WO2011027015A1

WO2011027015A1 - Method for producing footwear with a controlled internal temperature

Info

Publication number: WO2011027015A1
Application number: PCT/ES2010/070573
Authority: WO
Inventors: José Luis VALVERDE PALOMINO; Paula SÁNCHEZ PAREDES; Manuel Salvador Carmona Franco; Águeda CANO CUEVAS; Azucena RODRÍGUEZ HURTADO; Ángel MECERREYES SANCHO; Laura Mecerreyes Espinosa
Original assignee: Universidad De Castilla La Mancha; Asociación De Investigación Y Desarrollo Del Calzado Y Afines De Toledo
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2011-03-10
Also published as: ES2354345A1; ES2354345B1

Abstract

The invention relates to a method for producing footwear with a controlled internal temperature, comprising the application of microcapsules containing phase change materials to footwear components, such as middle soles, soles, insoles or lining, and the application of a preferably aqueous adhesive. For components such as soles, insoles and middle soles, the microcapsules are applied first, followed by the adhesive. In the case of a lining component, a mixture of the adhesive and the microcapsules is applied. In both cases, the adhesive is applied using an air gun, with pressures of 0.5 to 10 bar, preferably 0.5 to 2 bar. A footwear item is obtained, such as a shoe or a boot, with components that provide thermal comfort while maintaining the internal temperature at around 32º C.

Description

PROCEDIMIENTO DE ELABORACIÓN DE CALZADOS QUE FOOTWEAR ELABORATION PROCEDURE THAT

PROPORCIONAN CONTROL DE LA TEMPERATURA INTERIOR PROVIDE INTERNAL TEMPERATURE CONTROL

D E S C R I P C I Ó N D E S C R I P C I Ó N

OBJETO DE LA INVENCIÓN OBJECT OF THE INVENTION

La presente invención se puede incluir dentro del campo técnico del calzado, en particular, dentro del campo de los elementos constitutivos del calzado. The present invention can be included within the technical field of footwear, in particular, within the field of the constituent elements of footwear.

La invención se puede igualmente incluir en el campo técnico de los calzados con dispositivos de protección contra el frío o el calor. Concretamente, la invención se refiere a un procedimiento sencillo, rápido y versátil de elaboración de calzados que proporcionan regulación de temperatura interior a base de materiales de cambio de fase. The invention can also be included in the technical field of footwear with protection devices against cold or heat. Specifically, the invention relates to a simple, fast and versatile process of shoe manufacturing that provides indoor temperature regulation based on phase change materials.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN BACKGROUND OF THE INVENTION

Los materiales de cambio de fase (PCM, del inglés Phase Change Materials) son materiales que presentan elevados valores de calor latente de fusión, lo que les permite absorber o ceder grandes cantidades de calor por unidad de masa durante los procesos de cambio de fase de líquido a sólido y de sólido a líquido. Estos procesos se producen de forma reversible y transcurren a temperatura prácticamente constante. Phase change materials (PCM) are materials that have high values of latent heat of fusion, which allows them to absorb or yield large amounts of heat per unit mass during the phase change processes. liquid to solid and from solid to liquid. These processes occur reversibly and run at a virtually constant temperature.

Actualmente se están desarrollando sistemas que contienen materiales de cambio de fase con dos fines fundamentales: protección térmica y almacenamiento energético. La aplicación de los PCMs como acumuladores de energía tanto en calzado como en artículos textiles se presenta como una de las alternativas más ventajosas para procurar confort térmico. Atendiendo a su composición química, los PCMs se clasifican en orgánicos e inorgánicos. Los más empleados son los orgánicos, puesto que no son corrosivos, no presentan histéresis y poseen gran estabilidad térmica y física. Entre los materiales orgánicos, los más empleados son el grupo denominado parafinas, debido fundamentalmente a su bajo coste, alta disponibilidad y elevados valores de calor latente, así como a su especificidad, lo que adicionalmente permite elegir un material adecuado para cada uso particular. Para evitar la migración de los compuestos parafínicos durante la fusión, dichos compuestos se emplean encerrados en microcápsulas. La obtención de las microcápsulas que contienen parafinas es conocida y está recogida en forma de literatura científica y de patentes, por lo que no forma parte del contenido de la presente invención. Asimismo, son conocidos en el estado de la técnica algunos métodos de incorporación de microcápsulas de parafina en artículos de calzado, una selección de los cuales se menciona seguidamente: Systems are currently being developed that contain phase change materials with two fundamental purposes: thermal protection and energy storage. The application of PCMs as energy accumulators in both footwear and textile articles is presented as one of the most advantageous alternatives to provide thermal comfort. Based on their chemical composition, PCMs are classified as organic and inorganic. The most used are organic, since they are not corrosive, do not show hysteresis and have great thermal and physical stability. Among the organic materials, the most used are the group called paraffins, mainly due to its low cost, high availability and high latent heat values, as well as its specificity, which additionally allows choosing a suitable material for each particular use. To prevent the migration of paraffinic compounds during fusion, said compounds are used in microcapsules. Obtaining microcapsules containing paraffins is known and is collected in the form of scientific literature and patents, so it is not part of the content of the present invention. Also, some methods of incorporating paraffin microcapsules into footwear articles are known in the state of the art, a selection of which is mentioned below:

- La patente estadounidense US2002164474 (Buckley) describe una matriz de material flexible o espuma de polímero que incorpora material de cambio de fase previamente microencapsulado, que se adiciona durante la formación de la matriz. La matriz con el PCM incorporado se emplea en la elaboración de botas de campo, de nieve o de esquí, así como en guantes, bufandas o mantas para el tratamiento de la hipotermia o de la fiebre. - US Patent US2002164474 (Buckley) describes a matrix of flexible material or polymer foam that incorporates previously microencapsulated phase change material, which is added during matrix formation. The matrix with the built-in PCM is used to make field, snow or ski boots, as well as gloves, scarves or blankets for the treatment of hypothermia or fever.

- La patente española P9900354 explica cómo llevar a cabo la impregnación de una plantilla de calzado directamente con PCMs. La plantilla se sumerge en un baño de PCM líquido una o varias veces según el peso deseado, se prensa y se deja enfriar la plantilla a temperatura ambiente hasta la completa solidificación del PCM. Posteriormente, esta plantilla se recubre de una envoltura de dos películas plásticas termo-soldadas al vacío. Una de estas películas estará en contacto con la piel. - La patente estadounidense US5499460 describe una plantilla de calzado que contiene microcápsulas con PCMs para proporcionar confort térmico. Las microcápsulas que contienen distintos PCMs se incorporan en un material polimérico de espuma flexible durante el espumado del polímero. - Spanish patent P9900354 explains how to carry out the impregnation of a shoe insole directly with PCMs. The template is immersed in a liquid PCM bath once or several times according to the desired weight, pressed and the template is allowed to cool to room temperature until the PCM is completely solidified. Subsequently, this template is covered with a wrap of two vacuum heat-welded plastic films. One of these films will be in contact with the skin. - US Patent US5499460 describes a footwear insole that contains microcapsules with PCMs to provide thermal comfort. Microcapsules containing different PCMs are incorporated in a flexible foam polymeric material during polymer foaming.

- La patente estadounidense US6892478 trata de una espuma con microcápsulas que contienen dos tipos de PCMs, que se aplica en distintas partes del calzado, como plantilla, laterales, lengüetas, etc., con el fin de proporcionar confort térmico al usuario. - The US patent US6892478 deals with a foam with microcapsules containing two types of PCMs, which is applied in different parts of the footwear, such as insole, sides, tabs, etc., in order to provide thermal comfort to the user.

El problema técnico consiste en desarrollar un procedimiento de elaboración de calzados termorreguladores a partir de microcápsulas que contienen materiales parafínicos, que sea sencillo, rápido de aplicar y que permita la elaboración selectiva de diferentes componentes de los calzados. The technical problem consists in developing a procedure for the production of thermoregulatory footwear from microcapsules containing paraffinic materials, which is simple, quick to apply and allows the selective elaboration of different components of the footwear.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN DESCRIPTION OF THE INVENTION

La invención resuelve el problema técnico mediante un procedimiento sencillo y rápido de elaboración de calzados (tales como botas, zapatos, etc.) que proporciona control de la temperatura interior del calzado y que brinda la posibilidad de conseguir confort térmico mediante la incorporación de componentes seleccionados de calzados en dichos calzados. The invention solves the technical problem by means of a simple and quick procedure of shoe making (such as boots, shoes, etc.) that provides control of the internal temperature of the footwear and that offers the possibility of achieving thermal comfort by incorporating selected components. of footwear in said footwear.

Tal como se ha comentado anteriormente, el objeto principal de la invención es la incorporación de manera rápida de microcápsulas que contienen As previously mentioned, the main object of the invention is the rapid incorporation of microcapsules containing

PCMs, preferentemente PCMs de tipo parafínico, a distintos componentes de calzados, tales como suela, plantilla, palmilla y forro, con el fin de proporcionar confort térmico al usuario. Las microcápsulas utilizadas pueden ser sintetizadas empleando tanto técnicas físicas como químicas y posteriormente se incorporan al componente del calzado empleando preferentemente adhesivos acuosos disponibles en el mercado para este tipo de industria. PCMs, preferably PCMs of paraffinic type, to different components of footwear, such as sole, insole, palm and lining, in order to provide thermal comfort to the user. The microcapsules used can be synthesized using both physical and chemical techniques and subsequently incorporated into the footwear component using preferably aqueous adhesives available in the Market for this type of industry.

La incorporación de las microcápsulas mejora las condiciones térmicas del calzado, permitiendo mantener la temperatura interior alrededor de los 32° C, con independencia de las condiciones ambientales y de la época del año, aportando un gran confort a un usuario. The incorporation of the microcapsules improves the thermal conditions of the footwear, allowing to maintain the interior temperature around 32 ° C, regardless of the environmental conditions and the time of the year, providing great comfort to a user.

La presente invención se refiere a la incorporación de microcápsulas que contienen PCMs en diferentes componentes de calzados. Las microcápsulas se incorporan a los diferentes componentes siguiendo el procedimiento que se explica seguidamente: The present invention relates to the incorporation of microcapsules containing PCMs in different components of footwear. The microcapsules are incorporated into the different components following the procedure explained below:

-Una vez seleccionado el componente de calzado, así como el material de cambio de fase adecuado y el contenido en dicho material de cambio de fase que van a tener las microcápsulas, se procede a incorporar dichas microcápsulas con material de cambio de fase a dicho componente de un calzado, de manera homogénea. -Once the footwear component has been selected, as well as the appropriate phase change material and the content in said phase change material that the microcapsules are going to have, said microcapsules with phase change material are incorporated into said component of a footwear, in a homogeneous way.

-Para ello, es necesario distinguir entre componente de grosor considerable, como es el caso de palmilla, plantilla o suela o, por el contrario, el forro, que es un componente de espesor reducido en comparación con la suela, la palmilla o la plantilla. En el primer caso, las microcápsulas se reparten homogéneamente sobre el componente, por medio preferentemente de una rasqueta. La cantidad de microcápsulas que se aplica es función del grosor del componente de calzado y varía entre 0.1 y 30 gramos. En el segundo caso, las microcápsulas se mezclan previamente con un adhesivo, preferentemente un adhesivo acuoso. -To do this, it is necessary to distinguish between component of considerable thickness, as is the case of palm, template or sole or, on the contrary, the lining, which is a component of reduced thickness compared to the sole, palm or template . In the first case, the microcapsules are distributed homogeneously over the component, preferably by means of a scraper. The amount of microcapsules that is applied is a function of the thickness of the footwear component and varies between 0.1 and 30 grams. In the second case, the microcapsules are pre-mixed with an adhesive, preferably an aqueous adhesive.

-A continuación, se procede a pulverizar el adhesivo sobre el componente del calzado, por medio de una pistola aerostática. En el caso del forro, se pulveriza la mezcla del adhesivo y las microcápsulas. La pulverización se realiza preferentemente a presiones de entre 0.5 y 10 bar. Debido a que una presión reducida implica un menor gasto de adhesivo y una mejor distribución de las microcápsulas sobre el componente del calzado, se eligen de manera más preferente presiones de entre 0.5 y 2 bar. -Una vez que el componente contiene el adhesivo y las microcápsulas con-Then, the adhesive is sprayed on the footwear component, by means of an aerostatic gun. In the case of the liner, the mixture of the adhesive and the microcapsules is sprayed. Spraying is preferably carried out at pressures between 0.5 and 10 bar. Because a pressure reduced implies a lower cost of adhesive and a better distribution of the microcapsules on the footwear component, pressures of between 0.5 and 2 bar are more preferably chosen. -Once the component contains the adhesive and microcapsules with

PCMs, puede incorporarse al calzado siguiendo un procedimiento regular de construcción de calzado. PCMs, can be incorporated into footwear following a regular procedure of shoe construction.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the features of the invention, according to a preferred example of practical implementation thereof, a set of drawings is attached as an integral part of said description. where for illustrative and non-limiting purposes, the following has been represented:

Figura 1.- Muestra una gráfica que representa la temperatura [° C] frente al tiempo [s] en la caracterización térmica de la palmilla de la primera realización. La línea superior representa la placa de aluminio, la línea inferior representa la palmilla tratada y la línea intermedia representa una palmilla sin tratar. Figure 1.- Shows a graph representing the temperature [° C] versus time [s] in the thermal characterization of the palm of the first embodiment. The upper line represents the aluminum plate, the lower line represents the treated palm and the intermediate line represents an untreated palm.

Figura 2.- Muestra una gráfica que representa la Temperatura [° C] frente al tiempo [s] en la caracterización térmica de la palmilla de la segunda realización. La línea superior representa la placa de aluminio, la línea inferior representa la palmilla tratada y la línea intermedia representa una palmilla sin tratar. Figure 2.- Shows a graph that represents the Temperature [° C] versus time [s] in the thermal characterization of the palm of the second embodiment. The upper line represents the aluminum plate, the lower line represents the treated palm and the intermediate line represents an untreated palm.

Figura 3.- Muestra una gráfica que representa el flujo de calor [W/g] frente a la temperatura [° C] en la caracterización de la mezcla empleada en la tercera realización. Figure 3.- Shows a graph that represents the heat flow [W / g] versus the temperature [° C] in the characterization of the mixture used in the third embodiment.

Figura 4.- Muestra una gráfica que representa el flujo de calor [W/g] frente a la temperatura [° C] en la caracterización de la mezcla empleada en la cuarta realización. Figure 4.- Shows a graph representing the heat flux [W / g] versus the temperature [° C] in the characterization of the mixture used in the fourth realization.

REALIZACIONES PREFERENTES DE LA INVENCIÓN PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION

PRIMERA REALIZACIÓN FIRST REALIZATION

En la primera realización se describe la incorporación de microcápsulas con material de cambio de fase a una palmilla. Para ello se emplean 12.6 gramos de microcápsulas de contenido en PCMs del 16%, 33.85 gramos de un adhesivo acuoso comercial y una palmilla de 26.11 gramos. In the first embodiment, the incorporation of microcapsules with phase change material to a palm is described. For this, 12.6 grams of microcapsules containing 16% PCMs, 33.85 grams of a commercial aqueous adhesive and a 26.11 gram palm are used.

En primer lugar, se distribuye sobre la palmilla de manera homogénea la cantidad indicada de microcápsulas. A continuación se pulveriza el adhesivo acuoso y se incorpora la palmilla al calzado. First, the indicated amount of microcapsules is distributed homogeneously over the palm. The aqueous adhesive is then sprayed and the palm is incorporated into the shoe.

Se realizó una caracterización térmica, por medio de un equipo diseñado para tal fin, de palmillas tratadas según el método descrito. El procedimiento de caracterización consistió en ubicar la palmilla sobre una placa plana de aluminio, la cual se somete a un cambio en escalón de temperatura desde 18° C hasta 40 ⁰ C utilizando para ello un fluido calefactor. La temperatura de la placa y la temperatura sobre la palmilla se registran de manera periódica. Los resultados se muestran en la figura 1 , donde la línea superior se corresponde con la temperatura de la placa, la línea central se corresponde con el comportamiento de una palmilla sin tratar con microcápsulas y la línea inferior se corresponde con una palmilla tratada según la invención. A thermal characterization was performed, by means of a device designed for this purpose, of palm kernels treated according to the described method. The characterization procedure consisted of placing the insole on a flat aluminum plate, which is subjected to a step change in temperature from 18 ° C to 40 ⁰ C using an heating fluid. The plate temperature and the temperature on the palm are recorded periodically. The results are shown in Figure 1, where the top line corresponds to the plate temperature, the center line corresponds to the behavior of an untreated palm with microcapsules and the bottom line corresponds to a palm treated according to the invention. .

Puede comprobarse en la figura 1 cómo la palmilla tratada según la invención amortigua el cambio de temperatura debido a la presencia de las microcápsulas en la misma y a la disminución de la conductividad térmica. It can be seen in Figure 1 how the palm treated according to the invention dampens the temperature change due to the presence of the microcapsules therein and the decrease in thermal conductivity.

SEGUNDA REALIZACIÓN La segunda realización describe la incorporación de microcápsulas con material de cambio de fase a una segunda palmilla. Para ello se emplean 4 gramos de microcápsulas, 35.67 gramos de un adhesivo acuoso comercial y una palmilla de 28.52 gramos. SECOND REALIZATION The second embodiment describes the incorporation of microcapsules with phase change material to a second palm. For this, 4 grams of microcapsules, 35.67 grams of a commercial aqueous adhesive and a 28.52 gram palm are used.

El procedimiento operativo y la caracterización térmica sucedieron según se ha explicado para la primera realización y los resultados se muestran en la figura 2, según el mismo criterio de interpretación para las líneas superior, inferior y central. The operating procedure and thermal characterization happened as explained for the first embodiment and the results are shown in Figure 2, according to the same interpretation criteria for the upper, lower and central lines.

Al igual que en la primera realización, se observa el amortiguamiento térmico de la palmilla tratada, debido a la disminución de la conductividad térmica por la presencia de la microcápsulas de PCMs. As in the first embodiment, the thermal damping of the treated palm is observed, due to the decrease in thermal conductivity due to the presence of the microcapsules of PCMs.

TERCERA REALIZACIÓN THIRD REALIZATION

La tercera realización describe la incorporación de microcápsulas con material de cambio de fase a un forro. Para ello se emplean 2.24 gramos de microcápsulas, 12.26 gramos de un adhesivo acuoso comercial y un forro. The third embodiment describes the incorporation of microcapsules with phase change material into a liner. 2.24 grams of microcapsules, 12.26 grams of a commercial aqueous adhesive and a liner are used for this.

En primer lugar se mezclan las cantidades adecuadas, según se ha indicado, de adhesivo y microcápsulas y a continuación se aplica la mezcla sobre el forro por medio de una pistola aerostática. Finalmente, se adhiere el forro a un calzado. First, the appropriate amounts, as indicated, of adhesive and microcapsules are mixed and then the mixture is applied to the liner by means of an aerostatic gun. Finally, the lining adheres to a shoe.

La caracterización térmica de la mezcla se llevó a cabo con un equipo de calorimetría diferencial de barrido, DSC. El resultado se aprecia en la figura 3, de la que se obtiene que el calor latente de la mezcla es de 21 J/g. The thermal characterization of the mixture was carried out with a differential scanning calorimetry device, DSC. The result can be seen in Figure 3, from which it is obtained that the latent heat of the mixture is 21 J / g.

CUARTA REALIZACIÓN La cuarta realización describe la incorporación de microcápsulas con material de cambio de fase a un segundo forro. Para ello se emplean 0.3 gramos de microcápsulas, 1.7 gramos de un adhesivo acuoso comercial y un forro. FOURTH REALIZATION The fourth embodiment describes the incorporation of microcapsules with phase change material to a second liner. For this, 0.3 grams of microcapsules, 1.7 grams of a commercial aqueous adhesive and a lining are used.

El procedimiento operativo y la caracterización de la mezcla empleada son análogos a lo descrito para la tercera realización. El resultado se aprecia en la figura 4, de la que se obtiene un valor para el calor latente de fusión de la mezcla de 21 J/g. The operating procedure and the characterization of the mixture used are analogous to that described for the third embodiment. The result is seen in Figure 4, from which a value for the latent heat of fusion of the mixture of 21 J / g is obtained.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. - Procedimiento de elaboración de calzados que proporcionan control de la temperatura interior caracterizado porque comprende incorporar a al menos un componente de un calzado: 1. - Procedure for making footwear that provides control of the internal temperature characterized in that it includes incorporating at least one component of a shoe:

- microcápsulas que contienen entre un 5% y un 30% en peso de un material de cambio de fase de tipo parafínico; y - microcapsules containing between 5% and 30% by weight of a paraffinic phase change material; Y

- un adhesivo acuoso, - an aqueous adhesive,

obteniéndose un componente de calzado con microcápsulas adheridas. obtaining a footwear component with microcapsules attached.

2. - Procedimiento de elaboración de calzados que proporcionan control de la temperatura interior de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 , caracterizado porque el componente de un calzado se selecciona entre: 2. - Procedure for making footwear that provides control of the internal temperature according to any one of the preceding claims 1, characterized in that the component of a shoe is selected from:

- plantilla, - template,

- palmilla, - palm,

- suela, y - sole, and

- forro. - cover.

3.- Procedimiento de elaboración de calzados que proporcionan control de la temperatura interior de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el componente es el forro, aplicándose de manera simultánea mediante pulverización las microcápsulas y el adhesivo mezclados. 3. Procedure for making footwear that provides control of the indoor temperature according to claim 3, characterized in that the component is the liner, the microcapsules and the adhesive being applied simultaneously by spraying.

4.- Procedimiento de elaboración de calzados que proporcionan control de la temperatura interior según la reivindicación 3, caracterizado porque la pulverización se lleva a cabo por medio de una pistola aerostática a presión. 4.- Procedure for making footwear that provides control of the indoor temperature according to claim 3, characterized in that the spraying is carried out by means of a pressurized air gun.

5. - Procedimiento de elaboración de calzados que proporcionan control de la temperatura interior según la reivindicación 4, caracterizado porque la presión está comprendida entre 0.5 bar y 10 bar. 5. - Procedure for making shoes that provide control of the indoor temperature according to claim 4, characterized in that the pressure is between 0.5 bar and 10 bar.

6. - Procedimiento de elaboración de calzados que proporcionan control de la temperatura interior según la reivindicación 5, caracterizado porque la presión está comprendida entre 0.5 bar y 2 bar. 6. - Procedure for the development of footwear that provides control of the indoor temperature according to claim 5, characterized in that the pressure is between 0.5 bar and 2 bar.

7.- Calzado obtenible de acuerdo con el procedimiento descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque está adaptado para mantener la temperatura interior en torno a 32° C. 7. Footwear obtainable according to the method described in any one of claims 1 to 6, characterized in that it is adapted to maintain the internal temperature around 32 ° C.