CN109692069B - 一种具有过热保护功能的智能型保暖贴 - Google Patents

一种具有过热保护功能的智能型保暖贴 Download PDF

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Abstract

本发明涉及日用品领域，公开了一种具有过热保护功能的智能型保暖贴，包括多孔水凝胶型发热源、包裹所述多孔水凝胶型发热源的无纺布袋、设于无纺布袋一面的粘合层以及包裹无纺布袋的气密性包装袋；所述多孔水凝胶型发热源的组成如下：铁粉40‑50wt％，多孔吸水树脂10‑15wt％，蛭石3‑5wt％，活性炭3‑5wt％，氯化钠1‑5wt％，水30‑40wt％；所述无纺布袋的内表面上依次设有防水透气膜和改性N‑异丙基丙烯酰胺聚合物涂膜。本发明的保暖贴具有过热保护功能，当温度过高时会自动减少发热量，从而能够避免皮肤烫伤，安全性高。并且本发明的保暖贴能够持续稳定发热，中后期的温度相对较为恒定。

Description

一种具有过热保护功能的智能型保暖贴
技术领域
本发明涉及日用品领域，尤其涉及一种具有过热保护功能的智能型保暖贴。
背景技术
近年来，特别是在冬季，暖宝宝已成为年轻一族必备的日用品之一。目前市面上大多数暖宝宝的反应原理是利用原电池加快氧化反应速度，将化学能转变为热能。
现有的大多数暖宝宝主要由发热原料层，明胶层、具有微孔透气膜的无纺布袋和不透气的外袋组成。在使用时，去掉外袋，让内袋(无纺布袋)暴露在空气中，空气中的氧气通过透气膜进入发热原料层进行放热反应。其反应原理为利用原电池加快氧化反应速度，将化学能转变为热能，反应方程式如下：
负极：Fe-2e-＝Fe2+
正极：O2+2H2O+4e-＝4OH-
总反应：2Fe+O2+2H2O＝2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+2H2O+O2＝4Fe(OH)3↓2Fe(OH)3＝＝＝＝Fe2O3+3H2O。
此外，为了使温度能够持续更长，在发热原料层中还含有蛭石用于保温。一般暖宝宝的最高温度标注在63℃左右，平均温度标注在53℃左右。但是在实际测试中发现，目前市售的大多数暖宝宝产品都与其标注不符，其最高温度远高于标注温度。如此会带来一定的安全隐患，例如持续高温可能会对皮肤造成烫伤。
此外，现有暖宝宝产品的通病是在发热中期温度较高，但是在后期由于反应逐渐衰竭，温度无法长久维持。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有过热保护功能的智能型保暖贴。本发明的保暖贴具有过热保护功能，当温度过高时会自动减少发热量，从而能够避免皮肤烫伤，安全性高。并且本发明的保暖贴能够持续稳定发热，中后期的温度相对较为恒定。
本发明的具体技术方案为：一种具有过热保护功能的智能型保暖贴，包括多孔水凝胶型发热源、包裹所述多孔水凝胶型发热源的无纺布袋、设于无纺布袋一面的粘合层以及包裹无纺布袋的气密性包装袋。
所述多孔水凝胶型发热源的组成如下：铁粉40-50wt％，多孔吸水树脂10-15wt％，蛭石3-5wt％，活性炭3-5wt％，氯化钠1-5wt％，水30-40wt％。
所述无纺布袋的内表面上依次设有防水透气膜和改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物涂膜。
与现有技术不同的是，本发明保暖贴的无纺布内表面上设有改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物涂膜，改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物具有较为灵敏的温度敏感性，其特点是，在富水环境中，当其温度低于其自身的最低临界溶液温度时，涂膜中水凝胶的表面会发生溶胀，使得涂膜的孔隙率增加，从而有利于外界氧气的进入，能够促进发热反应的进行，快速升温。而当其温度高于最低临界溶液温度时，涂膜中水凝胶的表面会发生收缩，导致表面的水化层收缩，形成致密的皮层，使得涂膜的孔隙率降低，从而阻碍外界氧气的进入，限制了发热反应的进行。因此，当保暖贴的温度过高时，涂膜能够有效抑制发热反应的进行，降低温度，而当温度过低时，又能够促进发热保持温度恒定。
但是如前文所述，涂膜是需要在富水环境中才具有上述功能，因此本发明特意在发热源中加大了吸水树脂和水分的含量，使得整个发热源呈水凝胶状，确保涂膜能够处于富水环境。但是同时也需要考虑到过多水分带来的其他不利因素，例如，本发明团队发现，如果水分含量过高，会过多占据吸水树脂中的空气流动通道，从而使得外界氧气无法进入并与铁粉发生反应。为此，本发明特意选用了多孔性的吸水树脂，提高树脂的三维网络度，使其孔隙过剩，确保空气能够充分进入并与铁粉发生反应。此外，由于本发明含水量较多，因此在无纺布袋内还设有防水透气膜，防止水分溢出外部与皮肤接触。
此外，本发明采用水凝胶型的多孔吸水树脂的另一好处在于，由于水的存在，能够均匀地传递热量，使保暖贴各部位的温度较为平均。
作为优选方案，所述多孔吸水树脂为聚丙烯酸类树脂或聚乙烯醇树脂。
作为优选方案，所述防水透气膜的孔隙率为80-98％。
作为优选方案，所述改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物的制备方法如下：按摩尔比1:3-4将丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺置于反应容器中，加入水溶剂并混合均匀，然后在氮气保护下加入单体总摩尔量0.6-0.8％的偶氮二异丁腈、单体总摩尔量3-5％的戊二醛和单体总质量0.5-1.5％的碳酸钙微粒，在60-70℃恒温水浴中搅拌反应8-12h，将反应产物取出，浸泡于水中并调节pH至5.5-6.5进行反应，反应后调节pH至中性，置换水后继续浸泡1-2天，洗净去杂质后经真空干燥得到目标产物。
虽然N-异丙基丙烯酰胺聚合物具有温度敏感性，但是其本身的最低临界溶液温度值为33℃左右，低于体温，如果直接用于本发明中，会导致温度无法高于体温，对于人来说并无法产生热感。为此本发明团队进行了一系列的研究，最终发现在N-异丙基丙烯酰胺聚合物中掺杂一定比例的丙烯酰胺单体共聚，能够在一定程度上提高聚合物的最低临界溶液温度值。并且本发明团队经过试验后发现，当丙烯酰胺与N-异丙基丙烯酰胺的摩尔占比控制在1:3-4时，最低临界溶液温度值会提升至57.5℃左右。在此温度下，基本上接近人体热感舒适度值(53℃)。
其原理为：当丙烯酰胺与N-异丙基丙烯酰胺共聚后，分子链中的亲水基团-CONH2含量增加，-CONH2会在水凝胶网络骨架中引入亲水性的酰胺基，其与水分子形成的氢键数量增加，因此需要较高的能量才能破坏这些氢键，因此最低临界溶液温度值相应的得到提升。
作为优选方案，所述碳酸钙微粒的粒径为纳米级。
在本发明中，碳酸钙微粒的作用是提高涂膜的孔隙率。其原理是碳酸钙在生成聚合物水凝胶的过程中不参与反应而占据一定的空间，在后续的水凝胶陈化过程中降低pH与酸反应，然后用溶剂洗去，释放了空间，从而提高涂膜孔隙率。如此做的原因是聚合物水凝胶自身的孔隙率很低，即使低于最低临界溶液温度值时也无法让外界空气充分通过，因此需要人为地提升其孔隙率。
作为优选方案，所述改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物涂膜的厚度为0.1-0.3mm。
作为优选方案，所述多孔水凝胶型发热源中氯化钠的含量为1-3％。
如前文所述，人体热感舒适度值在53℃左右，而本发明却将改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物的最低临界溶液温度值控制在57.5℃左右，如果直接设定在53℃左右理应更加合理。但是本发明团队在研究过程中发现，水环境中氯化钠的浓度会直接影响和降低聚合物的最低临界溶液温度值。氯化钠的在发热源中作为促进发热反应的物质，不可缺少，但是其浓度越高，会降低聚合物的最低临界溶液温度值。为此，本发明特意提升聚合物的最低临界溶液温度值至57.5℃左右，并合理降低氯化钠的含量。
作为优选方案，所述多孔水凝胶型发热源中水的含量为35-40％。
如前文所述，本发明的涂膜需要在富水环境中才能具有较好的温敏性，因此需要在合理范围内增加水的含量。
作为优选方案，所述粘合层为明胶层。明胶层的作用是与人体的衣物粘合。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明的保暖贴具有过热保护功能，当温度过高时会自动减少发热量，从而能够避免皮肤烫伤，安全性高。并且本发明的保暖贴能够持续稳定发热，中后期的温度相对较为恒定。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
一种具有过热保护功能的智能型保暖贴，包括多孔水凝胶型发热源、包裹所述多孔水凝胶型发热源的无纺布袋、设于无纺布袋一面的明胶层以及包裹无纺布袋的气密性包装袋。
所述多孔水凝胶型发热源的组成如下：铁粉40wt％，多孔吸水树脂(聚丙烯酸树脂)12.5wt％，蛭石4wt％，活性炭4wt％，氯化钠2wt％，水37.5wt％。
所述无纺布袋的内表面上依次设有防水透气膜(孔隙率为96％)和厚度为0.2mm的改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物涂膜。
其中，改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物的制备方法如下：按摩尔比1:3.5将丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺置于反应容器中，加入水溶剂并混合均匀，然后在氮气保护下加入单体总摩尔量0.7％的偶氮二异丁腈、单体总摩尔量4％的戊二醛和单体总质量1％的纳米级碳酸钙微粒，在65℃恒温水浴中搅拌反应10h，将反应产物取出，浸泡于水中并调节pH至6进行反应，反应后调节pH至中性，置换水后继续浸泡2天，洗净去杂质后经真空干燥得到目标产物。
实施例2
一种具有过热保护功能的智能型保暖贴，包括多孔水凝胶型发热源、包裹所述多孔水凝胶型发热源的无纺布袋、设于无纺布袋一面的明胶层以及包裹无纺布袋的气密性包装袋。
所述多孔水凝胶型发热源的组成如下：铁粉45wt％，多孔吸水树脂(聚乙烯醇树脂)11.5wt％，蛭石3wt％，活性炭3wt％，氯化钠2.5wt％，水35wt％。
所述无纺布袋的内表面上依次设有防水透气膜(孔隙率为90％)和厚度为0.1mm的改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物涂膜。
其中，改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物的制备方法如下：按摩尔比1:4将丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺置于反应容器中，加入水溶剂并混合均匀，然后在氮气保护下加入单体总摩尔量0.6％的偶氮二异丁腈、单体总摩尔量3％的戊二醛和单体总质量0.5％的纳米级碳酸钙微粒，在6℃恒温水浴中搅拌反应12h，将反应产物取出，浸泡于水中并调节pH至5.5进行反应，反应后调节pH至中性，置换水后继续浸泡1天，洗净去杂质后经真空干燥得到目标产物。
实施例3
一种具有过热保护功能的智能型保暖贴，包括多孔水凝胶型发热源、包裹所述多孔水凝胶型发热源的无纺布袋、设于无纺布袋一面的明胶层以及包裹无纺布袋的气密性包装袋。
所述多孔水凝胶型发热源的组成如下：铁粉50wt％，多孔吸水树脂(聚乙烯醇树脂)10wt％，蛭石3wt％，活性炭3wt％，氯化钠3wt％，水31wt％。
所述无纺布袋的内表面上依次设有防水透气膜(孔隙率为98％)和厚度为0.3mm的改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物涂膜。
其中，改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物的制备方法如下：按摩尔比1:3将丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺置于反应容器中，加入水溶剂并混合均匀，然后在氮气保护下加入单体总摩尔量0.8％的偶氮二异丁腈、单体总摩尔量5％的戊二醛和单体总质量1.5％的纳米级碳酸钙微粒，在70℃恒温水浴中搅拌反应8h，将反应产物取出，浸泡于水中并调节pH至5.5进行反应，反应后调节pH至中性，置换水后继续浸泡2天，洗净去杂质后经真空干燥得到目标产物。
实施例4
一种具有过热保护功能的智能型保暖贴，包括多孔水凝胶型发热源、包裹所述多孔水凝胶型发热源的无纺布袋、设于无纺布袋一面的明胶层以及包裹无纺布袋的气密性包装袋。
所述多孔水凝胶型发热源的组成如下：铁粉40wt％，多孔吸水树脂(聚丙烯酸类树脂)13wt％，蛭石3wt％，活性炭3wt％，氯化钠1wt％，水40wt％。
所述无纺布袋的内表面上依次设有防水透气膜(孔隙率为95％)和厚度为0.2mm的改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物涂膜。
其中，改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物的制备方法如下：按摩尔比1:4将丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺置于反应容器中，加入水溶剂并混合均匀，然后在氮气保护下加入单体总摩尔量0.6％的偶氮二异丁腈、单体总摩尔量3％的戊二醛和单体总质量1％的纳米级碳酸钙微粒，在65℃恒温水浴中搅拌反应9h，将反应产物取出，浸泡于水中并调节pH至5进行反应，反应后调节pH至中性，置换水后继续浸泡2天，洗净去杂质后经真空干燥得到目标产物。
对比例1
对比例1与实施例1的区别仅在于：无纺布戴内侧不设有涂膜。
对比例2
对比例2与实施例1的区别仅在于：多孔水凝胶型发热源的组成如下：铁粉45wt％，多孔吸水树脂(聚乙烯醇树脂)11.5wt％，蛭石13wt％，活性炭8wt％，氯化钠2.5wt％，水20wt％。
对比例3
对比例3与实施例1的区别仅在于：多孔水凝胶型发热源的组成如下：铁粉40wt％，多孔吸水树脂(聚丙烯酸树脂)12.5wt％，蛭石4wt％，活性炭4wt％，氯化钠8wt％，水31.5wt％。
对比例4
对比例4与实施例1的区别仅在于：改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物中：丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺的摩尔比为1:5。
对比例5
对比例5与实施例1的区别仅在于：制备改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物中时，不添加碳酸钙微粒。
对实施例1以及对比例1-5所得的保暖贴(规格为发热源50g)在0℃环境下进行发热能力测试。
组别 2h后温度 4h后温度 8h后温度 15h后温度 最高温度
实施例1 41℃ 52℃ 52℃ 45℃ 56℃
对比例1 42℃ 73℃ 49℃ 39℃ 76℃
对比例2 39℃ 66℃ 53℃ 41℃ 68℃
对比例3 34℃ 47℃ 48℃ 45℃ 51℃
对比例4 40℃ 48℃ 49℃ 47℃ 52℃
对比例5 37℃ 49℃ 51℃ 44℃ 55℃
如上表数据对比可知，实施例1方案的保暖贴对于最高温度更具可控性，并且发热较为均匀，不会出现前中期温度高，后期温度低的情况。而对比例1-5中则存在各自不同的缺点。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有过热保护功能的智能型保暖贴，其特征在于：包括多孔水凝胶型发热源、包裹所述多孔水凝胶型发热源的无纺布袋、设于无纺布袋一面的粘合层以及包裹无纺布袋的气密性包装袋；
所述多孔水凝胶型发热源的组成如下：铁粉40-50wt％，多孔吸水树脂10-15wt％，蛭石3-5wt％，活性炭3-5wt％，氯化钠1-5wt％，水30-40wt％；
所述无纺布袋的内表面上依次设有防水透气膜和改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物涂膜；
所述改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物的制备方法如下：按摩尔比1:3-4将丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺置于反应容器中，加入水溶剂并混合均匀，然后在氮气保护下加入单体总摩尔量0.6-0.8％的偶氮二异丁腈、单体总摩尔量3-5％的戊二醛和单体总质量0.5-1.5％的碳酸钙微粒，在60-70℃恒温水浴中搅拌反应8-12h，将反应产物取出，浸泡于水中并调节pH至5.5-6.5进行反应，反应后调节pH至中性，置换水后继续浸泡1-2天，洗净去杂质后经真空干燥得到目标产物。
2.如权利要求1所述的一种具有过热保护功能的智能型保暖贴，其特征在于，所述多孔吸水树脂为聚丙烯酸类树脂或聚乙烯醇树脂。
3.如权利要求1所述的一种具有过热保护功能的智能型保暖贴，其特征在于，所述防水透气膜的孔隙率为80-98％。
4.如权利要求1所述的一种具有过热保护功能的智能型保暖贴，其特征在于，所述碳酸钙微粒的粒径为纳米级。
5.如权利要求1所述的一种具有过热保护功能的智能型保暖贴，其特征在于，所述改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物涂膜的厚度为0.1-0.3mm。
6.如权利要求1所述的一种具有过热保护功能的智能型保暖贴，其特征在于，所述多孔水凝胶型发热源中氯化钠的含量为1-3％。
7.如权利要求1或6所述的一种具有过热保护功能的智能型保暖贴，其特征在于，所述多孔水凝胶型发热源中水的含量为35-40％。
8.如权利要求1所述的一种具有过热保护功能的智能型保暖贴，其特征在于，所述粘合层为明胶层。
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