CN109589203A - 基于有机相变的控温膜及恒温自发热膜的发热贴 - Google Patents
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Abstract
基于有机相变的控温膜,包括基体和有机相变材料,有机相变材料均匀涂抹在基体上形成薄膜。有机材料包括石蜡类、脂肪酸及其衍生物等的一种或多种混合物。基体包括纸张、布料、多孔膜或棉纱。基于有机相变恒温自发热膜的发热贴,包括恒温自发热膜和微孔透气膜。恒温自发热膜包括控温膜和自发热膜。将自发热膜原料均匀混合形成自发热膜。微孔透气膜设置在自发热膜外表面,然后与控温膜贴合。或控温膜与自发热膜贴合成恒温自发热膜,微孔透气膜设置在其外表面。或将自发热膜原料均匀混合后,均匀涂抹在控温膜的一面形成连续膜,形成了恒温自发热膜。将微孔透气膜设置在恒温自发热膜的外表面形成发热贴。本发明具有温度精确可控、发热能效高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于有机相变的控温膜及基于该控温膜的恒温自发热膜及发热贴,属于材料合成及其医疗保健应用领域。
背景技术
自发热膜(蒸汽暖贴)在保健用品中逐渐普及,主要应用于蒸汽眼罩、肩颈贴、暖宫贴等各种暖贴。现有的自发热膜的工作原理为:通过铁粉在水和氧气的共同作用下发生氧化反应而释放热能。具体反应方程式为2Fe+(3/2)O2+3H2O==Fe2O3+3H2O+(804kJ)。自发热膜主要通过调节透气膜的透气率和水的比例来控制铁粉的氧化进程,从而控制发热膜的发热温度。但是,单靠控制透气膜,很难精确控制自发热膜的温度。现有的自发热膜通常存在发热温度不稳定、峰值温度过高、持续时间短等问题。如市售某品牌自发热贴在正常使用时,由于铁粉的快速氧化,自发热贴的温度快速升高至50~60℃,然后逐渐降温至35℃以下。整个发热过程持续时间约为20分钟。不同保健部位对自发热贴的输出温度有不同需求。对应蒸汽眼罩等敏感部位当输出温度达50℃以上时,容易造成皮肤烫伤等危害。而对于腰部等可带隔热层的部位,输出温度可略高一些。目前,自发热膜(蒸汽暖贴)尚无法精确调控温度,且发热时间不够长,影响治疗效果。
发明内容
本发明旨在提供一种基于有机热相变的控温膜,以及基于该控温膜的恒温自发热膜及发热贴,利用特定相变温度区间的有机材料的热相变性质达到发热贴的精确控温。
本发明通过以下技术方案实现:
一种基于有机相变的控温膜,所述控温膜包括基体和有机相变材料,所述有机相变材料均匀涂敷在基体上共同形成薄膜。
所述有机相变材料选用相变转变温度为37~55℃的有机材料。
所述有机材料包括石蜡、脂肪酸及其衍生物、多元醇及其衍生物、月桂酸、聚己内酰胺纤维、蜂蜡、聚乙二醇中一种或多种混合物。
所述石蜡分子式为CnH2n+2,选用的石蜡n=20~31。
所述基体包括纸张、布料、多孔膜或棉纱。
一种基于有机相变恒温自发热膜的发热贴,所述发热贴包括恒温自发热膜和微孔透气膜;所述恒温自发热膜包括控温膜和自发热膜;所述基于有机相变的控温膜包括基体和有机相变材料,所述有机相变材料均匀涂抹在所述基体上共同形成薄膜;所述自发热膜包括铁粉、活性炭、工业盐、纸浆纤维、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂;所述铁粉的质量百分比含量为20~80%,所述活性炭的质量百分比含量为10~50%,所述工业盐的质量百分比含量为1~20%,所述纸浆纤维的质量百分比含量为5~40%;所述阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂质量百分比含量分别为0.5~4%和0.25~1%;所述铁粉、活性炭、工业盐、纸浆纤维、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂均匀混合形成自发热膜;所述微孔透气膜设置在所述自发热膜外表面,然后与所述控温膜贴合作为发热贴;或且,所述控温膜作为所述自发热膜的控温隔层与所述自发热膜贴合作为恒温自发热膜,所述微孔透气膜设置在所述自发热膜和控温膜形成的恒温自发热膜的外表面形成发热贴。
所述阳离子表面活性剂选自胺盐、季铵盐或杂环型阳离子表面活性剂,其中胺盐包括三烷基氯化铵、聚酰胺环氧氯丙烷之一或多个;所述阴离子表面活性剂选自磺酸盐型、羧酸盐型、硫酸酯盐型或磷酸酯盐型阴离子表面活性剂。
一种基于有机相变恒温自发热膜的发热贴,所述发热贴包括恒温自发热膜和微孔透气膜;所述恒温自发热膜包括控温膜和自发热膜;所述控温膜作为所述自发热膜的控温基体;所述基于有机相变的控温膜包括基体和有机相变材料,所述有机相变材料均匀涂抹在所述基体上共同形成薄膜;所述自发热膜包括铁粉、活性炭、工业盐、纸浆纤维、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂;所述铁粉的质量百分比含量为20~80%,所述活性炭的质量百分比含量为10~50%,所述工业盐的质量百分比含量为1~20%,所述纸浆纤维的质量百分比含量为5~40%;所述阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂质量百分比含量分别为0.5~4%和0.25~1%;所述铁粉、活性炭、工业盐、纸浆纤维、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂均匀混合后,均匀涂抹在所述控温膜的一面形成连续膜,共同形成了恒温自发热膜;所述微孔透气膜设置在所述恒温自发热膜的外表面形成发热贴。
所述阳离子表面活性剂选自胺盐、季铵盐或杂环型阳离子表面活性剂,其中胺盐包括三烷基氯化铵、聚酰胺环氧氯丙烷之一或多个;所述阴离子表面活性剂选自磺酸盐型、羧酸盐型、硫酸酯盐型或磷酸酯盐型阴离子表面活性剂。
本发明具有以下优点及有益效果:1)能够精确控制发热贴的工作温度范围,消除低温灼伤隐患;2)通过温度的准确调控,可以针对不同的应用环境和使用需求开发对应的功能细分产品;3)由于提高了发热能效,可有效地延长发热贴的工作时长。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本发明利用了有机相变材料可用于存储和释放热能的特性,当发生相变时,系统温度可基本保持不变,因而可用于调控输出温度。与无机水合盐的相变不同,有机相变材料的相变属于固液相变,是物理相变过程。本发明通过引入有机相变材料控温层,来实现调控自发热膜的输出温度并延长发热时间。当打开自发热膜的密封袋时,金属粉末在氧气和水的共同作用下,发生快速氧化反应,温度快速升高。当温度超过相变材料的相变温度时,有机材料发生固液相变,吸收多余的热量,避免温度过高。当金属粉末的反应速率减缓,温度逐渐下降至有机材料的相变温度时,有机材料发生可逆的液固相转变,释放出潜热,从而延长自发热膜的恒温发热时间。通过选择不同相变温度的有机相变材料,可调节发热膜的发热温度。因而,有机相变材料控温膜可起到削峰填谷、避免过热、控制输出温度、延长恒温时间、改善用户体验感和增强保健效果等作用。
一种基于有机相变的控温膜,包括基体和有机相变材料,有机相变材料均匀涂抹在基体上形成薄膜。由于本发明所述控温膜将用于人体,因此有机相变材料选用相变转变温度为37~55℃的有机材料。有机材料包括石蜡类、脂肪酸及其衍生物、多元醇及其衍生物、月桂酸、聚己内酰胺纤维、蜂蜡、聚乙二醇的其中一种或多种混合物。石蜡的分子式为CnH2n+2,相变温度与烷烃链的长度有关,根据不同控温需求,可选择不同碳原子数的石蜡。在此选用的石蜡n=20~31。而基体则包括纸张、布料、多孔膜或棉纱。
实际上,上述有机材料还可以根据温度区间进一步细分和选用。
37~40℃:石蜡(C20~C21),1–十四醇(38℃),及石蜡混合物;
40~45℃:石蜡(C21~C22,40~45℃),月桂酸(C12H24O2,41℃),新戊二醇(NPG,43℃),12-羟基–十八烷酸甲酯(42-43℃);
45~50℃:石蜡(C22~C24,45~50℃),季戊四醇+三羟甲基丙醇(48℃),肉豆蔻酸(49~50℃);
50℃以上:石蜡(C24~C31,50~60℃),十四烷酸(52℃),软脂酸(54℃)。
一种基于有机相变恒温自发热膜的发热贴,包括恒温自发热膜和微孔透气膜。恒温自发热膜包括控温膜和自发热膜。
控温膜为上述基于有机相变的控温膜。
自发热膜包括铁粉、活性炭、工业盐、纸浆纤维、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂。其中,铁粉的质量百分比含量为20~80%,活性炭的质量百分比含量为10~50%,工业盐的质量百分比含量为1~20%,纸浆纤维的质量百分比含量为5~40%;阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂质量百分比含量分别为0.5~4%和0.25~1%。阳离子表面活性剂选用聚酰胺环氧氯丙烷;阴离子表面活性剂选用羧甲基纤维素钠。阳离子表面活性剂选自胺盐、季铵盐或杂环型阳离子表面活性剂,其中胺盐包括三烷基氯化铵、聚酰胺环氧氯丙烷之一或多个;阴离子表面活性剂选自磺酸盐型、羧酸盐型、硫酸酯盐型或磷酸酯盐型阴离子表面活性剂。
其中一个实施例的优选配比为:铁粉72%,活性炭10%,工业盐6%,纸浆纤维10%,阳离子表面活性剂(聚酰胺环氧氯丙烷PAE)1.6%,阴离子表面活性剂(羧甲基纤维素钠CMC)0.4%。
根据控温膜和自发热膜以及微孔透气膜的不同组合或结合方式,本发明所述的发热贴至少包括三种实施方式。
其中一种实施方式:将一定比例的铁粉、活性炭、工业盐、纸浆纤维、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂以及适量水均匀混合形成自发热膜。微孔透气膜设置在自发热膜外表面,然后与控温膜贴合作为发热贴。使用时,控温膜面对受热对象。
另一种实施方式:将一定比例的铁粉、活性炭、工业盐、纸浆纤维、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂以及适量水均匀混合形成自发热膜。控温膜作为自发热膜的控温隔层与自发热膜贴合作为恒温自发热膜,微孔透气膜设置在自发热膜和控温膜形成的恒温自发热膜的外表面形成发热贴。使用时,控温膜靠近受热对象。
再一种实施方式:将一定比例铁粉、活性炭、工业盐、纸浆纤维、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂均匀混合后,均匀涂抹在控温膜的一面形成连续膜,共同形成了恒温自发热膜。将微孔透气膜设置在恒温自发热膜的外表面形成发热贴。使用时,控温膜基体靠近受热对象。
上述自发热膜、发热贴在加入适量的水后根据不同产品需要进行相应包装,并用隔氧塑封袋封装,形成相应的产品。使用时,打开塑封袋,自发热膜接触空气,金属粉末在水和氧气的共同作用下发生氧化反应,释放热量,便可起保健作用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于有机相变的控温膜,其特征在于,所述控温膜包括基体和有机相变材料,所述有机相变材料均匀涂敷在所述基体上,共同形成薄膜。
2.根据权利要求1所述的基于有机相变的控温膜,其特征在于,所述有机相变材料选用相变转变温度为37~55℃的有机材料。
3.根据权利要求2所述的基于有机相变的控温膜,其特征在于,所述有机材料包括石蜡、脂肪酸及其衍生物、多元醇及其衍生物、月桂酸、聚己内酰胺纤维、蜂蜡、聚乙二醇中一种或多种混合物。
4.根据权利要求3所述的基于有机相变的控温膜,其特征在于,所述石蜡分子式为CnH2n+2,选用的石蜡n=20~31。
5.根据权利要求1所述的基于有机相变的控温膜,其特征在于,所述基体选自纸张、布料、多孔膜或棉纱。
6.一种基于有机相变恒温自发热膜的发热贴,其特征在于,所述发热贴包括恒温自发热膜和微孔透气膜;所述恒温自发热膜包括控温膜和自发热膜;所述基于有机相变的控温膜包括基体和有机相变材料,所述有机相变材料均匀涂抹在所述基体上共同形成薄膜;所述自发热膜包括铁粉、活性炭、工业盐、纸浆纤维、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂;所述铁粉的质量百分比含量为20~80%,所述活性炭的质量百分比含量为10~50%,所述工业盐的质量百分比含量为1~20%,所述纸浆纤维的质量百分比含量为5~40%;所述阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂质量百分比含量分别为0.5~4%和0.25~1%;所述铁粉、活性炭、工业盐、纸浆纤维、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂均匀混合后形成自发热膜;所述微孔透气膜设置在所述自发热膜外表面,然后与所述控温膜贴合作为发热贴;或且,所述控温膜作为所述自发热膜的控温隔层与所述自发热膜贴合作为恒温自发热膜,所述微孔透气膜设置在所述自发热膜和控温膜形成的恒温自发热膜的外表面形成发热贴。
7.根据权利要求6所述的基于有机相变恒温自发热膜的发热贴,其特征在于,所述阳离子表面活性剂选自胺盐、季铵盐或杂环型阳离子表面活性剂,其中胺盐包括三烷基氯化铵、聚酰胺环氧氯丙烷之一或多个;所述阴离子表面活性剂选自磺酸盐型、羧酸盐型、硫酸酯盐型或磷酸酯盐型阴离子表面活性剂之一或多个。
8.一种基于有机相变恒温自发热膜的发热贴,其特征在于,所述发热贴包括恒温自发热膜和微孔透气膜;所述恒温自发热膜包括控温膜和自发热膜;所述控温膜作为所述自发热膜的控温基体;所述基于有机相变的控温膜包括基体和有机相变材料,所述有机相变材料均匀涂抹在所述基体上共同形成薄膜;所述自发热膜包括铁粉、活性炭、工业盐、纸浆纤维、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂;所述铁粉的质量百分比含量为20~80%,所述活性炭的质量百分比含量为10~50%,所述工业盐的质量百分比含量为1~20%,所述纸浆纤维的质量百分比含量为5~40%;所述阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂质量百分比含量分别为0.5~4%和0.25~1%;所述铁粉、活性炭、工业盐、纸浆纤维、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂均匀混合后,均匀涂敷在所述控温膜的一侧形成连续膜,共同形成了恒温自发热膜;所述微孔透气膜设置在所述恒温自发热膜的外表面形成发热贴。
9.根据权利要求8所述的基于有机相变恒温自发热膜的发热贴,其特征在于,所述阳离子表面活性剂选自胺盐、季铵盐或杂环型阳离子表面活性剂,其中胺盐包括三烷基氯化铵、聚酰胺环氧氯丙烷之一或多个;所述阴离子表面活性剂选自磺酸盐型、羧酸盐型、硫酸酯盐型或磷酸酯盐型阴离子表面活性剂。
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