CN108601459A - 冷却支撑垫及其生产方法 - Google Patents

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斯蒂芬·华莱士
比特·尼德罗斯特
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Abstract

提供了一种支撑垫和生产支撑垫的方法。该支撑垫包括具有下表面和上表面的基底层以及设置在基底层的上表面上面的多个表面涂层，所述多个表面涂层构造用以允许一定量的空气流过基底层和所述多个表面涂层，并且所述多个表面涂层还构造用以提供冷却效果。生产支撑垫的方法包括步骤：提供具有下表面和上表面的基底层；将多个表面涂层施用到基底层的上表面，所述多个表面涂层构造用以允许一定量的空气流过基底层和所述多个表面涂层并且还构造用以提供冷却效果。

Description

冷却支撑垫及其生产方法
相关申请
本申请要求于2015年12月30日提交的美国临时专利申请第62/272,952号的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及冷却支撑垫及其生产方法。特别是，本发明涉及利用多个表面涂层来提供延长的冷却效果的冷却支撑垫及其生产方法。
背景技术
支撑垫的有效性和合意性部分地取决于使用者在延长的时间段上在支撑垫上的舒适程度。在这方面，许多使用者发现：由粘弹性泡沫制成的支撑垫，特别是床垫，在长时间后会令人不舒服地变暖。该问题的一个解决方案是包含相变材料，该相变材料在其从固相变为液相、即熔化时吸收热。然而，这些相变材料通常仅在短的时间跨度上冷却。
因此，本领域仍然需要一种提供延长的冷却体验的支撑垫。
发明内容
本发明包括冷却支撑垫及其生产方法。特别是，本发明包括利用多个表面涂层来提供延长的冷却效果的冷却支撑垫及其生产方法。
在一些实施例中，提供了一种支撑垫，该支撑垫包括具有下表面和上表面的基底层，以及设置在基底层的上表面上面的多个表面涂层。所述多个表面涂层构造用以允许一定量的空气流过基底层和多个表面涂层，并且所述多个表面涂层还构造用以提供冷却效果。在一个实施例中，基底层是柔性泡沫。在另一个实施例中，通过基底层的下表面的保持的空气流为约60％至约80％，并且通过基底层的上表面和所述多个表面涂层的保持的空气流为约40％至约60％。在一些实施例中，所述多个表面涂层中的一个或多个包含添加剂，该添加剂的导热率高于基底层的导热率。
在一个实施例中，所述多个表面涂层包含两个表面涂层。在另一个实施例中，所述多个表面涂层包含多达六个表面涂层。作为补充或作为替代，在一些实施例中，所述多个表面涂层中的每一个具有小于约5毫米的厚度。在一个实施例中，所述多个表面涂层总体具有小于约5毫米的厚度。
在一个实施例中，所述多个表面涂层中的一个或多个包含异氰酸酯和多元醇。在另一个实施例中，所述多个表面涂层中的一个或多个包含一定量的相变材料。在又一个实施例中，相变材料构造用以在约20℃至约36℃的温度下经历相变。
在一些实施例中，生产支撑垫的方法包括步骤：提供具有下表面和上表面的基底层；将多个表面涂层施用到基底层的上表面，所述多个表面涂层构造用以允许一定量的空气流过基底层和所述多个表面涂层并还构造用以提供冷却效果。在一个实施例中，施用多个表面涂层的步骤包括施用三个表面涂层。在另一个实施例中，施用多个表面涂层的步骤包括施用多达六个表面涂层。在又一个实施例中，该方法还包括步骤：将液态前体施用到基底层的上表面；以及固化液态前体，以在基底层的上表面上形成多个表面涂层中的一个表面涂层。在一些实施例中，该方法还包括步骤：组合异氰酸酯和多元醇，以构成液态前体。在一些实施例中，所述多个表面涂层中的一个或多个包含一定量的相变材料。
在一些实施例中，提供了一种生产支撑垫的方法，该方法包括步骤：提供具有下表面和上表面的基底层；将第一表面涂层施用到基底层的上表面，其中第一表面涂层包含一定量的相变材料；将第二表面涂层施用在第一表面涂层上面，其中第二表面涂层包含异氰酸酯和多元醇；以及将第三表面涂层施用在第二表面涂层上面，其中第三表面涂层也包含一定量的相变材料。
在研究了本文档中的说明书、附图和非限制性实例之后，本发明的其它特征和优点对于本领域的普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1是呈床垫形式的、根据本发明制成的支撑垫的侧视图；以及
图2是示出了根据本发明生产支撑垫的方法的示例性实施的流程图。
具体实施方式
本文档阐述了本公开主题的一个或多个实施例的细节。在研究了本文档提供的信息之后，本文档中描述的实施例的修改以及其它实施例对本领域普通技术人员将显而易见。提供本文档中提供的信息、特别是所描述的示例性实施例的具体细节，主要是为清楚理解，而不应从中理解到任何不必要的限制。如果有冲突，则本文档的规定(包括定义)将起主导作用。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。除非另有说明，否则本文整个公开内容中提及的所有专利、专利申请、已公开申请和出版物、数据库、网站和其它已公开的材料以其整体通过引用并入。在本文中的术语有多个定义的情况中，以这本章节中的定义为准。在提及URL或其它此类标识符或地址的情况下，应理解，此类标识符可以改变，并且互联网上的特定信息可能时有时无，但通过搜索互联网可找到等价信息。对其参考证明这些信息的可用性和公开传播性。
尽管与本文描述的那些类似或等同的任何方法、装置和材料可用于实践或测试本公开的主题，但现在描述代表性的方法、装置和材料。
根据长久存在的专利法惯例，当在本申请(包括权利要求)中使用时，术语“一”和“该”指的是“一个或多个”。因此，例如，对“一层”的引用包括多个这样的层等等。
除非另有说明，否则在说明书和权利要求中使用的表示成分的量、性质如反应条件等等的所有数字应理解为在所有情况下均由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则本说明书和权利要求中列出的数值参数是近似值，其可以根据本公开主题寻求获得的所需性质而变化。
如本文中所用的，当提及质量、重量、时间、体积、浓度或百分比的值或量时，术语“约”意指包括在一些实施例中与规定量相差±20％的变化，在一些实施例中与规定量相差±10％的变化，在一些实施例中与规定量相差±5％的变化，在一些实施例中与规定量相差±1％的变化，在一些实施例中与规定量相差±0.5％变化，以及在一些实施例中与规定量相差±0.1％的变化，因这样的变化适合于实施所公开的方法。
如本文所用的，范围可表示为从“约”一个特定值，和/或到“约”另一个特定值。还应理解，本文公开了许多值，并且除了该值本身之外，每个值在本文中也被公开为“约”该特定值。例如，如果公开了数值“10”，则还公开了“约10”。还应理解，还公开了两个特定单元之间的每个单元。例如，如果公开了10和15，则还公开了11、12、13和14。
本发明包括冷却支撑垫及其生产方法。特别地，本发明包括利用多个表面涂层来提供延长的冷却效果的冷却支撑垫及其生产方法。
首先参照图1，在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种床垫形式的支撑垫10，其具有支撑表面12。支撑垫10包括具有下表面22和上表面24的基底层20。支撑垫10还包括多个表面涂层32、34、36，这些表面涂层被依次施用到基底层20，用以在支撑垫10的支撑表面12处共同提供冷却效果，并且这些表面涂层构造用以允许空气流过多个表面涂层32、34、36及基底层20。
支撑垫的基底层20通常由柔性泡沫构成，该柔性泡沫能够横过支撑垫10来适当分配使用者身体或其一部分的压力。在这方面可以使用各种柔性泡沫，包括但不限于乳胶泡沫、网状或非网状粘弹性泡沫(有时称为记忆泡沫或低回弹泡沫)、网状或非网状非粘弹性泡沫、聚氨酯高回弹泡沫，膨胀型聚合物泡沫(例如，膨胀型乙烯醋酸乙烯酯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚乙烯)等，但在任何情况下，在支撑垫10的基底层20中使用的柔性泡沫是多孔的，并且通常允许一定量的空气流过支撑垫10的基底层。
在一些示例性实施例中，组成基底层20的柔性泡沫由具有至少约10N至不大于约80N的硬度的粘弹性聚氨酯泡沫构成，其硬度值是通过在大约室温(即21℃至23℃)下从板对材料样品施加压力以达到材料原始厚度的至少40％压缩进行测量，其中40％压缩被保持由国际标准化组织(ISO)2439硬度测量标准设定的一段时间。在一些实施例中，组成基底层20的粘弹性泡沫具有约10N、约20N、约30N、约40N、约50N、约60N、约70N或约80N的硬度，以提供所需的舒适度和适体性。
本文所述的用在支撑垫10的基底层20中的粘弹性泡沫还可以具有有助于提供所需的舒适度和适体性以及增强的材料耐久性的密度。在一些实施例中，基底层20中使用的粘弹性泡沫的密度为不小于约30kg/m3至不大于约150kg/m3的密度。在一些实施例中，在支撑垫的基底层中使用的粘弹性泡沫的密度为约30kg/m3，约40kg/m3，约50kg/m3，约60kg/m3，约70kg/m3，约80kg/m3，约90kg/m3，约100kg/m3，约110kg/m3，约120kg/m3，约130kg/m3，约140kg/m3，或约150kg/m3。当然，选择具有特定密度的粘弹性泡沫将影响泡沫的其它特性，包括其硬度、泡沫响应压力的方式，以及泡沫的整体感觉，但应当理解，对于示例性支撑垫或对于特定的应用，可以根据需要容易地选择具有所需密度和硬度的粘弹性泡沫。而且，尽管图1中所示的支撑垫10的基底层20显示为由单层泡沫构成，但还应理解，本发明的示例性支撑垫的基底层可由具有不同或相同密度值或硬度值的多层泡沫组成。
无论基底层20的特定的密度值和硬度值如何，现在转向被施用到基底层20的上表面24的多个表面涂层32、34、36，表面涂层32、34、36中的每一个通常作为液体或液态前体被单独施用到基底层20，然后干燥或固化以形成相应的表面涂层。具体地，在图1所示的示例性实施例中，第一表面涂层32被直接施用到基底层20的上表面24，然后第二表面涂层34被施用到第一表面涂层32，然后第三表面涂层36被施用到第二表面涂层34。
如上所述，多个表面涂层32、34、36中的每一个构造用以允许空气流过多个表面涂层32、34、36和基底层20(如图1所示)。在这方面，当将多个表面涂层32、34、36中的每一个施用到基底层20时，通常情况是基底层20的胞状结构将保持为在基底层20的表面上可见(即，每个表面涂层将不会完全覆盖下面的泡沫的胞状结构)，使得可以维持通过基底层20并通过多个表面涂层32、34、36的空气流，以维持和/或改进背离基底层20的上表面24的热传递，并且在支撑垫10的支撑表面12处提供冷却效果。
在一些实施例中，施用到基底层20的多个表面涂层32、34、36中的一个或多个还包含一定量的相变材料。在一个实施例中，相变材料改进和/或增强多个表面涂层32、34、36的冷却效果。在另一个实施例中，相变材料以任何合适的量被包含，并且/或者被包含在任何合适的表面涂层32、34、36中或表面涂层32、34、36的组合中。例如，在图1所示的示例性实施例中，第一表面涂层32以及第三表面涂层36中包含一定量的相变材料，而第二表面涂层34中不包含相变材料。当然，可以设想，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以根据施用到示例性支撑垫的表面涂层的数量生产包含或不包含各种量的相变材料的层的各种其它组合。
进一步关于相变材料，在一些实施例中，表面涂层中使用的相变材料是由Microtek Laboratories,Inc.(Dayton,OH)生产和销售的相变材料(PCM)浆料。其它可以使用的示例性相变材料包括由Encapsys,LLC(Appleton,WI)生产和销售的PCM浆料或PCM饼料。在一些实施例中，用在本发明的支撑垫中的相变材料在约20℃至约36℃的温度下经历其相变。当然，其它相变材料也可以用在本发明的表面涂层中，以提供一定量的冷却，并且可以取决于支撑垫的特定预期用途而构造用以在可选的温度范围内经历相变。然而，在一些实施例中，为了进一步改进冷却效果，多个表面涂层中的一个或多个还可以包含具有比基底层20更高的导热率的附加添加剂。
如上所述，在图1所示的示例性实施例中，第二表面涂层34中不包含相变材料，而第一表面涂层32及第三表面涂层36中包含一定量的相变材料。特别是，在图1所示的示例性实施例中，第二表面涂层34由包含异氰酸酯和多元醇的液态前体形成。在这方面，在本发明的至少一些实施例中，形成至少一个表面涂层的液态前体包含两种或更多种组分，这些组分在组合时会发生反应以聚合并固化液态前体，而形成最终的表面涂层。例如，在本发明的一些实施例中，如图1描绘的示例性实施例，液态前体包括异氰酸酯和多元醇，异氰酸酯和多元醇在施用之前即时组合并且在施用到支撑垫10时固化。
在一些实施例中，包含在每个单独的表面涂层中的特定组分以及每种组分的特定比例可以根据生成的表面涂层的所需性质而变化。此外，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，每个表面涂层可以由专有的组分和/或比例的组合构成。表1至表4描述了几种示例性的表面涂层和PCM配方。表1和表2中的实施例描述了液态前体的多种配方，其中第一表面涂层被直接施用到基底层的上表面上(即，表1中的“PCM混合物第一次喷射”)，第二表面涂层被施用在第一表面涂层上面(即，表1中的“胶体混合物”)，并且第三表面涂层被施用在第二表面涂层上面(即，表1中的“PCM混合物第二次喷射”)，但这些实施例不应被视为是限制性的。
又如表1和表2中所示，在所有情况下，通过基底层的初始空气流是施加到基底层的原始空气流的约70％。在施用了三个表面涂层之后，通过基底层的下表面的空气流能忽略地降低到约65％至约70％的范围。尽管通过基底层的上表面和多个表面涂层的空气流显示出更大幅度降低，达到约45％至约57％的范围，但仍保持原始空气流中的很大一部分。在一些实施例中，通过基底层的下表面的空气流为约60％至约80％，并且通过基底层的上表面和所述多个表面涂层的空气流为约40％至约65％。在一些实施例中，在表面涂层的施用之前，在基底层中观察到的约65％的空气流在根据本发明的方法施用了表面涂层后得到保持。
表1–阿里尔胶体(Ariel Gel)喷射的样品
表1–阿里尔胶体喷射的样品(续)
表2
表2(续)
表3
PCM批料 克
水 4400
麦可罗泰克40–23％ 1012
总量 5412
表4
PCM批料 克
水 4000
麦可罗泰克40–23％ 1000
总量 5000
尽管图1以及表1、表2中提供的实施例都包含三个表面涂层，但还可以设想，在一些实施例中，所述多个表面涂层仅包括两个涂层，而在其它实施例中，所述多个表面涂层包括多达六个涂层。例如，在一个实施例中，样品喷射方法包括：在喷射之前彻底混合PCM；和校准PCM喷射，以确定在样品上喷射的时间长度并添加过喷余量。这适用于每个PCM涂层。通过爆米花喷枪喷射胶体，并确定待施用到样品上的所需重量。然后添加计算出的过喷量。制备两部分的批料，并将整个预混物喷射到样品上。一旦干燥，则立即称量样品以获得胶体和PCM的最终重量。在另一个实施例中，胶体的处理过程包括：步骤1)喷射带有粘合剂的PCM固体28C PCM(30秒)；步骤2)气刀；步骤3)胶体-1452克多元醇侧和363克预聚物侧，各自通过两个喷射器；步骤4)喷射带有粘合剂的PCM固体28C PCM(30秒)；步骤5)气刀。
在任何情况下，所述多个表面涂层中的每一个形成的厚度小于5毫米，并且所述多个表面涂层通常总共小于5毫米厚。在这方面，根据本发明使用的多个表面涂层增加了支撑垫的热质，并且多层表面涂层的施用(每层仍然允许空气流通过表面涂层)也增加了可以有效用在支撑垫中的相变材料的总量。这两个特征都提供了支撑垫的更高的蓄热性(thermaleffusivity)，这反过来可以在各种不同类型和构造的支撑垫中提供更持久的冷却效果。在本发明的一些实施例中，相变材料的施用可以从约20克/平方英尺增加到约200克/平方英尺，并且还可以通过增加反应性胶体层的量(其通常在20克/平方英尺至80克/平方英尺的范围内)来增加热质。相变材料和反应性胶体层两者的增加提供了更高的蓄热性，这使得在使用者和各种支撑垫之间的接触点处的冷却感更长。
关于本发明的支撑垫，可以设想，上述支撑垫可以是枕头、床垫、座垫、座椅靠背、颈枕、腿垫枕、床垫罩、覆盖物等形式。因此，短语“支撑垫”在本文中用于指代具有任何尺寸和形状的任何和所有这种物体，并且该物体能够或通常用于支撑使用者的身体或其一部分。
无论本发明的支撑垫的具体形式如何，还可以通过根据本发明的用于生产支撑垫的方法的示例性实施方案来生产本文所述的每个示例性支撑垫。现在参照图2，在用于生产支撑垫(如上述的支撑垫10)的方法的一个示例性实施例中，如步骤102所示，首先提供泡沫基底层。如上所述，基底层通常具有下表面和上表面，并且基底层由多孔材料构成并允许空气流过基底层。
仍参照图2，如步骤104所示，在提供基底层的情况下，由包含一定量的相变材料的液体组成的第一表面涂层被施用到基底层的上表面。如步骤106所示，在将包含一定量的相变材料的液体涂布到基底层的上表面上之后，对第一涂层施用气刀。如本领域的技术人员将认识到的，气刀提供加压空气的层流，该加压空气的层流横过涂层拖动以去除多余材料。此外，在至少一些实施例中，作为去除过量前体的替代或补充，气刀还可用于将液态前体的至少一部分驱动到基底层本身中。当然，在一些实施例中，也可以以完全不需要气刀的方式分配液态前体。
在任意情况下，仍参照图2，一旦将气刀施用于第一涂层并且第一涂层已经在基底层上形成，则第二涂层以包含异氰酸酯和多元醇的液态前体的形式被施用在第一涂层上面，如步骤108所示，然后通常使其固化并形成所得的第二表面涂层。在这方面，在一些实施例中，在对液态前体施用气刀之前，仅允许液态前体部分地固化，例如约30秒，使得气刀仅移除液态前体中的尚未固化的部分。
在形成第二表面涂层的液态前体已经反应适当的时间量并且已经形成所得的第二表面涂层之后，也由包含一定量的相变材料的液体组成的第三表面涂层被施用到第二表面涂层上面，如步骤112所示，从而生产出包括多个表面涂层并为在支撑垫上休息的使用者提供冷却效果的支撑垫。
在整个文档中，可以提及各种参考文献。所有这些参考文献都通过引用并入本文，包括以下列表中列出的参考文献：
参考文献
1.美国专利申请公开第2013/295371号。
2.欧洲专利第2801464号。
3.美国专利申请公开第2012/0276339号。
4.美国专利申请公开第2012/0193572号。
5.美国专利第7,793,372号。
6.美国专利第5,955,188号。
本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本发明的教导或所附权利要求的范围的情况下，其它实施例也是可能的。本详细说明书、特别是本文公开的示例性实施例的具体细节主要是为了清楚理解，而不应从中理解到任何不必要的限制，因为对于本领域的技术人员来说，在阅读本公开后，修改将变得显而易见，并且可以在不脱离要求保护的本发明的精神或范围的情况下进行修改。

Claims (20)

1.一种支撑垫，包括：
基底层，所述基底层具有下表面和上表面；以及
多个表面涂层，所述多个表面涂层被设置在所述基底层的所述上表面上面，所述多个表面涂层构造用以允许一定量的空气流过所述基底层和所述多个表面涂层，并且所述多个表面涂层还构造用以提供冷却效果。
2.根据权利要求1所述的支撑垫，其中所述基底层是柔性泡沫。
3.根据权利要求1所述的支撑垫，其中通过所述基底层的所述下表面保持的空气流为约60％至约80％，并且通过所述基底层的所述上表面和所述多个表面涂层保持的空气流为约40％至约60％。
4.根据权利要求1所述的支撑垫，其中所述多个表面涂层包括两个表面涂层。
5.根据权利要求1所述的支撑垫，其中所述多个表面涂层包括2至6个表面涂层。
6.根据权利要求1所述的支撑垫，其中所述多个表面涂层中的每一个具有小于约5毫米的厚度。
7.根据权利要求1所述的支撑垫，其中所述多个表面涂层总体具有小于约5毫米的厚度。
8.根据权利要求1所述的支撑垫，其中所述多个表面涂层中的一个或多个包含异氰酸酯和多元醇。
9.根据权利要求1所述的支撑垫，其中所述多个表面涂层中的一个或多个包含一定量的相变材料。
10.根据权利要求1所述的支撑垫，其中所述相变材料构造用以在约20℃至约36℃的温度下经历相变。
11.根据权利要求1所述的支撑垫，其中所述多个表面涂层中的一个或多个包含添加剂，所述添加剂的导热率高于所述基底层的导热率。
12.一种生产支撑垫的方法，包括以下步骤：
提供具有下表面和上表面的基底层；
将多个表面涂层施用到所述基底层的所述上表面，所述多个表面涂层构造用以允许一定量的空气流过所述基底层和所述多个表面涂层，并且所述多个表面涂层还构造用以提供冷却效果。
13.根据权利要求12所述的方法，其中施用多个表面涂层的步骤包括施用三个表面涂层。
14.根据权利要求12所述的方法，其中施用多个表面涂层的步骤包括施用多达六个表面涂层。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：
将液态前体施用到所述基底层的所述上表面；以及
固化所述液态前体，以在所述基底层的所述上表面上形成所述多个表面涂层中的一个表面涂层。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括步骤：组合异氰酸酯和多元醇，以形成所述液态前体。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述基底层是柔性泡沫。
18.根据权利要求12所述的方法，其中通过所述基底层的所述下表面保持的空气流为约60％至约80％，并且通过所述基底层的所述上表面和所述多个表面涂层的空气流为约40％至约60％。
19.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个表面涂层中的一个或多个包含一定量的相变材料。
20.一种生产支撑垫的方法，包括以下步骤：
提供具有下表面和上表面的基底层；
将第一表面涂层施用到所述基底层的所述上表面，所述第一表面涂层包含一定量的相变材料；
将第二表面涂层施用在所述第一表面涂层上面，所述第二表面涂层包含异氰酸酯和多元醇；以及
将第三表面涂层施用在所述第二表面涂层上面，所述第三表面涂层也包含一定量的相变材料。
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