BRPI1001598A2

BRPI1001598A2 - Elemento de espuma com celulose incorporado ao mesmo

Info

Publication number: BRPI1001598A2
Application number: BRPI1001598-1A2A
Authority: BR
Inventors: Josef Innerlohinger; Manfred Marchgraber; Franz Schaufler; Friedrich Suchomel
Original assignee: Eurofoam Gmbh
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2014-01-07
Also published as: GB201000950D0; CZ201048A3; CH700280B1; DE102010000116A1; DE102010000116B4; PL219320B1; SE1050066A1; IT1397870B1; HUP1000036A2; EP2389408B1; ES2357207A1; GB2468556A; WO2010083548A1; HU1000036D0; HK1148297A1; BE1019634A3; US20110319261A1; PL390249A1; CN101787200A; FR2941233A1

Abstract

ELEMENTO DE ESPUMA COM CELULOSE INCORPORADO AO MESMO A invenção relaciona-se a um elemento de espuma com uma substância hidrofílica incorporada na espuma na forma de celulose do tipo de estrutura baseado na modificação de cristal de celulose-li, e o elemento de espuma incorporando a celulose tem uma capacidade reversível de absorver a umidade. Uma proporção da celulose está entre 0,1% por peso e 10% por peso. Um valor de umidade de espuma correspondendo a uma umidade de equilíbrio em uma primeira atmosfera ambiente é aumentado durante o uso em uma segunda atmosfera ambiente. A umidade absorvida pela celulose-II após uso evapora novamente dentro de um período entre 1 hora e 16 horas até o valor inicial da umidade de espuma correspondendo à umidade de equilíbrio por referência à primeira atmosfera ambiente ser restaurado.

Description

ELEMENTO DE ESPUMA COM CELULOSE INCORPORADO AO MESMO

A invenção relaciona-se a um elemento de espuma com um agente hidrofílico na forma de celulose incorporada na espuma, e o elemento de espuma deslocado com a celulose tem uma capacidade reversível para absorver umidade, como descrito nas reivindicações 1 a 3.

Atualmente, as espumas são usadas ou empregadas em muitas áreas do cotidiano. Em muitas destas aplicações, as espumas estão em contato com o corpo, geralmente separadas somente por uma ou mais camadas intermediárias têxteis. A maioria destas espumas é feita de polímeros sintéticos, tais como poliuretano (PU), poliestireno (PS), borracha sintética, etc., que em princípio não têm uma capacidade de absorção de água adequada. Particularmente durante períodos mais longos de contato com o corpo ou quando se submetendo a exercício árduo, um clima físico desagradável se desenvolve devido à grande quantidade de umidade que não é absorvida. Para a maioria das aplicações, portanto, é necessário para as propriedades hidrofílicas serem dadas a tais espumas.

Isto pode ser conseguido em várias maneiras. Uma opção, como descrita no relatório descritivo da Patente DE 199 30 526 A, por exemplo, é tornar a estrutura de espuma de uma espuma flexível de poliuretano hidrofílica. Isto é feito ao 25 reagir pelo menos um poliisocianato com pelo menos um composto contendo pelo menos duas ligações que reagem com isocianato na presença de ácidos sulfônicos contendo um ou mais grupos hidroxila, e/ou seus sais e/ou éteres de glicol de polialquileno catalisados por monoóis. Tais espumas são 3 0 usadas para esponjas domésticas ou artigos de higiene. Outra opção é descrita no relatório descritivo da Patente DE 101 16 7 57 Al, baseada em uma espuma de polimetano alifática hidrofílica de poro aberto com uma camada separada adicional feita das fibras de celulose com 5 um hidrogel embebido nas mesmas, servindo como um meio de armazenamento.

0 relatório descritivo da Patente EP 7 93 681 Bl e a tradução alemão da DE 695 10 953 T2 divulga um método de produção de espumas flexíveis, para as quais os polímeros

superabsorventes (SAPs), também conhecidos como hidrogéis, são usados. Os SAPs que são usados podem pré-misturados com o pré-polímero, que torna o método muito simples para o fabricante de espuma. Tais SAPs podem ser selecionadas dos SAPs enxertados com amido ou celulose usando acrilonitrila,

ácido acrílico ou acrilamida como um monômero insaturado, por exemplo. Tais SAPs são vendidos por Hõchst/Cassella sob o nome de SANWET IM7000.

0 relatório descritivo da patente WO 96/31555 A2 descreve uma espuma com uma estrutura celular e a espuma

2 0 também contém polímeros superabsorventes (SAPs). Neste

exemplo, SAP pode ser feito de um polímero sintético ou alternativamente de celulose. A espuma usada neste exemplo é pretendida absorver a umidade e fluidos e a retêm na estrutura de espuma.

0 relatório descritivo da patente WO 2007/135069 Al

divulga as solas de sapato com propriedades de absorção de água. Neste exemplo, os polímeros de absorção de água são adicionados antes espumar o plástico. Tais polímeros de absorção de água são geralmente feitos polimerizando uma

3 0 solução de monômero aquosa e então opcionalmente esmagando o hidrogel. 0 polímero de absorção de água e o hidrogel seco feitos dele são então preferivelmente moídos e peneirados uma vez que foram produzidos, e os tamanhos de partículas do hidrogel peneirado, seco são preferivelmente menores do que 1000 μιη e preferivelmente maiores do que 10 μιη. Além do hidrogel, o preenchedor pode também ser adicionado e misturado antes do processo de formação de espuma, neste caso os preenchedores orgânicos que podem ser usados incluem negro de carbono, melamina, rosina e fibras de celulose, poliamida, poliacrilonitrila, poliuretano ou de fibras de poliéster baseadas no princípio de ésteres de ácidos dicarboxílicos aromáticos e/ou alifáticos e fibras de carbono, por exemplo. Todas as substâncias são adicionadas à mistura de reação separadamente uma da outra a fim de produzir o elemento de espuma.

Em termos de suas propriedades, as espumas conhecidas da técnica anterior são projetadas de modo que são capazes de armazenar e reter a umidade que absorvem durante um longo período de tempo. A umidade absorvida e a água absorvida não são restauradas ao estado inicial completo devido à evaporação da umidade à atmosfera ambiente até depois de um período de 24 horas, como explicado no WO 2007/135069 Al.

Esta taxa de evaporação é muito lenta para aplicações normais, tais como em colchões, palmilhas de sapato ou assentos de veículo, por exemplo, que são usados por diversas horas no dia e portanto têm muito menos de 24 horas a fim de evaporar a umidade absorvida. Neste contexto, um poderia falar de uma umidade de equilíbrio e o valor de umidade é aquele em que a espuma está em equilíbrio com a umidade contida na atmosfera ambiente.

Consequentemente, o objetivo subjacente desta invenção é propor um elemento de espuma, que contém um material pretendido para melhorar sua gerência de umidade em termos da taxa de evaporação, mas é também fácil de processar ao fabricar a espuma.

Este objetivo é conseguido pela invenção com base nas características definidas na reivindicação I. A vantagem das características definidas na reivindicação 1 reside no fato que adicionar a celulose à estrutura de espuma dá uma capacidade suficientemente elevada para absorver a umidade e o fluido, mas a umidade ou líquido absorvido evapora na atmosfera ambiente mais rapidamente possível novamente do estado induzido depois do uso, desse modo restaurando a umidade de equilíbrio. Usar a celulose-II evita ter que usar um material com uma estrutura fibrosa, desse modo facilitando derramar e evitando o enganchamento mútuo das fibras. O tempo de evaporação depende da finalidade pretendida ou aplicação do elemento de espuma e a umidade 2 0 de equilíbrio deve ser restaurada mais tarde dentro de 16 horas depois do uso no caso de um colchão, por exemplo. No caso de solas de sapato ou palmilhas de sapato, desta vez pode ser mesmo mais curto. Por este motivo, uma determinada proporção de celulose é adicionada como a substância hidrofílica, que é adicionada e misturada ao mesmo tempo como um dos componentes formando a espuma durante o processo de fabricação de espuma. Não somente a celulose dá uma capacidade de armazenamento suficiente, também resulta na evaporação rápida da umidade absorvida de volta ao ambiente. Devido à proporção de celulose adicionada, a capacidade de absorção e taxa de evaporação do elemento de espuma podem ser facilmente adaptadas para servir a uma variedade de aplicações diferentes.

Independentemente do acima, o objetivo da invenção pode também ser conseguido com base nas características definidas na reivindicação 2. A vantagem das características definidas na reivindicação 2 reside no fato que adicionar celulose à estrutura de espuma dá uma capacidade suficientemente elevada de absorver umidade e fluido, mas a umidade ou líquido absorvido é evaporado na atmosfera ambiente mais rapidamente possível novamente do estado induzido pelo uso, desse modo restaurando a umidade de equilíbrio. Devido à combinação especial de adicionar celulose-II e os valores de densidade obtidos como resultado, uma absorção muito elevada de vapor de água e absorção de umidade são obtidas. Devido ao elevado valor de armazenamento temporário de umidade ou água que pode ser absorvido no elemento de espuma durante o uso, o usuário pode ser garantido de experimentar um sentimento agradável e seco durante o uso. Como resultado, o corpo não entra em

contato direto com a umidade.

Independentemente do acima, o objetivo da invenção pode também ser conseguido com base nas características definidas na reivindicação 3. A vantagem ganhada como resultado das características definidas na reivindicação 3 reside no fato que adicionar celulose à estrutura de espuma dá uma capacidade suficientemente elevada para absorver umidade e fluido, mas a umidade ou fluido absorvido é evaporado na atmosfera ambiente o mais rapidamente possível novamente do estado induzido depois do uso, desse modo restaurando a umidade de equilíbrio. Devido à combinação especial de adicionar celulose-II e os valores de densidade obtidos como resultado, uma absorção muito elevada de vapor de água e absorção de umidade são obtidas. Como resultado, enquanto sendo confortável de usar, a umidade absorvida pelo elemento de espuma evapora rapidamente. Este sendo o caso, mesmo após tendo absorvido uma quantidade elevada de umidade, pode ser usada novamente mesmo depois de um relativamente curto período de tempo e um elemento de espuma seco está rapidamente pronto para uso novamente.

Também vantajosa é outra modalidade definida na reivindicação 4, por meio de que dependendo da estrutura de espuma resultante da espuma plástica, o comprimento de fibra pode ser ajustado para assegurar o transporte de umidade ótimo, para obter a absorção rápida e rápida

evaporação após uso.

Uma modalidade definida na reivindicação 5 é também vantajosa, pois permite uma distribuição mais fina das partículas de celulose na estrutura de espuma de ser conseguida, como resultado da qual o elemento de espuma pode ser facilmente adaptado para adequar as aplicações diferentes.

A modalidade definida na reivindicação 6 permite a capacidade de derramamento das partículas ser melhorada. A superfície específica é aumentada devido à estrutura de superfície, que é irregular e não completamente alisar, o que contribui a um comportamento de adsorção proeminente

das partículas de celulose.

Outra modalidade definida na reivindicação 7 oferece a possibilidade de usar tais partículas sem obstruir os orifícios finos na placa de bocal, mesmo quando usando a assim chamada espumação de CO2.

Também vantajosa é outra modalidade definida na reivindicação 8, pois um formato esférico é evitada como resultado e uma superfície irregular sem desgastada fibroso e fibrilas são obtidas. Um projeto de formato de haste é evitado e isto é conducente à distribuição eficiente dentro

da estrutura de espuma.

Como resultado da modalidade definida na reivindicação 9, a celulose pode ser adicionada e deslocada durante o processo de fabricação ao mesmo tempo que pelo menos outro aditivo, o que significa que a permissão tem que ser feita para somente um único aditivo ao misturar em um componente de reação.

Também vantajosa é uma modalidade definida na reivindicação 10, pois um elemento de espuma pode ser obtido que pode ser usado em uma variedade de aplicações

diferentes.

Baseado em outra modalidade descrita na reivindicação 11, um melhor transporte da umidade dentro do elemento de

espuma é conseguido.

Ao usar o elemento de espuma para uma variedade de aplicações diferentes é também vantajosa, pois melhora o conforto de vestimento durante o uso e o tempo de secagem subsequente é também significativamente mais rápido. Isto é particularmente vantajoso no caso de tipos diferentes de assentos e colchões, bem como todos aqueles tipos de aplicações nas quais a umidade é exsudada pelo corpo.

Para fornecer uma compreensão mais clara, a invenção será explicada mais detalhadamente abaixo em referência aos desenhos adicionados.

Estes são diagramas simplificados ilustrando o seguinte:

A Fig. 1 é um primeiro gráfico ilustrando a absorção de umidade entre dois climas pré-definidos baseados em amostras diferentes e pontos de amostragem diferentes;

A Fig. 2 é um segundo gráfico ilustrando a capacidade absorvente de umidade diferente da espuma convencional e da espuma deslocada com partículas de celulose;

A Fig. 3 é um terceiro gráfico ilustrando as taxas de evaporação de umidade diferentes da espuma convencional e da espuma deslocada com partículas de celulose;

A Fig. 4 é um gráfico em barra ilustrando a absorção de vapor de água pela espuma plástica convencional e pela espuma plástica deslocada com partículas de celulose.

Primeiramente, deve ser apontado que as mesmas partes descritas nas modalidades diferentes são denotadas pelos mesmos números de referência e os mesmos nomes de componente e as divulgações feitas através da descrição podem ser transpostas em termos de significado às mesmas partes carregando os mesmos números de referência ou mesmos nomes de componente. Além disso, as posições escolhidas para as finalidades da descrição, tais como superior, inferior, lado, etc., se relacionam ao desenho especificamente sendo descrito e podem ser transpostas em termos de significado a uma nova posição quando outra posição está sendo descrita. As características individuais ou combinações de características das modalidades diferentes ilustradas e descritas podem ser interpretadas como soluções inventivas independentes ou soluções propostas pela invenção em seu direito próprio.

Todas as figuras em relação às faixas de valores na descrição devem ser interpretadas como significado que incluem quaisquer e todas partes de faixa, neste caso, por exemplo, a faixa de 1 a 10 deve ser compreendida como incluindo todas as partes de faixa começando do limite inferior de 1 ao limite superior de 10, isto é, todas as partes de faixa começando com um limite inferior de 1 ou mais e terminando com um limite superior de 10 ou menos, por exemplo, 1 a 1,7, ou 3,2 a 8,1 ou 5,5 a 10.

Uma explanação mais detalhada será primeiramente dada da substância hidrofílica, fornecida na forma de celulose, incorporada na espuma plástica, em particular no elemento de espuma feito da mesma. Consequentemente, o elemento de espuma é feito da espuma plástica, bem como a substância hidrofílica incorporada nele. A espuma plástica pode, por sua vez, ser feita de uma mistura apropriada de componentes que podem ser espumados um com o outro, preferivelmente na forma líquida, em uma maneira por muito tempo conhecida.

Como já explicado acima, as fibras de celulose são adicionadas além do polímero absorvente de água como um preenchedor extra no relatório descritivo da Patente WO 2007/135 069 Al. Estes são pretendidos melhorar as propriedades mecânicas da espuma quando necessário. A este respeito, entretanto, descobriu-se que ao adicionar aditivos fibrosos torna mais difícil processar a mistura inicial a ser espumada, pois seu comportamento de fluxo muda. Por exemplo, as partículas de celulose fibrosas misturadas com o componente de poliol, em particular antes da formação de espuma as tornariam mais viscoso, o que tornaria mais difícil ou mesmo totalmente impossível misturar com o outro componente, especificamente o isocianato, na medição principal da unidade de formação de espuma. Poderia também tornar mais difícil espalhar o composto de reação através do fluxo na esteira transportadora da unidade de formação de espuma. As partículas de celulose fibrosas poderiam também ter mais tendência a aderir nas linhas da transportadora para a mistura de reação, formando depósitos.

Como resultado, é somente possível adicionar aditivos fibrosos dentro de determinados limites. Quanto menor a quantidade de aditivos fibrosos como uma proporção, em particular fibras de cisalhamento curto de celulose, mais baixa a capacidade de absorção de água quando é adicionada à espuma. Mesmo adicionando quantidades pequenas de pó de celulose fibrosa pode ser esperado aumentar a viscosidade, especialmente do componente de poliol. Embora seja possível processar tais misturas em princípio, a permissão tem que ser feita para a viscosidade alterada durante o

processamento.

A celulose e fios, fibras ou pós feitos dela são obtidos geralmente processando e moendo a celulose ou alternativamente madeira e/ou plantas anuais, em uma

maneira geralmente conhecida.

Dependendo da natureza do processo de produção, os pós de qualidades diferentes são obtidos (pureza, tamanho, etc.) . O que todos estes pós têm em comum é uma estrutura fibrosa, pois a celulose natural de qualquer tamanho tem uma tendência marcada de formar tais estruturas fibrosas. Mesmo CCM (celulose microcristalina), que pode ser descrita como esférica, é ainda composta de peças de fibra cristalina.

Dependendo da microestrutura, uma distinção é feita entre tipos de estrutura diferentes de celulose, em particular celulose-I e celulose-II. Estas diferenças entre estes dois tipos de estruturas são descritas pela literatura relevante de referência e podem também ser vistas usando a tecnologia de raio-x.

Uma grande parte de pós de celulose consiste de celulose-1. A produção e o uso de pós de celulose-I são protegidos por um grande número patentes. Também são protegidos muitos detalhes técnicos do processo de moagem, por exemplo. Os pós de celulose-I são de uma natureza fibrosa, o que não é muito conducente a várias aplicações e pode mesmo ser um obstáculo. Por exemplo, os pós fibrosos freqüentemente conduzem ao enganchamento das fibras. São também associados com uma capacidade limitada de fluir livremente.

Os pós de celulose com uma base de celulose-II são atualmente muito difíceis de encontrar no mercado. Tais pós de celulose com esta estrutura podem ser obtidos de uma solução (geralmente viscosa) ou moendo produtos de celulose-II. Tal produto poderia ser celofane, por exemplo. Tais pós finos com um tamanho de grão de 10 μπι e menor podem também ser obtidos em quantidades muito pequenas

somente.

As partículas de celulose esféricas, não fibrilares com um tamanho de partícula na faixa entre 1 μτη e 4 00 μπι podem ser produzidas de uma solução de celulose não derivatizada em uma mistura ou substância orgânica e água. Esta solução é resfriada fluindo livre para baixo de sua temperatura de endurecimento e a solução de celulose solidificada é então moída. O solvente é então lavado e as partículas secas moídas. A moagem subsequente é geralmente feita em um moinho.

É particularmente vantajoso se pelo menos um dos seguintes aditivos individualmente é incorporado na solução de celulose pré-preparada antes do resfriamento e subseqüentemente endurecimento. Este aditivo pode ser selecionado do grupo compreendendo pigmentos, substâncias inorgânicas, tais como óxido de titânio, por exemplo, em particular dióxido titânio abaixo do estequiométrico, sulfato de bário, trocadores de íon, polietileno, polipropileno, poliéster, negro de carbono, zeólito, carbono ativado, superabsorventes poliméricos ou

retardadores de chama. São então simultaneamente incorporados nas partículas de celulose produzidas subseqüentemente. Podem ser adicionados em vários pontos enquanto produzem a solução, mas em qualquer caso antes do endurecimento. Com relação, 1% por peso a 200% por peso de aditivos pode ser incorporado, relativo à quantidade de celulose. Descobriu-se que estes aditivos não são removidos durante a lavagem, mas permanecem nas partículas de celulose e também retêm largamente sua função. Se incorporar o carbono ativado, por exemplo, será descoberto que sua superfície ativa, que pode ser medida usando o método de BET, por exemplo, é também preservada intacta na partícula terminada. Não somente os aditivos na superfície das partículas de celulose, mas aqueles no interior são também inteiramente preservados do mesmo modo. Isto pode ser considerado como particularmente benéfico, pois somente pequenas quantidades de aditivos têm que ser incorporadas na solução de celulose pré-preparada.

A vantagem disso é que somente as partículas de celulose já contendo os aditivos funcionais têm que ser adicionadas à mistura de reação para produzir o elemento de espuma. Considerando que no passado todos os aditivos foram adicionados separadamente e individualmente à mistura de reação, é agora somente necessário levar em consideração um tipo de aditivo ao ajustar o processo de formação de espuma. Isto evita quaisquer flutuações incontroláveis com relação à conformidade de muitos destes aditivos diferentes.

Como resultado desta abordagem, somente um pó de celulose é obtido, que é composto de partículas com uma estrutura de celulose-II. 0 pó de celulose tem um tamanho de partícula em uma faixa com um limite inferior de 1 μτη e um limite superior de 400 μη para um tamanho de partícula médio x50 com um limite inferior de 4 μπι e um limite superior de 250 μτη para uma distribuição de tamanho de partícula monomodal. O pó de celulose ou as partículas têm um formato de partícula aproximadamente esférico com uma superfície irregular e uma cristalinidade em uma faixa com um limite inferior de 15% e um limite superior de 45% baseado no método de Raman. As partículas também têm uma superfície específica (N2-Adsorção, BET) com um limite inferior de 0,2 m2/g e um limite superior de 8 m2/g para uma densidade aparente com um limite inferior de 250 g/l e

um limite superior de 750 g/l.

A estrutura de celulose-II é produzida dissolvendo e re-precipitando a celulose, e as partículas são diferentes em particular das partículas feitas de celulose sem uma etapa de dissolução.

0 tamanho de partícula na faixa acima mencionada com um limite inferior de 1 μπι e um limite superior de 400 μπι com uma distribuição de partícula caracterizada por um valor x50 com um limite inferior 4 μπι, em particular 50 μπι, e um limite superior 250 μπι, em particular 100 μπι, é naturalmente afetado pelo modo de operação usado para moagem durante o processo de trituração. Entretanto, esta distribuição de partícula pode ser obtida particularmente facilmente adotando o método de produção específico baseado em endurecer uma solução de celulose de fluxo livre e devido às propriedades mecânicas dadas ao composto de celulose endurecido. Ao aplicar forças de cisalhamento a uma solução de celulose endurecida sob as mesmas condições de moagem resultaria em propriedades diferentes, mas fibrilosas.

0 formato das partículas usadas é aproximadamente esférico. Estas partículas têm uma razão axial (l:d) dentro de um limite inferior de 1 e um limite superior de 2,5f. Elas têm uma superfície irregular, mas não mostram qualquer fibra tipo desgastada ou fibrilas sob o microscópio. Estas não são absolutamente esferas com uma superfície lisa. Nem tal formato seria particularmente apropriado para as

aplicações pretendidas.

A densidade aparente dos pós de celulose descritos

aqui, que se encontra entre um limite inferior de 250 g/l e um limite superior de 750 g/l, é significativamente mais elevada do que as partículas fibrilares comparáveis conhecidas da técnica anterior. A densidade aparente tem vantagens significativas em termos de processamento, pois também melhora a compactação do pó de celulose descrito e entre outras coisas também resulta em melhor capacidade de fluxo, miscibilidade em uma variedade de meios diferentes e poucos problemas durante o armazenamento.

Em resumo, pode-se dizer que as partículas resultantes de pó de celulose são capazes de fluir mais livremente devido a sua estrutura esférica e dificilmente induzem quaisquer mudanças na viscosidade devido a sua estrutura. Caracterizando as partículas por meio do equipamento de medição de partícula amplamente utilizado na indústria é também mais fácil e mais significativo devido ao formato esférico. A estrutura de superfície não completamente lisa e irregular resulta em uma superfície específica maior, o que contribui ao comportamento de adsorção proeminente do pó.

Independentemente do acima, entretanto, também seria possível misturar um pó de celulose puro ou partículas do mesmo com outras partículas de celulose, que também contém aditivos incorporados dentro de um limite inferior de 1% por peso e um limite superior de 200% por peso pela referência à quantidade de celulose. Os aditivos individuais destes podem também ser selecionados do grupo compreendendo pigmentos, substâncias inorgânicas, tais como óxido titânio, por exemplo, em particular dióxido titânio abaixo do estequiométrico, sulfato de bário, trocadores de íon, polietileno, polipropileno, poliéster, carbono ativado, superabsorventes poliméricos e retardadores de chama.

Dependendo do método de formação de espuma usado para produzir as espumas, as partículas de celulose esféricas provaram ser particularmente práticas comparadas com as partículas de celulose fibrosa conhecidas, especialmente no caso de formação de espuma de CO2. A formação de espuma de CO2 pode ser feita usando o método Novaflex-Cardio ou processos similares, por exemplo, em que as placas de bocal com orifícios particularmente finos são usadas. As partículas grosseiras e fibrosas imediatamente obstruiriam os orifícios de bocal e conduziriam a outros problemas. Por este motivo, o alto grau de finura das partículas de celulose esféricas é particularmente vantajoso para este processo de formação de espuma específico.

O elemento de espuma e a abordagem para produzir o elemento de espuma proposto pela invenção serão explicados agora mais detalhadamente em referência a vários exemplos. Estes devem ser interpretados como modalidades possíveis da invenção, mas a invenção não é em nenhuma maneira limitada

ao escopo destes exemplos.

As figuras relacionando à umidade como um % por peso relacionam-se à massa ou peso do elemento de espuma como um todo (espuma plástica, partículas de celulose e água ou

umidade).

Exemplo 1:

O elemento de espuma a ser produzido pode ser feito de uma espuma plástica, tal como uma espuma flexível de poliuretano, por exemplo, e uma variedade inteira de opções e métodos diferentes de fabricação pode ser usada. Tais espumas têm geralmente uma estrutura de espuma de célula aberta. Isto pode ser obtido usando uma máquina de formação de espuma "QFM" feita pela companhia Hennecke, e a espuma é produzida em um processo contínuo por um processo de dosagem de alta pressão. Todos os componentes necessários são exatamente medidos sob o controle de um computador através das bombas controladas e misturados usando o princípio de agitação. Neste caso particular, um destes componentes é o poliol, que é deslocado com as partículas de celulose descritas acima. Já que as partículas de celulose são misturadas com um componente de reação, poliol, vários ajustes têm que ser feitos à fórmula, tal como água, catalisadores, estabilizadores e TDI a fim de amplamente neutralizar o efeito do pó de celulose incorporado para finalidades de produção e os valores físicos subsequentes obtidos.

Uma espuma possível baseada na invenção foi produzida com 7,5% por peso de partículas de celulose esféricas. Para tal fim, um pó de celulose esférico foi primeiramente produzido, ao qual foi então adicionado a um componente de reação da espuma a ser produzida. Em termos de quantidade, a proporção de celulose por referência ao peso total da espuma, em particular a espuma plástica pode estar dentro de um limite inferior de 0,1% por peso, em particular 5% por peso, e um limite superior de 10% por peso, em

particular 8,5% por peso.

Exemplo 2 (exemplo comparativo):

Para permitir uma comparação com o exemplo 1, um elemento de espuma foi feito de uma espuma plástica, que foi produzida sem adicionar o pó de celulose ou as partículas de celulose. Esta poderia ser a espuma padrão, uma espuma HR ou uma espuma viscosa, cada uma composta por uma fórmula conhecida e então espumada.

0 primeiro objetivo foi verificar se as partículas de celulose foram uniformemente distribuídas através de todas as camadas do elemento de espuma resultante em termos de altura. Isto foi feito determinando uma assim chamada umidade de equilíbrio baseada na captação de água das espumas em um clima padrão em 200C e 55% de u.r. e em outro clima padronizado 230C e 93% de u.r. Para tal fim, pedaços de amostra de mesmo tamanho foram tiradas dos blocos de espuma feitos como especificado no exemplo 1 e exemplo 2 em três alturas diferentes e a captação de água nos dois climas padronizados descritos acima foi medida. Neste aspecto, 1,0 m representa a camada superior do bloco de espuma, 0,5 m a camada média e 0,0 m a camada inferior da espuma da qual os pedaços de amostra foram tirados da espuma plástica deslocada com partículas de celulose. A altura total do bloco era aprox. 1 m. A espuma plástica livre de celulose do exemplo 2 foi usada para fazer uma comparação.

Tabela 1

Amostra Ex. 1 Superior Ex. 1 Média Ex. 1 Inferior Ex. 2 Clima padronizado 1,6 % 1,6 % 1,5 % 0,7 % Umidade de equilíbrio físico 4,6 % 4,7% 4,5 % 2,5 %

Como pode ser visto destas figuras, a espuma deslocada com partículas de celulose absorve significativamente mais umidade do que a espuma livre de celulose, no clima padrão e no outro clima padronizado com a umidade de equilíbrio físico. Há também uma combinação relativamente boa para os resultados de medida em termos dos pontos diferentes dos quais os pedaços de amostra foram tirados (superior, meio, inferior), permitindo concluir que havia uma distribuição homogênea das partículas de celulose no elemento de espuma produzido.

A tabela 2 abaixo estabelece as propriedades mecânicas das duas espumas feitas como especificado no exemplo 1 e exemplo 2. É claramente evidente que o tipo de espuma feito com partículas de celulose tem propriedades mecânicas comparáveis à espuma que não foi deslocada com partículas de celulose. Isto indica o processamento livre de problema dos componentes de reação, especialmente se incorporam as partículas esféricas de celulose.

Tabela 2:

.... Tipo de espuma A A B B Proporção de pó (partículas de celulose) 0 % 10 % 0 % 7, 50 % Densidade 33, 0 kg/m3 33 , 3 kg/m3 38 , 5 kg/m3 co nB * M Dureza de compressão 4 0 % 3,5 kPa 2,3 kPa 2,7 kPa 3,0 kPa Elasticidade 48 % 36 % 55 % 50 % Resistência ao rasgo 14 0 kPa 100 kPa 115 kPa 106 kPa Expansão 190 % 160 % 220 % 190 % Conjunto de compressão úmida 6 % 50 % 6 % 9 % (22 h/70 % Comp./500C/95 % u. r. )

A espuma com nenhuma partícula de celulose adicionada deveria ter os seguintes valores desejados para ambos tipos

Tipo de espuma A B Densidade 3 3,0 kg/m3 3 8,5 kg/m3 Dureza de compressão 4 0 % 3,4 kPa 2,7 kPa Elasticidade > 44 % > 45 % Resistência ao rasgo > 100 kPa > 100 kPa Expansão > 150 % > 150 % Conjunto de compressão úmida (22 h/70 % Comp./500C/95 % u. r.) <15 % < 15 %

O peso médio por volume ou densidade do elemento de espuma como um todo está dentro de uma faixa com um limite inferior de 30 kg/m3 e um limite superior de 45 kg/m3.

A Fig. 1 dá a umidade de espuma como uma porcentagem para os corpos de amostra do mesmo tipo, mas tirados de pontos diferentes do elemento de espuma total, como descrito acima. A umidade de espuma como uma [%] é traçada na ordenada. A proporção de pó de celulose ou partículas de celulose adicionadas neste exemplo é 10% por peso e as partículas de celulose são as partículas de celulose esféricas descritas acima. Estas amostras individuais diferentes com e sem aditivo são traçadas na abscissa.

Os pontos de medida para a umidade de espuma das amostras individuais mostradas como círculos representam o valor inicial e as medidas mostradas como quadrados são para a mesma amostra, mas após um dia de captação de umidade. Os valores iniciais inferiores foram determinados para o clima padrão descrito acima e o outro valor mostrado para a mesma amostra representa a captação de umidade no outro clima padronizado após 24 horas em 230C e 93% de u.r. A abreviatura u.r. representa a umidade relativa ou umidade

de ar e é dada como um %.

A Fig. 2 traça a captação de umidade por um período de

4 8 horas, os valores por tempo (t) sendo traçados na

abcissa em [h]. O estado inicial do corpo de amostra é

novamente aquele do clima padrão de 20 °C e 55% de u.r.

definido acima. 0 outro clima padronizado em 230C e 93% de

u.r. é pretendido representar um clima baseado no uso ou

clima corporal para permitir o período durante o qual a

umidade de espuma aumentou como um % por peso a ser

determinado. Os valores para a umidade de espuma são

traçados na ordenada como uma [%].

Uma primeira linha de gráfico 1 com os pontos de

medida mostrados como círculos representa um elemento de

espuma com um tamanho de amostra pré-definido baseado no

exemplo 2 com nenhuma partícula de celulose ou pó de

celulose adicionado.

Outra linha de gráfico 2 com os pontos de medida

mostrados como quadrados representa a umidade de espuma de um elemento de espuma ao qual 7,5% por peso de partículas de celulose ou pó de celulose foram adicionados. As partículas de celulose são novamente as partículas de celulose esféricas descritas acima.

0 gráfico traçando a captação de umidade por 4 8 horas mostra que a umidade de equilíbrio físico das "espumas" no "clima corporal" é alcançada após somente um curto período de tempo. Disto, pode-se supor que a espuma deslocada com partículas de celulose é capaz de absorver duas vezes mais umidade em 3 horas do que uma espuma baseada no exemplo 2 sem partículas de celulose adicionadas.

Os valores de medida para a captação de umidade foram obtidos armazenando os pedaços de espuma com um volume de aprox. 10 cm3 em um dessecador com uma umidade de ar estabelecida (usando a solução de KNO3 saturada e 93% de u.r.), tendo previamente secado as amostras. As amostras foram removidas do dessecador após tempos definidos e o aumento de peso (= captação de água) medido. As flutuações na captação de umidade podem ser explicadas pela manipulação das amostras e por uma ligeira falta de

homogeneidade nas amostras.

A Fig. 3 ilustra o comportamento de secagem de um elemento de espuma com as partículas de celulose adicionadas baseadas no exemplo 1 comparado com uma espuma baseada no exemplo 2 sem tais partículas de celulose. Para finalidades de comparação, os dois pedaços de amostra foram primeiramente condicionados de no "clima corporal" por 24 horas. Isto foi novamente em 23°C com uma umidade relativa de 93%. Os valores para a umidade de espuma são traçados na ordenada como uma [%] e o tempo (t) [min] é traçado na abscissa. Os valores de % especificados para a umidade de espuma são porcentagens por peso relativo à massa ou peso dos elementos de espuma totais (espuma plástica, partículas de celulose e água ou umidade).

Os pontos de medida mostrados como círculos novamente relacionam-se ao elemento de espuma baseado no exemplo 2 sem partículas de celulose adicionadas traçando uma linha de gráfico 3 correspondente representando a diminuição na umidade. Os pontos de medida mostrados como quadrados foram determinados para o elemento de espuma com partículas de celulose adicionadas. Outra linha de gráfico 4 correspondente mostra do mesmo modo a evidência de uma evaporação rápida da umidade. A proporção de partículas de

celulose foi novamente 7,5% por peso.

É claro que a umidade de equilíbrio de 2% já é restaurada após aprox. 10 minutos. Isto é consideravelmente mais rápido do que é o caso com uma espuma conhecida da técnica anterior que exige diversas horas para uma quantidade comparável de água para evaporar.

Quando o elemento de espuma deslocado com as partículas de celulose baseadas na modificação de cristal de celulose-II foi condicionado no "clima corporal" por um período de 24 horas e então exposto ao "clima padrão", inicialmente absorveu um teor de umidade de mais de 5% por peso e o teor de umidade foi reduzido por pelo menos (2) % dentro de um período de 2 min após ser introduzido no

"clima padrão".

A Fig. 4 é um gráfico em barra traçando a absorção de

vapor de água "Fi" baseado no cálculo de altura (Hohenstein) em [g/m2] e estes valores são traçados na ordenada. O período durante o qual o vapor de água foi absorvido do clima padrão de 200C e 55% de u.r. definido acima e no clima padronizado de 23°C e 93% de u.r. também definido acima (clima de aplicação e clima corporal) para os dois valores de medida obtidos foi 3 (três) horas. Os corpos de amostra eram do tipo de espuma "B" descrito acima. Um primeiro gráfico em barra 5 traça o tipo de espuma "B" sem celulose ou partículas de celulose adicionadas. O valor medido neste caso foi aproximadamente 4,8 g/m2. 0 corpo de espuma deslocado com celulose, por outro lado, mostrou um valor mais elevado de aprox. 10,4 g/m2 e este é traçado em outro gráfico de barra 6. Este outro valor é portanto mais alto do que um valor de 5 g/m2 baseado no cálculo de altura (Hohenstein).

0 elemento de espuma é feito de uma espuma plástica, e uma espuma de PU foi usada como a espuma preferida. Como explicado acima em conexão aos diagramas individuais, a captação de umidade foi determinada partindo de uma assim chamada umidade de equilíbrio representando um "clima padrão" em 20°C com uma umidade relativa de 55%. A fim de simular o uso, outro clima padronizado foi definido em 23°C com uma umidade relativa de 93%. Este outro clima padronizado é pretendido representar a umidade absorvida durante o uso devido a um corpo de um ser exsudando suor, por exemplo, uma pessoa. A celulose incorporada no elemento de espuma é pretendida dispersar a umidade absorvida durante o uso por um período dentro de uma faixa com um limite inferior de 1 hora e um limite superior de 16 horas novamente depois do uso e assim restaurar o elemento de espuma inteiro para a umidade de equilíbrio por referência à atmosfera ambiente. Isto significa que a umidade armazenada evapora da celulose muito rapidamente após o uso, sendo emitido à atmosfera ambiente e assim secando o

elemento de espuma.

Como mencionado acima, uma umidade de equilíbrio pode ser dita como existindo quando o elemento de espuma foi exposto a uma das atmosferas ambientes descritas acima ao grau que o valor de umidade do elemento de espuma (umidade de espuma) está em equilíbrio com o valor da umidade contida na atmosfera ambiente. Ao alcançar o nível de umidade de equilíbrio, não há mais qualquer troca de umidade entre o elemento de espuma e a atmosfera ambiente

em torno do elemento de espuma.

Os métodos de teste descritos acima podem ser feitos de tal maneira que o elemento de espuma é exposto à primeira atmosfera ambiente com o primeiro clima baseado na temperatura pré-definida e umidade relativa do ar, por exemplo 20°C e 55% de u.r., até a umidade de equilíbrio ser alcançada nesta atmosfera ambiente, depois do qual o mesmo elemento de espuma é exposto a uma segunda, mudada ou diferente atmosfera ambiente que é diferente da primeira atmosfera ambiente. Esta segunda atmosfera ambiente tem um segundo clima com uma temperatura mais alta e/ou umidade de ar relativa mais elevada do que o primeiro clima, por exemplo 23 °C e 93% de u.r. Como resultado, o valor da umidade de espuma aumenta e a umidade é absorvida pela celulose incorporada na espuma. 0 mesmo elemento de espuma é então exposto à primeira atmosfera ambiente novamente, e após o período entre 1 hora e 16 horas especificado acima, o valor inicial da umidade de espuma correspondendo à umidade de equilíbrio baseado na primeira atmosfera ambiente é restaurado. Dentro deste período, portanto, a umidade absorvida pela celulose da segunda atmosfera ambiente é evaporada ã atmosfera ambiente e reduzida como resultado.

0 valor inferior de 1 hora especificado aqui dependerá da quantidade de líquido ou umidade absorvida, mas pode também ser significativamente inferior, neste caso pode ser

apenas alguns minutos.

Independentemente das partículas de celulose esféricas descritas acima, é também possível usar celulose na forma de fibras cortadas com um comprimento de fibra dentro de um limite inferior de 0,1 mm e um limite superior de 5 mm. Entretanto, seria do mesmo modo possível usar celulose na forma de fibras moída com um tamanho de partícula dentro de um limite inferior de 50 μπι e um limite superior de 0,5 mm.

Dependendo da aplicação, a espuma a ser produzida terá propriedades de espuma diferentes e estas são caracterizadas por uma variedade de propriedades físicas diferentes.

A dureza de compressão em 4 0% de compressão pode estar dentro de um limite inferior de 1,0 kPa e um limite superior de 10,0 kPa. A elasticidade como medida pelo teste de queda de bola pode ter um valor com um limite inferior de 5% e um limite superior de 70%. Este método de teste é realizado de acordo com o padrão EN ISO 83 07 e a altura de repercussão e a elasticidade paralela reversa associada são

determinadas.

Se o elemento de espuma produzido é feito de uma espuma de poliuretano, em particular uma espuma flexível, pode ser produzido com uma base de TDI e uma base de MDI. Entretanto, também seria possível usar outras espumas, tal como espuma de polietileno, espuma de poliestireno, espuma de policarbonato, espuma de PVC, espuma de poliimida, espuma de silicone, espuma de PMMA (metacrilato de polimetila), espuma de borracha, por exemplo. A captação de umidade elevada dependerá então do sistema de matéria- prima e do método usado para produzir a espuma, pois a capacidade reversível para absorver a umidade é obtida incorporando ou embebendo a celulose. É preferível o uso de espumas do tipo com poros abertos, que permitem uma troca não obstruída de ar com a atmosfera ambiente. É também essencial assegurar que a celulose adicionada à estrutura de espuma seja distribuída homogeneamente, como descrito acima em conexão com os testes que foram conduzidos. Se a espuma não tem uma estrutura aberta, pode se especificamente tratada por métodos conhecidos para obter

poros abertos.

Se o poliol é usado como um material inicial para um

dos componentes de reação, a celulose pode ser adicionada antes da formação de espuma. A celulose pode ser adicionada agitando-a ou dispersando-a usando os métodos conhecidos na indústria. 0 poliol usado é o necessário para o tipo de espuma correspondente e é adicionado na quantidade necessária especificada na fórmula. Entretanto, o teor de umidade das partículas de celulose deve ser levado em consideração ao estabelecimento da fórmula.

0 elemento de espuma pode ser usado para fazer produtos plásticos individuais e os produtos plásticos podem ser selecionados do grupo compreendendo colchões, estofamento de mobília e almofadas.

As modalidades ilustradas como exemplos representam variantes possíveis do elemento de espuma com uma substância hidrofílica na forma de celulose incorporada na espuma plástica, e deveria ser indicado nesta fase que a invenção não é especificamente limitada às variações especificamente ilustradas, e ao invés das variantes individuais podem ser usadas em combinações diferentes uma com a outra e estas variantes possíveis se encontram dentro do alcance da pessoa hábil neste campo técnico dado o ensinamento técnico divulgado. Consequentemente, todas as variantes concebíveis que podem ser obtidas combinando detalhes individuais das variantes descritas e ilustradas são possíveis e caem dentro do escopo da invenção.

0 objetivo subjacente das soluções inventivas independentes pode ser encontrado na descrição.

Claims

1. Elemento de espuma com uma substância hidrofllica na forma de celulose incorporada na espuma, e o elemento de espuma deslocado com a celulose tem uma capacidade reversível de absorver a umidade, caracterizado pelo fato de que a celulose é fornecida na forma de um tipo de estrutura baseado na modificação de cristal de celulose-II, e uma proporção de celulose por referência ao peso total da espuma é selecionada de uma faixa com um limite inferior de0,1% por peso, em particular 5% por peso, e um limite superior de 10% por peso, em particular 8,5% por peso, e um valor de uma umidade de espuma do elemento de espuma é aumentado de um valor inicial da umidade de espuma correspondendo a uma umidade de equilíbrio por referência a uma primeira atmosfera ambiente com um primeiro clima baseado em uma temperatura pré-definida e em uma umidade relativa do ar durante uso para um valor da umidade da espuma por referência a uma segunda atmosfera ambiente do segundo clima baseado em uma temperatura e/ou uma umidade relativa de ar que é mais alta do que a do primeiro clima, e a umidade absorvida pela celulose II incorporada no elemento de espuma após uso na segunda atmosfera ambiente é evaporada após um período na primeira atmosfera ambiente com uma duração dentro de uma faixa com um limite inferior de 1 hora e um limite superior de 16 horas até o valor inicial da umidade de espuma correspondendo à umidade de equilíbrio por referência à primeira atmosfera ambiente ser restaurada novamente.

2. Elemento de espuma com uma substância hidrofílica na forma de celulose incorporada na espuma, e o elemento de espuma deslocado com celulose tem uma capacidade reversível de absorver a umidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a celulose é fornecida na forma de um tipo de estrutura baseado na modificação de cristal de celulose-II, e uma proporção de celulose por referência ao peso total da espuma é selecionada de uma faixa com um limite inferior de 0,1% por peso, em particular 5% por peso, e um limite superior de 10%, em particular 8,5% por peso, e o elemento de espuma tem uma densidade dentro de um limite inferior de 3 0 kg/m3 e um limite superior de 45 kg/m3, e a captação de vapor de água baseada no cálculo de altura Hohenstein tem um valor Fi de mais de 5 g/m2.

3. Elemento de espuma com uma substância hidrofílica na forma de celulose incorporada na espuma, e o elemento de espuma deslocado com celulose tem uma capacidade reversível de absorver a umidade, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a celulose é fornecida na forma de um tipo de estrutura baseada na modificação de cristal de celulose-II, e uma proporção de celulose por referência ao peso total da espuma é selecionada de uma faixa com um limite inferior de 0,1% por peso, em particular 5% e um limite superior de 10%, em particular8,5% por peso, e o elemento de espuma tem uma densidade com um limite inferior de 30 kg/m3 e um limite superior de 45 kg/m3, e um valor inicialmente maior do que 5% da umidade de espuma do elemento de espuma da segunda atmosfera ambiente com o segundo clima é reduzido por pelo menos 2% devido ao efeito da primeira atmosfera ambiente com o primeiro clima baseado em 20°C e uma umidade relativa de .55% dentro de um período de 2 min.

4. Elemento de espuma, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a celulose-II é fornecida na forma das fibras cortadas com comprimento de fibra com um limite inferior de O7I mm e limite superior de 5 mm.

5. Elemento de espuma, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a celulose-II é fornecida na forma das fibras moídas com tamanho de partícula com um limite inferior de 5 0 pm e limite superior de 0,5 mm.

6. Elemento de espuma, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a celulose-II é fornecida na forma das partículas de celulose esféricas.

7. Elemento de espuma, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as partículas de celulose esféricas têm um tamanho de partícula com um limite inferior de 1 pm e um limite superior de 4 00 μπι.

8. Elemento de espuma, de acordo com a reivindicação 6 ou ν, caracterizado pelo fato de que as partículas de celulose esféricas têm uma razão axial (l:d) dentro de um limite inferior de 1 e um limite superior de 2,5.

9. Elemento de espuma, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a celulose contém pelo menos um dos aditivos do grupo compreendendo pigmentos, substâncias inorgânicas, tais como óxido titânio, oxido titânio abaixo do estequiométricô, sulfato de bário, trocadores de íon, polietileno, polipropileno, poliéster, negro de carbono, zeólito, carbono ativado, superabsorventes poliméricos ou retardadores de chama.

10. Elemento de espuma, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a espuma é selecionada do grupo compreendendo a espuma de poliuretano (espuma PU) , espuma de polietileno, espuma de poliestireno, espuma de policarbonato, espuma de PVC7 espuma de poliimida, espuma de silicone, espuma de PMMA (metacrilato de polimetila), espuma de borracha.

11. Elemento de espuma, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 10, caracterizado pelo fato de que a espuma tem uma estrutura de espuma de célula aberta.

12. Uso de um elemento de espuma de qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que é para fazer um produto plástico, e o produto plástico é selecionado do grupo compreendendo colchões, estofamento de mobília, almofadas.