JP6861647B2 - 管状粒子を含む物品 - Google Patents
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熱可塑性フォーム粒子は、粒子をゆるく組み合わせるか、またはそれらを一緒に結合して粒子の接続されたネットワークを形成することによって、クッション状の材料を形成するために使用され得る。粒子固有の熱可塑性(溶融)挙動と併せて、熱硬化性接着剤を使用することによって、または温度および圧力を使用することによって、粒子が互いに融合して、粒子の結合を達成できる。結合プロセスの間、粒子を通常、圧力下でモールド内に設置して、物品を形成する。粒子を結合させるために温度を使用する(例えばスチームチェストクラッキング成形(steam chest crack molding)による)場合、通常、粒子の融点に近づけ/それを超過して、モールド内での溶融を可能にする。高められた温度は、モールド内の圧力と相まって、粒子を永続的にひずませるという意図されない結果を有することがあり、そのことは望ましくない物品の収縮をもたらす。従って、改善の余地が残っている。
この発明は、0.03〜0.45g/ccの密度を有し、且つ、物品内にランダムに配向した複数の異方性の管状粒子を含む物品を提供する。前記管状粒子は、熱可塑性エラストマーフォームと、前記熱可塑性エラストマーフォームの外部表面上に、前記粒子の最外層として配置されるポリマーとを含む。前記熱可塑性エラストマーフォームおよび前記ポリマーの各々は独立して、DIN ISO306に準拠して測定される軟化温度を有する。前記ポリマーの軟化温度は、前記熱可塑性エラストマーフォームの軟化温度よりも少なくとも5℃低い。
この開示は、例えば図5に示されるような、密度0.03〜0.45g/ccを有する物品(10)を提供する。前記物品(10)自体は、寸法、サイズまたは種類において特に限定されない。様々な実施態様において、前記物品(10)は靴底、家具用クッション、自動車用クッション、マットレス、床張り表面、床張り基材等である。他の実施態様において、前記物品(10)の密度は、0.03〜0.4、0.05〜0.4、0.1〜0.35、0.15〜0.3、0.2〜0.25、0.03〜0.1、0.03〜0.25、0.03〜0.2、0.03〜0.15、0.03〜0.05、0.04〜0.09、0.05〜0.08、0.06〜0.07、0.1〜0.45、0.15〜0.4、0.2〜0.35、または0.25〜0.3g/cc(またはg/ml)である。前記物品(10)は、典型的には、ASTM D 5035を使用して測定される極限破断強さ0.1〜4.0メガパスカル、0.4〜3.0メガパスカル、または0.5〜1.5メガパスカルも有する。様々な追加的な限定されない実施態様において、上述の値の間および上述の値を含む全ての値および値の範囲が、これによって明示的に考慮されている。
前記物品(10)は、例えば図4に示されるとおり、複数の異方性の管状粒子(12)(以下で「粒子(12)と記載」)を含む。「複数」との用語は、物品(10)が多数の粒子(12)、つまり、3以上を含むことを記載する。「異方性」との用語は、前記粒子(12)が、異なる方向で測定された際に異なる値を有する物理的特性を示すことを記載する。例えば、前記粒子は、粒子の側方に力がかけられる場合に、粒子を崩壊させるために特定の量の力を必要とし得る。この必要とされる力の量は、粒子を崩壊させるために粒子の端部にかけられる場合には異なり得る。前記粒子(12)は管状であり、且つ中実または中空であってよい。1つの実施態様において、前記粒子(12)は中空の円筒として記載される。他の実施態様において、前記粒子(12)は中実の円筒として記載される。
前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)は、それがフォームである限り、特に限定されない。しかしながら、前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)は典型的には、発泡されていない熱可塑性エラストマーから形成される。1つの実施態様において、且つ以下で記載されるとおり、前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)は典型的には、発泡されていない熱可塑性エラストマーを押出する間に発泡される。例えば、発泡されていない熱可塑性エラストマーを押出機に(例えばペレットの形態で)準備し、次いで押出の工程の間に発泡させて、熱可塑性エラストマーフォーム(14)を形成することができる。追加的な工程段階、例えば、膨張性マイクロスフェアの添加、膨張剤(発泡剤)、例えばNaHCO3またはクエン酸の添加、またはガス、例えばCO2、N2またはArの、溶融物中への注入による添加も有用であり得る。それらの段階の組み合わせを使用することもできる。以下で記載されるとおり、「熱可塑性エラストマー」および「熱可塑性エラストマーフォーム(14)」との用語は、様々な限定されない実施態様において同義的に使用されることがある。
熱可塑性ポリウレタンエラストマー(例えば発泡されたまたは発泡されていない)を、本願において簡潔にTPU、熱可塑性ポリウレタン、またはTPE−Uとして記載することがある。熱可塑性ポリウレタンエラストマーは典型的には、硬質セグメントおよび軟質セグメントを含む、直鎖のセグメント化されたポリマーブロックを含む。特定の理論に束縛されることを意図するものではないが、軟質セグメントは、低極性であり、且つ熱可塑性ポリウレタンに弾性をもたらすエラストマーマトリックスを形成すると考えられる。硬質セグメントは、軟質セグメントよりも短く、高極性であり、且つ物理的架橋と補強充填剤との両方として機能する多機能の連結点として作用すると考えられる。物理的架橋は、熱が与えられた際に消失するので、熱可塑性ポリウレタンが様々な加工方法において使用されることを可能にすると考えられる。
前記熱可塑性エラストマーフォームは選択的に、TPCとしても知られる熱可塑性ポリエステルエラストマーであってよい。熱可塑性エラストマーは、熱可塑性ゴムとして記載されてもよく、且つ、典型的にはコポリマーの類、またはポリマーの物理的な混合物(例えばプラスチックとゴム)であって熱可塑性特性とエラストマー特性との両方を有するものである。熱可塑性ポリエステルエラストマーの限定されない例は、DSM製のArnitelおよびDuPont製のHytrelである。
前記熱可塑性エラストマー(フォーム)は、選択的に、スチロール、エチレン単位、プロピレン単位、ブタジエン単位、イソプレン単位とのスチレンブロックコポリマー、またはTPSとしても知られている、熱可塑性スチレン系エラストマーであってよい。熱可塑性スチレン系エラストマーは典型的には、A−B−A型ブロック構造に基づき、ここでAは硬質相であり且つBはエラストマーである。熱可塑性スチレン系エラストマーの限定されない例は、Kraton DおよびKraton Gである。
前記熱可塑性エラストマー(フォーム)は選択的に、TPVとしても知られる熱可塑性加硫物エラストマーであってよい。熱可塑性加硫物エラストマーの限定されない例は、ExxonMobil製のSantopreneである。
前記熱可塑性エラストマー(フォーム)は選択的に、TPAとしても知られる熱可塑性ポリアミドエラストマーであってよい。熱可塑性ポリアミドエラストマーの限定されない例は、Evonik製のVestamid Eである。
前記熱可塑性エラストマー(フォーム)は選択的に、TPOとしても知られる熱可塑性ポリオレフィンエラストマーであってよい。熱可塑性ポリオレフィンエラストマーの限定されない例は、Dow製のEngageである。
ポリマー(16)自体の話に戻ると、前記ポリマー(16)は、熱可塑性エラストマーフォーム(14)の外部表面(26)上に前記粒子(12)の最外層(24)として配置される。前記ポリマー(16)は、例えば図1に示されるとおり、前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)の外部表面(26)上に配置され且つ前記外部表面(26)と直接接触していてもよいし、または図2に示されるとおり、前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)の外部表面(26)上に配置され且つ前記外部表面(26)から離間していてもよい。単独のポリマー(16)を使用してもよいし、または複数のポリマーの組み合わせを使用してもよい。前記ポリマー(16)は、前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)と化学的に同一であってもよいし、または前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)と化学的に異なっていてもよい。
前記熱可塑性エラストマー(14)および前記ポリマー(16)の各々は独立して、ASTM DIN ISO306に準拠して測定される軟化温度を有する。前記ポリマー(16)の軟化温度は、前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)の軟化温度よりも少なくとも5℃低い。特定の理論に限定されることを意図するものではないが、ポリマーのより低い軟化温度は、粒子をこのより低い軟化温度に加熱し、そのことによってポリマーを軟化または可塑化し、且つポリマーを粘着性にして、そのことによって粒子が共に付着することを可能にすると考えられる。前記ポリマーの軟化温度が、前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)の軟化温度よりも低いので、前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)自体は溶融/軟化せず、そのことによってその特性および寸法を保持できる。これは典型的には、モールドからの取り外し後に、収縮、並びに緻密化、つまり粒子それ自体における熱可塑性エラストマーフォーム(14)の圧縮/緻密化/凝集に起因する望ましくない密度の増加を伴わない物品をもたらす。
様々な実施態様において、前記物品(16)および/または粒子(12)は中間ポリマー(18)も含み、前記中間ポリマー(18)は、例えば、「外部」ポリマー(16)(つまり熱可塑性エラストマーの外部表面(26)上に前記粒子(12)の最外層(24)として配置されるポリマー)と、前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)との間に、例えば図2に示されるように配置される。この中間ポリマー(18)は、前記外部ポリマー(16)と、前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)との間に挟まれていてよい。前記中間ポリマー(18)は、前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)および/または前記外部ポリマー(16)上に配置され、且つ、前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)および/または前記外部ポリマー(16)と直接接触していてよい。選択的に、前記中間ポリマー(18)は、前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)および/または前記外部ポリマー(16)上に配置されるが、しかし前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)および/または前記外部ポリマー(16)と離間していてよい(図示しない)。
この開示は、前記物品(10)の形成方法も提供する。前記方法は上述のとおり、前記(発泡されていない)熱可塑性エラストマーと上述の「外部」ポリマーとを準備する段階を含む。前記方法は、前記(発泡されていない)熱可塑性エラストマーと前記外部ポリマー(16)とを同時押出して、管状押出物(22)(例えば図3に示すとおり)を形成する段階も含み、ここで、前記(発泡されていない)熱可塑性エラストマーは、同時押出の間に発泡され(それによって熱可塑性エラストマーフォーム(14)が形成される)、且つ、前記外部ポリマー(16)は前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)の上に前記管状押出物(22)の最外層として配置される。同時押出の段階は、特に限定されず、且つ当該技術分野において公知のとおりであってよい。換言すれば、同時押出の段階は、当該技術分野において公知の1つまたはそれより多くの副段階、温度、条件等を含んでよい。例えば、様々な実施態様において、同時押出の段階は、以下のパラメータを使用し、該パラメータは当業者によって理解されるとおり修正され得る:
ダイの種類: クロスヘッド; 押出機1(1−1/2’’ 直径); 領域1 − 340°F; 領域2 − 360°F; 領域3 − 370°F; 領域4 − 370°F; クランプ − 370°F; アダプタ − 370°F; ヘッドの圧力 − 4000psi; スクリューRPM− 12.5, スクリュートルク − 18.5%; 押出機2(3/4’’ 直径); 領域1 − 275°F; 領域2 − 320°F; 領域3 − 340°F; クランプ − 340°F; アダプタ − 340°F; ヘッドの圧力 − 3800psi; スクリューRPM − 15; スクリュートルク − 31.6%; ダイヘッド − 370°F; ダイ − 370°F; 取り出し用モーター 230RPM; 速度指示器 21.3。選択的に、同時押出の1つまたはそれより多くのパラメータは、実施例に記載されるとおりであってよい。様々な追加的な限定されない実施態様において、上述の値の間および上述の値を含む全ての値および値の範囲が、これによって明示的に考慮されている。
1つの実施態様において、前記方法は、モールドに前記粒子(12)を装填し且つモールド内の前記粒子(12)に蒸気を供給することを含む。また、蒸気を供給することで、前記粒子(12)が加熱され、且つ前記熱可塑性エラストマーフォーム(14)を膨張させることができる。蒸気を供給することで、前記外部の発泡されていないポリマー(16)が溶融または軟化され、前記粒子(12)が互いに融合、固着または結合できる。この開示の方法は、US2013/0291409号内に記載される1つまたはそれより多くの段階、成分、条件、または工程パラメータを含むことができ、前記文献は、様々な限定されない実施態様におけるその全文が本願内に明示的に含まれるものとする。
Claims (12)
- 密度0.03〜0.45g/ccを有し、且つ、物品内でランダムに配向した複数の異方性の管状粒子を含む物品であって、前記管状粒子が熱可塑性エラストマーフォームと、前記熱可塑性エラストマーフォームの外部表面上に配置されるポリマーとを含み、前記熱可塑性エラストマーフォームと前記ポリマーとの各々は独立して、DIN ISO 306に準拠して測定される軟化温度を有し、且つ前記ポリマーの軟化温度は、前記熱可塑性エラストマーフォームの軟化温度よりも少なくとも5℃低く、前記熱可塑性エラストマーフォームの軟化温度は110〜150℃であり、前記ポリマーの軟化温度は60〜70℃である、前記物品。
- 前記熱可塑性エラストマーフォームが熱可塑性ポリウレタンフォームであり、且つ前記熱可塑性エラストマーフォームの外部表面上に配置された前記ポリマーが、熱可塑性ポリウレタンとしてさらに定義される、請求項1に記載の物品。
- 前記熱可塑性ポリウレタンフォームが、ポリエーテルポリオールと、イソシアネート成分と、連鎖延長剤との、発泡された反応生成物である、請求項2に記載の物品。
- 前記熱可塑性ポリウレタンフォームが、ポリエステルポリオールと、イソシアネート成分と、連鎖延長剤との、発泡された反応生成物である、請求項2に記載の物品。
- 前記熱可塑性エラストマーフォームが、DIN ISO 7619−1を使用して各々測定される硬さ40A〜83Dまたは80A〜95Aを有する熱可塑性ポリウレタンから形成される、請求項1から4までのいずれか1項に記載の物品。
- 前記熱可塑性ポリウレタンフォームが、脂肪族および/またはオレフィン性ポリオールと、イソシアネート成分と、連鎖延長剤との、発泡された反応生成物である、請求項2に記載の物品。
- 前記熱可塑性エラストマーフォームが、密度0.1〜0.6g/ccを有し、且つ熱可塑性ポリエステルエラストマー(TPE)、熱可塑性スチレン系エラストマー(TPS)、熱可塑性ポリアミド(TPA)、熱可塑性加硫物(TPV)、熱可塑性ポリオレフィン(TPO)およびそれらの組み合わせから選択される、請求項1から6までのいずれか1項に記載の物品。
- ASTM D 5035を使用して測定される極限破断強さ0.1〜4.0メガパスカルを有する、請求項1から7までのいずれか1項に記載の物品。
- 前記熱可塑性エラストマーフォームの外部表面上に配置された前記ポリマーが、前記熱可塑性エラストマーフォーム上に配置され且つ前記熱可塑性エラストマーフォームと直接接触している、請求項1から8までのいずれか1項に記載の物品。
- 前記熱可塑性エラストマーフォームの外部表面上に配置された前記ポリマーと、前記熱可塑性エラストマーフォームとの間に配置された中間ポリマーをさらに含む、請求項1から9までのいずれか1項に記載の物品。
- 靴底、クッション、床張り材料、または床張り基材としてさらに定義される、請求項1から10までのいずれか1項に記載の物品。
- 密度0.03〜0.45g/ccを有する物品の製造方法であって、以下の段階:
A. 各々独立して、DIN ISO 306に準拠して測定される軟化温度を有する熱可塑性エラストマーおよびポリマーを準備する段階、ここで、前記ポリマーの軟化温度は、前記熱可塑性エラストマーの軟化温度よりも少なくとも5℃低く、前記熱可塑性エラストマーフォームの軟化温度は110〜150℃であり、前記ポリマーの軟化温度は60〜70℃である、
B. 前記熱可塑性エラストマーと前記ポリマーとを同時押出して、管状押出物を形成する段階、ここで、同時押出の間に前記熱可塑性エラストマーが発泡されて、熱可塑性エラストマーフォームが形成され、且つ前記ポリマーは前記熱可塑性エラストマーフォームの外部表面上に配置される、
C. 前記管状押出物を分割して、前記熱可塑性エラストマーフォームと、前記熱可塑性エラストマーフォームの外部上に配置されるポリマーとを含む、複数の異方性の管状粒子を形成する段階、
D. 前記複数の異方性の管状粒子をモールド内に配置する段階、および
E. 前記複数の異方性の管状粒子を加熱して、前記複数の異方性の管状粒子が物品内でランダムに配向するように物品を形成する段階
を含み、前記加熱段階が、スチームチェストクラッキング成形としてさらに定義される、前記方法。
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