TW201504099A - 用於人體的改進式支撐結構 - Google Patents

Abstract

一種人體支撐結構，其包含外殼(2)，在該外殼上帶有護墊(4)，後者又藉由塗層(7)覆蓋。該護墊(4)及/或該塗層(7)係由包含至少一種化石衍生聚合物材料及至少一種可再生源衍生材料的調配物製成，且該調配物中的該等材料經選擇以使得如根據標準ISO 14067就每單位重量調配物之二氧化碳當量(CO2e)的量所定義的碳足跡為相對低的，且如根據標準ASTM D6866所定義的每單位重量調配物之放射性碳14的百分比(pMC)為相對高的。用於形成該護墊(4)之下層(5)的調配物包含發泡聚合物製劑，其包含多元醇相、異氰酸酯相、添加劑相以及塑化劑相，其中該添加劑相包含化石衍生及可再生源衍生添加劑，後者包含選自包含氫化蓖麻油衍生的塑化劑、交聯劑、催化劑、發泡劑之群的添加劑，且其中該等塑化劑衍生自氫化蓖麻油。

Description

用於人體的改進式支撐結構

本發明一般而言適用於人體支撐裝置之領域，且特定而言係關於一種改進式及生態親和性支撐結構。

人體支撐裝置，諸如用於腳踏車之鞍座或其他踏板動力式機器(例如運動腳踏車及飛輪車)以及一般而言機器之座椅及扶手椅，通常具有由以下者組成之結構：至少一個外殼，其係設計來固定至機器之框架；護墊，其上覆於該外殼；以及塗層，其係設計來覆蓋該護墊且使用者身體。

技術問題

本案申請人之專利申請案CH-A-716/12揭露一種人體支撐結構，諸如用於運載工具之鞍座或座椅或類似機器，該人體支撐結構基本包含外殼、上覆於該外殼之護墊以及用於覆蓋該護墊之塗層。護墊及/或塗層由包含至少一種化石衍生聚合物材料及至少一種可再生源衍生材料之調配物製成。

該調配物中之材料經選擇使得：如根據標準ISO 14067就每單位重量調配物之二氧化碳當量的量所定義，碳足跡為相對低的，且如根據標準ASTM D6866所定義，每單位重量調配物之放射性碳14的百分比為相對高的。

此外，用於形成下層護墊之調配物包含發泡聚合物製劑，該製劑包含多元醇相、異氰酸酯相、添加劑相以及塑化劑相。

另外，添加劑相包含化石源衍生及可再生源衍生的添加劑，後者包含添加劑，其中該可再生源衍生物包括選自由氫化蓖麻油衍生的塑化劑、交聯劑、催化劑、發泡劑組成之群的添加劑。如以上定義的先前技術支撐結構的市售組分構件通常係由化石衍生聚合物材料製成，且其中塑化劑較佳衍生自蓖麻油。

就機械而言，鞍座之舒適度總體而言可與其順從性或彈性相關聯。雖然外殼係用於支撐使用者重量之目的且由諸如高密度聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚醯胺、PVC以及其他類似樹脂的相對剛性或半剛性塑性材料製成，但是護墊及塗層係用於為鞍座增加舒適度之目的。因為此等構件係一者置放於另一者頂部並因此「串聯」連接，該等構件之順從性及由此所得之舒適度係考慮為該鞍座之個別構件的硬挺度之互反的綜合，且該鞍座之硬挺度取決於個別構件之硬挺度，取決於基底材料之彈性模數、厚度以及殘留應力狀態。一般而言，聚合物材料係選自具有相對低的彈性模數，亦即相對低的蕭氏硬度(Shore hardness)的彼等材料。

此等「柔軟」材料係藉由混合呈液態之各種聚合物來獲得，該等聚合物中的一些充當塑化劑。塑化劑為由比聚合物之巨分子小很多的分子構成的化合物，該等分子因此在混合期間可較均勻地配合於巨分子之間。此外，塑化劑必須能夠與聚合物徹底地混合，以使得塑化劑可穩定地且勻質地併入其質量塊體中，且不趨向於隨時間而遷移至塑性材料之表面(稱為「滲出」)。塑化劑亦應具有較小或為零的揮發性，亦即，高沸點， 因為當離開塑性材料時，其效應將消失。

此等先前技術調配物之一缺點在於：含有純粹蓖麻油(亦即蓖麻油酸)之塑化劑可為尤其緻密的且其特徵為例如約60蕭氏C之高硬度。

因此，該護墊對於使用者而言可為較不舒適的。

本發明之一般目的為藉由提供顯示生態親和性、減少的環境影響、舒適、耐久性以及成本有效性之特徵的人體支撐結構來克服以上缺點。

一特定目的為提供一種生態親和性人體支撐結構，其由具有最大化的基於可再生源之含量及總體而言低碳足跡、進而輔助生態親和性發展之材料製成。

另一目的為提供一種具有最小化環境影響的人體支撐結構，該最小化環境影響係歸因於衍生自化石源的合成材料的使用減少。

另一目的為提供一種具有高柔軟度及機械性質、即低動態撓曲疲勞及高彈性的人體支撐結構。

如下文更好的解釋，此等及其他目的藉由一種如主請求項中所定義的人體支撐結構來實現。

自根據本發明之人體支撐結構(例如腳踏車鞍座)的一些較佳非排他性實施例之詳細描述，本發明之其他特徵及優點將更為明白，該鞍座係藉助附屬圖式之幫助而描述為非限制性實例，圖式中：圖1為根據本發明之支撐結構、尤其腳踏車鞍座之透視圖； 圖2顯示圖1的鞍座結構之部分斷開圖以便突顯其主要構件；圖3為圖1的鞍座結構之平面圖；圖4顯示圖3的鞍座結構之視圖，其係沿縱向平面IV-IV截取的斷開圖；圖5顯示圖3的鞍座結構之視圖，其係沿橫向平面V-V截取的斷開圖。

現參閱以上圖式，展示一種人體支撐結構，尤其為用於腳踏車、機車或諸如戶外或戶內運動腳踏車之踏板動力式機器的鞍座。

在此，該鞍座具有大體上伸長的習知形狀，其具有縱向對稱軸線、經設計用於支撐使用者之陰囊區或腹股溝區的錐形前部以及經設計用於支撐同一使用者之坐骨區的加寬後部。

或者，在不脫離本發明之範疇的情況下，該支撐結構亦可具有用於諸如機動車輛、船、飛機、工作機(work machine)的任何類型之運載工具的不同形狀，諸如座椅形狀、肘靠形狀或頭靠形狀。

總體上由數字1指定之鞍座結構包含支撐外殼2，該外殼適於緊固至框架3，後者係設計來被固定至腳踏車或類似車輛。

總體上標記為4的護墊係形成於外殼2上且包含發泡聚合物的下層5，至少具有部分形狀記憶效應之聚合物凝膠的層6置於該下層上。

塗層7係形成於護墊4上，用於覆蓋該護墊之頂部並接觸使用者之身體。

外殼2具有習知形狀，且由諸如高密度聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚醯胺、PVC以及其他類似聚合物材料之合成材料製成。較佳地，外殼2可由聚丙烯製成。

較佳地，護墊之上層6可利用聚胺甲酸酯或矽氧凝膠形成。

較佳地，包層7含有諸如PVC、熱塑性塑膠聚胺甲酸酯、聚胺甲酸酯、基於PA11-聚醯胺11之Pebax®的聚合物材料。

不管該聚丙烯外殼之習知性質，根據本發明，藉由利用包含至少一種化石衍生聚合物材料及至少一種可再生源衍生材料之調配物形成護墊4及塗層7來使該支撐體為生態親和性的。

特定而言，在提及護墊4之組分的情況下，該等組分通常係由發泡體或凝膠組成，如以上所提及，該發泡體或凝膠通常具有聚胺甲酸酯性質，亦即，由聚胺甲酸酯鍵組成之聚合物鏈製成。

胺基甲酸乙酯聚合物或PU係藉由在催化劑及為材料賦予所要特性之其他添加劑存在下，使二異氰酸酯(芳族或脂族型)與多元醇(聚乙二醇或聚酯)反應來獲得。若將所謂的「發泡」劑添加至多元醇調配物，即可獲得發泡聚胺甲酸酯。

發泡PU可呈現以下形式：柔軟及撓性PU、柔軟及整體或自結皮(self-skinning)PU、剛性/結構性PU、剛性及緻密PU以及彈性及緻密PU。

一般而言，在聚胺甲酸酯發泡體之產生中涉及兩種機制。第一機制為過量異氰酸酯與多元醇之羥基的反應，第二機制產出吹氣且產生發泡體結構。

此後一過程可具有化學或物理性質：在前一情況下，基礎合成反應係與異氰酸酯基與水之反應組合，藉以由胺基甲酸酯鍵之形成及自與水之反應得到的二氧化碳氣體的同時生成來獲得發泡體。在另一方面， 物理膨脹利用聚合反應之部分熱量來蒸發化學惰性的低沸點液體(發泡劑)。

作為發泡劑，諸如氫氟氯碳化合物(HCFC)的產品係與水組合使用或單獨使用。將發泡劑添加至多元醇且其作用藉由汽化實現，該汽化係藉由放熱型的主反應所生成之熱量來誘導。亦將所有其他添加劑及催化劑添加至多元醇。

在此等發泡體之產生中最廣泛使用的異氰酸酯為TDI(甲苯二異氰酸酯)異構物及MDI(二苯基甲烷二異氰酸酯聚合物)。一般而言，將兩種TDI異構物之80/20混合物用於撓性發泡體的合成，而MDI較頻繁用於剛性發泡體之產生。

一般而言，整合自結皮發泡體係用於座椅及腳踏車鞍座中。此等發泡體之特徵為胞狀內部結構及非胞狀外部表面，且係以單一步驟在模具中形成。發泡體合成之原理為在無水情況下使用鹵化烴作為發泡劑，以及使用具有冷金屬壁之模具。當發泡體接觸模具之冷卻壁時，發泡劑在操作壓力(1-4巴)下冷凝。此將造成形成固體外部塗層，而內部的反應混合物仍為熱的且硬化成發泡體。使用分子量範圍介於3000至6500之多元醇寡聚物，而對於異氰酸酯而言，選擇取決於製程之類型。TDI異氰酸鹽通常用於腳踏車鞍座。

用於製作人體支撐之護墊4及塗層7的調配物包含至少一種化石衍生聚合物材料及至少一種可再生源衍生材料。

較佳地，調配物中的可再生源衍生聚合物材料之量的範圍為5重量%至60重量%，較佳為10重量%至40重量%且更佳地為15重量%至 35重量%。

該材料之特異特性在於：選擇以上調配物中之材料以使得：如根據標準ISO 14067就二氧化碳當量(CO₂e)的量所定義，碳足跡為相對低的，且如根據標準ASTM D6866所定義，放射性碳14(pMC)的百分比為相對高的。

具體而言，在提及護墊4的情況下，與1kg用以形成護墊的調配物相關聯的二氧化碳當量(CO2e)之量為9.5kg，且較佳範圍為9.3kg至1.9kg，更佳為4.9kg至3.5kg。

另外，與1kg用以形成護墊4的調配物相關聯的放射性碳14(pMC)的百分比為>0.01%，且較佳範圍為60%至5%，更佳為40%至10%。

具體而言，在提及塗層7的情況下，與1kg用以形成塗層的調配物相關聯的二氧化碳當量(CO2e)之量為9.5kg，且較佳範圍為9.3kg至1.9kg，更佳為3.6kg至2kg。

另外，與塗層7的1kg調配物相關聯的放射性碳14(pMC)的百分比為>0.01%，且較佳範圍為70%至30%，更佳為60%至40%。

具體而言，在提及護墊4的情況下，下層5可為自發泡聚合製劑獲得的發泡體，諸如適於形成高效能產品之發泡聚胺甲酸酯。

適宜地，以上多提及之聚胺甲酸酯發泡體經選擇而具有相對低的碳足跡值及相對高的放射性碳值pMC。

以上所提及之聚胺甲酸酯製劑係藉由混合以下者來獲得：由用於整體PU及撓性PU的具有不同分子量之多元醇的摻合物組成的多元醇 相、由用於整體PU及撓性PU的異氰酸酯摻合物組成的異氰酸酯相、基於化石源及基於可再生源的添加劑相。

較佳地，用於整體PU之多元醇具有範圍為mw=4000至mw=7000的分子量，且較佳為約mw=4500，且用於撓性PU之多元醇具有範圍為5000至6500的分子量，且較佳為約mw=6000。

以總量計，用於整體PU的具有mw=4500的多元醇之重量百分比的較佳範圍為40%至0.01%，更佳為25%至15%，且仍更佳為17%至5%。

以總量計，用於撓性PU的具有mw=6000的多元醇之重量百分比的較佳範圍為35%至0.01%，更佳為25%至10%，且仍更佳為21%至5%。

以總量計，用於整體PU的異氰酸酯之重量百分比的較佳範圍為30%至10%，更佳為25%至15%，且仍更佳為20%至3%。

以總量計，用於撓性PU的異氰酸酯之重量百分比的較佳範圍為20%至0.01%，更佳為15%至5%，且仍更佳為10%至3%。

以總量計，化石源衍生添加劑之重量百分比的較佳範圍為15%至0.01%，更佳為10%至5%，且仍更佳為6%至5%。

甚至在聚胺甲酸酯發泡體之產生中使用可再生源衍生材料亦藉由對替代的「生物基」添加劑之鑑別而得以顯著促進，該添加劑與合成添加劑相比具有較低成本。

在此觀點而輪，在用於整體發泡體及撓性發泡體的基於多元醇之調配物中，生物添加劑可選自醣類(碳水化合物)，尤其選自雙醣。

蔗糖可選自雙醣，其呈「粉糖」之形式。

已知蔗糖(亦即C₆H₁₂O₆)係藉由葡萄糖分子與果糖分子之反應及水分子之釋放來形成。蔗糖鍵之羥基與異氰酸酯之彼等羥基鍵合，進而輔助聚胺甲酸酯混合物之聚合。

可添加至基於多元醇的調配物的「粉糖」之量受限制，因為隨此生物基添加劑之百分比增加，堅實度增加且彈性能減少。

就成本而言，此生物基添加劑之使用為有利的，此係歸因於該材料成本之降低，亦即，約1€/kg。

此外，可再生源衍生添加劑可包括選自包含塑化劑、交聯劑、催化劑、發泡劑之群的添加劑。

特定而言，塑化劑可包含蓖麻油酸，其重量百分比範圍為15%至18%，且較佳為約17%。

例如，蓖麻油酸可藉由將蓖麻油原樣與護墊4之其他組分混合來添加。

然而，據實驗發現：蓖麻油之原樣使用導致所謂的「緻密」聚胺甲酸酯化合物之形成，該化合物具有約60的蕭氏C硬度，如根據標準ASTM 2240所量測。

因此，所得護墊4不足夠舒適，因為護墊展示相對高的密度及硬度。

相反地，據發現：使用含有氫化蓖麻油的塑化劑來用於護墊4之下部5及用於凝膠6兩者改進支撐體之護墊的機械性質及柔軟度，進而為使用者增加舒適度。

特定而言，使用包含尤其衍生自完全氫化蓖麻油之乙醯化單 甘油酯的塑化劑來獲得適宜結果。

較佳組分可為CAS序列號736150-63-3的單甘油酯之乙酸酯(亦稱為乙醯化單甘油酯)。

此類添加劑之使用將提供：下層5，如根據標準ASTM 2240所量測，該下層具有的蕭氏C硬度範圍為30至50，較佳為40至45；及上層，如根據標準ASTM 2240所量測，該上層具有的蕭氏C硬度範圍為1至10，且較佳為約5。

以總量計，可再生源衍生添加劑之重量百分比的較佳範圍為55%至0.01%，更佳為45%至10%，且仍更佳為33%至10%。

以總量計，可再生源衍生塑化劑之重量百分比的較佳範圍為30%至0.01%，更佳為25%至5%，且仍更佳為17%至5%。

以總量計，可再生源衍生填充劑之重量百分比的範圍為25%至0.01%，更佳為20%至5%，且仍更佳為16%至5%。

就用於護墊4之上層6而言，其可包含具有相對低的碳足跡值及相對高的放射性碳值pMC的聚胺甲酸酯凝膠。

特定而言，聚胺甲酸酯凝膠可藉由混合以下者並添加化石添加劑相以及基於可再生源的添加劑相來獲得：包含用於撓性PU的具有mw=6000的分子量之多元醇的多元醇相、由用於整體PU及撓性PU之異氰酸酯摻合物組成的異氰酸酯相。

特定而言，用於撓性PU的具有mw=6000的多元醇的重量百分比的範圍可為95%至25%，更佳為70%至50%，且仍更佳為60%至5%。

以總量計，化石源衍生添加劑之重量百分比的較佳範圍為2%至0.01%，更佳為1.75%至0.25%，且仍更佳為1%至0.5%。

以總量計，可再生源衍生添加劑之重量百分比的較佳範圍為70%至0.01%，更佳為45%至25%，且仍更佳為35%至5%。

以總量計，用於整體PU的異氰酸酯之重量百分比的較佳範圍為5%至0.01%，更佳為4%至1%，且仍更佳為2.5%至1%。

以總量計，用於撓性PU的異氰酸酯之重量百分比的較佳範圍為2%至0.01%，更佳為1.75%至0.25%，且仍更佳為1%至0.5%。

本發明之產品的組態允許提供人體支撐體，且尤其為腳踏車鞍座，其特徵為可再生源衍生(亦即生物基)材料含量可甚至比類似競爭者之產品中的高44%，該類似競爭者之產品諸如如歐洲專利申請案EP 2139751中揭露且主張之鞍座結構。

另外，該組態提供的鞍座具有每公斤鞍座約2.94kg的碳足跡當量(CO2e)含量，相比之下，每公斤類似市售產品的碳足跡當量含量為4.11kg，該市售產品諸如以上所提及的如EP2139751中揭露且主張之鞍座結構。

換言之，與根據本發明之教示來構造的鞍座相比，以上所提及類型之類似市售鞍座具有高40%的碳足跡。

以下提供具有墊料之下層5的聚胺甲酸酯發泡體之兩個實施例，該墊料具有不同量的可再生源衍生聚合物材料，如利用陶氏化學(Dow Chemical)出售的產品所獲得；以下百分比係根據以聚胺甲酸酯發泡體之100%重量為基準測定。

實施例1

A)多元醇相

A1)SPECFLEX NR 961

A.1.1-SPECFLEX NR 914(用於整體型之製劑)

整體多元醇相，帶有mw=4500

VORANOL CP 4711 (69%)16.48%

SPECFLEX NC 700(13%) 3.10%

用於整體PU之添加劑

單乙二醇(交聯劑) 2.31%

水(發泡劑) 0.11%

VORALUX HT 326(催化劑) 0.11%

PLS 912 NERO(著色顏料) 0.88%

SOLKANE 245(發泡劑) 0.88%

A.1.2)用於撓性型之製劑

撓性多元醇相，mw=6000

VORANOL CP 6001 23.88%

用於撓性PU之添加劑

單乙二醇(交聯劑) 1.67%

水(發泡劑) 0.08%

VORALUX HT 326(催化劑) 0.08%

PLS 912 NERO(著色顏料) 0.64%

SOLKANE 245(發泡劑) 0.64%

A.2)可再生源衍生相

A.1.2)具有塑化功能之製劑

蓖麻油酸 17.80%

用於整體/撓性PU之添加劑

單乙二醇(交聯劑) 0.57%

VORALUX HT 326(催化劑) 0.14%

SOLKANE 245(發泡劑) 1.13%

B)異氰酸酯相：SPECFLEX NE 432

SPECFLEX NC 135(用於撓性型之異氰酸酯)19.70%

SPECFLEX NC 145(用於整體型之異氰酸酯)9.80%

實施例2

A1)SPECFLEX NR 961

A.1.1-SPECFLEX NR 914(用於整體型之製劑)

整體多元醇相，mw=4500

VORANOL CP 4711(69%) 12.14%

SPECFLEX NC 700(13%) 2.29%

用於整體PU之添加劑

單乙二醇(交聯劑) 1.71%

水(發泡劑) 0.08%

VORALUX HT 326(催化劑) 0.08%

PLS 912 NERO(著色顏料) 0.65%

SOLKANE 245(發泡劑) 0.65%

A.1.2)用於撓性型之製劑

撓性多元醇相，mw=6000

VORANOL CP 6001 17.60%

用於撓性PU之添加劑

單乙二醇(交聯劑) 1.22%

水(發泡劑) 0.06%

VORALUX HT 326(催化劑) 0.06%

PLS 912 NERO(著色顏料) 0.46%

SOLKANE 245(發泡劑) 0.46%

A.2)可再生源衍生相

塑化劑製劑

蓖麻油酸 16.00%

用於整體/撓性PU之添加劑

單乙二醇(交聯劑) 0.20%

VORALUX HT 326(催化劑) 0.04%

SOLKANE 245(發泡劑) 0.40%

A.1.2)具有惰性填充劑之製劑

粉糖 16.00%

B)異氰酸酯相：SPECFLEX NE 432

SPECFLEX NC 135(用於撓性型之異氰酸酯)19.70%

SPECFLEX NC 145(用於整體型之異氰酸酯)9.80%

1‧‧‧鞍座

2‧‧‧外殼

3‧‧‧框架

4‧‧‧護墊

5‧‧‧下層

6‧‧‧上層

7‧‧‧塗層

Claims (6)

1. 一種人體支撐結構，諸如用於運載工具或類似機器的鞍座或座椅，其包含：外殼(2)；護墊(4)，其覆蓋該外殼；塗層(7)，其用於覆蓋該護墊(4)，其中該護墊(4)及/或該塗層(7)係由調配物製成，該調配物包含至少一種化石衍生聚合物材料及至少一種可再生源衍生材料，其中該調配物中的該等材料經選擇以使得如根據標準ISO 14067就每單位重量調配物之二氧化碳當量(CO2e)的量所定義的碳足跡為相對低的，且如根據標準ASTM D6866所定義的每單位重量調配物之放射性碳14的百分比(pMC)為相對高的，其中用於形成該護墊(4)之下層(5)的該調配物包含發泡聚合物製劑，其包含多元醇相、異氰酸酯相、添加劑相以及塑化劑相，其中該添加劑相包含化石衍生及可再生源衍生添加劑，該等可再生源衍生添加劑包含選自包含塑化劑、交聯劑、催化劑、發泡劑之群的添加劑，其中該等塑化劑係衍生自氫化蓖麻油。
2. 如申請專利範圍第1項之結構，其中該等塑化劑包含衍生自氫化蓖麻油的乙醯化單甘油酯。
3. 如申請專利範圍第2項之結構，其中該護墊(4)之該下層(5)包含發泡聚合物製劑，其具有用於整體PU及撓性PU之聚胺甲酸酯發泡體，並含有衍生自氫化蓖麻油之該等塑化劑。
4. 如前述申請專利範圍中任一項之結構，其中該調配物中的可再生源衍生聚合物材料之量的範圍為5%至60%的，較佳為10%至40%且更佳為15%至35%。
5. 如前述申請專利範圍中任一項之結構，其中在該下層(5)中提供該等塑化劑，以賦予該聚胺甲酸酯發泡體如根據標準ASTM 2240所量測範圍為30至50、較佳為40至45的蕭氏C硬度。
6. 如前述申請專利範圍中任一項之結構，其中該護墊(4)之該上層(6)包含聚胺甲酸酯凝膠，在該聚胺甲酸酯凝膠中提供該等塑化劑以賦予如根據標準ASTM 2240所量測範圍為1至10、較佳為約5的蕭氏C硬度。