SI23066A2 - Vzmetnica in vzglavnik izdelana iz fleksibilnegapenastega poliuretana s toplotno prilagodljivimi mikrokapsulami - Google Patents

Abstract

Opisana je vzmetnica ali posteljni vzglavnik ki obsega vsaj del fleksibilnega penastega poliuretana kjer so v poliuretanu vdelane predhodno mikrokapsulirane toplotno prilagodljive snovi s spremembofaze tekoče trdno v temperaturnem območju do stopinj Celzija

Description

Vzmetnica in vzglavnik, izdelana iz fleksibilnega penastega poliuretana s toplotno prilagodljivimi mikrokapsulami

Predloženi izum se nanaša na vzmetnico ali vzglavnik za posteljo, izdelan iz fleksibilnega penastega poliuretana.

Kot je znano, se vzmetnice in vzglavniki uporabljajo kot počivalno telo na postelji za počitek ali okrevanje uporabnika. Ti predmeti se nabavljajo tako za zasebno domačo uporabo kot tudi v javnem sektorju (npr. bolnišnice, sanatoriji, hoteli), kjer so celo strožje zahteve.

Znano je tudi, da izdelujejo te predmete iz fleksibilnega poliuretanskega materiala.

Poliuretanska kemija temelji na reakciji izocianidov z molekulami, ki vsebujejo aktivne atome vodika. Skupine -NCO, ki jih vsebuje izocianatna molekula, hitro reagirajo v prisotnosti primernih katalizatorjev z atomi vodika, vezanimi na atome, ki so bolj elektronegativni kot ogljik. Ta reakcija vodi do nastanka želene polimerne strukture; v zvezi s tem se vzporedno pojavi reakcija proizvodnje plina, npr. ogljikovega dioksida ( ki izvira iz reakcije izocianata z vodo).

Tipično se za izdelavo vzglavnikov in blazin izvaja kontinuimi šaržni proizvodni postopek. Iz rezervoarjev, primemo dimenzioniranih in konstruiranih za uporabljene surovine in dodatke, se kemične komponente premikajo - s pomočjo obtočnih/dozimih črpalk - vzdolž vodov za povezavo proti mešalni in razdelilni glavi. V mešalni glavi je mogoče spreminjati različne mešalne parametre. Razdelilna glava vodi v vod za penjenje, kjer se kontinuimo proizvaja primemo visoka in široka preproga penastega poliuretana, ki ga nato režejo do želene dolžine za izdelavo dolgih poliuretanskih blokov. Bloke nato skladiščijo na staralnih ploščah do sledečega rezanja v plošče, deske ali role velikosti, ki je primerna za proizvodnjo končnega predmeta.

Na tržišču že ponujajo številne tipe poliuretanskih vzglavnikov in vzmetnic, kjer so različne posamične poliuretanske plošče (po gostoti, mehanskem obnašanju, sanitarnih značilnostih itd.) spojene druga z drugo ali se uporabljajo role tankih plošč skupaj s tkanino in materialom za vatiranje, da dobijo končni produkt, ki kar najbolje ustreza zahtevam uporabnika.

Čeprav ima poliuretan že sam po sebi dobre toplotne lastnosti skupaj z dobro perspiracijsko kvaliteto, si je prijavitelj sam zastavil smoter, da ponudi izboljšan vzglavnik in vzmetnico, ki nudita uporabniku prijeten, udoben občutek pri različnih temperaturah. Zlasti ima za cilj, da ponudi vzmetnico, ki lahko prispeva k naravnavi telesne temperature, pri čemer zagotavlja večje udobje v vseh tistih primerih, pri katerih je telo uporabnika - iz različnih začasnih ali patoloških razlogov - preveč segreto ali hladno.

Tak smoter dosežemo s produktom, kot je opisan s svojimi bistvenimi značilnostmi v priloženem glavnem zahtevku.

Drugi inventivni vidiki vzmetnice in vzglavnika so opisani v odvisnih zahtevkih.

Nadaljnje značilnosti in prednosti predmeta v smislu patenta s skrajšanim trajanjem bodo vsekakor bolj razvidne iz naslednjega podrobnega opisa prednostne izvedbe v obliki primera in prikazane na spremljajoči risbi, ki je krivulja, ki kaže rezultat udobja, ki ga lahko dosežemo s predmetom v smislu patenta s skrajšanim trajanjem.

Prijavitelj je začel z izbiro snovi, pri katerih pride do spremembe faze, ki sprošča/absorbira toplotno energijo v časovnem intervalu, kar je lahko ugodno. Med spremembo faze taki materiali s spremembo faze, ki jih imenujemo tudi PCM, sproščajo latentno toploto (prehajanje iz tekočega v trdno stanje) ali absorbirajo latentno toploto (prehajanje iz trdnega v tekoče stanje), pri čemer zato postanejo sposobni, da odvedejo ali priskrbijo toploto obkrožujočemu okolju sorazmerno svojemu volumnu.

Fazi, ki ju je treba upoštevati, sta trdna in tekoča, ker bi plinasta pomenila znatne praktične probleme, pretežno povezane s spremembami volumna, zaradi česar je le malo uporabna.

Posebno prednostne snovi za specifično uporabo, ki tukaj pride v poštev - ki jih bomo navedli v nadaljevanju ko toplotno prilagodljive snovi - so t.i. PCM z visoko latentno kondenzacijsko toploto, ki imajo temperaturo spremembe stanja v intervalu med 18 in 37 °C, ki ustreza temperaturnemu intervalu, ki je primeren za občutek udobja za telo uporabnika.

Take snovi obstajajo tako v organski obliki (npr. parafin ali maščobne kisline) kot tudi v anorganski obliki (npr. hidratizirane soli, kot M_nH₂O) in so tudi v evtektičnih oblikah. Nadalje so sposobne shraniti od 5- do 14-krat več energije kot druge referenčne snovi, kot voda.

Prednostno pri predloženi prijavi izberemo take toplotno prilagodljive snovi izmed parafinov.

V smislu predloženega patenta s skrajšanim trajanjem take snovi, pripravljene v granulirani ali praškasti obliki, najprej mikrozakapsuliramo.

Tehnologija, imenovana mikrozakapsuliranje, omogoča, da je snov vsebovana znotraj lupine in jo ščiti pred zunanjimi vplivi. Mikrokapsule lahko variirrajo po velikosti med 3 in 800 pm. Tehnika mikrozakapsuliranja je sama po sebi znana in je zato ne bomo nadalje podrobno opisovali. V specifičnem primeru z aplikacijo na primerne toplotno prilagodljive snovi je lahko lupina vsake mikrokapsule iz enega od naslednjih prednostnih materialov: poliestri, poliakrilati, vinilni polimeri ali voski.

Ko dobimo mikrosfere izbrane toplotno prilagodljive snovi, jih podvržemo dispergimemu postopku v nosilcu, ki je kompatibilen z reakcijo za tvorbo penastega poliuretana. Ne uporabljamo tehnik dispergiranja, kot krogličnih ali cilindričnih, da na minimum zmanjšamo mehanski stres na zmes.

Nosilec je lahko bodisi reaktivnega tipa, tako da ostane vezan v polimernem matriksu, ali nereaktivnega tipa. V prvem primeru je treba njegovo prisotnost med kemičnim formuliranjem nadalje smatrati, da zagotovi, da nastopi poliuretanska polimerizacijska reakcija v skladu z željami; v drugem primeru je treba enostavno izbrati snov, ki ne ogrozi zahtev standardov sektorja, ki se nanašajo na okolje, zdravje delavcev in varnost ter na zdravje uporabnika ob upoštevanju področja uporabe končnega produkta. Pri izbiri nosilca je treba končno tudi upoštevati vidike kemične kompatibilnosti z naravo membrane mikrosfere.

Kot primer reaktivnega nosilca tukaj navajamo poliol; kot nereaktivni nosilec npr. smatramo ne-ftalno mehčalo.

Poleg nosilca, če je potrebno vzdrževati dobro homogenost disperzije, lahko v isto disperzijo uvedemo omočilne in stabilizime dodatke.

Tako dobljeno disperzijo, ki obstoji iz mikrosfer (mikrozakapsulirana snov s spremembo faze) in poliola ter morebitnega omočilnega sredstva, uporabimo pri izdelavi fleksibilnega penastega poliuretana.

Končni produkt (vzglavnik ali vzmetnica), ki se ga da dobiti v smislu patenta s skrajšanim trajanjem, lahko izdelamo z uporabo različnih tehnologij za izdelavo fleksibilnega penastega poliuretana, tako iz kontinuimih blokov kot tudi z ulivanjem.

Gostote poliuretanov na splošno variirajo od 25 do 100 kg/m³; izocianati so lahko TDI (toluen diizocianat), MDI (metilen difenilizocianat) in IPDI (izoforon diizocianat), narava poliola so lahko običajni visoko elastični etri na osnovi etilen oksida in/ali propilen oksida, in estri, morebiti premreženi, za povečanje trdote poliuretana. Lahko uporabimo tudi poliole na rastlinski osnovi, t.j. dobljene iz obnovljivih virov.

V poliuretanski formulaciji lahko masni odstotki dodatne disperzije (ki vsebuje mikrokapsule) glede samo mikrosfer na končno maso pene variirajo - glede na gostoto in/ali končno uporabo poliuretana - med 3 mas. % in 30 mas. %.

Obdelava, ki jo identificiramo kot prednostno v smislu predloženega patenta s skrajšanim trajanjem, je obdelava mase: zato zagotavlja uporabo batne, zobniške ali peristaltične črpalke za doziranje dodatne disperzije direktno v komoro za mešanje poliuretana.

Tako dobljen poliuretan režemo in oblikujemo, v primeru kontinuime ali nekontinuime proizvodnje bloka, da dobimo plošče za vzmetnice, tanke plošče za vstavljanje v prešite odeje ali vzglavnike, uporabimo v kalupu, da dobimo ulite vzmetnice in vzglavnike.

Zlasti lahko pokrivalo vzmetnice dobimo s penastim poliuretanom, ki vključuje toplotno prilagodljivo komponento, s kontinuirno poizvodnjo plošč, nato spojenih s tkanino; medtem ko se lahko polnilo vzmetnice tvori na enega od naslednjih načinov:

A. posamična poliuretanska plošča ali deska s toplotno prilagodljivo komponento;

B. dve spojeni plošči, prednostno ob uporabi poliuretana, proizvedenega s toplotno prilagodljivo komponento v samo površinski plošči (t.j. tisti, ki ostane najbliže telesu uporabnika);

C. tri spojene plošče, prednostno ob uporabi poliuretana, proizvedenega s tehnologijo v smislu patenta s skrajšanim trajanjem v samo površinskih ploščah, morebiti z različnimi toplotno prilagodljivimi lastnostmi (zimska stran, poletna stran).

V drugem primeru (B) ima površinska plošča na splošno nižje vrednosti tlačne napetosti CV₄₀ (kPa), da se dobi večji občutek udobja, medtem ko spodnja plošča služi kot podpora z višjimi vrednostmi tlačne napetosti CV₄₀ (kPa).

V tretjem primeru (C) imata obe površinski plošči na splošno nižje vrednosti tlačne napetosti CV₄₀ (kPa), da se dobi večji občutek udobja, medtem ko srednja ali jedrna plošča deluje kot podpora z višjimi vrednostmi tlačne napetosti CV₄₀ (kPa).

V vseh primerih so lahko površinske ploskve plošč na strani, ki je obrnjena proti uporabniku, ravne ali imajo različne vzorce. Vzorci imajo namen ustvarjanja površin različne trdote in/ali ustvarjanja učinka masaže.

Fleksibilni penasti poliuretani, uporabljeni v formulaciji v smislu patenta s skrajšanim trajanjem, za izdelavo vzmetnic, prešitih odej in vzglavnikov so lahko:

- običajni polietri;

- visoko elastični polietri;

- viskoelastični.

Viskoelastične pene naj bi prednostno uporabili za površinske plošče ali znotraj prešitih pokrival, položenih na vrhu vzmetnice, razporejenih zelo blizu uporabniku: pravzaprav so zaradi svoje tendence, da bolje držijo telo v primerjavi z drugimi penami, bolj primerni za toplotno prilagodljivo obdelavo kot za njihove podporne lastnosti srednje ali spodnje plošče.

Kot omenjeno lahko v luksuznih vzmetnicah (tip C) zagotovimo uporabo dveh plošč poliuretanov z različnimi toplotno prilagodljivimi lastnostmi. Pri tem dobimo vzmetnico/vzglavnik, ki ima:

- zimsko stran, ki ima na površini poliuretan s toplotno prilagodljivimi mikrosferami s PCM z nižjim tališčem;

- poletno stran, ki ima na površini poliuretan s toplotno prilagodljivimi mikrosferami s PCM z višjim tališčem.

Za končno prevleko vzmetnice lahko nadalje uporabimo naravno ali sintetično tkanino kot tudi le tkanino, prešite odeje (ki morda vključujejo toplotno prilagodljiv material), odstranljive ali neodstranljive odeje.

Za izdelavo vzglavnika je na splošno prednostno, da uporabimo posamičen fleksibilen penast poliuretan s toplotno prilagodljivo lastnostjo (naknadno oblikovan v primeru, da ga dobimo iz kontinuime proizvodnje bloka) z različnimi vzorci.

Vzmetnico, zlasti pa vzglavnik, lahko prednostno izdelamo tudi z ulivanjem.

Če naj bi dobili končne kose z ulivanjem namesto z oblikovanjem bloka, izdelanega s kontinuimo tehniko, je mogoče, da uvedemo - poleg tega, kar je bilo navedeno zgoraj - nadaljnjo originalno značilnost.

Med fazo priprave kalupa najprej na notranje površine le-tega namestimo sloj mikrosfer (mikrozakapsulirana toplotno prilagodljiva snov). Površine kalupa, na katere vpliva ta postopek, so vsaj tiste, ki so v končnem produktu obrnjene proti končnemu uporabniku.

Gornje dejanje ima namen, da mikrosfere začasno in reverzibilno pritrdimo na notranje površine kalupa. Za izboljšanje adhezije z enakomerno debelino mikrosfer na neravne površine je možno, da predhodno na notranje površine kalupa namestimo film istega sredstva za odločevanje, ki se normalno uporablja za olajšanje operacij odstranjevanja končnega kosa iz kalupa. Tako dobljen sloj mikrosfer ima debelino reda velikosti premera mikrosfer, t.j. med 3 in 800 pm.

Ko smo kalup ponovno zaprli in injicirali reakcijsko zmes na osnovi poliuretana, ostanejo mikrosfere avtomatsko vdelane v polimernem matriksu na površinski strani ulitega predmeta s prenosom z notranjih sten kalupa.

Pri tem dobimo naslednje nadaljnje prednosti:

- odločevanje končnega kosa iz kalupa na koncu postopka je nadalje olajšano, ker sloj mikrosfer učinkuje kot odločevalni prašek;

- koncentracija mikrosfer v bližini površinskih ploskev je znatno povečana, s čimer se poveča potencial za toplotno regulacijo.

V priloženi risbi je prikazana krivulja temperatura poliuretanskega materiala proti času. Krivulja je dokaz za rezultate, kijih lahko dobimo s predmetom v smislu patenta s skrajšanim trajanjem. Zlasti postane očiten toplotno prilagodljivi učinek vzmetnice, če je vzmetnica iz fleksibilnih penastih poliuretanskih plošč, ki vključujejo PCM mikrokapsule ali mikrosfere, pri čemer plošče sestavljajo bodisi jedro ali zunanje strani vzmetnice.

Vzorec fleksibilnega penastega poliuretana, ki vsebuje toplotno prilagodljive mikrokapsule v smislu patenta s skrajšanim trajanjem, smo podvrgli testu po standardu ASTM D 7024. Test obstoji iz alternativno odvajanja in dovajanja peni predhodno določene količine toplotne energije, kar povzroči hladilne in segrevalne cikluse polimernega matriksa.

Test smo izvedli pri dveh različnih izhodnih temperaturah: prvi graf (zunanji) smo dobili, ko smo začeli od temperature 41 °C, medtem ko smo drugi graf (notranji) dobili, ko smo začeli od okoli 25,5 °C. Lahko omenimo, da, čeprav smo isto energijo odvajali in dovajali isti količini materiala, če - drugi graf - temperatura kroži okoli kritične/operativne temperature mikrokapsul (t.j. okoli temperature, kjer nastane sprememba faze), je polimerni material izpostavljen manjšim temperaturnim variacijam kot vzorec pri delovanju pri temperaturnih območjih izven kritične/operativne temperature toplotno prilagodljivih mikrokapsul PCM, ki jih vsebujejo mikrokapsule, vdelane v polimernem materialu, so med hladilno fazo dovajali latentno toploto polimernemu materialu, medtem ko so med segrevalno fazo odvajali latentno toploto iz polimernega materiala.

Ta test daje jasno sliko ugodnih prednosti predmeta v smislu patenta s skrajšanim trajanjem, ki omogočajo, da uporabnik občuti povečano udobje po uporabi vzmetnice ali vzglavnika v smislu patenta s skrajšanim trajanjem. Toplotno prilagodljivi učinek je sposoben, da zmanjša temperaturne pike, kar zelo poveča občutek udobja uporabnika vzmetnice ali vzglavnika, izdelanih v smislu patenta s skrajšanim trajanjem.

Naj omenimo, da se lahko toplotno prilagodljivi učinek razširi preko širokega območja različnih temperatur (18 do 37 °C) ob izbiri primernih zmesi različnih PCM mikrokapsul, vdelanih v isti material, ob uporabi istega postopka obdelave mase.

Kot se lahko vidi iz gornjega, so z originalnim sistemom, ki ga predlagamo v patentu s skrajšanim trajanjem, predmeti, navedeni v predhodnih opombah, v popolnosti doseženi.

Zlasti vzmetnica ali vzglavnik, izdelana iz fleksibilnega penastega poliuretana z dodanimi mikrokapsulami toplotno prilagodljivih snovi, s spremembo faze v temperaturnem intervalu 18-37 °C (interval, znotraj katerega je toplota človeškega telesa sposobna, da povzroči taljenje toplotno prilagodljivega materiala s spremembo faze), omogoči, da nudi končnemu uporabniku večje udobje zaradi skladiščenja energije in učinka sproščanja v obliki toplote, izvedenega z mikrosferami. Mikrosfere ustvarijo mikroklimo, ki omogoča kompenziranje temperaturnih pikov, kar izboljša kvaliteto spanja ali podaljšano okrevanje.

v ·

Vendar se razume, da zaščita, ki jo daje zgoraj opisani patent s skrajšanim trajanjem, ni omejena na prikazano posamično izvedbo, ampak se razteza na katero koli drugo konstrukcijsko varianto, ki doseže enako uporabnost.

Claims (6)

1. Vzmetnica ali posteljni vzglavnik, ki obsega vsaj del fleksibilnega penastega poliuretana, označen s tem, da so v poliuretanu vdelane predhodno mikrozakapsulirane toplotno prilagodljive snovi s spremembo faze tekoče/trdno v temperaturnem območju 18 do 37 °C.

2. Vzmetnica ali vzglavnik po zahtevku 1, kjer so mikrozakapsulirane toplotno prilagodljive snovi vdelane v del penastega poliuretana vsaj v bližini površine, ki je poleg telesa uporabnika.

3. Vzmetnica ali vzglavnik po zahtevku 2, ki obstoji iz različnih slojev, spojenih drug z drugim, kjer je v vsaj površinskem sloju vdelana, mikrozakapsulirana toplotno prilagodljiva snov.

4. Vzmetnica ali vzglavnik po zahtevku 2, dobljena z ulivanjem, kjer je mikrozakapsulirana toplotno prilagodljiva snov material, ki je enakomerno predstavljen v površinskem delu, pri čemer je bil material nanesen na notranjo površino kalupa pred injiciranjem poliuretana med njegovo proizvodnjo.

5. Vzmetnica ali vzglavnik po katerem koli od prejšnjih zahtevkov, kjer so toplotno prilagodljive snovi parafini.

6. Vzmetnica ali vzglavnik po katerem koli od prejšnjih zahtevkov, kjer so toplotno prilagodljive snovi mikrozakapsulirane in dispergirane v nosilcu, ki spada v družino poliolov ali ne-ftalnih mehčal.