BE1008800A7

BE1008800A7 - Geschuimd thermoplastisch kunststofmateriaal.

Info

Publication number: BE1008800A7
Application number: BE9400911A
Authority: BE
Original assignee: Orfit Ind
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1994-10-07
Publication date: 1996-08-06
Also published as: EP0802946A2; EP0802946B1; AU3601995A; US6210788B1; JPH10511125A; DE69508966D1; WO1996011226A3; WO1996011226A2; DE69508966T2

Abstract

Deze uitvinding heeft betrekking op en geschuimd thermoplastisch materiaal met een lage temperatuur thermoplast omvattend een bepaald percentage microsferen met een gas voor het verlagen van de dichtheid van genoemd materiaal en op een werkwijze voor het vervaardigen hiervan.

Description

GESCHUIMDE THERMOPLASTISCHE KUNSTSTOFMATERIALEN Deze uitvinding heeft betrekking op geschuimde thermoplastische halffabrikaten voor diverse toepassingen, ihb. voor immobilisatiedoeleinden in medische en paramedische toepassingen, voor beschermdoeleinden in de sport en voor gebruik in de produktie van schoenen.

In de toepassingsdomeinen van orthopedie, fysische revalidatie, sportgeneeskunde wordt nog veel gips gebruikt. Verder worden hierbij evenals in radiotherapie en radialogie een hele reeks van immobilisatie en fixatie materialen aangewend, zoals : thermoplastische plaatmaterialen, thermohardende bandage materialen.

In het licht van de bovenvermelde toepassingen vertonen de bestaande materialen het nadeel dat ze een relatief hoge densiteit hebben. Deze hoge densiteit resulteert in twee belangrijke storende problemen met betrekking tot bovenstaande toepassingen : de materialen hebben een relatief hoog gewicht, waardoor het comfort voor de drager beperkt is en het therapeutisch nut vant de gebruikte materialen verminderd wordt. Hoe lichter een immobilisatie, fixatie-of beschermmateriaal is, hoe aangenamer voor de gebruiker. Dit kan zelfs ook leiden tot een heelkundig probleem doordat de drager een grotere inspanning moet levere door het groter gewicht.

Door de hoge densiteit kan men in radiotherapeutische toepassingen, en in het bijzonder met lage energiebronnen, niet doorheen niet-geschuimde materialen doorstralen zonder dat dit een nadelig effect heeft op de huid van de patiënt. De materialen worden

in gemouleerde vorm op de huid van de patiënt gelegd en op een basisplaat gefixeerd om de patiënt in een onbeweeglijke en reproduceerbare positie te brengen. Deze materialen laten de straling van vooral lage energiebronnen, niet voldoende door waardoor de straling zich onmiddellijk onder het kunststofmateriaal opbouwt en zodoende de huid beschadigt.

In de radiologie vormt de relatief hoge dichtheid van de meeste bestaande halffabrikaten een probleem in die zin dat ze de stralingen niet voldoende doorlaten en zodoende op het beeld storingen vormen die de zichtbaarheid van details op het beeld verminderen.

Deze uitvinding heeft tot doel een oplossing te bieden aan de hierboven genoemde problemen, door middel van een geschuimd halffabrikaat dat een voldoende stevigheid en een hogere gebruiksvriendelijkheid heeft dan bestaande halffabrikaten waardoor de uitvinding voornamelijk een lagere densiteit heeft en bijgevolg een lager gewicht en een betere doorlaatbaarheid voor stralingsbronnen die in de radiotherapie en in de radiodiagnostiek gebruikt worden.

Hier worden enkele proeven beschreven. Alle proeven werden tot nu toe gedaan op extrusiemachines. In eerste instantie werd een proef gedaan op een laboratorium extruder voor het maken van smalle bandjes. Een eerste proef werd gedaan met als basismateriaal polypropyleen, dat een smelpunt heeft boven de 100 C. Het toegevoegde schuimmiddel had de vorm van een poeder. Er werd een eerste proef gedaan met toevoeging van 3 % schuimmiddel en een tweede proef met toevoeging van 6 % schuimmiddel. Bij deze proeven werd het volgende vastgesteld :

- de combinatie van polypropyleen en het schuimmiddel kan op een conventionele extrusiemachine verwerkt worden.

- de temperatuur aan dewelke de extrusie gebeurt is een zeer belangrijke parameter bij dit proces doordat deze de initiator is van het expansieproces.

- de verblijftijd van het produkt in de extruder is ook zeer belangrijk, aangezien deze verblijftijd mede de temperatuuropname het schuimmiddel beïnvloedt. Er werd vastgesteld dat bij een te korte verblijftijd het schuimmiddel niet expandeert, bij een te lange verblijftijd er verbranding van het materiaal optreedt.

- Het percentage toevoeging van het schuimmiddel aan de basisgrondstof speelt verder ook een belangrijke rol.

Na de extrusieproeven werden de verkregen halffabrikaten getest door ze in een oven op te warmen en te vervormen volgens de conventionele technieken die in de respectievelijke toepassingsgebieden gebruikt worden.

Hieruit bleek dat het noodzakelijk is dat het expansieproces zieh volledig moet voltrekken tijdens de extrusie. Indien dit niet gebeurt gaat het proces verder tijdens de verwerking van het halffabrikaat, wat leidt tot ongewenste effecten.

De geëxtrudeerde stalen werden onder een elektronenmicroscoop onderzocht en hieruit bleek dat het schuimmiddel in poedervorm wel geëxpandeerd was maar dat het zich niet voldoende gedispergeerd had in de matrix grondstof.

Daarom werden in tweede instantie proeven gedaan op een laboratorium dubbel-schroef-extrusiemachine. Met een dergelijke machine wordt een betere dispersie van de 2 componenten verkregen. Bovendien biedt deze machine een

zeer nauwkeurige controle van de verwerkingstemperatuur. Bij deze proef werden als basisgrondstof 2 thermoplasten gebruikt die een verwerkingstemperatuur onder de 1000C hebben, met name polycaprolactone en een blend van polycaprolactone en thermoplastisch polyurethaan. Er werd telkens 1 % en 3 % schuimmiddel onder de vorm van poeder toegevoegd.

De proeven gaven als resultaat dat bij een nauwkeurige controle van de extrusieparamaters, met name temperatuur en verblijftijd, het expansieprocess in voldoende mate te controleren is om tot een bruikbaar eindprodukt te komen, mits het schuimmiddel voldoende gedispergeerd is in de matrix grondstof.

Er werd een derde proef gedaan, dit keer op een produktiemachine, met name een extruder met een vlakke matrijs van 120 cm breedte voor de produktie van vlakke platen. Er werden weer verschillende grondstoffen als matrix gebruikt, met name : lage dichtheid polyethyleen, polycaprolactone, en een blend van polycaprolactone en thermoplastisch polyurethaan.

In deze proef werd het schuimmiddel toegevoegd in de vorm van een masterbatch, met name een kunststofkorrel waarin reeds het schuimmiddel vermengd was. Er werd telkens 4 % masterbatch toegevoegd.

Uit deze proeven bleek dat het schuimmiddel in de vorm van een masterbatch goed te dispergeren is in de matrix grondstof. Het was bijgevolg mogelijk om van de verschillende basisgrondstoffen een plaat te maken van ongeveer 3 mm dikte. Na de extrusieproeven werden de plaatmaterialen onder een elektronenmicroscoop onderzocht, waaruit bleek dat de microspheren zieh gelijkmatig hebben geëxpandeerd in de polymeer matrix.

Bij weging van proefplaatjes werd vastgesteld dat de densiteit verlaagd was met 27 ä 33 %.

Voor toepassingen in de sport is het gewicht van de gebruikte materialen van primordiaal belang. Vooral in die toepassingen waar het erop aankomt een therapeutische immobilisatie of een bescherming te bieden, heeft de uitvinding een aanzienlijk voordeel op bestaande materialen gezien het lage gewicht ervan. De materialen die nu bij de fabrikatie van schoenen gebruikt worden ter versteviging van de tippen en de hielen zijn relatief zwaar, in vergelijking met de uitvinding. Vooral bij sportschoenen is het belangrijk dat het gewicht zo laag mogelijk blijft. Hoe lager het gewicht van de componenten van een sportschoen zijn, hoe efficiënter hij voor de gebruiker is.

Wellswaar geschuimde materialen bestaan reeds dewelke hierbij worden aangewend, zoals zachte schuimen op basis van polyolefinen en polyurethaan. Echter, deze schuimen zijn te zacht om een immobilisatie-of fixatiefunctie te kunnen hebben en worden daarom uitsluitend als comfortcreërend element gebruikt. Ze komen dus niet in aanmerking voor de beoogde toepassingen waarbij een immobilisatie of fixatie vereist is, dit in tegenstelling tot de uitvinding.

Ook bestaande harde schuimmaterialen op basis van thermohardend polyurethaan. Dit soort schuim moet om voldoende stevigheid te bieden in een relatief dikke laag gebruikt worden waardoor het voor toepassingen in de radiotherapie en in de radiologie niet in aanmerking kan komen. Bovendien moet dit soort schuim door de gebruiker, op het moment van applicatie, zelf gemaakt worden op basis van een 2-componenten produkt dat een

chemische reactie veroorzaakt. Dit proces vermindert het gebruiksgemak van dit soort schuim aanzienlijk.

Bovendien kunnen hierbij ook milieuproblemen opduiken.

Bij hard schuimen op basis van polyvinylalcohol doet zich hetzelfde probleem van voldoende stevigheid voor waardoor het vooral in radiotherapeutische en radiologische toepassingen niet als immobilisatie-of fixatiemateriaal kan gebruikt worden. Door de grote laagdikte van de halffabrikaten kunnen deze niet gebruikt worden op bestaande basisfixatieplaten die voor deze toepassingen in omloop zijn.

De vervaardiging gebeurt door aan de grondstof een bepaald percentage microspheren toe te voegen. In deze microspheren bevindt zich een lichtgewicht gas dat onder invloed van temperatuur in volume toeneemt. Door deze volumetoename nemen de microspheren een groter percentage van het volume van het halffabrikaat in beslag. Aangezien de geëxpandeerde microspheren een lager gewicht hebben dan de grondstof waaraan ze werden toegevoegd, vermindert daardoor het gewicht van het halffabrikaat waarbij het volume van het halffabrikaat hetzelfde blijft.

Op voordelige wijze wordt het kunststofmateriaal volgens de uitvinding ook nog gebruikt in de sport, waar ihb. materialen voor de bescherming van menselijke ledematen en voor de bescherming van paardenbenen in de paardensport vereist zijn. Ook in de schoenindustrie worden de kunststofmaterialen volgens de uitvinding aangewend voor het maken van verstevigingen in een schoen.

Claims

CONCLUSIES 1. Geschuimd thermoplastish materiaal gekenmerkt door een lage temperatuur thermoplast omvattend een bepaald percentage microsferen met een gas zodanig dat ze bij een bepaalde temperatuur expanderen waarbij de dichtheid van genoemd materiaal verlaagd wordt.
2. Materiaal volgens conclusie 1, gekenmerkt door een percentage microsferen begrepen tussen 0, 1 en 10 % met een dichtheidvermindering van het materiaal tussen 1 en 60 %.
3. Materiaal volgens conclusies 1 of 2, waarbij genoemd thermoplast een smeltpunt vertoont begrepen tussen 50 en 80 C, zijnde hetzij een polycaprolactone, een blend hiervan met thermoplastisch polyurethaan of met polyvinylchloride, of 1, 4 transpolyisoprene.
4. Materiaal volgens een der vorige conclusies, gekenmerkt doordat het geperforeerd is.
5. Werkwijze voor het vervaardigen van een materiaal volgens een der vorige conclusies, gekenmerkt doordat het geproduceerd wordt door extrusie, spuitgieten of drukvorming tot een plaat, folie of film.
6. Werkwijze volgens conclusie 5, in de vorm van een vlakke plaat, daardoor gekenmerkt dat langs ten minste een der beide zijden hiervan, door middel van coëxtru- sie, ten minste een laag van een gelijkaardige of verschillende kunststof met gesloten cellen is aangebracht voor het beschermen van het oppervlak tegen uitwendige invloeden. <Desc/Clms Page number 8>
7. Gebruik van een geschuimd thermoplastisch materiaal volgens conclusies 1 t. e. m. 4, als immobilisatie-of fixatiemateriaal van een deel van het menselijk of dierlijk lichaam in medische toepassingen.
8. Gebruik van een materiaal volgens een der conclusies 1 t. e. m. 4, in de orthopedie en/of fysische revalidatie, waarbij genoemd materiaal dient ter ondersteuning, vervanging of fixatie van een onderdeel van het menselijk lichaam.
9. Gebruik van een materiaal volgens een der conclusies 1 t. e. m. 4, in radiotherapie en radialogie, waarbij een gedeelte van het lichaam geimmobiliseerd en gepositioneerd wordt tijdens de therapeutische behandeling of het diagnostische onderzoek.