Ортопедическое изделие с упруго-перетекающим наполнителем
ORTHOPEDIC ARTICLE WITH ELASTIC OVERFLOWING FILLER

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к  изготовлению ортопедических  противопролежневых  изделий, преимущественно,   матрасов и подушек. Ортопедическое изделие может эксплуатироваться самостоятельно, как таковое,  или  может быть конструктивной составной частью в составе матрасов  и  подушек разной формы и исполнения.
Известны ортопедические изделия, содержащие чехол (пакет) из гибкого материала,  разделенный на    ячейки,  в  которых  находятся  наполнитель -     гранулы  (шарики) из вспененного полистирола. Ячейки в известных изделиях соединены только наружными поверхностями материала чехла или специальных соединительных элементов, а их внутренние объемы с наполнителем изолированы друг от друга.  (RU 15851, 55579,  63677, 66194,  67443,  146690, 2240765, 2347518, US 4748768 - прототип).
Недостатками известных решений являются слабые  ортопедические свойства, а также низкая долговечность изделия и/или предмета мебели, из-за износа - осыпания и разрушения шариков из полистирола,  спустя год эксплуатации необходимо будет производить  пополнение (досыпку) наполнителя до прежнего объема мебели, а также купить шарики для подушек из пенополистирола для возобновления внешнего вида подушки.
Кроме того, изделия, содержащие ортопедические изделия с  вспененными полистирольными шариками в больничной обстановке более опасны для использования т.к. в состоянии сухого трения  быстро изнашиваются  и  постепенно накапливают  статическое электричество, что может служить источником возгорания,  при находящихся рядом легковоспламеняющихся жидкостей и предметов,  (спиртовые марлевые  салфетки для инъекций,  антисептики и др.),  т.е. материалы,  используемые при уходе за больными людьми. Функция шариков из вспененного полистирола сводится, в основном, к  массажу тела пользователя. Таким образом, область применения известных изделий существенно ограничена, как из условий безопасности, так и из объема функциональных возможностей.
Технической проблемой, разрешаемой в результате настоящего изобретения, является создание эффективного противопролежнего ортопедического изделия с высокими эксплуатационными ортопедическими свойствами, и расширение  арсенала и области применения ортопедических изделий.
Технический результат, обеспечивающий разрешение проблемы, состоит в повышении долговечности, улучшении противопролежневых свойств, обеспечении безопасности использования при одновременном снижении веса.
Достижение технического результата обусловлено тем, что во время расположения человека на ортопедическом противопролежневом  изделии (например, матрас или подушка) перетекание наполнителя происходит в упруговязкой форме одновременно в нескольких ячейках по всему объему пакета, в результате изделие  легко принимает форму участка тела на всей площади контакта и быстро  фиксирует удобное положение тела, снимая напряжение с мышц и нагрузку с опорно-двигательного аппарата. При этом многоячеистая  поверхность матраса обеспечивает растяжение позвоночника и, как следствие, наиболее быстрое восстановление естественной формы межпозвоночных дисков пользователя. Под действием перемещений и колебаний тела пользователя происходит постоянное перемещение упруго перетекающего между ячейками  наполнителя оказывающее физиологически оптимальное  расслабляющее воздействие на мышечные рецепторы, вследствие чего сохраняется и даже  нормализует кровообращение в сосудах на опорных частях тела. Помещенные в гель в  вакуумированных ячейках  и равномерно перемешанные с гелем вспененные полистирольные шарики в больничной обстановке менее опасны для использования т.к. гель, как  структурированная высокодисперсная система с жидкой дисперсионной средой, заполняющей каркас, образованный частицами дисперсной фазы,  препятствует накапливанию   статического электричества, по этому изделие не  может служить источником возгорания,  при находящихся рядом легковоспламеняющихся жидкостей и предметов, (спиртовые салфетки для инъекций, антисептики и др.), т.е. то что используется при уходе за больными людьми. Массажные свойства наполнителя с шариками сохраняются. Так же стоит отметить то, что именно гель способствует снижению деформации вспененных полистирольных шариков.
Сущность изобретения состоит в том, что ортопедическое изделие содержит чехол (пакет) из гибкого материала,  разделенный на    ячейки,  в  которых  находятся  наполнитель  с  гранулами  из вспененного полистирола,  причем   гранулы из вспененного полистирола  помещены  и перемешаны  в геле, содержащем воду, гелеобразователь и  глицерин  с образованием вязкоупругого   наполнителя,  при этом чехол  выполнен  герметизированным  и  вакуумированным,  а его ячейки  выполнены  с сообщающимися внутренними объемами с   возможностью  упругого  перетекания наполнителя между ячейками.
Предпочтительно,  чехол содержит  группу симметрично расположенных ячеек,  сформированных  путем  выполнения швов на предварительно заполненном наполнителем, герметизированном и вакуумированном  чехле незамкнутых  по  периметру чехла  швов  с образованием между  ними  каналов для перетекания наполнителя.
Предпочтительно,  гель и гранулы из вспененного полистирола  перемешаны  в равных объемных количествах,  при этом гранулы  из вспененного полистирола  выполнены в форме шариков с  диаметром от 4 до 8 мм.
Предпочтительно,  гель содержит гелеобразователь из группы: стиромаль,  карбомер,  антисептик  из группы: борная кислота, натриевая соль борной кислоты,  также  воду из группы:  вода очищенная,  вода  дистиллированная.
В частых случаях реализации  гель дополнительно содержит  пропиленгликоль.
В частых случаях реализации  гель содержит воду  дистиллированную, эмульгатор  стиромаль, глицерин и тетра борную кислоту при следующем соотношении ингредиентов:
- вода дистиллированная
–  720 ± 20 мл.
- тетра борная кислота
–   8 ± 1   гр.
- глицерин  (2,5%)
–   40 ±  8   мл.
- стиромаль
–   32 ± 6,4 гр.
В частых случаях реализации  гель содержит воду  очищенную, эмульгатор  карбомер, глицерин и натрий тетраборную кислоту  при следующем соотношении ингредиентов:
вода очищенная
–  760  ± 25 мл.
- карбомер
–   4 ± 1 гр.
- глицерин (5%)
–  20 ± 4 мл.
- пропиленгликоль (1%)
– 8 ± 1 мл.
- натрий тетраборная кислота (1%)
–  8 ±  1 мл.
Предпочтительно,  чехол (пакет) выполнен  из  пленки ПВХ   и вакуумирован до отрицательного давления  0,08 – -0,1 MPa.
Предпочтительно,  ортопедическое изделие выполнено с возможностью установки и фиксации к заготовке из пенополиуретана  для  деталей мебели из группы: матрас, подушка.
На фиг.1 изображена заготовка пакета для упругоперетекающего элемента для иатраца, на фиг.2 – запаянный по трем сторонам  пакет с упругоперетекающим элементом для матраса, на фиг.3 – схема пакета, разделенного  на смежные сообщающиеся ячейки - наполненный и герметизированный  пакет с упругоперетекающим элементом для матраса, на фиг.4 – схема матраса с закрепленным на нем пакетом с упругоперетекающим элементом, на фиг. 5 - заготовка матраса из ППУ, на фиг.6 - упаковка готового изделия  (матраса с закрепленным на нем пакетом с упругоперетекающим элементом) в полиэтиленовую пленку, фиг.7 изображена заготовка пакета для упругоперетекающего элемента для подушки, на фиг.8 – запаянный по трем сторонам  пакет с упругоперетекающим элементом для подушки, на фиг.9 – схема пакета, разделенного на смежные сообщающиеся ячейки  - наполненный и герметизированный  пакет с упругоперетекающим элементом для подушки.
На чертежах  обозначены следующие конструктивные элементы:
1 – чехол (идентично - пакет, элемент);
2-  швы,  сформированные по периметру;
3 – сформированные ячейки чехла (идентично - пакета, элемента);
4-  швы, сформированные между ячейками;
5 - заготовка матраса (идентично - матраса) из пенополиуретана (ППУ);
6 - лист перфорированного латекса.
Используемые, предпочтительно,  гелеобразователи:
- производное  акриловой кислоты. Карбомер. Представляет собой высокомолекулярный полиакрилат поперечно-сшитый аллилпентаэритритом. Визуально - бесцветный или слегка опалесцирующий гель.
- стиромаль - продукт сополимеризации стирола с малеиновым ангидридом, получаемым в среде осушенного бензола.  Молекулярная масса 600 - 2000, кислотное число 500 - 300 ( мг КОН).
Заявленное изобретение реализуется следующим образом.
Ортопедическое изделие может быть предназначено для эксплуатации  самостоятельно, как таковое,  или  может быть конструктивной составной частью в составе матрасов  и  подушек разной формы и исполнения
1. Технологический процесс производства матраса с упругоперетекающими элементами
Изготовление производится в следующем порядке.
1.1.Изготовление пакета (чехла, элемента) 1 для упругоперетекающего элемента:
Для изготовления пакета 1 используется Пленка ПВХ непрозрачная, толщиной 140 мкм.
Раскраиваются 2 квадрата шириной 37 см, совмещаются краями и специальным ТВЧ станком для сварки ПВХ пленки указанные квадраты пропаиваются (свариваются) между собой  внакладку по краям   с трех сторон на расстоянии 1 см от края  (фиг.1), т.е. формируются швы 2, после пропаивания  выпад  (край пленки между пропаянным швом и краем квадрата) отрывается.
1.2.Изготовление наполнителя для упругоперетекающего элемента 1:
Изготовление упругоперетекающего геля для наполнения состоит из 2 этапов:  приготовление геля и смешивания с шариками пенополистирола  (ПCБ)..
1 этап
1.3.Смешивание компонентов геля.
Пример состава геля  № 1:
вода очищенная
– 785 мл.
карбомер марки FLOGEL 700
– 4,8 гр.
глицерин (5%)
–  24  мл.
пропиленгликоль (1%) Марки USP Grade
– 8,8 мл.
натрий тетраборная кислота (1%)
– 9 мл.
Пример состава геля  № 2:
вода дистиллированная
– 740 мл.
тетра борная кислота
– 8,9 гр.
глицерин (2,5%)
– 47,5  мл.
стиромаль  техническая
– 38,5 гр.
2 этап:
Гель и шарики пенополистирола перемешиваются в пропорции 50/50, на один элемент используется 800 мл геля и 800 мл шариков размером 4-8 мм, общий вес элемента составляет 850 г. Свойства указанных гелеобразователей - оптимальный диапазон динамической вязкости  используемых гелеобразователей от 12,0-16,0 Па×c (скорость сдвига (16,8±0,3)× с-1) до  23,0-31,0 Па×с (скорость сдвига 7,5±0,05 с-1), показатель кислотность pH: 6,8-7,0, - позволяют обеспечить  равномерное перемешивание любого из них  с шариками пенополистирола, без последующего расслаивания в течение срока эксплуатации, а также  оптимальные  вязкоупругие свойства  наполнителя  в целом. При этом указанные гелеобразователи  образуют механически прочные адсорбционные слои на поверхности своих капель, препятствуя  их слиянию между собой.
1.4. Наполнение,  вакуумирование  и разделение элемента (пакета) 1 на ячейки
Наполнение пакета 1 производится в строго определенном количестве геля  1600 мл (850г), затем идет процесс вакуумирования элемента до отрицательного давления  -0,08 ÷ -0,1 MPa в вакуум-упаковочной машине dz-400,  время  вакуумирования  элемента 1 составляет 15 секунд (Фиг.2).
Далее элемент 1 разделяется на 6 (или иное число) сообщающихся по периферии ячеек  3 образованных (сформированных), например, посредством  пропаивания трех (или иного числа, соответствующего числу ячеек 3) спаечных швов 2 симметрично относительно центра пакета 1. Спаечные швы 2 не   достигают периферийных краев пакета, благодаря чему образуются сообщающиеся своими  внутренними объемами ячейки 3  (Фиг.3). Таким образом,  ячейки 3  выполнены  с сообщающимися через каналы  для перетекания внутренними объемами, т.е. с возможностью  перетекания наполнителя между ячейками 3.
Вакуумированный пакет пропаивается без потери герметичности с помощью  вакуум-упаковочной машины, в которой  имеется запайщик,  который при создании отрицательного давления внутри элемента в автоматическом режиме запаивает шов.
После этого изделие (или несколько последовательно уложенных изделий) готово для эксплуатации  самостоятельно, как таковое, а также для эксплуатации в составе, например, матраса.
Изготовление матраса с вязко-перетекающими элементами 1:
1.5. При изготовлении матраса используется заготовка 5 из пенополиуретана (ППУ) марки ST2536 размером 2000*850*95мм с тремя специальными (в зонах непосредственного риска возникновения пролежней) углублениями для упругоперетекающих элементов 1, в каждом углублении помещается по два элемента 1 (Фиг.4)
1.6. При приклеивании упругоперетекающих элементов 1 на ППУ  может использоваться водорастворимый клей SIMALFA 337 red, также по краям (торцам углублений, в которых размещены элементы) приклеиваются полоски ППУ размером 360*75*20мм  в качестве  мягкой  и эластичной прослойки  для защиты от не комфортных тактильные ощущения от прямого контакта с кожей человека, т.е.  от непосредственного воздействия упругоперетекающих элементов 1, сверху для последующего скрепления к основному блоку приклеивается лист 6  перфорированного латекса плотностью 65кг/м3, размером 2000*850*10мм (Фиг. 5).
После  завершения склеивания матрас должен высохнуть в течении 4 часов. Когда  матрас высох на него одевается  наматрасник на молнии который изготовлен из специального медицинского материала артикул ТК-1/1
Состав этого медицинского материала: полиэстер 65%, полиуретан 35%.  Основа – высокоэластичная трикотажная сетка, верхний слой – водонепроницаемое полиуретановое мембранное покрытие, отличающийся высокой эластичностью и прочностью. Водонепроницаемая  ткань имеет антибактериальное покрытие.  Ткань паропроницаемая, теплая и мягкая на ощупь,   не шуршит и не скользит. Повышенный уровень сопротивляемости ультрафиолетовому излучению и высокая степень пластичности при отрицательных температурах. Устойчива к маслам и жировым соединениям.   Служит защитой от проникновения  химикатов.  Плотность 180 г/м².
Упаковка:
1.7.Упаковка изделия производится в прозрачную полиэтиленовую пленку толщиной 150 мкм  (Фиг.6)
2. Технологический процесс производства подушки с упругоперетекающими элементами
Изготовление производится в следующем порядке.
2.1.Изготовление пакета для упругоперетекающего элемента:
Для изготовления пакета 1 используется Пленка ПВХ непрозрачная, толщиной 140 мкм.
Раскраиваются 2 квадрата шириной 37 см, совмещаются краями и специальным ТВЧ станком для сварки ПВХ пленки указанные квадраты пропаиваются (свариваются)  между собой  внакладку по краям   с трех сторон на расстоянии 1 см от края  (фиг.7), т.е. формируются швы 2, после пропаивания  выпад (край пленки между пропаянным швом 2 и краем квадрата)    отрывается.
2.2.Изготовление наполнителя для упругоперетекающего элемента 1:
Изготовление упругоперетекающего геля для наполнения состоит из 2 этапов:  приготовление геля и смешивания с шариками пенополистирола (ПП- ПСБ).
1 этап:
2.3.Смешивание компонентов геля.
Пример состава геля  №  3:
вода очищенная
– 740 мл.
карбомер марки FLOGEL 700
– 3,8 гр.
глицерин (5%)
– 16 мл.
пропиленгликоль(1%) Марки USP Grade
– 7,1 мл.
натрий тетраборная кислота (1%)
– 7  мл.
Пример состава геля  №   4:
- вода дистиллированная
– 700 мл.
- тетра борная кислота
– 7,1 гр.
- глицерин (2,5%)
– 32,5  мл.
- стиромаль  техническая
– 26 гр.
2 этап:
Гель и шарики пенополистирола перемешиваются в пропорции 50/50, на один элемент используется 800 мл геля и 800 мл шариков размером 4-8 мм, общий вес элемента 1 составляет 850 г. Свойства указанных гелеобразователей - оптимальный диапазон динамической вязкости  используемых гелеобразователей от 12,0-16,0 Па×c (скорость сдвига (16,8±0,3)× с-1) до  23,0-31,0 Па×с (скорость сдвига 7,5±0,05 с-1), показатель кислотность pH: 6,8-7,0, - позволяют обеспечить  равномерное перемешивание любого из них  с шариками пенополистирола, без последующего расслаивания в течение срока эксплуатации, а также  оптимальные  вязкоупругие свойства  наполнителя  в целом. При этом указанные гелеобразователи  образуют механически прочные адсорбционные слои на поверхности своих капель, препятствуя  их слиянию между собой.
2.4. Наполнение, вакуумирование и разделение элемента (пакета) 1 на ячейки 3
Наполнение пакета 1 производится в строго определенном количестве геля  1600 мл (850г), затем идет процесс вакуумирования элемента 1 до отрицательного давления  -0,08 ÷ -0,1 MPa в вакуум-упаковочной машине dz-400,  время  вакуумирования  элемента 1 составляет 15 секунд (Фиг.8).
Далее элемент 1 разделяется на 6 (или иное число) сообщающихся по периферии ячеек 3, которые образуются (формируются), например, посредством пропаивания трех (или иного числа, соответствующего числу ячеек) спаечных швов 2 симметрично относительно центра пакета. Спаечные швы 2 не   достигают периферийных краев пакета 1, благодаря чему образуются сообщающиеся ячейки 3 (Фиг.9). Таким образом, ячейки  3 выполнены  с сообщающимися через каналы для перетекания внутренними объемами, т.е. с возможностью  перетекания наполнителя между ячейками 3.
После этого изделие пригодно для эксплуатации  самостоятельно, как таковое, а также для эксплуатации в составе, например, подушки.
Изготовление подушки с вязко-перетекающими элементами:
2.5. При изготовлении подушки используется две заготовки из ППУ марки ST2236, размером 400*400*20. На готовый упругоперетекающий элемент 1 с двух сторон наклеиваются заготовки водорастворимым клеем SIMALFA 337 red. После  завершения склеивания изделие должно высохнуть в течении 4 часов.
2.6. После того,  как подушка высохла на нее одевается  наволочка  на молнии который изготовлен из специального медицинского материала артикул ТК-1/1
Состав этого медицинского материала: полиэстер 65%, полиуретан 35%.  Основа – высокоэластичная трикотажная сетка, верхний слой – водонепроницаемое полиуретановое мембранное покрытие, отличающийся высокой эластичностью и прочностью. Водонепроницаемая. Ткань имеет антибактериальное покрытие.  Ткань дышащая, теплая и мягкая на ощупь,   не шуршит и не скользит. Повышенный уровень сопротивляемости ультрафиолетовому излучению и высокая степень пластичности при отрицательных температурах. Устойчив к маслам и жировым соединениям.   Служит защитой от проникновения  химикатов.  Плотность 180 г/м².
Упаковка:
2.7.Упаковка изделия производится в прозрачную полиэтиленовую пленку толщиной 150 мкм.
Изготовленные в соответствии с настоящим изобретением изделия эксплуатируются, как правило, в стационаре: больнице, санатории либо в ином лечебном или оздоровительном учреждении  обычным образом как матрасы и подушки.
При эксплуатации изделия физический смысл упругой дискретной деформации ячеек с наполнителем заключается в изменении межатомных расстояний при создании напряжения и стремлении вернуть атомы в исходное равновесное состояние, характеризуемое минимумом свободной энергии. Тем самым в каждой из ячеек реализуется состояние наполнителя, оказывающее физиологически оптимальное  расслабляющее воздействие на мышечные рецепторы, вследствие чего сохраняется и даже  нормализует кровообращение в сосудах на опорных частях тела.
Кроме того, в заявляемом изделии гель является термодинамически устойчивым; не инициирует старение  вследствие изотермической переконденсации или рекфигталлизации,  вследствие чего обратимая по отношению к механическому воздействию коагуляционная структура не перерождается в необратимую конденсационно-кфигталлизационную. Также  гель в заявляемом изделии мало   подвержен синерезису - сокращению объема с выделением жидкой фазы (расслоение) в результате самопроизвольного уплотнения структурной сетки. Все это улучшает эксплуатационные ортопедические свойства,  увеличивает долговечность изделия.
Под действием приложенного механического напряжения  происходит упругая обратимая деформация наполнителя за счет некоторого увеличения расстояния между атомами и распрямление валентных углов в молекуле. При этом механизм внутреннего трения в наполнителе заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей молекул жидкости и шариков, а вязкостью гелеобразователя   обусловлено соответствующее сопротивление  их  взаимному перемещению в ячейках и между ячейками, т.е. деформации изделия. Время релаксации процесса развития деформации в этом случае относительно небольшое, так как развиваемые деформации малы (в пределах 2...5 %). Устранение деформирующей нагрузки практически моментально приводит к восстановлению исходного состояния и размеров каждой из  ячеек с наполнителем. Частичное разделение наполнителя перегородками между ячейками позволяет формировать и сохранять противопролежневый эффект на отдельных участках тела при разнообразных движениях пользователя. Под действием напряжений кроме упругой деформации происходит выпрямление участков-сегментов макромолекул без того, чтобы молекула в целом переместилась в новое положение. Достигаемые деформации в этих условиях могут быть очень велики и обратимы (сотни процентов). Устранение деформирующей силы приводит к обратному скручиванию молекул и восстановлению размеров ячеек с наполнителем. Это происходит со скоростью, которая определяется временем релаксации этого процесса при данных условиях. Поведение линейного полимерного наполнителя в таких условиях соответствует высокоэластичному состоянию. Ячейка с упругим наполнителем неизбежно восстанавливает свою форму и размеры после снятия напряжения. Для восстановления первоначальных размеров и формы (релаксации) ячеек требуется некоторое незначительное время.
При использовании настоящего изобретения достигается повышение долговечности, улучшение противопролежневых свойств, с сохранением массажных свойств, обеспечение безопасности использования при одновременном снижении веса изделия.