[发明专利]温度调节聚氨酯凝胶

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

EP 57838(等)、EP 511570(等)和US 4404296()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。

EP 2789 270 A1(Losio等)、WO 2013/076661 A1(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。US 2003/0088019 A1(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。