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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine wiederverwendbare Wärmepackung.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Auslösevorrichtung
für eine
Wärmepackung.
Die Erfindung betrifft auch eine unterkühlte, übersättigte, rekristallisierbare
Lösung
zur Verwendung in einer Wärmepackung
und auf ein Verfahren zur Herstellung derselben.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Verwendung von Wärme
oder Kälte
für viele
Anwendungen wurde mittels einer Vielfalt von Techniken in Abhängigkeit
von dem speziellen Bedarf durchgeführt. Personen, die an Muskelschmerzen
leiden, verwenden beispielsweise normalerweise Gummibeutel, die
mit kochend heißem
Wasser befüllt
sind, um den Schmerz zu lindern. Im Fall irgendeiner Kopfverletzung
ist die Verordnung des Arztes normalerweise, als erste Hilfe Eis
zu verwenden. Im Fall von hohem Fieber war das geläufige Hausmittel,
ein mit kaltem Wasser durchtränktes
Tuch auf die Stirn zu legen, um die Temperatur zu senken. Oft neigen
Leute dazu, auf einem Freizeitausflug abgepacktes Essen oder sogar
Kochgeräte
und die Rohmaterialien, um Essen zu kochen, mit sich zu tragen.
Der andere Bedarf von Wärmeenergie
ist in abgelegenen Gebieten, wo Kraftstoffe nicht erhältlich oder sehr
teuer sind. Von daher ist es notwendig, um all diese schwierigen
Situationen zu meistern, Mittel und Wege zu finden, um Wärme auf
einem ökono mischen
Weg und vorzugsweise ohne Verwendung von konventionellen Kraftstoffen
zu generieren. Um diesem Bedürfnis
zu begegnen, begann während
den letzten 15 Jahren die Entwicklung einer als Wärmepackung
bezeichneten Vorrichtung. Das Hauptprinzip, welches der Wärmepackung
zugrunde liegt, ist die Verwendung von Wärme, die aufgrund des Beginns
einer chemischen Reaktion zwischen zwei oder mehr Chemikalien oder
durch das Triggern der Initiierung einer Kristallisation einer unterkühlten chemischen
Lösung
generiert wird. Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist es der
zweite Aspekt, der offenbart wird.
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Verschiedene
Wärmemittel
sind auf dem Markt erhältlich,
wie beispielsweise Heißwasserbeutel,
tragbare elektrische Taschenwärmer
oder batteriebetriebene Wärmer.
Im Fall von Heißwasserbeuteln
muss jedoch heißes
Wasser in den Beutel gefüllt
werden, was nur entweder durch Verwendung von Kraftstoff oder elektrischer
Energie erreicht werden kann. Ferner hält die Wärme des Wasserbeutels nicht
lange genug an, um einen beobachtbaren Effekt zu erzielen. Im Fall
von elektrischen Taschenwärmern
ist eine permanente elektrische Versorgung notwendig. Dies beschränkt die
Verwendung dieser Wärmevorrichtung
auf Plätze,
wo Elektrizität verfügbar ist,
beispielsweise nur innerhalb eines Hauses. Im Falle von batteriebetriebenen
Wärmern
muss die Batterie regelmäßig geladen
werden, und bedarf eines Austauschs, wenn sie leer ist. In all diesen
Fällen
ist ein weiterer Nachteil, dass die Verwendung sehr beschränkt ist
und im Fall von elektrischen Wärmepackungen Vorsichtsmaßnahmen
getroffen werden müssen.
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Eine
unkonventionelle Wärmepackung
wurde in einem US-Patent 4,532,110 (1985) offenbart. In dieser Offenbarung
wird Wärmeenergie
durch eine Auslöseeinwirkung
auf eine unterkühlte
gesättigte
Lösung
von Natriumacetat generiert. Das Auslösen wurde durch ein speziell
konstruiertes Gerät
geleistet. Die gesamte Anordnung des Auslösers und der unterkühlten Lösung wurde
in einem Plastikbehälter
aus PVC, Polyurethan oder ähnlichem
gehalten. Der Nachteil in der Erfindung ist, dass der Auslöser der
zum Initiieren der Kristallisation der unterkühlten Natriumacetatlösung verwendet
wurde, einen Schutzfilm aus Gold oder Silber haben muss, um irgendeine
Korrosion aufgrund des Kontaktes mit der Chemikalie zu vermeiden.
Dies ist nicht wünschenswert,
da das Material, das für
den Auslöser
verwendet wurde, bereits eine teuere CuBe-Legierung ist. Ferner hat das PVC-Material
für die
Wärmepackungsherstellung
eine sehr begrenzte Haltbarkeitsdauer aufgrund des unvermeidlichen
Auslaugens des Chloridions aufgrund der Anwesenheit von Natriumsalzlösung. Dieser
Nachteil ist in den anderen offenbarten Erfindungen, wie sie in
den US-Patenten 4,572,158, 5,058,563 und 5,205,278 offenbart sind,
ebenso gegenwärtig.
Ein weiterer Nachteil in den offenbarten Erfindungen ist, mit Ausnahme
in 5,058,563, dass die unterkühlte
Lösung
dazu tendiert, zu einer Seite hin zu fließen, was zu ungleichmäßigen Wärmeeffekten
führt und
dadurch die Wärmepackung
schwer verwendbar macht, da der Umriss der Packung vor der Initiierung
der Kristallisation und der daraus resultierenden Wärmeerzeugung
für eine
spezielle Anwendung angepasst werden muss.
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In
US-Patent 5,058,563 wurde ein Additiv verwendet, um während der
Kristallisation eine Gelbildung zu induzieren. Diese Gelbildung
hilft, die gewünschte
Dichte der Lösung
aufrechtzuerhalten und dadurch einheitliche Wärme über die gesamte verwendbare
Fläche
zu gewähren.
Das gelbildende Material, das in dieser Offenbarung verwendet wird,
ist ein wasserlösliches
Hydroxyethylcellulosepolymer. Obwohl dieses Material den Vorteil
der Gelbildung hat, leidet die Lösung
an dem Nachteil, instabil zu sein, wodurch die Wärmepackung unbrauchbar zur
Wiederverwendung ist.
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Das
US-Patent 5,843,145 offenbart eine wiederverwendbare Wärmepackung,
worin eine Mischung von drei ein Gel bildender Komponenten in einem
Plastikbeutel verschweißt
sind. Diese wiederverwendbare Wärmepackung
bedarf einer externen Wärme-
oder Kühlvorrichtung,
um eine brauchbare Anwendung des Gerätes zu ermöglichen. Im Falle einer Wärmeanwendung
wird die Wärmepackung
in einen Mikrowellenofen oder irgendeine andere Erwärmungsvorrichtung
gegeben, um die Packung mit Energie zu versorgen. Es wird behauptet,
dass die Temperatur der Wärmepackung
für eine
ausreichende Zeitdauer aufrechterhalten wird, und damit wird die
Verwendung als Wärmepackung
beansprucht. Im Hinblick auf die Tatsache, dass die Packung eine äußere Wärmequelle
braucht, beweist die Erfindung in ihrer beanspruchten Nutzung als
eine Wärmepackung
nachteilig zu sein. Dies ist hauptsächlich aufgrund der Tatsache,
dass in der Offenbarung der Erfindung die Vorbehandlung der Packung
für eine
Zeitmesserdauer von typischerweise zwei Stunden gemacht werden muss.
Dies macht die Packung, wie sie offenbart ist, in einer praktischen
Notfallsituation und auch in abgelegenen Gegenden, wo Wärmemittel
wie ein Mikrowellenofen gegebenenfalls nicht verfügbar sind,
nicht vorteilhaft.
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JP 58180575 offenbart eine
Kältepackung
mit einer darin enthaltenen Mischung, die unter anderem Anilinchlorid
umfasst. Jedoch agiert die Mischung in dieser Offenbarung als ein
endothermes Material, wobei das Material, wenn es im Wasser gelöst wird,
Wärme absorbiert
und einen Kühleffekt
produziert.
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US 5,205,278 offenbart einen
chemischen Taschenwärmer
umfassend einen weichen Beutel, der mit Natriumacetatlösung und
einem Auslösemittel
gefüllt
ist.
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GB
2055054 A offenbart ein Wärmekissen,
das eine unterkühlte
Schmelze umfasst, worin ein flüssiges additives
Material, vorzugsweise ein einwertiger Alkohol oder ein Diol oder
ein Triol, der Schmelze zugesetzt wird, um die Bildung von großen Kristallen
zu verhindern.
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Die
vorliegende Erfindung umgeht die Nachteile der Erfindungen des Standes
der Technik.
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Aufgaben der
Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine wiederverwendbare Wärmepackung
bereitzustellen, die die obengenannten Nachteile vermeidet.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist, eine Wärmepackung bereitzustellen,
die eine Haltbarkeitsdauer von mindestens sechs Monaten hat.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wärmepackung
bereitzustellen, die mindestens hundertmal wiederaufbereitet werden
kann.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wärmepackung
mit einer Wärmespeicherung
für mindestens
zwei Stunden bereitzustellen.
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Noch
eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wärmepackung
bereitzustellen, die dazu geeignet ist, für eine therapeutische Anwendung
verwendet zu werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Demgemäß stellt
die vorliegende Erfindung eine wiederverwendbare Wärmepackung
zur Verfügung, die
einen weichen ver siegelten Plastikbeutel umfasst, der eine Mischung
einer unterkühlten übersättigten
rekristallisierbaren Lösung
einer anorganischen Substanz, Alkohol, Anilin und Mittel, um eine
Rekristallisation der unterkühlten übersättigten
rekristallisierbaren Lösung
der anorganischen Substanz auszulösen, enthält.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der Plastikbeutel aus Polypropylen oder Polyvinylchlorid gemacht.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist die anorganische Substanz gewählt aus Natriumacetat und Kalziumnitrat.
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In
noch einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die unterkühlte übersättigte rekristallisierbare
Lösung
der anorganischen Substanz in Wasser mit guter Qualität hergestellt.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist das Wasser von guter Qualität aus bakterienfreiem städtischem
Vorrat oder destilliertes Wasser.
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In
noch einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Alkohol gewählt aus Ethylenglykol und Glycerol.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung umfasst die unterkühlte übersättigte rekristallisierbare
Lösung
ein Salzhydratgemisch von 50–70
Gew.-% Natriumacetat, 1–10
Gew.-% Ethylenglykol, 10–20 Gew.-%
Anilin und 10–29
Gew.-% Wasser.
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In
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhalten die Mittel zum Auslösen der Rekristallisation ein
mechanisches Gerät
ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus einer Krokodilklemme und einer Sicherheitsnadel.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das Material der Auslösemittel ein
nichtkorrosives Material.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst das nichtkorrosive Material für die Auslösemittel
Edelstahl.
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Die
Wärmepackung
kann eine Haltbarkeitsdauer von mindestens sechs Monaten haben.
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Die
Wärmepackung
kann mindestens 100 mal wiederverwendet bzw. recycelt werden.
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Die
Wärmepackung
speichert Wärme
für mindestens
zwei Stunden.
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Die
Wärmepackung
wird für
therapeutische Anwendungen oder Körpererwärmung in hohen Höhen verwendet.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer wiederverwendbaren
Wärmepackung, wobei
das Verfahren das Herstellen einer Hydratlösung einer anorganischen Substanz
in Wasser beinhaltet, das Zusetzen eines Alkohols zu dieser Lösung und
das gründliche
Mischen davon, das Zusetzen von Anilin und das sorgfältige Mischen
der resultierenden Mischung, das Einschließen der Mischung in einen weichen versiegelten
Plastikbeutel und das Zufügen
eines Auslösegerätes.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch eine Mischung zur Verwendung
in wiederverwendbaren Wärmepackungen,
die Mi schung umfasst eine Lösung
einer anorganischen Substanz in Wasser, Alkohol und Anilin.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Mischung ein Salzhydratgemisch von 50–70 Gew.-%
Natriumacetat, 1–10
Gew.-% Ethylenglykol, 10–20
Gew.-% Anilin und 10–29
Gew.-% Wasser.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer
Mischung zur Verwendung in wiederverwendbaren Wärmepackungen, wobei das Verfahren
das Präparieren
einer Hydratlösung
einer anorganischen Substanz in Wasser, Zusetzen eines Alkohols
zu dieser Lösung
und sorgfältiges
Mischen, Zusetzen von Anilin und sorgfältiges Mischen der resultierenden
Mischung umfasst.
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Die
Mischung der Erfindung zur Verwendung in einer wiaderverwendbaren
Wärmepackung
ist eine synergistische Beimischung mit Eigenschaften über die
Aggregation von Eigenschaften der einzelnen Komponenten hinaus und
nicht nur eine einfache Beimischung.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Zuerst
wurde eine Hydratlösung
von vorzugsweise Natriumacetat einer bevorzugten Reinheit in normalem
Wasser durch Mischen von 500 bis 700 g in 0,1 bis 0,3 Liter Wasser
hergestellt. Die Lösung
wurde durch sorgfältiges
Mischen von Natriumacetat in Wasser hergestellt. Zu diesem wurde
ein mehrwertiger Alkohol und vorzugsweise Ethylenglykol zugesetzt.
Diese Mischung wurde gründlich
gemischt und dazu wurde dann ein weiteres Additiv zugesetzt, vorzugsweise
Anilin und die resultierende Mischung wurde gründlich gemischt. Der Zusatz
von mehrwertigem Alkohol dient dazu, Weichheit der rekristallisierten
unterkühlten übersättigten Lösung von
Natriumacetat zu gewähren.
Dies wird durch ein kontrolliertes Anwachsen der Viskosität der nach
Rekristallisation aufgrund einer Auslöseeinwirkung durch ein mechanisches
Gerät resultierenden
Mischung erreicht. Die Verwendung von Anilin in der Mischung für die Wärmepackung
erhöht
die Haltbarkeitsdauer der Wärmepackung
und sorgt auch für
die einzigartige Eigenschaft der Wiederverwendbarkeit der Wärmepackung.
Nachdem die Mischung hergestellt wurde, wurde dieselbe in einen
Plastikbeutel von bevorzugter Größe von 100
mm2 und hergestellt aus einem dünnen Blatt
von Polyvinylchlorid (PVC) eingefüllt. Die Verwendung von Anilin
als ein Additiv sorgt für
die gewünschte
Eigenschaft des Verhinderns des Auslaugens des Plastikmaterials
und dadurch des Vergrößerns der
Haltbarkeitsdauer. Eine Krokodilklemme aus Edelstahl wird in die
Wärmepackung
eingesetzt und diese schließlich
am offenen Ende verschweißt.
Die Wärmepackung
ist nun fertig, wobei sie typische jedoch nicht darauf beschränkte Inhalte
von Salzhydrat von 50 Gew.-% Natriumacetat, 1 Gew.-% Ethylenglykol,
20 Gew.-% Anilin und 29 Gew.-% Wasser hat. Die Rekristallisationsaktivität wurde ausgelöst durch
sanftes Zusammendrücken
der Krokodilklemme und sofortiges Lösen derselben. Die Rekristallisation
fand statt und sofort wurde über
die gesamte Wärmepackung
Wärme erzeugt.
Diese Wärmepackung konnte
leicht einem Körperteil
angepasst und über
dieses gelegt werden und das Teil erwärmte sich dabei. Die Temperatur
der Packung war 45°C
oberhalb Umgebungstemperatur und wurde für etwa zwei bis drei Stunden in
Abhängigkeit
von der Größe der Wärmepackung
gehalten.
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In
einer typischen therapeutischen Anwendung wird die Packung nach
Energiezufuhr in ein Handtuch gewickelt und auf den Patienten gelegt.
Das Abkühlen
der Packung auf Umgebungstemperatur vollzieht sich in etwa vier
Stunden. Die Packung wurde reaktiviert, indem sie in heißes Wasser
gelegt wurde, was in einem Schmelzen des kristallisierten In haltes
der Packung resultierte, und danach aus dem heißen Wasser herausgenommen und
auf Umgebungstemperatur abgekühlt
wurde. Auf diesem Weg war die Wärmepackung
zur Wiederverwendung bereit.
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Das
zugrundeliegende Prinzip der Erfindung ist, dass die Bildung des
Salzhydrates in einer endothermen Reaktion unter Absorption von
Kristallisationswärme
resultiert. Wenn die Kristallisation durch eine Triggerwirkung ausgelöst wird,
wird die Kristallisationswärme
an den Behälter
freigegeben, wobei die äußere Oberfläche des
Behälters
erwärmt
wird. Dies macht die Vorrichtung für jede Anwendung verwendbar.
Die mit der Wärmepackung
erreichbare Temperatur kann durch die Menge der unterkühlten übersättigten
Lösung
von Salzhydrat festgelegt werden. Entsprechend wird die Haltbarkeitsdauer
der Vorrichtung auch durch entsprechende Vergrößerung der Menge von Anilin
oder irgendeinem der anderen Zusätze,
wie Hydroxide oder Carbonate, angepasst.
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Die
Neuheit der vorliegenden Erfindung liegt in der Wärmepackung,
die wiederverwendbar ist und eine lange Haltbarkeitsdauer hat und
recycelbar ist.
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Die
Neuheit der Wärmepackung
ist dem erfinderischen Schritt, der rekristallisierbaren Mischung
Anilin zuzusetzen, zu verdanken.
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In
der Ausführungsform
der Beispiele ist die Wärmepackung
durch zunächstes
Lösen von
Salzhydrat von Natriumacetat in Wasser hergestellt. Ethylenglykol
war diesem zugesetzt. Dies wurde sorgfältig gemischt und zu diesem
wurde Anilin zugesetzt. Wieder wurde das Gemisch gründlich gemischt
und dann in einen Plastikbeutel aus PVC eingefüllt. Der verwendete Auslöser bzw.
Trigger ist eine Edelstahl-Krokodilklem me und ist in den Beutel
eingeführt
und dann wurde die gesamte Anordnung versiegelt.
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Die
folgenden Beispiele werden nur zu Illustrationszwecken gegeben und
sollen den Rahmen der Erfindung nicht beschränken.
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Beispiel 1
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Wärmepackung
beinhaltend Salzhydrat aus 50 Gew.-% Natriumacetat, 1 Gew.-% Ethylenglykol,
20 Gew.-% Anilin und 29 Gew.-% Wasser. Die Auslöseeinwirkung wurde durch dreimaliges
Drücken
der Klemme erreicht. Die Kristallisation resultierte in einem sofortigen
Temperaturanstieg auf 75°C.
Das Abkühlen
der Packung, um Umgebungstemperatur zu erreichen, dauerte etwa vier
Stunden.
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Beispiel 2
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Wärmepackung
beinhaltend Salzhydrat aus 60 Gew.-% Natriumacetat, 4 Gew.-% Ethylenglykol,
15 Gew.-% Anilin und 21 Gew.-% Wasser. Die Auslöseeinwirkung wurde durch dreimaliges
Drücken
der Klemme vollzogen. Die Kristallisation resultierte in einem sofortigen
Temperaturanstieg auf 65°C.
Das Abkühlen
der Packung, um Umgebungstemperatur zu erreichen, dauerte etwa vier
Stunden.
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Beispiel 3
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Wärmepackung
beinhaltend Salzhydrat aus 70 Gew.-% Natriumacetat, 6 Gew.-% Ethylenglykol,
10 Gew.-% Anilin und 14 Gew.-% Wasser. Die Auslöseeinwirkung wurde durch dreimaliges
Zusammendrücken der
Klemme vollzogen. Die Kristallisation resultierte in einem sofortigen
Temperaturanstieg auf 75°C.
Das Abkühlen
der Packung, um Umgebungstemperatur zu erreichen, dauerte etwa vier
Stunden.
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Beispiel 4
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Wärmepackung
beinhaltend Salzhydrat aus 70 Gew.-% Natriumacetat, 10 Gew.-% Ethylenglykol,
10 Gew.-% Anilin und 10 Gew.-% Wasser. Die Auslöseeinwirkung wurde durch dreimaliges
Zusammenpressen der Klemme vollzogen. Die Kristallisation resultierte
in einem sofortigen Temperaturanstieg auf 70°C. Das Abkühlen der Packung, um Umgebungstemperatur
zu erreichen, dauerte etwa vier Stunden.
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Tabelle
1 zeigt die zusammengefassten Resultate der Beispiele.
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Die
Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung sind:
- 1.
Sie ist einfach, aus allgemein erhältlichen Chemikalien von durchschnittlicher
Reinheit herzustellen.
- 2. Die Wärmepackung
kann für
mindestens sechs Monate aufbewahrt werden.
- 3. Die Packung kann einfach aufgrund ihrer Flexibilität selbst
nach Rekristallisation auf irgendeinen Umriss gelegt werden.
