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特許7555329熱吸収能力を備えたコーティングされた連続気泡ポリウレタンフォーム構造体
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-12
(45)【発行日】2024-09-24
(54)【発明の名称】熱吸収能力を備えたコーティングされた連続気泡ポリウレタンフォーム構造体
(51)【国際特許分類】
C08J 9/42 20060101AFI20240913BHJP
C08G 18/00 20060101ALI20240913BHJP
B32B 5/18 20060101ALI20240913BHJP
B32B 27/40 20060101ALI20240913BHJP
C09D 201/00 20060101ALI20240913BHJP
C09D 5/00 20060101ALI20240913BHJP
C08G 101/00 20060101ALN20240913BHJP
【ＦＩ】
C08J9/42 CFF
C08G18/00 F
B32B5/18
B32B27/40
C09D201/00
C09D5/00
C08G101:00
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2021506724
(86)(22)【出願日】2019-08-21
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-12-09
(86)【国際出願番号】 US2019047496
(87)【国際公開番号】W WO2020041464
(87)【国際公開日】2020-02-27
【審査請求日】2022-08-08
(31)【優先権主張番号】62/720,409
(32)【優先日】2018-08-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】502141050
【氏名又は名称】ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100092783
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100095360
【弁理士】
【氏名又は名称】片山 英二
(74)【代理人】
【識別番号】100120134
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 規雄
(74)【代理人】
【識別番号】100104282
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 康仁
(72)【発明者】
【氏名】粟生 薫
(72)【発明者】
【氏名】シュイ、ウェンポ
(72)【発明者】
【氏名】クー、イーペイ
(72)【発明者】
【氏名】ブリュヌ、ダグラス
(72)【発明者】
【氏名】ディエッシュ、ラウラ
(72)【発明者】
【氏名】ブラック、マーク
【審査官】須藤 英輝
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－３０７１２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０７７７１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２０４７９７３７６（ＣＮ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０５Ｄ１／００－７／２６
Ｃ０８Ｊ９／００－９／４２
Ｃ０８Ｊ７／０４－７／０６
Ｂ３２Ｂ１／００－４３／００
Ｃ０９Ｄ１／００－１０／００
Ｃ０９Ｄ１０１／００－２０１／１０
Ｃ０８Ｇ１８／００－１８／８７
Ｃ０８Ｇ７１／００－７１／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体であって、第１の主表面および前記第１の主表面の反対側の第２の主表面を有する可撓性連続気泡ポリウレタンフォームと、
前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面の表面積の３０～９０パーセントを単一の連続ストリップまたは一連の平行なストリップの形状で覆う（ｃｏｖ．（被覆率）、％で表される）可撓性熱伝導性材料であって、前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームを前記可撓性熱伝導性材料の画定された縁部の間で露出させる１つ以上のギャップを提供し、前記１つ以上のギャップの各ギャップが、式Ｉ：
ギャップ幅（ｍｍ）≦－０．１９６×ｃｏｖ．（％）＋２０．６（式Ｉ）
に従うギャップ幅を有し、
前記１つ以上のギャップの総表面積が、前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面の前記表面積の７０～１０パーセントを提供する、可撓性熱伝導性材料と、を含み、前記可撓性熱伝導性材料が、カプセル化された相変化材料を含有する、
、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体。
【請求項2】
前記カプセル化された相変化材料が、前記可撓性熱伝導性材料１グラムあたり８０～３００ジュールの潜熱転移を有する、請求項1に記載の構造体。
【請求項3】
前記可撓性熱伝導性材料が、ゲルであるか、または前記可撓性熱伝導性材料が、金属である、請求項１に記載の構造体。
【請求項4】
前記可撓性熱伝導性材料の前記形状が、０．１～２ミリメートルの厚さを有する、請求項１～3のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項5】
前記可撓性熱伝導性材料の前記形状が、前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面上の単一の連続ストリップであるか、または前記可撓性熱伝導性材料の前記形状が、前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面上の一連の平行なストリップである。請求項１～4のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項6】
前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面上の前記単一の連続ストリップが、蛇行形状を有する、請求項5に記載の構造体。
【請求項7】
前記１つ以上のギャップの各ギャップの前記ギャップ幅が、同じ値を有するか、または前記１つ以上のギャップの各ギャップの前記ギャップ幅が、異なる値を有する、請求項１～6のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項8】
前記可撓性熱伝導性材料の少なくとも一部が、前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面と同一平面上にある前記コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの外面を形成するか、または前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの少なくとも一部が、前記可撓性熱伝導性材料を完全に覆う、請求項１～7のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項9】
前記可撓性熱伝導性材料が、ポリマー膜にカプセル化されているか、または前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームが、粘弾性ポリウレタンフォームである、請求項１～8のいずれか一項に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、連続気泡ポリウレタンフォーム構造体に関し、より具体的には、熱吸収能力を備えたコーティングされた連続気泡ポリウレタンフォーム構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
可撓性粘弾性ポリウレタンフォーム（緩徐回復フォーム、記憶性フォーム、および高減衰フォームとしても知られる）は、圧縮からの比較的緩徐で緩やかな回復を特徴とし、粘弾性フォームは、比較的より低い弾力性を有し得る。粘弾性フォームの例示的な用途は、形状適合、エネルギー減弱化、および／または音減衰などのフォームの特徴を利用する。例えば、粘弾性ポリウレタンフォームは、快適用途（寝具および枕など）、衝撃吸収用途（運動パッドおよびヘルメットなど）、騒音および／または振動減衰用途（例えば、耳栓、自動車パネルなど）、および濾過用途（真空エアフィルター、雨どい／雨受けを植物の葉などの破片および融雪物から保護するための溝ガードなど）において使用されてもよい。
【0003】
粘弾性フォームなどのフォームに対するコーティングは、部分的に、人体から環境への熱および／または水分の移動が不十分なことにより生じ得る温かい睡眠（「睡眠暑い」または「暑い睡眠」とも呼ばれる）に関連するような問題を最小化、軽減、および／または回避するために提案される。例えば、暖かい睡眠は、部分的に、人体の上にある毛布および／または人体の下にあるマットレスにより生じ得る。例えば、フォーム自体（フォームは大部分が空気であり得る）と比較して、ゲル層が提供し得る、より大きい固体質量および接触面積（「ヒートシンク効果」）のために、ポリウレタン系フォームの枕上にコーティングまたはラミネートされる（成形中または製造後の段階のいずれかで）固体ポリマーゲル層が、これらの問題を軽減するのに役立つことが示唆されている。固体ポリマーゲルの非通気性は、人間の頭部が通常は睡眠中に毛布で覆われず、人間の頭部が室内空気にさらされて余分に冷却されているため、枕では問題として見られない。しかしながら、使用中に毛布が人体を覆うマットレス材料では、固体ポリマーゲルの非通気性が、「ヒートシンク効果」によって克服されない不利益（例えば、暖かい睡眠、不快をもたらす人体に近い水分レベルの上昇など）をもたらすと考えられる。従って、当該技術分野では、先行技術に存在するこれらの不利益を克服する必要がある。
【発明の概要】
【0004】
本開示は、先行技術に存在する不利な点を克服するのを助けることができる熱吸収能力を備えたコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体を提供する。コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体は、第１の主表面および第１の主表面の反対側の第２の主表面を有する、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームを含む。コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォームは、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの第１の主表面の表面積の３０～９０パーセントを所定の形状で覆う（「ｃｏｖ．（被覆率）」、％で表される）可撓性熱伝導性材料であって、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームを可撓性熱伝導性材料の画定された縁部の間で露出させる１つ以上のギャップを提供し、１つ以上のギャップの各ギャップが、式Ｉ：
ギャップ幅（ｍｍ）≦－０．１９６×ｃｏｖ．（％）＋２０．６ （式Ｉ）
に従うギャップ幅を有し、
１つ以上のギャップの総表面積が、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの第１の主表面の表面積の７０～１０パーセントを提供する、可撓性熱伝導性材料をさらに含む。様々な実施形態では、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームは、粘弾性ポリウレタンフォームである。
ギャップ幅（ｍｍ）≦－０．１９６×ｃｏｖ．（％）＋２０．６ （式Ｉ）
に従うギャップ幅を有し、
１つ以上のギャップの総表面積が、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの第１の主表面の表面積の７０～１０パーセントを提供する、可撓性熱伝導性材料をさらに含む。様々な実施形態では、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームは、粘弾性ポリウレタンフォームである。
【0005】
本明細書で提供される様々な実施形態について、可撓性熱伝導性材料は、カプセル化された相変化材料を含有する。様々な実施形態では、カプセル化された相変化材料は、可撓性熱伝導性材料１グラムあたり８０～３００ジュールの潜熱転移を有する。追加の実施形態では、可撓性熱伝導性材料は、ゲルである。他の実施形態では、可撓性熱伝導性材料は、金属である。様々な実施形態について、可撓性熱伝導性材料は、ポリマー膜にカプセル化され得る。
【0006】
所定の形状の可撓性熱伝導性材料は、０．１～２ミリメートルの厚さを有することができる。可撓性熱伝導性材料の所定の形状は、連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームの第１の主表面上に単一の連続ストリップを含むことができる。一実施形態では、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの第１の主表面上の単一の連続ストリップは、蛇行形状を有する。代替の実施形態では、可撓性熱伝導性材料の所定の形状は、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの第１の主表面上の一連の平行なストリップである。
【0007】
様々な実施形態について、１つ以上のギャップのそれぞれのギャップ幅は、同じ値を有する。代替の実施形態では、１つ以上のギャップのそれぞれのギャップ幅は、異なる値を有する。本明細書で提供されるギャップ幅の各値は、式Ｉの式を使用して決定される。
【0008】
コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体の実施形態は、可撓性熱伝導性材料の少なくとも一部が、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの第１の主表面と同一平面上にあるコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの外面を形成する、構造体を含む。追加の実施形態では、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの少なくとも一部は、可撓性熱伝導性材料を完全に覆う。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示のコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体の実施形態である。
【図2】本開示のコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体の実施形態である。
【図3】本開示のコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体の実施形態である。
【図4】本開示のコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体の実施形態である。
【図5】本開示のギャップ幅を計算するための式ＩおよびＩＩを求めるために分析された、本発明の実施例および比較例の両方からのデータへの適合を示すグラフである。
【図6】眠っている人とマットレスとに使用される簡略化された形状モデルである。
【図7】本開示の一実施形態による、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体を通る熱および水分輸送をモデル化するために使用される可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体上のコーティングパターンの形状モデルの図である。
【図8】楕円を中心に原点を有する極座標で主軸から測った角度座標の図である。
【図9】本開示の一実施形態による、７０％のＰＣＭ被覆率、７つのギャップを有するコーティングパターンの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本開示は、先行技術に存在する不利な点を克服するのを助けることができる熱吸収能力を備えたコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体を提供する。本開示のコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体は、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームと、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体の第１の主表面の表面積の所定の割合を覆う可撓性熱伝導性材料と、を含む。しかしながら、他のコーティングとは異なり、本開示の可撓性熱伝導性材料は、可撓性熱伝導性材料の画定された縁部間に可撓性連続気泡ポリウレタンフォームを露出させる１つ以上のギャップを提供するために事前定義された形状を有する。１つ以上のギャップの各ギャップの幅は、本明細書で提供される非常に特定の式によって決定され、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体からの熱および水分の移動の両方のバランスを可能にし、これが、両方を冷却し、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体と相互作用する人の皮膚表面の水分レベルを維持するのに役立つ。
【0011】
本明細書で使用される場合、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、「少なくとも１つ」、および「１つ以上」は互換的に使用される。「および／または」という用語は、列挙された項目のうちの１つ、１つ以上、またはすべてを意味する。端点による数値範囲の列挙は、その範囲内のすべての数値が含む（例えば、１～５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５などを含む）。本明細書の図は、最初の１桁または複数桁が図面の図番号に対応し、残りの桁が図面内の要素を識別するという番号付け規則に従っている。異なる数字間の同様の要素は、同様の数字を使用することによって識別することができる。例えば、３５４は、図３の要素「５４」を指定することができ、同様の要素は、図４の４５４として指定することができる。図の目的は例示することであり、図は決して限定することを意図したものではないことを強調される。本明細書の図は、縮尺通りではない場合があり、図中の要素の関係は誇張されている場合がある。これらの図は、本明細書で説明する概念的な構造体および方法を説明するために使用されている。
【0012】
様々な実施形態について、本開示のコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体は、マットレス、クッション、枕、布張りの家具、または支持および／もしくは緩衝に加えて熱および水分移動の両方が望ましい任意の他の物品に使用することができる。しかしながら、これらは、本明細書に開示される実施形態の単なる例示的な実装形態であることに留意されたい。実施形態は、上述したものと同様の問題（例えば、熱および水分の移動）の影響を受けやすい他の技術にも適用可能である。例えば、本明細書に記載のコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体は、とりわけ、履物、履物インサート、保護スポーツ器具（例えば、ヘルメット、肩パッド、すねパッドなど）および保護衣類（例えば、オートバイのジャケット、耳栓など）に使用され得、これらはすべて本実施形態の範囲内にある。
【0013】
本明細書で論じられるような可撓性熱伝導性材料は、本明細書で論じられるように、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム上に事前定義された形状を有し、その結果、可撓性熱伝導性材料の画定された縁部間に可撓性連続気泡ポリウレタンフォームを露出させる１つ以上の「ギャップ」を提供する。本明細書で使用される場合、ギャップは、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの埋められていない空間もしくは間隔、または可撓性連続気泡ポリウレタンフォームを露出する可撓性熱伝導性材料の連続性の破断部である。
【0014】
一実施形態では、可撓性熱伝導性材料は、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームに適用され、その中におよびその上に吸着することができる。あるいは、チャネルまたは溝が、可撓性の連続気泡ポリウレタンフォームに形成または提供され、そこでは、可撓性熱伝導性材料が、チャネルまたは溝の少なくとも一部を埋める。かかる（チャネルまたは溝が可撓性連続気泡ポリウレタンフォームに形成または提供される）構造体の場合には、可撓性熱伝導性材料は、可撓性熱伝導性材料の少なくとも一部が可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの第１の主表面と同一平面上にあるコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの外面を形成するように、チャネルまたは溝を少なくとも埋めることができる。代替の実施形態では、可撓性熱伝導性材料は、可撓性熱伝導性材料が、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの第１の主表面と同一平面上にあるコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの外面を形成するように、チャネルまたは溝を完全には埋めない。かかる構造体の場合、可撓性熱伝導性材料は、可撓性熱伝導性材料が、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム第１の主表面と同一平面上にないように、チャネルまたは溝を部分的にだけ埋める。構成に関係なく、可撓性熱伝導性材料は、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームと一体の三次元構造体を形成する。かかる構造体は、本明細書で定義されるように、可撓性熱伝導性材料が、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体の第１の主表面の少なくとも一部を形成することを可能にする。かかる構造体はまた、可撓性熱伝導性材料が、第１の主表面の近くまたは隣接して、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体の内部部分の少なくとも一部を形成することを可能にする。
【0015】
ここで図１を参照すると、本開示の一実施形態による、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体１００の例が示されている。コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体１００は、第１の主表面１０４および第１の主表面１０４の反対側の第２の主表面１０６を有する、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム１０２を含む。コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体１００は、本明細書で論じられるように、可撓性熱伝導性材料１０８のアレイをさらに含む。様々な実施形態について、可撓性熱伝導性材料１０８は、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム１０２の第１の主表面１０４の表面積の３０～９０パーセントを覆う（「ｃｏｖ．％（被覆率）」、％で表される）。第１の主表面１０４の表面積の３０～９０パーセントを覆う可撓性熱伝導性材料１０８は、可撓性熱伝導性材料１０８の画定された縁部１１２間に可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム１０２を露出させる１つ以上のギャップ１１０を提供する所定の形状である。１つ以上のギャップ１１０の各ギャップ１１０は、式Ｉに従って決定されるギャップ幅１１４（本明細書ではミリメートル（ｍｍ）で表される）を有する。
ギャップ幅（ｍｍ）≦－０．１９６×ｃｏｖ．％＋２０．６（式Ｉ）。
ギャップ幅（ｍｍ）≦－０．１９６×ｃｏｖ．％＋２０．６（式Ｉ）。
【0016】
式Ｉを使用して計算されたギャップ幅１１４は、すべての場合でゼロ（０）より大きくなる。様々な実施形態について、ギャップ幅１１４は、式ＩＩに従って決定することができる。
ギャップ幅（ｍｍ）＝－０．１９６×ｃｏｖ．％＋２０．６（式ＩＩ）。
ギャップ幅（ｍｍ）＝－０．１９６×ｃｏｖ．％＋２０．６（式ＩＩ）。
【0017】
様々な実施形態について、ギャップ幅１１４は、ギャップ１１０を画定する縁部１１２の長さに対して直角に取られた水平方向の測定値として解釈される。あるいは、ギャップ幅１１４は、ギャップ１１０を画定する縁部１１２間で垂直に取られた、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム１０２の第１の主表面１１０に沿って測定された長さであり得る。ギャップ幅１１４を測定するためのこれ以降の実施形態は、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム１０２の第１の主表面１１０が湾曲（曲率がゼロではない）または非平面（平面とは対照的に）構成にあるときにギャップ幅１１４を測定することを可能にする。様々な実施形態について、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム１０２の第１の主表面１１０の湾曲または非平面構成は、第１の主表面１１０がその初期形状（例えば、平面形状）から湾曲または非平面構成を有する形状に少なくとも部分的に変形するように、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム１０２上の人および／または物体の存在によって（すなわち、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体１００が「使用中」であるとき）付与することができる。
【0018】
可撓性熱伝導性材料１０８は、第１の主表面１０４の表面積の３０～９０パーセントを覆うので、１つ以上のギャップ１１０の総表面積は、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム１０２の第１の主表面１０４の表面積の７０～１０パーセントを提供する。可撓性熱伝導性材料１０８の表面積および１つ以上のギャップ１１０の表面積は、合計で第１の主表面１０４の１００パーセントとなり得る。一実施形態では、可撓性熱伝導性材料１０８の表面積および１つ以上のギャップ１１０の表面積は、合計で第１の主表面１０４の１００パーセントである。
【0019】
前述のように、可撓性熱伝導性材料１０８は、第１の主表面１０４の表面積の３０～９０パーセントを覆う。この範囲の表面積のすべての個々の値および部分範囲が本明細書に含まれ、かつ開示されている。例えば、いくつかの実施形態では、可撓性熱伝導性材料１０８は、第１の主表面１０４の表面積の３０～８０パーセント、３０～７０パーセント、３０～６０パーセント、３０～５０パーセント、４０～９０パーセント、５０～９０パーセント、６０～９０パーセント、または７０～９０パーセントを覆う。同様に、１つ以上のギャップ１１０の表面積は、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム１０２の第１の主表面１０４の表面積の７０～１０パーセントを提供し、ここで、この範囲の表面積のすべての個々の値および部分範囲は、本明細書に含まれ、かつ開示される。例えば、いくつかの実施形態では、１つ以上のギャップ１１０の表面積は、第１の主表面１０４の表面積の７０～２０パーセント、７０～３０パーセント、７０～４０パーセント、７０～５０パーセント、６０～１０パーセント、５０～１０パーセント、４０～１０パーセント、または３０～１０パーセントを覆う。
【0020】
図１に示すように、第１の主表面１０４および第２の主表面１０６は、互いに平行な平面であるとして示されている。しかしながら、主表面が平面ではない、および／または互いに平行でないものを含む、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体の表面の他の形状が可能であることが理解される。他の表面形状としては、とりわけ、球形、半球形、円錐形、半円錐形、円筒形、半円筒形、楕円形、半楕円形、または多角形が挙げられ得る。
【0021】
可撓性熱伝導性材料が、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの第１の主表面上に着座することも可能である。この本実施形態では、可撓性熱伝導性材料が可撓性連続気泡ポリウレタンフォームのギャップ幅を維持できるように、可撓性熱伝導性材料を接着剤で可撓性連続気泡ポリウレタンフォームに結合することができる。
【0022】
様々な実施形態では、所定の形状の可撓性熱伝導性材料１０８は、０．１～２ｍｍの厚さを有することができる。一実施形態では、可撓性熱伝導性材料１０８の厚さは、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームに達している。あるいは、可撓性熱伝導性材料１０８の厚さは、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームのチャネルまたは溝まで達している。この範囲の厚さのすべての個々の値および部分範囲が本明細書に含まれ、かつ開示されている。例えば、所定の形状の可撓性熱伝導性材料１０８は、０．１～１．５ｍｍ、０．１～１．０ｍｍ、０．１～０．５ｍｍ、０．５～２．０ｍｍ、１．０～２．０ｍｍ、または１．５～２．０ｍｍの厚さを有することができる。
【0023】
可撓性熱伝導性材料１０８の所定の形状は、様々な形状および／または構成を有することができる。例えば、図１に示されるように、可撓性熱伝導性材料１０８は、連続気泡可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム１０２の第１の主表面１０４上の単一の連続ストリップである。また、図１に示すように、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム１０２の第１の主表面１０４上の単一の連続ストリップは、蛇行形状を有する。連続気泡可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム１０２の第１の主表面１０４上の単一の連続ストリップの形態の可撓性熱伝導性材料１０８は、他の形状を有することができる。例としては、アルキメデススパイラル、または本明細書で論じられるように１つ以上のギャップを維持しながら、連続気泡可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム１０２の第１の主表面１０４の中心点の周りに本質的に延びる可撓性熱伝導性材料１０８の単一の連続ストリップで可能な他の任意の幾何学的形状が挙げられるが、これらに限定されない。
【0024】
代替の実施形態では、可撓性熱伝導性材料の所定の形状は、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの第１の主表面上の一連の平行なストリップである。この実施形態の図が図２で見られ、ここでは、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体２００は、第１の主表面２０４および第１の主表面２０４の反対側の第２の主表面２０６を有する、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム２０２を含む。コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体２００は、本明細書で論じられるように、可撓性熱伝導性材料２０８のアレイをさらに含み、可撓性熱伝導性材料２０８の所定の形状は、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム２０２の第１の主表面２０４上の一連の平行ストリップである。また、図２には、１つ以上のギャップ２１０のそれぞれのギャップ幅２１４が同じ値を有する実施形態が示されている。
【0025】
図３は、本開示による、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００の追加の実施形態を提供する。コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００は、本明細書で論じられるように、第１の主表面３０４および第１の主表面３０４の反対側の第２の主表面３０６を有する、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム３０２を含む。コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００は、本明細書で論じられるように、可撓性熱伝導性材料３０８のアレイをさらに含み、ここでは、１つ以上のギャップ３１０のそれぞれのギャップ幅３１４は、異なる値を有する。図３に示されるように、中心長手方向軸３１６の近くのギャップ３１０のギャップ幅３１４は、第１の主表面３０４の外側長手方向縁部３１８の近くにあるギャップ３１０よりも大きい。この構成は、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００の中心長手方向軸３１６の近くのギャップ３１０が、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００が使用されているときに、式Ｉまたは式ＩＩのいずれかを使用して決定されたギャップ幅値の範囲に入るか、またはそのままであるギャップ幅を維持することを可能にする。例えば、人がコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００（例えば、マットレスの形態の）上に横たわっている場合、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００上に横たわっている人の湾曲した形状は、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００に、中心長手方向軸３１６に対して垂直に見られるような細長い湾曲形状を取らせるであろう。この形状をとる際に、中心長手方向軸３１６内およびその周辺の「より大きな」ギャップ幅は、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００が屈曲および圧縮して、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００上に横たわる人を受け入れて支持するので減少する。変形されていないコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００にこの「より大きな」ギャップ幅を提供することにより、人がコーティングされた可撓性オープンセルポリウレタンフォーム構造体３００上に横たわったときに生じるギャップは、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００が使用されているとき、式Ｉまたは式ＩＩのいずれかを使用して決定されたギャップ幅値内に依然としてあるか、またはそれを達成するであろう。
【0026】
同様に、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００が、この構造体３００に横たわる人のために湾曲し始める領域内および領域の周りの（上記の湾曲形状が開始するところの縁部の近くの）可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００のギャップ幅は伸長し、それによってギャップのサイズが大きくなる。この伸長に対応するために、中心長手方向軸３１６から離れたコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００のギャップ幅を、中心長手方向軸３１６の周りのギャップ幅よりもわずかに小さくさせることができ、これにより、これらのギャップは、伸長状態にあるときに、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体３００が使用されているとき、式Ｉまたは式ＩＩのいずれかを使用して決定されたギャップ幅値内に依然としてあるか、またはそれを達成するであろう。
【0027】
ここで図４を参照すると、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体４００の実施形態が示されており、ここでは、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム４０２－１および４０１－２の少なくとも一部が可撓性熱伝導性材料４０８を完全に覆っている。図４の図は、可撓性熱伝導性材料４０８が見えるように分解図で示され、動作中、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの部分が可撓性熱伝導性材料４０８を完全に覆っている。図４に示されるように、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体４００は、可撓性熱伝導性材料４０８を含む可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム４０２の第１の部分４０２－１を含む。可撓性熱伝導性材料４０８は、本明細書で提供されるような形状および／または構成のいずれか１つであり得、ここで、１つ以上のギャップ４１０のギャップ幅４１４は、本明細書で提供される式Ｉまたは式ＩＩを使用して決定される。可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム４０２の第２の部分４０２－２は、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体４００の第１の部分４０２－１の可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム４０２と第２の部分４０２－２との間に可撓性熱伝導性材料４０８を「挟む」ように、可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム４０２の第１の部分４０２－１の上に配置される。
【0028】
本明細書で論じられるように、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体において、可撓性熱伝導性材料の２つ以上のアレイを有することも可能である。例えば、可撓性熱伝導性材料の第１のアレイは、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体の第１の部分と第２の部分の可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの間に挟まれることができ（図４に見られるように）、一方、可撓性熱伝導性材料の第２のアレイは、（例えば、図１、図２、または図３のいずれか１つに見られる可撓性熱伝導性材料のアレイと同様に）コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体の第２の部分の外面に配置することができる。このように、可撓性熱伝導性材料のアレイは、本開示のコーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体内により多くの可撓性熱伝導性材料が存在することを可能にするのに役立つ積み重ね構成にある。
【0029】
可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム
本明細書で論じられるように、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体の実施形態は、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームを使用する。本明細書で論じられるように、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームは、粘弾性連続気泡ポリウレタンフォームであり得る。粘弾性ポリウレタンフォームは、一実施形態において、反発弾性試験としても称され得るＡＳＴＭ Ｄ３５７４試験Ｈに従って測定されたとき、２０％以下の弾力性を有するものとして特徴付けられ得る。例えば、弾力性は、１５％未満、１０％未満、８％未満、７％未満、４％未満、および／または３％未満であり得る。いずれの場合も、弾力性は、１％超であり得る。
本明細書で論じられるように、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体の実施形態は、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームを使用する。本明細書で論じられるように、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームは、粘弾性連続気泡ポリウレタンフォームであり得る。粘弾性ポリウレタンフォームは、一実施形態において、反発弾性試験としても称され得るＡＳＴＭ Ｄ３５７４試験Ｈに従って測定されたとき、２０％以下の弾力性を有するものとして特徴付けられ得る。例えば、弾力性は、１５％未満、１０％未満、８％未満、７％未満、４％未満、および／または３％未満であり得る。いずれの場合も、弾力性は、１％超であり得る。
【0030】
粘弾性ポリウレタンフォームは、イソシアネート成分およびイソシアネート反応性成分を含む反応系を使用して調製され得る。具体的には、粘弾性フォームは、イソシアネート成分とイソシアネート反応性成分との反応生成物として形成される。イソシアネート成分は、少なくとも１つのイソシアネート、例えば、イソシアネート末端プレポリマーおよび／またはポリイソシアネートを含む。イソシアネート反応性成分は、イソシアネート反応性水素原子基、例えば、ヒドロキシル基および／またはアミン基を有する少なくとも１つの化合物を含む。イソシアネート成分および／またはイソシアネート反応性成分は、他の材料の中でもとりわけ、触媒、硬化剤、界面活性剤、発泡剤、ポリアミン、および／または充填剤などの添加剤を含み得る。
【0031】
実施形態によれば、イソシアネート反応性成分は、少なくとも３つの成分を含むことができる。具体的には、イソシアネート反応性成分は、ポリオール成分、添加剤成分、および事前形成された水性ポリマー分散物を含むことができる。
【0032】
ポリオール成分は、粘弾性ポリウレタンフォームを形成するための反応系の大部分の成分となるように、イソシアネート反応性成分の５０．０重量パーセント（重量％）～９９．８重量％を占める。ポリオール成分の他の値の範囲としては、６０．０重量％～９９．８重量％、７０．０重量％～９９．５重量％、８０．０重量％～９９．０重量％、および９０．０重量％～９９．０重量％を挙げることができる。ポリオール成分は、少なくとも１つのポリエーテルポリオールを含み、任意選択で、少なくとも１つのポリエステルポリオールを含んでもよい。
【0033】
添加剤成分は、触媒、硬化剤、界面活性剤、発泡剤、ポリアミン、水、および／または充填剤を含み得る。添加剤成分は、イソシアネート反応性成分の総重量に基づいて、添加剤成分の０．１重量％～５０．０重量％を占める。添加剤成分の他の値の範囲としては、０．１重量％～４０．０重量％、０．１重量％～３０．０重量％、０．１重量％～２０．０重量％、０．１重量％～１５．０重量％、０．１重量％～１０．０重量％または０．１重量％～５．０重量％を挙げることができる。例示的な実施形態における添加剤成分は、少なくとも１つの触媒および少なくとも１つの界面活性剤を含む。
【0034】
任意の事前形成された水性ポリマー分散物は、イソシアネート反応性成分の０．１重量％～６．０重量％を占めてもよい。任意の事前形成された水性ポリマー分散物の他の値の範囲としては、０．１重量％～５．０重量％、０．１重量％～４．５重量％、０．１重量％～４．０重量％、０．１重量％～３．５重量％、０．１重量％～３．０重量％、０．４重量％～２．５重量％、または０．５重量％～２．０重量％を挙げることができる。事前形成された水性ポリマー分散物は、水性酸ポリマー分散物または水性酸改質ポリオレフィンポリマー分散物のうちの１つであり、ポリオレフィンは少なくとも１つのＣ２～Ｃ２０α－オレフィン（例えば、少なくとも１つのＣ２～Ｃ２０α－オレフィンおよび／またはＣ２～Ｃ８α－オレフィン）から誘導される。事前形成された水性ポリマー分散物は、事前形成された水性ポリマー分散物の総重量に基づいて、１０重量％～８０重量％の固形分を有する。水性ポリマー分散物は、粘弾性ポリウレタンフォームを形成するために使用される１つ以上の水性ポリマー分散物の組み合わせであってもよい。
【0035】
粘弾性フォームは、組成によって互いに異なるが、事前形成された水性ポリマー分散物および事前形成された水性ポリマー分散剤の群から選択される少なくとも１つを使用して任意選択で調製されるフリーライズフォームまたは成形フォームであり得る。例示的な実施形態は、事前形成された水性ポリマー分散物のみ、事前形成された水性ポリマー分散剤のみ、または事前形成された水性ポリマー分散物と事前形成された水性ポリマー分散剤との組み合わせを含み得る。
【0036】
事前形成された水性ポリマー分散剤添加剤を使用して調製された粘弾性フォームは、標準条件下で毎分４．０標準立方フィート（ｓｃｆｍ）（およそ１．９Ｌ／秒）超の空気流を有し得る。粘弾性フォームは、標準条件下で毎分５．０標準立方フィート（ｓｃｆｍ）（およそ２．４Ｌ／秒）超の空気流を有し得る。粘弾性フォームは、２０秒未満（例えば、１０秒未満および／または５秒未満）の回復時間（粘弾性回復時間とも呼ばれる）を有し得る。例えば、弾力性を犠牲にすることなく、増加した空気流を有する粘弾性ポリウレタンフォームが調製され得る。
【0037】
ポリオール成分
ポリオール成分は、少なくとも１つのポリエーテルポリオールおよび／またはポリエステルポリオールを含む。例示的なポリエーテルポリオールは、アルキレンオキシド（例えば、少なくとも１つのエチレンオキシド、プロピレンオキシド、および／またはブチレンオキシド）と１分子当たり２～８個の活性水素原子を含有する開始剤との反応生成物である。例示的な開始剤としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブタンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、トリエタノールアミン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、エチレンジアミン、トルエンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ポリメチレンポリフェニレンポリアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、およびかかる開始剤の混合物が挙げられる。例示的なポリオールとしては、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶＯＲＡＮＯＬ（商標）製品が挙げられる。ポリオール成分は、粘弾性ポリウレタンフォームを形成するために使用可能なポリオールを含んでもよい。
ポリオール成分は、少なくとも１つのポリエーテルポリオールおよび／またはポリエステルポリオールを含む。例示的なポリエーテルポリオールは、アルキレンオキシド（例えば、少なくとも１つのエチレンオキシド、プロピレンオキシド、および／またはブチレンオキシド）と１分子当たり２～８個の活性水素原子を含有する開始剤との反応生成物である。例示的な開始剤としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブタンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、トリエタノールアミン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、エチレンジアミン、トルエンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ポリメチレンポリフェニレンポリアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、およびかかる開始剤の混合物が挙げられる。例示的なポリオールとしては、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶＯＲＡＮＯＬ（商標）製品が挙げられる。ポリオール成分は、粘弾性ポリウレタンフォームを形成するために使用可能なポリオールを含んでもよい。
【0038】
例えば、ポリオール成分は、（ポリオールを形成するために使用されるアルキレンオキシドの総重量に基づいて）少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有し、２～６（例えば、２～４）の公称ヒドロキシル官能基を有し、５００ｇ／ｍｏｌ～５０００ｇ／ｍｏｌ（例えば、５００ｇ／ｍｏｌ～４０００ｇ／ｍｏｌ、６００ｇ／ｍｏｌ～３０００ｇ／ｍｏｌ、６００ｇ／ｍｏｌ～２０００ｇ／ｍｏｌ、７００ｇ／ｍｏｌ～１５００ｇ／ｍｏｌ、および／または８００ｇ／ｍｏｌ～１２００ｇ／ｍｏｌ）の数平均分子量を有するポリオキシエチレン－ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールを含んでもよい。少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシエチレン－ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールは、イソシアネート反応性成分の５重量％～９０重量％（例えば、１０重量％～９０重量％、２５重量％～９０重量％、２５重量％～８５重量％、３５重量％～８５重量％、４５重量％～８５重量％、５０重量％～８０重量％、および／または５５重量％～７０重量％）を占め得る。少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシエチレン－ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールは、イソシアネート反応性成分において主成分であってもよい。
【0039】
ポリオール成分は、（ポリオールを形成するために使用されるアルキレンオキシドの総重量に基づいて）少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有し、４～８（例えば、５～８）の公称ヒドロキシル官能基を有し、５，５００ｇ／／ｍｏｌ～２０，０００ｇ／／ｍｏｌ（例えば、５，５００ｇ／／ｍｏｌ～１７，５００ｇ／／ｍｏｌ、５，５００ｇ／／ｍｏｌ～１５，５００ｇ／／ｍｏｌ、５，５００ｇ／／ｍｏｌ～１４，５００ｇ／／ｍｏｌ、６，５００ｇ／／ｍｏｌ～１４，５００ｇ／／ｍｏｌ、８，５００ｇ／／ｍｏｌ～１４，５００ｇ／／ｍｏｌ、および／または１０，５００ｇ／／ｍｏｌ～１４，５００ｇ／／ｍｏｌ）の数平均分子量を有する高分子量ポリオキシエチレン－ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールを含んでもよい。少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシエチレン－ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールは、イソシアネート反応性成分の５重量％～９０重量％（例えば、５重量％～７５重量％、５重量％～５５重量、５重量％～５０重量％、５重量％～４５重量％、５重量％～３５重量％、５重量％～２５重量％、および／または１０重量％～２０重量％）を占め得る。高分子量ポリオキシエチレン－ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールは、本明細書で論じられる比較的低分子量のポリオキシエチレン－ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールに加えてもよい。
【0040】
ポリオール成分は、ポリオールを形成するために使用されるアルキレンオキシドの総重量に基づき、２０重量％未満のエチレンオキシド含有量を有し、２～６（例えば、２～４）の公称ヒドロキシル官能基を有し、１０００ｇ／ｍｏｌ超（または１５００ｇ／ｍｏｌ超）、６０００ｇ／ｍｏｌ未満の数平均分子量を有するポリオキシプロピレン－ポリオキシエチレンポリエーテルポリオールを含んでもよい。例えば、分子量は、１５００ｇ／ｍｏｌ～５０００ｇ／ｍｏｌ、１６００ｇ／ｍｏｌ～５０００ｇ／ｍｏｌ、２０００ｇ／ｍｏｌ～４０００ｇ／ｍｏｌ、および／または２５００ｇ／ｍｏｌ～３５００ｇ／ｍｏｌであり得る。エチレンオキシド含有量が２０重量％未満であるポリオキシプロピレン－ポリオキシエチレンポリエーテルポリオールは、イソシアネート反応性成分の５重量％～９０重量％（例えば、５重量％～７０重量％、５重量％～５０重量％、１０重量％～４０重量％、および／または１０重量％～３０重量％）を占め得る。２０重量％未満のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシプロピレン－ポリオキシエチレンポリエーテルポリオールは、少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールとブレンドされていてもよく、一方、後者はより大きい量で含まれる。
【0041】
ポリオール成分は、２～６（例えば、２～４）の名目ヒドロキシル官能価を有し、５００ｇ／ｍｏｌ～６０００ｇ／ｍｏｌ（例えば、５００ｇ／ｍｏｌ～５５００ｇ／ｍｏｌ、６００ｇ／ｍｏｌ～５０００ｇ／ｍｏｌ、７００ｇ／ｍｏｌ～１５００ｇ／ｍｏｌ、８００ｇ／ｍｏｌ～１２００ｇ／ｍｏｌ、３０００ｇ／モル～６０００ｇ／ｍｏｌ、３０００ｇ／ｍｏｌ～５５００ｇ／ｍｏｌ、３５００ｇ／ｍｏｌ～５５００ｇ／ｍｏｌ、および／または４５００ｇ／ｍｏｌ～５５００ｇ／ｍｏｌ）の数平均分子量を有する、ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールを含んでもよい。ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールは、イソシアネート反応性成分の５重量％～９０重量％（例えば、５重量％～７０重量％、５重量％～５０重量％、１０重量％～４０重量％、および／または１０重量％～３０重量％）を占め得る。ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールは、少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールとブレンドされていてもよく、一方、後者はより大きい量で含まれる。
【0042】
例示的な実施形態では、ポリオール成分は、少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシエチレン－ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオール、２０重量％未満のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシエチレン－ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオール、および／またはポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールのブレンドを含み得る。他の例示的な実施形態では、ポリオール成分は、少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシエチレン－ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオール、少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有する高分子量ポリオキシエチレン－ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオール、２０重量％未満のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシエチレン－ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオール、および／またはポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールのブレンドを含んでもよい。
【0043】
ポリオール成分は、イソシアネート成分に接触する前に、事前形成された水性ポリマー分散物（および任意選択で、添加剤成分の少なくとも一部）と混合されてもよい。
【0044】
添加剤成分
添加剤成分は、事前形成された水性分散物およびポリオール成分を形成する成分から分離される。添加剤成分は、イソシアネート反応性成分の一部であるが、他の添加剤はイソシアネート成分に組み込まれてもよい。添加剤成分は、触媒、硬化剤、架橋剤、界面活性剤、発泡剤（水性ポリマー分散物から分離された、水性および非水性）、ポリアミン、可塑剤、芳香剤、色素、抗酸化剤、ＵＶ安定剤、水（水性ポリマー分散物から分離された）、ならびに／または充填剤を含み得る。他の例示的な添加剤としては、鎖延長剤、難燃剤、煙抑制剤、乾燥剤、タルク、粉末、離型剤、ゴムポリマー（「ゲル」）粒子、ならびに粘弾性フォームおよび粘弾性フォーム製品で使用するための当該技術分野において既知の他の添加剤が挙げられる。
添加剤成分は、事前形成された水性分散物およびポリオール成分を形成する成分から分離される。添加剤成分は、イソシアネート反応性成分の一部であるが、他の添加剤はイソシアネート成分に組み込まれてもよい。添加剤成分は、触媒、硬化剤、架橋剤、界面活性剤、発泡剤（水性ポリマー分散物から分離された、水性および非水性）、ポリアミン、可塑剤、芳香剤、色素、抗酸化剤、ＵＶ安定剤、水（水性ポリマー分散物から分離された）、ならびに／または充填剤を含み得る。他の例示的な添加剤としては、鎖延長剤、難燃剤、煙抑制剤、乾燥剤、タルク、粉末、離型剤、ゴムポリマー（「ゲル」）粒子、ならびに粘弾性フォームおよび粘弾性フォーム製品で使用するための当該技術分野において既知の他の添加剤が挙げられる。
【0045】
添加剤成分は、スズ触媒、亜鉛触媒、ビスマス触媒、および／またはアミン触媒を含み得る。イソシアネート反応性成分における触媒の総量は、０．１重量％～３．０重量％であってもよい。
【0046】
界面活性剤は、例えば、フォームが膨張して硬化する際にそれを安定させるのを助けるために、添加剤成分に含まれ得る。界面活性剤の例としては、非イオン性界面活性剤および湿潤剤、例えば、プロピレンオキシド、次いでエチレンオキシドの、プロピレングリコール、固体または液体の有機ケイ素、および長鎖アルコールのポリエチレングリコールエーテルへの順次添加によって調製されるものが挙げられる。イオン性界面活性剤、例えば長鎖アルキル酸硫酸エステルの３級アミンまたはアルカノールアミン塩、アルキルスルホン酸エステル、およびアルキルアリールスルホン酸を使用してもよい。例えば、配合物は、オルガノシリコーン界面活性剤などの界面活性剤を含み得る。イソシアネート反応性成分中の有機シリコーン界面活性剤の総量は、０．１重量％～５．０重量％、０．１重量％～３．０重量％、０．１重量％～２．０重量％、および／または０．１重量％～１．０重量％であり得る。
【0047】
添加剤成分は、事前形成された水性ポリマー分散物から分離される、水を含んでもよい。水は、イソシアネート反応性成分の総重量の２．０重量％未満を占めてもよい。事前形成された水性ポリマー分散物からの水と追加成分からの水とを含む全体の水は、イソシアネート反応性成分の総重量の５重量％未満を占めてもよい。
【0048】
添加剤成分は、水性ポリマー分散物の使用を基準にして、任意の従来のポリウレタンフォーム化学セルオープナ（ｃｅｌｌ ｏｐｅｎｅｒｓ）を除外してもよい。添加剤成分は、ポリブチレン、ポリブタジエン、およびワックス状脂肪族炭化水素、例えば低弾力性フォームにおいて一般に用いられるセルオープナである油（例えば、鉱油、パラフィン油、および／またはナフテン系油）を除外してもよい。添加剤成分は、例えば、米国特許第４，５９６，６６５号で述べられるように、少なくとも４つの炭素原子を有するα，β－アルキレンオキシドのアルコキシル化から主に誘導されたポリオールであるセルオープナを除外してもよい。添加剤成分は、例えば、米国特許第４，８６３，９７６号の背景技術の節で述べられるように、エチレンオキシドまたはブチレンオキシドから誘導された単位の高い比率（通常、５０パーセント以上）を含有する最大約３５００の分子量のポリエーテルであるセルオープナを除外してもよい。添加剤成分は、例えば、米国特許第４，８６３，９７６号の特許請求の範囲において述べられるように、少なくとも５０００の分子量を有し、かつ少なくとも５０重量％のオキシエチレン単位を有するポリエーテルポリオールであるセルオープナを除外してもよい。
【0049】
イソシアネート成分
イソシアネート成分は、少なくとも１つのイソシアネートを含む。イソシアネート成分は、５０～１５０のイソシアネート指数で存在する。イソシアネート指数の他の値の範囲としては、６０～１４０、６５～１３０、６５～１００、６５～９５、６５～９０、および／または６５～８５が挙げられる。イソシアネート指数は、１００を乗算した、イソシアネート反応性単位（イソシアネート部分と反応するために利用可能な活性水素）のモル数に対する、反応混合物中のイソシアネート部分のモル化学量論的過剰量として定義される。１００のイソシアネート指数は、１００を乗算した、１．０モルのイソシアネート反応性基当たり１．０モルのイソシアネート基が存在するように、化学量論的過剰量が存在しないことを意味する。
イソシアネート成分は、少なくとも１つのイソシアネートを含む。イソシアネート成分は、５０～１５０のイソシアネート指数で存在する。イソシアネート指数の他の値の範囲としては、６０～１４０、６５～１３０、６５～１００、６５～９５、６５～９０、および／または６５～８５が挙げられる。イソシアネート指数は、１００を乗算した、イソシアネート反応性単位（イソシアネート部分と反応するために利用可能な活性水素）のモル数に対する、反応混合物中のイソシアネート部分のモル化学量論的過剰量として定義される。１００のイソシアネート指数は、１００を乗算した、１．０モルのイソシアネート反応性基当たり１．０モルのイソシアネート基が存在するように、化学量論的過剰量が存在しないことを意味する。
【0050】
イソシアネート成分は、１つ以上のイソシアネート、例えば、ポリイソシアネートおよび／またはイソシアネート末端プレポリマーを含み得る。イソシアネートは、脂肪族、脂環式、脂環の、アリール脂肪族、および／もしくは芳香族ポリイソシアネート、またはそれらの誘導体であるイソシアネート含有反応物であってもよい。例示的な誘導体としては、アロファネート、ビウレット、およびＮＣＯ（イソシアネート部分）末端プレポリマーが挙げられる。例えば、イソシアネート成分は、少なくとも１つの芳香族イソシアネート、例えば、少なくとも１つの芳香族ポリイソシアネートまたは芳香族ポリイソシアネートから誘導された少なくとも１つのイソシアネート末端プレポリマーを含んでもよい。イソシアネート成分は、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）の少なくとも１つの異性体、粗ＴＤＩ、ジフェニルメチレンジイソシアネート（ＭＤＩ）の少なくとも１つの異性体、粗ＭＤＩ、および／またはより高い官能性のメチレンポリフェニルポリイソシアネートを含み得る。例としては、その２，４および２，６－異性体、ならびにそれらの混合物の形態のＴＤＩ、およびその２，４’－、２，２’－、および４，４’－異性体、ならびにそれらの混合物の形態のＭＤＩが挙げられる。ＭＤＩおよびそのオリゴマーの混合物は、粗もしくはポリマー性ＭＤＩ、ならびに／またはウレタン、アロファネート、尿素、ビウレット、カルボジイミド、ウレトンイミン、および／もしくはイソシアヌレート基を含むＭＤＩの既知の変異体であってもよい。例示的なイソシアネートとしては、ＶＯＲＡＮＡＴＥ（商標）Ｍ２２０（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なポリマー性メチレンジフェニルジイソシアネート）が挙げられる。他の例示的なポリイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、およびキシレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、ならびにそれらの修飾物が挙げられる。
【0051】
事前形成された水性ポリマー分散物
水性ポリマー分散物は、少なくとも（ａ）酸性ポリマーおよび／または酸改質ポリオレフィンポリマーを含むベースポリマーと、（ｂ）流体媒体（この場合、水）とを含み、ベースポリマーは、流体媒体中で分散される。事前形成された水性ポリマー分散物は、室温および気圧の周囲条件で連続液相成分であってもよく、液相（すなわち、流体媒体）および固相（すなわち、ベースポリマー）から誘導される。
水性ポリマー分散物は、少なくとも（ａ）酸性ポリマーおよび／または酸改質ポリオレフィンポリマーを含むベースポリマーと、（ｂ）流体媒体（この場合、水）とを含み、ベースポリマーは、流体媒体中で分散される。事前形成された水性ポリマー分散物は、室温および気圧の周囲条件で連続液相成分であってもよく、液相（すなわち、流体媒体）および固相（すなわち、ベースポリマー）から誘導される。
【0052】
実施形態において、事前形成された水性ポリマー分散物は、水性酸ポリマー分散物または水性酸改質ポリオレフィンポリマー分散物のうちの１つであり、ポリオレフィンは少なくとも１つのＣ２～Ｃ２０α－オレフィンから誘導される。水性酸ポリマー分散物とは、酸系ポリマーを用いて調製された水性分散物を意味する。水性酸改質ポリオレフィンポリマー分散物とは、酸改質ポリオレフィンポリマーを用いて調製された水性分散物を意味する。少なくとも１つのＣ２～Ｃ２０α－オレフィンから誘導されるとは、ポリオレフィンが、少なくとも１つのα－オレフィンを使用して調製されたポリマーであることを意味し、使用される各α－オレフィンは、Ｃ２～Ｃ２０α－オレフィンのうちの１つである（例えば、ポリオレフィンは、エチレン、プロピレン、ブチレン、ヘキセン、および／またはオクテンのうちの少なくとも１つから誘導され得る）。例示的な実施形態において、ポリオレフィンは、エチレン系ポリマーおよび／またはプロピレン系ポリマーであり得る。
【0053】
本明細書で使用する場合、ポリマーとは、同じ種類であるかまたは異なる種類であるかにかかわらず、モノマーを重合させることによって調製される化合物を意味する。したがって、ポリマーという用語は、通常、１種類のみのモノマーから調製されるポリマーを指すのに用いられるホモポリマーという用語、およびインターポリマーという用語を包含する。それはまた、すべての形態のインターポリマー、例えば、ランダム、ブロック、均質、不均質等を包含する。コポリマー／インターポリマーとは、少なくとも２つの異なる種類のモノマーの重合によって調製されたポリマーを意味する。これらの用語は、古典的コポリマー、すなわち、２つの異なる種類のモノマーから調製されるポリマー、および２つ以上の異なる種類のモノマーから調製されるポリマー、例えば、ターポリマー、テトラポリマー等の両方を含む。
【0054】
エチレン系ポリマーとは、（重合性モノマーの総重量を基準にして）主要重量パーセントの重合エチレンモノマーを含むポリマーを意味し、任意選択で、エチレン系インターポリマーを形成するように、エチレンと異なる少なくとも１つの重合コモノマー（例えば、Ｃ３～Ｃ２０α－オレフィンから選択される少なくとも１つ）を含み得る。例えば、エチレン系ポリマーがエチレン－プロピレンコポリマーであるとき、エチレンの量は、コポリマーに対する総重量に基づいて、５０重量％超であってもよい。「エチレンから誘導された単位」などの用語は、重合エチレンモノマーから形成されたポリマーの単位を意味する。
【0055】
プロピレン系ポリマーとは、（重合性モノマーの総重量を基準にして）主要重量パーセントの重合プロピレンモノマーを含むポリマーを意味し、任意選択で、プロピレン系インターポリマーを形成するように、プロピレンと異なる少なくとも１つの重合コモノマー（例えば、Ｃ２およびＣ４～Ｃ２０α－オレフィンから選択される少なくとも１つ）を含み得る。例えば、プロピレン系ポリマーがプロピレン－エチレンコポリマーであるとき、プロピレンの量は、コポリマーに対する総重量に基づいて、５０重量％超であってもよい。「プロピレンから誘導された単位」などの用語は、重合プロピレンモノマーから形成されたポリマーの単位を意味する。
【0056】
例示的な水性酸ポリマー分散物は、エチレンアクリル酸インターポリマー、エチレンメタアクリル酸インターポリマー、および／またはエチレンクロトン酸インターポリマーを含み得る。エチレンアクリル酸インターポリマーは、少なくともエチレンとアクリル酸との共重合によって調製される。エチレンメタクリル酸インターポリマーは、少なくともエチレンとメタクリル酸との共重合によって調製される。エチレンクロトン酸インターポリマーは、少なくともエチレンとクロトン酸との共重合によって調製される。かかる水性酸ポリマー分散物において、例示的な実施形態は、エチレンアクリル酸インターポリマー、エチレンメタアクリル酸インターポリマー、および／またはエチレンクロトン酸インターポリマーだけに限定されるものではないことが理解される。例えば、エチレンは、以下のアクリル酸、メタアクリル酸、および／またはクロトン酸のうちの複数と共重合することができる。
【0057】
例示的な水性酸ポリマー分散物は、流体媒体（この場合、水）中に分散されるベースポリマーとして、少なくとも１つのエチレンアクリル酸（ＥＡＡ）コポリマー（および／またはエチレンメタアクリル酸コポリマー）を含み得る。分散物は、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＣｏｍｐａｎｙまたはＴｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙの系列会社の所有財産であり、それらの商標である特許を受けた機械的分散技術である、ＢＬＵＥＷＡＶＥ（商標）技術によって可能になり得る。例えば、ＥＡＡは、エチレンアクリル酸ＥＡＡコポリマーを生じる、エチレンとアクリル酸との共重合によって調製され得る。エチレン－アクリル酸コポリマーは、少なくとも１０重量％（例えば、１０重量％～７０重量％、１０重量％～６０重量％、１０重量％～５０重量％、１０重量％～４０重量％、１０重量％～３０重量％、および／または１５重量％～２５重量％）のアクリル酸含有量を有し得る。例示的なＥＡＡコポリマーは、ＳＫ Ｇｌｏｂａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌから入手可能なＰＲＩＭＡＣＯＲ（商標）製品として入手可能である。ＥＡＡコポリマーは、１００～２０００ｇ／１０分のメルトインデックス（１９０℃および２．１６ｋｇでのＡＳＴＭ法Ｄ－１２３８）を有してもよい。ＥＡＡコポリマーは、３５０°Ｆで５，０００～１３，０００ｃｐｓのブルックフィールド粘度を有してもよく、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能である。
【0058】
エチレンメタアクリル酸コポリマーは、エチレンとメタアクリル酸との共重合によって調製され得る。例示的な、エチレン－アクリル酸、エチレン－メタアクリル酸、および／またはエチレン－クロトン酸コポリマーは、米国特許第４，５９９，３９２号および／または同第４，９８８，７８１号において述べられている。
【0059】
例示的な水性酸改質ポリオレフィンポリマー分散物としては、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＨＹＰＯＤ（商標）製品として販売される分散物が挙げられる。ＨＹＰＯＤ（商標）製品は、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＣｏｍｐａｎｙまたはＴｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙの系列会社の所有財産であり、それらの商標である特許を受けた機械的分散技術である、ＢＬＵＥＷＡＶＥ（商標）技術によって可能になり得る。ＢＬＵＥＷＡＶＥ（商標）技術は、慣習的な熱可塑性ポリマーおよびエラストマーを取得し、それらを極微粒子に砕くことによって機能し得る、高せん断機械的プロセスを利用してもよい。水性酸改質ポリマー分散物は、プロピレン系分散物およびエチレン系分散物を含んでもよく、それは、高分子量の熱可塑性樹脂およびエラストマーの性能を、高固形分の水系分散物の適用利点と組み合わせ得る。分散物のポリオレフィンは、メタロセン触媒ポリオレフィンであってもよい。例示的なポリオレフィンは、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な、ＡＦＦＩＮＩＴＹ（商標）、ＥＮＧＡＧＥ（商標）、ＶＥＲＳＩＦＹ（商標）、およびＩＮＦＵＳＥ（商標）製品において販売されている。
【0060】
水性ポリマー分散物は、中和剤を使用することによって調製され得る。例示的な中和剤としては、アンモニア、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、およびそれらの組み合わせが挙げられる。例えば、ベースポリマーの極性基が事実上酸性または塩基性である場合、ポリマーは、中和剤によって部分的にまたは完全に中和され、対応する塩を形成し得る。ＥＡＡを使用して調製された酸性ポリマー改質分散物が使用される場合、中和剤は、塩基、例えば、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、および／または水酸化ナトリウムである。当業者であれば、適切な中和剤の選択が、配合される特定の組成物に依存し得ること、およびかかる選択が当業者の知識の範囲内であることを認識するであろう。
【0061】
水性ポリマー分散物は、例えば、米国特許第８，３１８，２５７号において述べられるように、押出プロセスにおいて調製され得る。
【0062】
事前形成された水性ポリマー分散剤
事前形成された水性ポリマー分散剤は、少なくとも（ａ）２０重量％～１００重量％（例えば、３０重量％～１００重量％、４０重量％～１００重量％、５０重量％～１００重量％など）の、少なくとも１つのカルボニル基、リン酸基、ホスホン酸基、もしくはスルホニル基、または他の酸性基を有する（これらの任意の組み合わせを含む）、少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導され、また任意選択で、少なくとも１つの疎水性末端不飽和炭化水素モノマーから誘導されるベースポリマーを含むポリマー成分と、（ｂ）少なくとも水を含む流体媒体と、を含み、この流体媒体中にベースポリマーが分散されている。本明細書で使用する場合、ポリマーとは、同じ種類であるかまたは異なる種類であるかにかかわらず、モノマーを重合させることによって調製される化合物を意味する。したがって、ポリマーという用語は、通常、１種類のみのモノマーから調製されるポリマーを指すのに用いられるホモポリマーという用語、およびインターポリマーという用語を包含する。それはまた、すべての形態のインターポリマー、例えば、ランダム、ブロック、均質、不均質等を包含する。コポリマー／インターポリマーとは、少なくとも２つの異なる種類のモノマーの重合によって調製されるポリマーを意味する。これらの用語は、古典的コポリマー、すなわち、２つの異なる種類のモノマーから調製されたポリマー、および３つ以上の異なる種類のモノマーから調製されたポリマー、例えばターポリマー、テトラポリマー等の両方を含む。ベースポリマーは、１つのモノマーから誘導されてもよいし、少なくとも２つの異なるモノマーから誘導されるコポリマーであってもよい。ベースポリマーは、制御された微細構造、分子量分布、および／または分子量を有し得る。ベースポリマーは、１０００～２５，０００ｇ／モルの数平均分子量（Ｍｎ）を有し得る。
事前形成された水性ポリマー分散剤は、少なくとも（ａ）２０重量％～１００重量％（例えば、３０重量％～１００重量％、４０重量％～１００重量％、５０重量％～１００重量％など）の、少なくとも１つのカルボニル基、リン酸基、ホスホン酸基、もしくはスルホニル基、または他の酸性基を有する（これらの任意の組み合わせを含む）、少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導され、また任意選択で、少なくとも１つの疎水性末端不飽和炭化水素モノマーから誘導されるベースポリマーを含むポリマー成分と、（ｂ）少なくとも水を含む流体媒体と、を含み、この流体媒体中にベースポリマーが分散されている。本明細書で使用する場合、ポリマーとは、同じ種類であるかまたは異なる種類であるかにかかわらず、モノマーを重合させることによって調製される化合物を意味する。したがって、ポリマーという用語は、通常、１種類のみのモノマーから調製されるポリマーを指すのに用いられるホモポリマーという用語、およびインターポリマーという用語を包含する。それはまた、すべての形態のインターポリマー、例えば、ランダム、ブロック、均質、不均質等を包含する。コポリマー／インターポリマーとは、少なくとも２つの異なる種類のモノマーの重合によって調製されるポリマーを意味する。これらの用語は、古典的コポリマー、すなわち、２つの異なる種類のモノマーから調製されたポリマー、および３つ以上の異なる種類のモノマーから調製されたポリマー、例えばターポリマー、テトラポリマー等の両方を含む。ベースポリマーは、１つのモノマーから誘導されてもよいし、少なくとも２つの異なるモノマーから誘導されるコポリマーであってもよい。ベースポリマーは、制御された微細構造、分子量分布、および／または分子量を有し得る。ベースポリマーは、１０００～２５，０００ｇ／モルの数平均分子量（Ｍｎ）を有し得る。
【0063】
Ｍｎは、例えば、以下の任意の方法によって決定されるような、分散剤の数平均分子量を指す：分散剤を、ｐＨ７のリン酸二水素ナトリウムの２０ｍＭ溶液に２ｍｇ／ｍＬの濃度で溶解し、０．４５μｍフィルタに通し、１００μＬをＴＳＫｇｅｌ ＧＭＰＷ ＸＬ充填カラム（７．５ｍｍ×３０ｃｍ、Ｔｏｓｏｈ）にＴＳＫｇｅｌ Ｇ２５００ＰＷ ＸＬパックカラム（７．５ｍｍ×３０ｃｍ、Ｔｏｓｏｈ）と並行して流速１ｍＬ／分で注入する。溶出は、屈折率検出器および分子量が２１６ｇ／ｍｏｌ～１，１００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲のポリ（アクリル酸）参照標準に対して評価された分子量プロファイルによって監視される。
【0064】
例えば、ベースポリマーは、少なくとも１つのカルボニル基を有する少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導され得、例えばエチレン性不飽和カルボキシル化モノマーから誘導され得るか、または加水分解されて複数のカルボン酸官能基をもたらすことができるモノマーから誘導され得る。エチレン性不飽和カルボキシル化モノマーの例としては、アクリル酸、クロトン酸、メタクリル酸、桂皮酸、α－クロロアクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、グルタコン酸、トラウマチン酸、シトラコン酸、メサコン酸、およびアコニット酸が挙げられる。加水分解されて複数のカルボン酸官能基をもたらすことができるモノマーの例としては、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水イタコン酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水トラウマチン酸、および無水グルタコン酸が挙げられる。例えば、加水分解されて複数のカルボン酸官能基をもたらすことができるモノマーは、酸無水物であってもよい。例示的な実施形態では、親水性酸モノマーは、２つ以上のカルボニル基を有するカルボン酸または酸無水物であり得る。
【0065】
ベースポリマーは、少なくとも１つのリン酸基を有する少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導されてもよく、例えば、リン酸またはそのエステル（例えば、当業者に既知のもの）から誘導されてもよい。ベースポリマーは、少なくとも１つのホスホン酸基を有する少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導されてもよく、例えば、ホスホン酸またはそのエステル（例えば、当業者に既知のもの）から誘導されてもよい。ベースポリマーは、少なくとも１つのスルホニル基を有する少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導されてもよく、例えば、スルホン酸またはスルホン酸から得られる置換体（例えば、当業者に既知のもの）から誘導されてもよい。
【0066】
例示的な実施形態では、ベースポリマーは、少なくとも１つのカルボニル基（例えば、酸無水物基）、リン酸基、ホスホン酸基、またはスルホニル基を有する親水性酸モノマーの任意の組み合わせから誘導され得る。例えば、ベースポリマーは、２つの異なる親水性酸モノマーから誘導されるコポリマー、例えば、２つの異なるエチレン性不飽和カルボキシル化モノマーから誘導されるコポリマー、加水分解されて複数のカルボン酸官能基をもたらすことができる２つの異なるモノマーから誘導されるコポリマーであり得る。例えば、ベースポリマーは、１つのエチレン性不飽和カルボキシル化モノマー、および加水分解されて複数のカルボン酸官能基をもたらすことができる１つのモノマーから誘導され得る。
【0067】
さらなる例示的な実施形態では、ベースポリマーは、少なくとも１つのカルボニル基（例えば、酸無水物基）、リン酸基、ホスホン酸基、またはスルホニル基を有する親水性酸モノマーと、疎水性末端不飽和炭化水素モノマーとの任意の組み合わせから誘導され得る。例えば、ベースポリマーは、加水分解されて複数のカルボン酸官能基をもたらすことができる１つのモノマー、および１つの疎水性末端不飽和炭化水素モノマーから誘導され得る。
【0068】
疎水性末端不飽和炭化水素モノマーの例としては、Ｃ２～Ｃ２０α－オレフィン、エチレン性不飽和芳香族化合物（例えば、スチレン）、およびエチレン性不飽和カルボキシル化モノマーのアルキルエステル（例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、およびブチルメタクリレート）が挙げられる。例えば、疎水性末端不飽和炭化水素モノマーは、Ｃ２～Ｃ１０α－オレフィンから選択される１つであってもよいし、スチレンであってもよい。スルホン化エチレン性不飽和モノマーの非限定的な例としては、２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸およびその塩が挙げられる。リン酸化エチレン性不飽和モノマーの非限定的な例としては、２－（ホスホノオキシ）エチルメタクリレートおよびその塩が挙げられる。ホスホン化エチレン性不飽和モノマーの非限定的な例としては、ビニルホスホン酸およびその塩が挙げられる。例示的な実施形態は、少なくとも１つのエチレン性不飽和カルボキシル化モノマーを含む。
【0069】
事前形成された水性ポリマー分散剤は、５重量％～６０重量％（例えば、５重量％～５０重量％、１０重量％～５０重量％、１５重量％～４５重量％、１５重量％～４０重量％、２０重量％～３６重量％など）のポリマー成分と、４０重量％～９５重量％の、少なくとも水を含む流体媒体と、を含む。例えば、事前形成された水性ポリマー分散剤は、ポリマー成分および流体媒体から本質的になり得る。ポリマー成分は、ベースポリマーから本質的になり得る。事前形成された水性ポリマー分散剤は、他の成分を含有してもよく、その非限定的な例としては、界面活性剤、有機溶媒、開始剤および連鎖移動残渣、ならびに充填剤が挙げられる。
【0070】
事前形成された水性ポリマー分散剤は、６．０～１２．０（例えば、６．５～１２．０、８．０～１２．０、８．０～１１．５、８．０～１１．０、８．０～１０．５、８．０～１０．０等）のｐＨを有する。事前形成された水性ポリマー分散剤は、室温および気圧の周囲条件で連続液相成分であってもよく、液相（すなわち、流体媒体）および固相（すなわち、ベースポリマー）から誘導される。事前形成された水性ポリマー分散剤は、事前形成された水性ポリマー分散剤の総重量に基づいて、１０重量％～８０重量％（例えば、２５重量％～７５重量％など）の固形分を有してもよい。
【0071】
水性ポリマー分散剤は、中和剤を使用することによって調製され得る。例示的な中和剤としては、アンモニア、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、およびこれらの組み合わせが挙げられる。例えば、ベースポリマーの極性基が事実上酸性または塩基性である場合、ポリマーは、中和剤によって部分的にまたは完全に中和され、対応する塩を形成し得る。例えば、アクリル酸を使用して調製された分散剤が使用される場合、中和剤は、塩基、例えば、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、および／または水酸化ナトリウムである。当業者であれば、適切な中和剤の選択が、配合される特定の組成物に依存し得ること、およびかかる選択が当業者の知識の範囲内であることを認識するであろう。
【0072】
事前形成された水性ポリマー分散剤は、イソシアネート反応性成分の０．１重量％～６．０重量％（例えば、０．１重量％～５．０重量％、０．１重量％～４．１重量％、０．１重量％～４．０重量％、０．１重量％～３．５重量％、０．１重量％～３．０重量％、０．４重量％～２．５重量％、０．５重量％～２．４重量％など）を占める。水性ポリマー分散剤は、粘弾性ポリウレタンフォームを形成するために使用される１つ以上の水性ポリマー分散剤の組み合わせであってもよい。
【0073】
粘弾性フォームを形成するために使用される反応系のための算出総含水量は、粘弾性ポリウレタンフォームを形成するための反応系の総重量に基づいて、５重量％未満、３重量％未満、２．０重量％未満、および／または１．６重量％未満であってもよい。算出総含水量は、事前形成された水性ポリマー分散物の一部として配合物に添加された水量に加えて、配合物に添加されたＤＩ（脱イオン）水の総量として算出される。例えば、算出総含水量は、０．５重量％～１．６重量％、０．５重量％～１．５重量％、および／または１．０重量％～１．５重量％であり得る。
【0074】
例示的な水性ポリマー分散剤は、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＴＡＭＯＬ（商標）およびＯＲＯＴＡＮ（商標）製品、ＢＹＫ ＧｍｂＨから入手可能なＢＹＫおよびＤＩＳＰＥＲＢＹＫ製品、Ｒｈｏｄｉａ Ｇｒｏｕｐから入手可能なＲｈｏｄａｌｉｎｅ（登録商標）製品、Ａｒｋｅｍａから入手可能なＣｏａｄｉｓ（商標）製品、ならびにＢＡＳＦから入手可能なＨｙｄｒｏｐａｌａｔ（登録商標）製品として販売されている。
【0075】
コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体
コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体は、様々な包装用途、快適用途（マットレストッパ、枕、家具、シートクッションなどを含むマットレスなど）、衝撃吸収用途（例えば、バンパーパッド、スポーツおよび医療機器、ヘルメットライナなど）、騒音および／または振動減衰用途（例えば、耳栓、自動車パネルなど）、ならびに濾過用途（真空エアフィルター、雨どい／雨受けを植物の葉などの破片および融雪物から保護するための溝ガードなど）において有用であり得る。
コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体は、様々な包装用途、快適用途（マットレストッパ、枕、家具、シートクッションなどを含むマットレスなど）、衝撃吸収用途（例えば、バンパーパッド、スポーツおよび医療機器、ヘルメットライナなど）、騒音および／または振動減衰用途（例えば、耳栓、自動車パネルなど）、ならびに濾過用途（真空エアフィルター、雨どい／雨受けを植物の葉などの破片および融雪物から保護するための溝ガードなど）において有用であり得る。
【0076】
コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体を形成するための可撓性連続気泡ポリウレタンフォームは、スラブ材プロセス（例えば、フリーライズフォームとして）、成形プロセス（箱発泡プロセスなど）、または当技術分野において既知の任意の他のプロセスで調製され得る。可撓性熱伝導性材料は、それが形成された後、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームに添加され得る。スラブ材プロセスにおいて、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームを形成するための成分（例えば、可撓性熱伝導性材料を形成するための成分ではない）は、混合されて、配合物が反応し、少なくとも一方向に自由に膨張し、硬化するトラフまたは他の領域に注がれてもよい。スラブ材プロセスは、一般に、商業規模で継続的に作動される。成形プロセスにおいて、フォームを形成するための成分は、混合され、配合物が反応し、少なくとも一方向に型を用いずに膨張して、硬化する、型／箱（加熱または非加熱）内に注がれてもよい。成形プロセスにおいて、配合物はまた、反応し、配合物がすべての側面（型の少なくとも１つの側面上に通気孔または孔を有する）上で型に接触するように閉鎖可能な型内で膨張し、次いで硬化することができる。
【0077】
コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体は、初期の周囲条件（すなわち、２０℃～２５℃の範囲の室温および約１気圧の標準大気圧）で調製されてもよい。例えば、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームは、酸性ポリマーおよび／またはイソシアネート反応性成分に対する加熱もしくは加圧を必要としない酸改質ポリオレフィンポリマー（例えば、１００℃超の融点を有するポリマー）を含んでもよい。気圧未満の圧力条件でフォーム形成を行って、フォーム密度を低減させ、フォームを軟化させることもできる。気圧超の圧力条件でフォーム形成を行って、フォーム密度を増大させ、その結果、押し込み力たわみ（ＩＦＤ）によって測定されるようなフォーム耐荷重性を増大させることができる。成形加工において、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームは、周囲条件を超える初期成形温度、例えば、５０℃以上で調製されてもよい。型を過剰充填して、すなわち、型にフォーム形成材料を過剰に充填して、フォーム密度を増大させることができる。
【0078】
可撓性連続気泡ポリウレタンフォームを形成するために使用される反応系についての算出総含水量（コーティングの含水量を除く）は、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームを形成するための反応系の総重量に基づいて、５重量％未満、３重量％未満、２．０重量％未満、および／または１．６重量％未満であってもよい。算出総含水量は、事前形成された水性ポリマー分散物の一部として配合物に添加された水量に加えて、配合物に添加されたＤＩ（脱イオン水）の総量として算出される。例えば、算出総含水量は、０．５重量％～１．６重量％、０．５重量％～１．５重量％、および／または１．０重量％～１．５重量％であり得る。
【0079】
得られた可撓性連続気泡ポリウレタンフォームは、改善されたウィッキング効果および／または改善された水分／熱管理を呈し得る。得られたフォームの水分および熱管理に関して、例えば、粘弾性ポリウレタンフォームマットレスまたは枕に関して、良好なウィッキング効果は、汗が使用者の皮膚から即座に離れることを可能にし得る。快適温度を維持するための人体の重要な側面は、発汗による水蒸気によるものである。発汗は、体それ自体を涼しく保つ体のメカニズムである。良好なウィッキング効果は、向上した快適さを提供するように、使用者の身体が乾燥し涼しいままであることを可能にし得る。良好なウィッキング効果はまた、汗／水に蒸発するためのより多くの表面積を提供し得る。別の方法で述べると、汗／水がより大きい面積にわたって分散されるとき、それは、水が小さい表面積にわたって一緒に貯蔵されるときよりも急速に蒸発し得る。さらに、良好な水分透過性は、水分が使用者の皮膚から離れることを可能にし得、天然水蒸気が使用者の皮膚から熱を連れ去ることを可能にし得る。ウィッキング特性は、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの特性を向上させ得る。
【0080】
例えば、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームは、視覚的に観察可能なウィッキング高さ（例えば、１．０インチ×０．５インチ×２．０インチの寸法を有する可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの試料上で、試料の縁が５．０ｍｍの着色水に浸されるとき）を呈することができ、そのウィッキング高さは、事前形成された水性ポリマー分散物が除外されることを除けば、同じイソシアネート成分、同じ算出総含水量、および同じイソシアネート反応性成分を使用して調製される、異なる可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの試料（この試料は同じ寸法を有する）の視覚的に観察可能なウィッキング高さよりも大きい。例えば、ウィッキング高さは、少なくとも３倍大きくてもよい（例えば、３～１０倍大きく、かつ／または３．５～５．５倍大きくてもよい）。ウィッキング特性により、コーティング溶液は、フォームにより容易に吸い上げられ得、したがって、すべての溶液が、その上で均一なコーティング層に平坦化される合計時間が短くなる。
【0081】
可撓性連続気泡ポリウレタンフォームは、視覚的に観察可能なウィッキング時間（可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの試料を使用する）を呈することができ、３滴の着色水を試料の表面上に配置されるとき、そのウィッキング時間は、事前形成された水性ポリマー分散物が除外されることを除けば、同じイソシアネート成分、同じ算出総含水量、および同じイソシアネート反応性成分を使用して調製される、異なる可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの試料を使用する視覚的に観察可能なウィッキング時間よりも短い。当業者によって理解されるように、比較された試料は、同じ厚さ／深さを有し得るが、試料の長さおよび幅は、結果に依存しない。ウィッキング時間は、３滴の着色水が試料の表面から消失する（すなわち、フォームによって吸収される）のにかかる時間として視覚的に観察される。ウィッキング時間は、事前形成された水性ポリマー分散物が使用されるとき著しくより速くなるように、少なくとも３０秒減少し得る。例えば、ウィッキング時間は、事前形成された水性ポリマー分散物を使用して調製されたポリウレタンフォームについて５秒未満であり得る（例えば、５秒未満であるが、０．５秒を超える）。
【0082】
可撓性連続気泡ポリウレタンフォームは、例えば、ＡＳＴＭ Ｅ９６／Ｅ９６Ｍに従って（任意選択で、ＡＳＴＭ Ｅ２３２１－０３を考慮して）測定する場合、改善された水蒸気透過性を呈し得る。例えば、水蒸気透過性は、事前形成された水性ポリマー分散物を使用して調製されたポリウレタンフォームについて、少なくとも５％（例えば、５％～２０％）改善され得る。
【0083】
粘弾性ポリウレタンフォームは、３０以下のショアＯＯ硬度を呈する場合があり、および／または３を超える場合がある。
【0084】
当業者によって理解されるように、２つの異なるフォームの上記の比較は、比較例における事前形成された水性ポリマー分散物を除外することを説明するように、事前形成された水性ポリマー分散物および／または事前形成された水性ポリマー分散剤ならびに増加した含水量の除外を除けば、同じプロセス条件、同じ器具、および同じ配合物を使用して調製されるフォームを指す。
【0085】
可撓性熱伝導性材料
本明細書でより完全に論じられるように、本明細書で提供される様々な実施形態について、可撓性熱伝導性材料は、様々な材料から形成することができる。例えば、可撓性熱伝導性材料は、カプセル化された相変化材料であり得る。様々な実施形態では、可撓性熱伝導性材料の相変化材料は、相変化材料ベースのコーティングがフォーム材料中に浸透することができるように、水性組成物（ラテックスバインダーなど）を有する相変化材料ベースのコーティングの一部であり得る。さらに、高い水ウィッキング性ポリウレタンフォーム形成組成物の使用は、例えば、寝具用マットレスおよびマットレストップ層（「トッパー」）に使用するために、かかるフォームと相変化材料ベースのコーティングとを組み合わせた使用と同様の通気性を得るのに有益であり得る。様々な実施形態では、カプセル化された相変化材料は、可撓性熱伝導性材料１グラムあたり８０～３００ジュールの潜熱転移を有する。
本明細書でより完全に論じられるように、本明細書で提供される様々な実施形態について、可撓性熱伝導性材料は、様々な材料から形成することができる。例えば、可撓性熱伝導性材料は、カプセル化された相変化材料であり得る。様々な実施形態では、可撓性熱伝導性材料の相変化材料は、相変化材料ベースのコーティングがフォーム材料中に浸透することができるように、水性組成物（ラテックスバインダーなど）を有する相変化材料ベースのコーティングの一部であり得る。さらに、高い水ウィッキング性ポリウレタンフォーム形成組成物の使用は、例えば、寝具用マットレスおよびマットレストップ層（「トッパー」）に使用するために、かかるフォームと相変化材料ベースのコーティングとを組み合わせた使用と同様の通気性を得るのに有益であり得る。様々な実施形態では、カプセル化された相変化材料は、可撓性熱伝導性材料１グラムあたり８０～３００ジュールの潜熱転移を有する。
【0086】
例示的な実施形態では、可撓性熱伝導性材料は、可撓性熱伝導性材料を形成する成分の総重量（すなわち、可撓性熱伝導性材料の総重量）に基づいて、５重量％～９５重量％（例えば、１０重量％～９０重量％、２０重量％～７０重量％、２０重量％～５０重量％、２０重量％～４０重量％など）の１つ以上の相変化材料（ＰＣＭ）を含み得る。例示的な実施形態では、可撓性熱伝導性材料は、可撓性熱伝導性材料の総重量に基づいて、５重量％～９５重量％（例えば、１０重量％～９０重量％、１０重量％～５０重量％、１０重量％～３０重量％、１０重量％～２５重量％、２０重量％～９０重量％、３０重量％～８０重量％、４０重量％～８０重量％、５０重量％～７０重量％など）の１つ以上の水性ポリマーエマルジョンを含み得る。使用される１つ以上の水性ポリマーエマルジョンの量は、可撓性熱伝導性材料に使用される他の添加剤の量に依存し得る。
【0087】
添加剤に関する例示的な実施形態では、可撓性熱伝導性材料は、コーティング溶液の総重量に基づいて、０重量％～３０重量％（例えば、１重量％～２０重量％、３重量％～１５重量％、５重量％～１０重量％など）の１つ以上の界面活性剤（任意の成分）を含み得る。界面活性剤は、シリコーン界面活性剤であってもよい。可撓性熱伝導性材料は、コーティング溶液の総重量に基づいて、０重量％～３０重量％（１重量％～２０重量％、１重量％～１０重量％、１重量％～５重量％、１重量％～３重量％など）の１つ以上のシリカを含み得る。シリカは、フュームドシリカであってもよい。
【0088】
可撓性熱伝導性材料は、コーティング溶液の総重量に基づいて、０重量％～９０重量％（例えば、１重量％～８０重量％、１０重量％～７０重量％、２０重量％～７０重量％、３０重量％～７０重量％、４０重量％～６０重量％、４５重量％～５５重量％など）の水を含み得る。界面活性剤および／またはシリカは、例えば、界面活性剤／シリカの重量が５重量％～９０重量％（例えば、２０重量％～８０重量％、２０重量％～７０重量％、３０重量％～６０重量％、４５重量％～５５重量％など）の水を含み得るように、水中で事前ブレンドされてもよい。
【0089】
可撓性熱伝導性材料は、コーティング溶液の総重量に基づいて、０重量％～３０重量％（１重量％～２０重量％、１重量％～１０重量％、１重量％～５重量％、１重量％～３重量％など）のレオロジー調整剤を含み得る。例えば、レオロジー調整剤は、エチレンオキシドウレタン、プロピレンオキシドウレタン、および／またはブチレンオキシドウレタンベースの材料であってもよい。
【0090】
可撓性熱伝導性材料は、可撓性熱伝導性材料の総重量に基づいて、０重量％～３０重量％（５重量％～３０重量％、１０重量％～２５重量％、１０重量％～２０重量％など）のグリコールを含み得る。例えば、グリコールは、１５０～１０００ｇ／モル（例えば、１５０ｇ／モル～８００ｇ／モル、１５０ｇ／モル～６００ｇ／モル、２００ｇ／モル～５００ｇ／モル、３００ｇ／モル～５００ｇ／モル等）の数平均分子量を有し得る。グリコールは、ポリエチレングリコールまたはポリプロピレングリコールであり得る。
【0091】
相変化材料は、人体を冷たく保つのに役立つ温度、すなわち、人の皮膚温度よりも低い温度で相を変化させ、相変化に関連する潜熱で身体から熱を吸収する物質である。ＰＣＭの潜熱蓄熱は、液－固相、固－液相、固－気相、および／または液－気相の変化によって達成され得る。例示的な実施形態では、可撓性熱伝導性材料中の相変化材料は、固－液相変化を受ける。可撓性熱伝導性材料は、有機ＰＣＭおよび／または無機ＰＣＭを含んでもよい。例示的な実施形態では、ＰＣＭは、可撓性熱伝導性材料がフォームに適用された後に、ＰＣＭ材料が閉鎖領域内で相変化を受け得るように、カプセル化されていてもよい。例えば、カプセル化ＰＣＭは、１つ以上のＰＣＭおよび外側シェルまたはカプセル壁を含む、コア材料を含み得る。カプセル壁は、ＰＣＭを含有するので、ＰＣＭが液体状態であるか固体状態であるかに関わらず、カプセル自体は、コア材料を含有する（例えば、完全に包囲する）固体粒子またはゲル粒子として維持し得る。カプセル壁は、不活性ポリマーを含んでもよい。ＰＣＭのカプセル化（例えば、マイクロカプセル化）は、噴霧乾燥、遠心、および流動床などの方法によって達成され得る。カプセル化のための例示的な方法は、例えば、国際公開第ＷＯ２０１０／０４２５６６号において述べられている。
【0092】
カプセル壁は、例えば、ポリアクリレート、ゼラチン、ポリウレタン、ポリ尿素、尿素－ホルムアルデヒド、尿素－レゾルシノール－ホルムアルデヒド、および／またはメラミンホルムアルデヒドで形成され得る。カプセル壁は、可撓性熱伝導性材料を形成する前に、１つ以上のＰＣＭの周りに形成されてもよく、すなわち、可撓性熱伝導性材料は、事前形成されたカプセル化ＰＣＭを含む。カプセル化されたＰＣＭは、カプセル化ＰＣＭの総重量に基づいて、５０重量％～９９重量％（例えば、６０重量％～９９重量％、７０重量％～９９重量％、８０重量％～９８重量％、および／または８５重量％～９５重量％）の総ＰＣＭ含有量（１つ以上のＰＣＭを含む）を有し得る。カプセル化ＰＣＭは、乾燥粉末では５ミクロン～１００ミクロンの平均粒径を有してもよい。湿潤ケーキ形態のカプセル化ＰＣＭは、１ミクロン～２０ミクロンの平均粒径を有してもよい。例えば、カプセル化ＰＣＭ（例えば、マイクロカプセルの形態）は、Ｎｅｘｔｅｋ（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｔｅｋ（登録商標）およびＭｉｃｒｏｎａｌ（登録商標）製品ラインとして、Ｍｉｃｒｏｔｅｋ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能であり、またＥｎＦｉｎｉｔ（商標）製品ラインとして、Ｅｎｃａｐｓｙｓ ＬＬＣから入手可能である。
【0093】
コア材料、すなわちＰＣＭは、人体温度の調節のための用途で最も頻繁に使用される材料から選択することができる。例えば、コア材料（１つ以上のＰＣＭを含み得る）は、０～５０℃および／または１０～４０℃の溶融温度を有し得る。ＰＣＭは、特定の温度を維持するために熱を吸収および放出する、パラフィンワックスまたは脂肪酸エステルであってもよい。例えば、ＰＣＭは、１４～２８個の炭素原子および／または１６～２１個の炭素原子を含むパラフィン（例えば、直鎖パラフィンまたは直鎖アルカン）であってもよい。ＰＣＭは、脂肪酸または脂肪酸エステルであってもよく、そのいずれも飽和または不飽和であり得る。ＰＣＭは、カプリル酸、カンペニロン、グリセリン、乳酸、パルミチン酸メチル、またはポリエチレンオキサイド誘導体（６００～１０００ｇ／モルの数平均分子量を有するものなどのポリエチレングリコールを含む）であってもよく、融点が人体に関連する範囲（例えば、０～５０℃および／または１０～４０℃）のものから選択されてもよい。ＰＣＭは、無機塩、特に塩水和物、例えば、ＮａＣｌ・Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ等であってもよい。
【0094】
カプセル化ＰＣＭ（例えば、事前形成されたカプセル化ＰＣＭ）を水性組成物に添加して、可撓性熱伝導性材料を形成してもよい。水性組成物は、水性エマルジョンポリマーであってもよく、例えば、水性組成物は、水および少なくとも１つのエマルジョンポリマーを含む。水性エマルジョンポリマーは、事前形成されてもよく、事前形成されたカプセル化ＰＣＭの存在下で形成されてもよく、および／またはカプセル化ＰＣＭを形成するための材料の存在下で形成されてもよい。
【0095】
例示的な水性組成物としては、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＰＲＩＭＡＬ（商標）ブランドのエマルジョン、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＲＨＯＰＬＥＸ（商標）ブランドのアクリルエマルジョン、およびＴｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＨＹＤＲＨＯＬＡＣ（商標）ブランドの水性ポリマー分散物が挙げられる。水は、水性組成物の総重量の１０重量％～９９重量％を占めてもよい。既知の技術を水性エマルジョンポリマーの調製に使用してもよく、例としては、水、ポリマー（例えば、モノマー）、および任意選択で界面活性剤を組み込んだエマルジョンで開始する乳化重合が挙げられる。例示的な水性コーティング組成物は、欧州特許第ＥＰ１４２２２７６（Ｂ１）号（米国特許公開第２００４／０１０２５６８号としても入手可能）に記載され、参照により本明細書に組み込まれる。
【0096】
例示的な実施形態では、水性組成物は、共重合単位として、乾燥ポリマー重量を基準にして、５０重量％～９９．７５重量％の、（メタ）アクリル酸のエステル、アミド、およびニトリルを含むモノエチレン性不飽和非イオン性（メタ）アクリル酸モノマー、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２－エチルヘキシル、アクリル酸デシル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ステアリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシプロピルを含む（メタ）アクリル酸エステルモノマー、ウレイド（メタ）アクリレート、（メタ）アクリロニトリル、および（メタ）アクリルアミドを含有する水性アクリルエマルジョンポリマーを含む（またはそれから本質的になる）。本開示を通して使用される場合、「（メタ）」のあとにアクリレート、アクリロニトリル、またはアクリルアミドなどの別の用語が続く用語の使用は、それぞれアクリレートおよびメタクリレート、アクリロニトリルおよびメタクリロニトリル、またはアクリルアミドおよびメタクリルアミドの両方を指す。本明細書において、「非イオン性モノマー」とは、共重合したモノマー残基が、ｐＨ＝１～１４のイオン電荷を有しないことを意味する。
【0097】
例えば、水性組成物は、共重合単位として、乾燥ポリマー重量に基づいて、０．２５重量％～１０重量％の、モノエチレン性不飽和酸モノマー、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、スルホエチルメタクリレート、ホスホエチルモノブチルメタクリレート、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸モノメチル、フマル酸モノメチル、フマレート、および無水マレイン酸を含有する水性エマルジョンポリマーを含む（または、これから本質的になる）。好ましくは、エマルジョンポリマーは、共重合単位として、乾燥ポリマー重量を基準にして、０．３重量％～２．５重量％の（メタ）アクリル酸を含有する。
【0098】
例えば、水性組成物は、乾燥ポリマー重量に基づいて、０～６０重量％の、非イオン性モノエチレン性不飽和非イオン性（メタ）アクリル酸モノマーでもモノエチレン性不飽和酸モノマーでもない任意のモノマーを、共重合単位として含有する水性エマルジョンポリマーを含む（または、これから本質的になる）。任意選択のモノマーとしては、例えば、スチレンまたはアルキル置換スチレン；ブタジエン；アミノアルキル（メタ）アクリレート、Ｎ－アルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート、Ｎ、Ｎ－ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、または他のビニルエステル；塩化ビニル、塩化ビニリデン、Ｎ－ビニルピロリドンなどのビニルモノマー；アリルメタクリレート、ビニルトルエン、ビニルベンゾフェノン、ジアリルフタレート、１，３－ブチレングリコールジメタクリレート、１，６－ヘキサンジオールジアクリレート、およびジビニルベンゼンが挙げられる。
【0099】
水性エマルジョンポリマーのエマルジョンポリマーは、低いレベルの意図的または偶発的な架橋が存在し得るが、それが可撓性熱伝導性材料としてフォームに適用される場合、実質的に非架橋であってもよい。低レベルの予備架橋またはゲル含有が所望される場合、低レベルの任意選択の非イオン性多エチレン性不飽和モノマー、例えば、乾燥ポリマー重量を基準にして、０．１重量％～５重量％を使用することができる。しかしながら、膜形成の質が著しく損なわれないことが重要である。
【0100】
水性エマルジョンポリマーにおいて、例示的な界面活性剤、例えば、アルキル、アリール、もしくはアルキルアリールスルフェート、スルホネート、またはホスフェートのアルカリ金属塩またはアンモニウム塩；アルキルスルホン酸；スルホコハク酸塩；脂肪酸；エチレン性不飽和界面活性剤モノマー；およびエトキシル化アルコールまたはフェノールなどのアニオン性および／または非イオン性乳化剤などを使用してもよい。重合性界面活性剤も使用することができる。好ましい重合性界面活性剤モノマーは、ノニルフェノキシプロペニルポリエトキシル化スルフェート（例えば、Ｄａｉ－ｉｃｈｉ ＣｏｒｐのＨｉｔｅｎｏｌとして）、ナトリウムアルキルアリルスルホサクシネート（例えば、Ｈｅｎｋｅｌ ＣｏｒｐのＴｒｅｍ ＬＦ－４０として）、アンモニウムジ－（トリシクロ（５．２．１．０ ２，６）デ－３－エン－（８または９）オキシエチル）スルホスクシネート、およびアンモニウムジ－（トリシクロ（５．２．１．０ ２，６）デカ－３－エン－（８または９）スルホスクシネートである。さらに、不飽和Ｃ６～Ｃ３０有機酸のアンモニウム塩および金属塩を、単独でまたは上記界面活性剤と組み合わせて使用することができる。これらの酸の例としては、α－メチル桂皮酸、α－フェニル桂皮酸、オレイン酸、リノール酸（米国特許第５，３６２，８３２号に記載）、リシノール酸、トール油ロジンおよび脂肪酸の不飽和画分、不均化ロジン酸、大豆油脂肪酸、オリーブ油脂肪酸、ヒマワリ油脂肪酸、アマニ油脂肪酸、ベニバナ油脂肪酸、ソルビタンモノオレエート、アビエチン酸、ポリ（オキシエチレン）ソルビトールセスキオレエート、およびＥｍｐｏｌ１０１０ダイマー酸が挙げられる。また好適な重合性界面活性剤モノマーとしては、例えば、マレイン酸誘導体（米国特許第４，２４６，３８７号に記載）、およびアルキルフェノールエトキシレートのアリル誘導体（ＪＰ－６２２２７４３５に記載）も挙げられる。使用される界面活性剤の量は、ポリマーの総重量に基づいて、０．１重量％～２５重量％であってもよい。界面活性剤は、水と事前ブレンドしてもよい。
【0101】
低揮発性有機化合物（ＶＯＣ）含有量のコーティングは、フォームで使用するために求められる場合がある。低ＶＯＣコーティング組成物は、ＶＯＣＳではない合体剤を含有し得る。合体剤は、水系エマルジョンポリマー、塗料、またはコーティングに添加され、エマルジョンポリマー、塗料、またはコーティングの最低造膜温度（ＭＦＦｆ）を少なくとも１℃低下させる化合物である。ＭＦＦｆは、ＡＳＴＭ試験方法０２３５４を使用して測定される。ＶＯＣではない合体剤の例としては、可塑剤、低分子量ポリマー、および界面活性剤が挙げられる。すなわち、非ＶＯＣ合体剤は、大気圧で２８０℃超の沸点を有する合体剤である。
【0102】
塗料またはコーティング調製の典型的な方法は、エマルジョンポリマー、殺生物剤、消泡剤、石鹸、分散剤、および増粘剤からの偶発的なＶＯＣを導入することができる。これらは、典型的には、コーティング組成物の総重量を基準にして、０．１重量％のＶＯＣを占める。水蒸気ストリッピング、ならびに殺生物剤、消泡剤、石鹸、分散剤、および増粘剤のような低ＶＯＣ含有添加剤の選択などの追加の方法を使用して、塗料またはコーティングを、コーティング組成物の総重量を基準にして、０．０１重量％未満のＶＯＣにさらに減少させることができる。
【0103】
可撓性熱伝導性材料は、直線状の平坦な表面を有するフォームに適用されてもよい。可撓性熱伝導性材料はまた、曲面（例えば、輪郭切断枕）、フォームおよびマットレス業界で知られているより複雑なトポロジー表面（例えば、畳み込みフォームシートとしても知られているいわゆる「卵クレート（ｅｇｇ ｃｒａｔｅ）」フォームパッド、別の例は、波状パターンがある）にも適用されてもよい。可撓性熱伝導性材料は、フォーム表面上に直接適用されてもよく、例えば、フォーム表面上にスプレーコーティングおよび／または注がれてもよい。可撓性熱伝導性材料は、それ自体で拡散もよく、または木製もしくは金属のロッドまたはスティックなどの道具を使用して、あるいはエアーナイフを使用して拡散してもよい。カーテンコーティング機器も同様に使用され得、コンベアベルトの補助によって、フォームを、コーティング液のカーテンを通って移動させることができる。様々な種類のロールツーロールコーティングも同様に使用することができる。可撓性熱伝導性材料がそれ自体でフォーム上にスプレーコーティングもしくは拡散させられる場合、あるいは拡散が補助されるか、またはカーテンコーティング機器が使用される場合、取り外し可能なマスクを使用して表面の特定の部分をコーティングせずに残すことができ、コーティング後、マスクを取り外して、目的のコーティングパターンに到達させることができる。
【0104】
可撓性熱伝導性材料はまた、ゲルであり得る。様々な実施形態について、ゲルはポリウレタン；鉱油などの希釈剤（増量剤（ｅｘｔｅｎｄｅｒ）としても知られる）で膨潤させたゴム；シリコーンエラストマーから作製することができるが、他の様々なポリマーをゲルに作製することができる。ポリウレタンゲルは、例えば、米国特許出願公開第２０１７／０１６６６８１（Ａ１）号に記載されている。ゴムは、例えば、天然ゴムまたはＳＢゴム、ＳＢＳ、ＳＥＢＳ、ＳＩＢＳ、ＳＥＰＳ、ＳＥＥＰＳ、および他の様々なものなどのスチレンブロックコポリマーゴムであり得、これらのそれぞれは、希釈剤、最も一般的には鉱油を使用して膨潤させることができる。希釈剤で膨潤されたかかるゴムは、例えば、米国特許第５，６１８，８８２号に見出すことができる。コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体を形成する際に、可撓性熱伝導性材料を形成するために使用されるゲルは、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームに埋め込まれるか、または可撓性連続気泡ポリウレタンフォームが構造体の周りに形成され得る。
【0105】
可撓性熱伝導性材料はまた、金属であり得る。適切な金属の例としては、とりわけ、銅およびアルミニウムが挙げられる。本明細書で使用される場合、金属は、銅およびアルミニウムなどの元素金属だけでなく、真ちゅうおよび青銅などの銅を含む金属合金も含む。好適な金属の他の例としては、鋼、ニッケル、銀、金、白金、および前述の金属のいずれかを含むがこれらに限定されない金属合金が挙げられるが、これらに限定されない。また、人体からの熱の除去をさらに強化するために、コンピュータプロセッサの冷却に使用されるようなヒートパイプを使用することができ、ケースとして使用される金属または材料は、前述の金属または高分子材料のいずれかであり得、水または有機溶剤などの相変化材料が内部に収納されている。コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体を形成する際に、可撓性熱伝導性材料を形成するために使用される金属は、可撓性構造体に織られるかまたは編まれたワイヤの形態であり得る。かかる構造体は、可撓性連続気泡ポリウレタンフォームに埋め込むことができるか、または可撓性連続気泡ポリウレタンフォームを構造体の周囲に形成することができる。
【0106】
すべての部およびパーセンテージは、特に示されない限り、重量による。すべての分子量データは、特に示されない限り、数平均分子量に基づく。
【実施例】
【0107】
材料
実施例は、次の材料を使用する。
実施例は、次の材料を使用する。
【0108】
本例のコンピュータモデルに入力されたプロパティーのソースとして使用される連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームは、米国特許出願公開第２０１７／０３６２３７５Ａ１号の表３に見られる実施例４と同じタイプである。
【0109】
本実施例のコーティング配合物は、ポリエチレングリコールおよびアクリルラテックスベースのバインダーを含む相変化材料（ＰＣＭ）を使用して、水ベースのコーティングを形成する。相変化材料は、Ｍｉｃｒｏｔｅｋ２８Ｄ（Ｍｉｃｒｏｔｅｋ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）であり、これは、２８℃の相変化温度を有するカプセル化パラフィン系ワックス材料である。本実施例のＭｉｃｒｏｔｅｋ２８Ｄの目標荷重は、３３Ｊ／インチ２の潜熱を達成するために０．１８ｇ／インチ２である。コーティング中のＰＣＭの重量分率は、約４８％である。ＰＣＭコーティングおよびその構成材料の物理的特性を表１にまとめている。
【表1】
【0110】
人体からの熱伝達のシミュレーション
シミュレーションの詳細は、以下の表４に記載する。以下の各例では、連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームの開始温度および湿度は、４０％の相対湿度で２０℃である。人体は、幅４００ｍｍの細長い楕円を使用してモデル化され、中央の７０ｍｍの連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームに沈められる。人体の楕円と連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームとの間の接触弧長ｃは、次の式で表される（この場合は１％以内の誤差）。
ここで、ａは半長軸（すなわち、長軸の長さの半分）であり、ｂは半短軸である。ｃの値は、４４９ｍｍと計算される。
シミュレーションの詳細は、以下の表４に記載する。以下の各例では、連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームの開始温度および湿度は、４０％の相対湿度で２０℃である。人体は、幅４００ｍｍの細長い楕円を使用してモデル化され、中央の７０ｍｍの連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームに沈められる。人体の楕円と連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームとの間の接触弧長ｃは、次の式で表される（この場合は１％以内の誤差）。
【数1】
【0111】
連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームは、場合によっては、７０％のコーティング被覆率を有し、全被覆率の残りの３０％は、通気性のある開口部を可能にするためにコーティングされていない。これにより、開口部の全幅を１３４．７ｍｍにすることができた。与えられた全幅に対して、破断部が次の数のギャップに均等に分割されると、次の数のギャップが提供される：７個のギャップ＝それぞれ１９．２ｍｍ、１５個のギャップ＝それぞれ９．０ｍｍ、２３個のギャップは、それぞれ５．９ｍｍに均等に分割し、３１個のギャップ＝それぞれ４．３ｍｍ。コーティング被覆率の他の値（例えば、５０％、６０％、および９０％）のギャップ数からギャップ幅への変換は、同様の計算に従う。
【0112】
次のシナリオが考慮される。
比較例（Ｃ．Ｅ）Ａ＝ＰＣＭコーティングを施していないメモリーフォーム
Ｃ．Ｅ．Ｂ＝表面の１００％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォーム
Ｃ．Ｅ．Ｃ＝表面の７０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために７つのギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は１９．２ｍｍである。
Ｃ．Ｅ．Ｄ＝表面の７０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために１５個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は９．０ｍｍである。
本発明の実施例（Ｉ．Ｅ．）＃１＝表面の７０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために２３個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は５．９ｍｍである。
Ｉ．Ｅ．＃２＝表面の７０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために３１個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は４．３ｍｍである。
Ｉ．Ｅ．＃３＝表面の５０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために２５個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は９．０ｍｍである。
Ｉ．Ｅ．＃４＝表面の５０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために３５個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は６．４ｍｍである。
Ｃ．Ｅ．Ｅ＝表面の６０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために２０個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は９．０ｍｍである。
Ｃ．Ｅ．Ｆ＝表面の９０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために５個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は９．０ｍｍである。
Ｃ．Ｅ．Ｇ＝表面の９０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために１０個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は４．５ｍｍである。
比較例（Ｃ．Ｅ）Ａ＝ＰＣＭコーティングを施していないメモリーフォーム
Ｃ．Ｅ．Ｂ＝表面の１００％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォーム
Ｃ．Ｅ．Ｃ＝表面の７０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために７つのギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は１９．２ｍｍである。
Ｃ．Ｅ．Ｄ＝表面の７０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために１５個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は９．０ｍｍである。
本発明の実施例（Ｉ．Ｅ．）＃１＝表面の７０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために２３個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は５．９ｍｍである。
Ｉ．Ｅ．＃２＝表面の７０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために３１個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は４．３ｍｍである。
Ｉ．Ｅ．＃３＝表面の５０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために２５個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は９．０ｍｍである。
Ｉ．Ｅ．＃４＝表面の５０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために３５個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は６．４ｍｍである。
Ｃ．Ｅ．Ｅ＝表面の６０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために２０個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は９．０ｍｍである。
Ｃ．Ｅ．Ｆ＝表面の９０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために５個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は９．０ｍｍである。
Ｃ．Ｅ．Ｇ＝表面の９０％にＰＣＭコーティングを施したメモリーフォームであり、通気性を確保するために１０個のギャップが等間隔に配置されており、各ギャップの幅は４．５ｍｍである。
【0113】
すべての場合において、ＰＣＭコーティングを施した材料（Ｃ．Ｅ．Ｂ～ＧおよびＩ．Ｅ．＃１～＃４）は、より低い温度で開始する（表２および３を参照）。人体が表面を加温すると、１２０分までにＣ．Ｅ．ＢからＧまでは、Ｃ．Ｅ．Ａ（コーティングなしの裸のフォーム）と同じかそれよりも暖かくなるか、あるいは、１２０分で、Ｊｏｎｅｓにより例証されたＳｔｅｖｅｎｓ ＆ Ｃｈｏｏの参考文献（Ｓｔｅｖｅｎｓ，Ｊ．Ｃ．，＆ Ｃｈｏｏ，Ｋ．Ｋ．（１９９８）．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｄｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｌｉｆｅ ｓｐａｎ．Ｓｏｍａｔｏｓｅｎｓｏｒｙ ＆ Ｍｏｔｏｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１５，１３－２８．Ｊｏｎｅｓ，Ｌ．（２００９）．Ｔｈｅｒｍａｌ Ｔｏｕｃｈ．Ｓｃｈｏｌａｒｐｅｄｉａ，４（５）：７９５５．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｃｈｏｌａｒｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ａｒｔｉｃｌｅ／Ｔｈｅｒｍａｌ＿ｔｏｕｃｈにより引用）に記載されているように、温度の低下を検出するための０．１１℃の閾値未満だけＣ．Ｅ．Ａよりも冷たくなる。しかしながら、Ｉ．Ｅ．＃１から＃４までについては、温度は常にＣ．Ｅ．Ａ（およびＣ．Ｅ．ＢからＧまで）の温度を下回り、０．１１℃の閾値を超えて低くなる。したがって、多くの通気性のあるコーティングされていないスペーサー（すなわち、狭いコーティングされていないギャップ）を使用すると、向上した冷却性能を可能にする。
【0114】
本発明の実施例および比較例の両方からのデータをさらに分析して、ＰＣＭコーティングされたフォームがＣ．Ｅ．Ａ（ＰＣＭコーティングなし）のフォームよりも０．１１℃の閾値だけ低温であるという意味で本発明のギャップサイズの範囲を決定した。図５は、コーティング被覆率およびギャップサイズを入力変数として使用して直線当てはめから作成した等高線プロットの結果と、ＰＣＭコーティングフォーム対Ｃ．Ｅ．Ａフォーム（ＰＣＭコーティングなし）の到達最高温度の差を示している。曲線当てはめは、特に冷却効果があることが判明したＩ．Ｅ．＃２を含めずに行われた。結果として得られた曲線当てはめは、Ｉ．Ｅ．＃２がＣ．Ｅ．Ａのフォームと比較して０．１１℃を超える冷却を有することを予測することができた。等高線は、ギャップサイズとコーティング被覆率との組み合わせであり、ここでは、ＰＣＭコーティングされたフォームは、Ｃ．Ｅ．Ａのフォーム（ＰＣＭコーティングなし）よりも０．１１℃低い、１２０分での最高温度を有する。したがって、本発明の範囲は、図５の等高線より下にあるギャップサイズとコーティング被覆率との組み合わせである。言い換えれば、所与のＰＣＭコーティング被覆率（「ｃｏｖ」）に対する通気性開口部のサイズ（「ギャップサイズ」）は、特定のレベル未満であり、以下の不等式に従う：
ギャップサイズ［ｍｍ単位］≦－０．１９６＊ｃｏｖ［％単位］＋２０．６
ギャップサイズ［ｍｍ単位］≦－０．１９６＊ｃｏｖ［％単位］＋２０．６
【0115】
この不等式の妥当性は、シミュレーション結果（Ｃ．Ｅ．＃Ａと比較した１２０分でのＴの低下が、０．１１℃より大きいかどうか）を不等式に基づく予測と比較する、表４の最後の２列で検証される。
【表2】
【表3】
【表4】
【0116】
シミュレーションの詳細－モデル開発
２Ｄモデル
マットレスの温熱快感は、主に眠っている人とのその境界における温度および湿度によって決定される。フォームの機械的応答も材料選択の因子であるが、温熱快適に焦点を当てた現在のモデルでは直接シミュレートされていない。図６に示すように、眠っている人およびマットレスの複雑な形状が、モデルで簡略化されている。マットレスは、異なるフォーム材料の２つの層からなる。最上層は連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームであり、これは、柔らかな感触を提供し、一方、ベース層は、十分な支持を提供するためにより硬いフォームであり、十分な支持を提供する。シミュレーションを簡略化するための近似として、硬質フォーム層は非圧縮性であると想定され、これは、十分に硬い層、例えば３０～５０重量ポンド（ｌｂ－ｆｏｒｃｅ）のＩＦＤが使用されている場合に現実的でである。かかるフォームの例は、Ｈｅｒｒｉｎｇｔｏｎ Ｒ．＆ Ｈｏｃｋ Ｋ．，ｅｄｓ．“Ｄｏｗ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｏａｍｓ”（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ １９９７）のページ９．３７に記載されている。眠っている人の胴体は、長軸が４０ｃｍおよび短軸が１４ｃｍの楕円形の断面を有する円柱で再現される。最上層の上面は楕円形に一致しており、眠っている人の体重によって引き起こされる圧縮を模倣している。半楕円形の領域の深さはフォームの高さの７０％であり、これは最上層の接触領域の下部での７０％の圧縮率に相当する。ベース層には、圧縮がないと想定される。最上フォーム層およびベース層は、それぞれ幅８０ｃｍ、高さ１０ｃｍおよび５ｃｍであり、どちらの寸法も長手方向の寸法（約２ｍ以上）に比べて短い。３Ｄ組立品は、その断面の２Ｄモデルで再現することができる。
２Ｄモデル
マットレスの温熱快感は、主に眠っている人とのその境界における温度および湿度によって決定される。フォームの機械的応答も材料選択の因子であるが、温熱快適に焦点を当てた現在のモデルでは直接シミュレートされていない。図６に示すように、眠っている人およびマットレスの複雑な形状が、モデルで簡略化されている。マットレスは、異なるフォーム材料の２つの層からなる。最上層は連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームであり、これは、柔らかな感触を提供し、一方、ベース層は、十分な支持を提供するためにより硬いフォームであり、十分な支持を提供する。シミュレーションを簡略化するための近似として、硬質フォーム層は非圧縮性であると想定され、これは、十分に硬い層、例えば３０～５０重量ポンド（ｌｂ－ｆｏｒｃｅ）のＩＦＤが使用されている場合に現実的でである。かかるフォームの例は、Ｈｅｒｒｉｎｇｔｏｎ Ｒ．＆ Ｈｏｃｋ Ｋ．，ｅｄｓ．“Ｄｏｗ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｏａｍｓ”（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ １９９７）のページ９．３７に記載されている。眠っている人の胴体は、長軸が４０ｃｍおよび短軸が１４ｃｍの楕円形の断面を有する円柱で再現される。最上層の上面は楕円形に一致しており、眠っている人の体重によって引き起こされる圧縮を模倣している。半楕円形の領域の深さはフォームの高さの７０％であり、これは最上層の接触領域の下部での７０％の圧縮率に相当する。ベース層には、圧縮がないと想定される。最上フォーム層およびベース層は、それぞれ幅８０ｃｍ、高さ１０ｃｍおよび５ｃｍであり、どちらの寸法も長手方向の寸法（約２ｍ以上）に比べて短い。３Ｄ組立品は、その断面の２Ｄモデルで再現することができる。
【0117】
マットレスの上面はＰＣＭの交互のパターンでコーティングされており、相変化によって熱を放散する。ＰＣＭコーティングの上に、布地層を模倣するために薄層ドメインが追加され、寝具シートからの潜在的な影響を考慮する。
【0118】
２Ｄモデルにおける主な現象
２Ｄモデルは、フォームマットレスの熱伝達、水分輸送、および空気の自然対流を含む、マットレスの快適な睡眠に影響を与える可能性のある主な現象をシミュレートする。熱および水分の輸送に対する自然対流の寄与も考慮される。これらの現象はすべて、異なる材料特性を有するマットレスモデルの各層（すなわち、フォーム、ＰＣＭコーティング、および布地層）に対して定義されている。次のセクションでは、各現象のモデルを紹介する。このモデルは、商用ソフトウェアパッケージＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（登録商標）５．０を使用して実装されている。ＣＯＭＳＯＬ（登録商標）は、様々な物理現象を単一のモデルに結合して、それらの相互作用を分析するためのブルトインインターフェースを提供する有限要素シミュレーションソフトウェアである。
２Ｄモデルは、フォームマットレスの熱伝達、水分輸送、および空気の自然対流を含む、マットレスの快適な睡眠に影響を与える可能性のある主な現象をシミュレートする。熱および水分の輸送に対する自然対流の寄与も考慮される。これらの現象はすべて、異なる材料特性を有するマットレスモデルの各層（すなわち、フォーム、ＰＣＭコーティング、および布地層）に対して定義されている。次のセクションでは、各現象のモデルを紹介する。このモデルは、商用ソフトウェアパッケージＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（登録商標）５．０を使用して実装されている。ＣＯＭＳＯＬ（登録商標）は、様々な物理現象を単一のモデルに結合して、それらの相互作用を分析するためのブルトインインターフェースを提供する有限要素シミュレーションソフトウェアである。
【0119】
マットレス内の水蒸気の輸送
多孔質フォーム内の水蒸気の輸送は、次の式を使用してシミュレートされる。
式中、ｃはフォーム内の空気の水蒸気濃度（単位：ｍｏｌ／ｍ３）であり、εｐは、フォーム気孔率（単位なし）であり、
は、対流速度（単位：ｍ／ｓ）であり、Ｄｅは、水蒸気の有効拡散率（単位：ｍ２／ｓ）であり、Ｓはフォーム内の水蒸気源（この研究ではＳ＝０）である。蛇行した多孔質構造体内の水蒸気の有効拡散率、Ｄｅは、自由空気中の水蒸気の拡散率、ＤＦ＝２．８２×１０－５ｍ２／ｓよりも小さいであろう。２Ｄモデルは、マットレス内部の水蒸気の有効拡散率にも影響を与える圧縮による、フォーム気孔率、εｐの変動を考慮している。水蒸気の有効拡散率は異なる圧縮率で測定されており、測定値の曲線当てはめ式を使用して、Ｄｅ決定する。フォーム内の対流速度を決定するために使用される自然対流式、
は、以下に説明されている。
多孔質フォーム内の水蒸気の輸送は、次の式を使用してシミュレートされる。
【数2】
【数3】
【数4】
【0120】
マットレス内の熱の輸送
マットレス全体の熱伝達は、エネルギーバランス式を使用してシミュレートされる。
式中、Ｔはフォーム内の温度（単位：Ｋ）であり、ρ空気は、空気の密度（単位：ｋｇ／ｍ３）であり、Ｃｐ、空気は、一定圧力での空気の比熱容量（単位：Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））であり、（ρＣｐ）有効は、一定の圧力でフォームの有効体積熱容量であり、ｋ有効は、有効熱伝導率（単位：Ｗ／（ｍ・Ｋ））であり、Ｑは、マットレスの熱源（この研究ではＱ＝０）である。
マットレス全体の熱伝達は、エネルギーバランス式を使用してシミュレートされる。
【数5】
【0121】
有効体積熱容量、（ρＣｐ）有効は、次のように定義される：
（ρＣｐ）有効＝εｐρ空気Ｃｐ、空気＋（１－εｐ）ρＰＵＣｐ、ＰＵ （３）
式中、ρＰＵおよびＣｐ、ＰＵは、それぞれモノリシックポリウレタン（「ＰＵ」）の密度および比熱容量である。この研究で使用される有効熱伝導率ｋ有効は、連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームを使用してＬａｓｅｒｃｏｍｐ熱伝導装置で、ＡＳＴＭ法Ｃ５１８により測定される。
（ρＣｐ）有効＝εｐρ空気Ｃｐ、空気＋（１－εｐ）ρＰＵＣｐ、ＰＵ （３）
式中、ρＰＵおよびＣｐ、ＰＵは、それぞれモノリシックポリウレタン（「ＰＵ」）の密度および比熱容量である。この研究で使用される有効熱伝導率ｋ有効は、連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームを使用してＬａｓｅｒｃｏｍｐ熱伝導装置で、ＡＳＴＭ法Ｃ５１８により測定される。
【0122】
マットレス内の空気の自然対流
フォーム内の自然対流は、多孔質媒体内の運動量バランスの連続の式およびブリンクマン（Ｂｒｉｎｋｍａｎ）の式に基づいて、次のようにモデル化される：
式中、ｐは、静水圧（単位：Ｐａ）であり、μ空気は、空気の動的粘度（単位：Ｐａ・ｓ）であり、κは、ＰＵフォームの透過率（単位：ｍ２）であり、
は、体積力（単位：Ｎ／ｍ３）である。
フォーム内の空気は、加熱されたときの空気の熱膨張を説明するために運動量式に加えられた追加の体積力の項を除いて、非圧縮性の理想気体として動作すると想定される。温度によるガス密度の小さな変化についてのブシネスク（Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ）近似を浮力式に適用して、次の式を得る：
式中、
は、重力定数であり、α空気は、空気の熱膨張係数であり、Ｔ基準は、基準温度（２０℃）である。
フォーム内の自然対流は、多孔質媒体内の運動量バランスの連続の式およびブリンクマン（Ｂｒｉｎｋｍａｎ）の式に基づいて、次のようにモデル化される：
【数6】
【数7】
【数8】
フォーム内の空気は、加熱されたときの空気の熱膨張を説明するために運動量式に加えられた追加の体積力の項を除いて、非圧縮性の理想気体として動作すると想定される。温度によるガス密度の小さな変化についてのブシネスク（Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ）近似を浮力式に適用して、次の式を得る：
【数9】
【数10】
【0123】
空気および固体（モノリシック）ＰＵの物理的特性を、表５および表６に示す。それらは、本明細書で提供される温度および湿度の範囲内で一定として扱われる。空気特性（例えば、ρ空気、Ｃｐ、空気、μ）に対する水分含有量および温度の影響は考慮されない。
【表5】
【表6】
【0124】
透過性相変化材料（ＰＣＭ）コーティングのモデリング
透過性ＰＣＭコーティングパターン
ＰＣＭコーティングは、相変化の潜熱の形態で熱を放散し、これにより、ヒトの皮膚に接触するとより涼しい感触をもたらす。しかしながら、ＰＣＭコーティングの緻密層は、通常不浸透性であり、眠っている人と連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームとの間の境界面から離れる水分の拡散を制限するバリアを作り出す。かかる制限により、ＰＣＭコーティングの効率が低下し、眠っている人とフォームとの境界に水分が蓄積するため、向上した快適性を提供する。
透過性ＰＣＭコーティングパターン
ＰＣＭコーティングは、相変化の潜熱の形態で熱を放散し、これにより、ヒトの皮膚に接触するとより涼しい感触をもたらす。しかしながら、ＰＣＭコーティングの緻密層は、通常不浸透性であり、眠っている人と連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームとの間の境界面から離れる水分の拡散を制限するバリアを作り出す。かかる制限により、ＰＣＭコーティングの効率が低下し、眠っている人とフォームとの境界に水分が蓄積するため、向上した快適性を提供する。
【0125】
ＰＣＭコーティング層を通る水分の拡散速度を改善するための１つの解決策は、水分がコーティング層のこれらの開口部を通って輸送できるように、コーティングにギャップを追加することである。かかるギャップのパターンの１つが図７に示されており、ここでは、ＰＣＭコーティングのストリップがマットレス／眠っている人の境界に交互に配置されている。ＰＣＭコーティングのパターンは、等しいストリップ幅および隣接するＰＣＭストリップ間の等しいギャップ距離で、マットレス／眠っている人の境界の特定の割合を覆う。
【0126】
フォームと眠っている人との間の境界は、半楕円の形を有すると想定される。境界のアーチの全長は、次のように楕円積分を解くことによって計算することができる。
ここで、ａおよびｂは、それぞれ超半径および短半径の長さである。図８に示すように、βは主軸から極座標で測定された角度座標であり、原点は楕円の中心である。ＰＣＭコーティングのパターンは、ＰＣＭストリップ間のギャップの数、Ｎギャップ、およびコーティングによって覆われた境界の割合、αＰＣＭによって決定することができる。コーティングパターンは、次のように設計される。
ＰＣＭストリップの数：ＮＰＣＭ＝Ｎギャップ＋１ （８）
各ＰＣＭストリップのアーチ長：ｌＰＣＭ＝ＬαＰＣＭ／ＮＰＣＭ （９）
隣接するＰＣＭストリップ間のギャップのアーチ長：ｌギャップ＝Ｌ（１－αＰＣＭ）／Ｎギャップ （１０）
ＰＣＭストリップのそれぞれの位置は、境界セグメントが必要なアーチ長に達する角度座標を計算することによって決定される。図８に示すように、点Ａと点Ｂとの間のアーチ長は、次のように計算することができる。
【数11】
ＰＣＭストリップの数：ＮＰＣＭ＝Ｎギャップ＋１ （８）
各ＰＣＭストリップのアーチ長：ｌＰＣＭ＝ＬαＰＣＭ／ＮＰＣＭ （９）
隣接するＰＣＭストリップ間のギャップのアーチ長：ｌギャップ＝Ｌ（１－αＰＣＭ）／Ｎギャップ （１０）
ＰＣＭストリップのそれぞれの位置は、境界セグメントが必要なアーチ長に達する角度座標を計算することによって決定される。図８に示すように、点Ａと点Ｂとの間のアーチ長は、次のように計算することができる。
【数12】
【0127】
境界の半分にある分割点のそれぞれの角度座標が決定されると、残りの半分にあるそれらの位置は対称性によって決定することができる。図９は、ＰＣＭ被覆率が７０％で７つのギャップを有するコーティングパターンの例を示しており、図１０は、コーティングパターンの２Ｄモデルに適用される境界条件の例を示している。
【0128】
相変化材料のモデル
相変化材料は、Ｃｏｍｓｏｌ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（登録商標）（Ｃｏｍｓｏｌ Ｉｎｃ．）の「相変化を伴う熱伝達」モジュールを使用してモデル化される。Ｃｏｍｓｏｌ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（登録商標）では、温度が相変化温度、ＴＰＣに達すると、相変化に関連する潜熱がエネルギー出納式に突然追加されることはない。代わりに、Ｃｏｍｓｏｌ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（登録商標）は、ＴＰＣ－ΔＴ／２からＴＰＣ＋ΔＴ／２までの温度範囲内で起こる相変化を想定している。この温度間隔内で、相変化材料の有効特性は、相変化の前後の材料の混合規則によって決定される。変化しない材料の割合は、ＴＰＣ－ΔＴ／２からＴＰＣ＋ΔＴ／２まで温度が変化すると、１から０に変化する平滑化関数θで表される。
相変化材料は、Ｃｏｍｓｏｌ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（登録商標）（Ｃｏｍｓｏｌ Ｉｎｃ．）の「相変化を伴う熱伝達」モジュールを使用してモデル化される。Ｃｏｍｓｏｌ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（登録商標）では、温度が相変化温度、ＴＰＣに達すると、相変化に関連する潜熱がエネルギー出納式に突然追加されることはない。代わりに、Ｃｏｍｓｏｌ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（登録商標）は、ＴＰＣ－ΔＴ／２からＴＰＣ＋ΔＴ／２までの温度範囲内で起こる相変化を想定している。この温度間隔内で、相変化材料の有効特性は、相変化の前後の材料の混合規則によって決定される。変化しない材料の割合は、ＴＰＣ－ΔＴ／２からＴＰＣ＋ΔＴ／２まで温度が変化すると、１から０に変化する平滑化関数θで表される。
【0129】
有効密度ρおよび熱伝導率κは、次のように計算される。
ρ＝θρｏ＋（１－θ）ρ１（１２）
κ＝θκｏ＋（１－θ）κ１（１３）
ここで、下付き文字「ｏ」および「１」は、それぞれ元の相または相変化後の材料を示す。
ρ＝θρｏ＋（１－θ）ρ１（１２）
κ＝θκｏ＋（１－θ）κ１（１３）
ここで、下付き文字「ｏ」および「１」は、それぞれ元の相または相変化後の材料を示す。
【0130】
温度間隔内見かけ比熱容量Ｃｐは、下記のように計算される：
第２の項ＣＬは、下記の従って、温度間隔における潜熱分布を近似する：
ここで、αｍは、下記のように定義される。
【数13】
【数14】
【数15】
【0131】
相変化中に単位体積あたりに放出される総熱は、式１７で計算されるように、測定された総潜熱、λに等しい。
【数16】
【0132】
ヒトの体温調節系のモデリング
図１０に示すように、２Ｄモデルは様々な境界条件を使用して周囲環境を模倣する。周囲の空気にさらされる境界では、温度および湿度のレベルは、周囲条件（すなわち、相対湿度４０％で２０℃）に指定され、空気はフォームに自由に出入りすることができる。さらに、眠っている人／マットレスの境界では、空気は接線方向にのみ流れると想定されている（すなわち、空気は身体に向かって流れることはできない）。最初は、フォームマットレスが停滞した周囲空気（２０℃、相対湿度４０％）で満たされていると想定される。基準圧力は、１気圧である。
図１０に示すように、２Ｄモデルは様々な境界条件を使用して周囲環境を模倣する。周囲の空気にさらされる境界では、温度および湿度のレベルは、周囲条件（すなわち、相対湿度４０％で２０℃）に指定され、空気はフォームに自由に出入りすることができる。さらに、眠っている人／マットレスの境界では、空気は接線方向にのみ流れると想定されている（すなわち、空気は身体に向かって流れることはできない）。最初は、フォームマットレスが停滞した周囲空気（２０℃、相対湿度４０％）で満たされていると想定される。基準圧力は、１気圧である。
【0133】
眠っている人との境界では、眠っている人の体温調節系が常に周囲温度と水分レベルを追跡し、ヒトの皮膚での熱および水分の放散を調整して、安定した深部体温を維持する。したがって、体温調節系を組み込むことは、マットレスと眠っている人との間の熱および水分の輸送を推定するために不可欠である。現在の研究は、マットレス／眠っている人の境界で米国暖房冷凍空調学会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｈｅａｔｉｎｇ，Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇ，ａｎｄ Ａｉｒ－Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）が公開したモデル（別名「ＡＳＨＲＡＥモデル」）を利用して、ヒトの体温調節系をマットレス内の熱および水分の輸送と関連付けた。
【0134】
ＡＳＨＲＡＥモデルは、人体を皮膚と身体深部とを表す２つの熱区画と見なす。各区画内の温度は均一であると想定され（皮膚の場合はｔｓｋ、中央部の場合はｔｃｒとして示される）、人体内部の熱交換は、皮膚および中央部を表す２つのノード間の熱伝達として扱うことができる。一般的に、快適性に関連する中立温度は、皮膚区画で３４℃、身体深部区画で３７℃である。体温調節系は、様々な生理学的メカニズムを継続的に制御して、安定した身体深部温度を維持する。式１８および式１９のそれぞれに示すように、各区画のエネルギー出納式は、それぞれ、皮膚および深部の温度、ｔｓｋおよびｔｃｒについて解くことができる。２つの式は、単位皮膚面積に基づいて、エネルギー出納および熱損失を考慮する。２つの式のパラメーターおよび変数を、表７および表８に示す。
【数17】
【表7】
【数18】
【表8】
【0135】
式１９では、ヒトの代謝活動と寒気の両方によって、深部区画で熱が発生すると想定される。代謝性熱産生率、Ｍ、および機械的仕事率、Ｗ、（単位：Ｗ／ｍ２）は、どちらも活動レベルに依存する。眠っている人については、Ｍ＝４０Ｗ／ｍ２であり、Ｗ＝０である。
【0136】
ＡＳＨＲＡＥモデルの２つのエネルギー出納式は、Ｃｏｍｓｏｌ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（登録商標）において特別なモジュールを使用して、以前の２Ｄモデルの特別な境界条件として適用された。眠っている人／マットレスの境界で、ＡＳＨＲＡＥモデルは、２Ｄマルチフィジックスモデルによって計算された温度および水分濃度をインポートし、安定した深部温度を維持するために熱放散および発汗率を調整する。一方、ＡＳＨＲＡＥモデルは、熱および水分の流束を境界条件として２Ｄモデルに返す。２つのプロセスは同時に協調して機能し、眠っている人とフォームマットレスとの間の相互作用を模倣する。
【0137】
眠っている人／マットレスの境界での熱流束は、眠っている人の皮膚からの顕熱損失、Ｃ＋Ｒに等しい。顕熱損失は、衣類の熱抵抗、および皮膚温度と眠っている人／マットレスの境界での温度、ｔｆの温度に等しい有効作用温度との差に依存する。眠っている人からフォームまで伝達される熱流束、Ｑｆは、以下の式から計算することができる。
ｈ＝ｈｒ＋ｈｃ （２１）
ここで、ｈｒおよびｈｃ（単位：Ｗ／（ｍ２・Ｋ））は、それぞれ、放射熱伝達係数および対流熱伝達係数である。典型的な屋内条件では、ｈｒ＝４．７Ｗ／（ｍ２・Ｋ）である。以前の分析は、眠っている人／マットレスの境界での空気流量は、１０－４ｍ／ｓのオーダーであることが示されており、空気流量が０．１５ｍ／Ｓを下回る場合、ｈｃ＝５．１Ｗ／（ｍ２・Ｋ）である。Ｒｃｌは衣類の熱抵抗（単位：ｍ２・Ｋ／Ｗ）であり、ｆｃｌは、着衣の体の実際の覆われた領域を説明する着衣面積係数である。現在の研究では、眠っている人／マットレスの境界での熱および水分の移動に対する抵抗は非常に低く、ウォーキングパンツと半袖シャツを着て眠っている人の抵抗で表すことができると想定した。対応する着衣パラメーターは、Ｒｃｌ＝０．０５５８ｍ２・Ｋ／Ｗおよびｆｃｌ＝１．１である。
【数19】
ここで、ｈｒおよびｈｃ（単位：Ｗ／（ｍ２・Ｋ））は、それぞれ、放射熱伝達係数および対流熱伝達係数である。典型的な屋内条件では、ｈｒ＝４．７Ｗ／（ｍ２・Ｋ）である。以前の分析は、眠っている人／マットレスの境界での空気流量は、１０－４ｍ／ｓのオーダーであることが示されており、空気流量が０．１５ｍ／Ｓを下回る場合、ｈｃ＝５．１Ｗ／（ｍ２・Ｋ）である。Ｒｃｌは衣類の熱抵抗（単位：ｍ２・Ｋ／Ｗ）であり、ｆｃｌは、着衣の体の実際の覆われた領域を説明する着衣面積係数である。現在の研究では、眠っている人／マットレスの境界での熱および水分の移動に対する抵抗は非常に低く、ウォーキングパンツと半袖シャツを着て眠っている人の抵抗で表すことができると想定した。対応する着衣パラメーターは、Ｒｃｌ＝０．０５５８ｍ２・Ｋ／Ｗおよびｆｃｌ＝１．１である。
【0138】
式２２に示すように、境界での水分の流束、Ｓｆは、皮膚から蒸発した水分がすべてマットレスに移動したと仮定すると、蒸発性熱損失、Ｅｓｋに関連している。
ここで、ｈｆｇは、水の蒸発熱（３０℃で２．４３×１０６Ｊ／ｋｇ）でであり、１２
は、水のモル質量（１８×１０－３ｋｇ／ｍｏｌ）である。蒸発性熱損失、Ｅｓｋは、式２３に示すように、最大蒸発性熱損失、Ｅ最大に対するＥｓｋの比として定義される皮膚の湿り度、ｗに依存する。
Ｅｓｋ＝ｗＥ最大 （２３）
以下の式に示すように、最大蒸発性熱損失、Ｅ最大は、皮膚に近い湿度と周囲の環境の湿度との差に依存する。
ここで、ｐｓｋ、ｓは、皮膚での水蒸気圧（単位：ｋＰａ）であり、皮膚温度での飽和水蒸気圧、ｔｓｋであると想定される。ｐｆは、眠っている人／マットレスの境界での水蒸気圧（単位：ｋＰａ）である。ｈｅは、蒸発性熱伝達係数（単位：Ｗ／（ｍ２・ｋＰａ））であり、Ｒｅ、ｃｌは、衣類の蒸発性熱伝達抵抗（単位：ｍ２・ｋＰａ／Ｗ）である。ｐｓｋ、ｓ、ｈｅ、およびＲｅ、ｃｌを計算するための式は、２０１３ ＡＳＨＲＡＥ Ｈａｎｄｂｏｏｋに、ＡＳＨＲＡＥ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｈｕｍａｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎとして記載されている。
【数20】
【数21】
Ｅｓｋ＝ｗＥ最大 （２３）
以下の式に示すように、最大蒸発性熱損失、Ｅ最大は、皮膚に近い湿度と周囲の環境の湿度との差に依存する。
【数22】
【0139】
眠っている人／マットレスの境界での水蒸気圧、ｐｆは、２Ｄマルチフィジックスモデルによって予測される水分濃度、ｃｆ、（単位：ｍｏｌ／ｍ３）から計算することができる。
ｐｆ＝１０－３ｃｆＲＴｆ （２５）
ここで、ｐｆは、ｋＰａ単位であり、Ｒは、気体定数（Ｒ＝８．３１４Ｊ・Ｋ－１・ｍｏｌ－１）であり、Ｔｆ（単位：Ｋ）は、境界で２Ｄモデルによって予測された対応する温度である。
ｐｆ＝１０－３ｃｆＲＴｆ （２５）
ここで、ｐｆは、ｋＰａ単位であり、Ｒは、気体定数（Ｒ＝８．３１４Ｊ・Ｋ－１・ｍｏｌ－１）であり、Ｔｆ（単位：Ｋ）は、境界で２Ｄモデルによって予測された対応する温度である。
【0140】
２Ｄ合成モデルでは、熱流束、Ｑｆ、および水分流速、Ｓｆは、眠っている人／マットレスの境界で適用され、眠っている人からマットレスへ伝達される熱および水分を表す。眠っている人／マットレスの境界での水分濃度、ｃｆ、および境界での対応する温度、Ｔｆは、２Ｄマルチフィジックスモデルによって計算され、境界における水分および熱流束を計算するために、ＡＳＨＲＡＥモデルの入力として使用される。２Ｄシミュレーションの境界上の各ポイントは、ＡＳＨＲＡＥモデルのコピーにリンクされており、このモデルは、２Ｄ形状によって提示される局所的な熱／水分伝達環境を感知する。
本願は以下の態様にも関する。
（１）コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体であって、
第１の主表面および前記第１の主表面の反対側の第２の主表面を有する可撓性連続気泡ポリウレタンフォームと、
前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面の表面積の３０～９０パーセントを所定の形状で覆う（ｃｏｖ．（被覆率）、％で表される）可撓性熱伝導性材料であって、前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームを前記可撓性熱伝導性材料の画定された縁部の間で露出させる１つ以上のギャップを提供し、前記１つ以上のギャップの各ギャップが、式Ｉ：
ギャップ幅（ｍｍ）≦－０．１９６×ｃｏｖ．（％）＋２０．６（式Ｉ）
に従うギャップ幅を有し、
前記１つ以上のギャップの総表面積が、前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面の前記表面積の７０～１０パーセントを提供する、可撓性熱伝導性材料と、を含む、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体。
（２）前記可撓性熱伝導性材料が、カプセル化された相変化材料を含有する、前記（１)に記載の構造体。
（３）前記カプセル化された相変化材料が、前記可撓性熱伝導性材料１グラムあたり８０～３００ジュールの潜熱転移を有する、前記（２)に記載の構造体。
（４）前記可撓性熱伝導性材料が、ゲルである、前記（１)に記載の構造体。
（５）前記可撓性熱伝導性材料が、金属である、前記（１)に記載の構造体。
（６）前記可撓性熱伝導性材料の前記所定の形状が、０．１～２ミリメートルの厚さを有する、前記（１）～(５)のいずれかに記載の構造体。
（７）前記可撓性熱伝導性材料の前記所定の形状が、前記連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームの前記第１の主表面上の単一の連続ストリップである、前記（１）～(６)のいずれかに記載の構造体。
（８）前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面上の前記単一の連続ストリップが、蛇行形状を有する、前記（７)に記載の構造体。
（９）前記可撓性熱伝導性材料の前記所定の形状が、前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面上の一連の平行なストリップである、前記（１）～(６)のいずれかに記載の構造体。
（１０）前記１つ以上のギャップの各ギャップの前記ギャップ幅が、同じ値を有する、前記（１）～(９)のいずれかに記載の構造体。
（１１）前記１つ以上のギャップのそれぞれの前記ギャップ幅が、異なる値を有する、前記（１）～(９)のいずれかに記載の構造体。
（１２）前記可撓性熱伝導性材料の少なくとも一部が、前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面と同一平面上にある前記コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの外面を形成する、前記（１）～(１１)のいずれかに記載の構造体。
（１３）前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの少なくとも一部が、前記可撓性熱伝導性材料を完全に覆う、前記（１）～(１１)のいずれかに記載の構造体。
（１４）前記可撓性熱伝導性材料が、ポリマー膜にカプセル化されている、前記（１）～(１３)のいずれかに記載の構造体。
（１５）前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームが、粘弾性ポリウレタンフォームである、前記（１）～(１４)のいずれかに記載の構造体。
本願は以下の態様にも関する。
（１）コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体であって、
第１の主表面および前記第１の主表面の反対側の第２の主表面を有する可撓性連続気泡ポリウレタンフォームと、
前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面の表面積の３０～９０パーセントを所定の形状で覆う（ｃｏｖ．（被覆率）、％で表される）可撓性熱伝導性材料であって、前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームを前記可撓性熱伝導性材料の画定された縁部の間で露出させる１つ以上のギャップを提供し、前記１つ以上のギャップの各ギャップが、式Ｉ：
ギャップ幅（ｍｍ）≦－０．１９６×ｃｏｖ．（％）＋２０．６（式Ｉ）
に従うギャップ幅を有し、
前記１つ以上のギャップの総表面積が、前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面の前記表面積の７０～１０パーセントを提供する、可撓性熱伝導性材料と、を含む、コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォーム構造体。
（２）前記可撓性熱伝導性材料が、カプセル化された相変化材料を含有する、前記（１)に記載の構造体。
（３）前記カプセル化された相変化材料が、前記可撓性熱伝導性材料１グラムあたり８０～３００ジュールの潜熱転移を有する、前記（２)に記載の構造体。
（４）前記可撓性熱伝導性材料が、ゲルである、前記（１)に記載の構造体。
（５）前記可撓性熱伝導性材料が、金属である、前記（１)に記載の構造体。
（６）前記可撓性熱伝導性材料の前記所定の形状が、０．１～２ミリメートルの厚さを有する、前記（１）～(５)のいずれかに記載の構造体。
（７）前記可撓性熱伝導性材料の前記所定の形状が、前記連続気泡粘弾性ポリウレタンフォームの前記第１の主表面上の単一の連続ストリップである、前記（１）～(６)のいずれかに記載の構造体。
（８）前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面上の前記単一の連続ストリップが、蛇行形状を有する、前記（７)に記載の構造体。
（９）前記可撓性熱伝導性材料の前記所定の形状が、前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面上の一連の平行なストリップである、前記（１）～(６)のいずれかに記載の構造体。
（１０）前記１つ以上のギャップの各ギャップの前記ギャップ幅が、同じ値を有する、前記（１）～(９)のいずれかに記載の構造体。
（１１）前記１つ以上のギャップのそれぞれの前記ギャップ幅が、異なる値を有する、前記（１）～(９)のいずれかに記載の構造体。
（１２）前記可撓性熱伝導性材料の少なくとも一部が、前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの前記第１の主表面と同一平面上にある前記コーティングされた可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの外面を形成する、前記（１）～(１１)のいずれかに記載の構造体。
（１３）前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームの少なくとも一部が、前記可撓性熱伝導性材料を完全に覆う、前記（１）～(１１)のいずれかに記載の構造体。
（１４）前記可撓性熱伝導性材料が、ポリマー膜にカプセル化されている、前記（１）～(１３)のいずれかに記載の構造体。
（１５）前記可撓性連続気泡ポリウレタンフォームが、粘弾性ポリウレタンフォームである、前記（１）～(１４)のいずれかに記載の構造体。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
