ES2357207A1

ES2357207A1 - Elemento de espuma con celulosa incorporada en el mismo.

Info

Publication number: ES2357207A1
Application number: ES201030072A
Authority: ES
Inventors: Josef Innerlohinger; Friedrich Suchomel; Franz Schaufler; Manfred Marchgraber
Original assignee: Eurofoam GmbH
Current assignee: Neveon Austria GmbH
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2030-01-20
Also published as: EP2389408A1; AT507849A3; CN101787200A; BRPI1001598A2; WO2010083548A1; GB2468556A8; PL390249A1; HK1148297A1; US20110319261A1; GB2468556B8; HU1000036D0; SE1050066A1; PL219320B1; AT507849A2; RU2435800C2; DE102010000116B4; CN101787200B; CH700280B1; ITGE20100005A1; GB2468556A

Abstract

La invención se refiere a un elemento de espuma con una sustancia hidrófila incorporada en la espuma en forma de celulosa del tipo de estructura sobre la base de la modificación cristalina de celulosa-II y el elemento de espuma que incorpora la celulosa tiene una capacidad reversible de absorber humedad. Una proporción de la celulosa está entre el 0,1% en peso y el 10% en peso. El valor de la humedad de espuma correspondiente a una humedad de equilibrio en una primera atmósfera ambiente se aumenta durante el uso en una segunda atmósfera ambiente. La humedad absorbida por la celulosa II después del uso se evapora de nuevo en un periodo de entre 1 hora y 16 horas hasta que se restaura el valor inicial de la humedad de espuma correspondiente a la humedad de equilibrio con respecto a la primera atmósfera ambiente.

Description

Elemento de espuma con celulosa incorporada en el mismo.

Objeto de la invención

La invención se refiere a un elemento de espuma con un agente hidrófilo en forma de celulosa incorporado en la espuma, y el elemento de espuma desplazado con las partículas tiene una capacidad reversible de absorber humedad, como se describe en las reivindicaciones 1 a 3.

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Antecedentes de la invención

Actualmente, las espumas se usan o se emplean en muchas áreas de la vida cotidiana. En muchas de estas aplicaciones, las espumas están en contacto con el cuerpo, habitualmente separadas por solamente una o más capas intermedias textiles. La mayoría de estas espumas están hechas de polímeros sintéticos tales como poliuretano (PU), poliestireno (PS), goma sintética, etc., que, en principio, no tienen una adecuada capacidad de absorción de agua. Particularmente, durante largos periodos de contacto con el cuerpo o cuando se realiza un ejercicio extenuante, se desarrolla un clima físico desagradable debido a la gran cantidad de humedad que no se absorbe. Para la mayoría de aplicaciones, por lo tanto, es necesario otorgar propiedades hidrófilas a dichas espumas.

Esto pude conseguirse de varias maneras. Una opción, como se describe en la memoria descriptiva de patente DE 199 30 526 A por ejemplo, es hacer hidrófila a la estructura de espuma de una espuma flexible de poliuretano. Esto se realiza haciendo reaccionar al menos un poliisocianato con al menos un compuesto que contiene al menos dos enlaces que reaccionan con isocianato en presencia de ácidos sulfónicos que contienen uno o más grupos hidroxilo, y/o sus sales y/o éteres de polialquilenglicol catalizados por monooles. Dichas espumas se usan para esponjas domésticas o artículos de higiene.

Otra opción se describe en la memoria descriptiva de patente DE 101 16 757 A1, que se basa en una espuma de polimetano alifático hidrófilo de poro abierto con una capa separada adicional hecha de fibras de celulosa con un hidrogel embebido en ella, que sirve como medio de almacenamiento.

La memoria descriptiva de patente EP 0 793 681 B1 y la traducción Alemana de DE 695 10 953 T2 describen un método de producción de espumas flexibles, para el que se usan polímeros superabsorbentes (SAP), también conocidos como hidrogeles. Los SAP que se usan pueden mezclarse previamente con el prepolímero, lo que hace al método muy sencillo para el fabricante de espuma. Dichos SAP pueden seleccionarse entre SAP injertados con almidón o celulosa usando, por ejemplo, acrilonitrilo, ácido acrílico o acrilamida como monómero insaturado. Dichos SAP son comercializados por Höchst/Cassella con el nombre de SANWET IM7000.

La memoria descriptiva de patente WO 96/31555 A2 describe una espuma con una estructura celular y la espuma también contiene polímeros superabsorbentes (SAP). En este caso, el SAP puede estar hecho de un polímero sintético o, como alternativa, de celulosa. Se pretende que la espuma usada en este caso absorba la humedad y los fluidos y los retenga en la estructura de espuma.

La memoria descriptiva de patente WO 2007/135069 A1 describe suelas de zapato con propiedades de absorción de agua. En este caso, se añaden polímeros absorbentes de agua antes del espumado del plástico. Dichos polímeros absorbentes de agua se preparan habitualmente polimerizando una solución acuosa de monómero y a continuación opcionalmente aplastando el hidrogel. A continuación, el polímero absorbente de agua y el hidrogel seco fabricado a partir de él, preferiblemente se tritura y se tamiza una vez que se ha producido, y los tamaños de partícula del hidrogel seco y tamizado son preferiblemente menores de 1000 \mums y preferiblemente mayores de 10 \mum. Además del hidrogel, también puede añadirse y mezclase una carga antes del proceso de espumado, en cuyo caso las cargas orgánicas que pueden usarse incluyen negro de humo, melamina, colofonia y fibras de celulosa, poliamida, poliacrilonitriio, poliuretano o fibras de poliéster según el principio de esteres aromáticos y/o alifáticos de ácido dicarboxílico y fibras de carbono, por ejemplo. Todas las sustancias se añadieron a la mezcla de reacción por separado unas de otras para producir el elemento de espuma.

En términos de sus propiedades, las espumas conocidas de la técnica anterior se diseñan de modo que sean capaces de almacenar y retener la humedad que absorten durante un largo periodo de tiempo. La humedad absorbida y el agua absorbida no se restauran completamente al estado inicial debido a la evaporación de la humedad a la atmósfera ambiente hasta después de un periodo de 24 horas, como se explica en el documento WO 2007/135069
A1.

Esta velocidad de evaporación es demasiado lenta para aplicaciones normales, tales como en colchones, plantillas de zapatos o asientos de vehículo, por ejemplo, que se usan durante varias horas al día y, por lo tanto, disponen de mucho menos de 24 horas para evaporar la humedad absorbida. En este contexto, puede hablarse de una humedad de equilibrio y el valor de humedad es aquel en el que la espuma está en equilibrio con la humedad contenida en la atmósfera ambiente.

Por consiguiente, el objetivo subyacente de esta invención es proponer un elemento de espuma que contenga un material proyectado para mejorar su gestión de la humedad en términos de velocidad de evaporación pero también es fácil de procesar cuando se fabrica la espuma.

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Breve descripción de la invención

Este objetivo es conseguido por la invención sobre la base de los rasgos caracterizadores definidos en la reivindicación 1. La ventaja de los rasgos caracterizadores definidos en la reivindicación 1 se basa en el hecho de que la adición de celulosa a la estructura de espuma otorga una capacidad de absorber humedad y fluido suficiente alta, pero la humedad o fluido absorbido se evapora en la atmósfera ambiente lo más rápido posible de nuevo a partir del estado inducido después del uso, restaurando de este modo la humedad de equilibrio. El uso de celulosa II evita tener que usar un material con una estructura fibrosa, haciéndolo más fácil de descargar y evitando los enganchones mutuos de las fibras. El tiempo de evaporación depende del propósito de aplicación pretendido del elemento de espuma y la humedad de equilibrio debe restaurarse a éste último en 16 horas después del uso en el caso de un colchón, por ejemplo. En el caso de suelas de zapatos o plantillas de zapatos, este tiempo puede ser aún más corto. Por esta razón, cierta proporción de celulosa se añade como sustancia hidrófila, que se añade y se mezcla al mismo tiempo que uno de los componentes que forman la espuma durante el proceso de fabricación de la espuma. La celulosa no solamente otorga una capacidad de almacenamiento suficiente, sino que también da como resultado una evaporación rápida de la humedad absorbida de vuelta a la atmósfera ambiente. Debido a la proporción de celulosa añadida, la capacidad de absorción y la velocidad de evaporación del elemento de espuma pueden adaptarse fácilmente para que sean apropiadas para una variedad de aplicaciones diferentes.

Independientemente de lo anterior, el objetivo de la invención también puede conseguirse sobre la base de los rasgos caracterizadores definidos en la reivindicación 2. La ventaja de los rasgos caracterizadores definidos en la reivindicación 2 se basa en el hecho de que la adición de celulosa a la estructura de espuma otorga una capacidad de absorber humedad y fluido suficiente alta, pero la humedad o fluido absorbido se evapora en la atmósfera ambiente lo más rápido posible de nuevo a partir del estado inducido después del uso, restaurando de este modo la humedad de equilibrio. Debido a la especial combinación de la adición de celulosa II y los valores de densidad obtenidos como resultado, se obtienen una absorción de vapor de agua y absorción de humedad muy altas. Debido al alto valor del almacenamiento temporal de humedad o agua que puede absorberse en el elemento de espuma durante el uso, se puede garantizar al usuario que experimentará una sensación placentera y seca durante el uso. Como resultado, el cuerpo no entra en contacto directo con la humedad.

Independientemente de lo anterior, el objetivo de la invención también puede conseguirse sobre la base de los rasgos caracterizadores definidos en la reivindicación 3. La ventaja obtenida como resultado de los rasgos caracterizadores definidos en la reivindicación 3 se basa en el hecho de que la adición de celulosa a la estructura de espuma otorga una capacidad de absorber humedad y fluido suficiente alta, pero la humedad o fluido absorbido se evapora en la atmósfera ambiente lo más rápido posible de nuevo a partir del estado inducido después del uso, restaurando de este modo la humedad de equilibrio. Debido a la especial combinación de la adición de celulosa II y los valores de densidad obtenidos como resultado, se obtienen una absorción de vapor de agua y absorción de humedad muy altas. Como resultado, aunque sigue siendo cómodo de usar, la humedad absorbida por el elemento de espuma se evapora rápidamente. Si éste es el caso, incluso después de haber absorbido una gran cantidad de humedad, éste puede usarse de nuevo incluso después de un periodo de tiempo relativamente corto y un elemento de espuma seco está rápidamente listo para su uso de nuevo.

También es ventajosa otra realización definida en la reivindicación 4, según la cual, dependiendo de la estructura de espuma resultante de la espuma plástica, la longitud de la fibra puede ajustarse para asegurar el óptimo transporte de la humedad, para obtener tanto absorción rápida como evaporación rápida después del uso.

Una realización definida en la reivindicación 5 también es ventajosa puesto que permite una distribución aún mejor de las partículas de celulosa en la estructura de espuma a conseguir, como resultado de lo cual el elemento de espuma puede adaptarse fácilmente para adecuarse a diferentes aplicaciones.

La realización definida en la reivindicación 6 permite mejorar ta capacidad de descarga de tas partículas. La superficie específica aumenta debido a la estructura de la superficie, que es irregular y no completamente lisa, lo que contribuye a un extraordinario comportamiento de absorción de las partículas de celulosa.

Otra realización definida en la reivindicación 7 ofrece la posibilidad de usar dichas partículas sin taponar los finos orificios en la placa del inyector, incluso cuando se usa el llamado espumado con CO_{2}.

También es ventajosa otra realización definida en la reivindicación 8 puesto que se evita una forma esférica como resultado y se obtiene una superficie irregular sin deshilachamiento fibroso ni fibrillas. Se evita un diseño en forma de barra y esto conduce a una distribución eficaz en la estructura de espuma.

Como resultado de la realización definida en la reivindicación 9, la celulosa puede añadirse y desplazarse durante el proceso de fabricación al mismo tiempo que al menos otro aditivo, lo que significa que debe dejarse un margen para solamente un único aditivo cuando éste se mezcla en un componente de reacción.

También es ventajosa una realización definida en la reivindicación 10, puesto que puede obtenerse un elemento de espuma que puede usarse en una gama de diferentes aplicaciones.

Según otra realización descrita en la reivindicación 11, se consigue un transporte aún mejor de la humedad en el interior del elemento de espuma.

El uso del elemento de espuma para una gama de diferentes aplicaciones también es ventajoso, puesto que mejora la comodidad de empleo durante el uso y el posterior tiempo de secado es también significativamente más rápido. Esto es particularmente ventajoso en el caso de diferentes tipos de asientos y colchones, así como todos aquellos tipos de aplicaciones en las que el cuerpo exuda humedad.

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Breve descripción de los dibujos

Para proporcionar una comprensión más clara, la invención se explicará con más detalle a continuación en referencia a los dibujos adjuntos.

Éstos son diagramas simplificados que ilustran lo siguiente:

La figura 1 es un primer gráfico que ilustra la absorción de humedad entre dos climas predefinidos en base a diferentes muestras y diferentes puntos de muestreo;

La figura 2 es un segundo gráfico que ilustra la diferente capacidad de absorción de humedad de espuma convencional y espuma desplazada con partículas de celulosa;

La figura 3 es un tercer gráfico que ilustra las diferentes velocidades de evaporación de la humedad de espuma convencional y espuma desplazada con partículas de celulosa;

La figura 4 es un diagrama de barras que ilustra la absorción de vapor de agua por espuma plástica convencional y espuma plástica desplazada con partículas de celulosa.

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Realización preferente de la invención

En primer lugar, debe señalarse que las mismas partes descritas en las diferentes realizaciones se indican mediante los mismos números de referencia y los mismos nombres de componente y las descripciones realizadas en toda la descripción pueden transponerse en términos de significado a las mismas partes que tienen los mismos números de referencia o mismos nombres de componente. Además, las posiciones seleccionadas para los fines de la descripción, tales como superior, inferior, lateral, etc., se refieren al dibujo que se está describiendo específicamente y pueden transponerse en términos de significado a una nueva posición cuando se está describiendo otra posición. Los elementos individuales o combinaciones de elementos de las diferentes realizaciones ilustradas y descritas pueden interpretarse como soluciones inventivas independientes o soluciones propuestas por la invención por derecho
propio.

Debe interpretarse que todas las cifras que se refieren a intervalos de valores en la descripción incluyen todos y cada uno de los subintervalos, en cuyo caso, por ejemplo, debe entenderse que el intervalo de 1 a 10 incluye todos los subintervalos que empiezan a partir del límite inferior de 1 hasta el límite superior de 10, es decir, todos los subintervalos que empiezan a partir de un límite inferior de 1 o más y que terminan con un límite superior de 10 o menos, por ejemplo de 1 a 1,7, o de 3,2 a 8,1 o de 5,5 a 10.

En primer lugar se proporcionará una explicación más detallada de la sustancia hidrófila, que se proporciona en forma de celulosa, incorporada en la espuma plástica, en particular en el elemento de espuma fabricado a partir de ésta. Por consiguiente el elemento de espuma está hecho de la espuma plástica así como de la sustancia hidrófila incorporada en ésta. La espuma plástica puede, a su vez, fabricarse a partir de una mezcla apropiada de componentes que pueden espumarse unos con otros, preferiblemente en forma líquida, de una manera que se conoce desde hace mucho tiempo.

Como ya se ha explicado anteriormente, se añaden fibras de celulosa además del polímero absorbente de agua como carga extra en la memoria descriptiva de patente WO 2007/135 069 A1. Se pretende que éstas mejoren las propiedades mecánicas de la espuma, según sea necesario. A este respecto, sin embargo, se ha descubierto que la adición de aditivos fibrosos hace más difícil procesar la mezcla inicial a espumar, puesto que su comportamiento de flujo cambia. Por ejemplo, partículas de celulosa fibrosas mezcladas con el componente de poliol en particular antes de espumar, le harían más viscoso, lo que le podría hacer más difícil o incluso totalmente imposible de mezclar con el otro componente, concretamente isocianato, en el cabezal dosificador de la unidad de espumado. Esto también podría hacer más difícil esparcir el compuesto de reacción mediante flujo en la cinta transportadora de la unidad de espumado. Las partículas de celulosa fibrosas también podrían tener más de una tendencia a adherirse en las tuberías transportadoras para la mezcla de reacción, formando depósitos.

Como resultado, solamente es posible añadir aditivos fibrosos dentro de ciertos límites. Cuanto menor sea la cantidad de aditivos fibrosos en proporción, en particular fibras de celulosa contadas cortas, menor es la capacidad de absorción de agua cuando ésta se añade a la espuma. Incluso puede esperarse que la adición de pequeñas cantidades de polvo de celulosa fibroso aumente la viscosidad, especialmente del componente de poliol. Aunque en principio es posible procesar dichas mezclas, hay que dejar un margen para la viscosidad alterada durante el procesamien-
to.

La celulosa y los hilos, fibras o polvos preparados a partir de ésta se obtienen habitualmente procesando y triturando celulosa o como alternativa madera y/o plantas anuales, de una manera conocida de modo general.

Dependiendo de la naturaleza del proceso de producción, se obtienen polvos de diferentes calidades (pureza, tamaño, etc.). Lo que todos estos polvos tienen en común es una estructura fibrosa, puesto que la celulosa natural de cualquier tamaño tiene una marcada tendencia a formar dichas estructuras fibrosas. Incluso la MCC (celulosa microcristalina), que puede describirse como esférica, sigue estando hecha de piezas de fibra cristalina.

Dependiendo de la microestructura, se realiza una distinción entre diferentes tipos de estructura de celulosa, en particular celulosa-I y celulosa-II. Estas diferencias entre estos dos tipos de estructura se describen detalladamente en la bibliografía de referencia pertinente y también pueden observarse usando tecnología de rayos X.

Una parte fundamental de los polvos de celulosa consta de celulosa-I. La producción y el uso de polvos de celulosa-I está protegida por gran número de patentes. También están protegidos muchos detalles técnicos del proceso de trituración, por ejemplo. Los polvos de celulosa-I son de naturaleza fibrosa, lo que no conduce a varias aplicaciones y puede ser incluso un impedimento. Por ejemplo, los polvos fibrosos a menudo conducen a enganchones de las fibras. También están asociados con una capacidad limitada de fluir libremente.

Los polvos de celulosa con una base de celulosa-II actualmente son muy difíciles de encontrar en el mercado. Dichos polvos de celulosa con esta estructura pueden obtenerse a partir de una solución (habitualmente viscosa) o triturando productos de celulosa-II. Dicho producto podría ser, por ejemplo, celofán. Dichos polvos finos con un tamaño de grano de 10 \mum y menos también pueden obtenerse solamente en cantidades muy pequeñas.

Las partículas de celulosa esféricas, no fibrilares, con un tamaño de partícula en el intervalo entre 1 \mum y 400 \mum pueden producirse a partir de una solución de celulosa no derivatizada en una mezcla o sustancia orgánica y
agua.

Esta solución se enfría en flujo libre a por debajo de su temperatura de solidificación y a continuación se tritura la solución de celulosa solidificada. A continuación, el disolvente se retira mediante lavado y las partículas trituradas se secan. La posterior trituración se realiza habitualmente en un molino.

Es particularmente ventajoso que al menos algunos de los siguientes aditivos individuales se incorporen en la solución de celulosa preparada previamente antes de enfriarla y posteriormente solidificarla. Este aditivo puede seleccionarse entre el grupo que comprende pigmentos, sustancias inorgánicas tales como por ejemplo óxido de titanio, en particular dióxido de titanio por debajo del nivel estequiométrico, sulfato de bario, intercambiadores de iones, polietileno, polipropileno, poliéster, negro de humo, zeolita, carbón activado, superabsorbentes poliméricos o retardantes de la llama. Éstos se incorporan a continuación simultáneamente en las partículas de celulosa producidas posteriormente. Éstos pueden añadirse en diversos puntos mientras se produce la solución pero en cualquier caso antes de la solidificación. A este respecto, puede incorporarse del 1% en peso al 200% en peso de aditivos, con respecto a la cantidad de celulosa. Se ha descubierto que estos aditivos no se eliminan durante el lavado sino que permanecen en las partículas de celulosa y también conservan en gran medida su función. Si se incorpora carbón activado, por ejemplo, se descubrirá que su superficie activa, que puede medirse usando el método BET por ejemplo, también se conserva intacta en la partícula acabada. No solamente los aditivos en la superficie de las partículas de celulosa sino también aquellos en el interior se conservan completamente del mismo modo. Esto puede considerarse como particularmente beneficioso puesto que solamente deben incorporarse pequeñas cantidades de aditivos en la solución de celulosa preparada previamente.

La ventaja de esto es que son solamente las partículas de celulosa que ya contienen los aditivos funcionales las que deben añadirse a la mezcla de reacción para producir el elemento de espuma. Mientras que en el pasado se añadían todos los aditivos por separado y de forma individual a la mezcla de reacción, actualmente sólo es necesario tener en cuenta un tipo de aditivo cuando se determina el proceso de espumado. Esto evita cualquier fluctuación incontrolable con respecto a la idoneidad de muchos de estos diferentes aditivos.

Como resultado de este enfoque, solamente se obtiene un polvo de celulosa que está hecho de partículas con una estructura de celulosa - II. El polvo de celulosa tiene un tamaño de partícula en un intervalo con un límite inferior de 1 \mum y un límite superior de 400 \mum para un tamaño de partícula medio x50 con un límite inferior de 4 \mum y un límite superior de 250 \mum para una distribución de tamaño de partícula monomodal. El polvo de celulosa o las partículas tienen una forma de partícula aproximadamente esférica con una superficie irregular y una cristalinidad en un intervalo con un límite inferior del 15% y un límite superior del 45% según el método Raman. Las partículas también tienen una superficie específica (Absorción de N2, BET) con un límite inferior de 0,2 m^{2}/g y un límite superior de 8 m^{2}/g para una densidad por unidad de volumen con un límite inferior de 250 g/l y un límite superior de
750 g/l.

La estructura de celulosa-íl se produce disolviendo y precipitando de nuevo la celulosa, y las partículas son diferentes en particular a partir de las partículas hechas de celulosa sin una etapa de disolución.

El tamaño de partícula en el intervalo mencionado anteriormente con un límite inferior de 1 \mum y un límite superior de 400 \mum con una distribución de partículas caracterizada por un valor x50 con un límite inferior de 4 \mum, en particular 50 \mum, y un límite superior de 250 \mum, en particular 100 \mum, resulta afectado naturalmente por el modo operatorio usado para triturar durante el proceso de molienda. Sin embargo, esta distribución de partículas puede obtenerse de forma particularmente fácil adoptando el método de producción específico basado en solidificar una solución de celulosa de flujo libre y debido a las propiedades mecánicas otorgadas al compuesto de celulosa solidificado. La aplicación de fuerzas de cizallamiento a una solución de celulosa solidificada en las mismas condiciones de trituración daría como resultado propiedades diferentes pero fibrilosas.

La forma de las partículas usadas es aproximadamente esférica. Estas partículas tienen una relación axial (I:d) dentro de un límite inferior de 0,5, en particular 1, y un límite superior de 5 m en particular 2,5. Éstas tienen una superficie irregular pero no muestran ningún deshilachamiento similar a fibras o fibrillas al microscopio. Éstas no son esferas con una superficie completamente lisa. Dicha forma tampoco sería particularmente adecuada para las aplicaciones pretendidas.

La densidad aparente (sin compactar) de los polvos de celulosa descritos en este documento, que está entre un límite inferior de 250 g/l y un límite superior de 750 g/l, es significativamente más alta que la de partículas fibrilares comparables conocidas de la técnica anterior. La densidad aparente tiene ventajas significativas en términos de procesamiento, puesto que también mejora la compacidad del polvo de celulosa descrito y, entre otras cosas, también da como resultado una mejor capacidad de flujo, miscibilidad en una gama de diferentes medios y menos problemas durante el almacenamiento.

En resumen, puede decirse que las partículas de polvo de celulosa resultantes son capaces de fluir más libremente debido a su estructura esférica e inducir casi cualquier cambio de viscosidad debido a su estructura. La caracterización de las partículas por medio del equipo de ajuste del tamaño de partícula usado ampliamente en la industria también es más fácil y más significativa debido a la forma esférica. La estructura de superficie no completamente lisa e irregular da como resultado una mayor superficie específica, lo que contribuye al extraordinario comportamiento de absorción del polvo.

Independientemente de lo anterior, sin embargo, también sería posible mezclar un polvo de celulosa puro o partículas de éste con otras partículas de celulosa, que también contienen aditivos incorporados dentro de un límite inferior del 1% en peso y un límite superior del 200% en peso con respecto a la cantidad de celulosa. Algunos de estos aditivos individuales también pueden seleccionarse entre el grupo que comprende pigmentos, sustancias inorgánicas tales como por ejemplo óxido de titanio, en particular dióxido de titanio por debajo del nivel estequiométrico, sulfato de bario, intercambiadores de iones, polietileno, polipropileno, poliéster, carbón activado, superabsorbentes poliméricos y retardantes de la llama.

Dependiendo del método de espumado usado para producir las espumas, las partículas de celulosa esféricas han demostrado ser particularmente prácticas en comparación con las partículas de celulosa fibrosas conocidas, especialmente en el caso de espumado con CO_{2}. El espumado con CO_{2} puede realizarse usando el método de Novaflex-Cardio o procesos similares, por ejemplo, en los que se usan placas de inyector con orificios particularmente finos. Las partículas gruesas y fibrosas bloquearían inmediatamente los orificios del inyector y conducirían a otros problemas. Por esta razón, el alto grado de finura de las partículas de celulosa esféricas es particularmente ventajoso para este proceso de espumado específico.

El elemento de espuma y el enfoque para producir el elemento de espuma propuesto por la invención se explicarán a continuación con más detalle en referencia a varios ejemplos. Éstos deben interpretarse como posibles realizaciones de la invención pero la invención no se limita en absoluto al alcance de estos ejemplos.

Las cifras que se refieren a humedad como un % en peso se refieren a la masa o peso del elemento de espuma como un todo (espuma plástica, partículas de celulosa y agua o humedad).

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Ejemplo 1

El elemento de espuma a producir puede fabricarse a partir de una espuma plástica tal como, por ejemplo, una espuma flexible de poliuretano, y puede usarse toda una gama de diferentes opciones y métodos de fabricación. Dichas espumas tienen habitualmente una estructura de espuma de celda abierta. Ésta puede obtenerse usando una máquina de espumado "QFM" fabricada por la compañía Hennecke, y la espuma se produce en un proceso continuo mediante un proceso de dosificación a alta presión. Todos los componentes necesarios se dosifican de forma exacta bajo el control de un ordenador mediante bombas controladas y se mezclan usando el principio de agitación. En este caso particular, uno de estos componentes es poliol, que se desplaza con las partículas de celulosa descritas anteriormente. Puesto que las partículas de celulosa se mezclan con un componente de reacción, poliol, deben realizarse diversos ajustes a la fórmula, tales como el agua, catalizadores, estabilizantes y TDI para neutralizar en gran medida el efecto del polvo de celulosa incorporado con fines de producción y los posteriores valores físicos obte-
nidos.

Se produjo una posible espuma basada en la invención con el 7,5% en peso de partículas de celulosa esféricas. Para ello, en primer lugar se produjo un polvo de celulosa esférico, que a continuación se añadió a un componente de reacción de la espuma a producir. En términos de cantidad, la proporción de celulosa, con respecto al peso total de la espuma, en particular la espuma plástica, puede estar dentro de un límite inferior del 0,1% en peso, en particular el 5% en peso, y un límite superior del 10% en peso, en particular el 8,5% en peso.

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Ejemplo 2 (Ejemplo comparativo)

Para permitir una comparación con el ejemplo 1, se preparó un elemento de espuma a partir de una espuma plástica, que se produjo sin añadir polvo de celulosa o partículas de celulosa. Ésta podría ser espuma convencional, una espuma HR o una espuma viscosa, preparadas cada una mediante una fórmula conocida y a continuación espumadas.

El primer objetivo era evaluar si las partículas de celulosa se distribuían uniformemente por todas las capas del elemento de espuma resultante en términos de altura. Esto se realizó determinando una llamada humedad de equilibrio en base a la captación de agua de las espumas en un clima estándar a 20ºC y el 55% de h.r. y en otro clima estandarizado a 23ºC y el 93% de h.r. Para ello, se tomaron piezas de muestra del mismo tamaño de los bloques de espuma fabricados como se especifica en el ejemplo 1 y el ejemplo 2 a tres alturas diferentes y se midió la captación de agua en los dos climas estandarizados descritos anteriormente. A este respecto, 1,0 m representa la capa superior del bloque de espuma, 0,5 m la capa media y 0,0 m la capa inferior de la espuma a partir de la cual se tomaron las piezas de muestra a partir de la espuma plástica desplazada con partículas de celulosa. La altura total del bloque era de aproximadamente 1 m. La espuma plástica sin celulosa del ejemplo 2 se usó para hacer una compara-
ción.

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TABLA 1

1

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Como puede observarse a partir de estas cifras, la espuma desplazada con partículas de celulosa absorbe significativamente más humedad que la espuma libre de celulosa, tanto en el clima estándar como en el otro clima estandarizado con la humedad de equilibrio físico. También existe una coincidencia relativamente buena para los resultados de medición en términos de los diferentes puntos a partir de los que se tomaron las piezas de muestra (superior, media, inferior), lo que permite llegar a la conclusión de que existía una distribución homogénea de las partículas de celulosa en el elemento de espuma producido.

La Tabla 2 a continuación muestra las propiedades mecánicas de las dos espumas preparadas como se especifica en el ejemplo 1 y el ejemplo 2. Es claramente evidente que el tipo de espuma preparado con partículas de celulosa tiene propiedades mecánicas comparables con la espuma que no estaba desplazada con partículas de celulosa. Esto indica un procesamiento sin problemas de los componentes de reacción, especialmente si estos incorporan las partículas de celulosa esféricas.

TABLA 2

2

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(Tabla pasa a página siguiente)

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La espuma sin partículas de celulosa añadidas debe tener los siguientes valores deseados para ambos tipos de espuma especificados:

3

El peso por volumen o densidad media del elemento de espuma como un todo está dentro de un intervalo con un límite inferior de 30 kg/m^{3} y un límite superior de 45 kg/m^{3}.

La figura 1 proporciona la humedad de la espuma como un porcentaje para cuerpos de muestra del mismo tipo pero tomados de diferentes puntos del elemento de espuma total, como se ha descrito anteriormente. La humedad de la espuma como un [%] se representa en el eje de ordenadas. La proporción de polvo de celulosa o partículas de celulosa añadidas en este ejemplo es del 10% en peso y las partículas de celulosa son las partículas de celulosa esféricas descritas anteriormente. Estas diferentes muestras individuales con y sin aditivo se representan en el eje de abscisas.

Los puntos de medición para la humedad de la espuma de las muestras individuales mostrados como círculos representan el valor inicial y las mediciones mostradas como cuadrados son para la misma muestra pero después de un día de captación de humedad. Los valores iniciales inferiores se determinaron para el clima estándar descrito anteriormente y el otro valor mostrado para la misma muestra representa la captación de humedad en el otro clima estandarizado después de 24 horas a 23ºC y el 93% de h.r. La abreviatura h.r. significa humedad relativa o humedad del aire y se proporciona como un %.

La figura 2 representa la captación de humedad durante un periodo de 48 horas, estando los valores para tiempo (t) representados en el eje de abscisas en [h]. El estado inicial del cuerpo de muestra es de nuevo el del clima estándar de 20ºC y el 55% de h.r. definido anteriormente. El otro clima estandarizado a 23ºC y el 93% de h.r. pretende representar un clima según el uso o clima del cuerpo para permitir la determinación del periodo durante el cual la humedad de la espuma aumentaba como un % en peso. Los valores para humedad de la espuma se representan en el eje de ordenadas como un [%].

Una primera línea de gráfico 1 con puntos de medición mostrados como círculos representa un elemento de espuma con un tamaño de muestra predefinido según el ejemplo 2 sin partículas de celulosa o polvo de celulosa añadidos.

Otra línea de gráfico 2 con puntos de medición mostrados como cuadrados representa la humedad de la espuma de un elemento de espuma al que se añadió el 7,5% en peso de partículas de celulosa o polvo de celulosa. Las partículas de celulosa son, de nuevo, las partículas de celulosa esféricas descritas anteriormente.

El gráfico que representa la captación de humedad durante 48 horas muestra que fa humedad de equilibrio físico de "las espumas" en el "clima del cuerpo" se alcanza después de solamente un periodo de tiempo corto. A partir de esto, puede suponerse que la espuma desplazada con partículas de celulosa es capaz de absorber dos veces más humedad en 3 horas que una espuma basada en el ejemplo 2, sin partículas de celulosa añadidas.

Los valores de medición para la captación de humedad se obtuvieron almacenando las piezas de espuma con un volumen de aproximadamente 10 cm^{3} en una secadora con una humedad del aire establecida (usando solución saturada de KNO_{3} y el 93% de h.r.), habiendo secado previamente las muestras. Las muestras se retiraron de la secadora después de periodos definidos y se midió el aumento de peso captación de agua). Las fluctuaciones de la captación de humedad pueden explicarse mediante el manejo de las muestras y una ligera falta de homogeneidad en las muestras.

La figura 3 ilustra el comportamiento de secado de un elemento de espuma con partículas de celulosa añadidas según el ejemplo 1 en comparación con una espuma según el ejemplo 2 sin dichas partículas de celulosa. Para fines de comparación, las dos piezas de muestra se envasaron en primer lugar en el "clima del cuerpo" durante 24 horas. Éste era de nuevo a 23ºC con una humedad relativa del 93%. Los valores para humedad de la espuma se representan en el eje de ordenadas como un [%] y el tiempo (t) en [min] se representa en el eje de abscisas. Los valores de % especificados para la humedad de la espuma son porcentajes en peso con respecto a la masa o peso de los elementos de espuma totales (espuma plástica, partículas de celulosa y agua o humedad).

Los puntos de medición mostrados de nuevo como círculos se refieren al elemento de espuma según el ejemplo 2 sin partículas de celulosa añadidas, trazando una línea de gráfico 3 correspondiente que representa la disminución de la humedad. Los puntos de medición mostrados como cuadrados se determinaron para el elemento de espuma con partículas de celulosa añadidas. Otra línea de gráfico correspondiente 4 muestra del mismo modo pruebas de una rápida evaporación de la humedad. La proporción de partículas de celulosa era de nuevo del 7,5% en peso.

Está claro que la humedad de equilibrio del 2% ya se ha restaurado después de aproximadamente 10 minutos. Esto es considerablemente más rápido que el caso con una espuma conocida de la técnica anterior que requiere varias horas para que se evapore una cantidad de agua comparable.

Cuando el elemento de espuma desplazado con las partículas de celulosa en base a la modificación cristalina de celulosa-II se acondicionó en el "clima del cuerpo" durante un periodo de 24 horas y a continuación se expuso al "clima estándar", éste absorbió inicialmente un contenido de humedad de más del 5% en peso y el contenido de humedad se redujo en al menos el 2% en un periodo de 2 min después de haberlo introducido en el "clima estándar".

La figura 4 es un diagrama de barras que representa la absorción de vapor de agua "Fi" según Hohenstein en [g/m^{2}] y estos valores se representan en el eje de ordenadas.

El periodo durante el cual el vapor de agua se absorbió a partir del clima estándar de 20ºC y el 55% de h.r. definido anteriormente y en el clima estandarizado de 23ºC y el 93% de h.r. también definido anteriormente (clima de aplicación y clima del cuerpo) para los dos valores de medición obtenidos era de 3 (tres) horas. Los cuerpos de muestra eran del tipo de espuma "B" descrito anteriormente. Una primera barra del gráfico 5 representa el tipo de espuma "B" sin celulosa o partículas de celulosa añadidas. El valor medido en este caso era de aproximadamente 4,8 g/m^{2}. El cuerpo de espuma desplazada con celulosa, por otro lado, mostraba un valor más alto de aproximadamente 10,4 g/m^{2} y esto se representa en otra barra del gráfico 6. Este otro valor es, por lo tanto, más alto que un valor de 5 g/m^{2} según Hohenstein.

El elemento de espuma está hecho de una espuma plástica, y se usó una espuma de PU como espuma preferida. Como se ha explicado anteriormente en relación con los diagramas individuales, se determinó ta captación de humedad a partir de una llamada humedad de equilibrio que representa un "clima estándar" a 20ºC con una humedad relativa del 55%. Para estimular el uso, se definió otro clima estandarizado a 23ºC con una humedad relativa del 93%. Este otro clima estandarizado pretende representar la humedad absorbida durante el uso debido a un cuerpo de un ser vivo que exuda sudor, por ejemplo una persona. La celulosa incorporada en el elemento de espuma pretende dispersar la humedad absorbida durante el uso durante un periodo en un intervalo con un límite inferior de 1 hora y un límite superior de 16 horas de nuevo después del uso y, de este modo, restaurar todo el elemento de espuma a la humedad de equilibrio con respecto a la atmósfera ambiente. Esto significa que la humedad almacenada se evapora de la celulosa muy rápidamente después del uso, siendo emitida a la atmósfera ambiente y secando de este modo el elemento de espuma.

Como se ha mencionado anteriormente, puede decirse que existe una humedad de equilibrio cuando el elemento de espuma se ha expuesto a una de las atmósferas ambiente descritas anteriormente hasta el grado en que el valor de humedad del elemento de espuma (humedad de espuma) esté en equilibrio con el valor de la humedad contenida en la atmósfera ambiente. Al alcanzar el nivel de humedad de equilibrio, deja de existir ningún intercambio de humedad entre el elemento de espuma y la atmósfera ambiente alrededor del elemento de espuma.

Los procedimientos de ensayo descritos anteriormente pueden procesarse de tal forma que el elemento de espuma se exponga a la primera atmósfera ambiente con el primer clima basado en la temperatura y la humedad relativa del aire predefinidas, por ejemplo, 20ºC y 55% h.r., hasta que se alcance la humedad de equilibrio en esta atmósfera ambiente, exponiéndose después de esto el mismo elemento de espuma a una segunda atmósfera ambiente cambiada o diferente que es distinta de la primera atmósfera ambiente. Esta segunda atmósfera ambiente tiene un segundo clima con una temperatura superior y/o una humedad relativa del aire superior a las del primer clima, por ejemplo, 23ºC y 93% h.r. Como resultado, el valor de la humedad de espuma aumenta y la humedad se absorbe por la celulosa incorporada en la espuma. Después se expone el mismo elemento de espuma de nuevo a la primera atmósfera ambiente y, después del periodo de entre 1 hora y 16 horas especificado anteriormente, se restaura el valor inicial de la humedad de espuma que se corresponde con la humedad de equilibrio basada en la primera atmósfera ambiente. Dentro de este periodo, por lo tanto, la humedad absorbida por la celulosa a partir de la segunda atmósfera ambiente se evapora hacia la atmósfera ambiente y, como resultado, se reduce.

El valor más bajo de 1 hora especificado en este documento dependerá de la cantidad de líquido o humedad absorbida, pero también puede ser significativamente más bajo, en cuyo caso puede ser de solamente varios minutos.

Independientemente de las partículas de celulosa esféricas descritas anteriormente, también es posible usar celulosa en forma de fibras cortadas con una longitud de fibra entre un límite inferior de 0,1 mm y un límite superior de 5 mm. Sin embargo sería posible, del mismo modo, usar celulosa en forma de fibras trituradas con un tamaño de partícula entre un límite inferior de 50 \mum y un límite superior de 0,5 mm.

Dependiendo de la aplicación, la espuma a producir tendrá diferentes propiedades de espuma y éstas se caracterizan por una gama de diferentes propiedades físicas.

La dureza a la compresión al 40% de compresión puede estar entre un límite inferior de 1,0 kPa y un límite superior de 10,0 kPa. La elasticidad, según lo medido mediante el ensayo de caída de bola, puede tener un valor con un límite inferior del 5% y un límite superior del 70%. Este método de ensayo se realiza de acuerdo con el estándar EN ISO 8307 y se determinan la altura del rebote y la elasticidad inversa paralela asociada.

Si el elemento de espuma producido está hecho de una espuma de poliuretano, en particular una espuma flexible, éste puede producirse con una base tanto de TDI como una base de MDI. Sin embargo, también sería posible usar otras espumas, tales como espuma de polietileno, espuma de poliestireno, espuma de policarbonato, espuma de PVC, espuma de poliímida, espuma de silicona, espuma de PMMA (polimetilmetacrilato), espuma de goma, por ejemplo. La afta captación de humedad dependerá a continuación del sistema de materia prima y el método usado para producir la espuma, puesto que la capacidad reversible de absorber humedad se obtiene incorporando o embebiendo la celulosa. Es preferible usar espumas del tipo con poros abiertos, que permiten un intercambio sin obstáculos de aire con la atmósfera ambiente. También es esencial asegurar que la celulosa añadida a la estructura de espuma se distribuya homogéneamente, como se ha descrito anteriormente en relación con los ensayos que se realizaron. Si la espuma no tiene una estructura abierta, puede tratarse específicamente mediante métodos conocidos para obtener poros abiertos.

Si se usa poliol como un material inicial para uno de los componentes de reacción, la celulosa puede añadírsele antes del espumado. La celulosa puede añadirse agitándola o dispersándola usando métodos conocidos en la industria. El poliol usando es el necesario para el tipo de espuma correspondiente y se añade en la cantidad requerida especificada en la fórmula. Sin embargo, hay que tener en cuenta el contenido de humedad de las partículas de celulosa cuando se determina la fórmula.

El elemento de espuma pude usarse para fabricar productos plásticos individuales y los productos plásticos pueden seleccionarse entre el grupo que comprende colchones, tapizado de muebles y almohadas.

Las realizaciones ilustradas como ejemplos representan posibles variantes del elemento de espuma con una sustancia hidrófila en forma de celulosa incorporada en la espuma plástica, y debe señalarse en esta fase que la invención no se limita específicamente a las variantes ilustradas específicamente, y en su lugar pueden usarse las variantes individuales en diferentes combinaciones unas con otras y estas posibles variaciones están al alcance del especialista en este campo técnico dada la enseñanza técnica descrita. Por consiguiente, todas las variantes concebibles que pueden obtenerse combinando detalles individuales de las variantes descritas e ilustradas son posibles y están dentro del alcance de la invención.

El objetivo subyacente en las soluciones inventivas independientes puede encontrase en la descripción.

Lista de números de referencia

1: Línea de gráfico

2: Línea de gráfico

3: Línea de gráfico

4: Línea de gráfico

5: Barra de gráfico

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6: Barra de gráfico.

Claims

1. Elemento de espuma con una sustancia hidrófila en forma de celulosa incorporada en la espuma, y el elemento de espuma desplazado con la celulosa tiene una capacidad reversible de absorber humedad, caracterizado porque la celulosa se proporciona en forma de un tipo de estructura sobre la base de la modificación cristalina de celulosa-II, y se selecciona una proporción de celulosa con respecto al peso total de la espuma de un intervalo con un límite inferior del 0,1% en peso, en particular del 5% en peso, y un límite superior del 10% en peso, en particular del 8,5% en peso, y el valor de la humedad de espuma del elemento de espuma se aumenta desde un valor inicial de la humedad de espuma correspondiente a una humedad de equilibrio con respecto a una primera atmósfera ambiente con un primer clima basado en una temperatura y una humedad relativa del aire predefinidas durante el uso hasta un valor de la humedad de la espuma con respecto a una segunda atmósfera ambiente diferente de la primera atmósfera ambiente, con un segundo clima basado en una temperatura y/o una humedad relativa del aire que son superiores a las del primer clima, y la humedad absorbida por la celulosa II incorporada en el elemento de espuma después del uso en la segunda atmósfera ambiente se evapora después de un periodo en la primera atmósfera ambiente con una duración dentro de un intervalo con un límite inferior de 1 hora y un límite superior de 16 horas hasta que se restaura de nuevo el valor inicial de la humedad de espuma correspondiente a la humedad de equilibrio con respecto a la primera atmósfera ambiente.

2. Elemento de espuma con una sustancia hidrófila en forma de celulosa incorporada en la espuma plástica, y el elemento de espuma desplazado con celulosa tiene una capacidad reversible de absorber humedad, en particular de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la celulosa se proporciona en forma de un tipo de estructura sobre la base de la modificación cristalina de celulosa-II, y una proporción de celulosa con respecto al peso total de la espuma se selecciona de un intervalo con un límite inferior del 0,1% en peso, en particular del 5% en peso, y un límite superior del 10%, en particular del 8,5% en peso, y el elemento de espuma tiene una densidad entre un límite inferior de 30 kg/m^{3} y un límite superior de 45 kg/m^{3}, y la captación de

\hbox{vapor de
agua según Hohenstein tiene un valor Fi de más de 5
g/m ^{2} .}

3. Elemento de espuma con una sustancia hidrófila en forma de celulosa incorporada en la espuma, y el elemento de espuma desplazado con la celulosa tiene una capacidad reversible de absorber humedad, en particular de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la celulosa se proporciona en forma de un tipo de estructura sobre la base de la modificación cristalina de celulosa-II, y una proporción de celulosa con respecto al peso total de la espuma se selecciona de un intervalo con un límite inferior del 0,1% en peso, en particular del 5% y un límite superior del 10%, en particular del 8,5% en peso, y el elemento de espuma tiene una densidad con un límite inferior de 30 kg/m^{3} y un límite superior de 45 kg/m^{3}, y un valor inicialmente superior al 5% de la humedad de espuma del elemento de espuma de la segunda atmósfera ambiente con el segundo clima se reduce en al menos el 2% debido al efecto de la primera atmósfera

\hbox{ambiente con el primer clima basado en
20ºC y una humedad relativa del 55% en un periodo de 2
min.}

4. Elemento de espuma de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la ceiulosa-II se proporciona en forma de fibras cortadas con una longitud de fibra con un límite inferior de 0,1 mm y un límite superior de 5 mm.

5. Elemento de espuma de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la celulosa-II se proporciona en forma de fibras trituradas con un tamaño de partícula con un límite inferior de 50 \mum y un límite superior de 0,5 mm.

6. Elemento de espuma de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la celulosa-II se proporciona en forma de partículas de celulosa esféricas.

7. Elemento de espuma de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque las partículas de celulosa esféricas tiene un tamaño de partícula con un límite inferior de 1 \mum y un límite superior de 400 \mum.

8. Elemento de espuma de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque las partículas de celulosa esféricas tienen una relación axial (I:d) entre un límite inferior de 1 y un límite superior de 2,5.

9. Elemento de espuma de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la celulosa contiene al menos uno de los aditivos del grupo que comprende pigmentos, sustancias inorgánicas tales como óxido de titanio, óxido de titanio por debajo de la estequiometría, sulfato de bario, intercambiadores de iones, polietileno, polipropileno, poliéster, negro de humo, zeolita, carbono

\hbox{activado,
superabsorbentes poliméricos o retardantes de llama.}

10. Elemento de espuma de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la espuma se selecciona del grupo que comprende espuma de poliuretano (espuma PU), espuma de polietileno, espuma de poliestireno, espuma de policarbonato, espuma de PVC, espuma de poliimida, espuma de silicona, espuma de PMMA (polimetilmetacrilato), espuma de goma.

11. Elemento de espuma de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3 ó 10, caracterizado porque la espuma tiene una estructura de espuma de celda abierta.

12. Uso de un elemento de espuma de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11 para fabricar un producto plástico, y el producto plástico se selecciona entre el grupo

\hbox{que comprende colchones, tapizado de muebles y
almohadas.}