ТКАНЬ ДЛЯ ПРОТИВОПРОЛЕЖНЕВЫХ МАТРАЦЕВ Российский патент 1997 года по МПК A61G7/05 

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к тканям для противопролежневых матрацев. Матрац используется в составе противопролежневой установки "Пульсатор" и предназначен для предотвращения образования и лечения пролежней, возникающих при нарушении баланса в микрокровообращении.

Матрац представляет собой герметичное надувное изделие прямоугольной формы с двумя независимыми пневматическими полостями. В каждой пневматической полости имеются продольные чередующиеся секции для придания матрацу в наполненном состоянии определенной формы. Для регулирования избыточного давления воздуха в каждую изолированную полость матраца вмонтирован фланец. Установка состоит из двух частей: блока управления и матраца, соединенных между собой шлангами.

Блок управления обеспечивает попеременное нагнетание воздуха при определенной программе в две не связанные друг с другом полости матраца. Полости матраца работают в противоположных фазах: в то время как одна спускается, другая накачивается. Таким образом достигается воздействие на кожу пациента. Давление в полостях матраца можно регулировать, меняя тем самым его жесткость. Матрац предназначен для эксплуатации в стационарных больничных условиях и для индивидуального применения в домашних условиях.

Изобретение может также использоваться для надувных спасательных жилетов, нагрудников и др.

Исходя из условий противопролежневых матрацев они должны быть просты, надежны и удобны в эксплуатации, иметь небольшие габариты и массу. Следовательно, ткани для их изготовления должны обладать малой материалоемкостью, высокой прочностью на разрыв и раздирание, адгезионной прочностью, изгибоустойчивостью, податливостью для обеспечения высоких физиолого-гигиенических, эксплуатационных свойств и долговечности противопролежневых матрацев на их основе.

Исходя из принципа противопролежневой установки силовое воздействие на материал осуществляется при относительно небольших напряжениях, процесс утомление протекает медленно. Возникающее при этом постепенное местное разрушение структуры материала (прорастание трещин, смещение структуры элементов и др.), являющееся результатом утомления, т.е. динамическая усталость, которая сопровождается периодическим полным или частичным снятием напряжений, зависит от целого ряда факторов:
структуры и свойств волокнообразующих полимеров, волокон, нитей и тканей на их основе (химические и межмолекулярные связи, связи между волокнами и элементарными нитями, обычно возникающие в результате воздействия сил трения при скручивании, отсутствие или наличие местных дефектов структуры, средняя линейная плотность нити, жесткость или модуль деформации нитей);
побочных явлений, возникающих при многократных воздействиях разрушения (незавершенные релаксационные процессы, нагрев образцов, химические взаимодействия с окружающей средой, изменение структурночувствительного коэффициента и др.).

Исходя из кинетической теории прочности долговечность материала описывается следующим уравнением:

где τ_o предэкспоненциальный множитель, одинаковый для всех материалов (около 10^-13c) и соответствующий периоду колебаний атомов в твердом теле, на которых сосредоточивается повышенная кинетическая энергия (флуктуация);
V₀ энергия активации (избыточная энергия, которой должны обладать молекулы для осуществления химического взаимодействия);
γ структурно-чувствительный коэффициент, характеризующий особенности структуры тела, его межмолекулярные и др. связи и выражающий концентрацию напряжений в напряженном теле;
s приложенное напряжение H/м²;
R универсальная газовая постоянная 1,987 ккал/моль ^oC;
T температура, ^oK.

Таким образом существенную роль в долговечности материала играют энергия активации, напряжение, структурно-чувствительный коэффициент и температура, зависящие от химического состава, структуры и свойств волокнообразующих полимеров, волокон, нитей и тканей на их основе.

Физиолого-гигиенические свойства тканей это наиболее важная функция для предотвращения образования и лечения пролежней, возникающих при нарушении баланса в микрокровообращении. Она заключается в поддержании комфортных тепловых ощущений человека, которые имеют место при совершенно определенных параметрах микроклимата: относительной влажности воздуха 35 60% температуре воздуха в области туловища 30 32^oC, содержании углекислоты не более 1% Выполнение этой функции возможно при условии, что показатели физических свойств материала, влияющих на самочувствие человека, соответствуют физиологогигиеническим функциям человека и реальным условиям эксплуатации и способствуют сохранению здоровья человека.

Строение тканей является существенным фактором, влияющим на микроклимат и самочувствие человека. Так как эксплуатация материала для противопролежневых матрацев требует специфических условий, а именно воздуха- и водонепроницаемость, особую роль играют гигроскопичность, капиллярность, электризуемость и суммарное тепловое сопротивление.

Гигроскопичность, в первую очередь, определяется химическим строением полимера и удельной поверхностью, влияющими на величину силового поля на границе раздела сред. Капиллярность зависит от степени крутки и от размеров пор, которые, в свою очередь, зависят от линейной плотности нитей, соотношения диаметров элементарной и комплексной нитей, числа нитей основы и утка и вида переплетения, поверхностной плотности и толщины ткани.

Тепловое сопротивление зависит, в первую очередь, от толщины, коэффициента наполнения и др. структурных факторов, в частности от диаметров нитей, их числа на единицу длины и вида переплетения.

Влияние электризуемости на качество тканей для противопролежневых матрацев связано, прежде всего, с тем, что электростатические заряды оказывают вредное влияние на организм человека, причем степень зависит от величины и знака заряда, вызывают прилипание материала к телу, искрение и треск, притягивание загрязняющих веществ и др.

Надежность матраца является комплексным свойством и может включать его безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость и долговечность, которые связаны между собой. Первоначальный физический ресурс расходуется постепенно в процессе хранения и эксплуатации, что составляет единый процесс физического износа, а сопротивление износу его износостойкость (стабильность размеров), формостойкость, стойкость поверхности и стойкость к общему разрушению. Изменение этих свойств при физическом износе находится во взаимосвязи и единстве.

Формостойкость матраца проявляется в сохранении ровной поверхности, отсутствия образования растянутых мест, вздутий и мешков при механических, а также физико-химических воздействиях, имеющих многократный характер. Строение ткани- каркаса имеет наибольшее значение в обеспечении формостойкости материала с термопластичным покрытием и матрица в целом при механических воздействиях.

Особую роль в обеспечении высокого качества и надежности противопролежневых матрацев играет стойкость поверхности его лицевой стороны, т.е. износостойкость ткани. Поверхность должна быть гладкой и ровной, а ткань каркаса должна быть с достаточно равномерной длиной перекрытий и с отсутствием расположенных рядом длинных и коротких перекрытий. В противном случае образуются резко выступающие и редко расположенные перекрытия, под которыми нити противоположной системы располагаются в полтора, иногда в два слоя, что ведет к резкому снижению величины опорной поверхности. В результате создаются очаги не только местного, но и общего разрушения.

Выпускаемые промышленностью резинотехнических изделий прорезиненные ткани на основе хлопчатобумажных, вискозных, полиамидных и полиэфирных тканей не удовлетворяют необходимым гигиеническим и эксплуатационным требованиям. Как правило, основным технологическим процессом при производстве надувных матрацев являются склейка клеями холодного отверждения изделий из вулканизированных прорезиненных тканей и склейка с прошивкой и герметизацией прошитого шва ленточкой из прорезиненной ткани. Практически все производство прорезиненных тканей и изготовление надувных матрацев на их основе относятся к экологически вредным, и выброс в атмосферу паров бензина, этилацетата, изоцианатов, метиленхлорида в 3 6 раз превышает предельно допустимые концентрации для населенных мест.

Существующие термопластичные материалы и технология их производства, хотя и являются экологически чистыми и высокопроизводительными, однако не обладают необходимой формоустойчивостью и не сохраняют прочность при давлении 200 гПа, а также не выдерживают необходимого количества циклов с поочередным надуванием двух независимых полостей матраца. Известные в настоящее время материалы с термопластичным покрытием, хотя и обладают в ряде случаев формоустойчивостью, адгезионной прочностью, износостойкостью, прочностью к динамическому воздействию и механическому разрушению, однако они чрезмерно жесткие и не обладают нужной податливостью, даже при регулировании давления в полостях матраца с целью изменения его жесткости. Таким образом, воздействие на кожу пациента для предотвращения образования и лечения пролежней, возникающих при нарушении баланса в микрокровообращении, менее эффективно.

Цель изобретения улучшение физиолого-гигиенических, эксплуатационных свойств и долговечности путем снижения материалоемкости, повышение податливости, изгибоустойчивости, адгезионной прочности и прочности на разрыв и раздирание.

Указанная цель достигается тем, что ткань выполнена из капроновых комплексных нитей в одно или в два сложения переплетением полотняным, саржевым 1/2, просвечивающим, неправильным 4-ремизным атласом с поверхностной плотностью 30 110 г/м², толщиной 80 400 мкм, воздухопроницаемостью 70 1000 дм³/м²с, с числом нитей по основе и утку 24 62 н/см и имеет одно- или двухстороннее термопластичное покрытие, выполненное из поливинилхлорида, полиуретана или их смесей, при этом комплексные нити имеют номинальную линейную плотность 4,0 16,6 текс, крутку 20 220 кр/м и соотношение диаметров элементарной и комплексной нити 1:12 40.

Данные существенные признаки и отличительные особенности в указанных диапазонах величин являются необходимыми и обеспечивают высокие физиолого-гигиенические, эксплуатационные характеристики и долговечность тканей и изделий на их основе. Так, например, использование капроновых нитей, т.е. синтетических полиамидов на основе поли- e -капроамида, имеющих предложенную структуру (линейная плотность, крутка, соотношение диаметров элементарной и комплексной нитей), обеспечивает необходимую размеро-, формостойкость, стойкость поверхности ткани и в то же время необходимую гибкость и податливость, чтобы исключить нежелательные болевые ощущения человека. Т.е. на первое место выходят следующие характеристики:
сродство, чуткая реакция и чувствительность материала, необходимые для управления внутренней энергией человека с целью предотвращения образования и лечения пролежней, возникающих при нарушении баланса в микрокровообращении;
динамический модуль деформации, проявляемый в случае возбуждения колебаний в образце;
энергия активности, т.е. избыточная энергия для осуществления химического взаимодействия;
Полиамидные нити на основе поли- e -капроамида обладают наибольшим сродством к белкам. Как известно, белки являются важнейшими биополимерами, составляющими основу всех процессов жизнедеятельности. Они построены из a -аминокислот, связанных амидными связями, и относятся к природным полиамидам. На одном конце каждой цепи имеется свободная или ацилированная аминогруппа, на другом свободная или амидированная карбоксильная группа. Между ними могут легко образовываться водородные связи. Группы, входящие в состав аминокислот, могут вступать во взаимодействие друг с другом, с посторонними веществами и с соседними белковыми и иными молекулами, образуя сложные и разнообразные структуры. Свойства белка и его функции в организме тесно связаны с его пространственным строением, которое, в свою очередь, определяется аминокислотным составом пептидных цепей и последовательностью расположения аминокислот в цепи.

По мере образования водородных связей пептидные цепи закручиваются в спирали, стремясь к образованию максимального числа водородных связей и соответственно к энергетическим наиболее выгодной конфигурации. В зависимости от пространственной структуры все белки делятся на фибриллярные и глобулярные. К фибриллярным белкам относятся белки, входящие в состав тканей и покровных образований. Это миозин-белок мышечных тканей, коллаген, являющийся основой седиментационных тканей и кожных покровов, кератин, входящий в состав волос и роговых покровов. В волокнах фибриллярных белков закрученные пептидные цепи расположены параллельно оси волокна, они как бы ориентированы относительно друг друга и имеют высокую степень асимметрии.

Пептидные цепи глобулярных белков сильно изогнуты, свернуты и часто имеют форму жестких шариков-глобул, обладают низкой степенью асимметрии. К ним относятся белки крови гемоглобин, альбумин, глобулин, многие протеолитические ферменты и др. Изменение конфигураций пептидных цепей и условий образования пространственной структуры белка в конечном счете определяет его функции в организме.

Использование полиуретанового и поливинилхлоридного термопластичного полимерного покрытия объясняется следующим. Полиуретаны, представляющие собой полиэфиры дикарбоновых кислот и гликолей, очень близки к полиамидам, поскольку в уретановую группировку входит амидная группа Однако дополнительный атом кислорода, входящий в цепь, придает ей, по-видимому, повышенную гибкость. Они менее гигроскопичны, чем полиамиды, стойки к действию света, кислот и кислорода.

Преимущество поливинилхлоридного покрытия заключается в следующем.

1. Высокая хемостойкость, превышающая стойкость большинства природных и химических полимеров.

2. Негорючесть, невоспламеняемость.

3. Очень низкая теплопроводность.

4. Высокие электроизоляционные свойства.

5. Высокая износостойкость.

6. Высокая светостойкость.

Кроме того, благодаря наличию трибоэлектрического эффекта поливинилхлориды можно применять для лечения радикулита.

Наличие капроновых тканевых основ важно, так как капрон обладает высокой энергией активации 55 60 ккал/моль, в то время как вискоза и полиэфир обладают 30 35 ккал/моль и 50 ккал/моль, соответственно. Данные величины имеют решающее значение в долговечности материала, исходя из кинетической теории прочности. Следует отметить, что, несмотря на то, что для формирования поликапроамидного волокна применяется полимер со сравнительно небольшим молекулярным весом 16000 22000, поликапроамидная нить и ткань-каркаса на их основе обладают высокой механической и адгезионной прочностью к термопластичному покрытию, что объясняется наличием большого числа связей между молекулами полимера.

Кроме того, ткань обладает оптимальными формоустойчивостью и износостойкостью. Гигроскопичность 4 5% Полиамидная ткань-каркас характеризуется также высокими эластическими свойствами, что определяет значительную величину обратимых удлинений и устойчивость к многократным деформациям. Полностью обратимое удлинение составляет 35 40% от общего удлинения. При нагрузке до 20 кгс/мм² эластическое удлинение капрона составляет 90 95% в то время как у вискозы (30 40%). Устойчивость к многократным деформациям в 100 раз больше, чем у вискозного, и в 10 раз больше, чем у хлопка. По этому показателю полиамидные волокна превосходят все природные и химические волокна. Кроме того, полиамидные нити обладают наиболее высокой износостойкостью, превосходя по этому показателю все другие виды нитей. Если износостойкость полиамида принять за 100% то у хлопка она составит 10% у вискозы 2% Полиамиды имеют значительно меньшую плотность, чем искусственные и синтетические волокна, 1,14 г/см³.

Обычно одним из существенных недостатков полиамидных нитей и тканей на их основе, затрудняющих в значительной степени их использование в резинотехнических надувных изделиях в качестве каркаса, является низкий модуль деформации растяжения, который значительно ниже, чем у других химических нитей, что приводит к снижению формоустойчивости матрацев на их основе. Например, усилие, необходимое для вытягивания капроновой нити на 1% в 4 5 раз ниже, чем лавсанового, и первоначально считали, что из-за низкого модуля лучше отдать предпочтение нити "найлон 66", начальный модуль которой в 2 раза выше, чем найлона 6. Однако обычно применяемый подход к решению задачи оказался несостоятельным. Именно данный недостаток и обусловил необходимость мягкой, податливой структуры матраца, в меру формоустойчивой, предотвращающей образование и обеспечивающей лечение пролежней, возникающих при нарушении баланса в микрокровообращении.

В табл. 1 представлены примеры предлагаемых капроновых тканей-основ. Характер переплетения, толщина, поверхностная плотность и число нитей по основе и утку, а также воздухопроницаемость обеспечивают необходимую пористость для повышения адгезионной прочности к полимерному покрытию. Кроме того, обеспечена необходимые каркасность и прочность. Так, например, полиуретаны обладают высокой эластичностью, удлинением до 600 800% и низкой прочностью, а в сочетании с тканью-каркасом данный недостаток устраняется.

Следует особо отметить, что важное значение имеет правильный подбор полимерного покрытия, с такими характеристиками свойств, которые обеспечили бы необходимый комплекс гигиенических и эксплуатационных характеристик противопролежневых матрацев, работающих в специфических условиях. Важное значение имеет возможность направленной модификации свойств термоэластопластов за счет получения композиционных пластиков на их основе.

Следует отметить, что получение полимер-полимерных композиций в настоящее время считается наиболее перспективным направлением расширения ассортимента термопластов. В таких полимер-полимерных композициях часто удается достигнуть совершенно нового сочетания свойств не только варьированием свойств исходных компонентов и их объемного соотношения, но и регулированием характера распределения полимеров друг в друге и взаимодействия их между собой.

Используя композиции термоэластопластов с другими полимерами (поливинилхлоридом, сополимерами поливинилхлорида и др.), можно получить материалы с заданными характеристиками и уменьшить их стоимость. Большое внимание необходимо уделить совместимости полиуретана с поливинилхлоридом. Так, например, отмечено резкое увеличение текучести расплава при введении 10
15% полиуретана в композиции поливинилхлорид-полиуретан, обусловленное увеличением подвижности структуры фрагментов поливинилхлорида, по границам которых располагаются эластичные слои полиуретановой фазы.

Введение в поливинилхлоридные композиции полиуретана до 50% предпочтительнее, чем 30 40% улучшает эластичность, стойкость к истиранию и уменьшает материалоемкость. В табл. 2 приведены свойства смесей поливинилхлорид-полиуретановой композиции. В табл. 3 приведены характеристики примеров полиуретановых термоэластопластов на основе простых и сложных полиэфиров.

Таким образом, полиуретановые термоэластопласты сочетают в себе свойства вулканизированных каучуков и обычных термопластов. Они обладают хорошей эластичностью, высокими прочностью и относительным удлинением при разрыве, относительно низкой остаточной деформацией, высокой износостойкостью. Эти материалы могут быть и сравнительно мягкими, и чрезвычайно твердыми от 30 до 100 усл. ед. по Шору.

По химическому составу полиуретановые термоэластопласты представляют собой линейные блоксополимеры, состоящие из аморфных мягких и твердых блоков с сильными водородными связями, что необходимо для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик потивопролежневых матрацев. Кроме того, способность расплава сохранять липкость и смачивать многие материалы позволяет наслаивать эти полимеры на различные поверхности.

Высокоэластичные полиуретаны имеют ряд существенных преимуществ перед резинами:
прочность выше в 2 3 раза;
эластичность выше в 2 3 раза;
пониженная плотность 1,2 г/см³ вместо 1,4 г/см³;
более высокая износостойкость;
значительно более высокая устойчивость к многократным деформациям в 10 20 раз.

Следует отметить, что полиуретановые покрытия часто обладают нестабильными реологическими свойствами, от которых зависит и адгезионная прочность к текстильной основе.

В табл. 4 представлены примеры предлагаемой ткани с покрытием из смеси поливинилхлорида и полиуретана по сравнению с прототипом. В качестве прототипа принята выпускаемая промышленностью прорезиненная ткань на основе сатина из хлопчатобумажной пряжи, обеспечивающей наиболее высокие гигиенические и адгезионные свойства матрацев на их основе.

В качестве текстильных основ для данных примеров предлагаемой ткани с термопластичным покрытием использованы образцы примеров 12, 13, 15, 17 (табл. 1). Следует отметить, что материалоемкость снизилась в 2 3 раза, разрывная нагрузка возросла в среднем в 2 3 раза, изгибоустойчивость -в 4 раза. Кроме того, предлагаемые ткани с термопластичным покрытием в отличие от прорезиненной ткани-прототипа неогнеопасны, и изготовление изделий из них осуществляют с применением экологически чистой и высокопроизводительной технологии сварки токами высокой частоты.

В табл. 5 представлены примеры предлагаемой ткани с термопластичным полиуретановым покрытием в сравнении с прототипом. В качестве тканевых основ использованы примеры 16, 17 (табл. 1). На полученные в процессе ткачества тканевые основы наносили одно- и двухстороннее полиуретановое покрытие экструзинно-ламинирующим способом. В табл. 5 приведены результаты физико-механических показателей после тепловой обработки на непрерывном вулканизаторе "Бузулуке" при температуре 150^oC и скорости протяжки 6 м/ч. Из таблицы следует, что материалоемкость снизилась в 2 3 раза, прочность на разрыв возросла в среднем в 2 3 раза, на раздирание в 1,3 раза, адгезионная прочность возросла в среднем в 2 раза, а податливость возросла в 3 раза.

В табл. 6 представлены эксплуатационные характеристики противопролежневых матрацев, выполненных из предлагаемой ткани с термопластичным покрытием и прорезиненной ткани-прототипа.

Проверку герметичности и прочности противопролежневых матрацев проводят по схеме:

МН1 образцовый манометр со шкалой до 1,0 кгс/см²;
ЗМ1 зажим любого типа;
РД1 редуктор;
трубка ПВХ 6х1,5.

Через редуктор РД1 в матрац подают давление, равное 150 гПа±6 гПа. Выдерживают 3 мин. Падение давления должно быть не более 0,015 кгс/см². Контроль осуществляют по манометру МН1. Таким образом проверяют герметичность.

Прочность проверяют следующим образом. Через редуктор РД1 подают избыточное давление в матрац, равное 200 гПа±6 гПа. Матрац считается выдержавшим испытание, если при том не произошло разрушение оболочки матраца.

Таким образом, отмечены явные преимущества по физиолого-гигиеническим, эксплуатационным свойствам и долговечности предлагаемой ткани в сравнении с прототипом. Кроме того, пациенты в клиниках отмечают простоту, надежность, удобство в эксплуатации, небольшие габаритны и массу противопролежневых матрацев, выполненных на основе предлагаемой ткани с термопластичным покрытием и применяемых для предотвращения образования и лечения пролежней, возникающих при нарушении баланса в микрокровообращении.

Использование: в качестве противопролежневых матрацев. Цель: улучшение физиолого-гигиенических, эксплуатационных свойств и долговечности путем снижения материалоемкости, повышения податливости, изгибоустойчивости, адгезионной прочности и прочности на разрыв и раздирание. Сущность изобретения: ткань выполнена из капроновых комплексных нитей в одно или в два сложения переплетением полотняным, саржевым 1/2, просвечивающим, неправильным 4-ремизным атласом с поверхностной плотностью 30 - 110 г/м², толщиной 80 - 400 мкм, воздухопроницаемостью 70 - 1000 дм³/м² с числом нитей по основе и утку 24 - 62 н/см и имеет одно- или двухстороннее термопластичное покрытие, выполненное из поливинилхлорида, полиурена или их смесей, при этом комплексные нити имеют номинальную линейную плотность 4,0 - 16,6 текс, крутку 20 - 220 кр/м и соотношение диаметров элементарной и комплексной нити 1:12 - 40. Положительный эффект: изобретение позволяет снизить материалоемкость в 2 - 3 раза, повысить податливость в среднем в 3 раза, изгибоустойчивость в 4 раза, адгезионную прочность в 2 раза, прочность на разрыв в 2 - 3 раза, на раздирание в 1,3 раза. Ткань обеспечивает простоту, надежность, удобство в эксплуатации, небольшие габариты и массу противопролежневых матрацев для предотвращения образования и лечения пролежней, возникающих при нарушении баланса в микрокровообращении. 6 табл.

Ткань для противопролежневых матрацев из химических волокон с полимерным покрытием, отличающаяся тем, что она выполнена из капроновых комплексных нитей в одно или в два сложения переплетением полотняным, саржевым 1/2, просвечивающим, неправильным четырехремизным атласом с поверхностной плотностью 30 110 г/м², толщиной 80 400 мкм, воздухопроницаемостью 70 1000 дм³/м² с, с числом нитей по основе и утку 24 62 н/см и имеет одно- или двухстороннее термопластичное покрытие, выполненное из поливинилхлорида, полиуретана или их смесей, при этом комплексные нити имеют номинальную линейную плотность 4,0 16,6 текс, крутку 20 220 кр/м и соотношение диаметров элементарной и комплексной нити 1 12 40.