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Technisches
Gebiet
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Diese
Erfindung betrifft allgemein mehrschichtige Materialien zum Absorbieren
von auf Grund körperlicher
Aktivitäten
und Funktionen auftretender Feuchtigkeit und insbesondere ein verbessertes
Verbundmaterial und aus derartigen Materialien hergestellte Komponenten
zum Absorbieren, Adsorbieren, Transferieren, Gelieren oder Speichern
und Abführen
von Körperflüssigkeiten
und Feuchtigkeit, die vom Körper
oder aufgrund von Körperfunktionen
oder anderen Quellen erzeugt werden, und welche Mittel zur Vermeidung
von Gerüchen
und anderen schädlichen
Wirkungen, die von derartigen Flüssigkeiten
und der Feuchtigkeit während ihrer
Erzeugung hervorgerufen werden, einschließen können.
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Stand der
Technik
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Im
Stand der Technik sind Materialien zur Verwendung als Einlegesohlen
bzw. Einlagen in Schuhen, Stiefeln und Bekleidung bekannt, um Schweiß und Körperflüssigkeiten
zu absorbieren und die durch derartigen Schweiß und Körperflüssigkeiten erzeugten Gerüche zu vermeiden,
wie in den U.S.-Patenten Nr. 5,392,533, 5,197,208, 4,864,740 und
4,517,308 gezeigt wird.
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Die
Druckschrift US-A-3 839 138 offenbart einen nachgebenden, hydrophilen,
offenzelligen Schaum aus quervernetztem Polyoxyalkylenharnstoff/Urethan.
Der Schaum kann beispielsweise in Schuheinlegesohlen verwendet werden.
Der Schaum kann an einer faserigen Anordnung fixiert werden, die
atmungsaktiv sein kann, um ein Schichtverbundmaterial auszubilden.
Eine Nadelung oder ein Klebstoff kann dazu verwendet werden, um
den Schaum mit der faserigen Anordnung zu verbinden. Bentonit wird
ebenfalls zur Verwendung als Additiv in einer bestimmten Ausführungsform
offenbart.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
wie in den Ansprüchen
1, 18 und 20 definierte Erfindung stellt ein verbessertes Material
bereit, das insbesondere zur Verwendung in Schuhen, Körperpolstern
und Bekleidungen, jedoch nicht beschränkt darauf, einsetzbar ist,
das in einer bevorzugten Ausführungsform
eine Deckschicht und eine damit verbundene hydrophile Schaumschicht
aufweist, um das Absorbieren, Adsorbieren, Überführen bzw. Transferieren, Gelieren oder
Speichern und Abführen
von Körperflüssigkeiten,
die vom Körper
oder aufgrund der Körperfunktionen
erzeugt werden, und anderer Feuchtigkeit zu erleichtern. Insbesondere
kann die hydrophile Schaumschicht aus einer polymerisierten Kombination
eines wässerigen
Gemischs ausgebildet sein, das ein oder mehrere Sorptionsmittel
und ggf. Additive mit einer vorbestimmten Menge eines hydrophilen
Urethanpräpolymers
enthält, wodurch
die Befähigung
der hydrophilen Schaumschicht verbessert wird, Körperflüssigkeiten oder andere Feuchtigkeit
ab- bzw. aufzusaugen und über
die Deckschicht abzuführen
und derartige Körperflüssigkeiten
zu absorbieren, adsorbieren, gelieren oder speichern und abzuleiten.
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Ein
bevorzugter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht in
der Bereitstellung eines verbesserten Materials für die gleichen
Ziele und Zwecke, die vorstehend beschrieben werden, in welchem
eine dritte oder Grundschicht mit derjenigen Seite der Schaumschicht
verbunden ist, die der Deckschicht gegenüberliegt, wobei die dritte
Schicht in Form eines Faser- oder
eines gefalteten Faservliesmaterials vorliegt, um dem Verbundmaterial
eine Steifigkeit oder Wärmeformbarkeit
zu verleihen.
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Es
wurde festgestellt, dass ein Verbundmaterial mit einer Schaumschicht,
das aus vorbestimmten Verhältnissen
von (1) einem wässerigen
Gemisch eines oder mehrerer Sorptionsmittel und einer wärmeverformbaren
Acryllatexemulsion und (2) einem hydrophilen Urethanpräpolymer
gebildet ist, die Befähigung
des Verbundmaterials zur Wärmeformung
in geformte Komponenten verbessert und so die Verwendung des Verbundmaterials
für Produkte,
die im Handel verwendet werden, wie Einlegesohlen für Schuhe,
Inkontinenzeinlagen und -vorrichtungen, Stilleinlagen, Schutzkleidung
und ähnliche
Bekleidungsarten und -vorrichtungen maximiert. Die Wärmeformbarkeit
des Verbundmaterials kann weiter durch Verbindung mit einer dritten
Schicht aus einem wärmeformbaren
Faser- oder einem Faservlies- oder einem gefalteten Faservliesmaterial
mit der Oberfläche
des Schaummaterials, die der Oberfläche, mit der die Deckschicht
verbunden ist, gegenüberliegt,
verbessert werden.
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Das
derartig hergestellte Verbundmaterial erreicht vorteilhafte Ergebnisse,
beispielsweise erhöht
es den Komfort für
die Füße des Anwenders:
- (a) durch Entfernung von Schweiß, der durch
den Fuß im
Schuh erzeugt wird,
- (b) indem es die obere Oberfläche der Einlegesohle bei der
Berührung
trocken hinterlässt
und
- (c) indem es vergleichsweise kältere Oberflächentemperaturen
aufgrund der Entfernung der Feuchtigkeit von der oberen Oberfläche der
Einlegesohle erzeugt.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst ein geschichtetes oder in eine vorbestimmte
Form geformtes Verbundmaterial für
eine beliebige gegebene Verwendung, das eine Deckschicht, die normalerweise
zum Kontakt mit Körperflüssigkeiten
und anderer Feuchtigkeit ausgelegt ist, und eine in Bezug auf die
Deckschicht hydrophile Schaumschicht aufweist, in der ein oder mehrere
Sorptionsmittel in einer hydrophilen Polyurethan-Schaummatrix enthalten
sind, wobei die Schaumschicht mit der Deckschicht derart verbunden
ist, dass Feuchtigkeit oder Körperflüssigkeiten,
die in Kontakt mit der Deckschicht steht/stehen, durch die Deckschicht in
die Schaumschicht überführt wird/werden,
welche derartige Körperflüssigkeiten
und andere Feuchtigkeit absorbiert, adsorbiert, geliert und speichert,
die in Kontakt mit der Deckschicht stehen, wo sie durch das Verbundmaterial
abgeführt
werden.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst auch das wie vorstehend beschriebene
Verbundmaterial, wobei es eine dritte Schicht aus einem Faservliesmatrix-
oder gefaltetem Faservliesmatrixmaterial aufweist, das mit der Schaumschichtseite
der Schaumschicht verbunden ist, die der Deckschicht gegenüberliegt,
um eine verbesserte Steifigkeit bzw. Festigkeit oder Wärmeformbarkeit
des Verbundmaterials in verschiedene dreidimensionale Formen, in
Anhängigkeit
von der gewerblichen Anwendung des Produkts, bereitzustellen.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst auch das wie vorstehend beschriebene
Verbundmaterial, welches mindestens in der Schaumschicht Additive
enthält,
um Gerüche
zu vermeiden, die durch die Körperflüssigkeiten
oder in der sonstigen Feuchtigkeit erzeugt werden, die durch das
Verbundmaterial absorbiert, adsorbiert, geliert oder gespeichert
und abgeführt
werden bzw. wird.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst auch das wie vorstehend beschriebene
Verbundmaterial, das mindestens in der Schaumschicht Additive enthält, um ein
Bakterizid bereitzustellen, um Keime abzutöten, die durch die Körperflüssigkeiten
oder in der sonstigen Feuchtigkeit erzeugt werden, die durch das
Verbundmaterial absorbiert, adsorbiert, geliert oder gespeichert
und abgeführt
werden bzw. wird.
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Das
formbare Schichtverbundmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung
kann durch ein Verfahren hergestellt werden, welches die Schritte
- a. Abmessen und Mischen eines wässerigen
Gemischs, das ein Sorptionsmittel, oberflächenaktives Mittel und ausreichend
Wasser einschließt,
mit einem vorbestimmten Verhältnis
von einem hydrophilen Urethanpräpolymer,
um ein polymerisierendes Gemisch zur Bildung der Schaumschicht des
Verbundmaterials bereitzustellen,
- b. Abscheiden des polymerisierenden Gemischs auf einem ablösbaren Grundpapier,
das auf einem beweglichen Träger
angeordnet ist, und bedecken der oberen Oberfläche des polymerisierenden Gemischs
mit einem ablösbaren
oberen Papier, während
das polymerisierende Gemisch mit dem Träger bewegt wird,
- c. Befördern
des polymerisierenden Gemischs im oberen und unteren ablösbaren Papier
durch Bewegen des Trägers
und Kalibrieren der gebildeten Schaumschicht auf die erwünschte Dicke,
bis es frei von Klebrigkeit ist,
- d. nacheinander Entfernen des oberen und unteren ablösbaren Papiers
und gleichzeitiges Trocknen der kalibrierten und gebildeten Schaumschicht,
um Restfeuchtigkeit zu entfernen,
- e. Auftragen einer Deckschicht aus zufällig orientierten hydrophoben
Fasern auf die geformte und getrocknete Schaumschicht und
- f. Verbinden der Schaumschicht und der Deckschicht und entfernen
des gebildeten Verbundmaterials vom Träger,
zur Bildung eines
zweischichtigen Verbundmaterials einschließt.
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Das
vorstehend beschriebene Verfahren schließt auch verschiedene Schritte
zur Verbindung der Deckschicht aus zufällig orientierten hydrophoben
Fasern durch Nadelstanzung ein, was die Deckschicht mit der Schaumschicht
funktionsfähig
verbindet, um Verteilungskanäle
zur Transpiration der Körperflüssigkeiten oder
anderer Feuchtigkeit durch die Fasern in die Schaumschicht zu bilden.
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Unter
einem weiteren Gesichtspunkt kann das Verfahren weiter die Schritte
zur Bildung eines dreischichtigen Verbundmaterials durch Modifizierung
der vorstehend definierten Schritte nach dem Schritt e einschließen, die
durch
- e(1). Anfügen eines Faservliesmatrix-
oder eines gefalteten Faservliesmaterials, das hinsichtlich seiner Steifigkeit
bzw. Festigkeit oder Wärmeformbarkeit
ausgewählt
ist, als untere Schicht auf der Seite der Schaumschicht, die der
Deckschicht gegenüberliegt,
- e(2). Verbinden der Deckschicht, der Schaumschicht und des Faservliesmatrix-
oder gefalteten Faservliesmatrixmaterials,
- e(3). Wärmeformen
der Deckschicht, Schaumschicht und Faservliesmatrixschicht, um das
Verbundmaterial zu bilden, und
- e(4). Ausschneiden des Verbundmaterials, um kalibrierte und
geformte Gegenstände
bereitzustellen,
definiert sind.
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Die
Formung eines Verbundmaterials gemäß dem vorstehend beschriebenen
Verfahren sieht auch andere Verfahren des Miteinanderverbindens
der jeweiligen Schichten des Verbundmaterials wie durch Verbinden
mit Haftmitteln bzw. Klebstoffe, Verbinden durch Radiofrequenzenergie,
Flammkaschieren oder andere Verfahren der Verbindung durch Wärme oder
Druck sowie durch Polymerisieren der Polyurethanschaumschicht direkt
auf die Deckschicht, die dritte Schicht oder beide vor.
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Demgemäß ist es
ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Schichtverbundmaterial
bereitzustellen, das zur Formung in kalibrierte und geformte Komponenten
ausgelegt ist, welches Körperflüssigkeiten
und Feuchtigkeit entfernt, absorbiert, adsorbiert, geliert oder
speichert und abführt.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Schichtverbundmaterial
bereitzustellen, das zur Formung in Einlegesohlen, Inkontinenzeinlagen,
Kleidungsstücke
und Ähnliches
ausgelegt ist, welches Körperflüssigkeiten
und andere Feuchtigkeit ableitet, diese absorbiert, adsorbiert,
geliert oder speichert und abführt,
so dass die verschiedenen Einlegesohlen und Inkontinenzeinlagen
gereinigt und wiederverwendet werden können.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Schichtverbundmaterial
bereitzustellen, das zur Formung in Handelsprodukte zur Ableitung
von Körperflüssigkeiten
und anderer Feuchtigkeit, Absorption, Adsorption, Gelierung oder
Speicherung und Abführung
derselben ausgelegt ist, das eine Deckschicht und eine Schaumschicht
aufweist, die in Bezug auf die Deckschicht hydrophil ist.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Schichtverbundmaterial
bereitzustellen, das zur Formung in Handelsprodukte zum Ableiten
von Körperflüssigkeiten
und anderer Feuchtigkeit, Absorption, Adsorption, Gelierung oder
Speicherung und Abführung
derselben ausgelegt ist, das eine Deckschicht, eine in Bezug auf
die Deckschicht hydrophile Schaumschicht und eine dritte Schicht
aus einem Faservliesmatrix- oder gefalteten Faservliesmatrixmaterial
aufweist, welches die Steifigkeit bzw. Festigkeit oder Wärmeformbarkeit des
Schichtverbundmaterials verbessert.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Schichtverbundmaterial
bereitzustellen, das zur Formung in Handelsprodukte, zur Ableitung
von Körperflüssigkeiten
und anderer Feuchtigkeit, Absorption, Gelierung oder Speicherung
und Abführung
derselben ausgelegt ist, die mindestens eine Deckschicht und eine in
Bezug auf die Deckschicht hydrophile Schaumschicht aufweist, und
das Additive zur Vermeidung und Verminderung von Gerüchen und
Keimen einschließen
kann.
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Diese
und andere Ziele und Vorteile werden anhand der nachfolgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
der Verbundmaterialien oder der geschichteten oder geformten Formen
davon gemäß der vorliegenden
Erfindung und der Verfahren zur Herstellung derartiger Materialien
in Bezug auf die Figuren der Zeichnungen ersichtlich, in denen:
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 eine
perspektivische Teilbruchansicht zeigt, die ein erfindungsgemäßes zweischichtiges
Verbundmaterial in Form einer Einlegesohle darstellt,
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2 eine
vergrößerte graphische
Darstellung ist, die einen Querschnitt der Elemente der Basisschicht
zeigt, die, wie in 1 gezeigt, mit der Deckschicht
des Verbundmaterials durch Nadelstanzung verbunden ist,
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2A eine
vergrößerte fragmentarische
Ansicht ist, die einen Bereich der Schaumschicht des in 1 gezeigten
Verbundmaterials zeigt,
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2B ein
vergrößerter fragmentarischer
Querschnitt gemäß der Linie
2B-2B der 2A ist,
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3 eine
perspektivische Teilbruchansicht zeigt, die ein erfindungsgemäßes zweischichtiges
Verbundmaterial in Form einer Einlegesohle darstellt,
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4 eine
vergrößerte graphische
Darstellung ist, die einen Querschnitt der Deckschicht, der Schaumschicht
und der dritten Schicht aus einem Faservlies eines wärmeformbaren
Materials des in 1 gezeigten Verbundmaterials,
das durch ein Haftmittelbindematerial verbunden ist, zeigt,
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4A eine
vergrößerte fragmentarische
Ansicht ist, die ein hoch komprimiertes Fragment der unteren oder
zweiten Schicht des in 3 gezeigten Materials zeigt,
in welchem die Zwischenräume
in dem Vliesmaterial mit dem hydrophilen Schaum gefüllt sind,
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4B eine
vergrößerte fragmentarische
Ansicht ist, welche die Fasern zeigt, wenn sie im gezeigten dreischichtigen
Verbundmaterial nicht unter Hochkomprimierung vorliegen, in welchem
die Zwischenräume des
Faservliesmaterials gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nicht gefüllt sind,
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4C eine
vergrößerte Ansicht
der in der 4B gezeigten schaum-umschlossenen
Fasern ist,
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5 eine
graphische Darstellung eines Abschnitts eines Fördergeräts zur Abmessung und Mischung eines
gegebenen wässerigen
Gemischs in einem vorbestimmten Verhältnis ist, das ein Sorptionsmittel
und eine Acryllatexemulsion mit einem hydrophilen Urethanpräpolymer
enthält,
und zur Verteilung des vereinigten Gemischs auf einem beweglichen
Trägermittel
zur Bildung der Schaumschicht des Verbundmaterials,
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5A eine
vergrößerte Ansicht
der Abmess-, Misch- und Verteilungskammer ist, die im Gerät gemäß 5 gezeigt
ist,
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6 eine
weitere graphische Darstellung eines anderen Abschnitts des Geräts zur Bildung
der Schaumschicht des Verbundmaterials ist und
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7 eine
weitere graphische Darstellung eines anderen Abschnitts des Geräts ist,
welche zeigt, wie das Verbundmaterial gebildet wird, und die einen
Schritt zur Nadelstanzung, Wärmeformung
und zum Schneiden von Einlegesohlen für Schuhe aus dem gebildeten
Verbundmaterial einschließt.
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Bevorzugte
Art und Weise zur Ausführung
der Erfindung
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigen somit die 1, 2, 2A und 2B eine zweischichtige
Form des allgemein mit 10 bezeichneten Verbundmaterials
in Form einer Einlegesohle für
einen Schuh mit einer Deckschicht 11 und einer in Bezug
auf die Deckschicht 11 hydrophilen Schaumschicht 12, die
in funktionsfähiger
Weise mit der Deckschicht 11 kombiniert oder verbunden
oder verklebt oder anders in einer beliebigen geeigneten Art und
Weise durch Nadelstanzung laminiert ist, so dass das Verbundmaterial derart
wirkt, dass es Feuchtigkeit oder Körperflüssigkeiten aus und durch die
Deckschicht 11 in die Schaumschicht 12 abführt oder überführt, die
als Reservoir zur Absorption, Gelierung oder Speicherung und Abführung derartiger
Feuchtigkeit oder Körperflüssigkeiten,
die durch Verdampfung aus dem oder durch Waschen des Verbundmaterials)
wirkt. Nachdem die Feuchtigkeit oder Körperflüssigkeit entfernt wurde, kann
das Verbundmaterial von Zeit zu Zeit wiederverwendet werden. Ein
Fachmann erkennt jedoch, dass das erfindungsgemäß ausgebildete Verbundmaterial
auch aus Materialien hergestellt werden kann, so dass das Verbundmaterial zum
Einmalgebrauch vorgesehen ist, anstatt dass es wieder verwendbar
ist.
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Die
Schaumschicht 12 kann zunächst durch Polymerisierung
eines wässerigen
Gemischs, das als Hauptkomponente ein oder mehrere Sorptionsmittel
mit oder ohne verschiedene Additive aufweist, mit einer vorbestimmten
Menge eines hydrophilen Urethanpräpolymerbindemittels, so dass
die Polymerisation des Polyurethanschaums einen Matrixbinder für die ein
oder mehreren Sorptionsmittel bildet, erzeugt werden. Während die
Sorptionsmittel als Hauptkomponente bezeichnet worden sind, erkennt
ein Fachmann, dass das wässerige
Gemisch aus verschiedenen Kombinationen anderer Komponenten, einschließlich absorptiven
Füllstoffen,
faserigen Materialien, einschließlich Faservliesmaterialien,
oberflächenaktiven
Mitteln, wärmeformbaren Acryllatexemulsionen,
geruchsabsorbierenden Mittel und Bakterizide, bestehen kann, ohne
vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Tatsächlich enthält die Schaumschicht
gemäß unabhängigem Anspruch
20 auch ein Bakterizid/Additiv. Weitere und zusätzliche Komponenten können Citronensäure, Gummipartikel
und Partikel, die den thermischen Phasenübergang verändern, in Abhängigkeit
von bestimmten Vorteilen und wünschenswerten
Eigenschaften oder Funktionen, die durch das Verbundmaterial erreicht
werden sollen, einschließen.
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Die
Eigenschaften der Sorptionsmittelkomponente können derart gewählt werden,
dass das Volumen, die Absorptionsrate und die Rückhaltung oder Gelierung der
absorbierten Feuchtigkeit unter verschiedenen Umgebungsbedingungen
der Temperatur und des Drucks für
ein gegebenes, sich bildendes Verbundmaterial optimiert werden kann.
Bevorzugte Sorptionsmittel, die zur Verwendung in dem wässerigen
Gemisch vorgesehen sind, sind hauptsächlich superabsorbierende Polymere,
die im Handel als SAB 800 von STOCKHAUSEN, Greensboro, North Carolina
27406, als SANWET IM 1000 von Hoechst Celanese Corporation, Porthsmouth Virginia
23703, als ARIDAL 1460 von Chendal Corporation, Palatine, Illinois
60067 und als ARASORB 800F von Arakawa Chemical Industries, Limited,
Osaka 541, Japan, erhältlich
sind.
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Diese
Natriumpolyacrylat/Polyalkoholpolymer- und -copolymersorptionsmittel
werden als frei fließende,
diskrete Feststoffpartikel, in Pulver- oder granulärer Form
hergestellt und vermarktet, und sie sind durch die Tatsache gekennzeichnet,
dass sie dazu neigen, erhöhte
Mengen von wässerigem
Fluid zu absorbieren. Dies würde
normalerweise zu der vollständigen
Lösung
des Polymers in dem wässerigen
Gemisch führen.
Jedoch erfolgt aufgrund der chemischen Eigenschaften der Polymere
und Copolymere die Bildung eines Gels, was die Lösung des Polymers oder Copolymers
ausschließt.
Andere Sorptionsmittel, einschließlich Polyethylenoxid, Natriumcarboxymethylcellulose
und ähnliche
Polymere, Trockenmittel wie Kieselgel, Tone wie Bentonit und Ähnliche
können
ebenfalls verwendet werden.
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Wenn
daher ein wässeriges
Gemisch abgemessen und mit einem hydrophilen Urethanpräpolymer, wie
nachstehend genauer beschrieben, gemischt wird, reagiert das Urethanpräpolymer
mit dem Wasser in dem wässerigen
Gemisch zur Bildung eines hydrophilen Polyurethanschaums, und es
reagiert gleichzeitig, wie in den 2A und 2B gezeigt,
wenn ein Natriumpolyacrylatsorptionsmittel 20 vorhanden
ist, das Urethanpolymer mit dem Sorptionsmittel zur Bildung eines
hydrophilen acrylischen Urethaninterpolymers 21.
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Die
Kombination des Sorptionsmittels mit dem so gebildeten hydrophilen
Schaum dient in Verbundmaterialien aus entweder zwei größeren oder
mehreren Schichten der Absorption, Adsorption und Gelierung der durch
die Deckschicht angezogenen Feuchtigkeit und der Speicherung und
Einlagerung dieser, so dass die obere Deckschicht des Schichtverbundmaterials
nicht wieder feucht wird. Die Sorptionsmittel machen daher der Schaumschicht
der Verbundmaterialien hydrophil.
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Die
Additive, welche mit den Sorptionsmitteln in dem wässerigen
Gemisch kombiniert werden können, sind
ebenfalls im Handel erhältlich.
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Wärmeformbare
Acryllatexemulsionen sind von Union Carbide Corporation, New York,
New York, Rohm & Haas,
B. F. Goodrich und anderen erhältlich.
Eine bevorzugte Form einer Acrylemulsion ist von Union Carbide unter
der Marke „UCAR
154" erhältlich.
Wie einem Fachmann bekannt, sind Latexemulsionen durch oberflächenaktive
Mittel stabilisierte Polymeremulsionen, die üblicherweise als Bindemittel
für Vliesmaterialien verwendet
werden. Die wärmeformbaren
Latexe bilden thermoplastische Polymerfilme, die formbar sind, wenn der
Film über
die Glasübergangstemperatur
des Polymers erhitzt wird.
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So
dient die Verwendung von Acryllatexemulsionen in der Schaumschicht
der vorliegenden Erfindung als eine Alternative zu dreischichtigen
Verbundmaterialien der vorliegenden Erfindung, bei denen die dritte Schicht
ein wärmeformbares
Vliesmaterial ist, das mit der Seite der Schaumschicht, die der
Deckschicht gegenüberliegt,
verbunden ist. Die wärmeformbaren
Acryllatexemulsionen werden in die Schaumschicht durch Einschluss
der Emulsion als Teil des mit dem hydrophilen Urethanpräpolymer
umgesetzten wässerigen
Gemischs eingebaut. Der Wassergehalt der Emulsion reagiert mit dem
hydrophilen Urethanpräpolymer
zur Bildung des Polyurethanschaums, wenn das wässerige Gemisch und das Urethanpräpolymer
zusammen umgesetzt werden. Somit soll der Wassergehalt der Emulsion
als Teil des Wassergehalts des wässerigen
Gemischs bei der Berechnung des Verhältnisses des mit dem Urethanpräpolymer
umzusetzenden wässerigen
Gemischs in Betracht gezogen werden. Ein Fachmann versteht, dass
die von der wärmeformbaren
Acryllatexemulsion beigetragene Acrylatkomponente von der durch
das Natriumpolyacrylsorptionsmittel, wenn dieses vorhanden ist,
beigetragene Acrylatkomponente diskret und davon getrennt ist.
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Wenn
die Schaumpolymerisation vollständig
ist, wird das Restwasser durch Trocknen des Schaums bei einer Temperatur
von etwa 93,3°C
(200°F)
ausgetrieben. Nach dem Verbinden der Schaumschicht mit der Deckschicht
erlaubt das wärmeformbare
Acryllatex, wenn es wie in Anspruch 1 vorliegt, die Bildung oder
Formung des Verbundmaterials durch Erhitzen des Verbundmaterials
in eine Form oder in einer anderen Weise bei einer Temperatur oberhalb
der Glasübergangstemperatur
des Acryllatex, typischerweise bei einer Temperatur von etwa 132,2°C (270°F), wonach
das Verbundmaterial gekühlt
und aus der Form oder aus der anderen Vorrichtung entfernt wird.
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In
den erfindungsgemäßen Kombinationen
geeignete oberflächenaktive
Mittel werden aus nicht-ionischen Polyethylen- und Polypropylenoxiden
wie dem von BASF unter der Marke „PLURONIC" erhältlichen oberflächenaktiven
Mittel hergestellt.
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Andere
Absorptionsmaterialien sind einem Fachmann bekannt und schließen Aktivkohle,
grünen
Tee, „ABSENT" (UOP), Zinkoxid
und ähnliche
Materialien ein.
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Bakterizide
sind im Handel von sehr vielen Herstellern zur Bekämpfung des
Wachstums von Bakterien und anderen Keimen erhältlich. Ein bevorzugtes Material
ist von Lauricidin Co., Galena, Illinois 61036, unter der Marke „LAURICIDIN" erhältlich.
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Phasenänderungsmittel
bzw. materialien sind zur Absorption von ungefähr 2,32 × 103 J/kg
(100 BTU/lb) befähigt.
Diese Materialien sind im Stand der Technik in den U.S.-Patenten
Nr. 4,756,958 und 5,254,380 beschrieben.
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Es
können
andere Komponenten, wie Citronensäure als Puffer zur Verminderung
des pH der Wasserkomponente zur Erhöhung des Gehalts des Sorptionsmittels
und der Fließeigenschaften
des wässerigen
Gemischs zur Erleichterung des Pumpens des wässerigen Gemischs, dem wässerigen
Gemisch beigefügt
werden. Des Weiteren erhöhen
gemahlene Gummipartikel aus Reifen, die von Composite Particles,
Allentown, Pennsylvania, erhältlich
sind, die Elastizität
und den thermischen Schutz des Verbundmaterials. Diese werden anhand
der Beispiele des wässerigen
Gemischs, die nachstehend genauer angegeben sind, veranschaulicht.
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Die
hydrophile Urethanpräpolymerkomponente
ist ebenfalls im Handel erhältlich.
Ein Fachmann kennt geeignete Präpolymere,
und sie sind im Stand der Technik in den U.S.-Patenten Nr. 4,137,200,
4,209,605, 3,805,532, 2,993,013 beschrieben, und allgemeine Verfahren
zur Herstellung und Bildung derartiger Präpolymere sind in Polyurethane's, Chemistry and
Technology von J. H. Saunders und K. C. Frisch, veröffentlicht
von John Wiley & Sons,
New York, New York, im Bd. XVI Teil 2, High Polymer Reihe, „Foam Systems", Seiten 7–26, und „Procedures
for the Preparation of Polymers",
Seiten 26 ff., zu finden.
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Eine
bevorzugte Form eines derartigen Präpolymers, das zur Verwendung
in der vorliegenden Erfindung aufgrund seiner starken hydrophilen
Eigenschaften und seines günstigen
Preises geeignet ist, ist von Matrix R & D, Dover, New Hampshire, als TDUPEG-Urethanpräpolymer
unter der Marke „BIPOL" erhältlich. Diese
Produkte sind Polyetherurethanpolymere aus Toluoldiisocyanat-terminiertem
Polyethylenglycol mit weniger als sechs Prozent (6%) verfügbaren nicht-umgesetzten
NCO-Gruppen und einer Komponentenfunktionalität von zwei (2) oder weniger.
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Ein
weiteres Urethanpräpolymer
ist von W. R. Grace Company, New York, New York, erhältlich,
das unter der Marke „HYPOL
3000" vermarktet
wird. Dieses „HYPOL"-Urethanpräpolymer ist ein Polyisocyanat-verkapptes
Polyoxylenpolyolpräpolymer
mit einer Komponentenfunktionalität von größer als zwei (2). Dieses Präpolymer
ist jedoch mit einem Triol formuliert, welches seine hydrophilen
Eigenschaften vermindert. Daher ist dieses „HYPOL"-Urethanpräpolymer zur Bildung der Basisschicht
des Verbundmaterials weniger geeignet.
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Wenn
das hydrophile Urethanpräpolymer
in genauen Mengen zu dem wässerigen
Gemisch zugegeben wird, wurde festgestellt, dass es, zusätzlich zur
Steuerung der Absorptionseigenschaften des Verbundendmaterials,
das Verbundmaterial verstärkt,
so dass es in dreidimensionale Formen wie Einlegesohlen für Schuhe
kalibriert und wärmegeformt
werden kann, wie in der 1 der Zeichnungen gezeigt.
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So
wird bei der Herstellung der Schaumschicht ein gegebenes wässeriges
Gemisch in Verhältnissen von
2 bis 10 Gewichtsteilen des wässerigen
Gemischs mit 1 Gewichtsteil des hydrophilen Urethanpräpolymers vermischt.
Die Steuerung der genauen Mengen in dem relativen Verhältnis des
wässerigen
Gemischs zum hydrophilen Acrylurethanpräpolymer innerhalb dieser Grenzen
verschlechtert nicht die Fähigkeiten
des super-absorbierenden Polymers zur Absorption und Gelierung von
Feuchtigkeit und Körperflüssigkeiten,
mit denen das Verbundmaterial in Kontakt kommt.
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Eine
andere Form des Verbundmaterials 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in den 3 und 4 gezeigt,
das eine Deckschicht. 11, eine Schaumschicht 12,
die in Bezug auf die Deckschicht 11 hydrophil ist, und
eine untere oder dritte Schicht 13 in Form eines Faservliesgewebe-
oder gefalteten Faservliesgewebematerials aufweist. In dieser Form
des Ver bundmaterials, das in den 3, 4, 4A, 4B und 4C dargestellt
ist, sind die ausgewählten
Faservliese aus denjenigen ausgewählt, die Steifigkeit verleihende
oder Wärmeformeigenschaften
aufweisen.
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Vliesgewebe
aus Fasermaterialien für
diesen Zweck sind im Handel als Polyesterfaservliese, beschichtet
mit Acrylharz, von Union Wadding, Pawtucket, Rhode Island, Carr
Lee, Rockleigh, New Jersey, Stearns Kem Wove, Charlotte, North Carolina,
und Loren Products, Lawrence, Massachusetts, erhältlich. Derartige Polyestervliesgewebe
aus Fasermaterialien werden in der vorliegenden Erfindung aufgrund
ihrer Haltbarkeit, Adhäsion
zu den Komponenten des jeweiligen wässerigen Gemischs, aufgrund
ihrer Wirkung zur Verminderung der Schrumpfung während sekundärer Trocknungsschritte
bei der Bildung der Schaumschicht 12 für das hergestellte Verbundmaterial,
wie nachstehend beschrieben, und der Erhöhung der Zugfestigkeit, die
sie dünnen
Folien bzw. Filmen des Verbundmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung
verleihen, wie denjenigen, die in Kleidungen und anderen Produkten
verwendet werden, verwendet. Union Wadding liefert derartige bevorzugte
Faservliesgewebe mit 0,0465 kg bis 0,0930 kg pro Meter (6,35 mm
bis 12,7 mm Dicke) (11/2 bis 3 Unzen pro Yard (1/4'' bis 1/2'' Dicke).
Diese sind Acrylspray-gebundene, wärmeformbare Polyesterfasermaterialien
mit 3 und 6 Denier. Diese Produkte werden zur Erhöhung der
Wärmeformbarkeit
des Mehrschichtverbundmaterials formuliert.
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In ähnlicher
Weise sind gefaltete Faservliesgewebematerialien auch im Handel
von Non Wovens Inc., North Chelmsford, Massachusetts, erhältlich,
die ihre Produkte mit 0,27 kg pro Quadratmeter (8 oz. pro Quadratyard),
0,080 Dicke, 65% niedrig schmelzenden Polyester und 35% hoch schmelzendem
Polyester liefern. Diese gefalteten Faservliesgewebematerialien
verleihen der Schaumschicht 12 des erfindungsgemäßen Verbundmaterials 10 die
gleichen verbesserten Eigenschaften, wie es vorstehend beschrieben
worden ist.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass Vliesmaterialien auch als Komponente
der Polyurethanschaumschicht eingeführt werden können, anstatt
sie mit der Schaumschicht als diskrete dritte Schicht zu verbinden. Die
Zugabe des Vliesmaterials in der Schaumschicht verleiht der Schaumschicht
Festigkeit, minimiert die Schrumpfung beim Trocknen und dient als
ein Docht zur Feuchtigkeitsübertragung
in die Schaumschicht. Derartige Schaumschichten werden durch Ablagerung
des polymerisierenden Schaums auf ein Faservliesgewebe und Komprimierung
des schaumbeschichteten Gewebes auf 10% ihrer Dicke, wodurch die
Fasern des Gewe bes mit dem polymerisierten Schaum, der interstitielle
Hohlräume
enthält,
beschichtet werden, hergestellt.
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Verfahren
zur Herstellung des Verbundmaterials
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Die
Herstellung dieser unterschiedlichen Verbundmaterialtypen gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Allgemeinen mit im Stand der Technik bekannten
Vorrichtungen durchgeführt,
und dies wird durch die graphischen Darstellungen, die in den 5, 5A, 6 und 7 der
Zeichnungen gezeigt sind, veranschaulicht.
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So
wird in den graphischen Darstellungen der 5 und 5A der
erste Abschnitt der Vorrichtung oder des Apparates, allgemein mit 30 bezeichnet,
gezeigt, die/der eine Abmess-, Misch- und Ausgabeeinheit, allgemein
mit 31 bezeichnet, aufweist, die zur transversalen Bewegung,
wie durch den Richtungpfeil A-A gezeigt, entlang der längs laufenden
Bewegung eines Endlosforderbands oder -trägers 32 ausgelegt
ist, um vermengte und gemischte Kombinationen der wässerigen
Gemische und hydrophilen Urethanpräpolymere wie bei 32a auf
einem ablösbaren
Papier 32b, das auf dem Förderband 32 angeordnet
ist, zu verteilen, wo dann die weitere Polymerisation erfolgt.
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Die
Abmess-, Misch- und Ausgabe- bzw. Verteileinheit 31 umfasst
ein Gehäuse 33,
das zur Hin- und Herbewegung entlang eines Trägerarms 36 an diesem
angebracht ist, und eine Vermengungs- und Mischkammer 35 definiert.
Es ist ein erster Mischbehälter 36 für das hydrophile
Urethanpräpolymer
vorgesehen. Es ist ein zweiter Mischbehälter 37 zur Herstellung
und Aufbewahrung jeder beliebigen Kombination der wässerigen Gemische
vorgesehen, von denen Beispiele nachstehend beschrieben sind.
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Der
erste Mischbehälter 36 ist
derart mit einer ersten Leitung 38 mit dem Gehäuse 33 verbunden,
das er mit der Vermengungs- und Mischkammer 35, die durch
das Gehäuse 33 gebildet
wird, in Verbindung steht. Eine erste Pumpe 39 in der ersten
Leitung 38 pumpt abgemessene Mengen eines Fluidgemischs
des hydrophilen Urethanpräpolymers
aus dem ersten Mischgefäß 36 zur
Vermengungs- und Mischkammer 35 im Gehäuse 33. In ähnlicher
Weise ist das zweite Mischgefäß 37 derart
durch eine zweite Leitung 40 mit dem Gehäuse 33 verbunden,
das eine zweite Pumpe 41 in der zweiten Leitung 40 abgemessene
Mengen der gegebenen Kombination des wässerigen Gemischs zur Vermengungs-
und Mischkammer 35 im Gehäuse 33 pumpen kann.
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Die
erste Pumpe 39 und die zweite Pumpe 41 sind Dosierungspumpen,
so dass jeweilige Gewichtsvolumina des gegebenen wässerigen
Gemischs und des hydrophilen Urethanpräpolymers in den gewünschten
Verhältnissen
an die Vermengungs- und Mischkammer 35 abgegeben werden.
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Der
Abgabeabschnitt 42 der ersten Leitung 38 ist zur
Abgabe des hydrophilen Urethanpolymers in den zentralen Teil der
Vermengungs- und Mischkammer 35 ausgelegt, während der
Abgabeabschnitt 43 der zweiten Leitung 40 derart
verbunden ist, dass die gegebene Kombination des wässerigen
Gemischs tangential um den zentral angeordneten Abgabeabschnitt 42 der
ersten Leitung 38 abgegeben wird, um die jeweiligen Komponenten
der hydrophilen Schaumschicht 12 des hergestellten Verbundmaterials
durch eine beliebige geeignete Mischvorrichtung oder einen beliebigen
geeigneten Mischrotor wie bei 44 in der Vermengungs- und Mischkammer 35,
die durch das Gehäuse 33 gebildet
wird, innig vermischt werden, was alles in den 5 und 5A der
Zeichnungen gezeigt ist.
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5A zeigt
weiter, dass das Gehäuse 33 einen
Ausgabekopf oder eine Ausgabedüse 45 an
dem Ende des Gehäuses 33 aufweist,
die der oberen Oberfläche
des Förderbandes
oder -trägers 32 benachbart ist,
und dadurch mit der Vermengungs- und Mischkammer 35 derart
in Verbindung steht, dass während
des Betriebs des Geräts
die Düse 45 die
vermengte und gemischte Kombination des gegebenen wässerigen
Gemischs und des hydrophilen Urethanpräpolymers, was allgemein mit 32a bezeichnet
wird, auf die sich bewegende Oberfläche des unteren ablösbaren Papiers 32b,
die auf dem Förderband
auf dem Träger 32 angeordnet
ist, abgegeben wird, was alles in den 5, 5A, 6 und 7 der
Zeichnungen gezeigt ist.
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6 zeigt
einen weiteren Abschnitt des Förderbandsystems 30 mit
einer Rolle 50 eines unteren ablösbaren Papiers 32b aus
Silikon oder Ähnlichem,
das zunächst
von der Rolle 50 zu einer Position auf der oberen Oberfläche des
Förderbandes 32 an
dem Punkt geführt
wird, wo der Ausgabekopf oder die Ausgabedüse 45, wie oben beschrieben,
das gegebene kombinierte Gemisch 32a ausstößt. Dieses
polymerisierende, kombinierte Gemisch 32a wird somit aufgrund
der transversalen Bewegung des Misch-, Vermengungs- und Ausgabekopfes 33 in
einer sinusoidalen Bahn auf das untere ablösbare Papier 32b gegossen.
Das Gemisch 32a und das untere ablösbare Papier 32b bewegen
sich und schreiten mit dem Förderband 32 zu
einem Punkt fort, wo eine Rolle 52 eines ähnlichen
Silikon- oder oberen ablösbare
Papiers 32c das vereinigte polymerisierende Gemisch 32a bedeckt,
während
es unter einer vorläufig
einstellbaren Größenbestimmungswalze 54 durchläuft, um
das vereinigte polymerisierende Gemisch 32a auf eine Anfangsdicke
zu bringen.
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Während der
weiteren fortschreitenden Bewegung des Transportbandes 32 wird
das vereinigte polymerisierende Gemisch 32a, das zwischen
dem unteren ablösbare
Papier 32b und dem oberen ablösbaren Papier 32c vorliegt,
in einen allgemein mit 55 bezeichneten Komprimierungsmechanismus
geführt,
wo eine weitere Kalibrierung des vereinigten polymerisierenden Gemischs 32a auf
die erwünschte
Dicke in Abhängigkeit von
der Endverwendung des Verbundmaterials erfolgt, das zu Komponenten
geformt werden soll, die aus dem Verbundmaterial ausgestanzt oder
ausgeschnitten werden sollen.
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Wenn
das vereinigte polymerisierende Gemisch aus der Komprimierungsvorrichtung
verlässt,
ist es für
alle Zwecke selbsttragend, und das obere ablösbare Papier 32c wird
durch die erste Abziehwalze 56 abgezogen, während die
allgemein nunmehr selbsttragende Schaumschicht 36a auf
dem unteren ablösbare
Papier 32b weiter mit der fortschreitenden Bewegung des
Förderbands 32 weiterbewegt
wird, bis das Ende des Trägerbands 32 erreicht
wird, wo das untere ablösbare
Papier 32b dann auch durch eine zweite Abziehwalze 57 abgezogen
wird, was alles in der 6 der Zeichnung gezeigt ist.
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So
wird, wie in den 5, 5A und 6 gezeigt
und wie vorstehend beschrieben, das polymerisierende, vereinigte
Gemisch 32a aus der Austrittsdüse 45 direkt auf die
Oberfläche
des unteren Ablösepapiers 32b ausgetrieben,
um die Blattmaterialform der Schaumschicht 12 für das Verbundmaterial 10 bereitzustellen.
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Geräte von diesem
Typ sowie die Steuerungen zum Betrieb des Förderbands und der Abgabe des
vereinigten Gemischs durch den Austrittskopf oder die Austrittsdüse sind
einem Fachmann allgemein bekannt und wurden daher nicht genauer
beschrieben.
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Nachdem
die vermengte Kombination des wässerigen
Gemischs und des hydrophilen Urethanpräpolymers 46 wie vorstehend
beschrieben auf dem Förderband 32 verteilt
worden ist, während
das Band sich vorbei bewegt, wird dieses polymerisierende Gemisch
dann weiter behandelt, um eine Schicht 12 des erfindungsgemäßen Verbundmaterials
bereitzustellen.
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Die
jeweiligen Kombinationen des gegebenen wässerigen Gemischs und der vorbestimmten
Menge des hydrophilen Urethanpräpolymers
können
verschiedene Formen annehmen und werden durch das Förderband 32 transportiert,
bis das gegebene polymerisierende vereinigte Gemisch geformt, kalibriert
und zu einer selbsttragenden Schaumschicht 12 geworden
ist und zur Vereinigung oder Verbindung mit der Deckschicht 11 zur
Bildung des Verbundmaterials 10 bereit ist.
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Um
die Herstellung des zweischichtigen Verbundmaterials zu vervollständigen,
zeigt 7 einen weiteren Abschnitt des Geräts, in welchem
das die Schaumschicht 36a bildende allgemein selbsttragende
vereinigte Gemisch nunmehr in eine und durch eine beliebige geeignete
Form einer Trocknungseinheit, allgemein mit 60 bezeichnet,
um im Wesentlichen sämtliche
verbleibende Feuchtigkeit zu entfernen, durchgeleitet wird, um dann
die Schaumschicht 12 zur Vereinigung und Verbindung mit
der Deckschicht 11 zur Bildung des Verbundmaterials 10 bereitzustellen.
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Trocknungseinheiten
wie die Trocknungseinheit 60, die in 7 gezeigt
ist, sind bekannte Vorrichtungen und schließen allgemein einen Trocknungsraum 61,
in den das die hydrophile Schaumschicht 36a bildende selbsttragende,
vereinigte Gemisch über
die Eintrittsöffnung 62 eintritt,
wo es über
Leitwalzen wie bei 63, 64 und Beschichtungsantriebswalzen
wie bei 65a und 65b geleitet wird, so dass erhitzte
Luft bei einer Temperatur von unterhalb 126,7°C (260°F) aus der Heizungseinrichtung 66 durch
die Gebläseeinrichtung 67 durch den
Trocknungsraum 61 geblasen werden kann, um sie über die
sich bewegende, allgemein selbsttragende hydrophile Schaumschicht 36 zu
leiten, um im Wesentlichen die gesamte Restfeuchte aus der hydrophilen Schaumschicht 12 zu
entfernen. Die Schaumschicht 12 wird dann durch die Antriebswalzen 65a und 65b durch eine
Austrittsöffnung 68 zu
den Sekundär-
oder Endbearbeitungsstufen zur Bildung des zweischichtigen Verbundmaterials 10 fortbewegt.
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Wie
in 7 gezeigt, werden, während die hydrophile Schaumschicht 12 nun
weiter fortbewegt wird, zufällig
orientierte Acrylfasern 69 mit 3 Denier, die ungefähr drei
(3) Inch lang sind, von einer Walze 70 ausgegeben und auf
die obere Oberfläche
der sich bewegenden hydrophilen Schaumschicht 12 mit etwa
drei (3) Unzen Fasern pro Quadratfuß aufgelegt, um eine Deckschicht 11 auf
der oberen Oberfläche
der hydrophilen Schaumschicht 12 anzuordnen. Das Verbundmaterial
kann nunmehr durch Verbinden dieser Deckschicht 11 mit
der hydrophilen Schaumschicht 12 durch beliebige geeignete
Mittel wie durch Durchleiten der Deckschicht 11 und der
hydrophilen Schaumschicht 12 durch eine Nadelstanzungseinheit,
allgemein mit 71 bezeichnet, wo sie mechanisch miteinander
verbunden werden, gebildet werden.
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Nadelstanzungsmaschinen
sind im Fachgebiet bekannt. In der schematisch dargestellten Nadelstanzungseinheit 71 werden
die Deckschicht 11 und die hydrophile Schaumschicht 12 durch
die Maschine bei etwa zehn (10) Linealen Fuß pro Minute hindurchbewegt,
während
die Nadeln, nicht gezeigt, bei etwa 600 Stößen pro Minute betrieben werden,
um 850 Einstiche pro Quadratinch durch die Deckschicht 11 und
die hydrophile Schaumschicht 12 bereitzustellen, um die
zufällig
orientierten Polyesterfasern der Deckschicht 11 mit der
hydrophilen Schaumschicht 12 zur Bildung des zweischichtigen
Verbundmaterials 10 mechanisch zu verbinden.
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In
der in der 2 gezeigten Querschnittsansicht
des Verbundmaterials zeigt das Ergebnis der Verbindung der Deckschicht 11 mit
der Schaumschicht 12 durch Nadelstanzung, wie die zufällig orientierten
Polyesterfasern 69 in der Nadelstanzungsmaschine 71 gewaltsam
aufgespießt
worden sind, so dass sie durch die Oberfläche der Deckschicht 11 in
und durch die hydrophile Schaumschicht 12 hindurchtreten,
um einige der Fasern dazu zu zwingen, dass sie aus der unteren Oberfläche der
Schaumschicht 12 herausragen. Wenn eine Nadelstanzung zur
Verbindung der Deckschicht 11 mit der Schaumschicht 12 zur
Herstellung des Verbundmaterials 10 verwendet wird, wird
die Schicht zufällig
orientierter Polyesterfasern, welche die Deckschicht 11 ausbilden,
auf eine allgemein nicht messbare Dicke reduziert, fühlt sich
die oberste oder obere Oberfläche des
hergestellten Verbundmaterials wie ein Gewebe an, und diese Polyesterfasern
wirken als ein Docht zur Verteilung und Überführung von Feuchtigkeit oder
Körperflüssigkeiten
aus der Deckschicht 11 in der/die hydrophilen/hydrophile
Schaumschicht 12, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung
zu erreichen. Zusätzlich stellen
die Polyesterfasern eine Ober- oder Deckschicht 11 für das gebildete
Verbundmaterial 10 bereit, das dem Abrieb widersteht. Des
Weiteren stellt die Nadelstanzung Kanäle durch die Deckschicht 11 und
die Schaumschicht 12 bereit, durch welche Feuchtigkeit
oder Körperflüssigkeiten
wandern können,
wodurch die Verteilung und die Überführung dieser
Flüssigkeiten
aus der Deckschicht 11 in die Schaumschicht 12 verstärkt wird.
Aus diesem Grunde ist die Nadel stanzung ein bevorzugtes Mittel zum
Verbinden der Deckschicht 11 mit der Schaumschicht 12.
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Dreischichtige
Verbundmaterialien gemäß der vorliegenden
Erfindung können
hergestellt werden, wenn stärker
selbsttragende Formen des Verbundmaterials erforderlich sind, oder
wenn genaue Formen des Verbundmaterials zur Wärmeformung dreidimensionaler
Formen benötigt
werden. Dies kann durch Auftragen des polymerisierenden, vereinigten
Gemischs 32a direkt auf eine Form von Vlies- oder gefalteten
Vliesfasern, wie in 6 der Zeichnungen gezeigt, erreicht
werden. So trägt,
Bezug nehmend auf die 6, eine gestrichelt dargestellte
Walze 58 ein Gewebe aus Vliesfasern oder gefalteten Vliesfasern 59 zur
Bereitstellung dieser Form der Basis oder für die Schaumschicht 12.
Diese Vliesfasern oder gefalteten Vliesfasern werden abgegeben und
auf das fortschreitende Förderband 32 aufgebracht,
das die Vliesfasern oder gefalteten Vliesfasern 59 zwischen
der oberen Oberfläche
des unteren ablösbaren
Papiers 32b und des polymerisierenden vereinigten Gemischs 32a,
das aus der Ausgabedüse 45 austritt,
angeordnet werden.
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Ein
Fachmann erkennt leicht, dass das polymerisierende vereinigte Gemisch 32a,
wenn es auf Vlies oder gefaltete Faservliesgewebe gegossen wird,
nun die gleichen Kalibrierungsschritte und das Ablösen des oberen
und des unteren ablösbaren
Papiers durchläuft,
wie es zunächst
für die
Herstellung der Materialbahnen der hydrophilen Schaumschicht 12 beschrieben
wurde.
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Die
Stärke
oder der Grad der Kalibrierung und Komprimierung, welche das polymerisierende
vereinigte Gemisch 32a durchläuft, bestimmt die Hohlräume oder
interstitiellen Räume
zwischen den Fasern im verwendeten Faservlies- oder gefalteten Faservliesmaterial.
Im Allgemeinen gilt, wie in den 4A, 4B und 4C gezeigt,
dass, je kleiner der Komprimierungsgrad ist, desto größer das
Volumen des polymerisierten vereinigten Gemischs 32a in
den Hohlräumen 23 oder
der interstitiellen Räume
zwischen den Fasern 22 des jeweiligen verwendeten Faservliesgewebe-
oder gefalteten Faservliesgewebematerials ist. Umgekehrt gilt, dass,
je größer der
Komprimierungsgrad ist, desto geringer das Volumen des polymerisierten
vereinigten Materials 32a ist, so dass die Fasern 22 des
verwendeten Faservliesgewebe- oder gefalteten Faservliesgewebematerials
dann nur auf ihren äußeren Oberflächen beschichtet
sind, und dass desto größer das
Ausmaß der Hohlräume oder
interstitiellen Räume
zwischen den Fasern ist, wie durch die vergrößerten, fragmentarischen 4A, 4B und 4C der
Zeichnungen gezeigt wird.
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Während vorstehend
die Nadelstanzungsverbindungstechnik veranschaulicht und beschrieben
wurde, erkennt ein Fachmann, dass die Deckschicht 11 mit
der hydrophilen Schaumschicht 12 zur Bildung des Verbundmaterials 10 auch
auf andere Art und Weise verbunden werden kann. So ist es möglich, zufällig orientierte
Polyesterfasern 68 durch ein als „Sockenfutter" bekanntes Material
zu ersetzen, das durch Haftverbindung stufenweise auf der sich bewegenden
oberen Oberfläche
der Schaumschicht 12 zur Bildung des Verbundmaterials 10 angeordnet
werden kann. Ein Urethanklebstoff für diesen Zweck wird von Mace
Adhesives, Dudley, Massachusetts, hergestellt und vertrieben, und
dieses ist im Handel erhältlich.
Dieser und andere Klebstoffe, die für diesen Zweck verwendet werden,
dürfen
den Transfer von Feuchtigkeit oder Körperflüssigkeiten aus der Deckschicht 11 in
die Schaumschicht 12 des gebildeten Verbundmaterials 10 nicht
blockieren. Die 4 zeigt einen Querschnitt durch
ein Verbundmaterial, das ein gewebtes „Sockenfutter"-Material 25 und einen
Urethanklebstoff 26 verwendet.
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Ein
weiteres Verfahren zur Verbindung der Deckschicht 11 mit
der Schaumschicht 12 zur Bildung des Verbundmaterials 10 erfolgt
durch Vorschieben der Schaumschicht 12 mit der Schicht
des „Sockenfutters" auf der oberen Oberfläche der
Schaumschicht 12 in eine Radiofrequenz-Wärmeenergievorrichtung.
In einer derartigen Radiofrequenz-Wärmeenergievorrichtung
wird die Deckschicht 11 mit der Schaumschicht 12 zur
Bildung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials
verbunden. Andere Verfahren zur Verbindung der Deckschicht 11 mit
der Schaumschicht 12 zur Bildung des Verbundmaterials 10 erfolgen
durch übliche
Flammkaschierungstechniken oder durch direktes Aufpolymerisieren
der Schaumschicht 12 auf die Deckschicht 11, wiederum
durch übliche
Mittel.
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Es
wurde festgestellt, dass das Binden der Deckschicht 11 und
der Schaumschicht 12 zur Bildung des Verbundmaterials 10 in
Verbindung mit der Formung oder mit dem Ausschneiden des Verbundmaterials
in dreidimensionale Formen verwendet werden kann, um Produkte wie
Einlegesohlen und Inkontinenzeinlagen bereitzustellen.
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Dies
ist in der 7 gezeigt, in welcher eine Radiofrequenz-Wärmeenergievorrichtung
durch die gestrichelten Linien bei 72 und die Formpresse,
allgemein mit 73 bezeichnet, mit dem oberen Formwerkzeug 74a und
dem unteren Formwerkzeug 74b gezeigt ist. Die obere Formpresse 74a und
die untere Formpresse 74b sind derart geformt und ausgelegt,
dass sie als männliche
und weibliche Einheiten zum Ausschneiden des dreidimensionalen Produkts
aus dem gebildeten Verbundmaterial dienen. Wenn die Stanzen, wie
in 7 gezeigt, geöffnet
sind und das Verbundmaterial 10 in die Position auf der
weiblichen Stanze befördert
wird, wird die männliche
Stanze in die geschlossene Position bewegt, um das dreidimensionale
Produkt, wie die in den 1 und 3 gezeigte
Einlegesohle, aus dem vorgerückten
Verbundmaterial 10 zu bilden und auszuschneiden, so dass
es aus der Formpresse 73 herausfällt. Der Stoff oder der verbleibende
Anteil des vorrückenden
Verbundmaterials 10 kann in geeigneter Weise auf einer
Aufnahmewalze 75 aufgenommen werden.
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Die
Radiofrequenz-Wärmeenergievorrichtungen
und die Formpresse sind bekannte Vorrichtungen und werden daher
nicht weiter beschrieben. Ein Fachmann erkennt auch, dass die Formvorrichtung 72 mit
dem Verbundmaterial 10, das mit der Nadelstanzungsmaschine 71 hergestellt
wurde, verwendet werden kann, um die dreidimensionalen Produkte
wie Einlegesohlen und Inkontinenzeinlagen bereitzustellen. In ähnlicher
Weise kann die Nadelstanzungseinrichtung 71 aus dem Betrieb
genommen werden, um die Deckschicht 11 und die Basisschicht 12 haftend
zu verbinden oder durch die Radiofrequenz-Wämreenergievorrichtung 72 zu
verbinden.
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Wenn
eine wärmeformbare
Acryllatexemulsion zu dem gegebenen wässerigen Gemisch zugegeben und
dann in einem vorbestimmten Verhältnis
mit dem hydrophilen Urethanpräpolymer
gemischt und vermengt wird, formt sich das aus der hydrophilen Schaumschicht 12 hergestellte
Verbundmaterial 10 leicht in dreidimensionale Produkte
zur Herstellung feiner Details, dekorativer Abdrücke und Logos. Des Weiteren
eignen sich die dielektrischen Eigenschaften der jeweiligen Deckschicht 11 und
Schaumschicht 12 zur Herstellung des Verbundmaterials durch
kurze Zykluszeiten der Radiofrequenz-Wärmeenergieverbindung, die zur
Erhöhung der
Temperatur der Deckschicht 11 und der Schaumschicht 12 über die
thermoplastische Temperatur von 132,2°C (270°F) zum Abbinden und Verbinden
der Schichten zur Bildung des Verbundmaterials 10 dient.
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Beispiele
von wässerigen
Gemischen und vorbestimmten Verhältnissen
mit hydrophilen Urethanpräpolymeren
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In
den folgenden Beispielen wurden die Bestandteile zugegeben und zwischen
den Zugaben der jeweiligen Bestandteile gut gemischt, um die Vielfalt
wässeriger
Gemische zum Gemisch mit dem hydrophilen Urethanpräpolymer
bereitzustellen, um zunächst
die hydrophile Schaumschicht 12 herzustellen. Dann wird durch
Verbinden der hydrophilen Schaumschicht 12 mit der Deckschicht 11 das
erfindungsgemäße Verbundmaterial 10 gebildet,
was alles vorstehend beschrieben worden ist.
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Beispiel 1
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Eine
Form eines wässerigen
Gemischs enthielt die folgenden Bestandteile:
Bestandteile | Gewichtsprozent |
Wasser | 62,58 |
Oberflächenaktives
Mittel (BASF F88 PLURONIC) | 6,95 |
Citronensäure | 0,51 |
Acrylemulsion
(UCAR 154) | 26,06 |
Superabsorbierendes
Polymer (Stockhausen SAP 800HS) | 3,90 |
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Dieses
wässerige
Gemisch wurde dann abgemessen und mit einem hydrophilen Urethanpräpolymer wie „BIPOL" in einem Verhältnis von
2,95 bis 1,00, bezogen auf das Gewicht, gemischt, um eine Kombination bereitzustellen,
die polymerisiert, während
sie auf dem Förderband 33 in
die Kalibrierungs- und Komprimierungsstufen, wie vorstehend beschrieben,
bewegt wird, bevor sie mit der Deckschicht zur Bildung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials
verbunden wird.
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Die
Zugabe der Citronensäure
diente zur Verringerung es pH des Wassers, was eine Erhöhung der Konzentration
des superabsorbierenden Polymers erlaubte, ohne die Pumpeigenschaften
des wässerigen
Gemischs oder die Vereinigung zur Bildung der hydrophilen Schaumschicht 12 des
hergestellten Verbundmaterials 10 zu beeinflussen.
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Beispiel 2
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Eine
andere Form des wässerigen
Gemischs enthielt die folgenden Bestandteile:
Bestandteile | Gewichtsprozent |
Wasser | 79,53 |
Oberflächenaktives
Mittel (BASF F88 PLURONIC) | 0,81 |
Citronensäure | 0,62 |
Superabsorbierendes
Polymer (Stockhausen SAP 800HS) | 1,53 |
Bakterizid | 0,83 |
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Dieses
wässerige
Gemisch wurde abgemessen und mit dem hydrophilen Urethanpräpolymer „BIPOL" in einem Verhältnis von
5,20 bis 1,00, bezogen auf das Gewicht, auf eine Schicht bzw. Lage
eines Faservliesgewebematerials auf dem Förderband gemischt, wo die Kombination
des Polymerisationsgemischs und die Schicht des Faservliesgewebematerials
kalibriert und auf 25% der Dicke komprimiert wurden, was eine hydrophile
Schaumschicht mit Hohlräumen
zwischen dem Faserfüllstoff
bereitstellte.
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Die
Vliesfasern von Union Wadding und Carr Lee wurden ausgewählt, da
sie ein halb gehärtetes
Acrylbindemittel enthielten, was die Herstellung des Verbundmaterials
und die Wärmeformung
von Produkten aus dem derartigen Verbundmaterial erleichterte.
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Beispiel 3
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Die
Kombination aus dem wässerigen
Gemisch und dem hydrophilen Urethanpräpolymer von Beispiel 2 wurde
auch auf einer Schicht bzw. Lage eines gefalteten Faservliesgewebes
auf dem Förderband 33 aufgetragen.
Dann wurde die Kombination der Materialschichten kalibriert und
auf 10% der Dicke komprimiert. Dies stellte eine hydrophile Schaumschicht 12 bereit,
worin die Fasern mit interstitiellen Hohlräumen überzogen waren. Es wurde festgestellt,
dass das aus diesem Typ der hydrophilen Schaumschicht 12 gebildete
Verbundmaterial sich gut in Produkte wie erfindungsgemäße Einlegesohlen,
Inkontinenzeinlagen wärmeformen
ließ.
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Beispiel 4
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Dieses
wässerige
Gemisch wurde mit wärmeformbaren
Acryllatexemulsionsadditiven gebildet, da festgestellt wurde, dass
die Glasübergangstemperatur
und der pH der Acryllatexemulsion die Bereitstellung eines verbesserten
wässerigen
Gemischs unterstützte.
Die Bestandteile dieser Form des wässerigen Gemischs waren wie
folgt:
Bestandteile | Gewichtsprozent |
Wasser | 46,35 |
Oberflächenaktives
Mittel (BASF F88 PLURONIC) | 5,15 |
Citronensäure | 0,38 |
Acrylemulsion
(UCAR 154) | 19,30 |
Superabsorbierendes
Polymer (Stockhausen SAP 800HS) | 2,89 |
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Dieses
wässerige
Gemisch wurde mit dem hydrophilen Urethanpräpolymer „BIPOL" in einem Verhältnis von 3,00 bis 1,00, bezogen
auf das Gewicht, vereinigt. Dieses Gemisch wurde auf ein Faservliesgewebematerial
mit 12,7 mm (1/2'') aufgetragen, das
sich mit einer Geschwindigkeit von 0,0457 m pro Sekunde (9 Fuß pro Minute)
auf dem Förderband 33 bewegte,
und ein erzeugte Verbundmaterial, das sich erfindungsgemäß gut wärmeformen
ließ.
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Beispiel 5
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Dieses
wässerige
Gemisch erzeugte ein Verbundmaterial mit verbesserten thermischen
Eigenschaften. Die Bestandteile waren wie folgt:
Bestandteile | Gewichtsprozent |
Wasser | 70,1 |
Oberflächenaktives
Mittel (BASF F88 PLURONIC) | 0,8 |
Citronensäure | 0,6 |
Superabsorbierendes
Polymer (Stockhausen SAP 800HS) | 1,5 |
Material
zur Veränderung
der thermischen Phase (Thermosorb 65, PCM) | 9,5 |
Bakterizid | 0,8 |
-
Dieses
wässerige
Gemisch wurde mit einem hydrophilen Urethanpräpolymer in einem Verhältnis von 5,20
bis 1,00 vereinigt.
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Bei
der Herstellung des Verbundmaterials wurde festgestellt, dass die
Produkte einen größeren thermischen
Schutz aufwiesen und dass Kälte
zwei Prozent (2%) mehr Zeit benötigte,
um das gebildete Verbundmaterial zu durchdringen.
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Beispiel 6
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Die
Vielseitigkeit der vorliegenden Erfindung bezüglich der Veränderung
des Verbundmaterials ohne Verschlechterung der Eigenschaften der
hydrophilen Schaumschicht des Verbundmaterials wird durch das vorliegende
Beispiel veranschaulicht, in welchem das Verbundmaterial durch Zugabe
recycelter Gummireifenpartikel flexibler gemacht wird. So sind die
Bestandteile dieses wässerigen
Gemischs wie folgt:
Bestandteile | Gewichtsprozent |
Wasser | 31,03 |
Oberflächenaktives
Mittel (BASF F88 PLURONIC) | 1,60 |
Citronensäure | 0,77 |
Superabsorbierendes
Polymer (Stockhausen SAP 800HS) | 1,92 |
Bakterizid | 0,80 |
Gummipartikel
(VISITRON 4010) | 6,75 |
NMP-Lösungsmittel | 2,00 |
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Dieses
wässerige
Gemisch wurde mit dem hydrophilen Urethanpräpolymer (BIPOL) in einem Verhältnis von
1 zu 1 kombiniert und auf ein Faservliesgewebematerial gegossen.
Es wurde festgestellt, dass es die Dichte des gebildeten Verbundmaterials
auf ungefähr
208,4 kg/m3 (13 lbs./cu. ft.) verdoppelte,
die Elastizität des
aus dem Verbundmaterial gebildeten Produkts erhöhte, jedoch die Absorptionseigenschaften
der hydrophilen Schaumschicht des Verbundmaterials erhielt und nicht
verschlechterte.
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Beispiel 7
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Dieses
Beispiel des wässerigen
Gemischs stellt ein Verbundmaterial mit geruchsabsorbierenden Eigenschaften
bereit. Es enthält
die folgenden Bestandteile:
Bestandteile | Gewichtsprozent |
Wasser | 57,7 |
Oberflächenaktives
Mittel (BASF F88 PLURONIC) | 2,0 |
Citronensäure | 1,3 |
Superabsorbierendes
Polymer (Stockhausen SAP 800HS) | 3,2 |
Bakterizid | 1,0 |
Grüner Tee
(Ikeda, Japan) | 14,8 |
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Das
wässerige
Gemisch wurde mit dem hydrophilen Urethanpräpolymer „BIPOL" in einem Bereich von 4,00 bis 1,00
kombiniert und auf ein Faservliesgewebe aufgetragen, um die hydrophile
Schaumschicht für
das Verbundmaterial zu bilden.
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Die
aus dem Verbundmaterial gebildeten Produkte wurden getestet, und
es wurde festgestellt, dass sie Zigarettenrauch sehr gut absorbieren.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Die
Verbundgegenstände
der vorliegenden Erfindung können,
unter anderen Anwendungen, zu Einlegesohlen für Schuhe, Stiefel und Bekleidungsstücke zur
Absorption von Ausdünstungen
und Körperflüssigkeiten
und zur Vermeidung von durch derartige Ausdünstungen und Körperflüssigkeiten
erzeugten Gerüchen geformt
werden.
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Somit
wurden verschiedene Ausführungsformen
von Verbundmaterialien und Beispiele daraus hergestellter Komponenten
für verschiedene
Anwendungen und Zwecke beschrieben. Ein Fachmann kann jedoch leicht
Abweichungen davon bereitstellen, die im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche liegen.