专利名称：耳塞的制作方法
背景技术：
美国专利No.Re.29,487描述了卷起(roll-down)型耳塞，该耳塞包含缓慢恢复的粘弹性聚合泡沫并且具有适合压缩塞入人的耳道内的尺寸和形状，以及允许在耳道内膨胀产生对耳道的声音闭塞。这种耳塞具有容易塞入、舒适、良好的衰减特性的特征，并且这种耳塞能够被制备成单一尺寸而能够适合几乎整个成年人群。使用这种耳塞时，首先将这种耳塞在拇指和其他手指之间卷起至一定程度，使得它在截面上被压缩到低于其塞入的耳道的尺寸。然后将耳塞塞入到耳道中并使用指尖将其保持在塞入的深度，持续足够的时间，以允许聚合物泡沫充分恢复，使耳塞固定在耳道内。
这种耳塞的泡沫组合物的一个重要特征是慢的恢复时间。在基于聚氯乙烯耳塞的情况下，ADMEX 523，一种基于聚邻苯二甲酸酯的增塑剂，通常被应用于提供需要的缓慢恢复特性。然而，该增塑剂含有大量的在一些应用中可能不需要的单体邻苯二甲酸酯。虽然这些泡沫组合物适合其预定的用途，但是仍然还有对含有缓慢恢复的泡沫组合物的耳塞的需要。
发明简介在一个方面，耳塞包含泡沫组合物，其中泡沫组合物包含聚氯乙烯树脂和基于泡沫组合物总重量的小于约5wt％的单体邻苯二甲酸酯。
在另一方面，耳塞包含泡沫组合物，其中泡沫组合物包含基于泡沫组合物总重量约45wt％至约65wt％的聚氯乙烯树脂和约30wt％至约50wt％的增塑剂，其中增塑剂包含基于增塑剂总重量的小于或等于约2wt％的单体邻苯二甲酸酯。
附图简介现在参考附图，其中类似部件在几个附图中以类似的附图标记来表示
图1显示了圆柱形泡沫耳塞的实施方案；图2是具有扩口的圆柱形耳塞的图；和图3是具有中空体和柄的耳塞的实施方案图。
对本领域技术人员来说，通过以下的详细描述、附图和附加的权利要求，以上描述的和其它特征将被理解和变得明白。
发明详述在此描述了包含泡沫组合物的泡沫耳塞。泡沫组合物的一个重要特性是压缩后泡沫的缓慢恢复。为了在聚氯乙烯泡沫中提供缓慢恢复特性，采用了基于聚邻苯二甲酸酯的增塑剂，具体为ADMEX 523。然而，除了聚邻苯二甲酸酯外，ADMEX 523还含有大量的单体邻苯二甲酸酯。检测表明，通常含有约42％重量(wt％)的ADMEX 523的现有技术的配方含有约8wt％至约10wt％的单体邻苯二甲酸酯。为了满足环境限制，需要减少用于泡沫耳塞的泡沫组合物中单体邻苯二甲酸酯的量。在本文中出乎意料地发现，单体邻苯二甲酸酯含量比ADMEX 523更低的增塑剂可以用来制备具有所需缓慢恢复特性的耳塞。
在此描述的泡沫耳塞包含泡沫组合物，该泡沫组合物包括聚氯乙烯树脂和增塑剂。泡沫组合物含有基于泡沫组合物总重量的小于约5wt％单体邻苯二甲酸酯、小于或等于约4wt％单体邻苯二甲酸酯、小于或等于约2wt％单体邻苯二甲酸酯、小于或等于约1wt％单体邻苯二甲酸酯，或者小于或等于约0.5wt％单体邻苯二甲酸酯。泡沫组合物的一个重要特性是其能够在至少一个尺度内从压缩中恢复，在卷起型泡沫耳塞的情况下通常为宽度。泡沫组合物具有约10至60秒的从60％压缩恢复到10％压缩，或恢复到90％未压缩尺度(例如宽度)的恢复速率。
合适的聚氯乙烯树脂包括例如均聚物和/或共聚物，该共聚物包含大于或等于约85％重量的氯乙烯和小于或等于约15％重量的其它单体，例如偏二氯乙烯、羧酸乙烯基酯(例如醋酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯和安息香酸乙烯酯)、不饱和酸酯(例如烷基丙烯酸酯如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸烯丙酯和甲基丙烯酸的相应酯)、乙烯基芳香化合物(例如苯乙烯、邻氯苯乙烯、对氯苯乙烯、2，5-二氯苯乙烯、2，4-二氯苯乙烯、对乙基苯乙烯、乙烯基萘和α-甲基苯乙烯)、二烯烃(例如丁二烯和氯丁二烯)、不饱和酰胺(例如丙烯酸酰胺和丙烯酸酰苯胺)、不饱和腈(例如丙烯酸腈)和α，β-不饱和羧酸酯(例如马来酸、巴豆酸和富马酸的甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、烯丙基、甲代烯丙基和苯基酯)等、以及包含一种或多种前述单体的组合物。这种聚氯乙烯树脂，尤其是氯乙烯均聚物可以与合适的增塑剂一起混合成塑料溶胶形式以产生泡沫，该泡沫具有制造耳塞的组合物所必要的恢复速率和压缩特性。合适的聚氯乙烯树脂包括例如均聚物聚氯乙烯分散树脂，如来自Colorite聚合物的商业上可利用的Colorite 1730和Colorite 1757。
泡沫组合物包含基于泡沫组合物总重量的大约45wt％至大约65wt％的树脂。在一个实施方案中，泡沫组合物包含基于泡沫组合物总重量的大约50wt％至60wt％的树脂，在另一个实施方案中，泡沫组合物包含基于泡沫组合物总重量的大约52wt％至57wt％的树脂。
泡沫组合物包含增塑剂，以提供压缩后的缓慢恢复。增塑剂包含基于所述增塑剂总重量的小于或等于约2wt％的单体邻苯二甲酸酯，或小于约1wt％的单体邻苯二甲酸酯。合适的增塑剂是来自VelsicolChemical的商业可利用的XP6747。任选地，另外可以采用第二种增塑剂例如环氧化大豆油，只要单体邻苯二甲酸酯的总体水平保持低于约1wt％。
泡沫组合物包含基于泡沫组合物总重量的约30wt％至约50％的增塑剂。在一个实施方案中，泡沫组合物包含基于泡沫组合物总重量的约35wt％至约45％的增塑剂。在另一实施方案中，泡沫组合物包含基于泡沫组合物总重量的约35wt％至约38％的增塑剂。
泡沫组合物任选地还包含基于泡沫组合物总重量的约2wt％至约6wt％的环氧化大豆油。在一个实施方案中，泡沫组合物包含基于泡沫组合物总重量的约3wt％至约5wt％的环氧化大豆油。在另一实施方案中，泡沫组合物包含基于泡沫组合物总重量的约3.5wt％至约4wt％的环氧化大豆油。环氧化大豆油在该泡沫组合物中可用于一个或几个目的。一个目的是用作防止聚氯乙烯降解的热稳定剂。第二个目的是用作泡沫组合物的增塑剂。合适的环氧化大豆油包括例如来自Crompton的Flexol ESO、Drapex 6.8以及来自Rhom和Haas的Paraplex G62。
泡沫组合物包含化学发泡剂，例如偶氮二酰胺，来自Crompton的商业可利用的CelogenAZ 150。化学发泡剂对聚氯乙烯组分产生发泡作用用以产生泡沫。当被加热时，偶氮二酰胺主要分解成氮、二氧化碳和一氧化碳。这些产生的气体可以对聚氯乙烯组分产生发泡作用。其它可以被使用的化学发泡剂包括例如重氮胺基苯、偶氮二异丁腈、苯磺酰肼、对甲苯磺酰肼和包含一种或多种前述化学发泡剂的组合。
泡沫组合物可以包含基于泡沫组合物总重量的大约3wt％至大约5wt％的化学发泡剂。在一个实施方案中，泡沫组合物包含基于泡沫组合物总重量的大约3.5wt％至4.5wt％的化学发泡剂。在另一实施方案中，泡沫组合物包括基于泡沫组合物总重量的大约3.7wt％至4.2wt％的化学泡沫组合物。
泡沫组合物任选地还包含树脂稳定剂。该树脂稳定剂可以抑止聚合物树脂在处理温度下可能发生的降解。另外，树脂稳定剂可以进一步促进化学发泡剂的分解。用于聚氯乙烯的合适树脂稳定剂是有机羧酸锌和亚磷酸盐鳌合剂的共混物，来自R.T.Vanderbilt Co.Inc的商业可利用的Vanstay 8960。
泡沫组合物可以包含基于泡沫组合物总重量的大约1wt％至大约3wt％的树脂稳定剂。在一个实施方案中，泡沫组合物包含基于泡沫组合物总重量的大约1.5wt％至大约2.5wt％的树脂稳定剂。在另一实施方案中，泡沫组合物包含基于泡沫组合物总重量的大约1.7wt％至大约2.2wt％的树脂稳定剂。
泡沫组合物任选地还包含单元稳定剂(cell stabilizer)，例如来自Air Products的Product VS 103。单元稳定剂可以是溶剂油和聚甲基丙烯酸丁酯的溶液。在该组合物中，稳定剂可以用作表面活性剂，因为其加强了单元壁，使得单元在发泡过程中不会破裂，从而产生良好的单元泡沫。泡沫组合物可以包含基于泡沫组合物总重量的大约0.3wt％至大约3.0wt％的单元稳定剂。在一个实施方案中，泡沫组合物包含基于泡沫组合物总重量的大约0.5wt％至大约1.5wt％的单元稳定剂。在另一实施方案中，泡沫组合物包含基于泡沫组合物总重量的大约0.8wt％至大约1.1wt％的单元稳定剂。
关于泡沫组合物的特性，泡沫组合物从60％压缩恢复到10％压缩的缓慢恢复速率给使用者提供了初始压缩或以其它方式使耳塞变形的能力，并且为将耳塞塞入耳道中的提供了充分时间。塞入后，压缩或变形的耳塞缓慢恢复并且努力恢复到其原来的形状。通过这样做，恢复的泡沫组合物与耳道的结构相一致，并且在耳道中基本建立了完全闭塞。在一个实施方案中，发泡的聚合物组合物从60％压缩恢复到10％压缩的恢复速率将会是大约10至大约60秒，或大约15至大约40秒。
现在参考图1～2，其中图示了示例性耳塞。耳塞的形状在本领域是众所周知的。如图1中所示的一种形状是圆柱形泡沫耳塞100。另一种实施方案是如图2中所示的具有扩口122的圆柱形状120。例如如图1中图示的圆柱形耳塞是可以被压缩塞入耳道的卷起(roll-down)塞，并且允许扩展以产生对耳道舒适和完全的闭塞。
图3图示了耳塞130，其包括中空体或壳体132和柄134，该柄位于壳体的空穴136中。壳体的最大直径部分137可以缩小直径以适合进入耳道中。壳体空穴136可以具有比直接位于壳体内的柄134大的直径，以提供允许壳体直径减小的间隙138。为了防止柄134偶然滑出，可以在柄134和空穴136内形成的喉部139的壁之间具有轻微的抵触。壳体132由泡沫组合物通过例如浸渍模塑的工艺构成。柄134可以由弹性材料构成，该弹性材料比壳体132的材料刚硬但可以弯曲。可以通过挤压塞入耳道来使用耳塞。
其它实施方案包括光滑的耳塞外表面和压纹的耳塞表面，光滑的耳塞外表面有助于耳塞装置在耳道内的滑动。
在一个实施方案中，泡沫耳塞可以由聚合物泡沫片冲孔或钻孔。通过以下步骤生成聚氯乙烯泡沫片例如将聚氯乙烯树脂和增塑剂结合生成液体塑料溶胶组合物，利用罗拉刮刀(knife over roll)或转辊涂布机将塑料溶胶浇铸在离型纸上，并且在大约180℃至大约220℃下加热塑料溶胶以制造泡沫。泡沫片可以被碾压并且随后采用压模机剪切。所述模可以具有圆柱形或其它合适的形状例如六边形。
在另一实施方案中，例如图3中所示，耳塞的主体或壳体可以通过浸渍模塑形成。在浸渍模塑工艺中，将耳塞主体或壳体形状的加热的模芯浸入包括树脂和增塑剂的液态塑料溶胶中。模芯可以被加热到大约140℃至大约200℃。被加热的模芯可以在塑料溶胶中保持充分的时间，使得塑料溶胶在模芯上部分凝胶至厚度为大约0.01至大约0.05英寸。随后从塑料溶胶中取出模芯，使得塑料溶胶的滴落和流动最小化，其中所述塑料溶胶可能形成不会以均匀速率熔合的缺陷外表面。在大约350至大约450下，模芯上的塑料溶胶在大约100至大约400秒内完全固化。随后模芯可以被空气或水冷却并且从铁心上剥离的完成部分用于储存或包装。泡沫耳塞可以被封装或如果需要可进一步涂覆或压纹。泡沫耳塞也可以被压破来断裂一些密封的单元，以允许至少一些空气流动。压破可以防止皱褶或软化泡沫以允许容易挤压。
可以根据如下程序测试泡沫组合物的恢复特性使用中空管穿孔器剪切泡沫组合物的塞，所述塞具有大约0.530至约0.560英寸直径和大约0.650至大约0.775英寸长度。在拇指和食指之间捻弄耳塞1分钟时间同时缓慢挤压耳塞。在最初30秒内将塞压缩到其未压缩直径的约60％或约40％并且在该直径下保持30剩余秒钟。随后将塞放进一个透明玻璃或丙烯酸管中，其中该管具有大约0.49英寸或大约未压缩塞直径的90％的内径。随后将所述管保持垂直并且一端接近硬表面。管轻击该表面，直到由于塞的扩展和与管的内表面的接触而提起塞。从释放时间直到管提起塞的时间是塞的恢复时间。
根据ANSI S3.19-1974的用于测试听力保护器的真耳保护和耳罩的物理衰减的方法测量塞在耳道中闭塞声音的能力。在该测试中，在试验检测室中进行真耳听阈衰减(REAT)测试，其中该检测室是半回响、双层壁结构的独立的房间，使用三倍频带的噪音作为测试信号。在敞开(在耳朵内或周围无任何物体)和闭塞(对耳朵进行听力保护)的情况下，个人在他/她的阈值下对测试信号作出反应，即只要个人可以察觉到信号。在两种情况下的声压级(SPL)的差别是听力保护器提供的衰减。所述差别采用由听力保护器在指定的频率下提供的衰减分贝记录。
通过以下的非限制性实施例，本发明得到进一步的说明。
实施例表1
在500加仑的锥形螺杆混合器中将以上材料一起混合，产生大约4500磅的塑料溶胶。以一定的顺序加入材料，使得维持很高但是恒定的混合转矩，以保证原材料合适的分散，在混合后，随即在一个连续旋转的鼓形脱气装置中对塑料溶胶脱气并在容器中储存冷却。随后在连续的浇铸工艺将塑料溶胶浇铸在离型纸上。利用罗拉刮刀涂布机将塑料溶胶在脱膜纸上展开至均匀规格(even gage)。随后在大约400下将涂覆的离型纸在连续浇铸炉中加热大约7分钟并且随后冷却。冷却的材料储存大约1个月以使得泡沫性质稳定。在熟化期后，采用冲孔型冲模将泡沫冲切成泡沫耳塞。为冲孔塞提供充分的时间来扩展至其原始高度和平衡之后在标准条件下测量特性。
通过气相色谱-质谱来分析泡沫组合物中不同单体邻苯二甲酸酯的浓度。结果在表2中给出。
表2
如表1中形成的泡沫耳塞的特性记录如下。
表3
因而，含有低的单体邻苯二甲酸酯的耳塞具有31秒的从60％压缩到10％压缩的恢复时间，很好地位于可接受的范围内。同样，衰减测试的结果表明衰减水平对泡沫耳塞来说是合适的。衰减与现有技术的使用ADMEX 523作为增塑剂制备的泡沫耳塞相当。
术语“第一”、“第二”等在此并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于区分一种元件和另一种元件，而术语“一”在此并不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所指项目(item)。在此使用的术语“圆柱形”包括在其结构范围内具有相对浅的截锥形、基本球形和介于截锥形和球形之间的形状。
在此公开的所有范围是非排他性的和可结合的。虽然已经参考优选实施方案描述了本发明，本领域技术人员应当理解，在不背离本发明范围的情况下，可以做出各种变化和等同物可以替代其中的元件。另外，在不背离本发明本质范围的情况下可以进行一些改进以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明并不限制在计划用于实施本发明的最佳模式所公开的特定实施方案范围内，本发明将包括落入附加的权利要求范围内的所有实施方案。
所有引用的专利、专利申请、和其它参考文件在此通过参考结合其全文。
权利要求
1.一种包含泡沫组合物的耳塞，其中所述泡沫组合物包含聚氯乙烯树脂和基于所述泡沫组合物总重量的小于约5wt％的单体邻苯二甲酸酯。
2.权利要求1所述的耳塞，其中所述泡沫组合物包含基于所述泡沫组合物总重量的小于或等于约4wt％的单体邻苯二甲酸酯。
3.权利要求1所述的耳塞，其中所述泡沫组合物包含基于所述泡沫组合物总重量的小于或等于约1wt％的单体邻苯二甲酸酯。
4.权利要求1所述的耳塞，其中所述泡沫组合物包含基于所述泡沫组合物总重量的小于或等于约0.5wt％的单体邻苯二甲酸酯。
5.权利要求1～4任一项所述的耳塞，其中所述泡沫组合物具有约10至约60秒的从60％压缩恢复到10％压缩的恢复速率。
6.权利要求1～4任一项所述的耳塞，其中所述泡沫组合物具有约15至约40秒的从60％压缩恢复到10％压缩的恢复速率。
7.权利要求1所述的耳塞，包含基于所述泡沫组合物总重量的约45wt％至约65wt％的聚氯乙烯树脂和约30wt％至约50wt％的增塑剂，其中所述增塑剂包含基于所述增塑剂总重量的小于或等于约2wt％的单体邻苯二甲酸酯。
8.权利要求7所述的耳塞，其中所述增塑剂包含基于所述增塑剂总重量的小于或等于约1wt％的单体邻苯二甲酸酯。
9.权利要求7～8任一项所述的耳塞，其中所述泡沫组合物具有约10至约60秒的从60％压缩恢复到10％压缩的恢复速率。
10.权利要求7～8任一项所述的耳塞，其中所述泡沫组合物具有约15至约40秒的从60％压缩恢复到10％压缩的恢复速率。
全文摘要
描述了一种包含泡沫组合物的耳塞，其中所述泡沫组合物包含聚氯乙烯树脂和基于泡沫组合物总重量的小于或等于约5wt％的单体邻苯二甲酸酯。所述泡沫组合物可以包含增塑剂，该增塑剂包含基于所述增塑剂总重量的小于或等于约2wt％的单体邻苯二甲酸酯。所述耳塞具有约10至约60秒的从60％压缩到10％压缩的缓慢恢复时间。
文档编号A61F11/08GK101039640SQ200580034971
公开日2007年9月19日 申请日期2005年10月11日 优先权日2004年10月15日
发明者理查德·E·克瑙尔, 艾伦·R·瑟维尔 申请人:卡伯特安全介质股份有限公司