，４００．００グラムの総バッチ湿潤重量をもたらす。この組成物のイソシアネートインデックスは１００であり、おおよその密度は約２．４ｐｃｆであり得る。これにより、おおよそ１，０５０～１，１００グラム、より詳細には約１，０７５グラムの重量が得られる。
５５％の充填剤／懸濁固体を含む発泡体組成物の以下の非限定的な例を使用してもよい。特に、発泡体組成物は、４６８．３６のポリオール、３．７５の流動／安定化添加剤、４．６８の界面活性剤、０．４７の発泡触媒、２．５８のゲル化触媒、１５．９２の発泡剤、６００の充填剤（例えば、無機充填剤）、および３０４．２４のイソシアネートのバッチ湿潤重量を含み得る。総バッチ湿潤重量は１，４００．００グラムであり、これは、長さ５８４．２０ｍｍ、幅３９８．７８ｍｍ、および高さ１２０ｍｍを有する発泡体に相当する。イソシアネートインデックスは１００であり、密度は約２．６１ｐｃｆである。これにより、おおよそ約１，１６８グラムの重量が得られる。
ここで図１を参照すると、例示的な発泡体スラブ１００が示されている。発泡体スラブ１００は、ポリマーと、ポリマー中に懸濁された少なくとも４０％の充填剤とを有する発泡複合材を含むことができる。さらに、ポリマーは、複数のヒドロキシル基を含む最大６０％のポリオール、および５０％未満のイソシアネートを含む。様々な実施形態において、ポリマーは、ポリウレタンまたはポリイソシアヌレート系ポリマーであり得る。さらに、ポリマーは、約２％～約６０％の範囲内、約２～約５５％の範囲内、約２％～約５０％の範囲内、約２％～約４５％の範囲内、約２％～約４０％の範囲内、約２％～約３５％の範囲内、約２％～約３０％の範囲内、約２％～約２５％の範囲内、約２％～約２０％の範囲内、約２％～約１５％の範囲内、約２％～約１０％の範囲内、または約２％～約８％の範囲内のポリオールを含んでもよい。例示的なポリオールには、石油、天然油、動物副生成物、植物油などが挙げられる。
さらに、発泡体スラブ１００の発泡体組成物のポリマーは、５０％未満のイソシアネートの量のイソシアネートを含むことができる。様々な実施形態において、イソシアネートは、約１％～約５０％の範囲内、約１％～約４５％の範囲内、約１％～約４０％の範囲内、約１％～約３５％の範囲内、約１％～約３０％の範囲内、約１％～約２５％の範囲内、約１％～約２０％の範囲内、約１％～約１５％の範囲内、約１％～約１０％の範囲内、または約１％～約５％の範囲内であってもよい。例示的なイソシアネートには、メチレンイソシアネート系液体またはトルエンイソシアネート系液体が挙げられる。発泡体スラブ１００はまた、上述の無機充填剤または有機充填剤など、ポリマー中に懸濁された少なくとも４０％の充填剤（すなわち懸濁固体）を含むことができる。さらに、発泡体スラブ１００の様々な実施形態は、上に開示された例示的な割合など、様々な割合の充填剤を含むことができる。１つの特定の実施形態では、発泡体スラブ１００は、８５％の充填剤を含むことができる。
図２Ａは、例示的な発泡体スラブ２００の拡大側面図を示す。発泡体スラブ２００は、複数の細孔２３０を取り囲む複数の充填剤２２０が内部に懸濁されたポリマー２１０を含むことができる。特に、必ずしも一定の縮尺で描かれているものではないが、図２Ａに図示されるように、充填剤２２０は、約４０％であってもよい。対照的に、ここで図２Ｂを参照すると、他の実施形態は、９５％もの充填剤２２０、より詳細には８５％の充填剤２２０を含むことができる。
ポリマーおよびポリマー中に懸濁された少なくとも４０％の充填剤を含む例示的なクッションが、図３～図４に図示される。特に、マットレス３００または枕４００は、ポリマーと、ポリマー中に懸濁された少なくとも４０％の充填剤とを含み得る。
ポリマー中に懸濁される充填剤の割合を増加させると、ポリマー（例えばポリウレタン）の量が減少することで廃棄中に既存の発泡体組成物を超える改善を提供し得るだけでなく、クッションに使用される現在の発泡体を超える別の予想外の利点および改善は、充填剤（すなわち懸濁固体）が可燃性に対する改善された耐性を有することができることである。典型的には、発泡体マットレスは、耐火性化学物質で処理されてもよく、または一般的にガラス繊維織物を含む、耐火性／難燃性（ＦＲ）防火障壁布／靴下／キャップを使用するために必要とされる。ほとんどの場合、ガラス繊維ＦＲ防火障壁は、マットレスが連邦政府によって定められた防火試験を満たすことができるように使用される。充填剤または懸濁固体の割合を増加させることによって、クッション（すなわち、マットレス）は、ＦＲ防火障壁を必要とせずに連邦政府によって定められた防火試験の要件を満たすことができ、これにより有利には、ガラス繊維ＦＲ防火障壁を組み込む必要性を排除する。ガラス繊維ＦＲ防火障壁は、実質的に破壊されず、典型的な廃棄後に容易に分解しない。ガラス繊維ＦＲ防火障壁の必要性を排除することにより、発泡体組成物中の充填剤または懸濁固体の割合を増加させることによって、さらなる環境上の利益がもたらされる。
ポリマーと、ポリマー中に懸濁された少なくとも５％の充填剤とを含む発泡体組成物またはクッションを生産することを含む製造方法もまた、本明細書に開示される。さらに、ポリマーは、複数のヒドロキシル基を含む最大６０％のポリオール、および５０％未満のイソシアネートを含む。
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数形も含むことを意図している。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」（ならびに「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの任意の形態のｃｏｍｐｒｉｓｅ）、「有する（ｈａｖｅ）」（ならびに「有する（ｈａｓ）」および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」などの任意の形態のｈａｖｅ）、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」（ならびに「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」などの任意の形態のｉｎｃｌｕｄｅ）、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」（ならびに「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」および「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」などの任意の形態のｃｏｎｔａｉｎ）、およびそれらの任意の他の文法的変形は、オープンエンドの連結動詞であることがさらに理解されよう。結果として、１つまたは複数のステップまたは要素を「備える」、「有する」、「含む」、または「含有する」方法または物品は、それらの１つまたは複数のステップまたは要素を有するが、それらの１つまたは複数のステップまたは要素のみを有することに限定されない。同様に、１つまたは複数の特徴を「備える」、「有する」、「含む」、または「含有する」方法のステップまたは物品の要素は、それらの１つまたは複数の特徴を有するが、それらの１つまたは複数の特徴のみを有することに限定されない。
本明細書で使用される場合、用語「備える」、「有する」、「含む」、「含有する」、およびそれらの他の文法的変形は、用語「からなる」および「から本質的になる」を包含する。
本明細書で使用される場合、「から本質的になる」という語句またはその文法的変形は、記載された特徴、整数、ステップ、または構成要素を指定するものと解釈されるべきであるが、１つまたは複数の追加の特徴、整数、ステップ、構成要素、またはそれらの群の追加を排除するものではなく、これは追加の特徴、整数、ステップ、構成要素、またはそれらの群が、特許請求される組成物または方法の基本的かつ新規な特性を実質的に変更しない場合に限る。
本明細書で引用されたすべての刊行物は、各個々の刊行物が、完全に記載されているかのように参照により本明細書に組み込まれることが具体的かつ個別に示されているかのように、参照により本明細書に組み込まれる。
参照により組み込まれる主題は、特に明示的に示されていない限り、特許請求の範囲の限定に代わるものとはみなされない。
１つまたは複数の範囲が本明細書を通して言及される場合、各範囲は、情報を提示するための省略形式であることを意図しており、範囲は、本明細書に完全に記載されているかのように範囲内の各離散点を包含すると理解される。
本発明のいくつかの態様および実施形態を本明細書で説明および図示してきたが、代替の態様および実施形態は、同じ目的を達成するために当業者によって影響を受け得る。したがって、本開示および添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲内に含まれるようなすべてのそのようなさらなるおよび代替の態様および実施形態を網羅することを意図している。

Claims (131)

  1. 複数のヒドロキシル基を含む最大６０％のポリオール、
    ５０％未満のイソシアネート
    を含むポリマーと、
    前記ポリマー中に懸濁された少なくとも４０％の充填剤と
    を含む、発泡体組成物。
  2. 前記ポリマーは、約２％～約６０％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項１に記載の発泡体組成物。
  3. 前記ポリマーは、約２～約５５％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項１～２のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  4. 前記ポリマーは、約２％～約５０％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  5. 前記ポリマーは、約２％～約４５％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  6. 前記ポリマーは、約２％～約４０％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  7. 前記ポリマーは、約２％～約３５％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  8. 前記ポリマーは、約２％～約３０％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  9. 前記ポリマーは、約２％～約２５％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  10. 前記ポリマーは、約２％～約２０％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  11. 前記ポリマーは、約２％～約１５％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  12. 前記ポリマーは、約２％～約１０％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  13. 前記ポリマーは、約２％～約８％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  14. 前記ポリオールは、石油を含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  15. 前記ポリオールは、天然油を含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  16. 前記ポリオールは、動物副生成物を含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  17. 前記ポリオールは、植物油を含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  18. 前記ポリマーは、約１％～約５０％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項１～１７のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  19. 前記ポリマーは、約１％～約４５％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項１～１８のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  20. 前記ポリマーは、約１％～約４０％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項１～１９のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  21. 前記ポリマーは、約１％～約３５％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項１～２０のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  22. 前記ポリマーは、約１％～約３０％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項１～２１のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  23. 前記ポリマーは、約１％～約２５％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項１～２２のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  24. 前記ポリマーは、約１％～約２０％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項１～２３のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  25. 前記ポリマーは、約１％～約１５％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項１～２４のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  26. 前記ポリマーは、約１％～約１０％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項１～２５のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  27. 前記ポリマーは、約１％～約５％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項１～２６のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  28. 前記イソシアネートは、メチレンイソシアネート系液体を含む、請求項１～２７のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  29. 前記イソシアネートは、トルエンイソシアネート系液体を含む、請求項１～２８のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  30. 安定化添加剤をさらに含む、請求項１～２９のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  31. 界面活性剤をさらに含む、請求項１～３０のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  32. 発泡触媒をさらに含む、請求項１～３１のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  33. ゲル化触媒をさらに含む、請求項１～３２のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  34. 発泡剤をさらに含む、請求項１～３３のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  35. 前記充填剤の量は、約４０％～９５％の範囲内である、請求項１～３４のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  36. 前記充填剤の量は、約４５％～９５％の範囲内である、請求項１～３５のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  37. 前記充填剤の量は、約５０％～９５％の範囲内である、請求項１～３６のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  38. 前記充填剤の量は、約５５％～９５％の範囲内である、請求項１～３７のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  39. 前記充填剤の量は、約６０％～９５％の範囲内である、請求項１～３８のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  40. 前記充填剤の量は、約６５％～９５％の範囲内である、請求項１～３９のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  41. 前記充填剤の量は、約７０％～９５％の範囲内である、請求項１～４０のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  42. 前記充填剤の量は、約７５％～９５％の範囲内である、請求項１～４１のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  43. 前記充填剤の量は、約８０％～９５％の範囲内である、請求項１～４２のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  44. 前記充填剤の量は、約８２％～９０％の範囲内である、請求項１～４３のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  45. 前記発泡体組成物は、８５％の充填剤を含む、請求項１～４４のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  46. 前記充填剤の量は、約９０％～９５％の範囲内である、請求項１～４３のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  47. 前記充填剤は、無機充填剤を含む、請求項１～４６のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  48. 前記無機充填剤は、炭酸カルシウムを含む、請求項４７に記載の発泡体組成物。
  49. 前記無機充填剤は、シリカを含む、請求項４７に記載の発泡体組成物。
  50. 前記無機充填剤は、フライアッシュを含む、請求項４７に記載の発泡体組成物。
  51. 前記無機充填剤は、硫酸バリウムを含む、請求項４７に記載の発泡体組成物。
  52. 前記充填剤は、有機充填剤を含む、請求項１～４６のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  53. 前記有機充填剤は、炭化水素ゲルを含む、請求項５２に記載の発泡体組成物。
  54. 前記有機充填剤は、相変化材料を含む、請求項５２に記載の発泡体組成物。
  55. 前記充填剤は、導電性材料を含む、請求項１～５４のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  56. 前記充填剤は、磁化可能材料を含む、請求項１～５５のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  57. 前記充填剤は、金属材料を含む、請求項１～５６のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  58. 前記充填剤は、１つまたは複数の強磁性充填剤を含む、請求項１～５７のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  59. 前記１つまたは複数の強磁性充填剤は、コバルトを含む、請求項５８に記載の発泡体組成物。
  60. 前記１つまたは複数の強磁性充填剤は、鉄を含む、請求項５８に記載の発泡体組成物。
  61. 前記１つまたは複数の強磁性充填剤は、ニッケルを含む、請求項５８に記載の発泡体組成物。
  62. 前記１つまたは複数の強磁性充填剤は、セラミックを含む、請求項５８に記載の発泡体組成物。
  63. 前記１つまたは複数の強磁性充填剤は、希土類金属合金を含む、請求項５８に記載の発泡体組成物。
  64. 前記充填剤は、発泡体の指定された領域に位置する、請求項１～６３のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  65. ある材料を含む充填剤は、別の材料を含む充填剤とは異なる前記発泡体の場所に位置する、請求項１～６４のいずれか一項に記載の発泡体組成物。
  66. 複数のヒドロキシル基を含む最大６０％のポリオール、
    ５０％未満のイソシアネート
    を含むポリマーと、
    前記ポリマー中に懸濁された少なくとも４０％の充填剤と
    を含む、クッション。
  67. 前記ポリマーは、約２％～約６０％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項６６に記載のクッション。
  68. 前記ポリマーは、約２～約５５％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項６６～６７のいずれか一項に記載のクッション。
  69. 前記ポリマーは、約２％～約５０％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項６６～６８のいずれか一項に記載のクッション。
  70. 前記ポリマーは、約２％～約４５％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項６６～６９のいずれか一項に記載のクッション。
  71. 前記ポリマーは、約２％～約４０％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項６６～７０のいずれか一項に記載のクッション。
  72. 前記ポリマーは、約２％～約３５％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項６６～７１のいずれか一項に記載のクッション。
  73. 前記ポリマーは、約２％～約３０％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項６６～７２のいずれか一項に記載のクッション。
  74. 前記ポリマーは、約２％～約２５％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項６６～７３のいずれか一項に記載のクッション。
  75. 前記ポリマーは、約２％～約２０％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項６６～７４のいずれか一項に記載のクッション。
  76. 前記ポリマーは、約２％～約１５％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項６６～７５のいずれか一項に記載のクッション。
  77. 前記ポリマーは、約２％～約１０％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項６６～７６のいずれか一項に記載のクッション。
  78. 前記ポリマーは、約２％～約８％の範囲内の量のポリオールを含む、請求項６６～７７のいずれか一項に記載のクッション。
  79. 前記ポリオールは、石油を含む、請求項６６～７８のいずれか一項に記載のクッション。
  80. 前記ポリオールは、天然油を含む、請求項６６～７９のいずれか一項に記載のクッション。
  81. 前記ポリオールは、動物副生成物を含む、請求項６６～８０のいずれか一項に記載のクッション。
  82. 前記ポリオールは、植物油を含む、請求項６６～８１のいずれか一項に記載のクッション。
  83. 前記ポリマーは、約１％～約５０％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項６６～８２のいずれか一項に記載のクッション。
  84. 前記ポリマーは、約１％～約４５％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項６６～８３のいずれか一項に記載のクッション。
  85. 前記ポリマーは、約１％～約４０％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項６６～８４のいずれか一項に記載のクッション。
  86. 前記ポリマーは、約１％～約３５％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項６６～８５のいずれか一項に記載のクッション。
  87. 前記ポリマーは、約１％～約３０％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項６６～８６のいずれか一項に記載のクッション。
  88. 前記ポリマーは、約１％～約２５％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項６６～８７のいずれか一項に記載のクッション。
  89. 前記ポリマーは、約１％～約２０％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項６６～８８のいずれか一項に記載のクッション。
  90. 前記ポリマーは、約１％～約１５％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項６６～８９のいずれか一項に記載のクッション。
  91. 前記ポリマーは、約１％～約１０％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項６６～９０のいずれか一項に記載のクッション。
  92. 前記ポリマーは、約１％～約５％の範囲内の量のイソシアネートを含む、請求項６６～９１のいずれか一項に記載のクッション。
  93. 前記イソシアネートは、メチレンイソシアネート系液体を含む、請求項６６～９２のいずれか一項に記載のクッション。
  94. 前記イソシアネートは、トルエンイソシアネート系液体を含む、請求項６６～９３のいずれか一項に記載のクッション。
  95. 安定化添加剤をさらに含む、請求項６６～９４のいずれか一項に記載のクッション。
  96. 界面活性剤をさらに含む、請求項６６～９５のいずれか一項に記載のクッション。
  97. 発泡触媒をさらに含む、請求項６６～９６のいずれか一項に記載のクッション。
  98. ゲル化触媒をさらに含む、請求項６６～９７のいずれか一項に記載のクッション。
  99. 発泡剤をさらに含む、請求項６６～９８のいずれか一項に記載のクッション。
  100. 前記充填剤の量は、約４０％～９５％の範囲内である、請求項６６～９９のいずれか一項に記載のクッション。
  101. 前記充填剤の量は、約４５％～９５％の範囲内である、請求項６６～１００のいずれか一項に記載のクッション。
  102. 前記充填剤の量は、約５０％～９５％の範囲内である、請求項６６～１０１のいずれか一項に記載のクッション。
  103. 前記充填剤の量は、約５５％～９５％の範囲内である、請求項６６～１０２のいずれか一項に記載のクッション。
  104. 前記充填剤の量は、約６０％～９５％の範囲内である、請求項６６～１０３のいずれか一項に記載のクッション。
  105. 前記充填剤の量は、約６５％～９５％の範囲内である、請求項６６～１０４のいずれか一項に記載のクッション。
  106. 前記充填剤の量は、約７０％～９５％の範囲内である、請求項６６～１０５のいずれか一項に記載のクッション。
  107. 前記充填剤の量は、約７５％～９５％の範囲内である、請求項６６～１０６のいずれか一項に記載のクッション。
  108. 前記充填剤の量は、約８０％～９５％の範囲内である、請求項６６～１０７のいずれか一項に記載のクッション。
  109. 前記充填剤の量は、約８２％～９０％の範囲内である、請求項６６～１０８のいずれか一項に記載のクッション。
  110. 前記発泡体組成物は、８５％の充填剤を含む、請求項６６～１０９のいずれか一項に記載のクッション。
  111. 前記充填剤の量は、約９０％～９５％の範囲内である、請求項６６～１０８のいずれか一項に記載のクッション。
  112. 前記充填剤は、無機充填剤を含む、請求項６６～１１１のいずれか一項に記載のクッション。
  113. 前記無機充填剤は、炭酸カルシウムを含む、請求項１１２に記載のクッション。
  114. 前記無機充填剤は、シリカを含む、請求項１１２に記載のクッション。
  115. 前記無機充填剤は、フライアッシュを含む、請求項１１２に記載のクッション。
  116. 前記無機充填剤は、硫酸バリウムを含む、請求項１１２に記載のクッション。
  117. 前記充填剤は、有機充填剤を含む、請求項６６～１１１のいずれか一項に記載のクッション。
  118. 前記有機充填剤は、炭化水素ゲルを含む、請求項１１７に記載のクッション。
  119. 前記有機充填剤は、相変化材料を含む、請求項１１７に記載のクッション。
  120. 前記充填剤は、導電性材料を含む、請求項６６～１１９のいずれか一項に記載のクッション。
  121. 前記充填剤は、磁化可能材料を含む、請求項６６～１２０のいずれか一項に記載のクッション。
  122. 前記充填剤は、金属材料を含む、請求項６６～１２１のいずれか一項に記載のクッション。
  123. 前記充填剤は、１つまたは複数の強磁性充填剤を含む、請求項６６～１２２のいずれか一項に記載のクッション。
  124. 前記１つまたは複数の強磁性充填剤は、コバルトを含む、請求項１２３に記載のクッション。
  125. 前記１つまたは複数の強磁性充填剤は、鉄を含む、請求項１２３に記載のクッション。
  126. 前記１つまたは複数の強磁性充填剤は、ニッケルを含む、請求項１２３に記載のクッション。
  127. 前記１つまたは複数の強磁性充填剤は、セラミックを含む、請求項１２３に記載のクッション。
  128. 前記１つまたは複数の強磁性充填剤は、希土類金属合金を含む、請求項１２３に記載のクッション。
  129. 前記充填剤は、発泡体の指定された領域に位置する、請求項６６～１２８のいずれか一項に記載のクッション。
  130. ある材料を含む充填剤は、別の材料を含む充填剤とは異なる前記発泡体の場所に位置する、請求項６６～１２９のいずれか一項に記載のクッション。
  131. 製造方法であって、
    請求項１～１３０のいずれか一項に記載の発泡体組成物またはクッションを生産すること
    を含む、方法。
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