BR112021002783A2

BR112021002783A2 - estrutura de espuma de poliuretano de célula aberta flexível revestida.

Info

Publication number: BR112021002783A2
Application number: BR112021002783-1A
Authority: BR
Inventors: Kaoru Aou; Wenbo XU; Yibei GU; Douglas Brune; Laura Dietsche; Marc Black
Original assignee: Dow Global Technologies Llc
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2021-05-04
Also published as: US20210267382A1; JP2021534272A; EP3840612A1; EP3840612B1; CN112689465A; PL3840612T3; US11659938B2; CN112689465B; BR112021002783B1; MX2021001728A; WO2020041464A1; ES2930233T3

Abstract

ESTRUTURA DE ESPUMA DE POLIURETANO DE CÉLULA ABERTA FLEXÍVEL REVESTIDA. A presente divulgação fornece uma estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida. A estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida inclui uma espuma flexível de poliuretano com células abertas que tem uma primeira superfície principal e uma segunda superfície principal oposta à primeira superfície principal. A estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida inclui ainda um material flexível condutor de calor que cobre 30 a 90 por cento (cov., expresso em %) de uma área de superfície da primeira superfície principal da espuma flexível de poliuretano com células abertas em uma forma predefinida para fornecer uma ou mais lacunas que expõem a espuma flexível de poliuretano com células abertas entre bordas definidas do material flexível condutor de calor, em que cada lacuna da uma ou mais lacunas tem uma largura de lacuna de acordo com a Fórmula I: largura da lacuna (mm) menor ou igual a -0,196 x cov. (%) + 20,6 (Fórmula I) em que uma área de superfície total da uma ou mais lacunas fornece 70 a 10 por cento da área de superfície da primeira superfície principal da espuma flexível de poliuretano com células abertas.

Description

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ESTRUTURA DE ESPUMA DE POLIURETANO DE CÉLULA ABERTA FLEXÍVEL REVESTIDA CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente divulgação se refere geralmente a estruturas de espuma de poliuretano com células abertas e, mais especificamente, a estruturas de espuma de poliuretano com células abertas revestidas com capacidades de absorção térmica.

ANTECEDENTES

[002] A espuma viscoelástica flexível de poliuretano (também conhecida como espuma de recuperação lenta, espuma viscoelástica e espuma de alto amortecimento) é caracterizada por uma recuperação gradual relativamente lenta da compressão e a espuma viscoelástica pode ter uma resiliência relativamente menor. As aplicações exemplificativas para espuma viscoelástica utilizam as características da espuma, tais como conformação de formato, atenuação de energia e/ou amortecimento de som. Por exemplo, a espuma viscoelástica de poliuretano pode ser usada em aplicações de conforto (tais como roupas de cama e travesseiros), aplicações de absorção de impacto (como em acolchoamento e capacetes esportivos), aplicações de amortecimento de ruído e/ou vibrações (tais como tampões de ouvido, painéis de automóveis, etc.) e aplicações de filtração (tais como filtros de ar a vácuo, proteções de calha para proteger a calha de chuva/coletor de chuva contra detritos, como folhas de plantas e neve derretida).

[003] Os revestimentos para espumas, como espumas viscoelásticas, são propostos para minimizar, reduzir e/ou evitar problemas relacionados ao sono quente (também chamado de “calor de sono” ou “sono com calor”) que podem resultar, em parte, da falta de transferência térmica e/ou de umidade suficiente do corpo humano para o meio ambiente. Por exemplo, o sono aquecido pode ser, em parte, resultante de um cobertor sobre o corpo humano e/ou do colchão embaixo do corpo humano. Camadas de gel de polímero

2 / 65 sólido revestidas ou laminadas (no molde ou durante as etapas de pós- fabricação) em almofadas de espuma à base de poliuretano foram sugeridas para ajudar a mitigar esses problemas, por exemplo, devido à maior massa sólida e área de contato (“efeito dissipador de calor”), tais camadas de gel podem fornecer em comparação com a própria espuma (que pode ser principalmente de ar). A natureza não respirável de um gel polimérico sólido não é vista como um problema para travesseiros, uma vez que a cabeça humana, de modo geral, não é coberta por uma manta durante o sono, deixando a cabeça humana exposta ao ar ambiente para um resfriamento extra. No entanto, para materiais de colchão, em que os cobertores cobrem o corpo humano durante o uso, acredita-se que a natureza não respirável de géis poliméricos sólidos gera uma desvantagem (como sono aquecido, níveis elevados de umidade perto do corpo que causam desconforto, etc.) que não é superado pelo “efeito dissipador de calor”. Então, existe uma necessidade na técnica de superar essas desvantagens presentes na técnica anterior.

SUMÁRIO

[004] A presente divulgação fornece uma estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida com capacidades de absorção térmica que podem ajudar a superar as desvantagens presentes na técnica anterior. A estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida inclui uma espuma flexível de poliuretano com células abertas tendo uma primeira superfície principal e uma segunda superfície principal oposta à primeira superfície principal. A estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida inclui ainda um material flexível condutor de calor cobrindo 30 a 90 por cento (“cov.”, expresso em %) de uma área de superfície da primeira superfície principal da espuma flexível de poliuretano com células abertas em um forma predefinida para fornecer uma ou mais lacunas expondo a espuma flexível de poliuretano com células abertas entre bordas definidas do material flexível condutor de calor, onde

3 / 65 cada uma das uma ou mais lacunas tem uma largura de lacuna de acordo com a Fórmula I: largura da lacuna (mm) < -0,196 x cov. (%) + 20,6 (Fórmula I) onde uma área de superfície total de uma ou mais lacunas fornecem 70 a 10 por cento da área de superfície da primeira superfície principal da espuma flexível de poliuretano com células abertas. Para as várias modalidades, a espuma flexível de poliuretano com células abertas é uma espuma viscoelástica de poliuretano.

[005] Para as várias modalidades fornecidas neste documento, o material flexível condutor de calor contém um material de mudança de fase encapsulado. Para as várias modalidades, o material de mudança de fase encapsulado tem um calor latente de transição de 80 a 300 joules por grama do material flexível condutor de calor. Em modalidades adicionais, o material flexível condutor de calor é um gel. Em outras modalidades, o material flexível condutor de calor é um metal. Para as várias modalidades, o material flexível condutor de calor pode ser encapsulado em uma membrana polimérica.

[006] O material flexível condutor de calor na forma predefinida pode ter uma espessura de 0,1 a 2 milímetros. A forma predefinida do material flexível condutor de calor pode incluir uma única tira contínua na primeira superfície principal da espuma viscoelástica de poliuretano com células abertas. Em uma modalidade, a única tira contínua na primeira superfície principal da espuma flexível de poliuretano com células abertas tem uma forma de serpentina. Em uma modalidade alternativa, a forma predefinida do material flexível condutor de calor é uma série de tiras paralelas na primeira superfície principal da espuma flexível de poliuretano com células abertas.

[007] Para as várias modalidades, a largura da lacuna para cada uma das uma ou mais lacunas tem o mesmo valor. Em uma modalidade alternativa,

4 / 65 a largura da folga para cada uma das uma ou mais folgas tem um valor diferente. Cada valor para a largura da lacuna fornecida neste documento é determinado usando a equação da Fórmula I.

[008] As modalidades da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida incluem estruturas em que pelo menos uma porção do material flexível condutor de calor forma uma superfície externa da espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida que é coplanar com a primeira superfície principal da espuma flexível de poliuretano com células abertas. Em uma modalidade adicional, pelo menos uma porção da espuma flexível de poliuretano com células abertas cobre completamente o material flexível condutor de calor.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[009] A Figura 1 é uma modalidade da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida da presente divulgação.

[0010] A Figura 2 é uma modalidade da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida da presente divulgação.

[0011] A Figura 3 é uma modalidade da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida da presente divulgação.

[0012] A Figura 4 é uma modalidade da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida da presente divulgação.

[0013] A Figura 5 é um gráfico que mostra o ajuste para os dados de ambos os exemplos inventivos e comparativos que foram analisados para determinar a Fórmula I e II para calcular a largura da lacuna da presente divulgação.

[0014] A Figura 6 é um modelo de geometria simplificado usado para uma pessoa que dorme e um colchão.

[0015] A Figura 7 é uma ilustração de um modelo de geometria de um padrão de revestimento na estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas usada para modelar o transporte de calor e umidade através da

5 / 65 estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida de acordo com uma modalidade da presente divulgação.

[0016] A Figura 8 é uma ilustração de coordenadas angulares medidas de um eixo principal em coordenadas polares com a origem no centro da elipse.

[0017] A Figura 9 mostra um exemplo de um padrão de revestimento com razão de cobertura de PCM de 70% e 7 lacunas de acordo com uma modalidade da presente divulgação.

[0018] A Figura 10 mostra um exemplo de um modelo 2D para o padrão de revestimento com razão de cobertura de PCM de 70% e 7 lacunas vistas na Figura 9.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0019] A presente divulgação fornece uma estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida com capacidades de absorção térmica que podem ajudar a superar as desvantagens presentes na técnica anterior. A estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida da presente divulgação inclui uma espuma flexível de poliuretano com células abertas e um material flexível condutor de calor que cobre uma porcentagem predefinida da área de superfície de uma das primeiras superfícies principais da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas. Ao contrário de outros revestimentos, no entanto, o material flexível condutor de calor da presente divulgação tem uma forma predefinida para fornecer uma ou mais lacunas que expõem a espuma flexível de poliuretano com células abertas entre bordas definidas do material flexível condutor de calor. A largura de cada uma das lacunas de uma ou mais lacunas é determinada por uma fórmula muito específica, fornecida neste documento, que permite um equilíbrio de transferência de calor e umidade da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida que ajuda tanto a resfriar e manter os níveis de umidade na superfície da pele da pessoa

6 / 65 interagindo com a estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida.

[0020] Conforme usado neste documento, “um”, “uma”, “o”, “a”, “pelo menos um” e “um ou mais” são usados de forma intercambiável. O termo “e/ou” significa um, um ou mais ou todos os itens listados. As recitações de intervalos numéricos por pontos de extremidade incluem todos os números incluídos dentro desse intervalo (por exemplo, 1 a 5 inclui 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4, 5, etc.). As figuras neste documento seguem uma convenção de numeração em que o primeiro dígito ou dígitos correspondem ao número da figura do desenho e os dígitos restantes identificam um elemento no desenho. Elementos semelhantes entre diferentes figuras podem ser identificados com o uso de dígitos semelhantes. Por exemplo, 354 pode fazer referência ao elemento “54” na Figura 3, e um elemento semelhante pode ser referido como 454 na Figura 4. Ressalta-se que o objetivo das figuras é ilustrar, e as figuras não pretendem ser limitativas de forma alguma. As figuras neste documento podem não estar em escala e as relações dos elementos nas figuras podem ser exageradas. As figuras são empregadas para ilustrar estruturas conceituais e métodos descritos neste documento.

[0021] Para as várias modalidades, a estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida da presente divulgação pode ser usada em colchões, almofadas, travesseiros, móveis estofados ou qualquer outro artigo onde, além de suporte e/ou amortecimento, tanto a transferência de calor quanto de umidade são desejadas. É notado, no entanto, que estas são implementações meramente ilustrativas das modalidades divulgadas neste documento. As modalidades podem ser aplicáveis a outras tecnologias que são suscetíveis a problemas semelhantes (por exemplo, transferência de calor e umidade) conforme discutido neste documento. Por exemplo, a estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida descrita neste documento pode ser usada em calçados, inserções de calçados, equipamentos

7 / 65 esportivos de proteção (por exemplo, capacetes, ombreiras, caneleiras, etc.) e roupas de proteção (por exemplo, jaquetas para motociclistas, protetores auriculares, etc.), entre outros, todos dentro do alcance da presente modalidade.

[0022] O material flexível condutor de calor, como discutido neste documento, tem uma forma predefinida na espuma flexível de poliuretano com células abertas, como discutido neste documento, de modo a fornecer um ou mais de uma “lacuna” que expõe a espuma flexível de poliuretano com células abertas entre bordas do material flexível condutor de calor. Conforme usado neste documento, uma lacuna é um espaço não preenchido ou intervalo na espuma flexível de poliuretano com células abertas ou uma quebra na continuidade do material flexível condutor de calor que expõe a espuma flexível de poliuretano com células abertas.

[0023] Em uma modalidade, o material flexível condutor de calor pode ser aplicado e adsorvido na e sobre a espuma flexível de poliuretano com células abertas. Alternativamente, um canal ou uma ranhura é formado ou fornecido na espuma flexível de poliuretano com células abertas, onde o material flexível condutor de calor preenche pelo menos uma parte do canal ou ranhura. Para tal estrutura (onde um canal ou uma ranhura é formado ou fornecido na espuma flexível de poliuretano com células abertas), o material flexível condutor de calor pode pelo menos preencher o canal ou ranhura de modo que pelo menos uma porção do material flexível condutor de calor forme uma superfície externa da espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida que é coplanar com a primeira superfície principal da espuma flexível de poliuretano com células abertas. Em uma modalidade alternativa, o material flexível condutor de calor não preenche completamente o canal ou a ranhura de modo que o material flexível condutor de calor forme uma superfície externa da espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida que é coplanar com a primeira superfície principal da espuma

8 / 65 flexível de poliuretano com células abertas. Para tal estrutura, o material flexível condutor de calor preenche apenas parcialmente o canal ou ranhura de modo que pelo menos uma porção do material flexível condutor de calor não seja coplanar com a primeira superfície principal da espuma flexível de poliuretano com células abertas. Independentemente da configuração, o material flexível condutor de calor forma uma estrutura tridimensional que é parte integrante da espuma flexível de poliuretano com células abertas. Tal estrutura permite que o material flexível condutor de calor forme pelo menos uma parte de uma primeira superfície principal da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida, conforme definido neste documento. Tal estrutura também permite que o material flexível condutor de calor forme pelo menos uma parte de uma porção interna da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas próxima ou adjacente à primeira superfície principal.

[0024] Com referência agora à Figura 1, é mostrado um exemplo da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 100 de acordo com uma modalidade da presente divulgação. A estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 100 inclui uma espuma flexível de poliuretano com células abertas 102 tendo uma primeira superfície principal 104 e uma segunda superfície principal 106 oposta à primeira superfície principal 104. A estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 100 inclui ainda uma matriz de um material flexível condutor de calor 108, como discutido neste documento. Para as várias modalidades, o material flexível condutor de calor 108 cobre 30 a 90 por cento (“cov.%”, expresso em %) de uma área de superfície da primeira superfície principal 104 da espuma flexível de poliuretano com células abertas 102. O material flexível condutor de calor 108 cobrindo 30 a 90 por cento da área de superfície da primeira superfície principal 104 está em uma forma predefinida que fornece uma ou mais lacunas 110 expondo a

9 / 65 espuma flexível de poliuretano com células abertas 102 entre as bordas definidas 112 do calor flexível material condutor 108. Cada lacuna 110 de uma ou mais lacunas 110 tem uma largura de lacuna 114 (expressa neste documento em milímetros (mm) que é determinada de acordo com a Fórmula I: largura da lacuna (mm) < -0,196 x cov.% + 20,6 (Fórmula I).

[0025] A largura da lacuna 114 calculada usando a Fórmula I será em todos os casos maior que zero (0). Para as várias modalidades, a largura da lacuna 114 pode ser determinada de acordo com a Fórmula II: largura da lacuna (mm) = -0,196 x cov.% + 20,6 (Fórmula II).

[0026] Para as várias modalidades, a largura da lacuna 114 é tomada como a medição horizontal feita em ângulos retos com o comprimento das bordas 112 que definem a lacuna 110. Alternativamente, a largura da lacuna 114 pode ser o comprimento medido ao longo da primeira superfície principal 110 da espuma flexível de poliuretano com células abertas 102 tomada perpendicularmente entre as bordas 112 que definem a lacuna 110. Esta última modalidade para medir a largura da lacuna 114 permite que a largura da lacuna 114 seja medida quando a primeira superfície principal 110 da espuma flexível de poliuretano com células abertas 102 está em uma configuração curva (a curvatura não é zero) ou não plana (em oposição a uma plana). Para as várias modalidades, a configuração curva ou não plana da primeira superfície principal 110 da espuma flexível de poliuretano com células abertas 102 pode ser transmitida pela presença de uma pessoa e/ou um objeto na espuma flexível de poliuretano com células abertas 102 (ou seja, quando a estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 100 está “em uso”) de modo que a primeira superfície principal 110 se deforme pelo menos parcialmente de sua forma inicial (por exemplo, uma forma plana) para uma forma tendo a forma curva ou não-configuração planar.

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[0027] Enquanto o material flexível condutor de calor 108 cobre 30 a 90 por cento da área de superfície da primeira superfície principal 104, a área de superfície total de uma ou mais lacunas 110 fornecem 70 a 10 por cento da área de superfície da primeira superfície principal 104 da espuma flexível de poliuretano com células abertas 102. A área de superfície do material flexível condutor de calor 108 e a área de superfície de uma ou mais lacunas 110 podem totalizar 100 por cento da primeira superfície principal 104. Em uma modalidade, a área de superfície do material flexível condutor de calor 108 e a área de superfície de uma ou mais lacunas 110 totalizam 100 por cento da primeira superfície principal 104.

[0028] Como observado, o material flexível condutor de calor 108 cobre 30 a 90 por cento da área de superfície da primeira superfície principal

104. Todos os valores e subfaixas individuais desta faixa de áreas de superfície estão incluídos e divulgados neste documento. Por exemplo, em algumas modalidades, o material flexível condutor de calor 108 cobre de 30 a 80 por cento; 30 a 70 por cento; 30 a 60 por cento; 30 a 50 por cento; 40 a 90 por cento; 50 a 90 por cento; 60 a 90 por cento ou 70 a 90 por cento da área de superfície da primeira superfície principal 104. Da mesma forma, a área de superfície de uma ou mais lacunas 110 fornecem 70 a 10 por cento da área de superfície da primeira superfície principal 104 da espuma flexível de poliuretano com células abertas 102, onde todos os valores e subfaixas individuais desta faixa de áreas de superfície estão incluídos e divulgados neste documento. Por exemplo, em algumas modalidades, a área de superfície de uma ou mais lacunas 110 cobrem 70 a 20 por cento; 70 a 30 por cento; 70 a 40 por cento; 70 a 50 por cento; 60 a 10 por cento; 50 a 10 por cento; 40 a 10 por cento ou 30 a 10 por cento da área de superfície da primeira superfície principal 104.

[0029] Conforme ilustrado na Figura 1, a primeira superfície principal 104 e a segunda superfície principal 106 são mostradas como sendo

11 / 65 superfícies planas paralelas entre si. É apreciado, no entanto, que outras formas para as superfícies das estruturas de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida são possíveis, incluindo aquelas em que as superfícies principais não são planas e/ou não são paralelas umas às outras. Outras formas de superfície podem incluir esférica, semiesférica, cônica, semicônica, cilíndrica, semicilíndrica, elipsoidal, semi-elipsoidal ou poligonal, entre outras.

[0030] Também é possível que o material flexível condutor de calor assente no topo da primeira superfície principal da espuma flexível de poliuretano com células abertas. Para esta presente modalidade, o material flexível condutor de calor pode ser ligado à espuma flexível de poliuretano com células abertas com um adesivo de modo a permitir que o material flexível condutor de calor mantenha a largura da lacuna para a espuma flexível de poliuretano com células abertas.

[0031] Para as várias modalidades, o material flexível condutor de calor 108 na forma predefinida pode ter uma espessura de 0,1 a 2 mm. Em uma modalidade, a espessura do material flexível condutor de calor 108 se estende para a espuma flexível de poliuretano com células abertas. Alternativamente, a espessura do material flexível condutor de calor 108 se estende para dentro do canal ou ranhura na espuma flexível de poliuretano com células abertas. Todos os valores e subfaixas individuais deste intervalo da espessura estão incluídos e divulgados neste documento. Por exemplo, material flexível condutor de calor 108 na forma predefinida pode ter uma espessura de 0,1 a 1,5 mm; 0,1 a 1,0 mm; 0,1 a 0,5 mm; 0,5 a 2,0 mm; 1,0 a 2,0 mm ou 1,5 a 2,0 mm.

[0032] A forma predefinida do material flexível condutor de calor 108 pode ter uma variedade de formas e/ou configurações. Por exemplo, como ilustrado na Figura 1, o material flexível condutor de calor 108 é uma única tira contínua na primeira superfície principal 104 da espuma flexível de

12 / 65 poliuretano com células abertas 102. Além disso, como ilustrado na Figura 1, a única tira contínua na primeira superfície principal 104 da espuma flexível de poliuretano com células abertas 102 tem uma forma de serpentina. O material flexível condutor de calor 108 na forma de uma única tira contínua na primeira superfície principal 104 de espuma flexível de poliuretano com células abertas 102 pode ter outras formas. Os exemplos incluem, mas não estão limitados a, uma espiral de Arquimedes ou qualquer outra forma geométrica possível com a única tira contínua do material flexível condutor de calor 108 que essencialmente se estende em torno de um ponto central da primeira superfície principal 104 da espuma de poliuretano com células abertas 102, embora mantendo uma ou mais lacunas, conforme discutido neste documento.

[0033] Em uma modalidade alternativa, a forma predefinida do material flexível condutor de calor é uma série de tiras paralelas na primeira superfície principal da espuma flexível de poliuretano com células abertas. Uma ilustração desta modalidade é vista na Figura 2, onde a estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas 200 inclui a espuma flexível de poliuretano com células abertas 202 tendo a primeira superfície principal 204 e a segunda superfície principal 206 oposta à primeira superfície principal 204, conforme discutido neste documento. A estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 200 inclui ainda uma matriz do material flexível condutor de calor 208, como discutido neste documento, onde a forma predefinida do material flexível condutor de calor 208 é uma série de tiras paralelas na primeira superfície principal 204 da espuma flexível de poliuretano com células abertas 202. Também ilustrado na Figura 2 é uma modalidade em que a largura da lacuna 214 para cada uma das uma ou mais lacunas 210 tem o mesmo valor.

[0034] A Figura 3 fornece uma modalidade adicional da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 300 de acordo

13 / 65 com a presente divulgação.

A estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 300 inclui a espuma flexível de poliuretano com células abertas 302 tendo a primeira superfície principal 304 e a segunda superfície principal 306 oposta à primeira superfície principal 304, como discutido neste documento.

A estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 300 inclui ainda uma matriz do material flexível condutor de calor 308, como discutido neste documento, em que a largura da lacuna 314 para cada uma das uma ou mais lacunas 310 tem um valor diferente.

Conforme ilustrado na Figura 3, a largura da lacuna 314 para as lacunas 310 perto do eixo longitudinal central 316 são maiores do que as lacunas 310 que estão perto das bordas longitudinais externas 318 da primeira superfície principal 304. Esta configuração permite que as lacunas 310 perto do eixo longitudinal central 316 da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida mantenham uma largura da lacuna que caia ou permaneça no valor de largura da lacuna determinado usando a Fórmula I ou a Fórmula II quando o estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 300 está em uso.

Por exemplo, quando uma pessoa está deitada na estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 300 (por exemplo, na forma de um colchão), a forma curva da pessoa deitada na estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 300 causará o estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 300 para tomar uma forma curva alongada conforme vista perpendicularmente ao eixo longitudinal central 316. Ao assumir esta forma, a largura da lacuna “maior” em e em torno do eixo longitudinal central 316 será reduzida à medida que a estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 300 dobra e comprime para receber e apoiar a pessoa deitada no poliuretano com células abertas flexível revestido estrutura de espuma 300. Ao fornecer esta largura de lacuna “maior” na estrutura de espuma flexível de poliuretano com células

14 / 65 abertas revestida indeformada 300, a lacuna que resulta quando a pessoa se deita na estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 300 ainda estará dentro ou atingirá a largura de lacuna valor determinado usando a Fórmula I ou a Fórmula II quando a estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 300 está em uso.

[0035] Da mesma forma, a largura da lacuna da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas 300 em e ao redor da área onde a estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas 300 começa a dobrar devido à pessoa que coloca a estrutura 300 (perto da borda de onde a forma curva observada acima) irá se esticar, aumentando assim o tamanho da lacuna. Para acomodar este alongamento, as larguras de lacuna para a estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 300 longe do eixo longitudinal central 316 podem ser feitas ligeiramente menores do que aquelas em um eixo longitudinal central 316 de modo que quando em seu estado esticado essas lacunas ainda estarão dentro ou atingirão o valor da largura da lacuna determinado usando a Fórmula I ou a Fórmula II quando a estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 300 estiver em uso.

[0036] Com referência agora à Figura 4, é mostrada uma modalidade da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 400 onde pelo menos uma porção da espuma flexível de poliuretano com células abertas 402-1 e 401-2 cobre completamente o material flexível condutor de calor 408. A ilustração da Figura 4 é mostrada em uma vista explodida para permitir que o material flexível condutor de calor 408 seja visto, onde em operação a porção da espuma flexível de poliuretano com células abertas cobre completamente o material flexível condutor de calor

408. Conforme ilustrado na Figura 4, a estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida 400 inclui uma primeira porção 402-1 da espuma flexível de poliuretano com células abertas 402 que inclui o

15 / 65 material flexível condutor de calor 408. O material flexível condutor de calor 408 pode estar em qualquer uma das formas e/ou configurações fornecidas neste documento, em que a largura da folga 414 de uma ou mais folgas 410 é (são) determinada usando a Fórmula I ou a Fórmula II, fornecidas neste documento. Uma segunda porção 402-2 da espuma flexível de poliuretano com células abertas 402 é posicionada sobre a primeira porção 402-1 da espuma flexível de poliuretano com células abertas 402 de modo a “ensanduichar” o material flexível condutor de calor 408 entre os espuma de poliuretano de célula 402 da primeira porção 402-1 e a segunda porção 402-2 da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida

400.

[0037] Também é possível ter duas ou mais matrizes do material flexível condutor de calor, como discutido neste documento, na estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida. Por exemplo, uma primeira matriz do material flexível condutor de calor pode ser ensanduichada entre a espuma flexível de poliuretano com células abertas de uma primeira porção e uma segunda porção da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida (como visto na Figura 4), enquanto uma segunda matriz do material flexível condutor de calor pode estar localizada na superfície externa da segunda porção da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida (por exemplo, semelhante à matriz do material flexível condutor de calor visto em qualquer uma das Figuras 1, 2 ou 3). Desta forma, as matrizes do material flexível condutor de calor estão em uma configuração empilhada que ajudaria a permitir que mais do material flexível condutor de calor estivesse presente na estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida da presente divulgação.

ESPUMA FLEXÍVEL DE POLIURETANO COM CÉLULAS ABERTAS

[0038] Conforme discutido neste documento, as modalidades da

16 / 65 estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida usa espuma flexível de poliuretano com células abertas. Conforme discutido neste documento, a espuma flexível de poliuretano com células abertas pode ser uma espuma de poliuretano com células abertas viscoelástica. A espuma viscoelástica de poliuretano, em uma modalidade, pode ser caracterizada como tendo uma resiliência que é menor ou igual a 20% conforme medido de acordo com ASTM D3574 Teste H, que também pode ser referido como um Teste de Recuperação de Bola. Por exemplo, a resiliência pode ser menor que 15%, menor que 10%, menor que 8%, menor que 7%, menor que 4% e/ou menor que 3%. Em todos os casos, a resiliência pode ser maior que 1%.

[0039] As espumas de poliuretano viscoelásticas podem ser preparadas com o uso de um sistema de reação que inclui um componente isocianato e um componente reativo a isocianato. Em particular, a espuma viscoelástica é formada como o produto da reação do componente isocianato e o componente reativo a isocianato. O componente isocianato inclui pelo menos um isocianato, tal como um pré-polímero terminado em isocianato e/ou um poli-isocianato. O componente reativo a isocianato inclui pelo menos um composto que tem um grupo átomo de hidrogênio reativo com isocianato, tal como grupo hidroxila e/ou um grupo amina. O componente isocianato e/ou o componente reativo a isocianato podem incluir um aditivo como um catalisador, um agente de cura, um tensoativo, um agente de expansão, uma poliamina e/ou uma carga entre outros materiais.

[0040] De acordo com modalidades, o componente reativo a isocianato inclui pelo menos três componentes. Em particular, o componente reativo a isocianato pode incluir um componente poliol, um componente aditivo e uma dispersão polimérica aquosa pré-formada.

[0041] O componente poliol é responsável por 50,0 por cento em peso (% em peso) a 99,8% em peso do componente reativo a isocianato, de modo a ser o componente majoritário no sistema de reação para formar a espuma

17 / 65 viscoelástica de poliuretano. Outras faixas de valores para o componente de poliol podem incluir 60,0% em peso a 99,8% em peso, 70,0% em peso a 99,5% em peso, 80,0% em peso a 99,0% em peso e 90,0% em peso a 99,0% em peso. O componente poliol inclui pelo menos um poliéter poliol e pode, opcionalmente, incluir pelo menos um poliéster poliol.

[0042] O componente aditivo pode incluir um catalisador, um agente de cura, um tensoativo, um agente de expansão, uma poliamina, água e/ou uma carga. O componente aditivo representa 0,1% em peso a 50,0% em peso do componente aditivo, com base no peso total do componente reativo a isocianato. Outras faixas de valores para o componente aditivo podem incluir 0,1% em peso a 40,0% em peso, 0,1% em peso a 30,0% em peso, 0,1% em peso a 20,0% em peso, 0,1% em peso a 15,0% em peso, 0,1 % em peso a 10,0% em peso ou 0,1% em peso a 5,0% em peso. O componente aditivo em modalidades exemplificativas inclui pelo menos um catalisador e pelo menos um tensoativo.

[0043] A dispersão aquosa de polímero pré-formada opcional pode representar 0,1% em peso a 6,0% em peso do componente reativo a isocianato. Outros intervalos de valores para a dispersão de polímero aquoso pré-formado opcional podem incluir 0,1% em peso a 5,0% em peso, 0,1% em peso a 4,5% em peso, 0,1% em peso a 4,0% em peso, 0,1% em peso a 3,5% em peso. %, 0,1% em peso a 3,0% em peso, 0,4% em peso a 2,5% em peso ou 0,5% em peso a 2,0% em peso. A dispersão polimérica aquosa pré-formada é uma dentre uma dispersão polimérica de ácido aquoso ou uma dispersão polimérica de poliolefina modificada por ácido aquoso em que a poliolefina é derivada de pelo menos uma C2 a C20 alfa-olefina (por exemplo, pelo menos um C2 a C20 de alfa-olefina e/ou C2 a C8 alfa-olefina). A dispersão polimérica aquosa pré-formada tem um teor de sólidos de 10% a 80% em peso, com base no peso total da dispersão polimérica aquosa pré-formada. A dispersão polimérica aquosa pode ser uma combinação de uma ou mais dispersões

18 / 65 poliméricas aquosas que são usadas para formar a espuma viscoelástica de poliuretano.

[0044] A espuma viscoelástica pode ser uma espuma de subida livre ou espuma de molde que é, opcionalmente, preparada com o uso de pelo menos um selecionado a partir do grupo da dispersão polimérica aquosa pré- formada e dispersante polimérico aquoso pré-formado, enquanto diferem entre si por composição. As modalidades exemplificativas podem incluir apenas a dispersão polimérica aquosa pré-formada, apenas o dispersante polimérico aquoso pré-formado, ou uma combinação da dispersão polimérica aquosa pré-formada e do dispersante polimérico aquoso pré-formado.

[0045] A espuma viscoelástica preparada com o uso do aditivo dispersante polimérico aquoso pré-formado pode ter um fluxo de ar maior que aproximadamente 1,9 l/s (4,0 pés cúbicos por minuto padrão (scfm)) sob condições padrão. A espuma viscoelástica pode ter um fluxo de ar maior que aproximadamente 2,4 l/s (5,0 pés cúbicos padrão por minuto (scfm)) sob condições padrão. A espuma viscoelástica pode ter um tempo de recuperação (também denominado tempo de recuperação viscoelástico) menor que 20 segundos (por exemplo, menor que 10 segundos e/ou menor que 5 segundos). Por exemplo, uma espuma viscoelástica de poliuretano que tem um fluxo de ar aumentado sem sacrificar a resiliência pode ser preparada.

COMPONENTE DE POLIOL

[0046] O componente poliol inclui pelo menos um poliéter poliol e/ou poliéster poliol. Os polieter polióis exemplificativos são o produto da reação de óxidos de alquileno (como pelo menos um óxido de etileno, óxido de propileno e/ou óxido de butileno) com iniciadores que contêm de 2 a 8 átomos de hidrogênio ativos por molécula. Iniciadores exemplificativos incluem etilenoglicol, dietilenoglicol, propilenoglicol, dipropilenoglicol, butanodiol, glicerol, trimetilalpropano, trietanolamina, pentaeritritol, sorbitol, etilenodiamina, tolueno diamina, diaminodifenilmetano, polimetileno

19 / 65 polifenileno poliaminas, etanolamina, dietanolamina e misturas de tais iniciadores. Polióis exemplificativos incluem produtos de VORANOL™, disponíveis junto à The Dow Chemical Company. O componente de poliol pode incluir polióis que são usáveis para formar espumas de poliuretano viscoelásticas.

[0047] Por exemplo, o componente poliol pode incluir um poliol de polioxietileno-polioxipropileno poliéter que tem um teor de óxido de etileno de pelo menos 50% em peso (com base em um peso total dos óxidos de alquileno usados para formar o poliol), que tem uma funcionalidade de hidroxila nominal de 2 a 6 (por exemplo, 2 a 4), e tem um peso molecular médio numérico de 500 g/mol a 5000 g/mol (por exemplo, 500 g/mol a 4000 g/mol, de 600 g/mol a 3000 g/mol, 600 g/mol a 2000 g/mol, 700 g/mol a 1500 g/mol e/ou 800 g/mol a 1200 g/mol). O polioxietileno-polioxipropileno poliéter poliol que tem um teor de óxido de etileno de pelo menos 50% em peso pode representar 5% em peso a 90% em peso (por exemplo, 10% em peso a 90% em peso, 25% em peso a 90% em peso, 25% em peso a 85% em peso, 35% em peso a 85% em peso, 45% em peso a 85% em peso, 50% em peso a 80% em peso e/ou 55% em peso a 70% em peso) do componente reativo com isocianato. O poliéter poliol de polioxietileno-polioxipropileno que tem um teor de óxido de etileno de pelo menos 50% em peso pode ser o componente principal no componente reativo a isocianato.

[0048] O componente de poliol pode incluir um poliol de polioxietileno-polioxipropileno poliéter de alto peso molecular que tem um teor de óxido de etileno de pelo menos 50% em peso (com base em um peso total dos óxidos de alquileno usados para formar o poliol), que tem uma funcionalidade de hidroxila nominal de 4 a 8 (por exemplo, 5 a 8), e tem um peso molecular médio numérico de 5.500 g/mol a 20.000 g/mol (por exemplo,

5.500 g/mol a 17.500 g/mol, de 5.500 g/mol a 15.500 g/mol, 5.500 g/mol a

14.500 g/mol, 6.500 g/mol a 14.500 g/mol, 8.500 g/mol a 14.500 g/mol e/ou

20 / 65

10.500 g/mol a 14.500 g/mol). O polioxietileno-polioxipropileno poliéter poliol que tem um teor de óxido de etileno de pelo menos 50% em peso pode representar 5% em peso a 90% em peso (por exemplo, 5% em peso a 75% em peso, 5% em peso a 55% em peso, 5% em peso a 50% em peso, 5% em peso a 45% em peso, 5% em peso a 35% em peso, 5% em peso a 25% em peso e/ou 10% em peso a 20% em peso) do componente reativo com isocianato. O polioxietileno-polioxipropileno poliéter poliol de alto peso molecular pode ser além do polioxietileno-polioxipropileno poliéter poliol de peso molecular relativamente mais baixo discutido neste documento.

[0049] O componente poliol pode incluir um poliéter poliol de polioxipropileno-polioxietileno que tem um teor em óxido de etileno menor que 20% em peso com base no peso total dos óxidos de alquileno utilizados para formar o poliol, que tem uma funcionalidade nominal de hidroxila de 2 a 6 (por exemplo, 2 a 4), e tem um peso molecular médio em número maior que 1000 g/mol (ou maior que 1500 g/mol) e menor que 6000 g/mol. Por exemplo, o peso molecular pode ser de 1.500 g/mol a 5.000 g/mol, 1.600 g/mol a 5.000 g/mol, 2.000 g/mol a 4.000 g/mol e/ou 2.500 g/mol a 3.500 g/mol. O poliol poliéter polioxipropileno-polioxietileno que tem um teor de óxido de etileno de menos de 20% em peso pode representar 5% em peso a 90% em peso (por exemplo, 5% em peso a 70% em peso, 5% em peso a 50% em peso, 10% em peso a 40% em peso e/ou 10% em peso a 30% em peso) do componente reativo de isocianato. O poliéter poliol de polioxipropileno- polioxietileno que tem um teor de óxido de etileno menor que 20% em peso pode estar em uma mescla com o poliéter poliol de polioxipropileno que tem um teor de óxido de etileno de pelo menos 50% em peso, enquanto o último está incluído em uma maior quantidade.

[0050] O componente de poliol pode incluir um polioxipropileno poliéter poliol que tem uma funcionalidade de hidroxil nominal de 2 a 6 (por exemplo, 2 a 4) e tem um peso molecular médio numérico de 500 g/mol a

21 / 65 6000 g/mol (por exemplo, 500 g/mol a 5500 g/mol, de 600 g/mol a 5000 g/mol, 700 g/mol a 1500 g/mol, 800 g/mol a 1200 g/mol, 3000 g/mol a 6000 g/mol, 3000 g/mol a 5500 g/mol, 3500 g/mol a 5500 g/mol e/ou 4500 g/mol a 5500 g/mol). O polioxipropileno poliéter poliol pode representar 5% em peso a 90% em peso (por exemplo, 5% em peso a 70% em peso, 5% em peso a 50% em peso, 10% em peso a 40% em peso e/ou 10% em peso a 30% em peso) do componente reativo de isocianato. O poliéter poliol de polioxipropileno pode estar em uma mescla com o poliéter poliol de polioxipropileno que tem um teor de óxido de etileno de pelo menos 50% em peso, enquanto o último está incluído em uma quantidade maior.

[0051] Em uma modalidade exemplificativa, o componente poliol pode incluir uma mistura do poliol poliéter de polioxietileno-polioxipropileno que tem um teor de óxido de etileno de pelo menos 50% em peso, o poliéter poliol polioxietileno-polioxipropileno que tem um teor de óxido de etileno menor que 20% em peso e/ou o poliéter poliol de polioxipropileno. Em outras modalidades exemplificativas, o componente poliol pode incluir uma mescla do poliéter poliol de polioxietileno-polioxipropileno que tem um teor de óxido de etileno de pelo menos 50% em peso, polietileno-polioxipropileno poliéter poliol de maior peso molecular que tem um teor de óxido de etileno de pelo menos 50% em peso, o poliéter poliol de polioxietileno-polioxipropileno que tem um teor de óxido de etileno menor que 20% em peso, e/ou o poliéter poliol de polioxipropileno.

[0052] O componente de poliol pode ser misturado com a dispersão polimérica aquosa pré-formada (e, opcionalmente, pelo menos parte do componente aditivo) antes de entrar em contato com o componente de isocianato.

COMPONENTE ADITIVO

[0053] O componente aditivo é separado dos componentes que formam a dispersão aquosa pré-formada e o componente de poliol. O

22 / 65 componente aditivo é parte do componente reativo a isocianato, mas outros aditivos podem ser incorporados ao componente de isocianato. O componente aditivo pode incluir um catalisador, um agente de cura, um reticulador, um tensoativo, um agente de sopro (aquoso e não aquoso, separado da dispersão polimérica aquosa), uma poliamina, um plastificante, uma fragrância, um pigmento, um antioxidante, um estabilizador de UV, água (separada da dispersão polimérica aquosa) e/ou uma carga. Outros aditivos exemplificativos incluem um extensor de cadeia, retardante de chamas, supressor de fumaça, agente de secagem, talco, pó, agente de liberação de molde, partículas de polímero de borracha (“gel”) e outros aditivos conhecidos na técnica para o uso em espumas viscoelásticas e produtos de espuma viscoelásticas.

[0054] O componente aditivo pode incluir catalisador de estanho, catalisador de zinco, catalisador de bismuto e/ou catalisador de amina. A quantidade total de catalisador no componente reativo a isocianato pode ser de 0,1% em peso a 3,0% em peso.

[0055] Um tensoativo pode ser incluído no componente aditivo, por exemplo, para ajudar a estabilizar a espuma conforme ela se expande e cura. Exemplos de tensoativos incluem tensoativos não iônicos e agentes umectantes, tais como aqueles preparados pela adição sequencial de óxido de propileno e, então, óxido de etileno a propileno glicol, organossilicones sólidos ou líquidos, e éteres de polietileno glicol de álcoois de cadeia longa. Tensoativos iônicos, tais como sais de amina terciária ou de alcanolamina, de ésteres de sulfato de alquila de cadeia longa, ésteres de alquilsulfônico e ácidos de alquilarilsulfônico podem ser usados. Por exemplo, a formulação pode incluir um tensoativo, tal como um tensoativo de organossilicone. A quantidade total de um tensoativo de organosilicone no componente reativo a isocianato pode ser de 0,1% em peso a 5,0% em peso, 0,1% em peso a 3,0% em peso, 0,1% em peso a 2,0% em peso e/ou 0,1 % em peso a 1,0% em peso.

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[0056] O componente aditivo pode incluir água, que é separada da dispersão polimérica aquosa pré-formada. A água pode representar menos que 2,0% em peso do peso total do componente reativo a isocianato. A água total, que inclui a água da dispersão polimérica aquosa pré-formada e a água do componente aditivo, pode representar menos que 5% em peso do peso total do componente reativo a isocianato.

[0057] O componente aditivo pode excluir quaisquer abridores de células químicas convencionais de espuma de poliuretano com base no uso da dispersão polimérica aquosa. O componente aditivo pode excluir polibuteno, polibutadieno e hidrocarbonetos alifáticos cerosos, como óleos (por exemplo, óleo mineral, óleo de parafina e/ou óleo naftênico) que são comumente usados como abridores de células em espumas de baixa resiliência. O componente aditivo pode excluir os abridores de células que são polióis derivados principalmente da alcoxilação de óxidos de α,β-alquileno que têm pelo menos 4 átomos de carbono, por exemplo, conforme discutido na Patente nº U.S.

4.596.665. O componente aditivo pode excluir os abridores de células que são poliéteres de até cerca de 3.500 em peso molecular que contêm uma alta proporção (de modo geral, 50% ou mais) de unidades derivadas de óxido de etileno ou óxido de butileno, por exemplo, conforme discutido na seção de antecedentes da Patente nº U.S. 4.863.976. O componente aditivo pode excluir abridores de células que são polieter polióis que têm um peso molecular de pelo menos 5.000 e que tem pelo menos 50% em peso de unidades de oxietileno, por exemplo, conforme discutido nas reivindicações da Patente nº U.S. 4.863.976.

COMPONENTE DE ISOCIANATO

[0058] O componente de isocianato inclui pelo menos um isocianato. O componente isocianato está presente em um índice de isocianato de 50 a

150. Outros intervalos de valores para o índice de isocianato incluem de 60 a 140, de 65 a 130, de 65 a 100, de 65 a 95, de 65 a 90 e/ou de 65 a 85. O índice

24 / 65 de isocianato é definido como o excesso estequiométrico molar de porções químicas de isocianato em uma mistura de reação em relação ao número de moles de unidades reativas a isocianato (hidrogênios ativos disponíveis para reação com a porção química de isocianato), multiplicado por 100. Um índice de isocianato de 100 significa que não há excesso estequiométrico, de modo que haja 1,0 mol de grupos isocianato por 1,0 mol de grupos reativos a isocianato, multiplicados por 100.

[0059] O componente de isocianato pode incluir um ou mais isocianatos, tais como poli-isocianato e/ou pré-polímero terminado em isocianato. O isocianato pode ser reagentes que contêm isocianato que são poli-isocianatos alifáticos, cicloalifáticos, alicíclicos, arilalifáticos e/ou aromáticos ou derivados dos mesmos. Derivados exemplificativos incluem o pré-polímero terminado em alofanato, biureto e NCO (porção química de isocianato). Por exemplo, o componente de isocianato pode incluir pelo menos um isocianato aromático, por exemplo, pelo menos um poli-isocianato aromático ou pelo menos um pré-polímero terminado em isocianato derivado de um poli-isocianato aromático. O componente de isocianato pode incluir pelo menos um isômero de di-isocianato de tolueno (TDI), TDI bruto, pelo menos um isômero de di-isocianato de difenilmetileno (MDI), MDI bruto, e/ou poli-isocianato de metileno polifenílico com maior funcionalidade. Exemplos incluem TDI na forma dos seus isômeros 2,4 e 2,6 e misturas dos mesmos e MDI na forma dos seus isômeros 2,4’-, 2,2’- e 4,4’- e misturas dos mesmos. As misturas de MDI e seus oligômeros podem ser MDI bruto ou polimérico e/ou uma variante conhecida de MDI que compreende grupos uretano, alofanato, ureia, biureto, carbodiimida, uretonimina e/ou isocianurato. Exemplos de isocianatos incluem VORANATE™ M 220 (um di-isocianato de metileno difenílico polimérico disponíveis junto à The Dow Chemical Company). Outro poli-isocianato exemplificativo inclui di- isocianato de tolileno (TDI), di-isocianato de isoforona (IPDI) e di-isocianatos

25 / 65 de xileno (XDI) e modificações dos mesmos. DISPERSÃO POLIMÉRICA AQUOSA PRÉ-FORMADA

[0060] A dispersão polimérica aquosa inclui pelo menos (a) um polímero base que inclui um polímero ácido e/ou um polímero de poliolefina modificado por ácido e (b) um meio fluido (nesse caso, água), no qual o polímero base é dispersado no meio fluido. A dispersão polimérica aquosa pré-formada pode ser um componente de fase líquida contínua em condições ambientes de temperatura ambiente e pressão atmosférica e é derivada de uma fase líquida (isto é, o meio fluido) e uma fase sólida (isto é, o polímero base).

[0061] Em modalidades, a dispersão polimérica aquosa pré-formada é uma dentre uma dispersão polimérica de ácido aquoso ou uma dispersão polimérica de poliolefina modificada por ácido aquoso em que a poliolefina é derivada de pelo menos uma C2 a C20 alfa-olefina. Por dispersão polimérica de ácido aquoso entende-se uma dispersão aquosa preparada com um polímero à base de ácido. Por dispersão polimérica de poliolefina modificada por ácido aquoso entende-se uma dispersão aquosa preparada com um polímero poliolefínico modificado por ácido. Por derivado de pelo menos um C2 a C20 alfa-olefina significa que a poliolefina é um polímero preparado com o uso de pelo menos uma alfa-olefina, em que cada alfa-olefina usada é uma de um grupo C2 a C20 alfa- olefina (por exemplo, a poliolefina pode ser derivada de pelo menos um dentre etileno, propileno, butileno, hexeno e/ou octeno). Em modalidades exemplificativas, a poliolefina pode ser um polímero à base de etileno e/ou um polímero à base de propileno.

[0062] Conforme usado neste documento, o termo “polímero” significa um composto preparado polimerizando-se monômeros, independentemente de ser do mesmo tipo ou de um tipo diferente. O termo genérico polímero abrange, desse modo, o termo homopolímero, normalmente empregado para se referir a polímeros preparados a partir de apenas um tipo de monômero, e o termo copolímero. O mesmo também

26 / 65 abrange todas as formas de interpolímeros, por exemplo, aleatório, em bloco, homogêneo, heterogêneo, etc. Por copolímero/interpolímero entende-se um polímero preparado pela polimerização de pelo menos dois tipos diferentes de monômeros. Esses termos incluem tanto copolímeros clássicos, isto é, polímeros preparados a partir de dois tipos diferentes de monômeros quanto polímeros preparados a partir de mais de dois tipos diferentes de monômeros, por exemplo, terpolímeros, tetrapolímeros etc.

[0063] “Polímero à base de etileno” significa que um monômero de etileno polimerizado em porcentagem em peso principal (com base no peso total de monômeros polimerizáveis), e, opcionalmente, pode compreender pelo menos um comonômero polimerizado diferente de etileno (tal como pelo menos um selecionado a partir de uma C3 a C20 alfa-olefina) de modo a formar um interpolímero à base de etileno. Por exemplo, quando o polímero à base de etileno for um copolímero, a quantidade de etileno é maior que 50% em peso, com base no peso total do copolímero. “Unidades derivadas do etileno” e termos semelhantes significam as unidades de um polímero que é formado a partir da polimerização de monômeros de etileno.

[0064] Por polímero à base de propileno entende-se um polímero que inclui um monômero de propileno polimerizado com um peso principal (com base no peso total de monômeros polimerizáveis) e opcionalmente pode compreender pelo menos um comonômero polimerizado diferente de propileno (tal como pelo menos um selecionado de um C2 e C4 a C20 alfa- olefina), de modo a formar um interpolímero à base de propileno. Por exemplo, quando o polímero à base de etileno for um copolímero, a quantidade de etileno é maior que 50% em peso, com base no peso total do copolímero. “Unidades derivadas de propileno” e termos semelhantes significam as unidades de um polímero que é formado a partir da polimerização de monômeros de propileno.

[0065] A dispersão polimérica ácida aquosa exemplificativa pode

27 / 65 incluir interpolímeros de ácido etileno-acrílico, interpolímeros de ácido etileno-metacrílico e/ou interpolímeros de ácido etileno-crotônico. O interpolímero de ácido etileno-acrílico é preparado pela copolimerização de pelo menos etileno e ácido acrílico. O interpolímero de ácido etileno- metacrílico é preparado por copolimerização de pelo menos etileno e ácido metacrílico. O interpolímero de ácido etileno-crotônico é preparado por copolimerização de pelo menos etileno e ácido crotônico. Entende-se que em tal dispersão polimérica ácida aquosa, as modalidades exemplificativas não são limitadas apenas a interpolímeros de ácido etileno-acrílico, interpolímeros de ácido etileno-metacrílico e/ou interpolímeros de ácido etileno-crotônico. Por exemplo, o etileno pode ser copolimerizado com mais de um dentre os seguintes: ácido acrílico, ácido metacrílico e/ou ácido crotônico.

[0066] Dispersões poliméricas ácidas aquosas exemplificativas podem incluir pelo menos um copolímero de ácido etileno-acrílico (EAA) (e/ou copolímero de ácido etileno-metacrílico) como o polímero base que é disperso no meio fluido (nesse caso água). A dispersão pode ser ativada pela BLUEWAVE™ Technology, que é uma tecnologia de dispersão mecânica proprietária e patenteada, que é uma marca comercial da The Dow Chemical Company ou de uma empresa afiliada da The Dow Chemical Company. Por exemplo, o EAA pode ser preparado por copolimerização de etileno com ácido acrílico, que rende copolímeros de EAA de ácido etileno-acrílico. O copolímero de etileno-ácido acrílico pode ter um teor de ácido acrílico de pelo menos 10% em peso (por exemplo, de 10% em peso a 70% em peso, de 10% em peso a 60% em peso, de 10% em peso a 50% em peso, de 10% em peso a 40% em peso, de 10% em peso a 30% em peso e/ou de 15% em peso a 25% em peso). Copolímeros EAA exemplificativos estão disponibilizados como produtos PRIMACOR™, disponíveis junto à SK globais CHEMICAL. O copolímero EAA pode ter um índice de fusão de 100 a 2.000 g/10 minutos (Método ASTM D-1238 a 190 e 2,16 kg). O copolímero EAA pode ter uma

28 / 65 viscosidade Brookfield de 5 a 13 pa.s (5.000 a 13.000 cps) a 176,66 ºC (350 °F) e é disponibilizado pela The Dow Chemical Company.

[0067] O copolímero de ácido etileno-metacrílico pode ser preparado por copolimerização de etileno com ácido metacrílico. Exemplos de copolímeros de etileno-ácido acrílico, etileno-ácido metacrílico e/ou etileno- ácido crotônico são discutidos nas Patentes no U.S. 4.599.392 e/ou 4.988.781.

[0068] Dispersões poliméricas de poliolefina modificada com ácido aquosas exemplificativas incluem dispersões comercializadas como produtos HYPOD™, disponíveis junto à The Dow Chemical Company. Os produtos HYPOD™ podem ser permitidos pela BLUEWAVE™ Technology, que é uma tecnologia de dispersão mecânica proprietária e patenteada que é uma marca comercial da The Dow Chemical Company ou de uma empresa afiliada da The Dow Chemical Company. A BLUEWAVE™ Technology pode utilizar um processo mecânico de alto cisalhamento que pode funcionar tomando polímeros e elastômeros termoplásticos tradicionais e quebrando-os em partículas submicrométricas. As dispersões poliméricas aquosas modificadas por ácido podem incluir dispersões à base de propileno e dispersões à base de etileno, que podem combinar o desempenho de termoplásticos e elastômeros de alto peso molecular com as vantagens de aplicação de uma dispersão à base de água com alto teor de sólidos. A poliolefina da dispersão pode ser uma poliolefina catalisada por metaloceno. As poliolefinas exemplificativas são vendidas nos produtos AFFINITY™, ENGAGE™, VERSIFY™ e INFUSE™, disponíveis junto à The Dow Chemical Company.

[0069] A dispersão polimérica aquosa pode ser preparada com o uso de um agente neutralizante. Exemplos de agentes neutralizantes incluem amônia, hidróxido de amônio, hidróxido de potássio, hidróxido de sódio, hidróxido de lítio e combinações dos mesmos. Por exemplo, se um grupo polar do polímero base for de natureza ácida ou básica, o polímero pode ser

29 / 65 parcial ou totalmente neutralizado com um agente neutralizante para formar um sal correspondente. Usa-se a dispersão modificada com polímero ácido preparada com o uso de EAA, o agente neutralizante é uma base, tal como hidróxido de amônio, hidróxido de potássio e/ou hidróxido de sódio. Aqueles versados na técnica observarão que a seleção de um agente neutralizante apropriado pode depender da composição específica formulada e que essa escolha está dentro do conhecimento daqueles versados na técnica.

[0070] A dispersão polimérica aquosa pode ser preparada em um processo de extrusão, por exemplo, conforme discutido na Patente nº U.S.

8.318.257. DISPERSANTE POLIMÉRICO AQUOSO PRÉ-FORMADO

[0071] O dispersante de polímero aquoso pré-formado inclui pelo menos (a) um componente polimérico que inclui um polímero de base que é derivado de 20% em peso a 100% em peso (por exemplo, 30% em peso a 100% em peso, 40% em peso a 100% em peso, 50% em peso a 100%, etc.) de pelo menos um monômero de ácido hidrofílico que tem pelo menos um grupo carbonila, grupo fosfato, grupo fosfonato ou grupo sulfonila, ou outros grupos acídicos (que incluem qualquer combinação destes) e, opcionalmente, derivados de pelo menos um monômero de hidrocarboneto hidrofóbico terminalmente insaturado; e (b) um meio fluido que inclui pelo menos água, em que o polímero base é disperso no meio fluido. Conforme usado neste documento, o termo “polímero” significa um composto preparado polimerizando-se monômeros, independentemente de ser do mesmo tipo ou de um tipo diferente. O termo genérico polímero abrange, desse modo, o termo homopolímero, normalmente empregado para se referir a polímeros preparados a partir de apenas um tipo de monômero, e o termo copolímero. O mesmo também abrange todas as formas de interpolímeros, por exemplo, aleatório, em bloco, homogêneo, heterogêneo, etc. Por copolímero/interpolímero entende-se um polímero preparado pela

30 / 65 polimerização de pelo menos dois tipos diferentes de monômeros. Esses termos incluem tanto copolímeros clássicos, isto é, polímeros preparados a partir de dois tipos diferentes de monômeros quanto polímeros preparados a partir de mais de dois tipos diferentes de monômeros, por exemplo, terpolímeros, tetrapolímeros, etc. O polímero de base pode ser derivado de um monômero ou pode ser um copolímero derivado de pelo menos dois monômeros diferentes. O polímero base pode ter microestrutura controlada, distribuição de peso molecular e/ou peso molecular. O polímero base pode ter um peso molecular numérico médio (Mn) de 1.000 a 25.000 g/mol.

[0072] Mn se refere ao peso molecular numérico médio do agente dispersante, por exemplo, conforme determinado por qualquer um do seguinte método: agentes de dispersão são dissolvidos a uma concentração de 2 mg/ml em uma solução de 20 mM de di-hidrogeniofosfato de sódio a pH 7 e passados através de um filtro de 0,45 µm e 100 µl injetados em uma coluna de empacotamento TSKgel GMPW XL (7,5 mm x 30 cm, Tosoh) em conjunto com uma coluna de empacotamento TSKgel G2500PW XL (7,5 mm x 30 cm, Tosoh) a um taxa de fluxo de 1 ml/min. A eluição é monitorada por um detector de índice de refração e perfil de peso molecular avaliado em comparação aos padrões de referência de poli(ácido acrílico) em uma faixa em peso molecular de 216 g/mol a 1.100.000 g/mol.

[0073] Por exemplo, o polímero de base pode ser derivado de pelo menos um monômero de ácido hidrofílico tendo pelo menos um grupo carbonil, por exemplo, derivado de um monômero carboxilado etilenicamente insaturado ou derivado de um monômero que pode ser hidrolisado para dar múltiplos grupos funcionais de ácido carboxílico. Exemplos de monômeros carboxilados etilenicamente insaturados incluem ácido acrílico, ácido crotônico, ácido metacrílico, ácido cinâmico, ácido alfa-cloroacrílico, ácido maleico, ácido itacônico, ácido fumárico, ácido glutacônico, ácido traumático, ácido citracônico, ácido mesacônico e ácido aconítico. Exemplos de

31 / 65 monômeros que podem ser hidrolisados para gerar múltiplos grupos funcionais ácido carboxílico incluem anidrido maleico, anidrido citracônico, anidrido itacônico, anidrido tetra-hidroftálico, anidrido traumático e anidrido glutacônico. Por exemplo, os monômeros que podem ser hidrolisados para gerar múltiplos grupos funcionais de ácido carboxílico podem ser um anidrido ácido. Em modalidades exemplificativas, o monômero de ácido hidrofílico pode ser um ácido carboxílico que tem mais que um grupo carbonila ou um anidrido ácido.

[0074] O polímero de base pode ser derivado de pelo menos um monômero de ácido hidrofílico tendo pelo menos um grupo fosfato, por exemplo, derivado de ácido fosfórico ou seus ésteres (por exemplo, aqueles conhecidos por um versado na técnica). O polímero de base pode ser derivado de pelo menos um monômero de ácido hidrofílico tendo pelo menos um grupo fosfonato, por exemplo, derivados de ácidos fosfônicos ou seus ésteres (por exemplo, aqueles conhecidos por um versado na técnica). O polímero de base pode ser derivado de pelo menos um monômero de ácido hidrofílico tendo pelo menos um grupo sulfonil, por exemplo, derivado de ácido sulfônico ou substituintes obtidos a partir de ácido sulfônico (por exemplo, aqueles conhecidos por um versado na técnica).

[0075] Em modalidades exemplificativas, o polímero base pode ser derivado de qualquer combinação dos monômeros de ácido hidrofílico que têm pelo menos um grupo carbonila (tal como grupo anidrido ácido) grupo fosfato, um grupo fosfonato ou um grupo sulfonila. Por exemplo, o polímero de base pode ser um copolímero derivado de dois monômeros de ácido hidrofílico diferentes, por exemplo, derivados de dois monômeros carboxilados etilenicamente insaturados diferentes, derivados de dois monômeros diferentes que podem ser hidrolisados para gerar múltiplos grupos funcionais de ácido carboxílico. Por exemplo, o polímero base pode ser derivado de um monômero carboxilado etilenicamente insaturado e um

32 / 65 monômero que pode ser hidrolisado para gerar múltiplos grupos funcionais de ácido carboxílico.

[0076] Em outras modalidades exemplificativos, o polímero base pode ser derivado de qualquer combinação dos monômeros de ácido hidrofílico que tem pelo menos um grupo carbonila (tal como um grupo anidrido ácido), grupo fosfato, grupo fosfonato ou grupo sulfonila e um monômero de hidrocarboneto insaturado terminalmente hidrofóbico. Por exemplo, o polímero base pode ser derivado de um monômero que pode ser hidrolisado para gerar múltiplos grupos funcionais de ácido carboxílico e um monômero de hidrocarboneto insaturado terminalmente hidrofóbico.

[0077] Exemplos de monômeros de hidrocarboneto insaturado terminalmente hidrofóbicos incluem C2 a C20 alfa-olefinas, compostos aromáticos etilenicamente insaturados (tais como estireno) e ésteres alquílicos de monômeros carboxilados etilenicamente insaturados (tais como acrilato de metila, acrilato de etila, acrilato de butila, metacrilato de metila, metacrilato de etila e metacrilato de butila). Por exemplo, o monômero de hidrocarboneto insaturado terminalmente hidrofóbico pode ser um selecionado a partir de uma C2 a C10 alfa-olefina ou pode ser estireno. Exemplos não limitantes de um monômero insaturado etilenicamente sulfonado incluem o ácido 2- acrilamido-2-metilpropano sulfônico e os sais do mesmo. Exemplos não limitantes de um monômero insaturado etilenicamente fosfatado incluem metacrilato de 2-(fosfono-oxi)etila e sais do mesmo. Exemplos não limitantes de um monômero insaturado etilenicamente fosfonatado incluem o ácido vinilfosfônico e os sais do mesmo. As modalidades exemplificativas incluem pelo menos um monômero insaturado etilenicamente carboxilado.

[0078] O dispersante de polímero aquoso pré-formado inclui de 5% em peso a 60% em peso (por exemplo, 5% em peso a 50% em peso, 10% em peso a 50% em peso, 15% em peso a 45% em peso, 15% em peso a 40% em peso, 20% em peso a 36% em peso, etc.) de um componente polimérico e de

33 / 65 40% em peso a 95% em peso de um meio fluido que inclui pelo menos água. Por exemplo, o dispersante polimérico aquoso pré-formado pode consistir essencialmente no componente polimérico e no meio fluido. O componente polimérico pode consistir essencialmente no polímero base. O dispersante polimérico aquoso pré-formado pode conter outros componentes, exemplos não limitantes incluem tensoativos, solventes orgânicos, iniciadores e resíduos de transferência de cadeia e cargas.

[0079] O dispersante de polímero aquoso pré-formado tem um pH de 6,0 a 12,0 (por exemplo, de 6,5 a 12,0, de 8,0 a 12,0, de 8,0 a 11,5, de 8,0 a 11,0, de 8,0 a 10,5, de 8,0 a 10,0, etc.). O dispersante polimérico aquoso pré- formado pode ser um componente de fase líquida contínua em condições ambientes de temperatura ambiente e pressão atmosférica e é derivado de uma fase líquida (isto é, o meio fluido) e uma fase sólida (isto é, o polímero base). O dispersante de polímero aquoso pré-formado pode ter um teor de sólidos de 10% em peso a 80% em peso (por exemplo, de 25% em peso a 75% em peso, etc.), com base no peso total do dispersante de polímero aquoso pré-formado.

[0080] O dispersante polimérico aquoso pode ser preparado com o uso de um agente neutralizante. Exemplos de agentes neutralizantes incluem amônia, hidróxido de amônio, hidróxido de potássio, hidróxido de sódio, hidróxido de lítio, hidróxido de cálcio, hidróxido de magnésio, hidróxido de zinco, óxido de cálcio, óxido de magnésio, óxido de zinco e combinações dos mesmos. Por exemplo, se um grupo polar do polímero base for de natureza ácida ou básica, o polímero pode ser parcial ou totalmente neutralizado com um agente neutralizante para formar um sal correspondente. Por exemplo, com um dispersante preparado com o uso de ácido acrílico, o agente neutralizante uma base, tal como hidróxido de amônio, hidróxido de potássio e/ou hidróxido de sódio. Aqueles versados na técnica observarão que a seleção de um agente neutralizante apropriado pode depender da composição específica formulada e que essa escolha está dentro do conhecimento daqueles

34 / 65 versados na técnica.

[0081] O dispersante de polímero aquoso pré-formado é responsável por 0,1% em peso a 6,0% em peso (por exemplo, 0,1% em peso a 5,0% em peso, 0,1% em peso a 4,1% em peso, 0,1% em peso a 4,0% em peso, 0,1% em peso a 3,5% em peso, 0,1% em peso a 3,0% em peso, 0,4% em peso a 2,5% em peso, 0,5% em peso a 2,4% em peso, etc.) do componente reativo com isocianato. O dispersante polimérico aquoso pode ser uma combinação de um ou mais dispersantes poliméricos aquosos que são usados para formar a espuma viscoelástica de poliuretano.

[0082] O teor total de água calculado para o sistema de reação usado para formar a espuma viscoelástica pode ser menor que 5% em peso, menor que 3% em peso, menor que 2,0% em peso e/ou menor que 1,6% em peso, com base no peso total do sistema de reação para formar a espuma viscoelástica de poliuretano. O teor total de água calculado é calculado como a quantidade total de água DI (desionizada) adicionada à formulação mais a quantidade de água adicionada à formulação como parte do dispersante polimérico aquoso pré-formado. Por exemplo, o teor de água total calculado pode ser de 0,5% em peso a 1,6% em peso, 0,5% em peso a 1,5% em peso e/ou 1,0% em peso a 1,5% em peso.

[0083] Os dispersantes poliméricos aquosos exemplificativos são vendidos como produtos da TAMOL™ e OROTAN™, disponíveis junto à The Dow Chemical Company, e BYK e produtos DISPERBYK, disponíveis junto à BYK GmbH, e produtos da Rhodaline®, disponíveis junto à Rhodia Group, e produtos da COADISTM, disponíveis junto à Arkema, e produtos da Hydropalat®, disponíveis junto à BASF.

ESTRUTURA DE ESPUMA FLEXÍVEL DE POLIURETANO COM CÉLULAS ABERTAS REVESTIDA

[0084] A estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida pode ser útil em uma variedade de aplicações de

35 / 65 embalagens, aplicações de conforto (como colchões - incluindo coberturas de colchões, travesseiros, móveis, almofadas de assento, etc.), aplicações de absorvedores (como amortecedores, equipamentos esportivos e médicos, forros de capacetes, etc.), aplicações de amortecimento de ruído e/ou vibração (como tampões para os ouvidos, painéis de automóveis, etc.) e aplicações de filtração (como filtros de ar a vácuo, proteções de calhas para proteger a calha/coletor de chuva contra detritos, como folhas de plantas e neve derretida).

[0085] A espuma flexível de poliuretano com células abertas para formar a estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida pode ser preparada em um processo de bloco (por exemplo, como espuma livre), um processo de moldagem (tal como em um processo de formação de espuma), ou qualquer outro processo conhecido na técnica. O material flexível condutor de calor pode ser adicionado a espuma flexível de poliuretano com células abertas depois de formado. Em um processo de bloco, os componentes para formar a espuma flexível de poliuretano com células abertas (por exemplo, e não os componentes para formar o material condutor de calor flexível) podem ser misturados e vertidos em uma região em que a formulação reage, se expande livremente em pelo menos uma direção e cura. Os processos de chapa são, de modo geral, operados continuamente em escalas comerciais. Em um processo de moldagem, os componentes para formar a espuma podem ser misturados e vazados em um molde/caixa (aquecido ou não aquecido) em que a formulação reage, se expande sem o molde em pelo menos uma direção e cura. Em um processo de moldagem, a formulação também pode reagir e se expandir dentro de um molde que pode ser fechado para que a formulação entre em contato com o molde em todos os lados (com orifício ou orifícios de ventilação em pelo menos um lado de um molde) e, então, cura.

[0086] A estrutura de espuma flexível de poliuretano com células

36 / 65 abertas revestida pode ser preparada em condições ambientais iniciais (isto é, temperatura ambiente na faixa de 20 ºCºC a 25 ºCºC e pressão atmosférica padrão de aproximadamente 1 Mpa (1 atm)). Por exemplo, a espuma flexível de poliuretano com células abertas pode incluir um polímero ácido e/ou um polímero de poliolefina modificado por ácido (por exemplo, um polímero que tem um ponto de fusão acima de 100 ºCºC) sem exigir aquecimento ou aplicação de pressão ao componente reativo a isocianato. A formação de espuma a pressão abaixo de condição atmosférica também pode ser realizada, para reduzir a densidade da espuma e suavizar a espuma. A formação de espuma sob pressão acima da condição atmosférica pode ser realizada, para aumentar a densidade da espuma e, portanto, o suporte de carga de espuma conforme medido pela deflexão de força de endentação (IFD). Em um processamento de moldagem, a espuma flexível de poliuretano com células abertas pode ser preparada à temperatura inicial do molde acima da condição ambiente, por exemplo, 50 ºC e acima. O excesso de embalagem do molde, ou seja, o carregamento do molde com material extra de formação de espuma, pode ser realizado para aumentar a densidade da espuma.

[0087] O teor total de água calculado para o sistema de reação usado para formar a espuma flexível de poliuretano com células abertas (excluindo o teor em água do revestimento) pode ser menor que 5% em peso, menor que 3% em peso, menor que 2,0% em peso e/ou menor que 1,6% em peso, com base no peso total do sistema de reação para formar a espuma flexível de poliuretano com células abertas. O teor total de água calculado é calculado como a quantidade total de DI (água desionizada) adicionada à formulação mais a quantidade de água adicionada à formulação como parte da dispersão polimérica aquosa pré-formada. Por exemplo, o teor de água total calculado pode ser de 0,5 % em peso a 1,6% em peso, 0,5% em peso a 1,5% em peso e/ou 1,0% em peso a 1,5% em peso.

[0088] A espuma flexível de poliuretano com células abertas

37 / 65 resultante pode exibir um melhor efeito de absorção e/ou um melhor gerenciamento da umidade/calor. Com relação ao gerenciamento de umidade e calor de uma espuma resultante, por exemplo, em relação a um colchão ou almofada de espuma de poliuretano viscoelástico, um bom efeito de absorção pode permitir que o suor se mova na direção oposta rapidamente da pele do usuário. Os principais aspectos do corpo humano para manter a temperatura de conforto são através do vapor de umidade pela transpiração. O suor é o mecanismo do corpo para se manter fresco. Um bom efeito de absorção pode permitir que o usuário permaneça seco e frio, fornecendo um maior conforto. O bom efeito de absorção também pode dotar o suor/água de mais área de superfície para evaporar. Dito de outra maneira, visto que o suor/água é disperso em uma área maior, o mesmo pode evaporar mais rapidamente que quando a água é reunida em uma pequena área de superfície. Além disso, uma boa permeabilidade à umidade pode permitir que a umidade deixe a pele do usuário e permita que o vapor de umidade natural afaste o calor da pele do usuário. As propriedades de absorção podem melhorar as propriedades da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida.

[0089] Por exemplo, a espuma flexível de poliuretano com células abertas pode exibir uma altura de absorção visualmente observável (por exemplo, em uma amostra da espuma viscoelástica de poliuretano com as dimensões de 2,54 centímetros x 1,27 centímetro x 5,08 centímetros (1,0 polegada x 0,5 polegadas x 2,0 polegadas), quando uma borda da amostra estiver submersa em 5,0 mm de água tingida) maior que uma altura de absorção visualmente observável de uma amostra de uma espuma viscoelástica de poliuretano diferente (cuja amostra tem as mesmas dimensões) que é preparada com o uso do mesmo componente de isocianato, do mesmo teor total calculado de água e do mesmo componente reativo a isocianato, exceto pelo fato de que a dispersão polimérica aquosa pré-formada é excluída. Por exemplo, a altura de absorção pode ser maior por um fator de

38 / 65 pelo menos 3 (por exemplo, pode ser 3 a 10 vezes maior e/ou 3,5 a 5,5 vezes maior). Devido às propriedades de absorção, a solução de revestimento pode ser mais facilmente absorvida à espuma, desse modo, levando menos tempo total para que toda a solução seja aplicada em uma camada de revestimento uniforme na mesma.

[0090] A espuma flexível de poliuretano com células abertas pode exibir um tempo de absorção visualmente observado (que usa uma amostra da espuma flexível de poliuretano com células abertas), quando três gotas de água tingida são colocadas em uma superfície da amostra, que é menor que um tempo de absorção visualmente observado com o uso de uma amostra de uma espuma viscoelástica de poliuretano diferente que é preparada com o uso do mesmo componente de isocianato, do mesmo teor de água total calculado e do mesmo componente reativo a isocianato, exceto pelo fato de que a dispersão polimérica aquosa pré-formada é excluída. Como seria entendido por um versado na técnica, as amostras comparadas podem ter a mesma espessura/profundidade, mas o comprimento e a largura das amostras não são dependentes dos resultados. O tempo de absorção é visualmente observado como o tempo que leva para que três gotas de água tingida desapareçam (isto é, sejam absorvidas pela espuma) da superfície das amostras. O tempo de absorção pode ser diminuído em pelo menos 30 segundos, de modo a ser significativamente mais rápido quando a dispersão polimérica aquosa pré- formada for realizada. Por exemplo, o tempo de absorção pode ser inferior a 5 segundos para a espuma de poliuretano preparada usando a dispersão de polímero aquosa pré-formada (por exemplo, menos do que 5 segundos, mas maior do que meio segundo).

[0091] A espuma flexível de poliuretano com células abertas pode exibir uma melhor permeabilidade ao vapor de água, por exemplo, conforme medido de acordo com ASTM E96/E96M (e opcionalmente em vista da ASTM E2321-03). Por exemplo, a permeabilidade ao vapor de água pode ser

39 / 65 melhorada em pelo menos 5% (por exemplo, de 5% a 20%) para a espuma de poliuretano preparada usando a dispersão de polímero aquosa pré-formada.

[0092] A espuma viscoelástica de poliuretano pode exibir uma dureza Shore OO de 30 ou menos e/ou pode ser maior que 3.

[0093] Conforme seria entendido por uma pessoa de habilidade comum na técnica, a comparação acima de duas espumas diferentes se refere a espumas preparadas com o uso das mesmas condições de processo, do mesmo equipamento e das mesmas formulações, exceto para a exclusão da dispersão polimérica aquosa pré-formada e/ou dispersante polimérico aquoso pré-formado e para o teor de água aumentado de modo a considerar a exclusão da dispersão polimérica aquosa pré-formada no exemplo comparativo.

MATERIAL FLEXÍVEL CONDUTOR DE CALOR

[0094] Como será discutido mais completamente neste documento, para as várias modalidades fornecidas neste documento o material flexível condutor de calor pode ser formado a partir de uma variedade de materiais. Por exemplo, o material flexível condutor de calor pode ser um material de mudança de fase encapsulado. Para as várias modalidades, o material de mudança de fase do material flexível condutor de calor pode ser parte de um revestimento à base de material de mudança de fase tendo uma composição aquosa (como um aglutinante de látex) de modo que o revestimento baseado em material de mudança de fase é capaz de penetrar no material de espuma. Além disso, o uso de composições formadoras de espuma de poliuretano altamente absorventes de água pode ser benéfico na obtenção de um respirável, conforme é o uso combinado de tais espumas com revestidos à base de material de alteração de fase, por exemplo, para uso em colchões de cama e camadas superiores de colchões (“colchonetes”). Para as várias modalidades, o material de mudança de fase encapsulado tem um calor latente de transição de 80 a 300 joules por grama do material flexível condutor de

40 / 65 calor.

[0095] Em modalidades exemplares, o material flexível condutor de calor pode incluir de 5% em peso a 95% em peso (por exemplo, 10% em peso a 90% em peso, 20% em peso a 70% em peso, 20% em peso a 50% em peso, 20% em peso a 40% em peso, etc.) de uma ou mais mudanças de fase materiais (PCMs), com base no peso total dos componentes para formar o material flexível condutor de calor (ou seja, o peso total do material flexível condutor de calor). Em modalidades exemplares, o material flexível condutor de calor pode incluir de 5% em peso a 95% em peso (por exemplo, 10% em peso a 90% em peso, 10% em peso a 50% em peso, 10 % em peso a 30% em peso, 10% em peso a 25% em peso, 20% em peso a 90% em peso, 30% em peso a 80% em peso, 40% em peso a 80% em peso, 50% em peso a 70% em peso, etc.) de uma ou mais emulsões poliméricas aquosas, com base no peso total do material flexível condutor de calor. A quantidade de uma ou mais emulsões poliméricas aquosas usadas pode depender da quantidade de outros aditivos usados no material de revestimento.

[0096] Em modalidades exemplares, no que diz respeito a aditivos, o material flexível condutor de calor pode incluir de 0% em peso a 30% em peso (por exemplo, 1% em peso a 20% em peso, 3% em peso a 15% em peso, 5% em peso a 10% em peso, etc.) de um ou mais tensoativos (componente opcional), com base em um peso total da solução de revestimento. O tensoativo pode ser um tensoativo de silicone. O material flexível condutor de calor pode incluir de 0% em peso a 30% em peso (1% em peso a 20% em peso, 1% em peso a 10% em peso, 1% em peso a 5% em peso, 1% em peso a 3% em peso, etc.), com base no peso total da solução de revestimento, de uma ou mais sílicas. A sílica pode ser sílica fumada.

[0097] O material flexível condutor de calor pode incluir de 0% em peso a 90% em peso (por exemplo, 1% em peso a 80% em peso, 10% em peso a 70% em peso, 20% em peso a 70% em peso, 30% em peso a 70% em peso,

41 / 65 40% em peso a 60% em peso, 45% em peso a 55% em peso, etc.), com base em um peso total de água da solução de revestimento. O tensoativo e/ou sílica pode ser pré-misturado em água, por exemplo, de modo que o peso do tensoativo/sílica pode incluir de 5% em peso a 90% em peso (por exemplo, de 20% em peso a 80% em peso, 20% em peso a 70% em peso, 30% em peso a 60% em peso, 45% em peso a 55% em peso, etc.) de água.

[0098] O material flexível condutor de calor pode incluir de 0% em peso a 30% em peso (1% em peso a 20% em peso, 1% em peso a 10% em peso, 1% em peso a 5% em peso, 1% em peso a 3% em peso, etc.), com base no peso total da solução de revestimento, de um modificador de reologia. Por exemplo, o modificador de reologia pode ser um material à base de uretano de óxido de etileno, uretano de óxido de propileno e/ou uretano de óxido de butileno.

[0099] O material flexível condutor de calor pode incluir de 0% em peso a 30% em peso (5% em peso a 30% em peso, 10% em peso a 25% em peso, 10% em peso a 20% em peso, etc.), com base em um peso total do material flexível condutor de calor, de um glicol. Por exemplo, o glicol pode ter um peso molecular médio numérico de 150 a 1000 g/mol (por exemplo, 150 g/mol a 800 g/mol, 150 g/mol a 600 g/mol, 200 g/mol a 500 g/mol, 300 g/mol a 500 g/mol, etc.) O glicol pode ser um polietilenoglicol ou polipropilenoglicol.

[00100] O material de mudança de fase é uma substância que muda de fase a uma temperatura que ajuda a manter o corpo humano resfriado, ou seja, a uma temperatura inferior à da pele humana, absorvendo calor do corpo no calor latente associado à mudança de fase. O armazenamento de calor latente do PCM pode ser obtido através de alteração de fase líquido-sólido, sólido- líquido, gás-sólido e/ou líquido-gás. Em modalidades exemplares, o material de mudança de fase no material flexível condutor de calor sofre uma mudança de fase sólido-líquido. O material flexível condutor de calor pode incluir um

42 / 65 PCM orgânico e/ou um PCM inorgânico. Em modalidades exemplificativas, o PCM pode ser encapsulado, de modo que o material PCM pode ser submetido a alteração de fase dentro de uma área fechada após o material de revestimento ser aplicado à espuma. Por exemplo, o PCM encapsulado pode incluir um material de núcleo, que inclui um ou mais PCM e uma carcaça externa ou parede de cápsula. A parede de cápsula contém o PCM, portanto, independentemente do PCM estar no estado líquido ou sólido, a própria cápsula pode permanecer como uma partícula sólida ou partícula de gel que contém (por exemplo, envolvendo completamente) o material do núcleo. A parede de cápsula pode incluir um polímero inerte. Encapsulamento (por exemplo, microencapsulação) do PCM pode ser obtido por métodos como secagem por pulverização, centrífuga e leitos fluidizados. Métodos exemplificativos de encapsulamento são discutidos em, por exemplo, Publicação Internacional no WO 2010/042566.

[00101] A parede da cápsula pode ser formada por, por exemplo,, um poliacrilato, gelatina, poliuretano, poliureia, ureia-formaldeído, ureia- resorcinol-formaldeído e/ou melamina-formaldeído. A parede de cápsula pode ser formada em torno de um ou mais PCMs antes de formar o material de revestimento, isto é, o material de revestimento inclui um PCM encapsulado pré-formado. O PCM encapsulado pode ter um conteúdo total de PCM (incluindo um ou mais PCMs) de 50% em peso a 99% em peso (por exemplo, 60% em peso a 99% em peso, 70% em peso a 99% em peso, 80% em peso a 98% em peso e/ou 85% em peso a 95% em peso), com base em um peso total do PCM encapsulado. O PCM encapsulado pode ter um tamanho de partícula médio de 5 mícrons a 100 mícrons para o pó seco. O PCM encapsulado na forma de bolo úmido pode ter um tamanho médio de partícula de 1 mícron a 20 mícrons. Por exemplo, PCMs encapsulados (por exemplo, na forma de microcápsulas) são disponibilizados pela Microtek Laboratories, Inc. sob as linhas de produtos Nextek®, Microtek® e Micronal®, e Encapsys LLC sob a

43 / 65 linha de produtos EnFinit™.

[00102] O material do núcleo, ou seja, PCM, pode ser selecionado a partir de materiais que são mais frequentemente usados em aplicações para regulação da temperatura do corpo humano. Por exemplo, o material de núcleo (que pode incluir um ou mais PCMs) pode ter uma temperatura de fusão de 0 a 50 ºC e/ou de 10 a 40 ºC. O PCM pode ser uma cera de parafina ou um éster de ácido graxo, que absorve e libera calor para manter uma temperatura particular. Por exemplo, o PCM pode ser uma parafina (por exemplo, parafina linear ou alcano linear) que inclui de 14 a 28 átomos de carbono e/ou de 16 a 21 átomos de carbono. A PCM pode ser um ácido graxo ou éster de ácido graxo, em que qualquer desses pode ser saturado ou insaturado. O PCM pode ser um ácido caprílico, camfenilona, glicerina, ácido lático, palmitato de metila ou derivados de óxido de polietileno (incluindo polietilenoglicol como aqueles com peso molecular médio de 600 a 1.000 g/mol), selecionados entre aqueles que têm pontos de fusão na faixa relevante para o corpo humano (por exemplo, 0 a 50 ºC e/ou de 10 a 40 ºC). O PCM pode ser sais inorgânicos, em particular, hidratos de sais, por exemplo, NaCl·Na2SO4·10H2O, Na2SO4·10H2O, e outros.

[00103] O PCM encapsulado (por exemplo, o PCM encapsulado pré- formado) pode ser adicionado à composição aquosa para formar o material flexível condutor de calor. A composição aquosa pode ser um polímero de emulsão aquosa, por exemplo, a composição aquosa inclui água e pelo menos um polímero de emulsão. O polímero de emulsão aquosa pode ser pré- formado, formado na presença do PCM encapsulado pré-formado e/ou formado na presença dos materiais para formar o PCM encapsulado.

[00104] Composições aquosas exemplificativas incluem: emulsões da marca PRIMAL™ disponíveis junto à The Dow Chemical Company, emulsões acrílicas da marca RHOPLEX™ disponíveis junto à The Dow Chemical Company, e polímeros de dispersão aquosa da marca

44 / 65 HYDRHOLAC™ disponíveis junto à The Dow Chemical Company. A água pode representar 10% a 99% em peso do peso total da composição aquosa. As técnicas conhecidas podem ser usadas para a preparação do polímero de emulsão aquosa e os exemplos incluem polimerização em emulsão que começa com uma emulsão que incorpora água, polímero (tal como monômero) e, opcionalmente, um tensoativo. Composições de revestimento aquosas exemplares são discutidas na Patente Europeia nº EP 1 422 276 B 1 (também disponível como Publicação de Patente nº U.S. 2004/0102568), que é incorporada neste documento por referência.

[00105] Em modalidades exemplificativas, a composição aquosa inclui (ou consiste essencialmente em) um polímero de emulsão acrílica aquosa que contém, como unidades copolimerizadas, de 50% a 99,75% em peso, com base no peso do polímero seco, monômero (met)acrílico não iônico monoetilenicamente insaturado que inclui ésteres, amidas e nitrilas de ácido (met)acrílico, tais como, por exemplo, monômero de éster(met)acrílico, incluindo acrilato de metila, acrilato de etila, acrilato de butila, acrilato de 2- etil-hexila, acrilato de decila, acrilato de laurila, acrilato de estearila, metacrilato de metila, metacrilato de butila, metacrilato de hidroxietila, metacrilato de hidroxipropila; urieido(met)acrilato; (met)acrilonitrila e (met)acrilamida. O uso do termo “(met)” seguido por outro termo tal como acrilato, acrilonitrila ou acrilamida, conforme usado em toda a divulgação, refere-se a acrilato, acrilonitrila ou acrilamida e metacrilato, metacrilonitrila e metacrilamida, respectivamente. Por “monômero não iônico” entende-se neste documento que o resíduo de monômero copolimerizado não comporta uma carga iônica entre pH = 1 a 14.

[00106] Por exemplo, a composição aquosa inclui (ou consiste essencialmente de) um polímero em emulsão aquosa que contém, como unidades copolimerizadas, de 0,25% a 10% em peso, com base no peso do polímero seco, monômero de ácido monoetilenicamente insaturado, tal como,

45 / 65 por exemplo, ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido crotônico, ácido itacônico, metacrilato de sulfoetila, metacrilato de fosfoetilmetabutila, ácido fumárico, ácido maleico, itaconato de monometila, fumarato de monometila, fumarato e anidrido maleico. Preferencialmente, o polímero de emulsão contém, como unidades copolimerizadas, de 0,3% a 2,5% em peso, com base no peso do polímero seco, de ácido (met)acrílico.

[00107] Por exemplo, a composição aquosa inclui (ou consiste essencialmente em) um polímero de emulsão aquosa que contém, como unidades copolimerizadas, de 0 a 60% em peso, com base no peso do polímero seco, monômeros opcionais que não são monômeros (met)acrílicos não iônicos monoetilenicamente insaturados não iônicos nem monômeros de ácido monoetilenicamente insaturados. Monômeros opcionais incluem, por exemplo, estireno ou estirenos substituídos por alquila; butadieno; (met)acrilato de aminoalquila, (met)acrilato de N-alquilaminoalquila, (met)acrilato de N, N-dialquilaminoalquila; acetato de vinila, propionato de vinila ou outros ésteres de vinila; monômeros vinílicos, tais como cloreto de vinila, cloreto de vinilideno e N-vinil pirrolidona; metacrilato de alila, viniltolueno, benzofenona de vinila, ftalato de dialila, dimetacrilato de 1,3- butilenoglicol, 1,6-hexanodioldiacrilato e divinilbenzeno.

[00108] O polímero de emulsão do polímero de emulsão aquosa pode ser substancialmente não reticulado, quando for aplicado à espuma como material de revestimento, embora possa estar presente em baixos níveis de reticulação deliberada ou acidental. Quando baixos níveis de pré-reticulação ou teor de gel forem desejados, baixos níveis de monômeros não iônicos multietilenicamente insaturados opcionais, tais como, por exemplo, 0,1% a 5%, em peso com base no peso do polímero seco, podem ser usados. É importante, no entanto, que a qualidade da formação de filme não seja materialmente prejudicada.

[00109] Tensoativos exemplares podem ser usados no polímero de

46 / 65 emulsão aquosa, tais como, por exemplo, emulsionantes aniônicos e/ou não iônicos, tais como, por exemplo, sais de metal alcalino ou amônio de alquila, arila, ou sulfatos de alquilarila, sulfonatos ou fosfatos; ácidos alquila sulfônicos; sais de sulfossuccinato; ácidos graxos; monômeros de tensoativo etilenicamente insaturados; e álcoois etoxilados ou fenóis. Tensoativos polimerizáveis também podem ser usados. Monômeros tensoativos polimerizáveis preferidos são sulfato polietoxilado de nonilfenoxiprenila (por exemplo, como Hitenol de Dai-ichi Corp); alquil-alilsulfossuccinato de sódio (por exemplo, como Trem LF-40 da Henkel Corp); di-(triciclo(5.2.1.0 2,6)dec-3-en-(8 ou 9)oxietil)sulfossuccinato de amônio; e sulfosuccinato de di-(triciclo(5.2.1.0 2,6) dec-3-en-(8 ou 9) de amônio. Adicionalmente, os sais de amônio e metal de C6 a C30 ácidos orgânicos insaturados podem ser usados, por si sós ou em combinação com os tensoativos acima. Exemplos desses ácidos são: ácido alfa metil cinâmico, ácido alfa fenil cinâmico, ácido oleico, ácido lineólico (conforme descrito na patente no U.S. 5.362.832), ácido rincinoleico, a fração insaturada de colofônia de óleo de Talo e ácidos graxos, ácido de colofônia desproporcionado, ácidos graxos de óleo de soja, ácidos graxos de oliva, ácidos graxos de óleo de girassol, ácidos graxos de óleo de linhaça, mono-oleato de sorbitano, ácido abiético, sesquioleato de poli(oxietileno) sorbitol e Ácido de Dímero Empol 1010. Monômeros tensoativos polimerizáveis adequados também incluem, por exemplo, derivados de maleato (como descrito na Patente nº U.S. 4.246.387) e derivados de alil de etoxilatos de alquilfenol (como descrito em JP- 62227435). A quantidade de tensoativo usada pode ser de 0,1% a 25% em peso, com base no peso total do polímero. O tensoativo pode ser pré-mesclado com água.

[00110] Um revestimento de baixo teor de composto orgânico volátil (VOC) pode ser procurado para uso com espumas. A composição de revestimento de baixo VOC pode conter agentes coalescentes que não são

47 / 65 VOCS. Um agente de coalescência é um composto que é adicionado a um polímero, tinta ou revestimento de emulsão à base de água e que reduz a temperatura de formação de película mínima (MFFT) do polímero, da tinta ou do revestimento de emulsão em pelo menos 1 ºC. O MFFf é medido usando o método de teste ASTM 02354. Exemplos de um auxiliar de coalescência que não é um VOC incluem um plastificante, polímero de baixo peso molecular e tensoativos. Isto é, um agente coalescente de não VOC é um agente de coalescência que tem um ponto de ebulição acima de 280 ºC à pressão atmosférica.

[00111] Os métodos típicos de preparação de tintas ou revestimentos podem introduzir VOCs acidentes a partir do polímero de emulsão, biocidas, antiespumantes, sabões, dispersantes e espessantes. Esses tipicamente representam 0,1% de VOC em peso com base no peso total da composição de revestimento. Métodos adicionais, como decapagem a vapor e escolha de aditivos com baixo teor de VOC, semelhantes a biocidas, antiespumantes, sabões, dispersantes e espessantes, podem ser usados para reduzir adicionalmente a tinta ou o revestimento para menos de 0,01% de VOC em peso, com base no peso total da composição de revestimento.

[00112] O material de revestimento pode ser aplicado a uma espuma que tenha uma superfície plana e reta. O material flexível condutor de calor também pode ser aplicado a superfícies curvas, (por exemplo,, almofadas de contorno), superfícies de topologia mais complicadas (por exemplo, as chamadas almofadas de espuma de “caixa de ovo”, também conhecidas como folhas de espuma onduladas padrão) que são conhecidos na indústria de espuma e colchão. O material flexível condutor de calor pode ser aplicado diretamente sobre uma superfície de espuma, por exemplo, pode ser revestido por pulverização e/ou derramado na superfície da espuma. O material de revestimento pode ser espalhado por si só ou o espalhamento pode ser assistido com o uso de ferramentas, como um bastão de madeira ou de metal,

48 / 65 ou com o uso de uma lâmina de ar. Os instrumentos de revestimento de cortina também podem ser usados, e a espuma pode ser movida, com a ajuda de uma correia transportadora, através da cortina de líquido de revestimento. Os revestimentos de cilindro para cilindro de vários tipos também podem ser usados. Nos casos em que o material flexível condutor de calor é revestido por pulverização ou pode se espalhar na espuma por conta própria ou o espalhamento é auxiliado ou um instrumento de revestimento de cortina é usado, uma máscara removível pode ser usada para deixar certas partes da superfície sem revestimento, e após o revestimento, a máscara pode ser removida para atingir o padrão de revestimento desejado.

[00113] O material flexível condutor de calor também pode ser um gel. Para as várias modalidades, géis podem ser feitos de poliuretanos; borrachas dilatadas com diluentes (também conhecidos como extensores), como óleo mineral; elastômeros de silicone; embora vários outros polímeros possam ser transformados em géis. Os géis de poliuretano são descritos, por exemplo, na publicação do pedido de patente US 2017/0166681 A1. As borrachas podem ser, por exemplo, borracha natural ou borrachas de copolímero de bloco estirênico, como borracha SB, SBS, SEBS, SIBS, SEPS, SEEPS e várias outras, cada uma das quais podem ser dilatadas usando diluentes, mais comumente óleo mineral. Essas borrachas dilatadas com diluentes podem ser encontradas, por exemplo, na Patente n° US 5.618.882. Na formação da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida, o gel usado para formar o material flexível condutor de calor pode ser incorporado na espuma flexível de poliuretano com células abertas ou a espuma flexível de poliuretano com células abertas pode ser formada em torno da estrutura.

[00114] O material flexível condutor de calor também pode ser um metal. Exemplos de metais adequados incluem cobre e alumínio, entre outros. Conforme usado neste documento, metal não inclui apenas metais

49 / 65 elementares, como cobre e alumínio, mas também ligas de metal que incluem cobre, como latão e bronze. Outros exemplos de metais adequados incluem, mas não estão limitados a aço, níquel, prata, ouro, platina e ligas de metal que incluem, mas não estão limitados a, qualquer um dos metais anteriores. Além disso, para melhorar ainda mais a remoção de calor do corpo humano, tubos de calor, como os usados em processadores de computador de resfriamento, podem ser usados, onde o metal ou material usado como o invólucro pode ser qualquer um dos metais mencionados anteriormente ou um material polimérico, e onde materiais de mudança de fase, como água ou solventes orgânicos, são encerrados no interior. Na formação da estrutura de espuma flexível de poliuretano com células abertas revestida, o metal usado para formar o material flexível condutor de calor pode estar na forma de fio que é tecido ou trançado em uma estrutura flexível. Tal estrutura pode ser incorporada na espuma flexível de poliuretano com células abertas ou a espuma flexível de poliuretano com células abertas pode ser formada em torno da estrutura.

[00115] Todas as partes e porcentagens estão em peso, salvo indicação em contrário. Todos os dados de peso molecular têm como base o peso molecular numérico médio, salvo indicação contrária.

EXEMPLOS MATERIAIS

[00116] Os Exemplos usam os seguintes materiais: Espuma viscoelástica de poliuretano com células abertas usada como a fonte de propriedades inseridas no modelo de computador para os presentes exemplos é do mesmo tipo que o Exemplo 4 visto na Tabela 3 da publicação do pedido de patente dos EUA 2017/0362375 A1.

[00117] A formulação de revestimento para os presentes Exemplos usa um material de mudança de fase (PCM) com polietilenoglicol e ligantes à base de látex acrílico para formar um revestimento à base de água. O material

50 / 65 de mudança de fase é Microtek 28D (Microtek Laboratories, Inc.), que é um material de cera parafínica encapsulada com uma temperatura de mudança de fase de 28 oC. O carregamento alvo da Microtek 28D para os presentes Exemplos é de 279 g/m2 (0,18 g/polegada2) para atingir um calor latente de 5,11 J/centímetro2 (33 J/polegada2). A fração em peso do PCM no revestimento é de cerca de 48%. As propriedades físicas do revestimento PCM e seus materiais constituintes estão resumidos na Tabela 1. TABELA 1. Propriedades físicas do revestimento PCM e materiais constituintes Microtek 28D Densidade 900 kg/m3 Capacidade de calor 8,372 J/g∙K Calor latente 184 J/g Condutividade térmica 0,22 W/m∙K Propriedades do fichário Densidade 1.030 kg/m3 Capacidade de calor 2,135 J/g∙K Condutividade térmica 0,13 W/m∙K Revestimento PCM-Binder Densidade 963,12 kg/m3 Capacidade de calor 5,13 J/g∙K Calor latente 88,46 J/g Condutividade térmica 0,18 W/m∙K

SIMULAÇÃO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR DO CORPO HUMANO

[00118] Os detalhes da simulação são descritos na Tabela 4, abaixo. Para cada um dos exemplos a seguir, a temperatura e umidade iniciais para a espuma viscoelástica de poliuretano com células abertas é de 20 ºC com 40% de umidade relativa. O corpo humano é modelado usando uma elipse alongada de 400 mm de largura e afunda na espuma viscoelástica de poliuretano com células abertas de 70 mm no centro. O comprimento do arco de contato, c, entre a elipse do corpo humano e a espuma viscoelástica de poliuretano com células abertas é expresso pelo seguinte (com erro de 1% neste caso): onde a é o semi-eixo maior (ou seja, metade do comprimento do eixo maior), e b é o semi-eixo menor. O valor de c é calculado em 449 mm.

51 / 65

[00119] A espuma viscoelástica de poliuretano com células abertas em alguns casos tem uma fração de cobertura de revestimento de 70% com os 30% restantes da fração de cobertura total sendo não revestidos para permitir as aberturas respiráveis. Isso permitiu uma largura total das aberturas de 134,7 mm. Para a largura total fornecida, o seguinte número de lacunas é fornecido quando a quebra se divide uniformemente no seguinte número de lacunas: 7 lacunas = 19,2 mm; 15 lacunas = 9,0 mm cada; 23 lacunas divididas uniformemente = 5,9 mm cada; 31 lacunas = 4,3 mm cada. A conversão do número de lacunas em largura de lacuna para outros valores de frações de cobertura de revestimento (por exemplo, 50%, 60% e 90%) segue cálculos semelhantes.

[00120] Os seguintes cenários são considerados: Exemplo Comparativo (E.C.) A = espuma viscoelástica sem revestimento PCM E.C. B = espuma viscoelástica com revestimento PCM em 100% da superfície E.C. C = espuma viscoelástica com revestimento de PCM em 70% da superfície, com 7 lacunas espaçadas uniformemente para permitir a respirabilidade, cada uma dessas lacunas tendo 19,2 mm de largura.

[00121] E.C. D = espuma viscoelástica com revestimento de PCM em 70% da superfície, com 15 lacunas espaçadas uniformemente para permitir a respirabilidade, cada uma dessas lacunas tendo 9,0 mm de largura.

[00122] Exemplo inventivo (E.I.) 1º = espuma viscoelástica com revestimento de PCM em 70% da superfície, com 23 lacunas espaçadas uniformemente para permitir a respirabilidade, cada uma dessas lacunas tendo 5,9 mm de largura.

[00123] E.I. 2º = espuma viscoelástica com revestimento de PCM em 70% da superfície, com 31 lacunas espaçadas uniformemente para permitir a respirabilidade, cada uma dessas lacunas tendo 4,3 mm de largura.

52 / 65

[00124] E.I. 3º = espuma viscoelástica com revestimento de PCM em 50% da superfície, com 25 lacunas espaçadas uniformemente para permitir a respirabilidade, cada uma dessas lacunas tendo 9,0 mm de largura.

[00125] E.I. 4º = espuma viscoelástica com revestimento de PCM em 50% da superfície, com 35 lacunas espaçadas uniformemente para permitir a respirabilidade, cada uma dessas lacunas tendo 6,4 mm de largura.

[00126] E.C. E = viscoelástica com revestimento de PCM em 60% da superfície, com 20 lacunas espaçadas uniformemente para permitir a respirabilidade, cada uma dessas lacunas tendo 9,0 mm de largura.

[00127] E.C. F = viscoelástica com revestimento de PCM em 90% da superfície, com 5 lacunas espaçadas uniformemente para permitir a respirabilidade, cada uma dessas lacunas tendo 9,0 mm de largura.

[00128] E.C. G = viscoelástica com revestimento de PCM em 90% da superfície, com 10 lacunas espaçadas uniformemente para permitir a respirabilidade, cada uma dessas lacunas tendo 4,5 mm de largura.

[00129] Em todos os casos, os materiais com revestimento PCM (E.C. B a G e E.I. nº 1 a 4) começam com temperaturas mais baixas (consulte as Tabelas 2 e 3). À medida que o corpo aquece a superfície, em 120 min C.E. B a G são tão quentes ou mais quentes que C.E. A (a espuma nua, sem revestimento), ou então mais fria que C.E. A em 120 min. por menos do que o limite de 0,11 ºC para detectar uma diminuição na temperatura, conforme declarado na referência de Stevens & Choo como citado por Jones (Stevens, JC, & Choo, KK (1998). Sensibilidade da superfície corporal à temperatura ao longo da vida. Somatosensory & Motor Research, 15, 13-28. Citado por Jones, L. (2009). Toque térmico. Scholarpedia, 4(5):7955. http://www.scholarpedia.org/article/Thermal_touch) No entanto, para E.I. nº 1 a 4, a temperatura permanece consistentemente abaixo da C.E. A (e também C.E. B a G) e é mais fria em mais do que o limite de 0,11 ºC. Portanto, ter muitos espaçadores respiráveis não revestidos (ou seja, espaços não revestidos

53 / 65 que são estreitos) permite um desempenho de resfriamento aprimorado.

[00130] Os dados de ambos os exemplos inventivos e comparativos foram ainda analisados para determinar a faixa de tamanho de lacuna que é inventiva no sentido de que a espuma revestida de PCM será mais fria do que a espuma C.E. A (sem revestimento de PCM) pelo limite de 0,11 ºC. A Figura 5 mostra o resultado de um gráfico de contorno preparado a partir de ajuste linear usando a fração de cobertura de revestimento e o tamanho da lacuna como as variáveis de entrada, e a diferença na temperatura máxima alcançada para uma espuma revestida de PCM versus a espuma C.E. A (sem revestimento de PCM). O ajuste da curva foi feito sem incluir o E.I. nº 2, que acabou sendo especialmente refrescante. O ajuste da curva resultante ainda foi capaz de prever que o E.I. nº 2 teria um resfriamento superior a 0,11 ºC em relação à espuma C.E. A. A linha de contorno é a combinação do tamanho da lacuna e da fração de cobertura do revestimento em que a espuma revestida de PCM tem uma temperatura máxima de 120 min que é 0,11 ºC mais baixa do que a espuma C.E. A (sem revestimento de PCM). Assim, a faixa inventiva é a combinação do tamanho da lacuna e da fração de cobertura do revestimento que está abaixo da linha de contorno na Figura 5. Em outras palavras, o tamanho da abertura respirável (“gap-size”), para uma determinada fração de cobertura de revestimento de PCM (“cov”), é menor que um certo nível e segue a seguinte desigualdade: tamanho da lacuna [em mm] < -0,196 * cov [em %] + 20,6

[00131] A validade desta expressão de desigualdade é validada na Tabela 4 nas duas colunas finais que comparam os resultados da simulação (se a queda em T @ 120 min em comparação com C.E. A é maior que 0,11 ºC) com a previsão baseada na expressão de desigualdade. TABELA 2. VALORES DE TEMPERATURA VERSUS TEMPO PARA OS EXEMPLOS COMPARATIVOS A-D E OS EXEMPLOS INVENTIVOS 1 E

2. E.C. A E.C. B E.C. C E.C. D E.I. 1º E.I. 2º

54 / 65 100% de 70% de tempo Sem PCM cobertura cobertura + 7 70% de cobertura 70% de cobertura 70% de cobertura (min) (ºC) (ºC) lacunas (ºC) + 15 lacunas (ºC) + 23 lacunas (ºC) + 31 lacunas (ºC) 15 31,194 28,211 30,285 29,558 29,239 28,983 30 32,116 30,081 31,433 31,007 30,754 30,622 45 32,598 31,195 32,068 31,881 31,720 31,603 60 32,916 32,020 32,477 32,416 32,344 32,270 75 33,239 32,616 32,779 32,795 32,765 32,711 90 33,576 33,164 33,256 33,300 33,189 33,021 105 33,887 33,682 33,772 33,752 33,640 33,377 120 34,172 34,152 34,233 34,159 34,026 33,746 TABELA 3. VALORES DE TEMPERATURA VERSUS TEMPO PARA OS EXEMPLOS COMPARATIVOS E-G E OS EXEMPLOS INVENTIVOS 3 E

4. E.I. 3º E.I. 4º C.E. E C.E. F C.E. G 50% de cobertura 50% de cobertura 60% de cobertura 90% de cobertura 90% de cobertura tempo (min) + 25 lacunas (ºC) + 35 lacunas (ºC) + 20 lacunas (ºC) + 5 lacunas (ºC) + 10 lacunas (ºC) 15 29,759 29,599 29,693 29,404 29,173 30 31,203 31,116 31,057 30,827 30,690 45 32,026 31,992 31,930 31,739 31,622 60 32,557 32,535 32,483 32,338 32,240 75 32,903 32,893 32,841 32,726 32,623 90 33,300 33,242 33,293 33,162 33,104 105 33,693 33,621 33,713 33,655 33,619 120 34,038 33,953 34,097 34,122 34,091 TABELA 4. DADOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR SIMULADOS PARA OS EXEMPLOS COMPARATIVOS A-G E EXEMPLOS INVENTIVOS 1-4. Mudança em T @ Maior 120 min que fração de em uma cobertura T a comparaç queda O ajuste da curva Configuração Simulada de 120 ão com de prevê queda de Revestimento em revestime tamanho da min C.E. A 0,11 maior que 0,11 Espuma nto (%) lacuna (mm) (ºC) (ºC) ºC? ºC? 34,17 nenhu C.E. A (sem PCM) 0 449 2 0,000 m nenhum 34,15 nenhu C.E. B (100% de cobertura) 100 n/a 2 -0,020 m nenhum C.E. C (70% de cobertura + 34,23 nenhu 7 lacunas) 70 19,2 3 0,061 m nenhum C.E. D (70% de cobertura + 34,15 nenhu 15 lacunas) 70 9,0 9 -0,013 m nenhum E.I. 1º (70% de cobertura + 34,02 23 lacunas) 70 5,9 6 -0,146 SIM SIM E.I. 2º (70% de cobertura + 33,74 31 lacunas) 70 4,3 6 -0,426 SIM SIM E.I. 3º (50% de cobertura + 34,03 25 lacunas) 50 9,0 8 -0,134 SIM SIM E.I. 4º (50% de cobertura + 33,95 35 lacunas) 50 6,4 3 -0,219 SIM SIM C.E. E (60% de cobertura + 34,09 nenhu 20 lacunas) 60 9,0 7 -0,075 m nenhum

55 / 65 C.E. F (90% de cobertura + 34,12 nenhu 5 lacunas) 90 9,0 2 -0,050 m nenhum C.E. G (90% de cobertura + 34,09 nenhu 10 lacunas) 90 4,5 1 -0,081 m nenhum DETALHES DA SIMULAÇÃO - DESENVOLVIMENTO DO MODELO MODELO 2D

[00132] O conforto térmico de um colchão é determinado principalmente pela temperatura e umidade em seu limite com a pessoa que dorme. Embora a resposta mecânica da espuma também seja um fator na seleção do material, ela não é simulada diretamente no modelo atual, que tem como foco o conforto térmico. A complexa geometria da pessoa que dorme e do colchão é simplificada no modelo, conforme indicado na Figura 6. O colchão é composto por duas camadas de diferentes materiais de espuma. A camada superior é a espuma viscoelástica de poliuretano com células abertas, que fornece um toque macio enquanto a camada de base é uma espuma mais dura para fornecer suporte suficiente. para fornecer suporte suficiente. Como uma aproximação para simplificar a simulação, foi assumido que a camada de espuma dura era incompressível, o que é realista quando uma camada de espuma dura o suficiente é usada, por exemplo IFD de 30-50 lb-força. Exemplos de tais espumas são descritos na página 9.37 em Herrington R. & Hock K., eds. “Dow Polyurethane Flexible Foams” (The Dow Chemical Company, Midland, Michigan 1997). O tronco da pessoa que dorme é representado por um cilindro com seção transversal elíptica de 40 cm no eixo maior e 14 cm no eixo menor. A superfície superior da camada superior corresponde à forma elíptica para imitar a compressão causada pelo peso da pessoa que dorme. A profundidade da área semielíptica é de 70% da altura da espuma, correspondendo a uma taxa de compressão de 70% na parte inferior da área de contato na camada superior. A camada de base é considerada sem compressão. A camada de espuma superior e a camada de base têm 80 cm de largura e 10 cm e 5 cm de altura, respectivamente, e ambas as dimensões são curtas em comparação com a dimensão longitudinal (~2 m ou mais). A

56 / 65 montagem 3D pode ser representada por um modelo 2D de sua seção transversal.

[00133] A superfície superior do colchão é revestida com um padrão alternado de PCM para dissipar o calor por meio da mudança de fase. No topo do revestimento de PCM, um domínio de camada fina é adicionado para imitar uma camada de tecido para levar em consideração o impacto potencial do lençol. PRINCIPAIS FENÔMENOS NO MODELO 2D

[00134] O modelo 2D simula os principais fenômenos que podem afetar o conforto de dormir do colchão, incluindo transferência de calor, transporte de umidade e convecção natural do ar no colchão de espuma. A contribuição da convecção natural para o transporte de calor e umidade também é considerada. Todos esses fenômenos foram definidos para cada camada do modelo de colchão (ou seja, espuma, revestimento de PCM e camada de tecido) com diferentes propriedades do material. Os modelos para cada fenômeno são apresentados nas seções a seguir. O modelo foi implementado usando o pacote de software comercial COMSOL Multiphysics® 5.0. COMSOL® é um software de simulação de elementos finitos que fornece interfaces integradas para acoplar vários fenômenos físicos em um único modelo para analisar suas interações. TRANSPORTE DE VAPOR D'ÁGUA NO COLCHÃO

[00135] O transporte de vapor de água na espuma porosa é simulado usando a seguinte equação: onde c é a concentração de vapor de água no ar dentro da espuma (unidade: mol/m3); εp é a porosidade da espuma (sem unidade); éa velocidade de convecção (unidade: m/s); De é a difusividade efetiva do vapor de água (unidade: m2/s); S é a fonte de vapor de água dentro da espuma (S=0 neste estudo). A difusividade efetiva do vapor de água dentro da estrutura

57 / 65 porosa tortuosa, De, será menor do que a difusividade do vapor de água no ar livre, DF = 2,82x10-5 m2/s. O modelo 2D considera a variação da porosidade da espuma, εp, devido à compressão, que também afeta a difusividade efetiva do vapor d'água no interior do colchão. A difusividade efetiva do vapor de água foi medida em diferentes taxas de compressão e uma equação de ajuste de curva das medições é usada para determinar De. As equações de convecção natural usadas para determinar a velocidade de convecção dentro da espuma, , são descritas abaixo.

TRANSPORTE DE CALOR NO COLCHÃO

[00136] A transferência de calor por todo o colchão é simulada usando a equação do balanço de energia:

[00137] onde T é a temperatura na espuma (unidade: K); ρar é a densidade do ar (unidade: kg/m3); Cp,ar é a capacidade térmica específica do ar a pressão constante (unidade: J/(kg∙K)); (ρCp)eff é a capacidade volumétrica de calor efetiva da espuma a pressão constante; keff é a condutividade térmica efetiva (unidade: W/(m∙K)); Q é a fonte de calor do colchão (Q = 0 neste estudo).

[00138] A capacidade de calor volumétrica efetiva, (ρCp)eff, é definida como: (3) onde ρPU e Cp,PU são a densidade e a capacidade térmica específica do poliuretano monolítico (“PU”), respectivamente. A condutividade térmica efetiva keff usada neste trabalho é medida pelo método ASTM C518 no equipamento de condutividade térmica Lasercomp usando a espuma viscoelástica de poliuretano com células abertas.

CONVECÇÃO NATURAL DE AR NO COLCHÃO

[00139] A convecção natural na espuma é modelada com base na

58 / 65 equação de continuidade e na equação de Brinkman para o equilíbrio do momento em um meio poroso da seguinte forma: onde p é a pressão hidrostática (unidade: Pa); µ ar é a viscosidade dinâmica do ar (unidade: Pa∙s); κ é a permeabilidade da espuma PU (unidade: m2); é a força volumétrica (unidade: N/m3).

[00140] Supõe-se que o ar na espuma se comporte como um gás ideal incompressível, exceto por um termo de força volumétrica extra adicionado à equação de momento para contabilizar a expansão térmica do ar à medida que é aquecido. A aproximação de Boussinesq para pequenas mudanças na densidade do gás com a temperatura é aplicada à equação da força de flutuabilidade para dar: (6) onde é a constante de gravidade; αar é o coeficiente de expansão térmica do ar e Tref é a temperatura de referência (20 oC).

[00141] As propriedades físicas do ar e PU sólido (monolítico) estão listadas na Tabela 5 e na Tabela 6. Eles são tratados como constantes dentro da faixa de temperatura e umidade fornecida neste documento. A influência do teor de umidade e temperatura nas propriedades do ar (por exemplo ρar, Cp,ar, µ) não são considerados. TABELA 5 PROPRIEDADES FÍSICAS DO AR (20 ºC, 1 ATM) Densidade, ρar 1,2 kg/m3 Viscosidade Dinâmica, µ ar 1,8x10-5 Pa∙s Coeficiente de expansão térmica, αar 3,43x10-3 K-1 Capacidade de calor específico, Cp,ar 1005 J/(kg∙K) TABELA 6 PROPRIEDADES FÍSICAS DO PU MONOLÍTICO Densidade, ρPU 1150 kg/m3 Capacidade de calor específico, Cp,PU 1800 J/(kg∙K) Modelagem de Revestimento de Material de Mudança de Fase Permeável (PCM)

PADRÃO DE REVESTIMENTO PERMEÁVEL PCM

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[00142] Os revestimentos PCM dissipam o calor na forma de calor latente de mudança de fase, o que leva a uma sensação mais fria ao entrar em contato com a pele humana. No entanto, uma camada densa de revestimento de PCM é tipicamente impermeável e cria uma barreira para limitar a difusão de umidade para longe da interface entre a pessoa que dorme e a espuma viscoelástica de poliuretano com células abertas. Tal limitação compromete a eficiência do revestimento de PCM para fornecer um conforto estendido devido ao acúmulo de umidade no limite pessoa que dorme/espuma.

[00143] Uma solução para melhorar a taxa de difusão de umidade através da camada de revestimento PCM é adicionar lacunas no revestimento para que a umidade possa ser transportada através dessas aberturas na camada de revestimento. Um desses padrões de lacunas é mostrado na Figura 7, onde tiras de revestimento de PCM são colocadas alternativamente no limite do colchão/pessoa que dorme. O padrão de revestimento de PCM cobre uma certa porcentagem do limite do colchão/pessoa que dorme com largura de faixa igual e distância de lacuna igual entre faixas de PCM adjacentes.

[00144] O limite entre a espuma e a pessoa que dorme é considerado como tendo a forma de uma semi elipse. O comprimento total do arco do limite pode ser calculado resolvendo uma integral elíptica da seguinte forma: (7)

[00145] Em que a e b são os comprimentos dos semi-principal e semi- eixos menores, respectivamente. Conforme mostrado na Figura 8, β é a coordenada angular medida a partir do eixo maior em coordenadas polares com a origem no centro da elipse. O padrão do revestimento de PCM pode ser determinado pelo número de lacunas entre as tiras de PCM, Nlacuna e a porcentagem do limite coberto pelo revestimento, αPCM. O padrão de revestimento é projetado da seguinte forma:

[00146] O número de tiras de PCM: NPCM = Nlacuna + 1 (8)

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[00147] O comprimento do arco de cada tira de PCM: lPCM = L αPCM/NPCM (9)

[00148] O comprimento do arco da lacuna entre tiras PCM adjacentes: llacuna = L (1-αPCM)/ Nlacuna (10)

[00149] As localizações de cada uma das tiras de PCM são determinadas calculando a coordenada angular na qual o segmento limite atinge o comprimento de arco necessário. Conforme mostrado na Figura 8, o comprimento do arco entre o ponto A e o ponto B pode ser calculado como: (11)

[00150] Uma vez que as coordenadas angulares de cada um dos pontos de partição em uma das metades do limite são determinadas, suas localizações na outra metade podem ser determinadas por simetria. A Figura 9 mostra um exemplo de um padrão de revestimento com taxa de cobertura de 70% PCM e 7 lacunas, onde a Figura 10 mostra um exemplo das condições de limite aplicadas a um modelo 2D para o padrão de revestimento.

MODELO DE MATERIAL DE MUDANÇA DE FASE

[00151] O material de mudança de fase é modelado usando o módulo “Transferência de Calor com Mudança de Fase” no Comsol Multiphysics® (Comsol Inc.). No Comsol Multiphysics®, o calor latente associado à mudança de fase não é adicionado abruptamente à equação de balanço de energia, uma vez que a temperatura atinge a temperatura de mudança de fase, TPC. Em vez disso, o Comsol Multiphysics® assume que a mudança de fase ocorre dentro de uma faixa de temperatura entre TPC -∆T/2 e TPC+∆T/2. Dentro desse intervalo de temperatura, as propriedades efetivas do material de mudança de fase são determinadas com uma regra de mistura dos materiais antes e depois da mudança de fase. A fração do material inalterado é representada por uma função suavizada θ, que varia de 1 a 0 conforme a temperatura muda de TPC-∆T/2 a TPC+∆T/2.

[00152] A densidade efetiva ρ e a condutividade térmica κ são

61 / 65 calculadas como: ρ= θ ρo+(1-θ) ρ1 (12) κ = θ κo+(1-θ) κ1 (13) onde os subscritos “o” e “1” indicam o material em sua fase original ou após a mudança de fase, respectivamente.

[00153] A capacidade de calor específico aparente Cp dentro do intervalo de temperatura é calculada como: (14)

[00154] O segundo termo CL aproxima a distribuição do calor latente no intervalo de temperatura de acordo com: (15) onde αm é definido como: (16)

[00155] O calor total liberado por unidade de volume durante a mudança de fase é igual ao calor latente total medido, λ, conforme calculado na Equação 17.

(17)

SISTEMA DE TERMORREGULAÇÃO HUMANO MODELADO

[00156] Conforme mostrado na Figura 10, o modelo 2D usa diferentes condições de limite para imitar o ambiente. Nos limites que são expostos ao ar ambiente, a temperatura e o nível de umidade são especificados como sendo as condições ambientais (ou seja, 20 ºC com 40% de umidade relativa), e o ar pode fluir livremente para dentro ou para fora da espuma. Além disso, na fronteira pessoa que dorme/colchão, assume-se que o ar flui apenas ao longo da direção tangencial (ou seja, não pode fluir para o corpo). Presume-se que inicialmente o colchão de espuma seja preenchido com ar ambiente estagnado (20 ºC com 40% de umidade relativa). A pressão de referência é 1 atm.

[00157] No limite com a pessoa que dorme, o sistema de

62 / 65 termorregulação da pessoa que dorme rastreia constantemente a temperatura ambiente e o nível de umidade e ajusta a dissipação de calor e umidade na pele humana para manter uma temperatura corporal profunda e estável. Portanto, a incorporação do sistema de termorregulação é fundamental para estimar o transporte de calor e umidade entre o colchão e a pessoa que dorme. O presente estudo utilizou um modelo publicado pela American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers (também conhecidos como “modelo ASHRAE”) no limite do colchão/pessoa que dorme para conectar o sistema de termorregulação humano com o transporte de calor e umidade no colchão.

[00158] O modelo ASHRAE considera o corpo humano como dois compartimentos térmicos que representam a pele e o núcleo do corpo. Assume-se que a temperatura dentro de cada compartimento é uniforme (denotada como tsk para pele e tcr para núcleo) e a troca de calor dentro do corpo humano pode então ser tratada como a transferência de calor entre dois nós que representam a pele e o núcleo. Em geral, as temperaturas neutras associadas ao conforto são 34 ºC para a pele e 37 ºC para o compartimento central do corpo. O sistema de termorregulação controla continuamente vários mecanismos fisiológicos para manter uma temperatura corporal central estável. Equações de balanço de energia de cada compartimento podem ser resolvidas para a temperatura na pele e no núcleo, tsk e tcr, conforme mostrado na Equação 18 e Equação 19, respectivamente. As duas equações consideram o balanço de energia e a perda de calor com base na área unitária da pele. Os parâmetros e variáveis das duas equações estão listados na Tabela 7 e na Tabela 8. α sk mcsk dtsk (K + ρ bl Qbl c p,bl )(t cr − t sk ) = C + R + Esk + AD dt (18) TABELA 7: PARÂMETROS E VARIÁVEIS NA EQUAÇÃO 18 PARA O BALANÇO DE ENERGIA

NA PELE Qcr,sk = (K + ρblQblcp,bl )(tcr − tsk ) fluxo de calor do núcleo para a pele (unidade: W/m2) K condutor térmico sem massa, K=5.28 W/(m2·K)

63 / 65 ρbl densidade do sangue (1,06 kg/L) o fluxo de sangue no compartimento da pele (unidade: L/(m2 Qbl ·s)) cp,bl calor específico de sangue (4190 J/(kg·K)). C+R perda de calor sensível (unidade: W/m2) Esk perda de calor evaporativa (unidade: W/m2) αsk fração de peso do compartimento da pele csk calor específico do compartimento da pele (3500 J/(kg·K)) M massa corporal (unidade: kg) AD área total da pele (unidade: m2) (1 − α sk )mccr dtcr M + Mshiv = W + qres + (K + ρ blQbl c p,bl )(tcr − t sk ) + AD dt (19) TABELA 8: PARÂMETROS E VARIÁVEIS NA EQUAÇÃO 19 PARA O BALANÇO DE

ENERGIA NO NÚCLEO M taxa de produção de calor metabólico (unidade: W/m2) W taxa de trabalho mecânico (unidade: W/m2) qres perda de calor respiratório (unidade: W/m2) Mshiv calor gerado por tremores (unidade: W/m2) ccr calor específico do compartimento central (3500 J/(kg·K))

[00159] Na Equação 19, assume-se que o calor é gerado no compartimento central, tanto pela atividade metabólica humana quanto pelos tremores. A taxa de produção metabólica de calor, M, e a taxa de trabalho mecânico, W, (unidade: W/m2) dependem do nível de atividade. Para uma pessoa dormindo, M=40 W/m2 e W=0.

[00160] As duas equações de balanço de energia do modelo ASHRAE foram aplicadas como condições de contorno especiais no modelo 2D anterior usando um módulo especial no Comsol Multiphysics®. No limite da cama/pessoa que dorme, o modelo ASHRAE importa a temperatura e a concentração de umidade calculadas pelo modelo multifísico 2D e ajusta a dissipação de calor e a taxa de suor para manter uma temperatura central estável. Enquanto isso, o modelo ASHRAE retorna o fluxo de calor e umidade para o modelo 2D como condições de contorno. Os dois processos funcionam simultaneamente e cooperativamente para imitar a interação entre quem dorme e o colchão de espuma.

[00161] O fluxo de calor no limite da pessoa que dorme/colchão é igual à perda de calor sensível da pele da pessoa que dorme, C+R. A perda de calor sensível depende do isolamento da roupa e da diferença entre a temperatura da pele e uma temperatura operacional efetiva que é igual à

64 / 65 temperatura no limite da pessoa que dorme/colchão, tf. O fluxo de calor transferido da pessoa que dorme para a espuma, Qf, pode ser calculado a partir da seguinte equação: tsk − tf Qf = C + R = Rcl +1/(fcl h) (20) h = hr + hc (21) onde hr e hc (unidade: W/(m2·K)) são o coeficiente de transferência de calor por radiação e o coeficiente de transferência de calor por convecção, respectivamente. Para condições internas típicas, hr=4.7 W/(m2·K). A análise anterior mostra que a taxa de fluxo de ar na fronteira pessoa que dorme/colchão é da ordem de 10-4 m/s; hc=5.1 W/(m2·K) quando a taxa de fluxo de ar é inferior a 0,15 m/s. Rcl é a resistência térmica da roupa (unidade: m2·K/W); fcl é um fator de área de vestimenta que representa a área coberta real do corpo vestido. O estudo atual assumiu que a resistência à transferência de calor e umidade é muito baixa no limite pessoa que dorme/colchão e pode ser representada por aqueles que usam shorts de caminhada e camisa de manga curta. Os parâmetros de vestuário correspondentes são Rcl=0.0558 m2·K/W e fcl =1.1.

[00162] Conforme mostrado na Equação 22, o fluxo de umidade no limite, Sf, está relacionado à perda de calor por evaporação, Esk, assumindo que toda a umidade evaporada da pele foi transferida para o colchão. Esk Sf = hfgMH2O (22) onde hfg é o calor de evaporação da água (2.43x106 J/kg at MH2O 30oC);12 é a massa molar da água (18x10-3 kg/mol). A perda de calor por evaporação, Esk, depende da umidade da pele, w, definida como a razão de Esk para a perda de calor por evaporação máxima, Emax, conforme mostrado na Equação 23. Esk = wEmax (23)

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[00163] A perda máxima de calor evaporativo, Emax, depende da diferença entre a umidade próxima à pele e aquela do ambiente circundante, conforme mostrado a seguinte equação: psk,s − pf Emax = Re,cl + 1/(fcl he ) (24) onde psk,s é a pressão do vapor de água na pele (unidade: kPa), considerada como a pressão do vapor de água saturado na temperatura da pele, tsk. pf é a pressão de vapor de água no limite pessoa que dorme/colchão (unidade: kPa). he é o coeficiente de transferência de calor evaporativo (unidade: W/(m2·kPa)) e Re,cl é a resistência à transferência de calor por evaporação da roupa (unidade: m2·kPa/W). Equações para calcular psk,s, he, e Re,cl pode ser encontrado no 2013 ASHRAE Handbook, como o ASHRAE Model for Human Thermal Regulation.

[00164] A pressão de vapor de água no limite pessoa que dorme/colchão, pf, pode ser calculada a partir da concentração de umidade prevista pelo modelo multifísico 2D, cf, (unidade: mol/m3): pf =10−3 cf RTf (25) onde pf está em kPa; R é a constante do gás (R = 8,314 J·K - 1 ·mol-1); e Tf (unidade: K) é a temperatura correspondente prevista pelo modelo 2D na fronteira.

[00165] No modelo 2D combinado, o fluxo de calor, Qf, e o fluxo de umidade, Sf, são aplicados no limite pessoa que dorme/colchão para representar o calor e a umidade transferidos da pessoa que dorme para o colchão. A concentração de umidade na fronteira pessoa que dorme/colchão, cf, e a temperatura correspondente na fronteira, Tf, são calculadas pelo modelo multifísico 2D e são usadas como entrada para o modelo ASHRAE para calcular o fluxo de calor e umidade no limite. Cada ponto no limite da simulação 2D está vinculado a uma cópia do modelo ASHRAE, que detecta o ambiente de transferência de calor/umidade local apresentado pela geometria 2D.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Estrutura de espuma de poliuretano de célula aberta flexível revestida, caracterizada pelo fato de que compreende: uma espuma de poliuretano de célula aberta flexível que tem uma primeira superfície principal e uma segunda superfície principal oposta à primeira superfície principal; e um material flexível condutor de calor que cobre 30 a 90 por cento (cov., expresso em %) de uma área de superfície da primeira superfície principal da espuma de poliuretano de célula aberta flexível em uma forma predefinida para fornecer uma ou mais lacunas que expõem a espuma de poliuretano de célula aberta flexível entre bordas definidas do material flexível condutor de calor, em que cada lacuna da uma ou mais lacunas tem uma largura de lacuna de acordo com a Fórmula I: largura da lacuna (mm) < -0,196 x cov. (%) + 20,6 (Fórmula I) em que uma área de superfície total da uma ou mais lacunas fornece 70 a 10 por cento da área de superfície da primeira superfície principal da espuma de poliuretano de célula aberta flexível.

2. Estrutura de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material flexível condutor de calor contém um material de mudança de fase encapsulado.

3. Estrutura de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o material de mudança de fase encapsulado tem um calor latente de transição de 80 a 300 joules por grama do material flexível condutor de calor.

4. Estrutura de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material flexível condutor de calor é um gel; ou em que o material flexível condutor de calor é um metal.

5. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o material flexível condutor de calor na forma predefinida tem uma espessura de 0,1 a 2 milímetros.

6. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a forma predefinida do material flexível condutor de calor é uma única tira contínua na primeira superfície principal da espuma viscoelástica de poliuretano de célula aberta; ou em que a forma predefinida do material flexível condutor de calor é uma série de tiras paralelas na primeira superfície principal da espuma de poliuretano de célula aberta flexível.

7. Estrutura de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a única tira contínua na primeira superfície principal da espuma de poliuretano de célula aberta flexível tem uma forma de serpentina.

8. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a largura da lacuna para cada lacuna de uma ou mais lacunas tem o mesmo valor; ou em que a largura da lacuna para cada uma das uma ou mais lacunas tem um valor diferente.

9. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma porção do material flexível condutor de calor forma uma superfície externa da espuma de poliuretano de célula aberta flexível revestida que é coplanar com a primeira superfície principal da espuma de poliuretano celular; ou em que pelo menos uma porção da espuma de poliuretano de célula aberta flexível cobre completamente o material flexível condutor de calor.

10. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que o material flexível condutor de calor é encapsulado em uma membrana polimérica; ou em que a espuma de poliuretano de célula aberta flexível é uma espuma viscoelástica de poliuretano.