CN111050430B - 一种基于石墨烯复合膜的发热装置及发热膏药和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于石墨烯复合膜的发热装置及发热膏药和用途；采用安全环保的石墨烯/水性树脂为加热基底材料，移动电源为36V以下安全电压，设定加热温度为37～43℃，安全可控；使用以石墨烯复合膜为发热主体，通电后，即，由电转化的热能主要以远红外辐射和热传导的形式对外传递，实现加热，有利于增强膏药的药效；石墨烯电热膜可发出“远红外线”(波长主要为6～14微米，又被称为“生命之光”)，此波段远红外线可与人体内水分子发生共振，具有加快人体血液循环、新陈代谢，增加细胞组织的再生力，提高免疫力，舒缓神经等理疗保健效果，因而还具有健康理疗的功效；石墨烯复合电热膜可以重复使用，可有效降低消费者的使用成本。
Description
技术领域
本发明属于医药技术领域，具体涉及一种基于石墨烯复合膜的发热装置及发热膏药和用途。
背景技术
贴膏药疗法是中医临床常用的外治方法之一，膏药的使用在我国有着这悠久的历史。然而，使用膏药也有讲究，尤其在冬天，有些膏药需热敷。在贴膏药前，通常先用热毛巾将患处擦净、拭干，这样有利于患处的毛细血管开放，可以让药物更好地透皮吸收。如果因为天气寒冷，一些膏药的基质变硬，不容易在皮肤上贴牢，就需要将它用预热一下再贴。这些问题使得膏药的使用受到了诸多限制，且不利于药效的持续发挥。将膏药置于具有略高于人体温度的加热基体上，则有利于克服膏药对使用环境温度的限制和药效降低等问题。然而，目前未见利用可持续发热的低温加热基底用于敷贴膏药的相关报道。综上所述，开发具有发热和增强药效的功能的发热膏药具有重要意义。
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有及其优异的到导电和导热性能，其导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料。基于石墨烯的电加热膜可发射远红外线，具有理疗功效。将其制备成柔性的低温发热膜，作为膏药的持续发热基底，则可以同时具有为膏药供热和理疗的功效。现有技术中，中国专利CN107933006公开了一种高效的远红外发热膜，及基于其的理疗贴、膏药贴、理疗鞋，但该发明未说明石墨烯膜的制备方法和工作温度。且石墨烯发热膜的成本较高，应尽量考虑其重复使用性，以降低消费者的使用成本。
发明内容
为了改善现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯发热装置及发热膏药和用途，所述石墨烯发热装置可以为药膏提供热量，确保发热膏药具有安全、增强药效、健康理疗的特点。所述石墨烯发热装置中的石墨烯膜为石墨烯与树脂的复合膜，该复合膜的柔性好、且易于成膜，同时通过控制该复合膜的配比，其可以获得不同范围的电阻，其作为发热材料，经外接电源加热后，其工作温度在为37-43℃范围内，可以很好的保持所述石墨烯发热装置的发热温度，非常适于低温加热和理疗。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种石墨烯发热装置，其中，所述石墨烯发热装置包括石墨烯复合膜发热基底、第一PET膜、第二PET膜、导电金属箔、反射膜、导线、电源接口、温度传感器和温控器；
所述第一PET膜、石墨烯复合膜发热基底、第二PET膜和反射膜依次相连，且在第一PET膜和石墨烯复合膜发热基底连接处设置导电金属箔和温度传感器，且所述导电金属箔与石墨烯复合膜发热基底相连；所述导电金属箔通过导线与电源接口连接，所述温度传感器通过导线与温控器连接，所述温控器通过导线与电源接口连接。
根据本发明，外接电源通过电源接口为所述装置供热，特别地通过导电金属箔为石墨烯复合膜提供能量，石墨烯复合膜作为发热体进行发热，由于其自身存在电阻，通过配比可以很好地控制其发热温度在37-43℃范围内，长久地维持其在此温度范围内的加热，同时还利用温度传感器辅助实时检测装置的温度，当检测到的温度超过43℃时，温度传感器将信号传递给温控器，温控器根据接收的信号，控制电源接口断电，即暂时停止外接电源的供热，当温度传感器检测到温度低于37℃时，温控器根据接收的信号，控制电源接口重新接入外接电源，继续为所述装置供热。
根据本发明，所述电源接口与外接电源相连，用于电源输入。
根据本发明，所述外接电源为移动电源。
根据本发明，所述的移动电源为36V以下安全电压的可充电移动电源。
根据本发明，所述的导电金属箔可以是铜箔。
根据本发明，所述的反射膜为铝箔，其设置目的是为了让石墨烯复合膜发出的远红外线的发射方向朝向膏药一侧。
根据本发明，所述的石墨烯复合膜发热基底的厚度为10-200μm；所述的第一PET膜的厚度为10-30μm(如20μm)；所述的第二PET膜的厚度为10-30μm(如20μm)；所述的导电金属箔的宽度为1-2cm，厚度为5-20μm(如10μm)，所述的反射膜的厚度为30-800μm(如50μm)。
根据本发明，所述的石墨烯复合膜是石墨烯/水性树脂的复合柔性薄膜。
根据本发明，所述石墨烯复合膜中由于加入了水性树脂材料，使其具有柔性好、且易于成膜的特点，同时，由于石墨烯材料具有导电和导热性能，且通过水性树脂材料的加入，其自身具有电阻，经外接电源加热后，其工作温度在为37-43℃范围内，可以很好的保持所述石墨烯发热装置的发热温度。相比于纯石墨烯膜，除了其难于制备成均匀分布的膜片结构外，由于石墨烯是良好的导体，其电阻几乎为零，故无法实现作为加热体的目的而被使用。
根据本发明，所述石墨烯/水性树脂的复合柔性薄膜是通过如下方法制备得到的：
用稀释剂将成膜树脂溶解，再在搅拌的条件下使其溶解于去离子水中；向其中加入石墨烯和助剂，超声得到混合浆料；将浆料涂覆在基底表面，制备得到。
根据本发明，所述石墨烯与成膜树脂的质量比1～10：99～10。
根据本发明，所述的成膜树脂为环氧树脂、乙烯基树脂、环氧改性有机硅树脂中的一种或几种的混合，所述的稀释剂为乙醇、正丁醇中的一种或两种的组合，其中，成膜树脂与稀释剂的质量比1～10：99～10。
根据本发明，所述成膜树脂与去离子水的质量比为1～10：99～90。
根据本发明，所述的助剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮、吐温-80中的一种或多种组合的表面活性剂。
根据本发明，所述的助剂与石墨烯的质量比1～100：10～100。
本发明还提供上述石墨烯发热装置的用途，其用于制备发热膏药。
本发明还提供一种发热膏药，所述膏药包括上述的石墨烯发热装置和膏药，将所述膏药贴附于石墨烯发热装置中的第一PET膜表面。
根据本发明，所述的膏药层中包括膏药，所述膏药可以是治疗消炎、止痛、活血化淤、益气养血、通经走络、强筋健骨、舒筋活络、开窍透骨、祛风散寒等疾病的药膏中的任意一种。
根据本发明，所述的药膏层的厚度没有特别的限定，可以为本领域技术人员知晓的常规的膏药的厚度即可，例如选用一些商业途径可以购买的膏药产品，或者是自制的产品均可，示例性地，所述膏药层的厚度为2-5mm，如3mm。
本发明还提供一种上述发热膏药的制备方法，所述方法包括如下步骤：
将膏药贴附于石墨烯发热装置中的第一PET膜表面，向电源接口通入电流，制备得到发热膏药。
所述贴附可以是本领域技术人员知晓的常规贴附方式，例如采用双面胶进行贴附，或者是利用膏药本身的粘结涂层进行贴附。
本发明还提供上述发热膏药在制备医疗保健和疾病治疗产品的用途。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种基于石墨烯复合膜的发热装置及发热膏药和用途；采用安全环保的石墨烯/水性树脂为加热基底材料，外接电源为36V以下安全电压，安全可控；同时该加热基底材料的柔性好、且易于成膜，同时通过控制该复合膜的配比，其可以获得不同范围的电阻，经外接电源加热后，其工作温度在为37-43℃范围内，可以很好的保持所述石墨烯发热装置的发热温度；使用以石墨烯复合膜为发热主体，通电后，即，由电转化的热能主要以远红外辐射和热传导的形式对外传递，实现加热，有利于增强膏药的药效；石墨烯电热膜可发出“远红外线”(波长主要为6～14微米，又被称为“生命之光”)，此波段远红外线可与人体内水分子发生共振，具有加快人体血液循环、新陈代谢，增加细胞组织的再生力，提高免疫力，舒缓神经等理疗保健效果，因而还具有健康理疗的功效；石墨烯复合电热膜可以重复使用，可有效降低消费者的使用成本。
附图说明
图1是本发明制备的发热膏药结构示意图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而并非指示或暗示相对重要性。
制备例1
将涂覆在第二PET膜上的石墨烯复合膜上设置条状导电铜箔和温度传感器，导电铜箔通过导线与电源接口相连，所述导电金属箔与石墨烯复合膜发热基底相连；所述导电金属箔通过导线与电源接口连接，所述温度传感器通过导线与温控器连接，所述温控器通过导线与电源接口连接；利用常规粘结剂将第一PET膜粘附在石墨烯复合膜表面；在靠近第二PET膜一侧粘附反射膜，即制备得到所述石墨烯发热装置。其中，所述的石墨烯复合膜发热基底的厚度为10-200μm；所述的第一PET膜的厚度为20μm；所述的第二PET膜的厚度为20μm；所述的导电金属箔的宽度为1-2cm，厚度为10μm，所述的反射膜的厚度为50μm。
实施例1
(1)石墨烯复合膜的制备：将环氧树脂以乙醇溶解，再在搅拌的条件下使其溶解于去离子水中。然后，向其中加入石墨烯和十二烷基苯磺酸钠，超声40min得到混合浆料。最后，将浆料涂覆于第二PET膜载体上，在120℃烘箱中干燥后得到100μm石墨烯复合膜；
(2)按上述方式制备得到石墨烯发热装置。
(3)在靠近第一PET膜上涂覆药膏，可以用双面胶将膏药的背面粘贴覆于第一PET膜上，得到石墨烯发热膏药，将其粘贴于患处，与36V移动电源连接，通电即可使用。在正常供电使用过程中，所述石墨烯复合膜在供电状态下，由于其自身电阻的作用，其可以保持膏药的温度在37-43℃范围内，同时温度传感器也实时检测装置的温度，当检测到的温度超过43℃时，温度传感器将信号传递给温控器，温控器根据接收的信号，控制电源接口断电，即暂时停止外接电源的供热，当温度传感器检测到温度低于37℃时，温控器根据接收的信号，控制电源接口重新接入外接电源，继续为所述装置供热。
实施例2
(1)石墨烯复合膜的制备：将乙烯基树脂以正丁醇溶解，再在搅拌的条件下使其溶解于去离子水中。然后，向其中加入石墨烯和十六烷基三甲基溴化铵，超声40min得到混合浆料。最后，将浆料以涂覆于第二PET膜成膜载体上，在120℃烘箱中干燥后得到50μm石墨烯复合膜；
(2)按上述方式制备得到石墨烯发热装置。
(3)在靠近第一PET膜上涂覆药膏，可以用双面胶将膏药的背面粘贴覆于第一PET膜上，得到石墨烯发热膏药，将其粘贴于患处，与36V移动电源连接，通电即可使用。在正常供电使用过程中，所述石墨烯复合膜在供电状态下，由于其自身电阻的作用，其可以保持膏药的温度在37-43℃范围内，同时温度传感器也实时检测装置的温度，当检测到的温度超过43℃时，温度传感器将信号传递给温控器，温控器根据接收的信号，控制电源接口断电，即暂时停止外接电源的供热，当温度传感器检测到温度低于37℃时，温控器根据接收的信号，控制电源接口重新接入外接电源，继续为所述装置供热。
实施例3
(1)石墨烯复合膜的制备：将环氧改性有机硅树脂以正丁醇溶解，再在搅拌的条件下使其溶解于去离子水中。然后，向其中加入石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮，超声30min得到混合浆料。最后，将浆料以涂覆于第二PET膜成膜载体上，在120℃烘箱中干燥后得到150μm石墨烯复合膜；
(2)按上述方式制备得到石墨烯发热装置。
(3)在靠近第一PET膜上涂覆药膏，可以用双面胶将膏药的背面粘贴覆于第一PET膜上，得到石墨烯发热膏药，将其粘贴于患处，与36V移动电源连接，通电即可使用。在正常供电使用过程中，所述石墨烯复合膜在供电状态下，由于其自身电阻的作用，其可以保持膏药的温度在37-43℃范围内，同时温度传感器也实时检测装置的温度，当检测到的温度超过43℃时，温度传感器将信号传递给温控器，温控器根据接收的信号，控制电源接口断电，即暂时停止外接电源的供热，当温度传感器检测到温度低于37℃时，温控器根据接收的信号，控制电源接口重新接入外接电源，继续为所述装置供热。
实施例4
(1)石墨烯复合膜的制备：将乙烯基树脂以正丁醇溶解，再在搅拌的条件下使其溶解于去离子水中。然后，向其中加入石墨烯和吐温-80，超声60min得到混合浆料。最后，将浆料以涂覆于第二PET膜成膜载体上，在120℃烘箱中干燥后得到20μm石墨烯复合膜；
(2)按上述方式制备得到石墨烯发热装置。
(3)在靠近第一PET膜上涂覆药膏，可以用双面胶将膏药的背面粘贴覆于第一PET膜上，得到石墨烯发热膏药，将其粘贴于患处，与36V移动电源连接，通电即可使用。在正常供电使用过程中，所述石墨烯复合膜在供电状态下，由于其自身电阻的作用，其可以保持膏药的温度在37-43℃范围内，同时温度传感器也实时检测装置的温度，当检测到的温度超过43℃时，温度传感器将信号传递给温控器，温控器根据接收的信号，控制电源接口断电，即暂时停止外接电源的供热，当温度传感器检测到温度低于37℃时，温控器根据接收的信号，控制电源接口重新接入外接电源，继续为所述装置供热。
实施例5
(1)石墨烯复合膜的制备：将乙烯基树脂以乙醇溶解，再在搅拌的条件下使其溶解于去离子水中。然后，向其中加入石墨烯和羧甲基纤维素钠，超声40min得到混合浆料。最后，将浆料以涂覆于第二PET膜成膜载体上，在120℃烘箱中干燥后得到200μm石墨烯复合膜；
(2)按上述方式制备得到石墨烯发热装置。
(3)在靠近第一PET膜上涂覆药膏，可以用双面胶将膏药的背面粘贴覆于第一PET膜上，得到石墨烯发热膏药，将其粘贴于患处，与36V移动电源连接，通电即可使用。在正常供电使用过程中，所述石墨烯复合膜在供电状态下，由于其自身电阻的作用，其可以保持膏药的温度在37-43℃范围内，同时温度传感器也实时检测装置的温度，当检测到的温度超过43℃时，温度传感器将信号传递给温控器，温控器根据接收的信号，控制电源接口断电，即暂时停止外接电源的供热，当温度传感器检测到温度低于37℃时，温控器根据接收的信号，控制电源接口重新接入外接电源，继续为所述装置供热。
测试例1
为了验证本石墨烯膏药具有增强药效的功效，邀请了10位年龄在50-60岁的中老年人参与测试。这10位中老年人有腰肩疼痛或关节炎的病症，曾经使用过普通膏药治疗一段时间，且未在用药期间获得明显疗效。在重复使用与前期同样膏药的情况下，将膏药置于石墨烯发热装置上，将其制备得到的发热膏药，每天使用石墨烯膏药的时间为6-8h，一周后反馈的结果是：有8位老人的腰肩疼痛症状得到了显著改善，另外两位老人的关节疼痛问题也得到了缓解。监控的石墨烯膏药与皮肤表面间的温度，在37.0～40.1℃波动。然而，未采用石墨烯发热装置的普通膏药与皮肤之间的温度在35.8～37.3℃波动，与人体表温度一致。上述结果说明了本发明中的一种石墨烯发热装置有良好的药效增强作用，按照本发明制备得到的发热膏药有具有安全、增强药效、健康理疗的特点。
本发明的各原料的上下限取值以及区间值都能实现本发明，以及所列举的石墨烯、稀释剂、助剂、反射膜和金属箔等各具体原料都能实现本发明，以及各工艺参数(配比、温度、处理时间、厚度)的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此就不一一列举实施例。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种发热膏药，所述膏药包括：石墨烯发热装置和膏药，其中，所述石墨烯发热装置包括石墨烯复合膜发热基底、第一PET膜、第二PET膜、导电金属箔、反射膜、导线、电源接口、温度传感器和温控器；石墨烯复合膜的发热温度在37-43℃范围内，长久地维持其在此温度范围内的加热，当温度传感器检测到的温度超过43℃时，温度传感器将信号传递给温控器，温控器根据接收的信号，控制电源接口断电，即暂时停止外接电源的供热；当温度传感器检测到温度低于37℃时，温控器根据接收的信号，控制电源接口重新接入外接电源，继续为所述装置供热；
所述第一PET膜、石墨烯复合膜发热基底、第二PET膜和反射膜依次相连，且在第一PET膜和石墨烯复合膜发热基底连接处设置导电金属箔和温度传感器，且所述导电金属箔与石墨烯复合膜发热基底相连；所述导电金属箔通过导线与电源接口连接，所述温度传感器通过导线与温控器连接，所述温控器通过导线与电源接口连接；
所述的石墨烯复合膜是石墨烯/水性树脂的复合柔性薄膜；
所述膏药贴附于石墨烯发热装置中的第一PET膜表面；
所述的石墨烯复合膜发热基底的厚度为10-200μm；所述的第一PET膜的厚度为10-30μm；所述的第二PET膜的厚度为10-30μm；所述的导电金属箔的宽度为1-2cm，厚度为5-20μm，所述的反射膜的厚度为30-800μm；
所述石墨烯/水性树脂的复合柔性薄膜是通过如下方法制备得到的：
用稀释剂将成膜树脂溶解，再在搅拌的条件下使其溶解于去离子水中；向其中加入石墨烯和助剂，超声得到混合浆料；将浆料涂覆在基底表面，制备得到；
其中，所述石墨烯与成膜树脂的质量比1～10：99～10；成膜树脂与稀释剂的质量比1～10：99～10；所述成膜树脂与去离子水的质量比为1～10：99～90；所述的助剂与石墨烯的质量比1～100：10～100。
2.根据权利要求1所述的发热膏药，其特征在于，所述电源接口与移动电源相连，用于电源输入；
所述的移动电源为36 V以下安全电压的可充电移动电源；
所述的导电金属箔是铜箔；
所述的反射膜为铝箔。
3.根据权利要求1所述的发热膏药，其特征在于，所述的石墨烯复合膜发热基底的厚度为10-200μm；所述的第一PET膜的厚度为20μm；所述的第二PET膜的厚度为20μm；所述的导电金属箔的宽度为1-2cm，厚度为10μm，所述的反射膜的厚度为50μm。
4.根据权利要求1所述的发热膏药，其特征在于，所述成膜树脂为环氧树脂、乙烯基树脂、环氧改性有机硅树脂中的一种或几种的混合，所述稀释剂为乙醇、正丁醇中的一种或两种的组合。
5.根据权利要求1所述的发热膏药，其特征在于，所述助剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮、吐温-80中的一种或多种组合的表面活性剂。
6.根据权利要求1所述的发热膏药，其特征在于，所述的膏药层中包括膏药，所述膏药是治疗消炎、止痛、活血化淤、益气养血、通经走络、强筋健骨、舒筋活络、开窍透骨、祛风散寒疾病的药膏中的任意一种。
7.权利要求1-6任一项所述的发热膏药在制备医疗保健和疾病治疗产品的用途。
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