CN109692070B - 一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及日用品领域，公开了一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴，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；所述无纺布袋的内表面上设有防水透气膜；多孔水凝胶型发热源的组成如下：铁粉微胶囊45‑55wt％，多孔吸水树脂8‑12wt％，蛭石1‑3wt％，活性炭1‑3wt％，氯化钠1‑3wt％，水30‑40wt％；铁粉微胶囊为包埋有铁粉的改性N‑异丙基丙烯酰胺聚合物微球。本发明的保暖贴中对铁粉进行了微胶囊化，当温度过高时能够抑制铁粉与氧气的发热反应，一方面能够长效稳定的发热，另一方面能够避免温度过高而烫伤皮肤。

Description

一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴
技术领域
本发明涉及日用品领域，尤其涉及一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴。
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，本发明提供了一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴。本发明的保暖贴中对铁粉进行了微胶囊化，当温度过高时能够抑制铁粉与氧气的发热反应，一方面能够长效稳定的发热，另一方面能够避免温度过高而烫伤皮肤。
本发明的具体技术方案为：一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴，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；所述无纺布袋的内表面上设有防水透气膜。
所述多孔水凝胶型发热源的组成如下：铁粉微胶囊45-55wt％，多孔吸水树脂8-12wt％，蛭石1-3wt％，活性炭1-3wt％，氯化钠1-3wt％，水30-40wt％。
所述铁粉微胶囊为包埋有铁粉的改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物微球。
与现有技术不同的是，本发明的发热源中采用的是铁粉微胶囊，即在铁粉表面用改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物进行包覆。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，其分子链处于舒展状态，因此凝胶态的微球会发生溶胀，孔隙率增加，使得铁粉与氧气更容易接触发生反应，实现快速升温。而当其温度高于最低临界溶液温度时，分子链收拢，微球表面紧缩，形成致密的皮层，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，微球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，微球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，确保微球能够处于富水环境。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，所述铁粉微胶囊的制备方法为：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，在60-70℃恒温水浴中搅拌反应4-6h，过滤得到反应产物，浸泡于水中去除未反应物，置换水后在绝氧条件下加入铁粉，分散均匀并加热至40-45℃，得到混合液；然后通过注射器将混合液逐滴注射至60-70℃的戊二醛溶液中进行反应1-3h，生成微球，反应后离心得到微球，经真空干燥后制得铁粉微胶囊。
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。
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。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，注射前，将混合液加热至40-45℃，戊二醛溶液的温度为60-70℃。
在上述过程中需要注意的是，在加入铁粉后需要将混合液加热至40-45℃，然后注射至60-70℃的戊二醛溶液中，注射后，聚合物与戊二醛发生交联反应，形成三维网络结构。混合液温度需要低于57.5℃，使得未完全交联的聚合物溶胀充分吸附铁粉，而注射后需要将温度控制在57.5℃以上，使得交联的聚合物收缩防止铁粉流失。
作为优选方案，所述铁粉占铁粉微胶囊质量的50-80％。
作为优选方案，所述戊二醛溶液的浓度为20-40wt％。
作为优选方案，所述铁粉为纳米级铁粉。
作为优选方案，所述注射器的注射口径为0.3-1.0毫米。
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，所述粘合层为明胶层。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明的保暖贴中对铁粉进行了微胶囊化，当温度过高时能够抑制铁粉与氧气的发热反应，一方面能够长效稳定的发热，另一方面能够避免温度过高而烫伤皮肤。
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
一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴，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粘合层以及包裹无纺布袋的气密性包装袋；所述无纺布袋的内表面上设有防水透气膜(孔隙率为95％)。
所述多孔水凝胶型发热源的组成如下：铁粉微胶囊50wt％，多孔吸水树脂(聚乙烯醇树脂)10wt％，蛭石2wt％，活性炭1wt％，氯化钠2wt％，水35wt％。所述铁粉微胶囊为包埋有铁粉的改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物微球，铁粉占铁粉微胶囊质量的65％。
铁粉微胶囊的制备方法为：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，在65℃恒温水浴中搅拌反应5h，过滤得到反应产物，浸泡于水中去除未反应物，置换水后在绝氧条件下加入纳米级铁粉，分散均匀并加热至45℃，得到混合液；然后通过注射器(注射口径为0.5毫米)将混合液逐滴注射至65℃、浓度为30wt％的戊二醛溶液中进行反应2h，生成微球，反应后离心得到微球，经真空干燥后制得铁粉微胶囊。
实施例2
一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴，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粘合层以及包裹无纺布袋的气密性包装袋；所述无纺布袋的内表面上设有防水透气膜(孔隙率为98％)。
所述多孔水凝胶型发热源的组成如下：铁粉微胶囊45wt％，多孔吸水树脂(聚丙烯酸类树脂)12wt％，蛭石3wt％，活性炭3wt％，氯化钠1wt％，水36wt％。所述铁粉微胶囊为包埋有铁粉的改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物微球，铁粉占铁粉微胶囊质量的80％。
铁粉微胶囊的制备方法为：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，在60℃恒温水浴中搅拌反应6h，过滤得到反应产物，浸泡于水中去除未反应物，置换水后在绝氧条件下加入纳米级铁粉，分散均匀并加热至40℃，得到混合液；然后通过注射器(注射口径为0.8毫米)将混合液逐滴注射至60℃、浓度为20wt％的戊二醛溶液中进行反应3h，生成微球，反应后离心得到微球，经真空干燥后制得铁粉微胶囊。
实施例3
一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴，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粘合层以及包裹无纺布袋的气密性包装袋；所述无纺布袋的内表面上设有防水透气膜(孔隙率为90％)。
所述多孔水凝胶型发热源的组成如下：铁粉微胶囊50wt％，多孔吸水树脂(聚乙烯醇树脂)10wt％，蛭石1wt％，活性炭1wt％，氯化钠3wt％，水35wt％。所述铁粉微胶囊为包埋有铁粉的改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物微球，铁粉占铁粉微胶囊质量的50％。
铁粉微胶囊的制备方法为：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，在70℃恒温水浴中搅拌反应4h，过滤得到反应产物，浸泡于水中去除未反应物，置换水后在绝氧条件下加入纳米级铁粉，分散均匀并加热至45℃，得到混合液；然后通过注射器(注射口径为1.0毫米)将混合液逐滴注射至70℃、浓度为40wt％的戊二醛溶液中进行反应1h，生成微球，反应后离心得到微球，经真空干燥后制得铁粉微胶囊。
对比例1
对比例1与实施例1的区别仅在于：采用纯铁粉，不经过微胶囊化。
对比例2
对比例2与实施例1的区别仅在于：在制备铁粉微胶囊时，注射至50℃的戊二醛溶液中进行反应。
对比例3
对比例3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：丙烯酰胺与N-异丙基丙烯酰胺的摩尔比为1:5。
对实施例1和实施例2所得的铁粉微胶囊进行铁粉含量对比，发现对比例2所得的铁粉微胶囊中铁粉含量更低，原因在于戊二醛溶液温度较低，造成铁粉有一定流失。
对实施例1以及对比例1和3所得的保暖贴(规格为铁粉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 45℃ 55℃ 54℃ 48℃ 60℃
对比例1 49℃ 76℃ 50℃ 40℃ 78℃
对比例3 47℃ 50℃ 51℃ 48℃ 53℃
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和3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 (9)

1.一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴，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；所述无纺布袋的内表面上设有防水透气膜；
所述多孔水凝胶型发热源的组成如下：铁粉微胶囊45-55wt％，多孔吸水树脂8-12wt％，蛭石1-3wt％，活性炭1-3wt％，氯化钠1-3wt％，水30-40wt％；
所述铁粉微胶囊为包埋有铁粉的改性N-异丙基丙烯酰胺聚合物微球，制备方法为：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，在60-70℃恒温水浴中搅拌反应4-6h，过滤得到反应产物，浸泡于水中去除未反应物，置换水后在绝氧条件下加入铁粉，分散均匀并加热，得到混合液；然后通过注射器将混合液逐滴注射至戊二醛溶液中进行反应1-3h，生成微球，反应后离心得到微球，经真空干燥后制得铁粉微胶囊。
2.如权利要求1所述的一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴，其特征在于，注射前，将混合液加热至40-45℃，戊二醛溶液的温度为60-70℃。
3.如权利要求1所述的一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴，其特征在于，所述铁粉占铁粉微胶囊质量的50-80％。
4.如权利要求1所述的一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴，其特征在于，所述戊二醛溶液的浓度为20-40wt％。
5.如权利要求1所述的一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴，其特征在于，所述铁粉为纳米级铁粉。
6.如权利要求1所述的一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴，其特征在于，所述注射器的注射口径为0.3-1.0毫米。
7.如权利要求1所述的一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴，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。
8.如权利要求1所述的一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴，其特征在于，所述防水透气膜的孔隙率为80-98％。
9.如权利要求1所述的一种基于铁粉微胶囊的长效保暖贴，其特征在于，所述粘合层为明胶层。
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