NO862640L

NO862640L - CUSHION MATERIALS AND PRODUCTS.

Info

Publication number: NO862640L
Application number: NO862640A
Authority: NO
Inventors: Yoshihiko Kitagawa; Masashi Aoshima
Original assignee: Sumitomo Chemical Co
Priority date: 1984-11-01
Filing date: 1986-06-30
Publication date: 1986-06-30
Also published as: DK294186D0; NO862640D0; WO1986002627A1; EP0200789A4; EP0200789A1; KR870700570A; DK294186A

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et pute- eller polstermateriale (i det følgende betegnet putemateriale) som er utmerket med hensyn til fordeling av inntrykningskraften bevirket av det menneskelige legeme (i det følgende betegnet kraftfordeling) og med hensyn til varighet, hvilket fremstilles ved behandling med vann av et komposittmateriale innbefattende et polymermateriale som er svellbart i vann og et polymermateriale som har en ikke-hydrolyserbar kryssbundet struktur, for å bevirke ekspansjon ved svelling til et volum som er fra 3 til 5 ganger større enn det opprinnelige volum. Oppfinnelsen angår også et puteprodukt innbefattende nevntepute materiale'og et utvendig hylster som er ugjennomtrengelig for vann. The present invention relates to a cushion or upholstery material (hereinafter referred to as cushion material) which is excellent in terms of distribution of the impact force caused by the human body (hereinafter referred to as force distribution) and in terms of durability, which is produced by treating with water a composite material including a polymer material which is swellable in water and a polymer material which has a non-hydrolysable cross-linked structure, to effect expansion upon swelling to a volume which is from 3 to 5 times greater than the original volume. The invention also relates to a pillow product including said pillow material and an outer casing which is impermeable to water.

Det er kjent puteprodukter som gjør bruk av uretanskum, naturgummi - lateksskum, forskjellige naturlige eller syntetiske fibrer og fjærer, slik som f.eks. sitteputer, madrasser, sofaer, og eter for kjøretøy inkludert biler. Ved bruk i lange tidsrom oppstår det imidlertid problemer i forbindelse med slike puteprodukter, slik som avtagende elastisitet eller mekanisk sammenbrudd. Cushion products are known which make use of urethane foam, natural rubber - latex foam, various natural or synthetic fibers and springs, such as e.g. seat cushions, mattresses, sofas, and ether for vehicles including cars. When used for long periods of time, however, problems arise in connection with such pillow products, such as decreasing elasticity or mechanical breakdown.

Polymermaterialer som sveller i vann, har på den annen side funnet nye anvendelser som en blanding med vann i vann eller isputer. Man har i forbindelse med foreliggende søknad vært oppmerksom på den utmerkede fleksibiliteten til slike produkter og utført et omfattende studium for å utvikle puteprodukter under anvendelse av polymermaterialene som er svellbare i vann. Siden polymermaterialene som er svellbare i vann, generelt er i pulverform, endres imidlertid den vandige, svellede blanding til en gellignende semifluid som bibeholder en viss grad av fluiditet og som en følge representerer problemer slik at når et sammenbrudd finner sted i en viss del av det ytre hylsteret, hvilket hindrer puteproduktet i å tape vann ved fordampning, ved utøvelse av et momentant stort trykk eller ved punktering med en nålelignende gjenstand, vil det svellede gellignende polymermateriale bryte ut. Videre, p.g.a. de lave mekaniske styrkene til selve det svellede polymermateriale, oppstår sammenbrudd av polymermaterialet ved hyppig bruk av puteproduktet, og dette resulterer i minsking av putevirkningen, dvs. reduksjon i produktets holdbarhet. Puteprodukter med utmerket kraftfordeling, hvilket er en av de viktigste egenskapene til putematerialer, er de som anvender puteegenskapene til vann, som eksemplifisert ved et vannunderlag eller vannseng som anvendes flere timer om dagen av uføre personer eller pasienter. Selv om det har en utmerket kraftfordeling, gir puteproduktet som anvender vann som putemateriale, opphav til gynging og rulling når brukeren endrer kroppsstilling, hvilket forårsaker at brukeren blir "sjøsyk" i likhet med det som oppleves i en båt på en stormfull dag. Polymer materials that swell in water, on the other hand, have found new applications as a water-in-water mixture or ice pads. In connection with the present application, attention has been paid to the excellent flexibility of such products and an extensive study has been carried out to develop pillow products using the polymer materials which are swellable in water. However, since the polymer materials which are swellable in water are generally in powder form, the aqueous swollen mixture changes to a gel-like semifluid which retains a certain degree of fluidity and consequently presents problems such that when a breakdown takes place in a certain part of it the outer casing, which prevents the cushion product from losing water through evaporation, upon the application of a momentary high pressure or upon puncture with a needle-like object, the swollen gel-like polymer material will break out. Furthermore, due to the low mechanical strengths of the swollen polymer material itself, breakdown of the polymer material occurs with frequent use of the cushion product, and this results in a reduction of the cushion effect, i.e. a reduction in the product's durability. Pillow products with excellent power distribution, which is one of the most important properties of pillow materials, are those that use the pillow properties of water, as exemplified by a water base or water bed that is used several hours a day by disabled people or patients. Although it has excellent force distribution, the cushion product that uses water as a cushion material gives rise to rocking and rolling when the user changes body position, causing the user to experience "seasickness" similar to what is experienced in a boat on a stormy day.

Av de ovenstående grunner har puteprodukter som, som putemateriale anvender et gellignende stoff istedenfor vann, blitt utviklet, og er i bruk. Et slikt produkt har imidlertid ulempen med svak kraftfordeling sammenlignet med et puteprodukt som benytter vann som pute-basismateriale. For å forbedre kraftfordelingen, selv i liten grad, er det nødvendig å øke tykkelsen på putemateriale. Økningen i tykkelsen ledsages imidlertid av en økning i vekten av puteproduktene og kun en utilstrekkelig forbedring i trykk- eller kraftfordelingen. Det er et stort behov for forbedring av trykkfordeling i forbindelse med uføre personer, pasienter og personer som har sittende arbeid (f.eks. førere for laste-biler, busser og elektriske lokomotiver). For the above reasons, pillow products that, as pillow material, use a gel-like substance instead of water, have been developed and are in use. However, such a product has the disadvantage of weak force distribution compared to a pillow product that uses water as the pillow base material. To improve the force distribution, even to a small extent, it is necessary to increase the thickness of the cushion material. However, the increase in thickness is accompanied by an increase in the weight of the pillow products and only an insufficient improvement in pressure or force distribution. There is a great need for improving pressure distribution in connection with disabled people, patients and people who have sedentary work (eg drivers of lorries, buses and electric locomotives).

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et nytt putemateriale og et nytt puteprodukt som gjør bruk av nevnte nye putemateriale. The main purpose of the present invention is to provide a new pillow material and a new pillow product that makes use of said new pillow material.

Det er kjent vulkaniserte gummiprodukter som er svellbare i vann og som gjør bruk av en gummi av etylen-cx-olefintypen som beskrevet i japansk patentsøknad "Kokai" (allment tilgjengelig) nr.- 33032/81 og 119972/82. Slike produkter har imidlertid for lav svellingsgrad for å være nyttig som putematerialer.Japansk patentsøknad "Kokai" (allment tilgjengelig) nr.145.230/84 beskriver en forbedring i svellingsgraden, men nevner ikke det faktum at en gummi med spesifikke kryssbindende egenskaper er egnet for bruk i et puteprodukt med evne til trykkfordeling og med tilstrekkelig holdbarhet. There are known vulcanized rubber products which are swellable in water and which make use of an ethylene-cx-olefin type rubber as described in Japanese Patent Application "Kokai" (publicly available) Nos.- 33032/81 and 119972/82. However, such products have too low a degree of swelling to be useful as cushioning materials. Japanese Patent Application "Kokai" (publicly available) No. 145,230/84 describes an improvement in the degree of swelling, but does not mention the fact that a rubber with specific cross-linking properties is suitable for use in a pillow product with the ability to distribute pressure and with sufficient durability.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt et putemateriale med utmerket kraftfordeling og holdbarhet, og som fremstilles ved at man underkaster en polymersammensetning som er svellbar i vann og som omfatter et polymermateriale og et polymermateriale som er svellbart i vann, for krysbinding, og lar den resulterende kryssbundede sammensetning svelle i vann til et volum som er fra 3 til 15 ganger det opprinnelige volum, og det tilveiebringes også et puteprodukt omfattende nevnte putemateriale og et utvendig hylster som er ugjennomtrengelig overfor vann. Det kryssbundede polymermateriale har en ikke-hydrolyserbar kryssbundet struktur. According to the present invention, there is provided a cushion material with excellent force distribution and durability, which is produced by subjecting a water-swellable polymer composition comprising a polymer material and a water-swellable polymer material to cross-linking, and allowing the resulting cross-linked composition swells in water to a volume which is from 3 to 15 times the original volume, and there is also provided a pillow product comprising said pillow material and an outer casing which is impermeable to water. The cross-linked polymer material has a non-hydrolyzable cross-linked structure.

Ikke-begrensende ekempler på polymermaterialer som kan danne ikke-hydrolyserbar kryssbinding, innbefatter etylen-oc-olefin-kopolymergummier, etylen-c<-olefin ikke-konjugerte dien-terpolymergummier (i det følgende er disse kopolymerer og terpolymerer samlet betegnet som etylen-basisgummier), styren-butadien-gummier (SBR), isobutylen-isopren-gummier (IIR), butadien-gummier (BR), akryl-gummier (ACM), kloropren-gummmier (CR), forkjellige termoplastiske elastomerer, naturgummier (NR), harpikser slik som polyetylen- og etylen-vinylacetat-kopolymerer. Disse polyme-rer benyttes alene eller i blandinger. Non-limiting examples of polymeric materials capable of forming non-hydrolyzable crosslinks include ethylene-oc-olefin copolymer rubbers, ethylene-c<-olefin non-conjugated diene terpolymer rubbers (hereafter these copolymers and terpolymers are collectively referred to as ethylene base rubbers ), styrene-butadiene rubbers (SBR), isobutylene-isoprene rubbers (IIR), butadiene rubbers (BR), acrylic rubbers (ACM), chloroprene rubbers (CR), different thermoplastic elastomers, natural rubbers (NR), resins such as polyethylene and ethylene-vinyl acetate copolymers. These polymers are used alone or in mixtures.

Den ikke-hydrolyserbare kryssbindingen dannes ved bruk av kryssbindingsmidler som er egnet for hver polymer slik som svovel, organiske peroksyder og metalloksyder. Ifølge oppfinnelsen er det av stor betydning for fremstillingen av puteprodukter med utmerket holdbarhet, å benytte et polymermateriale som har en ikke-hydrolyserbar kryssbindingsstruktur. Dersom gummier eller harpikser som ikke har kryssbundet struktur, anvendes, dannes det ikke et holdbart produkt. En hydrolyserbar kryssbundet struktur slik som en kryssbundet uretanstruktur, nedbrytes gradvis slik at puteproduktenes holdbarhet forringes. Av de ovenfor angitte polymermaterialer er etylen-basisgummiene de mest foretrukne p.g.a. utmerket bestandighet overfor vann og bakterier, og gode lav-temperaturegenskaper og høy belastningskapasitet med hensyn til fyllstoffer. The non-hydrolyzable cross-link is formed using cross-linking agents suitable for each polymer such as sulphur, organic peroxides and metal oxides. According to the invention, it is of great importance for the production of pillow products with excellent durability to use a polymer material which has a non-hydrolysable cross-linking structure. If rubbers or resins that do not have a cross-linked structure are used, a durable product is not formed. A hydrolysable cross-linked structure, such as a cross-linked urethane structure, gradually degrades so that the cushion products' durability deteriorates. Of the above-mentioned polymer materials, the ethylene base rubbers are the most preferred due to excellent resistance to water and bacteria, and good low-temperature properties and high load capacity with regard to fillers.

Som eksempler på a-olefiner benyttet i etylen-basisgummiene, kan nevnes propylen, 1-buten, 1-heksen, 1-hepten, 1-decen, 4-metyl-l-penten og 4-metyl-1-heksen. Typiske for disse a-olefiner er propylen og 1-buten. Eksempler på ikke-konjugerte diener er 1,4-heksadien-dicyklopentadien og etylidennorbornen. Examples of α-olefins used in the ethylene base rubbers include propylene, 1-butene, 1-hexene, 1-heptene, 1-decene, 4-methyl-1-pentene and 4-methyl-1-hexene. Typical of these α-olefins are propylene and 1-butene. Examples of non-conjugated dienes are 1,4-hexadiene-dicyclopentadiene and ethylidene norbornene.

Vektforholdet for etylen til oc-olefin i etylen-basisgummiene er fra 90/10 til 20/80, fortrinnsvis fra 75/25 til 40/60. The weight ratio of ethylene to o-olefin in the ethylene base rubbers is from 90/10 to 20/80, preferably from 75/25 to 40/60.

Den ikke-konjugerte dien anvendes i en mengde på 0-50, fortrinnsvis 0-25 uttrykt som iod-verdi. The non-conjugated diene is used in an amount of 0-50, preferably 0-25 expressed as iodine value.

Som eksempler på polymermaterialer som er svellbare i vann, kan nevnes forsåpet etylen-vinylester av karboksylsyre-akrylatester-kopolymerer, kryssbundet akrylsyre-akrylatsalt-kopolymerer, forsåpede stivelse--akrylonitril-podningskopolymerer, kryssbundede alkalimetallsalter av stivelse-akrylsyre-podningspolymerer, alkalimetallsalter av reaksjons-produktet mellom polyvinylalkohol og maleinsyreanhydrid, salter av styren-maleinsyreanhydrid-kopolymerer, kryssbundede polyetylenglykoler og forsåpet polyakrylonitril. Av disse polymermaterialer er forsåpet etylen-vinylester av karboksylsyreakrylatester-kopolymerer og kryssbundet akrylsyre-akrylatsalt-kopolymerer mest foretrukket p.g.a. utmerket svellbarhet i vann. As examples of polymer materials which are swellable in water, mention can be made of saponified ethylene-vinyl ester of carboxylic acid-acrylate ester copolymers, cross-linked acrylic acid-acrylate salt copolymers, saponified starch-acrylonitrile graft copolymers, cross-linked alkali metal salts of starch-acrylic acid graft polymers, alkali metal salts of reaction -the product between polyvinyl alcohol and maleic anhydride, salts of styrene-maleic anhydride copolymers, cross-linked polyethylene glycols and saponified polyacrylonitrile. Of these polymer materials, saponified ethylene-vinyl ester of carboxylic acid acrylate ester copolymers and cross-linked acrylic acid-acrylate salt copolymers are most preferred because excellent swellability in water.

Eksempler på kryssbindingsmidler som anvendes for dannelse av den kryssbundede struktur, er svovel-kryssbindingsmidler omfattende svovel, og om nødvendig, riktig valgte akseleratorer, pe rok syd-kryssbindingsmidler omfattende peroksyder og, om nødvendig, riktig valgte kryss-bindingshjelpemidler, kinoid-kryssbindingmidler, og harpiks-kryssbindingsmidler. Av disse kryssbindingsmidlene er svovel-kryssbindingsmidler særlig nyttige p.g.a. deres allsidighet hvilket tillater krysbinding under forskjellige betingelser for temperatur og tid ved riktig valg av type og mengde av akseleratorer og p.g.a. utmerkedee fysikalske egenskaper hos vulkanisatet. Den ikke-hydrolyserbare kryssbinding som det her vises til, kan også dannes ved eksponering overfor en elektronstråle eller ultra-fiolette stråler, ikke nødvendigvis i nærvær av et kryssbindingsmiddel. Examples of cross-linking agents used to form the cross-linked structure are sulfur cross-linking agents comprising sulfur and, if necessary, properly selected accelerators, peroxide cross-linking agents comprising peroxides and, if necessary, properly selected cross-linking aids, quinoid cross-linking agents, and resin cross-linking agents. Of these cross-linking agents, sulfur cross-linking agents are particularly useful because their versatility which allows cross-linking under different conditions of temperature and time by the right choice of type and quantity of accelerators and due to excellent physical properties of the vulcanizate. The non-hydrolyzable cross-link referred to herein can also be formed by exposure to an electron beam or ultra-violet rays, not necessarily in the presence of a cross-linking agent.

Komposittmaterialet i foreliggende oppfinnelse, omfattende et svellbart polymermateriale og et polymermateriale som har en ikke-hydrolyserbar kryssbundet struktur, oppnås generelt fra en svellbar polymer i form av pulver eller, fortrinnsvis, fint pulver, et polymermateriale som kan danne ikke-hydrolyserbar kryssbinding, et kryssbindingsmiddel som danner nevnte kryssbinding, og, om nødvendig, forskjellige additiver slik som uorganiske fyllstoffer inkludert kjønrøk, talk, leire, kalsiumkarbonat, og silisiumdioksyd, myknere slik som en prosessolje, esemidler, esehjelpemidler, bearbeidelseshjelpemidler, forskjellige stabilisatorer, pigmenter og rusthindrende midler. Først og fremst er inkorporeringen av kjønrøk, hvite fyllstoffer og prosessolje foretrukket, fordi disse gir putematerialet mekanisk styrke eller et mykt grep, eller tjener som et drøyemiddel for å redusere omkostningene. Fyllstoffene som om nødvendig anvendes, er fortrinnsvis de som har en høy hydrofilisitet slik som leire som også har en forsterkende virkning. Kjønrøk og talk som begge er hydrofobe, anvendes i de første tilfeller i kombinasjon med hydrofile fyllstoffer. Prosessoljen anvendes i relativt stor mengde p.g.a. dens effektivitet med hensyn til å forbedre svellinsgraden ved å gi den kryssbundede gummien fleksibilitet. Tilsetningen av et overflateaktivt middel er effektivt når det gjelder å øke svellingshastigheten. The composite material of the present invention, comprising a swellable polymer material and a polymer material having a non-hydrolyzable cross-linked structure, is generally obtained from a swellable polymer in the form of powder or, preferably, fine powder, a polymer material that can form non-hydrolyzable cross-linking, a cross-linking agent which forms said cross-linking, and, if necessary, various additives such as inorganic fillers including carbon black, talc, clay, calcium carbonate, and silicon dioxide, plasticizers such as a process oil, edging agents, edging aids, processing aids, various stabilizers, pigments and rust inhibitors. First and foremost, the incorporation of carbon black, white fillers and process oil is preferred, because these give the pad material mechanical strength or a soft grip, or serve as a retarding agent to reduce costs. The fillers that are used, if necessary, are preferably those that have a high hydrophilicity, such as clay, which also has a reinforcing effect. Carbon black and talc, which are both hydrophobic, are used in the first cases in combination with hydrophilic fillers. The process oil is used in relatively large quantities due to its effectiveness in improving the degree of swelling by imparting flexibility to the cross-linked rubber. The addition of a surfactant is effective in increasing the swelling rate.

Det svellbare polymermaterialet anvendes i en mengde på 10-300, fortrinnsvis 20-150 vektdeler pr. 100 vektdeler av gummimaterialet. Når en stor mengde fyllstoffer anvendes, benyttes det svellbare polymermaterialet også i en stor mengde på over 300 vektdeler. The swellable polymer material is used in an amount of 10-300, preferably 20-150 parts by weight per 100 parts by weight of the rubber material. When a large amount of fillers is used, the swellable polymer material is also used in a large amount of over 300 parts by weight.

Når en etylen-basisgummi benyttes, kan svovel anvendes som kryssbindingsmiddel i en mengde på 0,05-10 vektdeler pr. 100 vektdeler av gummimaterialet. I tilfelle en høy svellingsgrad tilsiktes, benyttes svovel i en mengde så lav som 0,1-5 vektdeler, mens en større mengde svovel er gunstig for forbedring av holdbarhet. Mengden av tilsatt kjønrøk og hvite fyllstoffer som benyttes dersom dette er nødvendig, er 0-1000, fortrinnsvis 50-600 vektdeler pr. 100 vektdeler av gummimaterialet. Prosessoljen benyttes i en mengde på 0-1000, fortrinnsvis 10-600, vektdeler pr. 100 vektdeler gummi. Med økning i mengden av kjønrøk eller hvite fyllstoffer, tilsettes en større mengde prosessolje. Det overflateaktive middelet anvendes i en mengde på 0-200, fortrinnsvis 5-100, vektdeler pr. 100 vektdeler gummi. Med økning i mengden av fyllstoffer og med minsking i mengden av prosessolje, anvendes en større mengde overflate aktivt middel, men i noen tilfeller settes en øvre grense for å unngå risiko for blødning. When an ethylene base rubber is used, sulfur can be used as a cross-linking agent in an amount of 0.05-10 parts by weight per 100 parts by weight of the rubber material. In case a high degree of swelling is intended, sulfur is used in an amount as low as 0.1-5 parts by weight, while a larger amount of sulfur is beneficial for improving durability. The amount of added carbon black and white fillers used if this is necessary is 0-1000, preferably 50-600 parts by weight per 100 parts by weight of the rubber material. The process oil is used in an amount of 0-1000, preferably 10-600, parts by weight. 100 parts by weight rubber. With an increase in the amount of black smoke or white fillers, a larger amount of process oil is added. The surfactant is used in an amount of 0-200, preferably 5-100, parts by weight per 100 parts by weight rubber. With an increase in the amount of fillers and with a decrease in the amount of process oil, a larger amount of surface active agent is used, but in some cases an upper limit is set to avoid the risk of bleeding.

Det er foretrukket å danne et skumlegeme av det kryssbundede materiale ved bruk av esemidler og esehjelpemidler for hurtig og forøket svelling i vann og for forbedring av grepet hos puteprodukter. Ifølge oppfinnelsen dannes et skumlegeme i tilfellet hvor gummi-utgangsmaterialet har tiltrekkelig høy styrke og forlengelse. Esemiddelet og esehjelpemiddelet anvendes i en mengde på 1-50, fortrinnsvis 3-20, vektdeler pr. 100 vektdeler gummimaterialer. It is preferred to form a foam body from the cross-linked material using swelling agents and swelling aids for rapid and increased swelling in water and for improving the grip of pillow products. According to the invention, a foam body is formed in the case where the rubber starting material has attractively high strength and elongation. The sedation agent and sedation aid are used in an amount of 1-50, preferably 3-20, parts by weight per 100 parts by weight rubber materials.

Ifølge oppfinnelsen underkastes den ovenfor beskrevne gummisammensetning for kryssbindingsbehandling. Hovedformålet for kryssbinding er å hindre det svellede materiale i å sprekke, hvilket har tenens til å forekomme p.g.a. en stor volumøkning ved svelling og for å gi det svellede putematerialet holdbarhet. Kryssbindingsbehandlingen er derfor et viktig trinn for putematerialet for å oppnå en høy praktisk holdbarhet. Det kryssbundede gummimateriale har utmerkede fysikalske egenskaper og svellingsegenskaper, og har helst en lav modul på 10 kg-f/cm^ eller derunder, fortrinnsvis 5 kgf/cm^ eller derunder ved 300% forlengelse for oppfinnelsens utmerkede putegenskaper og mye grep. Med økning i modulen ved 300% forlengelse har svellbarheten i vann tilbøyelighet til å minske, mens materialet blir hardere ved berøring ved det samme svellingsnivå og både trykkfordelingen og tilpasningsevnen ved bevegelse av det menneskelige legeme blir dårlig, idet nevnte tilpasningsevne vurderes basert på horisontal glideeffekt. Foreliggende putemateriale som benytter et kryssbundet gummimateriale med lav modul, er utmerket med henblikk på de ovenfor nevnte egenskaper, og er egnet for bruk i puteprodukter for uføre personer og pasienter som ikke fritt kan bevege kroppen, fordi det er nøvendig at disse personer benytter et puteprodukt som ikke forstyrrer blodsirkulasjonen. Ifølge oppfinnelsen anvendes et polymer-basismateriale som har en stor strekkfasthet og en stor bruddforlengelse i putematerialet med lav strekkmodul (dvs. lav strekkspenning ved gitt forlengelse). According to the invention, the rubber composition described above is subjected to cross-linking treatment. The main purpose of cross-linking is to prevent the swollen material from cracking, which tends to occur due to a large increase in volume during swelling and to give the swollen pillow material durability. The cross-linking treatment is therefore an important step for the cushion material to achieve a high practical durability. The cross-linked rubber material has excellent physical properties and swelling properties, and preferably has a low modulus of 10 kg-f/cm^ or less, preferably 5 kgf/cm^ or less at 300% elongation for the invention's excellent cushioning properties and plenty of grip. With an increase in the modulus at 300% elongation, the swellability in water tends to decrease, while the material becomes harder to the touch at the same level of swelling and both the pressure distribution and the adaptability during movement of the human body become poor, as said adaptability is assessed based on the horizontal sliding effect. The present pillow material, which uses a cross-linked rubber material with a low modulus, is excellent with regard to the above-mentioned properties, and is suitable for use in pillow products for disabled persons and patients who cannot freely move their bodies, because it is necessary for these persons to use a pillow product which does not interfere with blood circulation. According to the invention, a polymer base material is used which has a high tensile strength and a high elongation at break in the pillow material with a low tensile modulus (ie low tensile stress at a given elongation).

For å forbedre puteegenskapene slik som trykk- eller kraftfordeling, utføres som nevnt ovenfor en svellingsbehandling med vann for å frembringe en stor volumøkning. For å hindre det sterkt svellede putemateriale i å revne, ble det funnet ønskelig å benytte en basisgummi med en høy strekkfasthet og en høy bruddforlengelse. Dette er viktig særlig i det tilfelle hvor det er nødvendig å øke svellingsgraden. Utmerkede resultater oppnås ved bruk av en basisgummi som har en strekkfasthet på 8 kgf/cm^ eller derover og en bruddforlengelse på 500% eller derover. Dersom det benyttes en basisgummi som er utilstrekkelig både når det gjelder strekkfast og bruddforlengelse, oppstår sprekkdannelse, brudd-sprekking (i det svellede putemateriale), hvilket også er uønsket ut fra et holdbarhets synspunkt. Strekkfastheten og bruddforlengelsen slik det her vises til, bestemmes ved 20°C og ved en forlengelseshastighet på 500 mm/min. ved anvendelse av manualformede prøvestykker nr. 3, av en tykkelse på 2 mm, som spesifisert i JIS K-6301. In order to improve the cushion properties such as pressure or force distribution, as mentioned above, a swelling treatment with water is carried out to produce a large increase in volume. In order to prevent the highly swollen pad material from cracking, it was found desirable to use a base rubber with a high tensile strength and a high elongation at break. This is particularly important in the case where it is necessary to increase the degree of swelling. Excellent results are obtained using a base rubber having a tensile strength of 8 kgf/cm^ or more and an elongation at break of 500% or more. If a base rubber is used which is insufficient both in terms of tensile strength and elongation at break, cracking, fracture-cracking (in the swollen cushion material) occurs, which is also undesirable from a durability point of view. The tensile strength and elongation at break as referred to here are determined at 20°C and at an elongation rate of 500 mm/min. using manual shaped test pieces No. 3, of a thickness of 2 mm, as specified in JIS K-6301.

Som mest egnede polymermaterialer anvendes etylen-oc-olefin-kopolymergummier og etylen-a-olefin ikke-konjugerte dien-terpolymergummier. For å oppnå et kryssbundet gummimateriale med lav modul, anvendes en basisgummi som har en høy strekkfasthet og en høy bruddforlengelse, en relativt sor mengde av en prosessolje, og en liten mengde av et kryssbindingsmiddel, idet kryssbindingstiden er tiltrekkelig kort. The most suitable polymer materials used are ethylene-o-olefin copolymer rubbers and ethylene-α-olefin non-conjugated dien terpolymer rubbers. In order to obtain a cross-linked rubber material with a low modulus, a base rubber is used which has a high tensile strength and a high elongation at break, a relatively large amount of a process oil, and a small amount of a cross-linking agent, the cross-linking time being attractively short.

Sammenblandingsmaterialene inkludert polymermaterialet, svellbare polymermaterialer og kryssbindingsmidler, blandes ved hjelp av en Banbury-blander, knaingspparat eller blandevalser. Den resulterende gummisammensetning dannes til ark, plater, bånd, staver og eventuelle andre former. Den formede gummisammensetning kan korrugeres, stanses eller oppskjæres i stykker eller strimler for å akselerere svellingshastigheten eller for å forbedre puteegenskapene. Fremgangsmåten for forming og kryssbinding kan velges fritt for å tilfredsstille den tilsiktede bruk av produktet. Typiske eksempler på formings- og kryssbindingsprosesser innbefatter en kombinasjon av pressherding og autoklavherding, en kombinasjon av ekstruderingsforming og kontinuerlig vulkanisering i et passende utstyr, og samtidig forming og herding ved sprøytestøping. Selv om betingelsene for kryssbindingsbehandlingen varierer avhengig av den tilsiktede bruk av prouktet og kryssbindingsprosessen, er det vanlig praksis å utføre kryssbindingen ved oppvarming ved en temperatur på 100-250°C i en periode fra flere minutter til flere timer. Svellingsbehandlingen utføres ved neddypping av det kryssbundede formede materiale i et vandig medium som, om nødvendig, kan inneholde additiver slik som fungicider og alkohol. Det vandige medium er vanligvis ved romtemperatur, og kan være moderat oppvarmet. Neddyppingstiden kan velges fritt, men det er ønskelig å oppnå en høy svellingsgrad i løpet av en kort tid. Betingelsene for neddyppingen velges for å øke volumet av det formede materialet til tre ganger det opprinnelige volum eller mer. Selv om puteegenskapene slik som trykkfordeling blir bedre med økning av svellingsgraden, resulterer likevel for sterk økning av volumet ved svelling i forringelse av holdbarhet, og har tilbøyelighet til å bevirke sjøsyke. Av denne grunn er det ønsket å justere sluttvolumet til 3-15 ganger det opprinnelige volum. For å oppnå en slik høy grad av svelling i løpet av kort tid, er det ønskelig å velge en sterkt svellbar polymer og å benytte en slik polymer i en forøket mengde. The admixture materials including the polymer material, swellable polymer materials and crosslinking agents are mixed using a Banbury mixer, kneader or mixing rollers. The resulting rubber composition is formed into sheets, plates, ribbons, rods and any other forms. The shaped rubber composition may be corrugated, punched or cut into pieces or strips to accelerate the rate of swelling or to improve cushioning properties. The method of forming and cross-linking can be chosen freely to satisfy the intended use of the product. Typical examples of forming and crosslinking processes include a combination of press curing and autoclave curing, a combination of extrusion molding and continuous vulcanization in a suitable equipment, and simultaneous forming and curing by injection molding. Although the conditions for the crosslinking treatment vary depending on the intended use of the product and the crosslinking process, it is common practice to perform the crosslinking by heating at a temperature of 100-250°C for a period of several minutes to several hours. The swelling treatment is carried out by immersing the cross-linked shaped material in an aqueous medium which, if necessary, may contain additives such as fungicides and alcohol. The aqueous medium is usually at room temperature, and may be moderately heated. The immersion time can be chosen freely, but it is desirable to achieve a high degree of swelling within a short time. The conditions of the immersion are chosen to increase the volume of the shaped material to three times the original volume or more. Even if the cushion properties such as pressure distribution improve with an increase in the degree of swelling, too strong an increase in the volume during swelling results in a deterioration in durability, and has a tendency to cause seasickness. For this reason, it is desirable to adjust the final volume to 3-15 times the original volume. In order to achieve such a high degree of swelling in a short time, it is desirable to choose a highly swellable polymer and to use such a polymer in an increased amount.

Ved fremstilling av et puteprodukt blir det svellede putematerialet oppnådd som beskrevet ovenfor, pakket i et hylster som er ugjennomtrengelig for vann for å beskytte det svellede materiale overfor tap av vann ved flyktiggjøring. Eksempler på slike ugjennomtrengelige materialer er polyetylenfilm, fleksibel polyvinylkloridfilm og etylen-vinylacetat-kopolymerfilm. Om nødvendig blir det resulterende puteprodukt kombinert med et hjelpe-putemateriale slik som uretanskum, etylen-vinylacetat-skum, skumgummi eller bomull. Videre kan puteproduktet emballeres i et ytre dekkmateriale fremstilt av klede, lær eller arkmetall. I noen tilfeller blir det kryssbundede gummimateriale anbragt i et hylster og får før bruk anledning til å svelle ved tilsetning av vann. In the manufacture of a pillow product, the swollen pillow material obtained as described above is packaged in a casing impermeable to water to protect the swollen material against loss of water by volatilization. Examples of such impermeable materials are polyethylene film, flexible polyvinyl chloride film and ethylene-vinyl acetate copolymer film. If necessary, the resulting cushion product is combined with an auxiliary cushion material such as urethane foam, ethylene vinyl acetate foam, foam rubber or cotton. Furthermore, the pillow product can be packaged in an outer covering material made of cloth, leather or sheet metal. In some cases, the cross-linked rubber material is placed in a sleeve and, before use, is allowed to swell by adding water.

Figurene 1 og 2 representerer tverrsnitt av eksempler på foreliggende puteprodukter. På begge figurer er 1 et putemateriale som er svellet med vann, og 2 er et ytre hylster fremstilt av et filmmateriale som er ugjennomtrengelig overfor vann. På fig. 2 er 3 et hjelpe-putemateriale, 4 er et ytre hylster, og 5 er et arkmetall. Figures 1 and 2 represent cross-sections of examples of the present pillow products. In both figures, 1 is a pad material swollen with water, and 2 is an outer casing made of a film material impermeable to water. In fig. 2, 3 is an auxiliary pad material, 4 is an outer sleeve, and 5 is a sheet metal.

Oppfinnelsen illustreres i detalj nedenfor under henvisning til eksempler, men oppfinnelsen er ikke begrenset til disse. The invention is illustrated in detail below with reference to examples, but the invention is not limited to these.

Eksempler 1-4 og sammenligningseksempler 1 og 2Examples 1-4 and comparative examples 1 and 2

Forskjellige etylen-basisgummier ble testet med henblikk på svellingsegenskaper i vann med de resultater som er vist i tabell 1. Fra resultatene oppnådd i ekemplene 1-4 og sammenligningseksemplene 1 og 2 ble det funnet at for ved svelling å oppnå en volum ekspansjon så stor som fem ganger eller mer, er det nødvendig å benytte en etylen-propylengummi med en høy strekkfasthet og en høy bruddforlengelse. Når en gummi slik som E med en lav strekkfasthet og en lav bruddforlengelse anvendes for å forbedre bearbeidbarheten, bør den anvendes sammen med en annen gummi slik som C med en høy strekkfasthet og en høy bruddforlengelse for derved å holde en balanse mellom styrken og bearbeidsbarheten (eksempel 4). For å oppnå en svellet gummi som er tilfredsstillende for putematerialet, er det ønskelig å benytte en utgangs-gummi med en strekkfasthet på 9 kg-f/cm^ eller derover og en bruddforlengelse på 500 eller derover. Various ethylene base rubbers were tested for swelling properties in water with the results shown in Table 1. From the results obtained in Examples 1-4 and Comparative Examples 1 and 2, it was found that in order to achieve a volume expansion as large as five times or more, it is necessary to use an ethylene-propylene rubber with a high tensile strength and a high elongation at break. When a rubber such as E with a low tensile strength and a low elongation at break is used to improve workability, it should be used together with another rubber such as C with a high tensile strength and a high elongation at break, thereby maintaining a balance between strength and workability ( example 4). In order to obtain a swollen rubber which is satisfactory for the cushion material, it is desirable to use a starting rubber with a tensile strength of 9 kg-f/cm^ or more and an elongation at break of 500 or more.

Eksempler 5-8 og sammenligningseksempel 3Examples 5-8 and comparison example 3

1. Kryssbinding og svellingsbehandling med vann:1. Cross-linking and swelling treatment with water:

I tabellene 2 og 3 er det vist resultater fra undersøkelse av forholdet mellom egenskapene for kryssbundede gummier oppnådd under forskjellige kryssbindingsbetingelser og svellingsegenskapene for de kryssbundede gummier. Tables 2 and 3 show results from an investigation of the relationship between the properties of cross-linked rubbers obtained under different cross-linking conditions and the swelling properties of the cross-linked rubbers.

Et par prøvestykker, hver med dimensjon 150 x 150 x 5 mm, ble skåret fra kryssbundede gummiark oppnådd i eksempler 5, 6 og 7 som viste ønskede svellingsegenskaper og fra gummiarket i sammenligningseksempel 3. Prøvestykkene ble holdt ved romtemperatur i en vandig oppløsning inneholdende 0,2 vekt-% butyl-p-hydroksybenzoat inntil de fikk en størrelse på 300 x 300 mm. A pair of test pieces, each measuring 150 x 150 x 5 mm, were cut from cross-linked rubber sheets obtained in Examples 5, 6 and 7 which showed desired swelling properties and from the rubber sheet in Comparative Example 3. The test pieces were kept at room temperature in an aqueous solution containing 0, 2% by weight of butyl-p-hydroxybenzoate until they had a size of 300 x 300 mm.

2. Egenskaper for puteprodukter oppnådd fra hvert svellet gummiark 2. Properties of cushion products obtained from each swollen rubber sheet

Det svellede gummiarket med en størrelse på ca. 300 mm^ oppnådd fra eksempler 5, 6 og 7 og sammenligningseksempel 3, ble etter behandlinger vist i tabellene 2 og 3 testet med henblikk på hardhet og hvert par av svellede prøvestykker ble anbragt på hverandre, deretter pakket i polyetylenfilm med tykkelse på 50 jj, deretter varmeforseglet, videre pakket i et polyvinylkloridfilm-hylster, og tett forseglet ved hjelp av et høyfrekvens-sveiseapparat for oppnåelse av et puteprodukt. The swollen rubber sheet with a size of approx. 300 mm^ obtained from Examples 5, 6 and 7 and Comparative Example 3, after treatments shown in Tables 2 and 3, were tested for hardness and each pair of swollen test pieces were placed on top of each other, then wrapped in polyethylene film of thickness 50 jj, then heat-sealed, further wrapped in a polyvinyl chloride film sleeve, and tightly sealed by means of a high-frequency welding apparatus to obtain a cushion product.

Bedømmelse av puteproduktet:Assessment of the pillow product:

Puteegenskapene til puteproduktene som oppnådd ovenfor, ble bedømt ved testing av kompresjonsegenskapene, gjentatt kompresjonsutholdenhet, horisontal glideeffekt for inntrykningsbelastning, og kraftfordeling. Testmetodene var som beskrevet nedenfor. 1. Kompresjonsegenskaper og utholdenhetstest ved gjentatt kompresjon: Det ble benyttet et hydraulisk oscillasjon-utmatningstestapparat av den elektroniske typen. Puteproduktet ble sammenpresset ved hjelp av en inntrykningsplate med en diameter på 200 mm ved en hastighet på 4 kg/sek. til en endelig belastning på 100 kg. Tøyningen tilsvarende en belastning ble bestemt ut fra den registrerte strekk-forlengelseskurven. Kompresjonsutholdenhet ble deretter testet ved å underkaste prøvestykket for 80.000 sykler med gjentatt kompresjon ved en hastighet på 60 cpm under en belastning på 10-100kg. Den permanente deformasjon i tykkelse etter testen ble registrert som permanent setning. The cushion properties of the cushion products obtained above were evaluated by testing the compression properties, repeated compression endurance, horizontal sliding effect for indentation load, and force distribution. The test methods were as described below. 1. Compression properties and endurance test by repeated compression: A hydraulic oscillation fatigue test apparatus of the electronic type was used. The pillow product was compressed by means of an indentation plate with a diameter of 200 mm at a speed of 4 kg/sec. to a final load of 100 kg. The strain corresponding to a load was determined from the recorded strain-elongation curve. Compression endurance was then tested by subjecting the specimen to 80,000 cycles of repeated compression at a rate of 60 cpm under a load of 10-100kg. The permanent deformation in thickness after the test was recorded as permanent settlement.

2. Horisontal glideeffekt for belastning ved inntrykning2. Horizontal sliding effect for indentation load

I en mursten med en belastning derpå (totalt 26 kg) ble anbragt på prøvestykket og trukket horisontalt slik at murstenen kunne gli på overflaten. Forskyvningen av murstenen ble målt som en trekkraft på 2 kg og 4 kg. In a brick with a load on it (a total of 26 kg) was placed on the test piece and pulled horizontally so that the brick could slide on the surface. The displacement of the brick was measured as a pulling force of 2 kg and 4 kg.

3. Kraftfordelingstest:3. Power distribution test:

Totalt 46 trykkfølere ble anordnet over prøvestykket ved et lengde-intervall på 30 mm og et sideintervall på 20 mm for å detektere fordelin-gen av trykk utøvet på prøvestykket av en forsøksperson som satt på nevnte prøvestykke. Forsøksresultatene ble som angitt i tabell 4. Puteproduktet i sammenligningseksempel 4 er et kommersielt produkt omfattende et gellignende materiale fremstilt av company A i USA. A total of 46 pressure sensors were arranged over the test piece at a longitudinal interval of 30 mm and a lateral interval of 20 mm to detect the distribution of pressure exerted on the test piece by a test subject sitting on said test piece. The test results were as indicated in table 4. The pillow product in comparative example 4 is a commercial product comprising a gel-like material manufactured by company A in the USA.

Som det fremgår fra tabell 4, er puteproduktet i sammenligningseksempel 3, hvis gummi ikke har blitt kryssbundet, dårlig ved testing for utholden-het ved gjentatt kompresjon, og er uegnet for praktisk bruk. Utmerkede egenskaper ble oppnådd for puteprodukter i eksempel 5, 6 og 7, hvilke ble oppnådd ved svellingsbehandling av kryssbundede materialer. Selv om de har en mindre tykkelse og en mindre vekt, viste disse puteproduktene egenskaper som på gunstig måte kan sammenlignes med de for puteproduktet fremstilt fra kommersielt gel-lignende materiale. Kraftfordelingen var bedre, idet maksimaltrykket var lavere, i tilfellet for en person av slank type slik som testperson B, hvorved legemets inntrykningstrykk har tilbøyelighet til å konsentreres i området omkring setebenet eller halebenet. As can be seen from Table 4, the cushion product in Comparative Example 3, whose rubber has not been cross-linked, is poor when tested for endurance by repeated compression, and is unsuitable for practical use. Excellent properties were obtained for cushion products in Examples 5, 6 and 7, which were obtained by swelling treatment of cross-linked materials. Although having a smaller thickness and a smaller weight, these cushion products showed properties that compare favorably with those of the cushion product made from commercial gel-like material. The force distribution was better, as the maximum pressure was lower, in the case of a person of a slim type such as test person B, whereby the body's impact pressure tends to be concentrated in the area around the buttock or coccyx.

Velbalanserte puteegenskaper inkludert den horisontale glideeffektsverdi ble oppnådd for puteproduktene i eksemplene 5 og 6, hvilke var avledet fra det krysbundede gummimaterialet med en lav strekktøyning mindre enn 5 kg-f/cm^ ved 300% forlengelse. Well-balanced pad properties including the horizontal sliding effect value were obtained for the pad products of Examples 5 and 6, which were derived from the cross-linked rubber material with a low tensile strain of less than 5 kg-f/cm 2 at 300% elongation.

Industriell anvendelseIndustrial application

Pasienter og uføre personer som må holde sengen eller bruke rullestol i lengre tidsrom, har tilbøyelighet til å få liggesår i det området hvor legemets inntrykningstrykk er spesielt stort. For å beskytte disse pasienter overfor liggesår er det nødvendig å benytte puteprodukter som har meget gode kraftfordelingsegenskaper og horisontal glideeffekt. Når pute-materialene og —produktene har slike utmerkede nytteegenskaper og er holdbare, er de egnet for det ovenfor nevnte formål. Patients and disabled people who have to stay in bed or use a wheelchair for long periods of time have a tendency to get bedsores in the area where the body's impact pressure is particularly great. To protect these patients against bedsores, it is necessary to use pillow products that have very good force distribution properties and a horizontal sliding effect. When the pillow materials and products have such excellent utility properties and are durable, they are suitable for the above-mentioned purpose.

Claims

1. Cushion material with excellent force distribution and durability, characterized in that it is made by forming into a prescribed shape a composition including a polymer material that is swellable in water and a polymer material that can form a non-hydrolyzable, cross-linked structure, then subjecting the shaped composition for cross-linking treatmentf and treating the cross-linked composition with water to cause expansion by swelling to a volume as large as 3-15 times the original volume.

2. Pillow material according to claim 1, characterized in that the cross-linking treatment is carried out under such conditions that the resulting cross-linked composition shows a tensile strain at 300% elongation of 5 kg-f/cm^ or less.

3. Pillow material according to claim 1, characterized in that the polymer material which can form a non-hydrolyzable cross-linking structure is a rubber material which has a tensile strength of 8 kg-f/cm^ or more, and an elongation at break of 500 or more.

4. Pillow material according to claim 3, characterized in that the rubber material is an ethylene-α-olefin copolymer and/or an ethylene-α-olefin non-conjugated diene terpolymer.

5. Cushion product comprising a cushion material and an outer casing which encloses the cushion material, characterized in that said cushion material is a water-swollen composite material including a water-swellable polymer and a polymer which has a non-hydrolysable cross-linked structure, and in that the outer casing is impermeable to water, and that part or all of the outer casing is a flexible water-impermeable polymer film or sheet.

1. Cushion material with excellent force distribution and durability, characterized in that it is made by forming into a prescribed shape a composition including a polymer material that is swellable in water and a polymer material that can form a non-hydrolyzable, cross-linked structure, then subjecting the shaped composition for cross-linking treatment, and treating the cross-linked composition with water to cause expansion by swelling to a volume as large as 3-15 times the original volume.

2. Pillow material according to claim 1, characterized in that the cross-linking treatment is carried out under such conditions that the resulting cross-linked composition shows a modulus at 300% elongation of 5 kg-f/cm^ or less.

5. Cushion product comprising a cushion material and an outer casing which encloses the cushion material, characterized in that said cushion material is a water-swollen composite material including a water-swellable polymer and a polymer which has a non-hydrolysable cross-linked structure, and in that the outer casing is impermeable to water, and that part or all of the outer casing is a flexible one

6. Pillow product according to claim 5, characterized by that said pad material has excellent force distribution and durability, and is made by forming into prescribed shape a composition including a polymeric material that is swellable in water and a polymeric material capable of forming a non-hydrolyzable, cross-linked structure, then subjecting the shaped composition to cross-linking treatment to such an extent that the tensile strain at 300% elongation may be 10 kg-f/m^ or less, and treating the cross-linked composition with water to cause expansion by swelling to a volume as large as 3-15 times the original volume .