CN107625574B - 利用过冷溶液激发放热的低温热袋 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用过冷溶液激发放热的低温热袋，所述低温热袋包括密封袋和金属片，所述的密封袋中装有过饱和盐溶液；所述金属片置于过饱和盐溶液中，金属片经表面处理。本发明制备的低温热袋在25℃下的最高发热温度为38.5℃‑56℃，且激发率不低于99.5％。本发明有效地解决了利用普通不锈铁(钢)片不易激发过冷盐溶液结晶放热的问题。

Description

利用过冷溶液激发放热的低温热袋

技术领域

本发明属于过冷盐溶液激发放热的低温热袋技术领域，具体涉及一种利用过冷溶液激发放热的低温热袋及其制备方法。

背景技术

过饱和盐溶液属于热力学上的不稳定体系，通过适当的刺激可促使其结晶放热。利用过饱和盐溶液结晶放热制备的热袋具有反复使用，便于携带的优点。在医疗上可用于缓解疼痛，舒张血管的作用。美国专利4,077,390介绍了一种通过铁片激发过饱和乙酸盐溶液的热袋，其中描述的金属片为不锈钢材质，且在边缘有裂痕或凹槽，使掰动后引发体系的结晶。这类热袋无法实现接近100％的激发率，特别对于发热温度低于44℃的热袋其激发率更低。关于金属片为何能够激发过饱和乙酸盐溶液的理论分析可参见SilvanaS.S.Cardoso等人发表的论文Solidification in heat packs:Ⅲ.Metallic Trigger[AIChE Journal Volume 49,Issue 2,February 2003,Pages 522–529]中，Cardoso认为金属片表面形貌使得过饱和溶液在金属片的裂隙内产生晶种，通过热力学计算，晶种只生长在金属片的裂隙内，无法生长到溶液中。人为掰动金属片，裂隙中的晶种射入溶液中使过饱和盐溶液结晶放热。在高温加热后，金属片的缝隙中尚存有一部分残留的晶种，等待冷却后掰动金属片再次导致体系的激发(如图1所示)。

利用过冷盐溶液结晶放热制备的热袋具有即时发热、反复使用的优点。这种热袋广泛应用于家庭、医院和运动场所。其中激发后最高温度低于40℃的热袋可应用于促进新生儿脚踵部位血液循环，便于儿科医生进行血样采集。针对这一性能，美国专利5,143,043设计了一种将乙酸钠晶体密封于薄片及安剖瓶中，使用时将薄片及安剖瓶打碎后即可引发晶体结晶放热。另外，实验发现处于室温条件下的过冷溶液接触空气中的灰尘会导致体系结晶放热，因此美国专利5,662,096对袋体结构进行了设计，通过引入密封圈结构，向过冷溶液中释放异相成核晶种。上述两种方法均可实现体系的激发，但在实际工艺操作中难度大，且容易导致外袋破损，内液流出，甚至使用不当受伤的危险。

美国专利4,460,546为了提高热袋的激发率，在金属片表面的裂痕性状、工艺过程中冲压模具、冲压方式以及金属片本身的材质进行了改进，采用铍铜合金、磷-青铜合金改善体系的激发率。然而采用有毒合金提高体系激发率，不仅增加生产成本且容易导致中毒风险。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用过冷溶液激发放热的低温热袋及其制备方法。利用特定的过饱和盐溶液结晶放热制备低温热袋，在25℃下，其最高发热温度为38.5℃-56℃，且激发率不低于99.5％。有效地解决了利用普通不锈铁(钢)片激发过冷盐溶液结晶放热的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种利用过冷溶液激发放热的低温热袋，所述低温热袋包括密封袋和金属片，所述的密封袋中装有过饱和盐溶液；所述金属片置于过饱和盐溶液中，金属片经表面处理。

优选地，所述金属片经表面处理的步骤包括：将金属片在十二烷基硫酸钠溶液中加热除油污后，在浸泡液中浸泡处理40分钟至48小时。

优选地，所述浸泡液包括以下重量份数的各组分：乙酸和/或乙酸盐7-15份；金属离子螯合剂12-25份；水16-40份；碳粉0-8份。所述乙酸和/或乙酸盐含量过高，会导致金属片严重腐蚀，丧失金属片弹性；含量过低无法实现接近100％激发率。金属离子螯合剂含量过高会导致金属片严重腐蚀，丧失金属片弹性；含量过低则无法实现接近100％激发率。炭粉含量过高会加速金属片腐蚀速率，不易控制反应速率，且不易混合均匀。

优选地，所述金属离子螯合剂包括柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸钠中的一种或多种。

优选地，所述浸泡液的pH值为3.0-6.5。

优选地，所述金属片包括不锈铁片、不锈钢片。所述金属片包括现有技术中公知的金属片结构。

优选地，所述金属片为弧状弹性薄片，薄片上有冲压裂痕。

优选地，所述过饱和盐溶液包括以下质量百分含量的各组分：乙酸盐60-92％、硫代硫酸钠0-15％、纤维素类增稠剂0-1.2％，余量为水。

优选地，所述过饱和盐溶液包括以下质量百分含量的各组分：乙酸盐65-80％、硫代硫酸钠2.5-10％、纤维素类增稠剂0.2-0.8％，余量为水。所述乙酸盐的含量对体系的发热温度有重要影响，实验证明乙酸盐浓度越高，越容易激发；但含量过高，则会导致激发温度过高，使用不当会烫伤。硫代硫酸钠含量过高会导致体系难于激发放热。纤维素类增稠剂含量过高会导致体系难以激发放热。

更优选地，所述乙酸盐包括乙酸钠、乙酸钾、乙酸镁中的至少一种。

优选地，所述纤维素类增稠剂包括淀粉、羧甲基纤维素钠和羟乙基纤维素中的至少一种。

本发明所述的利用过冷溶液激发放热的低温热袋的制备方法如下：

第一步：按照配比配置浸泡液。

第二步：将金属片置于上述浸泡液中，搅拌浸泡1小时后捞出，洗净烘干后将金属片置于密封袋中。

第三步：按照所述过饱和盐溶液配置热袋料液，于85℃下搅拌均匀后灌装至第二步所述的密封袋中后，封装。冷却至室温，即得。

本发明制备的利用过冷溶液激发放热的低温热袋的使用方法如下：

室温条件下，双手掰动金属片，即可实现低温热袋放热。

经试验，10次以内激发率接近100％，对于激发最高温度为40±1℃，激发后可用于新生儿脚跟部位采血使用；对于激发温度>45℃，可用于家庭、诊所及运动员使用。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

通过将经过处理后的金属片和热袋内料组合后，形成的热袋可满足在25℃室温条件下最高发热温度为38.5℃-56℃、激发率接近100％。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有文献中金属片弹性震动导致过冷溶液激发的原理示意图；其中：图1a为未掰动的金属片，裂隙中填满晶种；图1b为掰动的金属片，晶种射入溶液；图1c为已结晶热袋再次加热溶解后的金属片，裂隙中未被加热完全溶解晶种；

图2为本发明低温热袋的结构示意图；

图3为本发明金属片的结构示意图；

其中：1-密封袋；2-金属片；3-过冷盐溶液。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

下述实施方式所述的低温热袋如图2和3所示，包括密封袋1和金属片2，所述的密封袋1中装有过饱和盐溶液3；所述金属片2置于过饱和盐溶液2中，金属片2经表面处理。

所述金属片2经表面处理的步骤包括：将金属片2在十二烷基硫酸钠溶液中加热除油污后，在浸泡液中浸泡处理40分钟至48小时。

所述浸泡液包括以下重量份数的各组分：乙酸和/或乙酸盐7-15份；金属离子螯合剂12-25份；水16-40份；碳粉0-8份。

所述金属离子螯合剂包括柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸钠中的一种或多种。

所述浸泡液的pH值为3.0-6.5。

所述金属片2包括不锈铁片、不锈钢片。

所述金属片2为弧状弹性薄片，上有冲压裂痕。

所述过饱和盐溶液包括以下质量百分含量的各组分：乙酸盐60-92％、硫代硫酸钠0-15％、纤维素类增稠剂0-1.2％，余量为水。

所述乙酸盐包括乙酸钠、乙酸钾、乙酸镁中的至少一种。

所述纤维素类增稠剂包括淀粉、羧甲基纤维素钠和羟乙基纤维素中的至少一种。

所述的利用过冷溶液激发放热的低温热袋的制备方法如下：

第一步：按照配比配置浸泡液。

第二步：将金属片置于上述浸泡液中，搅拌浸泡1小时后捞出，洗净烘干后将金属片2置于密封袋1中。

第三步：按照所述过饱和盐溶液3配置热袋料液，于85℃下搅拌均匀后灌装至第二步所述的密封袋1中后，封装。冷却至室温，即得。

本发明制备的利用过冷溶液激发放热的低温热袋的使用方法如下：

室温条件下，双手掰动金属片2，即可实现低温热袋放热。

实施例1

本实施例提供了一种利用过冷溶液激发放热的低温热袋，所述低温热袋包括密封袋和金属片，所述的发热内袋中装有过饱和盐溶液；所述金属片置于过饱和盐溶液中，金属片经表面处理。

所述金属片经表面处理的步骤包括：将金属片在2％十二烷基硫酸钠溶液中加热除油污，洗净后，进行表面浸泡处理1小时，浸泡液组分为：乙酸10份；乙酸钠3份；柠檬酸5份、柠檬酸钠7份、酒石酸钠6份；碳粉3份；水27份。

所述过饱和盐溶液包括表1所示质量百分含量的各组分。

表1

组分％	A	B	C
				乙酸钠	75	75	78
硫代硫酸钠	0	5	10
				羧甲基纤维素钠	0.4	0.2	0.6
蒸馏水	24.6	79.8	11.4

在25℃条件下，A、B、C三种过饱和盐溶液配方的最高发热温度分别为40℃、43℃、46℃。对200个样品，A、B、C三种配方结合经过表面处理的金属片均可在掰动十次以内实现激发放热。而对比不经过任何处理的金属片，其掰动次数10以内激发放热的激发率分别为22％，60％和70％，显然，这不能满足生产合格率的要求。

实施例2～4

本实施例提供了一种利用过冷溶液激发放热的低温热袋，包括密封袋和金属片，所述的发热内袋中装有过饱和盐溶液；所述金属片置于过饱和盐溶液中，金属片经表面处理。

所述金属片经表面处理的步骤包括：将金属片在2％十二烷基硫酸钠溶液中加热除油污，洗净后，进行表面浸泡处理，浸泡液组分及浸泡处理时间如表2所示。

表2实施例2-5所述浸泡液的组分、重量份数及浸泡时间

所述过饱和盐溶液包括表3所示质量百分含量的各组分。

表3

组分％	实施例2	实施例3	实施例4
				乙酸钠	65	80	65
硫代硫酸钠	10	2.5	2.5
				羧甲基纤维素钠	0.2
羟乙基纤维素		0.8
				淀粉			0.5
蒸馏水	24.8	16.7	32

在25℃条件下，实施例2-4的过饱和盐溶液配方的最高发热温度分别为41℃、46℃、38℃。对200个样品，实施例2-4三种配方结合经过表面处理的金属片均可在掰动十次以内实现激发放热。

对比例1

本对比例提供了一种利用过冷溶液激发放热的低温热袋，与实施例1相同，不同之处仅在于：所述的过饱和盐溶液配方为：质量分数75％硝酸钙溶液，其激发率不足99％。

在25℃条件下，对比例1的过饱和盐溶液配方的最高发热温度为42℃。对100个样品，采用对比例1配方结合经过表面处理的金属片在掰动十次以内实现激发放热的激发率为56％。

对比例2

本对比例提供了一种利用过冷溶液激发放热的低温热袋，与实施例2相同，不同之处仅在于：所述金属片不经表面处理。

在25℃条件下，对比例2的过饱和盐溶液配方的最高发热温度为41℃。对对比例2制备的100个样品进行测试，其金属片在掰动十次以内实现激发放热的激发率为26％。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用过冷溶液激发放热的低温热袋，其特征在于，所述低温热袋包括密封袋和金属片，所述的密封袋中装有过饱和盐溶液；所述金属片置于过饱和盐溶液中，金属片经表面处理；

所述金属片经表面处理的步骤包括：将金属片在十二烷基硫酸钠溶液中加热除油污后，在浸泡液中浸泡处理40分钟至48小时；

所述浸泡液包括以下重量份数的各组分：乙酸和/或乙酸盐7-15份；金属离子螯合剂12-25份；水16-40份；碳粉0-8份。

2.如权利要求1所述的利用过冷溶液激发放热的低温热袋，其特征在于，所述金属离子螯合剂包括柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸钠中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的利用过冷溶液激发放热的低温热袋，其特征在于，所述浸泡液的pH值为3.0-6.5。

4.如权利要求1所述的利用过冷溶液激发放热的低温热袋，其特征在于，所述金属片包括不锈铁片、不锈钢片。

5.如权利要求1所述的利用过冷溶液激发放热的低温热袋，其特征在于，所述金属片为弧状弹性薄片，薄片上有冲压裂痕。

6.如权利要求1所述的利用过冷溶液激发放热的低温热袋，其特征在于，所述过饱和盐溶液包括以下质量百分含量的各组分：乙酸盐60-92％、硫代硫酸钠0-15％、纤维素类增稠剂0-1.2％，余量为水。

7.如权利要求6所述的利用过冷溶液激发放热的低温热袋，其特征在于，所述过饱和盐溶液包括以下质量百分含量的各组分：乙酸盐65-80％、硫代硫酸钠2.5-10％、纤维素类增稠剂0.2-0.8％，余量为水。

8.如权利要求6或7所述的利用过冷溶液激发放热的低温热袋，其特征在于，所述纤维素类增稠剂包括淀粉、羧甲基纤维素钠和羟乙基纤维素中的至少一种。