ITMI990321A1 - Suola di benessere-protezione termica flessibile isolante dal caldo odal freddo - Google Patents
Suola di benessere-protezione termica flessibile isolante dal caldo odal freddoInfo
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Description
DESCRIZIONE dell’invenzione industriale avente per titolo:
«SUOLA DI BENESSERE-PROTEZIONE TERMICA FLESSIBILE ISO-LANTE DAL CALDO O DAL FREDDO»
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda in modo generale elementi o accessori flessibili, isolanti dal caldo o dal freddo, che è possibile utilizzare, ad esempio, negli indumenti e, in particolare, come suola di benessere-protezione termica per calzature.
Nel campo degli accessori flessibili isolanti dal caldo o dal freddo, il Brevetto Statunitense US 4 331 731 divulga una suola di benessere-protezione termica di struttura morbida e flessibile che genera calore. Secondo la figura 2, questa suola comprende, in un involucro (6) permeabile all’aria, da un lato un foglio spesso (1) di materia plastica sotto forma di schiuma a celle aperte, contenente un agente esotermico; questo foglio è racchiuso in un involucro (2) permeabile all’aria e che incorpora, inoltre, un cuscinetto (5) di schiuma plastica a celle aperte. La permeabilità dell’involucro (6), in connessione con l’elemento a cuscino (5) consente alla suola di espirare ed inspirare l’aria sotto l’effetto di sollecitazioni meccaniche del piede dell’utilizzatore.
Il Brevetto Statunitense US-5.290.904 divulga, secondo la figura 2, uno strato di protezione contro il calore comprendente due strati di materiale flessibile non infiammabile (in particolare alluminio) contenenti in modo ermetico una base solidificata (tipo gomma siliconata) che può comprendere materiali a cambiamento di fase (MCP), tipo paraffine, ma micro o macro incapsulati.
La domanda di Brevetto internazionale pubblicata W097/06803 divulga, secondo la figura 3, un corpo di suola comprendente un corpo assorbente (13) costituito da due strati. Il primo strato è costituito da un materiale assorbente (30) che può essere imbibito di paraffina, ed il secondo strato é costituito da una pellicola di rame (31). Questa struttura consente di fissare la paraffina nello stato liquido e riduce i pericoli di fuoriuscita della paraffina se gli elementi divisori (17 e 18), di gomma, sono danneggiati.
Benché esistano già elementi accessori o "guarnizioni" flessibili isolanti dal freddo o dal caldo e che, grazie alla loro struttura particolare o alla loro utilizzazione, sono in grado di sopportare sollecitazioni meccaniche, appare necessario poter disporre di una suola di benessere-protezione termica che sia semplice da fabbricare, senza incapsul azione di MCP,
non presenti problemi di deterioramento, sia pratica al momento dell’uso e efficace in qualità di elemento di rivestimento- guarnizione termica.
La presente invenzione si propone di risolvere tale problema. Un primo scopo dell’invenzione è quello di fornire una suola di benessere-protezione termica flessibile isolante dal caldo o dal freddo, e atta a sopportare sollecitazioni meccaniche, comprendente almeno un materiale a cambiamento di fase (MCP), un nucleo comprendete una struttura tridimensionale tessile impregnata dal (MCP), ed un involucro impermeabili rispetto al MCP all’interno del quale è disposto detto nucleo.
Per "suola di benessere-protezione termica" si intende una suola situata appena al di sotto della pianta del piede che consente così di mantenere il piede alla temperatura corporea, sia proteggendolo dal freddo con MCP appropriati sia proteggendolo dal caldo con altri MCP appropriati. Benché differenti suole di benessere-protezione termica siano state divulgate dalle domande di Brevetto precedentemente citate, gli operai lavoranti su rivestimenti catramati stradali utilizzano attualmente, diversamente dalla presente invenzione, suole di benessere-protezione termica costituite da un foglio tessile, da uno strato di schiuma e da un foglio di alluminio.
Con l’espressione "atta a sopportare sollecitazioni meccaniche" secondo la presente invenzione si intende che la suola, sotto l’effetto di sollecitazioni meccaniche ripetute o continue, ad esempio sotto il peso dell’utilizzatore, conserva la sua struttura e le sue qualità isolanti.
Con "MCP", secondo la presente invenzione, si intendono tutti quei materiali in grado di immagazzinare l’energia termica sotto forma di calore latente mediante cambiamento di fase. Esistono numerosi materiali che presentano tale proprietà. E’ possibile citare, ad esempio, le paraffine, i sali idrati come ad esempio CaCl2-6H2O; una miscela di sali idrati con altri composti, i glicoli, il glicerolo i glicosili o le miscele d’acqua con glicoli, glicerolo, o glicosidi; i clatrati. La scelta del MCP o dei MCP da utilizzare nella guarnizione o rivestimento flessibile secondo la presente invenzione dipende principalmente da due fattori: il calore latente suscettibile di essere immagazzinato mediante cambiamento di fase e la temperatura del cambiamento di fase. In modo generale, più è elevato il calore latente a causa di cambiamento di fase più il materiale di tipo MCP risulta migliore, poiché vi è maggior quantità di energia termica suscettibile di essere immagazzinata dal materiale. La scelta della temperatura di transizione o cambiamento di fase del MCP dipende dall’uso o dalla destinazione della guarnizione secondo l’invenzione. Sarà possibile utilizzare MCP a transizione di fase solida-solida o solidaliquida secondo la temperatura di transizione che si desidera ottenere. E’ pure possibile, nella guarnizione secondo l’invenzione, utilizzare miscele di MCP aventi temperature di transizione diverse.
Per "tessile" secondo la presente invenzione, si intendono i material fibrosi o filamentosi, naturali o chimici, qualsiasi sia la loro organizzazione o struttura previsti per la fabbricazione di articoli tessili. I materiale naturali possono avere origine vegetale o animale. Come materiale d’origine vegetale è in particolare possibile citare la canapa, il cotone, la iuta, il kapok, la rania, il sisal, la noce di cocco. Come materiale d’origine animale, è possibile citare in particolare la lana, la seta, vari peli di montone, capra, cammello, lama, alpaga, vigogna, guanaco, coniglio d’angora, foca, renna. I materiali chimici comprendono tutte le fibre sintetiche a partire dalle materie prime di natura organica, già presenti allo stato naturale e che sono trasformate sotto l’azione di agenti chimici o create mediante sintesi chimica. E* possibile distinguere le fibre artificiali o sintetiche. In qualità di fibre artificiali è possibile citare la cellulosa rigenerata, in particolare la viscosa, la fibranne, le fibre cupro-ammmoniacali, o gli esteri di cellulosa, in particolare l’acetato ed il triacetato di cellulosa. In qualità di fibre sintetiche, è possibile citare le fibre acriliche o poliacriliche, i poliamidi, i poliesteri ed i poliuretani. I materiali tessili secondo la presente invenzione possono essere o tessuti o non-tessuti, o anche a maglia.
Per "involucro permeabile" secondo la presente invenzione si intende qualsiasi involucro di materiale impermeabile rispetto ai materiali MCP consentente di isolare il MCP o i MCP dall’ambiente esterno Ciò significa all’occorrenza, nella presente invenzione, che il MCP o gli MCP incorporati nel materiale tessile, non possono migrare né allo stato solido, né allo stato liquido, verso l’ambiente esterno. In qualità di materiale impermeabile è possibile citare, in particolare, le materie plastiche come il polietilene ed il cloruro di polivinile, o altri materiali sotto forma di film.
Come si vedrà relativamente al secondo scopo dell’invenzione, il procedimento di fabbricazione di ima suola di benessere-protezione termica flessibile secondo l’invenzione è semplice, la qual cosa consente una messa in forma agevole delle guarnizioni o accessori di rivestimento in funzione della loro destinazione. Pertanto, la suola secondo l’invenzione può avere qualsiasi forma desiderata. Essa potrà quindi essere utilizzata per qualsiasi tipo di calzatura, come calzature da sci, da passeggio o da lavoro.
In una forma di realizzazione preferita secondo l’invenzione,
il materiale tessile impregnato mediante almeno un MCP è un materiale non-tessuto.
In una forma di realizzazione più preferita, il materiale tessile
non tessuto è a base di fibre piene, in particolare di poliestere.
In un’altra forma di realizzazione preferita secondo l’invenzione, è preferito che il MCP sia a transizione solido- liquido.
Vantaggiosamente, è preferito che il MCP sia scelto tra il glicole di polietilene, le paraffine ed i sali idrati.
In modo assai vantaggioso, è preferito che il MCP sia una paraffina e/o glicole di polietilene.
^involucro impermeabile è scelto vantaggiosamente tra il polivinil cloruro ed il polietilene.
Il materiale tessile non-tessuto avrà imo spessore di da 2 a 6
mm, ancora più preferibilmente da 3 a 5 mm.
E’ pure preferito che il materiale tessile non-tessuto sia impregnato con da 1800 a 3000 gr di MCP per m<2 >di materiale tessile.
In una forma di realizzazione preferita secondo l’invenzione,
la suola può comprendere una nappa o strato di materiale tessile, incollato sulla faccia esterna dell’involucro a contatto con il piede.
E’ particolarmente previsto l’impiego di materiali tessili gradevoli ed igenici contatto con la pelle, come i materiali tessili a base di materiali naturali.
Un secondo scopo dell’invenzione è quello di fornire un procedimento di fabbricazione della suola secondo l’invenzione, comprendente le fasi di:
— impregnare la struttura tridimensionale tessile mediante macerazione in un bagno di MCP sotto forma liquida;
— estrarre la struttura tridimensionale impregnata da MCP
— lasciar raffreddare detta struttura tridimensionale alla temperatura ambiente o raffreddarla in modo accelerato, per ottenere il nucleo,
— tagliare eventualmente detta struttura tridimensionale, impregnata in funzione dell’utilizzazione scelta,
— ricoprire il nucleo con un materiale impermeabile che viene saldato per formare un involucro impermeabile rispetto al materiale a cambiamento di fase.
Il materiale tessile può essere tagliato prima della o dopo la macerazione nel bagno di MCP in funzione dei vantaggi da ciò rappresentati per il fabbricante.
La figura 1 rappresenta una vista prospettica di una suola di benessere-protezione termica flessibile isolante dal calore o dal freddo comprendente un nucleo 2 comprendente una struttura tridimensionale tessile impregnata mediante il MCP 1, ed un involucro 3 impermeabile rispetto al MCP all’interno del quale è disposto il nucleo.
la figura 2 rappresenta una vista in sezione secondo la linea ΙΙ/II di figura 1.
La figura 3 rappresenta una suola di benessere-protezione termica flessibile isolante dal calore o dal freddo secondo la figura 2, con uno strato 4 di un materiale tessile, incollato sulla faccia esterna dell’involucro a contatto con il piede.
Gli esempi seguenti descrivono una suola di benessere-protezione termica flessibile isolante dal calore o dal freddo secondo l’invenzione e consentono di illustrare l’invenzione stessa. Essi non devono in alcun modo essere considerati come limitativi dell’ambito protettivo definito dalle rivendicazioni accluse.
Esempio 1 : Procedimento di fabbricazione in laboratorio di una suola di benessere-protezione termica per calzature prevista per persone lavoranti su rivestimenti catramati stradali.
Il MCP deve essere riscaldato al di sopra del punto di fusione per presentarsi in forma liquida.
Il materiale tessile, sotto forma di materiale non-tessuto a base di fibre poliesteri, avente uno spessore di 5 mm e preferibilmente tagliato, viene immerso nel bagno di MCP (paraffina o PEG come indicato nell’esempio 2), ad una o più riprese secondo la grammatura ricercata.
Dopo le varie immersioni, la grammatura deve essere superiore a quella ricercata, poiché materiale tessile deve essere successivamente leggermente compresso per ben distribuire il MCP ed evitare le zone con quantità eccessive.
Il materiale tessile impregnato viene lasciato raffreddare a temperatura ambiente sino ad indurimento del MCE
Il pezzo di materiale tessile impregnato sotto forma di suola di benessere-protezione termica è successivamente avvolto in involucro tra due film di plastica termosaldati sotto vuoto. Uno di questi film può essere preliminarmente contro-incollato su uno strato esterno di un materiale tessile previsto per pervenire in contatto con il piede.
Esempio 2: efficacia delle suole di benessere-protezione termica fabbricate nell’esempio 1 .
Il limite di temperatura che la pelle sopporta, all’occorrenza al livello dei piedi, è di 42C. Al di sopra di questo limite, si ha la sensazione di scottatura. Le persone che lavorano sui rivestimenti catramati stradali utilizzano attualmente calzature che contengono una suola di benessere-protezione termica costituita da un foglio tessile, da uno strato di schiuma e da un foglio di alluminio. Con tali suole, i lavoratori sono obbligati a lasciare il posto di lavoro dopo circa 30 minuti di soggiorno permanente.
Sono state provate suole di benessere fabbricate come descritto nell’esempio 1, incorporanti paraffine o polietilene glicole (PEG), in confronto con le suole campione 1 (materiale tessile di spessore 5 mm non impregnato da MCP) e campione 2 (materiale tessile, schiuma e foglio di alluminio), per valutare la durata di presenza in corrispondenza dei loro posti di lavoro degli operai su rivestimenti stradali. I risultati sono fomiti nella tabella 1.
I risultati di laboratorio della prova di isolamento termico secondo la norma EN 344 paragrafo 4.3.5. 1, forniscono i segttenti risultati di durezza (espressa in minuti) in funzione della temperatura di 42°C.
Tabella 1
1 : suola di spessore 5 mm incorporante 3000 g di paraffina, di calore latente di 183,9 joule/g, per m di materiale tessile.
2: suola di spessore 5 mm incorporante 3000 g di paraffina, di calore latente di 204,3 joule/g per m di materiale tessile.
3: suola di spessore 5 mm incorporante 3000 g di PEG, di calore latente di 175,3 joule/g per m di materiale tessile
4: suola di spessore 5 mm incorporante 4600 g di PEG, di calore latente di 171,1 joule/g per m<2 >di materiale tessile.
Come si può osservare, le suole secondo la presente invenzione consentono di molti pli care per due i tempi necessari per raggiungere 42°CÌ
Esempio 3: Valutazione su cantiere delle suole di benessere- protezione ternmica.
A partire dal MCP selezionato, il PEG 1500, si tratta di misurare l’aumento di protezione termica apportato dal MCP in condizioni reali di portata al fine di confermare i risultati di laboratorio. La valutazione dei risultati sarà doppia poiché, da un lato, sensori termici sono posizionati nelle calzature per fornire informazioni oggettive sulla temperatura reale alla superficie della pelle o derma del piede, e, dall’altro lato, il portatore indicherà le sue sensazioni di calore e di comfort.
Al fine di compensare gli effetti correlati alle variazioni di temperatura del suolo da una zona all’altra, o del tempo di permanenza dell’indossatore su rivestimento o manto stradale caldo, vengono eseguite prove comparative tra la suola di benessere-protezione termica comprendente il MCP e la di protezione termica "campione 2 " secondo l’esempio 2. Questi componenti sono portati contemporaneamente l’uno sul piede sinistro, l’altro sul piede destro.
Sono stati realizzati due tipi di prove:
— le prove statiche: l’indossatore rimane in posizione statica su catrame appena posizionato in una carriola sino a che la temperatura non raggiunge 42°C, quindi essendo osservato il raffreddamento delle calzature ai piedi,
— le prove dinamiche: i componenti sono portati da un operaio di cantiere per tutto un giorno di lavoro effettuando la sua attività "normalmente".
La suola di benessere-protezione termica di riferimento è posizionata nella scarpa destra e la suola di benessere- protezione termica a MCP secondo l’invenzione è disposta nella scarpa sinistra.
Tre termocoppie sono posizionate sulle prime, lato piede: un sensore al livello della zona di flessione del piede, laltro al livello della volta plantare, e il terzo a livello del tallone. Una scatoletta-dispositivo di registrazione consente di effettuare la registrazione senza ostacoli per l’indossatore, quindi il trasferimento dei dati verso un elaboratore.
RISULTATI:
Prove statiche
La temperatura limite sopportabile dal piede (42°C) è raggiunta in 18 minuti con la suola di riferimento (campione 2) rispetto a 40 minuti per la suola integrante il MCP PEG 1500. Il tempo con la suola secondo l’invenzione risultava più che doppio.
Prove dinamiche
I risultati confermano le prove statiche poiché il tempo per raggiungere 42C è di 40 minuti superiore con la suola dell’invenzione (MCP).
D’altro canto, dopo aver raggiunto la temperatura di 42C , si osserva una notevole differenza di comportamento tra le due suole:
— la suola MCP secondo l’invenzione raggiunge una temperatura massima di 42,8°C rispetto a 45,8°C per la suola di riferimento, — il tempo totale al di sopra di 42°C è di 68 minuti per la suola MCP secondo l’invenzione rispetto a 207 minuti per la suola di riferimento,
— mentre la temperatura della suola di riferimento subisce grandi scarti (da 37 a 45,8°C), la temperatura della suola MCP secondo l’invenzione è più stabile (da 40 a 42,8°C).
E’ stato evidenziato che la suola di benessere-protezione termica integrante il MCP serve per limitare la temperatura ad una soglia di 42,8°C, che rimane accettabile per l’organismo.
Inoltre, per quanto riguarda la rigenerazione durante il pasto, poiché il tempo di permanenza sul catrame caldo è il medesimo per le due calzature, la suola MCP ha un raffreddamento più lento: ciò è dovuto alla ricristallizzazione del MCP che sviluppa energia.
La pendenza dell’aumento di temperatura dopo il pasto è nettamente inferiore per la suola MCP la qual cosa si traduce in un tempo di salita a 42°C superiore di 12 minuti. Questa differenza mostra che il periodo del pasto ha consentito di raffreddare sufficientemente il MCp così da far sì che esso abbia a variare di stato (almeno parzialmente) e risulti nuovamente attivo.
CONCLUSIONI
Le prove su cantiere hanno consentito di confermare i risultati di laboratorio. La suola MCP secondo l’invenzione è quindi efficace e consente di limitare l’aumento di temperatura. Le temperature rispettivamente massime sono pure ridotte, la qual cosa consente di evitare i picchi di temperatura, che rappresentano una sorgente di incidenti di scottature. Utilizzando la suola MCP secondo l’invenzione è pure possibile trarre vantaggio da una rigenerazione del MCP durante la pausa di mezzogiorno.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Suola di benessere-protezione termica flessibile, isolante dal caldo o dal freddo, e atta a sopportare sollecitazioni meccaniche, comprendente almeno un materiale a cambiamento di fase (MCP) (1) caratterizzata dal fatto che essa comprende almeno un nucleo (2) comprendente una struttura tridimensionale tessile impregnata mediante il materiale a cambiamento di fase (1) ed un involucro (3) impermeabile rispetto al materiale a cambiamento di fase, all’interno del quale è disposto detto nucleo.
- 2. Suola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la struttura tridimensionale è non-tessuta, preferibilmente a base di fibre piene, in particolare poliestere.
- 3. Suola secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che il materiale a cambiamento di fase è a transizione solida liquida.
- 4. Suola secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che il materiale a cambiamento di fase è scelto tra il polietilene glicole, le paraffine, i sali idrati.
- 5. Suola secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che il materiale a cambiamento di fase è una paraffina e/o polietilene glicole.
- 6. Suola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l’involucro impermeabile è costituito da un materiale scelto tra il cloruro di polivinile e il polietilene.
- 7. Suola secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che la struttura tridimensionale non-tessuta presenta uno spessore di da 2 a 6 mm, preferibilmente da 3 a 5 mm.
- 8. Suola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la struttura tridimensionale non-tessuta è impregnata con da 1800 a 3000 grammi di MCP per m<2 >di materiale tessile.
- 9. Suola secondo al rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che essa comprende uno strato (4) di un materiale tessile, incollato sulla faccia esterna dell’involucro a contatto con il piede.
- 10. Procedimento di fabbricazione della suola secondo la rivendicazione 1, comprendente le fasi di: — impregnare la struttura tridimensionale tessile mediante macerazione in un bagno di MCP sotto forma liquida; — estrarre la struttura tridimensionale impregnata da MCP — lasciar raffreddare detta struttura tridimensionale alla temperatura ambiente o raffreddarla in modo accelerato, per ottenere il nucleo (2), — tagliare eventualmente detta struttura tridimensionale, impregnata in funzione dell’utilizzazione scelta, — ricoprire il nucleo (2) con una materia plastica impermeabile, che viene saldata per formare l’involucro impermeabile rispetto al materiale a cambiamento di fase.
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