Пена с памятью формы: от NASA до матрасов и подушек.

Введение

Компонент, используемый преимущественно для изготовления подушек или матрасов.

Пена с эффектом памяти состоит главным образом из полиуретана с добавлением химических веществ, повышающих её вязкость и плотность. Она часто называется "вискоэластичной" полиуретановой пеной или полиуретановой пеной с низкой степенью упругости (LRPu). Пузырьки пены, или "ячейки", открыты, эффективно создавая матрицу, через которую может циркулировать воздух. Пена с более высокой плотностью смягчается под воздействием тепла тела, позволяя ей принимать форму тела в течение нескольких минут. Более современные пены могут быстрее восстанавливать свою первоначальную форму.

История

Пена с эффектом памяти была разработана в 1966 году по контракту с исследовательским центром NASA Ames для повышения безопасности сидений в самолетах. Эта пена, чувствительная к температуре, изначально называлась «пеной с замедленным восстановлением формы», хотя большинство называли ее «температурной пеной». Она создавалась путем подачи газа в полимерную матрицу, образуя твердую структуру с открытыми ячейками, которая адаптировалась к приложенному давлению, но медленно возвращалась к первоначальной форме. В дальнейшем пена стала использоваться в медицинском оборудовании, например, в подкладках для рентгеновских столов, а также в спортивном снаряжении, таком как подкладки для американских и канадских футбольных шлемов. Когда в начале 1980-х годов NASA передала технологию пены с эффектом памяти в общественное достояние, Fagerdala World Foams стала одной из немногих компаний, согласившихся с ней работать, поскольку производственный процесс оставался сложным и ненадежным. Их продукт 1991 года, шведский матрас Tempur Pedic, в конечном итоге привел к созданию компании Tempur World, производящей матрасы и подушки. Впоследствии пена с эффектом памяти стала широко использоваться в медицинских учреждениях. Например, когда пациентам требовалось длительное время лежать неподвижно на жестком матрасе, давление на определенные участки тела нарушало кровообращение, вызывая пролежни или гангрену. Матрасы из пены с эффектом памяти значительно снижали частоту возникновения таких осложнений, как и матрасы с переменным давлением воздуха. Изначально пена с эффектом памяти была слишком дорогой для широкого применения, но со временем стала более доступной. В быту ее чаще всего используют для изготовления матрасов, подушек, обуви и одеял. Она также находит применение в медицине, например, в качестве подушек для инвалидных колясок, подушек для больничных коек и прокладок для людей, страдающих от хронической боли или проблем с опорно-двигательным аппаратом.

Жел

Задержка тепла может быть недостатком при использовании в матрасах и подушках, поэтому в пене с эффектом памяти второго поколения компании начали использовать структуру открытых ячеек для улучшения воздухопроницаемости. В 2006 году было представлено третье поколение пены с эффектом памяти. Гель-виско или гель-пена с эффектом памяти состоит из частиц геля, смешанных с виско-пеной, чтобы уменьшить накопление тепла тела, ускорить восстановление формы и сделать матрас более мягким. Эта технология была первоначально разработана и запатентована Peterson Chemical Technology, а гелевые матрасы стали популярными с выпуском линеек Serta iComfort и Simmons Beautyrest в 2011 году. Затем была разработана пена с эффектом памяти, пропитанная гелем, с использованием так называемых "гранул", содержащих гель, который, как фазопереходный материал, достигал желаемого эффекта стабилизации температуры или охлаждения, переходя из твердого состояния в жидкое "состояние" внутри капсулы. Изменение физического состояния может значительно изменить теплопоглощающие свойства материала. С момента разработки гель-пены с эффектом памяти были добавлены другие материалы. Алоэ вера, экстракт зеленого чая и активированный уголь добавлялись в нее для уменьшения запахов и даже обеспечения ароматерапии во время сна. Район использовался в тканых чехлах для матрасов с пеной с эффектом памяти, чтобы отводить влагу от тела и повысить комфорт. Фазопереходные материалы (ФПМ) также используются в чехлах для подушек, кроватей и наматрасников из пены с эффектом памяти. Материалы, отличные от полиуретана, также обладают свойствами, необходимыми для производства пены с эффектом памяти. Полиэтилентерефталат, один из таких полимерных материалов, обладает определенными преимуществами по сравнению с полиуретаном, такими как возможность переработки, легкость и теплоизоляция.

Матрасы

Матрасы из пенополиуретана с эффектом памяти обычно плотнее других пен, что делает их более поддерживающими и тяжелыми. Матрасы из пенополиуретана с эффектом памяти часто продаются по более высокой цене, чем традиционные матрасы. Пенополиуретан с эффектом памяти, используемый в матрасах, обычно производится с плотностью от менее 24 кг/м³ (1,5 фунта/фут³) до 128 кг/м³ (8 фунтов/фут³). Большинство стандартных пен с эффектом памяти имеют плотность 16–80 кг/м³ (1–5 фунтов/фут³). Большинство постельных принадлежностей, таких как наматрасники и комфортные слои в матрасах, имеют плотность 48–72 кг/м³ (3–4,5 фунта/фут³). Высокие плотности, такие как 85 кг/м³ (5,3 фунта/фут³), используются редко. Свойство твердости (от твердого до мягкого) пенополиуретана с эффектом памяти используется для определения комфорта. Оно измеряется показателем силы вдавливания пены (IFD). Однако это не является полной оценкой ощущения "мягкости" или "твердости". Пена с более высоким IFD, но более низкой плотностью может ощущаться мягкой при сжатии. IFD измеряет силу в ньютонах (или фунтах силы), необходимую для вдавливания на 1 дюйм в образец пены диском диаметром 323 см³ (50 кв. дюймов, 8 дюймов) – известную как IFD при 25% сжатии. Показатели IFD для пен с эффектом памяти варьируются от сверхмягких (IFD 10) до полужестких (IFD 12). Большинство матрасов из пенополиуретана с эффектом памяти твердые (IFD 12–16). Пенополиуретаны с эффектом памяти второго и третьего поколения имеют открытую ячеистую структуру, которая реагирует на тепло и вес тела, принимая форму тела спящего, помогая снять точки давления, предотвращая пролежни и т.д. Производители утверждают, что это может помочь снять точки давления, облегчить боль и способствовать более спокойному сну, хотя нет объективных исследований, подтверждающих заявленные преимущества матрасов. Матрасы из пенополиуретана с эффектом памяти сохраняют тепло тела, поэтому они могут быть слишком теплыми в жаркую погоду. Однако гелевые пены с эффектом памяти, как правило, более прохладные благодаря их большей воздухопроницаемости. В нескольких юрисдикциях были приняты законы, требующие, чтобы все постельные принадлежности, включая изделия из пенополиуретана с эффектом памяти, были устойчивы к воспламенению от открытого пламени, такого как свеча или зажигалка. Законы США о постельных принадлежностях, вступившие в силу в 2010 году, изменили бюллетень Cal 117 о тестировании на огнестойкость. Существует опасение, что высокие уровни антипирена PBDE, обычно используемого в пенополиуретане с эффектом памяти, могут вызвать проблемы со здоровьем у некоторых пользователей. PBDE больше не используются в большинстве пен для постельного белья, особенно в Европейском Союзе. Производители предостерегают от оставления младенцев и маленьких детей без присмотра на матрасах из пенополиуретана с эффектом памяти, так как им может быть трудно перевернуться и они могут задохнуться. Агентство по охране окружающей среды США опубликовало два документа, предлагающих национальные стандарты выбросов опасных загрязняющих веществ воздуха (HAP) в отношении опасных выбросов, образующихся при производстве гибких пенополиуретановых изделий. Выбросы HAP, связанные с производством пенополиуретана, включают метиленхлорид, толуолдиизоцианат, метилхлороформ, метилендифенилдиизоцианат, пропиленоксид, диэтаноламин, метилэтилкетон, метанол и толуол. Однако не все химические выбросы, связанные с производством этих материалов, были классифицированы. Метиленхлорид составляет более 98 процентов от общего объема выбросов HAP в этой отрасли. Кратковременное воздействие высоких концентраций метиленхлорида также раздражает нос и горло. Эффекты хронического (долгосрочного) воздействия метиленхлорида на человека включают поражение центральной нервной системы, головные боли, головокружение, тошноту и потерю памяти. Исследования на животных показывают, что вдыхание метиленхлорида влияет на печень, почки и сердечно-сосудистую систему. О развитии или репродуктивных эффектах метиленхлорида у людей не сообщалось, но в ограниченных исследованиях на животных сообщалось о снижении массы плода у подвергшихся воздействию крыс.

A memory foam mattress is usually denser than other foam mattresses, making it both more supportive and heavier. Memory foam mattresses are often sold for higher prices than traditional mattresses. Memory foam used in mattresses is commonly manufactured in densities ranging from less than 24kg/m3 (1.5 lb/ft3) to 128kg/m3 (8 lb/ft3) density. Most standard memory foam has a density of 16–80 kg/m3 (1 to 5 lb/ft3). Most bedding, such as topper pads and comfort layers in mattresses, has a density of 48–72 kg/m3 (3 to 4.5 lb/ft3). High densities such as 85 kg/m3 (5.3 lb/ft3) are used infrequently. The firmness property (hard to soft) of memory foam is used in determining comfort. It is measured by a foam's indentation force deflection (IFD) rating. However, it is not a complete measurement of a "soft" or "firm" feel. A foam of higher IFD but lower density can feel soft when compressed. IFD measures the force in newtons (or pounds force) required to make a dent 1 inch into a foam sample by a 323 cm3 (50 sq in, 8 inch diameter) disc—known as IFD @ 25% compression. IFD ratings for memory foams range between super soft (IFD 10) and semi rigid (IFD 12). Most memory foam mattresses are firm (IFD 12 to IFD 16). Second and third generation memory foams have an open cell structure that reacts to body heat and weight by molding to the sleeper's body, helping relieve pressure points, preventing pressure sores, etc. Manufacturers claim that this may help relieve pressure points to relieve pain and promote more restful sleep, although there are no objective studies supporting the mattresses' claimed benefits. Memory foam mattresses retain body heat, so they can be excessively warm in hot weather. However, gel type memory foams tend to be cooler due to their greater breathability. Laws in several jurisdictions have been enacted to require that all bedding, including memory foam items, be resistant to ignition from an open flame such as a candle or cigarette lighter. US bedding laws that went into effect in 2010 change the Cal 117 Bulletin for FR testing. There is concern that high levels of the fire retardant PBDE commonly used in memory foam could cause health problems for some users. PBDEs are no longer used in most bedding foams, especially in the European Union. Manufacturers caution about leaving babies and small children unattended on memory foam mattresses, as they may find it difficult to turn over and may suffocate. The United States Environmental Protection Agency published two documents proposing National Emissions Standards for Hazardous Air Pollutants (HAP) concerning hazardous emissions produced during the making of flexible polyurethane foam products. The HAP emissions associated with polyurethane foam production include methylene chloride, toluene diisocyanate, methyl chloroform, methylene diphenyl diisocyanate, propylene oxide, diethanolamine, methyl ethyl ketone, methanol, and toluene. However, not all chemical emissions associated with the production of these material have been classified. Methylene chloride makes up over 98 percent of the total HAP emissions from this industry. Short term exposure to high concentrations of methylene chloride also irritates the nose and throat. The effects of chronic (long term) exposure to methylene chloride in humans involve the central nervous system, and include headaches, dizziness, nausea, and memory loss. Animal studies indicate that inhalation of methylene chloride affects the liver, kidney, and cardiovascular system. Developmental or reproductive effects of methylene chloride have not been reported in humans, but limited animal studies have reported lowered fetal body weights in exposed rats.