CN109096529A - 具有蓄热蓄冷功能的聚氨酯发泡体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种聚氨酯发泡体,其无论厚度的大小都能在期望位置以期望深度均匀地保持储存热能的能力,而不损害聚氨酯发泡体的优点。该聚氨酯发泡体在聚氨酯发泡基体的内部具备含有相变材料的渗透层而成,所述聚氨酯发泡基体的内部是指从聚氨酯发泡基体的一侧外表面的至少一部分至另一侧外表面的部分。关于上述聚氨酯发泡基体,优选渗透层含有相变材料20~250g/m2,且树脂粘合剂与相变材料的固体成分配合比率(P/B比)为0.5~2.5,其按照JIS K6400‑2A测定的硬度为30~130N、按照JIS K7222测定的密度为30~65kg/m3、按照JIS K6400‑7B的Frazir型透气量测定的透气性为150ml/cm2/sec.以下、按照JIS K6400‑3测定的回弹性为1~20%。
Description
技术领域
本发明涉及具有温热·冷热的储存(以下称为蓄热蓄冷)功能的聚氨酯发泡体,特别涉及具有储存周围的热能的功能的聚氨酯发泡体。
背景技术
如众所周知那样,聚氨酯发泡体在内部具有大量气泡,由于该气泡的作用而具有冲击吸收性、振动吸收性、吸音性等优异的特性,在交通工具、卧具、衣服、椅子、垫子等多种领域中,利用这些特性而发挥作用。
此外,近年来,由于降低回弹性、且制成软质的聚氨酯发泡体具有使身体压力均匀分散的特性,因此被广泛生产·贩卖于席垫、褥单、枕头等卧具类、或坐垫等用途中。
在将上述回弹性低的软质聚氨酯发泡体用于特别是卧具类、或椅子、垫子、交通工具等的情况下,要求进一步的蓄热蓄冷性能。
根据这样的要求,以往提出了:将吸收能量并使温度保持一定的相变材料、具体而言熔点为-5.5℃~61.4℃的石蜡系烃的微球渗透于聚氨酯等的发泡树脂基体(片),并使其在该基体(实施例中为厚度2.286mm的片)的厚度方向渗透20~100%厚度而得到的发泡树脂体(日本特开平10-305507号公报-专利文献1-);或者,配合了在0~100℃下发生液体-固体相变化的潜热蓄热剂、例如内包有石蜡系烃的微囊的低回弹性聚氨酯泡沫(日本特开2001-288240号公报-专利文献2-)。
专利文献1中记载的技术中,相变材料渗透的对象是厚度小的片状体,在为席垫、枕头等厚度大的对象的情况下,根本不知能得到何种程度的渗透深度,就连渗透对象树脂在作为卧具类扩展用途的回弹性低的聚氨酯发泡体、高回弹性聚氨酯发泡体中,会达到何种渗透状态也不明确的。
另外,专利文献2中记载的技术中,由于将内包有潜热蓄热剂的微囊混合于低回弹性聚氨酯泡沫的原材料中而制造泡沫体,有时微囊会埋入泡沫的单元壁内,周围的热能的吸收变得不充分,或在制造泡沫体时囊的壳损伤,蓄热剂损失。
此外,不仅难以将微囊均匀地分散于产品整体中,而且更难以将其仅分散于期望位置,产品泡沫的制造操作变得极其繁杂。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平10-305507号公报
专利文献2:日本特开2001-288240号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的课题在于,解决上述现有技术的诸问题,特别地,提供一种回弹性低的聚氨酯发泡体,无论其厚度的大小,通过将如上所述的相变材料均匀地分散于期望位置,从而不会损害聚氨酯发泡体的上述优点,而在期望位置具有优异的蓄热蓄冷性能。
解决问题的方法
本发明人等为了解决上述问题而进行了反复研究,结果发现:
1.相变材料以涂料的形态使用时,不仅处理性、操作性良好,而且能够以期望量涂布于聚氨酯发泡基体的期望位置、以期望深度渗透;
2.对于使用上述涂料的聚氨酯发泡基体而言,为了以期望量涂布该涂料、并以期望深度使其渗透,具有给定的物性是非常重要的。
本发明基于上述见解而完成,其主旨在于,一种具有蓄热蓄冷功能的聚氨酯发泡体,其在聚氨酯发泡基体的内部具备含有相变材料的渗透层而成,所述聚氨酯发泡基体的内部是指从聚氨酯发泡基体的一侧外表面的至少一部分至另一侧外表面的部分。
优选上述渗透层中所含的相变材料的量为20~250g/m2,相变材料与树脂粘合剂的固体成分配合比率(Powder/Binder比,以下称为P/B比)为0.5~2.5。
上述聚氨酯发泡基体优选按照JIS K6400-2A测定的硬度为30~130N、按照JISK7222测定的密度为30~65kg/m3、按照JIS K6400-7B的Frazir型透气量测定的透气性为150毫升(以下称为ml)/cm2/sec.以下、按照JIS K6400-3测定的回弹性为1~20%。
另外,除这些物性以外,优选按照JIS K6400的附录测定的单元数为5~60个/25mm。
此外,ΔT为10℃时,本发明的具有蓄热蓄冷功能的聚氨酯发泡体用Kato TechCo.,Ltd.制的KES-F7Thermo Lab II测定的Qmax优选为0.09~0.4W/cm2。发明的效果
根据本发明的聚氨酯发泡体,由于具有优异的蓄热蓄冷功能,因此能够适合用于铺垫用·铺盖用·枕等卧具类。
特别地,即使是身体压力分散性良好且广泛用于垫用及枕用的卧具、或椅子、垫子等室内装饰的回弹性低的聚氨酯发泡体,由于本发明的聚氨酯发泡体所具有的优异的蓄热蓄冷功能,也能够使因透气性低导致的夏天的溽热感、冬天室温下降时翻身时的寒冷感等温度导致的不适感骤减。
附图说明
图1是示意性地示出了温度降低延迟性试验方法的图,该方法采用了冬天环境下的冷却。
图2是示出通过图1所示方法测定本发明的实施例5和比较例5对冬天环境下的冷却导致的温度降低的延迟性的结果的图表。
图3是示出通过温度记录器测定本发明的实施例5和比较例5的卧具表面的温度的结果的图。
图4是示出通过图1所示方法测定本发明的实施例5和比较例5对夏天环境下的加热导致的温度上升的延迟性的结果的图表。
图5是本发明的实施例5和比较例5的溽热感在测定时的经过时间和温度的结果的图表。
具体实施方式
本发明的聚氨酯发泡体所具备的含有相变材料的渗透层可以直接使用作为含有相变材料的涂料的市售品,根据需要也可以是混合有核材料(过冷却防止剂)的渗透层。
在本发明中,可以适当地使用以由碳原子数17~19的石蜡系烃单独、或混合多个而成的物质构成的粒径1~100μm的微囊、和由聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、有机硅树脂、SBR橡胶共聚物中的1种以上构成的粘合剂为主要成分,并使其悬浮于水溶性溶剂而成的制品。
水溶性溶剂由水、碳原子数1~5左右的低级醇类、碳原子数2~10左右的乙二醇类、丙三醇、乙炔类(单乙炔、二乙炔、三乙炔)中的1种以上构成。
在本发明中,优选使用使上述微囊和粘合剂悬浮于这些水溶性溶剂中、并根据需要在其中配合有表面活性剂、抗氧化剂、防腐剂、着色剂等的涂料。
上述涂料可以通过丝网涂布机、喷涂机、刀涂机、辊涂机等普通的涂布机涂布于聚氨酯发泡基体。
对基体的厚度没有特殊限定,只要是用这些涂布机可涂布的厚度即可,上限可以是10cm,也可以是20cm。厚度的下限优选为用上述涂布机进行涂布过程中,涂料不会从基体的背面脱落的5mm左右。
涂布量也没有特殊限定,用上述涂布机可涂布的量、具体而言20~250g/m2dry是合适的。为20g/m2dry以下时,不能得到充分的蓄热蓄冷功能,为150g/m2dry以上时,涂布膜过厚,作为基材会变硬。
然而,在从遍及厚度厚的基体的一面至另一面,整体具备渗透层的情况下,例如可以通过下述操作以期望的渗透深度具备渗透层:在基体为长方体、立方体的情况下,在一面和相对的另一面这两面涂布,或者在双辊涂布机间夹持基体时缩小辊间的间隙而成为从基体的两面施加压力的状态,使上述涂料流入其中,释放辊的挟持,由此使涂料渗透至基体内部等,从而以期望的渗透深度具备渗透层。
渗透层的渗透深度,没有特殊限定,例如为卧具类的情况下,从表面(涂布面)起0.4~5mm左右即足够。即使渗透至相当深处,不仅不能得到卧具类所需的蓄热蓄冷功能,而且由于构成渗透层的粘合剂、微囊等的影响,基材的硬度变大,变得不适合作为卧具类。
本发明中的聚氨酯发泡基体可以使用一般的聚氨酯发泡体,但优选例如在上述JIS标准中,硬度为30~130N、密度为30~65kg/m3、透气性为150ml/cm2/sec以下、回弹性为1~20%的聚氨酯发泡体。
需要说明的是,关于硬度,也可以是大于130N的硬的聚氨酯发泡体,但在例如卧具类中,为席垫、褥垫、枕头、或坐垫等的情况下,人躺下、坐下的状态下,陷入量少、与人的接触面积小,因此对接触部分造成负荷,身体压力分散性变差。本发明中,由于在人躺下、坐下的状态下,陷入量大,因此与人的接触面积变大,即使使用夏天的溽热感变强的低硬度聚氨酯发泡体,由于相变材料的蓄热蓄冷功能,也能减轻溽热感。
密度过大时,含有相变材料的渗透层变得难以到达基体的深部,相反密度过小时,相变材料不会保持于聚氨酯骨架上,蓄热蓄冷功能降低。另外,基体通过大量含有空气,作为卧具类使用时,不仅在夏天闷热,而且基体的机械强度降低,不用说作为卧具类,即使是其它用途也存在耐性上的问题。
关于透气性,也是同样,如果是回弹性低的聚氨酯发泡基体,也存在成为5~60ml/cm2/sec左右的情况,人躺下的状态下,在与人的接触部容易闷热,但在上述席垫、褥垫或枕的情况下,通过相变材料的蓄热蓄冷功能而缓和,变得不易闷热。
关于回弹性,作为卧具类,身体压力分散性优异,但不限于具有溽热感的普通低回弹性聚氨酯发泡体的15%以下,回弹性稍大于此的、达到20%的聚氨酯发泡体、即1~20%的聚氨酯发泡体,也能显现出相变材料的蓄热蓄冷功能,适合于本发明。
另外,对于上述聚氨酯发泡体而言,除了上述物性以外,按照JIS K6400的附录测定的单元数为5~60个/25mm的聚氨酯发泡体是合适的。
单元数过多时,含有相变材料的例如涂料未渗透,变得难以到达基体的深部,含有相变材料的膜仅形成于基体的表层部分,单元数过少时,期望量以上的涂料渗透,或者即使形成渗透层,空气层也会变大,含有相变材料的膜仅形成于基体的肋骨架周边,人体与相变材料的接触部分显著减少,因此,相变材料的蓄热蓄冷功能变得不充分。
另外,具有如上所述构成的本发明的具有蓄热蓄冷功能的聚氨酯发泡体的Qmax过大时,会感觉冷,因此,在冬天等寒冷的时期,会产生不适感,在实际使用上存在问题,过小时,不会感觉冷,而且夏天等炎热的时期,会产生不适感,因此,用Kato Tech Co.,Ltd.制的KES-F7Thermo Lab II在ΔT为10℃时测定的Qmax适合为0.09~0.4W/cm2、优选适合为0.09~0.2W/cm2。
实施例
〔实施例1~5〕
相对于相变材料(三木理研工业株式会社制商品名“PMCD-32”)100质量份,在具有表1的物性的2m×1m×2cm的5种聚氨酯发泡基体中混合29质量份的丙烯酸系涂布用粘合剂(三木理研工业株式会社制商品名“A-103N”),制成涂布液,使用辊涂机,在聚氨酯发泡基体的整个表面以85g/m2dry(相变材料的量:56g/m2dry)进行涂布,并进行干燥,以此作为试样。需要说明的是,表中,N.V为Non Volatile Organic Conpound的简称。
对上述5种试样如下所述地测定了冬天环境下的温度降低延迟性试验、夏天环境下的温度上升延迟性试验、溽热感、接触冷感Qmax(ΔT=10℃)。
冬天环境下的温度降低延迟性试验
如图1所示,将使上述基体或试样与厚度80mm的普通聚氨酯泡沫(将2张阿基里斯株式会社制商品名“[阿基里斯Achilles]六折叠收纳床垫单人尺寸厚度4cm”重叠使用)粘接而成的材料切割成250mm见方,在基体或试样面上铺盖床笠(側地)(单位重量150g/m2的聚酯网眼质地),在其上安装温度传感器(Sensirion公司制数字温·湿度传感器SHT71),并将其作为试验体。
将该试验体在假定了冬天就寝的测定环境下(室温17±2℃、湿度50±5%)放置30分钟以上后,在该环境下,在设定为36℃的热板(朝日理科制作所株式会社制热板APS-500)上铺垫假定为贴身衣服和睡衣的布(将贴身衣服设为棉质地、将睡衣设为汗衫质地),在其上载置试验体,进一步载置砝码(约1kg),放置了30分钟。
然后,将试验体放置于上述测定环境下远离热板的位置,测定随着时间经过温度的降低,根据是否进行了涂布分别评价了温度降低延迟性。
重复该试验3次,将进行了涂布的试样与未进行涂布的基体相比发生了温度降低延迟的情况设为有冷却延迟性,评价为○,将温度降低同时发生或更早发生的情况设为无冷却延迟性,评价为×,将结果示于表1。
另外,将实施例5、比较例5的结果示于图2的图表中。
与上述不同,将实施例5、比较例5中记载的基体或试样与厚度80mm的普通聚氨酯泡沫粘接,并在其基体或试样的面上铺盖床笠(側地)(单位重量150g/m2聚酯网眼质地),作为试验体。
将各个试验体作为铺卧具,在冬天的就寝环境下(室温17±2℃、湿度50±5%),将毯子(NITORI公司制商品名“Moufu Soft Touch”)和被子(NITORI公司制商品名“消除疲劳的被子(掛布団こだわりキルト)”)作为铺盖卧具,准备了11组,5名受试者分别进入上述卧具,以仰卧姿势躺在试验体上30分钟后,从被褥中出来,通过温度记录器(日本Avionics公司制Thermogear G100)测定了3分钟后试验体上表面的温度,将其结果示于图3。
如图3所示,可知在实施例5的情况下,3分钟后的温度降低少。
夏天环境下的温度上升延迟性试验:
使用在冬天环境下的温度降低延迟性试验中使用的基体、试样和装置,在假定为夏天就寝的测定环境下(室温28±2℃、湿度50±5%)放置30分钟以上后,同样地载置于设置为36℃的热板上,并载置砝码,根据是否进行了涂布分别确认此时温度上升的延迟性。
然后,将试验体放置于远离热板的位置,测定随着时间经过温度的上升,根据是否进行了涂布分别评价了温度上升延迟性。
重复该试验3次,将进行了涂布的试样与未进行涂布的基体相比发生了温度上升延迟的情况设为有加热延迟性,评价为○,将温度上升同时或更快发生的情况设为无加热延迟性,评价为×,将结果示于表1。
另外,将实施例5、比较例5的结果示于图4的图表中。
溽热感:
在上述基体或试样上,在假定为夏天就寝环境的测定环境下(室温28±2℃、湿度50±5%),使5名受试者盖上毛巾被,以仰卧姿势躺下30分钟,比较评价此时后背溽热的状态(后背与试验体接触部的一部分或整体出汗,将该出汗持续30分钟的状态评价为溽热,将30分钟后不出汗的状态评价为无溽热)。
该比较评价将受试者设为5名而进行。
将受试者中3名以上无溽热的情况设为无“溽热感”,评价为○,将受试者中3名以上有溽热的情况设为有“溽热感”,评价为×。
此外,为了观测受试者的后背(肩胛骨中央附近)温度的变化,将ESPECMIC公司制Thermo Recorder RS-11附带的温·湿度传感器RSH-1010安装于试验体,以记录间隔为每隔1秒钟进行了30分钟的温度测定,将其结果示于图5的图表中。
如图5所示,可知涂布了相变材料的实施例5与未涂布相变材料的比较例5相比,存在温度上升的延迟性,有助于抑制出汗。
对于接触冷感,将如下所示地求出的平均值以Qmax(ΔT=10℃)的形式示于表1。
需要说明的是,对于未涂布上述含相变材料的涂料的、上述5种基体,作为比较例1~5,与上述同样地测定了Qmax,以Qmax(ΔT=10℃)的形式示于表1中。
由上述5种试样和上述5种基体分别准备5个切割成20cm×20cm×2cm尺寸的样品,制成共计50个测定样品。
为了调整温度,将这些10种50个测定样品在接触冷感Qmax(ΔT=10℃)的测定环境下(室温20℃)放置1昼夜。
测定通过Kato Tech Co.,Ltd.制HFT-07Thermo Lab实施,使这些10种50个测定样品一张一张地分别与测定机的传感器内的热板(预先加热至30℃)接触,计量由测定样品夺取的热量。
表1的Qmax(ΔT=10℃)示出5个的平均值。
表1中,对于与上述5种基体不同物性的聚氨酯发泡体(以下,称为参考体),将进行了与上述同样评价的结果作为参考例示出。
另外,对于表1中的涂布性,用辊涂机将上述涂布液涂布于上述基体上,将干燥后无问题的情况设为良好○,将干燥后剥离的情况设为不良×。
〔实施例6~11〕
使用与实施例5中使用的基体相同的基体,将表2中所示的涂布液与实施例1~5同样地涂布,进行了与实施例1~5同样的评价。
将结果一起示于表2。
如根据表1、表2、图2~图5可明确,涂布了含相变材料的涂料的本发明的聚氨酯发泡体虽然是回弹性小的聚氨酯发泡体,但对冬天因聚氨酯发泡体表面冷却而导致的温度降低具有延迟效果,而且对夏天中因聚氨酯发泡体表面加热而导致的温度上升具有延迟效果,可减轻伴随着温度上升的溽热感。另外,可知接触冷感Qmax大于未涂布相变材料的发泡聚氨酯,传感器内的热板的热瞬间转移至聚氨酯发泡体。
转移至本发明的聚氨酯发泡体的热在形成于聚氨酯发泡体内的含有微囊的相变材料渗透层以潜热的形式储存。
在接下来接触的接触体比本发明的聚氨酯发泡体冷的情况下,该潜热瞬间转移至该冷接触体侧,使冷接触体温暖。
如此地,可知对于本发明的聚氨酯发泡体而言,不仅其与接触体的热转移瞬间顺利地进行,而且相对于外部空气的温度变化,良好地进行将热以潜热的方式保持于内部,成为具有优异的蓄热蓄冷功能的聚氨酯发泡体。
Claims (5)
1.一种具有蓄热蓄冷功能的聚氨酯发泡体,其在聚氨酯发泡基体的内部具备含有相变材料的渗透层而成,所述聚氨酯发泡基体的内部是指从聚氨酯发泡基体的一侧外表面的至少一部分至另一侧外表面的部分。
2.根据权利要求1所述的具有蓄热蓄冷功能的聚氨酯发泡体,其中,渗透层含有相变材料20~250g/m2,且含有树脂粘合剂,使得树脂粘合剂与相变材料以固体成分配合比率(P/B比)计为0.5~2.5。
3.根据权利要求1或2所述的具有蓄热蓄冷功能的聚氨酯发泡体,其中,聚氨酯发泡基体按照JIS K7222测定的密度为30~65kg/m3、按照JIS K6400-7B的Frazir型透气量测定的透气性为150ml/cm2/sec.以下、按照JIS K6400-3测定的回弹性为1~20%。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的具有蓄热蓄冷功能的聚氨酯发泡体,其中,聚氨酯发泡基体按照JIS K6400的附录测定的单元数为5~60个/25mm。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的具有蓄热蓄冷功能的聚氨酯发泡体,其中,ΔT为10℃时,用Kato Tech Co.,Ltd.制的KES-F7Thermo Lab II测定的Qmax为0.09~0.4W/cm2。
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- 2018-06-20 CN CN201810637912.8A patent/CN109096529A/zh active Pending
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