温度调节聚氨酯凝胶制造技术

本发明专利技术公开了一种制备温度调节聚氨酯凝胶组合物的方法及相应制品，所述聚氨酯凝胶组合物包括作为相变材料(PCM)的脂肪酸酯，所述脂肪酸酯未经封装而直接引入到聚氨酯凝胶的液相中。液态的或熔融的PCM溶解在凝胶的多元醇组分中，并能在凝胶结构中可逆地结晶和熔融。适用于本发明专利技术的聚氨酯凝胶未充分交联并包括理论上至少为三官能度的含有环氧乙烷的环氧烷烃聚醚多元醇，其中具有0到40wt.％的EO，以及有效官能度为1.5‑3.5的异氰酸酯。该凝胶可用于其中凝胶可放置成密切接触人体的制品以作为温度调节之用，尤其用于改善人们休息时的睡眠舒适性。

Temperature controlled polyurethane gel

The invention discloses a preparation method of a polyurethane gel composition and temperature regulation of the corresponding products, the polyurethane gel composition including as phase change material (PCM) fatty acid ester, a fatty acid ester without package and introduced directly into the polyurethane gel in liquid phase. Liquid or molten PCM is dissolved in the polyol component of the gel and reversibly crystallized and fused in the gel structure. The invention is suitable for polyurethane gel not fully crosslinked and includes the theory of at least three functionality containing epoxy ethane epoxy alkane polyether polyol, which is 0 to 40wt.% EO, and the effective functionality of 1.5 3.5 isocyanate. The gel can be used in which the gel can be placed into products that closely contact the human body as a temperature regulator, particularly for improving sleep comfort during rest.

【技术实现步骤摘要】
温度调节聚氨酯凝胶
本专利技术涉及制备温度调节聚氨酯凝胶组合物的方法，该组合物包括相变材料(PCM)，其未经封装而被直接引入聚氨酯凝胶的分散相中，由所述方法得到的温度调节聚氨酯凝胶以及含有所述聚氨酯凝胶的相关制品，其中该凝胶用于实现优选与身体应用及针对睡眠舒适的应用密切相关的温度调节作用。
技术介绍
聚氨酯凝胶通常用于压力分散目的，例如在床垫、抗疲劳垫、鞍座、压力分散垫等方面的应用。根据IUPAC术语的定义，凝胶被定义为“贯穿整个体积被流体膨胀的非流体聚合物网络”，一种所谓的膨胀剂或扩张剂。流体(非连续相、分散相、分散剂或流体相)可以是物理地或化学地键合在网络(网络相，连续相)中，该网络可以进行物理地或化学地交联。在聚氨酯凝胶(PU-gel)中，交联的聚氨酯骨架构成了连续相。凝胶的内在物理特性使得它能用增加的接触表面支持使用者。由于该材料可以在任何方向移动而没有不可逆的流动，因此可以分散重量以避免不适和压痕。EP57838(等)、EP511570(等)和US4404296()公开了为上述目的而开发的聚氨酯凝胶。在这些凝胶中，形成聚氨酯的多元醇不仅作为反应物，而且也作为液体分散剂或“膨胀流体”，从而构成了膨胀聚氨酯网络的聚氨酯凝胶的流体相。EP2789270A1(Losio等)、WO2013/076661A1(Mason)和US2013/0000045A1(Losio)公开了垫料产品和支持件，其包括具有上层凝胶结构的床垫，由于有利的缓冲和适应性，从而提供了具有高用户舒适性的休息表面。除了上述聚氨酯凝胶完美提供的缓冲和最佳压力分配，还被期待有令人满意的热控制，因为聚氨酯凝胶可以为用户提供冷却或加热效果。此外，聚氨酯和其他聚合物凝胶本身不允许空气循环。在仅很短时间后，发自身体的热流就会停止，例如在鞋、矫形设备或其他或多或少封闭的环境中。用户可能会因而感到不舒服和出汗。US2003/0088019A1(Pause等)公开了试图解决这个问题的一种尝试，其中聚氨酯凝胶材料包括细分散的相变材料(PCM)。将在相变过程中从环境吸收和存储大量热的材料引入到在相同的温度范围内不改变物理状态的基质中，会导致适应气候或温度缓冲的效果。产品的机械性能和其他性能应由基质决定，而温度控制是由PCM性能驱动。然而，可能存在这样的缺陷，例如基质中有限的PCM吸收、基质重要性能的变化或损失、以及在产品使用期限内因渗出导致的PCM损失。在后一种情况下，PCM的封装可能是必要的，从而阻止其从基质中泄露。基质中夹带的相变材料所带来的效果目前被用于各种各样的应用——尤其在功能性织物、骨科和运动器材如滑雪靴、缓冲物和鞋垫、以及床上用品和建筑材料，如墙或地板。一般来说，从固态到液态的相转变发生在加热过程中达到熔融温度时。在该熔融过程中，PCM吸收和存储大量的潜热。需要至少160J/g以在聚合物基质中产生明显的效果。在整个过程中，PCM的温度几乎保持不变。在随后的冷却过程中，存储的热量再次从PCM释放到环境中，同时会发生从液态到固态的反向相转变，即结晶。在这个过程中，PCM的温度再次保持恒定，对装备有PCM的整个设备或产品存在气候和温度控制效果。根据需要对每种应用的相变温度范围进行调整，例如在室温下、在体温下、在某种气候控制温度下、理想的冷却温度下等。在大多数情况下，一种应用所需的熔点借助于PCM混合物来实现。尽管大量的PCM混合物可通过市售获得，并且所有这些材料已得到了详细地研究，但是PCM混合物在聚合物基质中的性能仍然是不可预见的。在超过足够数量的循环后，一些相变往往是不可逆的或不完全可逆的。对于大多数PCM来说，熔融温度Tm和结晶温度Tc之间存在间距，这是很不希望的。这种现象被称为过度冷却(supercooling)或过冷(undercooling)。它发生在液体被冷却至低于其熔点而没有成为固体时。在最坏的情况下，过冷效应会恶化所希望的温度补偿和调节。烃和脂肪是相变材料中的一个重要组。由于它们的低成本和低毒性，它们是最常用的。石蜡已被证明是特别有用的，因为其容易获得相变范围。石蜡混合物满足任何约0-300℃的PCM温度要求且很少或没有过冷效应。这似乎取决于一致的分子特性，特别是相对于混合物而言。US2003/0088019A1(Pause等)公开了将饱和烃或脂肪作为PCM引入到由聚氨酯凝胶制成的减震或缓冲材料中。当在例如鞋底、自行车座椅、椅子坐垫、床垫等制品中使用这种凝胶材料时，就提高了舒适性。石蜡没有封装而直接加入到聚氨酯基体中，因为封装会严重减缓和恶化热传递。此外，封装是昂贵的，并且封装物在软聚氨酯凝胶中会被磨损而破裂。根据US2003/0088019A1中描述的概念，非极性PCM在更极性的聚氨酯体系中被彻底乳化，优选在极性多元醇成分中，并在基质内夹杂于精细分散的液滴中。不幸的是，石蜡和脂肪往往会从聚氨酯中渗出，产生脂肪或油性表面，从而缩短了使用PCM的产品的寿命。此外，还可能丧失粘性，而粘性对于某些应用是重要性能。应当可以预期聚氨酯凝胶中所夹杂材料的渗出，因为US4404296()公开了将这些凝胶作为活性成分释放组合物使用。市售的另一重要类型的固-液相变材料包括脂肪酸和脂肪酸酯。后者可用于大约-50℃至大约+100℃之间的相变范围，并很容易以任何比例混入，以达到某种应用所需要的预期相变行为。然而，脂肪酸和脂肪酸酯彼此之间不像石蜡那样相容，容易表现出混溶间隙和过冷倾向。因此，在大多数情况下，无法预期脂肪酸酯PCM在特定的聚合物基质中是否有效，以及材料是否会出现实质性的、小的或没有过冷效应。对于同样的PCM，不同的基体聚合物可能产生不同的过冷行为。另一方面，即使是类似的PCM，也会在同一基质聚合物中表现出非常不同的行为。US2011/0281485A1(Rolland等)公开了一种组合物，其包括或由至少一种脂肪酸酯(PCM)和至少一种乙烯共聚物的共混物制得，其中的乙烯共聚物包含大量的极性共聚单体，优选乙酸乙烯酯或丙烯酸类成分。重点在于开发合适的共聚物组合物与常规的，如脂肪酸相变材料的共混物。通过提高乙酸乙烯酯含量可以减少过冷倾向。由于基质混合物必须适应PCM，材料会受限于对其他所希望性能的调整，例如机械性能。专利技术目的因此，本专利技术的一个目的是找到适用于聚氨酯凝胶的改进的热管理解决方案，以克服现有技术中遇到的问题。另一个目的是提供用于广泛应用温度范围的温度调节凝胶材料。再一个目的是找到在吸引力和触感上与基础凝胶等效的凝胶材料，其在具有众多温度变化周期的产品的长的使用寿命中保持稳定，没有PCM的渗出。最佳的热管理尤其被期待，从而促进与凝胶接触而休息的人的休闲性睡眠。温度平衡的热管理可以明显改善睡眠的舒适度。因此，本专利技术进一步的目标是提供一种聚氨酯凝胶组合物，其根据周围环境表现出温度调节或气候适应性。该材料还可以取决于身体实际产生的热量从与凝胶接触的人体吸收热量以及对身体释放热量，尤其是在睡眠过程中。专利技术人的目标是将PCM引入到聚氨酯基质中，同时对基础凝胶材料的触觉和力学性能没有负面影响。
技术实现思路
本专利技术的上述目标通过权利要求1的方法、权利要求8的温度调节凝胶组合物、权利要求12的包含凝胶组合物的制品以及权利要求18的组合物和制品的用途来本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备包含相变材料(PCM)的温度调节聚氨酯凝胶组合物的方法，其中相变材料(PCM)不经过封装直接引入至聚氨酯凝胶的液相中，其特征在于以下步骤：(1)选择和提供多元醇组分和异氰酸酯组分用来制备聚氨酯凝胶，其中用来膨胀凝胶网络的流体由所述多元醇组分提供，其中所述异氰酸酯组分包括一种或多种异氰酸酯，其反应性官能度为1.5到3.5，其中所述多元醇组分包含一种或多种具有理论上至少为三官能度的含有环氧乙烷的环氧烷烃聚醚多元醇，其具有0到40wt.％环氧乙烷(EO)；(2)提供液态的或熔融的PCM以达到预期的温度调节范围，其中PCM选自脂肪酸酯及其混合物；(3)在均为液态的状态下混合所述多元醇组分和PCM以获得组分之间完全混溶并且不产生相分离的单相；和(4)使所述单相的多元醇组分PCM混合物与所述异氰酸酯组分反应，以形成温度调节聚氨酯凝胶组合物。

【技术特征摘要】
2016.01.25 EP 16000169.91.制备包含相变材料(PCM)的温度调节聚氨酯凝胶组合物的方法，其中相变材料(PCM)不经过封装直接引入至聚氨酯凝胶的液相中，其特征在于以下步骤：(1)选择和提供多元醇组分和异氰酸酯组分用来制备聚氨酯凝胶，其中用来膨胀凝胶网络的流体由所述多元醇组分提供，其中所述异氰酸酯组分包括一种或多种异氰酸酯，其反应性官能度为1.5到3.5，其中所述多元醇组分包含一种或多种具有理论上至少为三官能度的含有环氧乙烷的环氧烷烃聚醚多元醇，其具有0到40wt.％环氧乙烷(EO)；(2)提供液态的或熔融的PCM以达到预期的温度调节范围，其中PCM选自脂肪酸酯及其混合物；(3)在均为液态的状态下混合所述多元醇组分和PCM以获得组分之间完全混溶并且不产生相分离的单相；和(4)使所述单相的多元醇组分PCM混合物与所述异氰酸酯组分反应，以形成温度调节聚氨酯凝胶组合物。2.根据权利要求1的方法，其特征在于：在多元醇组分中存在含量为至少60重量％的具有0到40重量％的环氧乙烷的环氧烷烃/环氧乙烷-聚醚多元醇。3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：所述环氧烷烃聚醚多元醇是环氧丙烷/环氧乙烷-聚醚多元醇，其分子量高于1900。4.根据权利要求1-3任一项的方法，其特征在于：所述聚醚多元醇包括按环氧乙烷重量计为10-25重量％含量的环氧乙烷。5.根据权利要求1-4任一项的方法，其特征在于：所述凝胶成分的异氰酸酯指数为20到75。6.根据权利要求1-5任一项的方法，其特征在于：所述凝胶组合物在高压注塑成型机中成型，以形成模塑的温度调节凝胶产品。7.根据权利要求6的方法，其特征在于：所述模具带有衬层，优选为聚合物膜，其形成模塑凝胶产品的覆盖层。8.根据权利要求1-7任一项的方法得到的温度调节聚氨酯凝胶组合物，其包括选自脂肪酸酯及其混合物的非渗出PCM，所述非渗出PCM直接被引入聚氨酯凝胶组合物的多元醇分散相中。9.根据权利要求8的温度调节聚氨酯凝胶组合物，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·梅森，
申请(专利权)人：意大利凝胶技术有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT