-
Mehrfach verwendbares Wärmekissen
-
Die vorliegende Erfindung betrifft mehrfach verwendbare Wärmekissen
oder -behälter zur Erzeugung von Wärme mit kontrollierter Temperatur über längere
Zeiträume. Insbesonders betrifft die Erfindung Wärmekissen, bei denen das Material
in den Kissen während der Wärmeabgabe in einer solchen Form vorliegt, daß die Kissen
sich bequem an den Körper eines Patienten anlegen lassen, so daß ein wirkungsvoller
Wärmeübergang zu ihm erfolgt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur
Ausbildung soleher Kissen.
-
Mit dem Fortschritt der medizinischen Wissenschaft wird es immer wichtiger,
Wärme mit kontrollierter Temperatur über längere Zeiträume auf Patienten aufzubringen,
um die günstige Wirkung der Wärme auf sie zu optimieren. Beispielsweise ist es oft
schwierig, einem Säugling eine Blutprobe zu Testzwecken zu entnehmen. Es hat sich
herausgestellt, daß man Blut am leichtesten aus der Ferse des Säuglings entnehmen
kann, insbesondere wenn man sie vorher auf eine bestimmte Temperatur erwärmt hat.
Da ein Säugling nicht auf leicht identifizierbare Weise angeben kann, wann die Wärmezufuhr
zu stark wird, kann es vorkommen,
daß er durch zu starke Wärmezufuhr
Verbrennungen erleidet.
-
Weiterhin ist es oft erwünscht, einen Säugling auf eine auf eine vorbestimmte
Temperatur vorgewärmte Matratze oder Unterlage zu legen. Die Matratze oder Unterlage
darf für den Säugling nicht unangenehm werden, während ihm Wärme einer bestimmten
Temperatur verabfolgt wird. Beispielsweise darf die Unterlage nicht knotig sein
oder scharfe Vorsprünge aufweisen, die das Wohlbefinden des Säuglings beeinträchtigen
könnten.
-
Vorzugsweise sollten die Wärmekissen oder -behälter mehrfach verwendbar
sein. Mit anderen Worten: Es sollte möglich sein, die Kissen öfter als einmal zur
Wärmeerzeugung mit der bestimmten Temperatur einzusetzen. Auf diese Weise lassen
sich die Ausgaben für die Kissen über eine Anzahl von Einsatzfällen amortisieren;
die Einsatzkosten pro Verwendung bleiben auf diese Weise verhältnismäßig gering.
-
Man hat bereits Wärmekissen vorgeschlagen, die eine Anzahl der oben
erwähnten Forderungen erfüllen, wie beispielsweise Wärmekissen, die öfter als einmal
verwendbar sind. Derartige Wärmekissen verwenden unterkühlte ("supercooled") Schmelzen,
in denen bei einer bestimmten Temperatur Keime entstehen, an denen sie kristallisieren;
während des Kristallisierungsvorgangs entsteht dann Wärme.. Derartige Wärmekissen
mit unterkühlten flüs -sigen Schmelzen wai-en mehrfach einsetzbar, da der kristalline
Feststoff
auf die bestimmte Temperatur erwärmt werden kann, um die Kristalle zu verflüssigen;
den Flüssigzustand behält er dann in einer metastabilen Form bei Temperaturen unter
dem bestimmten Schmelzpunkt bei. Es ist jedoch schwierig gewesen, dem Material einen
Schmelzpunkt zu erteilen, der optimale Ergebnisse zeitigt. Soll beispielsweise das
Material als Wärmepackung ("hot pack") für Säuglinge verwendet werden, um die Blutentnahme
zu erleichtern, gilt eine Schmelztemperatur von etwa 400C (1o40F) als optimal. Eine
solche Temperatur war in einer Wärmepackung mit den gewünschten metastabilen Eigenschaften
bisher nur schwer zu erreichen. Weiterhin war es schwierig, die spontane Kristallisierung
der unterkühlten Schmelzen bei Temperaturen unter beispielsweise OOC (32°F) zu unterdrücken.
-
Schließlich war es auch schwierig, die Kristalle in einer gleichmäßig
kleinen Größe vorzusehen. Es war schwierig, Kristalle in einer Größe vorzusehen,
die auf den beabsichtigten Einsatz, abgestimmt war. Beispielsweise können Kristalle
einer Größe erwünscht sein für Fersenkissen für Säuglinge, während man für Wärmematratzen
für Säuglinge Kristalle einer anderen Größe braucht.
-
Die vorliegende Erfindung schafft Wärmekissen oder -behälter, die
die obengenannten Schwierigkeiten beseitigen. Die Wärmekissen lassen sich so einstellen,
daß eine Flüssigkeit in ihnen bei jeder vorgewählten Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt
und der Temperatur der spontanen Keimbildung kristallisiert. Weiterhin
kann
die Kristallisation so gesteuert werden, daß man Kristalle in jedem gewünschten
Größenbereich erhält. Auf diese Weise läßt die Größe der Kristallite sich der Verwendung
anpassen, die das Wärmekissen jeweils finden soll. Während die Schmelze kristallisiert,
setzt sie Wärme frei, so daß die Temperatur von der jeweils vorliegenden auf ein
Maximum steigt, das gleich der Schmelztemperatur sein kann, sie aber nicht übersteigt.
Die Wärmekissen sind wiederverwendbar, da die Flüssigkeit in ihnen in dem bestimmten
Temperaturbereich zur Wärmeerzeugung kristallisieren und durch nachfolgendes Aufbringen
von Wärme bei oder über der Schmelztemperatur wieder flüssig werden. Die Schmelze
in den Wärmepackungen bleibt als Flüssigkeit in einem metastabilen Zustand bei Temperaturen
unter der jeweiligen Schmelztemperatur, bis wieder Wärme erzeugt werden soll.
-
Vorzugsweise sind die Flüssigkeiten in den Wärmekissen nach der vorliegenden
Erfindung unterkühlt. Unterschiedliche flüssige Phasen lassen sich einsetzen abhängig
von dem jeweiligen Temperaturintervall, innerhalb dessen die Wärme erzeugt werden
soll.
-
Die Wärmekissen nach der vorliegenden Erfindung weisen weiterhin ein
zusätzliches Flüssigphasen-Material auf. Dieses flüssige Zusatzmaterial kann vorzugsweise
aus einer Gruppe gewählt sein, die aus Monowasserstoffalkoholen, Diolen und Triolen
besteht.
-
Das flüssige Zusatzmaterial löst sich metastabil in den Kristallen
und geht außer Lösung, um die Endgröße der Kristallite zu
begrenzen.
Die Menge und die chemischen Eigenschaften des flüssigen Zusatzes zu der unterkühlten
Schmelze tragen zur Steuerung der Größe der Kristallite bei, die entstehen, wenn
die unterkühlte Flüssigkeit zur Keimbildung angeregt wird, um einen oder mehrere
kristalline Feststoffe zu bilden. Vorzugsweise sollte die Menge des flüssigen Zusatzes
in der unterkühlten Schmelze zur Einstellung der Größe und Textur der aus der unterkühlten
Flüssigkeit hergestellten Kristallite etwa 2 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% nicht übersteigen.
-
Es ist jedoch einzusehen, daß in die flüssige Schmelze mehr als 2
Gew.-% bis 5 Gew.-% des flüssigen Zusatzes aufgenommen werden können, wenn insbesondere
die Menge der von der Schmelze erzeugt ten Wärme gesteuert werden soll. Unter gewissen
Umständen kann eine Menge von mehr als 2 bis 5 Gew.-% des Flüssigphasenzusatzes
in der flüssigen Schmelze zur Steuerung der Größe und Textur der Kristallite von
Vorteil sein.
-
Das flüssige Zusatzmaterial ist auch von Vorteil zur Steuerung der
bestimmten Maximaltemperatur, die die unterkühlte Schmelze bei der Kristallisation
erreicht. Wenn das flüssige Zusatzmaterial dazu verwendet wird, diesen Schmelztemperaturintervall
einzustellen, kann es zu mehr als den oben angegebenen 2 Gew.-% vorliegen, und zwar
abhängig von der jeweils gewunschten Temperatur. Das flüssige Zusatzmaterial ist
weiterhin günstig zur Unterdrückung der unkontrollierten und unbeabsichtigten spontanen
Keimbildung
der unterkühlten Schmelze und der anfangenden Kristallisierung bei niedrigen Temperaturen
beispielsweise im Bereich. von -180C bis +10C (O0F - 350F). Diese Kontrolle über
die unbeabsichtigte Keimbildung der unterkühlten Schmelze in die Kristallisierung
hinein ist besonders wichtig, wo die Wärmekissen mit im unterkühlten Zustand befindlicher
Schmelze über weite Strecken durch Winterklimazonen versandt werden müssen.
-
Der Effekt des flüssigen Zusatzmaterials bei der Begrenzung der Größe
der Kristalle ergibt sich aus zwei unterschiedlichen, aber miteinander verwandten
Wirkungen des flüssigen Zusatzmaterials.
-
In einer von ihnen wird das flüssige Zusatzmaterial an die spezi fischen
Oberflächen der Kristalle so adsorbiert, daß deren Wachstun unterdsckt wird. In
einer weiteren Auswirkung bildet das adsorbierte flüssige Zusatzmaterial in den
Kristallen eine metastabile feste Lösung oder Dispersion. Diese metastabile Lösung
oder Dispersion wandelt sich danach ("exsolves") zu orientierten bläschenförmigen
flüssigen Einschlüssen, die die Kristalle schwäs chen und sie aufbrechen. Weiterhin
neigen die flüssigen EinschlüS-se dazu, sich zusammenzuballen und zu wachsen, so
daß sie zum Aufbrechen der Kristalle zu Fragmenten beitragen. Diese Fragmente lassen
sich zu unterschiedlichen Größen im Gesamtbereich von 1o bis looo /um bei einer
Konsistenz wie der von Sand oder Schluff einstellen. Wird das Wärmekissen während
der Kristallbildung leicht bewegt, kann man das Erreichen dieser Endkonsistenz beschleunigen.
-
Weiterhin können die Wärmekissen eine kleine Menge eines oberflächenaktiven
Mittels enthalten, das die Oberflächenspannung der aus der (beispielsweise unterkühlten)
Schmelze erzeugten Kristalle senkt. Das oberflächenaktive Material kann man aus
einer Gruppe wählen, die aus Sulfaten, Phosphaten, Phosphonaten und Sulfonaten besteht.
Das oberflächenaktive Material wird vorzugsweise verwendet, wenn es sich bei dem
Flüsslgphasenmaterial von bestimmten solcher Stoffe - beispielsweise Monowasserstoffalkoholen
- handelt.
-
Wird das oberflächenaktive Material eingesetzt, ändern seine Eigenschaften
die Geschwindigkeit, mit der der Flüssigzusatz adsorbiert und eingeschlossen wird.
Als Ergebnis läßt die Textur der außer Lösung gegangenen Kristallaggregate und der
Kristallite sich über die Grenzen hinaus ändern, die der Flüssigzusatz bestimmt.
Dort, wo der Flüssigzusatz in der Schmelze begrenzt löslich ist - wie beispielsweise
im Fall bestimmter Monowasserstoffalkohole aus Flüssigzusatz - trägt ein geeignetes
oberflächenaktives Mittel zur Stabilisierung des Flüssigzusatzes als Kolloidalsuspension
in der Schmelze bei.
-
Die Fähigkeit des oberflächenaktiven Materials. die Textur des kristallinen
Feststoffs zu beeinflussen, resultiert aus bestimmten Eigenschaften dieser Stoffe
Beispielsweise besteht ein oberflächenaktives Material typischerweise aus langkettigen
Molekülen, deren eine Abschlußgruppe eine hohe Affinität für
einen
oder mehrere Bestandteile der unterkühlten Schmelze aufweist, während das andere
Ende affin ist für den Flüssigzusatz.
-
Die Verteilung des oberflächenaktiven Materials an der Phasengrenze
zwischen der unterkühlten Schmelze und der Flüssigzusatzphase ändert die Oberflächenenergie
des Systems und bewirkt, daß der Flüssigzusatz in die unterkühlte Schmelze eintritt
und sich Kristalle aus der Schmelze in einer kolloidalen Suspension bilden. Diese
kolloidale Suspension, wenn in der kristallinen Phase eingeschlossen, befindet sich
in einemmetastabilen Zustand:' und tendiert zum Verschmelzen zu größeren außer Lösung
gegangenen Bläschen, die auf bevorzugten Kristallebenen orientiert sind, Die Bildung
dieser orientierten, außer Lösung gegangenen Bläschen schwächt und unterbricht die
Kristalle, so daß sich kleine Kristallite bilden, deren Größe und Gestalt von der
Kombination des Flüssigzusatzstoffs und des oberflächenaktiven Stoffs einer seits
und des Materials der unterkühlten Schmelze andererseits abhängen.
-
Die aus der vorgehenden Diskussion ersichtlich, stellt die Verwendung
eines flüssigen Zusatzstoffs allein oder in Kombination mit einem oberflächenaktiven
Material in Mischung mit einem wärmeerzeugenden Material wie einer unterkühlten
Schmelze eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung dar. Diese Kombination bietet
Vorteile gegenüber der Lehre beispielsweise der US-PSen 3 770 39o und 3 653 847,
da diese Patentschriften die Aufnahme eines zusätzlichen Stoffes in eine Flüssigkeit
wie eine unterkühlte
Schmelze zur Begrenzung der Größe der aus
dieser Schmelze gebildeten Kristalle weder offenbaren noch nahelegen.
-
Die Fig.1 ist eine Seitenrißdarstellung eines Wärmekissens nach der
vorliegenden Erfindung im Einsatz als Säuglingsmatratze; Fig. 2 zeigt als perspektivische
Explosionsdarstellung die unterschiedlichen Bestandteile der Säuglingsmatratze der
Fig. 1; Fig. 3 ist ein Schnitt durch die Matratze der Fig. 1 und 2 und zeigt die
relative Größe der in einer solchen Matratze entstehenden Kristalle, wenn die flüssige
Schmelze in der Matratze kristallisiert und dabei Wärme entsteht; Fig. 4 ist ein
teilweise weggebrochener Seitenriß eines Fersenkissens für einen Säugling, das die
Entnahme von Blutproben erleichtert; Fig. 5 ist eine teilweise weggebrochene Perspektivdarstellung
des Kissens der Fig. 4 auf der Ferse eines Säuglings.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung enthält eine Wärmepackung eine
flüssige Schmelze vorzugsweise mit Eigenschaften der Unterkühlung. Eine unterkühlte
flüssige Schmelze kristallisiert bei einer bestimmten Temperatur und setzt dabei
Wärme frei. Die Kristallisierung erfolgt über eine ausgedehnte Zestspanne; sie beginnt
bei der bestimmten Temperatur und findet ihren Höhepunkt
bei einer
Temperatur im oder unter dem Schmelzintervall des jeweiligen Phasensystems, so daß
während dieser Zeitspanne Wärme in dem bestimmten Temperaturbereich erzeugt wird.
Wird später auf den resultierenden Feststoff Wärme bei oder über dessen Schmelzintervall
aufgebracht, nimmt der Feststoff wieder einen flüssigen Zustand ein und bleibt in
diesem, auch bei Temperaturen unter dem Schmelzintervall, sofern keine Keimbildung
stattfindet. Tritt in der unterkühiten Schmelze wieder eine Keimbildung auf, kristallisiert
sie wieder, während sie Wärme freisetzt. Auf diese Weise kann die Schmelze Wärme
speichern, bis sie freigesetzt werden soll. Weiterhin kann das System mehrere aufeinanderfolgende
Zyklen der Speicherung und Freigabe von Wärme durchlaufen.
-
Es kann eine Anzahl unterschiedlicher Stoffe zur Speicherung und Freigabe
der Kristallisationswärme verwendet werden. Diese Stoffe sollen im folgenden als
"Schmelze" bezeichnet werden.
-
Sie sind unter anderem Natriumsulfatdecahydrat, Natriumthiosulfatpentahydrat
(Hypo), Natriumchromatdecahydrat, Calciumchloridhexahydrat, Magnesiumchloridhexahydrat,
Magnesiumnitrathexahydrat, Harnstoff/Ammoniumnitrat, Dinatriumwasserstoffphosphatdodecahydrat,
Natriumacetattrihydrat sowie Calciumnitrattrihydrat.
-
Die unterkühlte Schmelze enthält einen flüssigen Zusatzstoff.
-
Hierbei handelt es sich vorzugsweise um einen Monowasserstoffalkohol
oder ein Diol oder ein Triol. Wird ein Monowasserstoffalkohol eingesetzt, ist es
vorzugsweise Tertiär-Butylalkohol oder Cyclohexanol. Infolge ihrer Molekularstruktur
lösen sich beide Verbindungen leicht in Salzhydratschmelzen und ihre Oberflächenspannung
bezüglich geschmolzener Salzhydrate ist niedrig.: Wird ein Diol verwendet, ist es
vorzugsweise Athylenglycol oder Propylenglycol. Glycerol ist bevorzugt, wenn es
sich bei dem flüssigen Zusatzstoff um ein Triol handelt.
-
Dienen als flüssige Zusatzstoffe Diole oder Tiole, ergibt der Zusatz
einen optimalen Effekt bei einer Konzentration von etwa 2 bis etwa 5 % des Gewichts
der unterkühlten Schmelze. In und unter diesem Konzentrationsbereich wird der größere
Teil des flüssigen Zusatzstoffs in die Kristalle eingeschlossen und trägt zu einer
Textursteuerung bei. Unterhalb einer Konzentration von etwa 2 Gew.-% in der unterkühlten
Schmelze nimmt der Textureffekt des Außerlösunggehens des flüssigen Zusatzstoffs
in den Kristallen allmählich wieder ab. Wenn also die Konzentration des flüssigen
Zusatzstoffs unter etwa 2 Gew.-% geht, nehmen die Größe der durch das Außerlösunggehen
des flüssigen Zusatzstoffs entstehenden Kristallite sowie auch die Kraft zu, die
erforderlich ist, sie zu trennen.Oberhalb einer Konzentration von etwa 2 bis etwa
5 Gewichts- oder Volumenprozent in der un-@erkühlten Schmelze übt der flüssige Zusatzstoff
einen nur schwachen Zusatzeffekt auf den Vorgang des Außerlösunggehens im Vergleich
zu
dem aus, den man bei einer Konzentration im Bereich von 2 bis 5 % erhält. Weiterhin
nimmt die pro Volumeneinheit erzeugte Wärme ab, da der flüssige Zusatzstoff keine
Wärme erzeugt, wenn die unterkühlte Schmelze kristallisiert, und weil der flüssige
Zusatz in Konzentrationen von mehr als etwa 5 % den Soliduspunkt des Phasensystems
schnell fallen läßt. Außer für spezielle Zwecke sollte man also so wenig wie möglich
des flüssigen Zusatzes in die unterkühlte Schmelze aufnehmen, und zwar nur so viel,
wie erforderlich ist, um die gewünschte Textursteuerung des aus der unterkühlten
Schmelze sich bildenden Materials zu erreichen.
-
Wie einzusehen ist, neigt die unterkühlte Schmelze zum Kristallisieren
zu einer einzigen bzw. wenigen großen Massen im Wärmekissen, wenn der flüssige Zusatzstoff
nicht vorliegt. Der flüssige Zusatzstoff neigt zur Unterdrückung der Bildung solcher
großen' Masse(n) , und zwar infolge der Bildung von aus dem Zusatzstoff bestehenden
Adsorptionsschichten auf den Kristallflächen während deren Entstehung. Diese Dünnschicht
hat Eigenschaften, die zu einer Unterdrückung des Wachstums der spezifischen Kristallflächen
führen. Als Resultat überwachsen die durch die starke Übersättigung in der unterkühlten
Schmelze zu wachsen gezwungenen Kristalle den flüssigen Zusatzstoff, so daß flüssige
Einschlüsse in den Kristallen entstehen. Diese flüssigen Einschlüsse verschmelzen
zu laminaren Bläschen, die Teile des
Kristalls durchschneiden.
Bei der Bildung dieser Bläschen brechen die kleineren Kristalliten auseinander.
-
Der mechanische Effekt des Außerlösunggehens auf die Textur der bei
der Keimbildung der unterkühlten Schmelze sich bildenden Kristalle wird verstärkt,
indem man die Wärmekissen mit der Mischung aus der unterkühlten Schmelze und dem
flüssigen Zuschlagstoff geringfügig in Bewegung hält. Diese Bewegung beschleunigt
die Bildung der Brüche, die die Spannungen im Kristal#-material freigeben, die vom
Außerlösunggehen des flüssigen Zuschlagstoffs verursacht wurden. Indem man also
das Wärmekissen geringfügig in Bewegung hält, während die Schmelze sich verfestigt,
nehmen die Kristallite die Textur von Schluff oder Sand an.
-
Der flüssige Zusatzstoff in der unterkühlten Schmelze bewirkt weiter
wesentliche Vorteile. Wenn beispielsweise die unterkühlte Schmelze aus Natriumthiosulfatpentahydrat
besteht, liegt die Schmelztemperatur und damit die Spitzentemperatur der kristallisierenden
unterkühlten Schmelze bei etwa 480c (1180F). Dieser Wert ist höher als für viele
Zwecke wünschenswert. Soll beispielsweise die unterkühlte Schmelze in Fersenpackungen
für Säuglinge eingesetzt werden, sollte der Schmelzpunkt vorzugsweise bei 40°C (104°F)
liegen. Beí dieser Temperatur übt die -Fersenpackung ihre optimale Wirkung aus,
indem sie daß das Blut wirkungsvoll zur Diagnose mit einem Fersenstift
("heelstick")
entnommen werden kann. Auch ist die Temperatur so niedrig, daß sie die Haut des
Säuglings nicht überhitzen kann.
-
Die Erzeugung einer optimalen Temperatur durch die Keimbildung in
der unterkühlten Schmelze wird erreicht, indem man ein Material wie Propylenglycol
dem Material zufügt, aus dem die unterkühlte Schmelze hergestellt wird. Gibt man
einer unterkühlten Schmelze aus beispielsweise Natriumthiosulfatpentahydrat beispielsweise
Propylenglycol zu etwa lo Gew.-% zu, fällt der Soliduspunkt vom Schmelzpunkt des
reinen Salzhydrats, d.h. 480C (1180F), auf etwa 40°C. Weiterhin kann die resultierende
Schmelze über längere Zeiträume bei Temperaturen bis hinab zu etwa -12 0C (10 F)
im flüssigen Zustand existieren. Dies ist für den Versand wichtig, da ansonsten
die unterkühlte Schmelze beim Transport durch kalte Klimazonen bei etwa 40C (40°F)
kristallisieren würden Wie einzusehen ist, ist eine spontane Kristallisation der
unterkühlten Schmelzen in den Wärmepackungen während des Versands unerwünscht, da
dann die Wärmepackungen am Bestimmungsort erst wieder verwendet werden können, nachdem
das kristallisierte Material geschmolzen worden ist; dies gilt aber nur für wiederverwertbare
Wärmepackungen. Sind die Wärmepackungen nicht wiederverwertbar, ist der Schaden
irreversibel.
-
Zusätzlich zu den oben angegebenen Stoffen lassen sich auch andere
als Monowasserstoffalkohole, Diole und Triole als flüssiger Zusatzstoff verwenden,
insbesondere wenn das System auch oberflächenaktives Material enthält. Beispielsweise
kann man komplexe Amine verwenden; derartige Stoffe neigen aber zur Toxität. Weiterhin
können sie durch die bei heutigen Wärmepackungen für die Behälter verwendeten Kunststofflaminate
hindurchdiffundieren. Auch bestimmte Ketone (beispielsweise Methylisobutylketon)
und Ester (beispielsweise Butylphthalat, Athylacetat und Oleinsäureester) lassen
sich verwenden.
-
Wie bereits beschrieben, kann man in die Schmelze ein oberflächenaktives
Mittel aufnehmen, insbesondere wenn der flüssige Zusatzstoff ein Monowasserstoffalkohol
oder eine andere Verbindung begrenzter Löslichkeit in der Schmelze ist. Das oberflächenaktive
Material wird so gewählt, daß es sowohl in der Salzhydratschmelze als auch im flüssigen
Zusatzstoff löslich und an einer oder mehreren Kristallflächen der Salzhydratkristalle
adsorbierbar ist. Infolge dieser Eigenschaften lagert das flächenadsorptionsfähige
Material sich an den verschiedenen Flächen der wachsenden Kristalle an, ändert deren
Habitus sowie das Konfigurationsverhältnis der sich durch das Außerlösunggehen in
den Kristallen bildenden Bläschen. Auf diese Weise lassen die Gestalt und Trennung
der sich schließlich bildenden Kristallfragmente wle dls Textur us Aq#jregatniateriais
sich innerhalb bestimmter Grenzen beliebig ändern Wie ausgeführt werden wird,
beeinflussen
die Größe der Moleküle des oberflächenaktiven Stoffs und die Struktur ihrer funktionellen
Gruppe das Wachstum und die Kombination der Kristallflächen. Im Effekt wird das
Wachstum der spezifischen Kristallflächen durch die Zugabe des oberflächenaktiven
Mittels unterdrückt. Als Resultat entwickeln sich diese Flächen in den Kristallen
sehr gut, während schnellwachsende Flächen eliminiert werden.
-
Die als oberflächenaktives Material verwendeten Moleküle können als
Atomketten unterschiedlicher Länge gebildet sein. Beispielsweise können die oberflächenaktiven
Moleküle aus Ketten mit 12 bis 22 C-Molekülen bestehen. Sind derart lange Atomketten
gewünscht, kann es sich bei den oberflächenaktiven Stoffen um Alkylsulfate, -sülfonate,
-phosphate oder -phosphonate handeln.
-
Das oberflächenaktive Mittel hat weiterhin die Eigenschaft, die Oberflächenspannung
zwischen der Schmelzphase und der flüssigen Zusatzphase zu verringern, so daß letztere
in der Schmelze dispergiert und dort als kolloidale Suspension stabilisiert werden
kann, die in den wachsenden Kristallen eingeschlossen wird und schließlich unter
Bildung von die Textur steuernden Bläschen in den Kristallen außer Lösung geht.
Vorzugsweise können zu diesem Zweck die oberflächenaktiven Mittel hydrophil sein.
Sind diese Eigenschaften erwünscht, handelt es sich bei den oberflächenaktiven Mitteln
vorzugswcise um Alkalisalze von Säuren der gewünschten Molekülart. Beispielsweise
kann man Natriumalkylsulfate
oder -sulfonate verwenden. Derartige
Stoffe sind in der Salzhydratschmelze löslich und ligieren sicht ("ligate") mit
den Wassermolekülen in der Schmelze und auf der Oberfläche der Salz-.
-
hydratkristalle.
-
Alkylsulfate und -phosphate, anorganische Phosphate wie Polyphosphate,
organische Phosphate, Phosphonate und Sulfonate lassen sich als oberflächenaktives
Mittel einsetzen.Beispielsweise kann man Lecithin (ein organisches Phosphat) und
"Victawet 12", ein komplexes organisches Phosphat der Fa. Victor Chemical Company,
verwenden.
-
Zusätzlich zur Löslichkeit in Wasser können die oberflächenaktiven
Mittel in dem Material der Flüssigphase löslich sein. Beispielsweise ist Lecithin
löslich in Pentanol oder Amylalkohol -isomeren((Alcoholen mit 5 C-Atomen) oder Cetylmorpholiniumäthoxyr
sulfat, das von der Fa. Imperial Chemical Industries unter der Bezeichnung "Atlas
G-263" hergestellt wird.
-
Werden beide Substanzen eingesetzt, werden'das oberflächenaktive Materials
und der Flüssigzusatz in das Material wie beispielsweise die unterkühlte Schmelze
in geeigneten Anteilen aufgenom- | men. Beispielsweise kann man etwa 10 ml des flüssigen
Zusatzstoffs sowie 3 mg des oberflächenaktiven Mittels in etwa loo ml ein #~iiir#l##
wie dnsjanigs Material einmischen, das später die unterkühlte Flüssigkeit darstellt,
um das erwünschte Ergebnis
zu erreichen. Bereits 2 bis 5 ml des
flüssigen Zusatzmittels können jedoch mit o,5 mg des oberflächenaktiven Mittels
in etwa 100 ml einer Schmelze wie der eingemischt werden, die später die unterkühlte
Flüssigkeit bildet, um die erwünschten Ergebnisse zu erreichen. Eine solche Mischung
zeigt minimale Verdünnung des zu schmelzenden und zu kristallisierenden Materials.
Sie gewährleistet weiterhin, daß die Schmelz- und Kristallisationstemperatur der
Mischung im wesentlichen der Schmelz- und Kristallisationstemperatur der reinen
Phasen bzw. des reinen Phasensystems entspricht, die bzw. das zur Herstellung der
unterkühlten Schmelze dient. Beispielsweise schmilzt Natriumthiosulfatpentahydrat
bei einer Temperatur von etwa 48 C. Mit geringen Mengen des oberflächenaktiven Mittels
und mit 2 Gew.-% Propylenglycol als flüssiger Zusatz beginnt es jedoch bereits bei
etwa 470C zu schmelzen und ist bei etwa 48,5 0C vollständig geschmolzen.
-
Unterschiedliche Kombinationen der oben angegebenen Stoffe ergeben
besonders wünschenswerte Resultate. Beispielsweise kann man Cetylmorpholiniumäthoxysulfat
als flüssigen Zusatzstoff gemeinsam mit Natriumlaurylsulfat als oberflächenaktives
Mittel oder in Kombination mit Lecithin als oberflächenaktives Mittel, Cyclohexanol
als flüssiges Zusatzmittel in Kombination mit in Propylenglycol gelöstem Natriumlaurylsulfat
oder mit Victawet 11 als oberflächenaktives Mittel, 2-Pentanol als flüssiger Zusatz-8t
in Kombination mit Lecithin als oberflächenaktives Mittel und Tert.-Butylalkohol
als flüssiger Zusatzstoff in Kombination
mit Victawet 12 als oberflächenaktives
Mittel verwendet werden.
-
Die oben erläuterten Kombinationen haben bestimmte wichtige Vorteile.
Bei ihnen findet die Kristallisierung des Materials wie beispielsweise der unterkühlten
Schmelze als Aggregat unter Bildung kleiner gleitfähiger ("lubricated") Teilchen
statt, die einen wirksamen Wärmeübergang auf den Patienten oder einen anderen, die
Wärme aufnehmenden belebten oder unbelebten Gegenstand bewirken. Dies ergibt sich
zum Teil aus der Tatsache, daß der die Kristalle enthaltende Behälter infolge der
geringen Größe und der Beweglichkeit der Kristallite geschmeidig ist, so daß man
ihn in eine beliebige Gestalt entsprechend der Form des Gegenstandes biegen kann,der
die Wärme aufnehmen soll. Befindet sich beispielsweise die Mischung 1o in einem
Behälter 12 zur Bildung eines allgemein bei 14 geze#igten Fersenkissens (Fig. 4
und 5), kann dieses Kissen in eine Form entsprechend der Ferse eines Säuglings gebogen
werden, so daß die bei der Kristallisierung des Materials entstehende Wärme gleichmäßig
auf den gesamten Fersenbereich des Säuglings übergeht.
-
Die Mischung hat weiterhin bestimmte andere Vorteile erheblicher Wichtigkeit.
Beispielsweise kann man die Mischung 20 in eine Säuglingsmatratze füllen, wie sie
allgemein bei 22 in den Fig.
-
1, 2 und 3 gezeigt ist, um einen Säugling mit im wesentlichen ksflbx
lter T#mpera#ui Liber t#llitill längeren Zeitraum zu wärmen, während dieser auf
der Matratze liegt. Indem man dafür sorgt,
daß die unterkühlte
Schmelze unter Bildung von Teilchen kleiner Größe zu einem Aggregat kristallisiert,
kann die Matratze 22 sich auch den Körperkonturen des Säuglings anpassen, so daß
er angenehm und bequem liegt, während Wärme aus der Matratze austritt.
-
Die Größe,Gestalt und Aggregation der Kristallite läßt sich steuern,
indem man die Konzentration und die Zusammensetzung des flüssigen Zusatzstoffs im
System einstellt. Bildet beispielsweise das flüssige Zusatzmaterial in der Schmelze
eine verhältnismäßig konzentrierte Lösung, sind die entstehenden Kristallite verhältnismäßig
klein. Ist das flüssige Zusatzmaterial schwach konzentriert, nimmt die Größe der
Kristalle entsprechend zu.
-
Die Größe der Kristalle läßt sich zwischen mikroskopischer Größe über
die Größe von Sandkörnchen bis zur Größe größerer Aggrevate steuern. Weiterhin erleichtert
das Inbewegungsetzen der unterkühlten Schmelze mit den Zusätzen nach der Keimbildung
das Aufbrechen des Kristallitaggregats, so daß man eine große Anzahl kleiner embryonischer
Kristalle erhält.
-
Die oben beschriebenen Systeme lassen sich über mehrere Zyklen der
Kristallbildung verwenden. Beispielsweise kann man die oben beschriebene Säuglingsmatratze
22 mit einem Ventil 40 versehen.
-
Nachdem man die unterkühlte Schmelze in der Mischung 20 in der Matratze
22 hurg#st##llt hat, indem man die Mischung auf den Liquiduspunkt des Systems erwärmt
hat, kann man eine Düse 42 in
die Matratze einführen, um die Keimbildung
in der unterkühlten Schmelze einzuleiten. Die Düse 42 kann dabei Teil einer Spritze
44 sein, die ein kristallines Pulver von Natriumthiosulfatpentahydrat enthält. Dieser
Stoff leitet die Kristallbildung der Schmelze in der gleichen Form ein wie die keimbildenden
Kristalle, wie es in der US-PS 3 951 127 offenbart und beschrieben ist.
-
Die Säuglingsmatratze 22 befindet sich vorzugsweise in einer Umhüllung
46, die bei der Verwendung mit der Matratze bestimmte Vorteile bietet. Die Umhüllung
46 kann eine Außenschicht aus einem geeigneten Material wie Vinyl und eine Innenschicht
aus einem geeigneten Material wie Polyurethan aufweisen, so daß die Umhüllung ein
Durchdiffundieren einer der Verbindungen aus dem System verhindert und biegsam ist.
Auf diese Weise läßt die Matratze sich steril halten, während der auf ihr liegende
Säugling frei von Unannehmlichkeiten bleibt. Die Umhüllung 46 hat den weiteren Vorteil,
daß sie die Wärmeleitfähigkeit und damit die Temperatur, der der Säugling ausgesetzt
ist, begrenzt, wenn die vom Schmelzsystem abgegebene Temperatur für den ungehinderten
Durchgang zur Haut des Säuglings zu hoch ist.
-
Im Folgenden sind die Zusammensetzungen angegeben, die zusammen mit
Natriumsulfatpentahydrat als unterkühltes Material behandelt worden sind:
Flüssiger
Zu- Konz. oberflächenaktives Konz.
-
satzstoff (Vol.-%) Mittel (Vol.-%) Gew.-% Äthylenglycol 1-2-3 4-5-10-2
2 Victawet 12 o,1 2 2 Victawet 12 1,o Propylenglycol 1-2 3-4-5-10 10 Victawet 12
o,1 2 2 Victawet 12 1,o 2-Glycerol 1 2-4-1o-2 2 Victawet 12 o,1 2 2 Victawet 12
1,o Triäthylenglycol 2-1,5-Pentandiol 2-N-Amylalkohol 1,5-1,5 Natriumlaurylsulfat
o,o1 1,5 Lecithin o,1 1,5 Natriumpropylsulfonat o,o1
Flüssiger
Zu- Konz. oberflächenaktives Konz.
-
satzstoff (Vol.-%) Mittel (Vol.-%) Gew.-% t-Butylalkohol 2 Victawet
12 1,o 2 2 Natriumlaurylsulfat o,ol 2 2 Lecithin o,1 Cyclohexanol 1,5-1,5 Natriumlaurylsulfat
o,o# 1,5 Lecithin o,1 2 2 Natriumpropylsulfonat o,ol 2 2 Victawet 12 1,o G-263 (Fa.
Atlas Chem.Comp.) 2-2 2 Natriumlaurylsulfat o,o1 2 2 Victawet 12 1,o