KR20210114392A - 열가소성 엘라스토머를 기반으로 하는 겔과 쿠션재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

열가소성 엘라스토머를 기반으로 하는 겔과 쿠션재 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시내용은 열가소성 엘라스토머로 제조된 겔 물질에 관한 것이다. 겔 물질에서 열가소성 엘라스토머의 함량은 매우 적다. 열가소성 엘라스토머의 감소 후에도 겔 물질은 우수한 특성을 갖는다. 본 개시내용의 겔 물질은 비용 효율적이고 양호한 강도를 갖는다. 또한, 본 개시내용은 열가소성 엘라스토머의 겔로 제조된 쿠션재에 관한 것이다. 나아가, 본 개시내용은 또한 겔 및 쿠션재의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

열가소성 엘라스토머를 기반으로 하는 겔과 쿠션재 및 이의 제조 방법
본 개시내용은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer, TPE)의 분야에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 개시내용은 열가소성 엘라스토머로 제조된 겔에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 개시내용은 열가소성 엘라스토머의 겔로 제조된 쿠션재에 관한 것이다. 나아가, 본 개시내용은 또한 겔 및 쿠션재의 제조 방법에 관한 것이다.
역사적으로, 매트리스 산업 또는 쿠션재 산업(소파, 의자 등)은 폼, 솜 충전재, 금속 스프링, 폴리우레탄 폼 및 라텍스 폼 등이 점령하고 있다. 그러나 지난 10년 가량 열가소성 엘라스토머 소재와 실리콘은 느리지만 확실하게 의료 분야에 진출하고 있다. TPE가 저렴한 가격에 비해 손색이 없고 쉽게 재활용할 수 있어 환경친화적이기 때문이다. 그 이후로 이 산업에 중요한 발전이나 발명은 없었다. 본 개시내용은 더 나은 해결책을 제공한다.
탄성 변형에 대해 저항성을 나타내고, 형상 기억 회복이 가능하며, 치수 안정성이 있고, 0.6 내지 0.99 범위의 밀도를 갖는 푹신하고 단단하며 강한 탄성 겔이 약 20년 전 의학 분야에 적용되면서 발견되었다. 이러한 물질은 열가소성 엘라스토머로 지칭되고, 이러한 물질이 용융 상태로 되어 성형될 수 있고, 다시 성형된 물품은 가열에 의해 용융 상태로 될 수 있지만, 고무와 같은 탄성 특성을 유지한다는 점에서 열가소성 수지의 특성의 조합으로 지칭된다.
열가소성 엘라스토머가 쿠션재용 겔에 사용되는 경우 참고문헌을 이용할 수 있지만, 본 발명에 개시된 특정 열가소성 엘라스토머로 제조된 특정 겔은 어떠한 참고문헌에도 개시되어 있지 않다.
쿠션재로서 열가소성 엘라스토머 기반의 겔을 제조하기 위해 이전에 보고된 방법과 레시피는 복잡했고, 많은 성분을 함유했지만 원하는 결과가 얻어지지 않았다. 본 개시내용에 사용된 레시피는 많은 성분을 함유하지 않는다. 일부 참고문헌에서 제안된 바와 같이 고온 용융 공정에 의한 성분의 블렌딩은 상당히 위험한데, 특히 충전제 첨가 후 혼합물의 녹는점이 상당히 높아져 가소화 오일의 인화점을 종종 넘어가기 때문이다. 본 사례에서 전체 혼합 및 블렌딩은 오일의 인화점보다 훨씬 낮은 70℃에서 이루어진다. 이전 방법에서 상당히 값비싼 비-블리딩(non-bleeding) 작용제를 첨가한 후에도, 오일의 블리딩(bleeding)은 남아 있다. 본 조성물은 비-블리딩 제품으로 이어진다. 이는 폴리프로필렌(PP)과 아조디카본아미드(azodicarbonamide, ADC)를 레시피에 추가한 후에 가능해졌다. 오일 블리딩은 임의의 보고된 레시피의 계속 반복되는 문제로 남아 있다. 요구되는 강도와 강성을 얻기 위하여 종종 더 많은 비율의 TPE가 제형에 사용되며, 이는 비용 면에서 바람직하지 않다.
본원에 개시된 레시피/조성물 및 공정은 종래 기술의 문제를 극복하고 열가소성 엘라스토머(TPE) 함량을 증가시키지 않고 폴리프로필렌(PP) 및 아조디카본아미드(ADC)를 첨가함으로써 양호한 강도 및 강성 면에서 더 우수한 제품을 생성한다.
본 발명에 개시된 겔은 종래에 이용 가능한 겔, 실리콘계 겔 및 라텍스 및 메모리폼과 같은 다른 쿠션재와 비교하여 저비용이다.
개시된 겔은 면, 폼, 스프링 등과 같은 전통적인 쿠션재와 비교하여 더 나은 물리적 특성 및 압력 완화 특성을 갖는다. 개시된 겔은 메모리폼, 라텍스 및 폼과 같은 임의의 기타 전통적인 쿠션재보다 더 나은 인장 강도, 신율(elongation) 및 압축영구줄음율(compression set, 시간 경과에 따른 꺼짐(sagging) 평가)을 갖는다.
또한, 본 발명은 열가소성 엘라스토머를 기반으로 하는 겔의 제조 방법을 개시한다. 또한, 본 발명은 체중 분산에 도움이 되는 매트리스의 디자인에 관한 것이다.
본 개시내용 또는 겔 물질이 다루는 가장 큰 문제는 쿠션재의 편안함 및 압력 방출의 증가이다. 본 개시내용의 물질은 기존 물질의 주요 단점인 시간 경과에 따라 꺼지지 않는다. 따라서, 본 개시내용은 기존 물질과 비교하여 수명과 꺼짐 특성의 개선을 보여준다.
본 개시내용은 다양한 수정 및 대안적 형태를 허용하지만, 이의 특정 양태를 예로서 제시하였으며, 아래에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특정 형태로 제한하려는 것이 아니라, 반대로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 모든 수정, 균등물, 및 대안을 포함하는 것임을 이해해야 한다.
출원인은 본원의 설명의 이익을 갖는 당업자에게 쉽게 명백해질 세부 사항으로 본 개시내용을 모호하게 하지 않도록 본 개시내용의 양태를 이해하는 것과 관련된 특정한 세부 사항만을 보여주기 위하여 이러한 예를 언급한 것임을 언급하고자 한다.
용어 "포함한다", "포함하는" 또는 이의 임의의 다른 변형은 비배타적 포함을 아우르고자 한 것으로, 구성요소 목록을 포함하는 방법은 이러한 구성요소만을 포함하지 않고, 따라서, 명시적으로 나열되지 않았거나 또는 그러한 방법에 내재하는 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 즉, "포함한다"에 의해 진행되는 방법에서 하나 이상의 요소는 더 많은 제약 없이, 방법에서 다른 요소 또는 추가 요소의 존재를 배제하지 않는다.
따라서, 본 개시내용은 열가소성 엘라스토머로 제조된 겔 및 열가소성 엘라스토머의 겔로 제조된 쿠션재를 제공한다. 나아가, 본 개시내용은 겔 및 쿠션재의 제조 방법을 제공한다. 겔 물질의 열가소성 엘라스토머의 함량은 매우 적다. 열가소성 엘라스토머의 감소 후에도 겔 물질은 우수한 특성을 갖는다. 본 개시내용의 겔 물질은 양호한 강도, 강성을 가지며, 비용 효과적이다.
본 개시내용의 일 구현예에서, 겔 물질은 열가소성 엘라스토머 15 내지 35 중량%, 광유(mineral oil) 65 내지 85 중량%, 폴리프로필렌 1 내지 10% 및 아조디카본아미드 0.5 내지 4%를 포함한다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에서, 열가소성 엘라스토머는 A-B-A 유형의 열가소성 엘라스토머이다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에서, 열가소성 엘라스토머는 A-B-A 유형이고, 여기서 A는 알케닐아렌(alkenylarene) 중합체와 같은 결정질 중합체를 나타내고, B는 폴리올레핀과 같은 엘라스토머 중합체를 나타낸다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에서, 알케닐아렌 중합체는 폴리스티렌이다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에서, 열가소성 엘라스토머는 스티렌-[에틸렌-(에틸렌-프로필렌)]-스티렌 블록 공중합체이다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에서, 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리부틸렌 또는 이의 조합이다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에서, 폴리프로필렌은 단일 중합체 폴리프로필렌 및/또는 공중합체 프로필렌이다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에서, 겔 물질은 1 내지 10 중량% 범위의 충전제 및 0.05 내지 0.5 중량% 범위의 산화방지제를 추가로 포함한다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에서, 충전제는 침전 실리카, 고령토(china clay) 및/또는 탄산칼슘으로부터 선택되고, 바람직하게 충전제는 점토, 탄산칼슘(CaCO3) 또는 실리카로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 충전제는 CaCO3이다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에서, 겔 물질은 쿠션재(cushioning material)이다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에서, 제1항에서 청구된 바와 같은 열가소성 엘라스토머 기반의 겔 물질의 제조 방법은, 성분 (a) 65% 내지 85%의 광유, (b) 15% 내지 35%의 열가소성 엘라스토머; 및 (c) 충전제, 아조디카본아미드, ADC 및 산화방지제를 믹서에서 혼합하여 분말을 생성하는 단계, 120 내지 160℃의 온도에서 분말을 압출기에서 펠릿화하여 펠릿(pellet)을 생성하는 단계, 및 120 내지 190℃ 범위의 온도에서 펠릿을 사출 성형하여 열가소성 엘라스토머 기반의 겔 물질을 생성하는 단계를 포함한다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에서, 혼합 단계는 시그마/리본 믹서(sigma/ribbon mixer)의 가열된 챔버에 광유를 붓고; 오일에 열가소성 엘라스토머를 첨가하고, 오일이 엘라스토머에 흡수될 때까지 혼합하고, 충전제, 아조디카본아미드, ADC 및 산화방지제를 첨가함으로써, 시그마/리본 믹서에서 이루어진다. 챔버를 가열하면 더 부드럽고 0 보다 낮은 쇼어(Shore) A 제품을 생산하는 데 중요한 오일 흡수가 증가되고, 엘라스토머를 먼저 혼합하면 충전제, 폴리프로필렌을 먼저 혼합하는 것보다 더 균질한 혼합물이 생성된다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에서, 쿠션재는 본 발명의 열가소성 엘라스토머 기반의 겔 물질을 포함한다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에서, 쿠션재는 균일하게 분포된 중공 기둥(hollow column)을 갖는 버클링 몰드 구조(buckling mold structure)를 갖는다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에서, 버클링 몰드 구조는 다양한 디자인의 코어(core), 캐비티(cavity), 또는 몰드 디자인의 상보적 구성요소(complementary component)를 갖는 자성 구성요소(male component)를 갖는다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에서, 엘라스토머 기반의 겔 물질은 매트리스, 침대 매트, 소파, 의자, 아기 머리 받침, 무릎 패드, 발목 패드, 뒤꿈치 패드, 압력 및 통증 완화 응용품 등에 사용된다.
본 개시내용의 열가소성 엘라스토머는 Kuraray Corporation Japan이 제조한 SEPTON 및 APAR Industries Ltd(인도)가 제조한 Aparprene과 같이 다양한 제조업체에서 공급되고, 본 발명에 사용된다. 대부분의 Septon 등급에서 말단기는 스티렌이지만, 삼중 블록 공중합체의 중간 부분은 수소화 폴리이소프렌, 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌/부타디엔일 수 있다. 이러한 열가소성 엘라스토머에서 폴리스티렌 함량은 10 내지 70%까지 다양할 수 있다. 다양한 등급의 Septon에서 다양한 분자량 및 물리적 특성을 이용할 수 있다.
광유는 Apar Industries의 펄(pearl) 70, 펄 85, 펄 250 및 펄 300, Savita Oil Technologies의 사바놀(savanol) 10, 사바놀 15 및 사바놀 20 오일, Gandhar Oil Refineries Ltd.의 오일로부터 선택되나, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 광유는 오일이 더 낮은 유동성 점도(kinetic viscosity)를 갖도록 선택된다. 더욱 바람직하게는 광유는 백색 광유(white mineral oil)에서 선택된다.
충전제는 침전 실리카, 고령토 및/또는 탄산칼슘으로부터 선택되나, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는 충전제는 점토, 탄산칼슘(CaCO3) 또는 실리카로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는 CaCO3가 비용 효율적이고 심미적으로 더 나은 제품 특성을 제공한다.
산화방지제는 BASF에서 제공하는 Irganox로부터 선택되지만, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는 2종의 산화방지제, 즉, 1차 및 2차 산화방지제가 포함된다. 1차 산화방지제는 Irganox 1010이고, 2차 산화방지제는 Irgafos 168이다.
폴리프로필렌은 단일 중합체 폴리프로필렌 및/또는 공중합체 프로필렌일 수 있다. 더욱 바람직하게는 임팩트 폴리프로필렌(impact polypropylene)이 본원의 개시된 쿠션재용 열가소성 엘라스토머 기반의 겔에 사용된다. 나아가, 중간 내지 높은 MFI 임팩트(예컨대, 22 내지 35)의 PP는 인장 강도와 신율의 더 나은 조합 및 효과적인 가공을 제공한다.
본 열가소성 엘라스토머 겔 조성물에서, 1% 내지 10% 범위의 개시된 PP가 겔 레시피/조성물의 일부인 경우, 블리딩 방지제를 첨가할 필요가 없다. 따라서, 원하는 제품에서 오일 블리드 문제도 극복된다. 또한, 폴리프로필렌은 매트리스와 같은 쿠션/수면 제품의 중요한 요건인 경도, 압축영구줄음율에 대해 더 나은 결과를 제공하는 데 도움을 준다. 특정한 조성물은 최종 제품에서 원하는 특성의 요건에 따라 사용된다.
본 개시내용은 A-B-A 유형의 열가소성 엘라스토머(A는 폴리스티렌과 같은 모노알케닐아렌 중합체와 같은 결정질 중합체를 나타내고, B는 폴리에틸렌, 폴리부틸렌과 같은 엘라스토머 중합체임) 또는 SEEPS, 스티렌-에틸렌-에틸렌/프로필렌 스티렌 블록 공중합체, 열가소성 물질, 가소화 오일 및 기타 고무 배합에서 일반적으로 사용되는 성분을 포함하는 레시피/조성물을 제공하며, 이는 150 내지 200℃의 온도 범위에서 개방 다이캐스팅(open die casting), 압축 성형, 또는 사출 성형과 같은 임의의 성형 방법에 의해 원하는 제품으로 전환될 수 있다. 이 레시피로 제조된 매트리스는 PU 폼, 메모리폼, 스프링, 라텍스 등과 같은, 이용 가능한 기존의 매트리스 소재보다 훨씬 낫다. 뛰어난 인장 강도, 1000%가 넘는 신율, 적절한 강직도, 수명 및 물체로부터 압력 제거 후 즉각적인 형상의 회복은 일반적인 엘라스토머와 플라스틱 및 쿠션재/매트리스 산업에서 사용되는 물질과 비교하여 이 물질을 전혀 다르게 만드는 특성 중 일부이다.
원하는 물체의 제조에 사용할 수 있는 다양한 성형 방법, 즉 개방 다이 캐스팅, 압축 성형 및 사출 성형이 있다. 물품의 제조를 위해 임의의 성형 방법을 선택할 수 있다. 개방 다이 캐스팅은 겔 함량이 낮은 물품을 위한 선택 방법일 수 있다. 아마도 저렴한 비용과 합리적인 속도 덕분에, 이 방법은 현재 물리치료(physiotherapy)와 편안함을 위한 의료 기기의 성형에 사용된다. 압축 성형은 상당히 느린 공정이며, 상업적 생산에는 거의 사용되지 않는다. 사출 성형은 제품에 필요한 속도와 적절한 강성을 갖춘 쿠션 요소를 제조하기 위한 바람직한 방법이며, 이는 비교적 중간 내지 높은 엘라스토머 함량과 PP와 같은 특수 첨가제를 포함하는 화합물을 사용해야만 달성할 수 있다.
위에서 언급한 세 가지의 성형 방법을 모두 사용하고, 첨가제와 함께 상이한 오일 대 엘라스토머 비율을 사용하여, 중공 기둥이 있는 합리적인 크기의 쿠션재를 제조하는 특정한 적용에서, 고유한 레시피가 개발되었는데, 이는 양호한 인장 강도, 1000% 내지 2200% 범위의 신율, 적절한 강성 및 우수한 형상 기억을 제공하였다. 궁극적으로 선택한 성형 방법은 한 번에 최대 15 Kg의 화합물을 주입할 수 있는 1600 MT 용량의 기계에서의 사출 성형이었다.
배합 과정을 다음의 단계에서 설명한다:
성분의 혼합 - 먼저, 필요한 양의 65% 내지 85%의 오일을 시그마/리본 믹서의 가열된 챔버에 부었다. 바람직하게는 먼저 15% 내지 35% 범위의 SEEPS 공중합체를 오일에 넣고, 이를 혼합하여, 오일이 SEEPS 공중합체에 적절하게 흡수되게 한 다음, 다른 충전제, 폴리프로필렌, ADC 및 산화방지제를 시그마/리본 믹서에 넣는다. 첨가제가 오일에 고르게 분산된 것처럼 보일 때까지 몇 분 동안 각 첨가 후에 믹서를 작동시켰다. 소량의 필요한 양의 Septon 4055를 작동 중인 시그마 믹서에 첨가하고, 전체 덩어리를 푹신한 고체 덩어리가 얻어질 때까지 수십 분 동안 휘저었다. 또한, 이 공정은 Septon 4055와 같은 바람직한 TPE의 3 내지 8배 정도의 오일 정도까지 오일이 더 많이 오일 흡수되게 한다. 따라서, Septon을 먼저 오일에 넣고, 다른 충전제, 중합체 또는 첨가제와 혼합하기 전에 이를 혼합하는 혼합 방법이다. TPE(Septon 4055 및 Septon 4077)을 먼저 오일에 첨가하는 혼합 단계는 더 균질한 혼합물을 생성하고, 오일의 흡착은 더 낫다.
펠릿화 - 위에서 얻은 푹신한 덩어리를 20 이상의 L/D 비율을 갖는 연속 스크루 사출장치(continuous screw injector)를 이용하여 직경 2 mm, 길이 3 mm의 원기둥으로 변환시켰다. 스크루의 온도는 120 내지 160℃로 유지되었다. 권장되는 공정은 압출 중에 온도를 더 낮게 유지하는 것인데, 펠릿화 중에 ADC 발포제(blowing agent)가 발포되기를 원하지 않기 때문이다. (이전의 발명들처럼) 온도가 더 높은 경우, 발포제는 최종 사출 성형 중에 탈포(de-blown)/연소(burnt)될 가능성이 있다. 원하는 길이의 원기둥을 제공하기 위하여 설정된 속도로 작동하는 스크루 압출기의 출구점에 커터를 배치하였다. 화합물의 고체화를 위하여 냉각수를 통과시켜 압출기의 출구점을 냉각시켰다.
사출 성형 - 사출 성형은 1600 MT 용량의 기계를 사용하여 이루어졌다. 길이 전체에서 온도는 6개 구역에서 120 내지 190℃로 다양하였다. 온도는 사전 결정된 순서로 호퍼(hopper)에서 사출 지점까지 증가하였다. 다중 채널 사출을 채택하였고, 압출기에서 몰드까지 모든 전달 라인을 120 내지 150℃로 가열하였다. 몰드에는 사출 후 냉각수를 통과시켜 몰드 내의 화합물을 신속하게 냉각시키기 위한 냉각 채널이 구비되었다. 한 사이클은 약 1 내지 4분이 소요되었다. 1분 미만의 냉각 시간을 갖도록 몰드의 각 삽입물을 가로지르는 냉각 채널이 있을 수 있다. 또한, 1분 미만, 더욱 바람직하게는 30초 미만 이내에 여러 지점이 있는 핫 러너 시스템(hot runner system)을 통해 몰드에 재료를 주입한다.
본 발명의 사출 성형 단계는 압축 성형 및 수동 성형(hand moulding)에 비해 다양한 장점이 있다. 권장된 공정으로부터 산출된 물품은:
a) 더 나은 텍스쳐를 갖고,
b) 더 일관성이 있으며,
c) 거부율이 더 적고,
d) 더욱 경제적이고,
e) 덜 노동집약적이며,
f) 더 나은 품질을 갖는다.
본 발명은, 형상 기억을 갖고 90℃ 미만의 온도에서 실질적으로 고체이고 유동성이 없는 가요성, 탄력성의 겔 쿠션 매체를 포함하는 쿠션재용 가축성(yieldable) 열가소성 엘라스토머 겔의 제조 방법 및 레시피를 개시한다. 공정은 사출 성형에 적합한 적절한 형태로 화합물을 제조하는 것을 포함한다.
압출된 물체는 정상 대기 온도보다 훨씬 높은 섭씨 90도 미만에서 여전히 사용 가능하다. 압출된 물질의 인장 강도는 1.2 내지 2.5 N/mm2에서 달라진다. 측정된 신율은 1000 이상이었다. 성형 중 수축률은 1 내지 3%인 것으로 밝혀졌다. 성형 고무의 비중은 0.6 내지 0.9 g/cm3였으며, 레시피 제조 중 처음에 ADC의 함량을 증가시켜 비중을 원하는 값으로 낮추는 것이 가능하다. ADC는 훨씬 더 경제적인 발포제이다. 겔의 쇼어(Shore) A 경도는 0 내지 0이며, 더욱 바람직한 겔은 0 내지 1이다. 버클링 기둥(buckling column)이 있는 쿠션의 형상은 공기 순환과 다른 신체 부위의 압력 감소에 도움을 준다.
열가소성 엘라스토머 기반 겔의 제조 공정 단계
Figure pct00001
도 1은 균일하게 분포된 중공 기둥이 있는 쿠션 요소의 컬러 이미지를 보여준다.
도 2는 25/25 mm 중공 기둥에 대한 칸막이 벽을 보여주는 위의 구조의 2D 도면을 보여준다.
도 3은 쿠션의 작은 섹션의 3D 도면을 보여준다.
도 4a 내지 4f는 폼/스프링/라텍스 매트리스를 대체하기 위한, 개발된 엘라스토머 겔이 있는 어셈블리를 보여준다.
실시예
이제 본 발명을 다음의 비제한적인 실시예를 통해 설명한다. 바람직한 양태 및 예시적인 구성을 아래에 제시하고 설명하였지만, 당업자에게 명백할 수 있는 다양한 추가 수정 및 추가 구성이 개발 중에 있음을 이해해야 한다. 개시된 실시예는 본 개시내용의 바람직한 특성을 예시하고자 한 것으로, 본 개시내용의 범위에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 된다.
실시예 1:
실시예 1의 겔 물질은 열가소성 엘라스토머(Septon 4055) 및 APAR industries pvt. Ltd의 광유(Oil Pearl 70)를 1:4 비율로 함유한다. 겔의 조성은 17%의 Septon, 72%의 오일, 3%의 폴리프로필렌, 6%의 충전제, 1.5%의 ADC 및 소량의 산화방지제 및 안료이다.
실시예 1의 겔(본 발명의 스마트 겔)의 특성을 일반적으로 매트리스에 사용되는 폼 1, 2 및 3과 비교한다. 폼 1, 2 및 3은 밀도가 다른 기존 폼이다.
표 1:
Figure pct00002
매트리스에 사용되는 다른 재료와 비교하여, 본 개시내용의 스마트 겔은 인장 강도, 신율 및 압축영구줄음율의 매개변수에 걸쳐 더 잘 수행하였다. 또한, (IS 7888에 따라) 전단 후 피로(post shear fatigue)를 테스트했을 때, 경도의 손실이나 변화가 없었다. 이는 제품이 7 내지 10년에 걸쳐 작동할 필요가 있고, 폼, 스프링 등과 같은 다른 재료에서 흔한 꺼짐 및 변형을 유발하지 않기 때문에 중요하다. 또한, PP의 첨가는 경도 및 압축영구줄음율을 개선하는 데 도움이 된다.
실시예 2:
실시예 2의 겔 물질은 열가소성 엘라스토머(Septon 4055) 및 APAR industries Pvt. Ltd의 광유(Oil Pearl 70)를 1:5 비율로 함유한다. 겔의 조성은 17%의 Septon, 76%의 오일, 7%의 충전제 및 소량의 산화방지제 및 안료이다.
실시예 2의 겔(본 발명의 스마트 겔)의 특성을 일반적으로 매트리스에 사용되는 폼 1, 2 및 3과 비교한다.
표 2:
Figure pct00003
매트리스에 사용되는 다른 재료와 비교하여, 본 개시내용의 스마트 겔은 인장 강도, 신율 및 압축영구줄음율의 매개변수에 걸쳐 더 잘 수행하였다. 또한, (IS 7888에 따라) 전단 후 피로를 테스트했을 때, 경도의 손실이나 변화가 없었다. 이는 제품이 7 내지 12년에 걸쳐 작동할 필요가 있고, 폼, 스프링 등과 같은 다른 재료에서 흔한 꺼짐 및 변형을 유발하지 않기 때문에 중요하다. 이전의 발명에서와 같이 이 레시피는 폴리프로필렌을 함유하지 않았고, Septon 4055의 백분율이 더 높았다. 그럼에도 불구하고, 본 개시내용의 레시피 또는 조성물과 비교하여 경도 및 압축영구줄음율의 손실에 대한 결과가 더 좋지 못한 것으로 보인다. 또한, PP의 첨가는 경도 및 압축영구줄음율을 개선하는 데 도움이 된다.
실시예 3
실시예 3의 겔 물질 조성물은 17%의 Septon 4055, 7%의 CaCO3, 3%의 PP320, 71%의 오일, 1.5%의 아조디카본아미드(ADC)를 포함한다. 실시예 3의 겔 물질을 ADC가 없는 겔 물질(비교예-4)과 비교한다. 두 겔의 특성을 아래 표 3에 나타낸다.
표 3:
Figure pct00004
표 3으로부터 ADC가 제품의 비중을 감소시키는 데 도움을 주며, 따라서 비용을 절감할 수 있음을 알 수 있다. 이는 신율 및 압축영구줄음율과 같은 더 나은 특성을 제공한다. 더 나은 압축영구줄음율은 시간 경과에 따른 쿠션 제품의 꺼짐을 덜 초래하며, 이는 쿠션 물체에 대한 중요한 성능 매개변수이다. 또한, 1.5%의 ADC의 첨가는 10%의 무게와 비용 절감에 도움이 된다.
실시예 4:
실시예 4의 겔 물질 조성물은 16% 내지 19%의 Septon 4055, 5% 내지 8%의 CaCO3, 3%의 폴리프로필렌, 70% 내지 75%의 광유, 및 1.5%, 1% 및 0%로 변하는 ADC를 포함한다.
겔 물질 조성물의 비교예 5(a), 5(b) 및 5(c)는 폴리프로필렌을 함유하지 않는다. 이러한 겔 물질의 특성을 아래 표 4에 나타내었다.
표 4:
Figure pct00005
표 4로부터 폴리프로필렌 및 더욱 바람직하게는 더 높은 MFI를 나타내는 임팩트 공중합체의 첨가는 오일 블리드가 거의 없게 하고, 즉, 물질이 끈적이지 않게 하고, 압축력이 더 낫게 하는 데 도움을 줄 수 있음을 알 수 있다. 이는 시간 경과에 따른 쿠션 꺼짐을 감소시키고 인장 강도를 증가시키는 데 도움을 준다. 한편, 폴리프로필렌이 없는 겔 물질은 더 적은 인장 강도를 갖고 50% 압축 후 압축영구줄음율이 더 큰, 매우 끈적한 물질이다.
또한, 실험을 통해, 15% 내지 35%의 열가소성 엘라스토머(TPE) 함량이 인장 강도, 신율, 비중과 같은 원하는 특성 세트를 얻는 데 적합함을 발견하였다. Septon 4077에 대한 열가소성 엘라스토머(TPE)의 최적 수준은 15% 내지 20%이고, Septon 4055는 전체 조성물의 20% 내지 35%이다.
적용 분야: 개시된 발명은 쿠션, 매트리스, 물리치료, 수술실 및 ICU 비품을 위한 의료 기기, 장난감 및 신발 액세서리에 적용될 수 있다.
본 발명의 장점:
본 발명에 개시된 겔 물질은
· 양호한 강도 및 강성;
· 저렴한 비용;
· 더 나은 물리적 특성 및 압력 완화 특성;
· 더 나은 인장 강도, 신율 및 압축영구줄음율(시간 경과에 따른 꺼짐 평가)을 제공한다.

Claims (16)

  1. 엘라스토머 기반의 겔 물질로서,
    15 내지 35 중량%의 열가소성 엘라스토머,
    65 내지 85 중량%의 광유(mineral oil),
    1 내지 10 중량%의 폴리프로필렌, 및
    0.5 내지 4 중량%의 아조디카본아미드(azodicarbonamide)를
    포함하는, 엘라스토머 기반의 겔 물질.
  2. 제1항에 있어서, 열가소성 엘라스토머는 A-B-A 유형의 열가소성 엘라스토머인, 엘라스토머 기반의 겔 물질.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, A는 알케닐아렌(alkenylarene) 중합체와 같은 결정질 중합체를 나타내고, B는 폴리올레핀과 같은 엘라스토머 중합체를 나타내는, 엘라스토머 기반의 겔 물질.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 알케닐아렌 중합체는 폴리스티렌인, 엘라스토머 기반의 겔 물질.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 엘라스토머는 스티렌-[에틸렌-(에틸렌-프로필렌)]-스티렌 블록 공중합체인, 엘라스토머 기반의 겔 물질.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리부틸렌 또는 이의 조합인, 엘라스토머 기반의 겔 물질.
  7. 제1항 또는 제6항에 있어서, 폴리프로필렌은 단일 중합체(homopolymer) 폴리프로필렌 및/또는 공중합체 프로필렌인, 엘라스토머 기반의 겔 물질.
  8. 제1항에 있어서, 겔 물질은 1 내지 10 중량% 범위의 충전제 및 0.05 내지 0.5 중량% 범위의 산화방지제를 추가로 포함하는, 엘라스토머 기반의 겔 물질.
  9. 제3항에 있어서, 충전제는 침전 실리카, 고령토(china clay) 및/또는 탄산칼슘으로부터 선택되고, 바람직하게 충전제는 점토, 탄산칼슘(CaCO3) 또는 실리카로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 충전제는 CaCO3인, 엘라스토머 기반의 겔 물질.
  10. 제1항에 있어서, 겔 물질은 쿠션재(cushioning material)인, 엘라스토머 기반의 겔 물질.
  11. 열가소성 엘라스토머 기반의 겔 물질의 제조 방법으로서,
    - 성분 (a), (b) 및 (c)를 믹서에서 혼합하여 분말을 생성하는 단계:
    (a) 65% 내지 85%의 광유;
    (b) 15% 내지 35%의 열가소성 엘라스토머; 및
    (c) 충전제, 아조디카본아미드(ADC) 및 산화방지제,
    - 120 내지 160℃의 온도에서 분말을 압출기에서 펠릿화하여 펠릿을 생성하는 단계, 및
    - 120 내지 190℃ 범위의 온도에서 펠릿을 사출 성형하여 열가소성 엘라스토머 기반의 겔 물질을 생성하는 단계를
    포함하는, 열가소성 엘라스토머 기반의 겔 물질의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 시그마/리본 믹서(sigma/ribbon mixer)에서 혼합하는 단계는,
    - 시그마/리본 믹서의 가열된 챔버에 광유를 붓고;
    - 오일에 열가소성 엘라스토머를 첨가하고, 오일이 엘라스토머에 흡수될 때까지 혼합하고,
    - 충전제, 아조디카본아미드(ADC), 및 산화방지제를 첨가하는 것인, 열가소성 엘라스토머 기반의 겔 물질의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 열가소성 엘라스토머 기반의 겔 물질을 포함하는 쿠션재.
  14. 제13항에 있어서, 쿠션재의 구조는 균일하게 분포된 중공 기둥(hollow column)을 갖는 버클링 몰드 구조(buckling mold structure)인, 쿠션재.
  15. 제14항에 있어서, 버클링 몰드 구조는 다양한 디자인의 코어(core), 캐비티(cavity), 또는 몰드 디자인의 상보적 구성요소(complementary component)를 갖는 자성 구성요소(male component)를 갖는, 쿠션재.
  16. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 매트리스, 침대 매트, 소파, 의자에 사용될 때의 엘라스토머 기반의 겔 물질.
KR1020217019006A 2019-01-16 2020-01-15 열가소성 엘라스토머를 기반으로 하는 겔과 쿠션재 및 이의 제조 방법 KR20210114392A (ko)

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