MXPA02001557A - Material mixto no tejido exotermico, metodo de preparacion y activacion del mismo. - Google Patents

Abstract

En la presente invencion se refiere a un material mixto no tejido exotermico sobre la base de una fibra polimerica con un llenador capaz de liberar calor al contacto con el aire, con la relacion polimero: llenador (peso) igual a 1:1 û l:4, preferiblemente 1:3 - 1:4; el llenador puede ser un metal hierro en polvo, finamente dispersado, que tenga un tamano de particula no mayor que 20 micras o una mezcla en polvo de metal hierro y carbon activado o la mezcla mencionada anteriormente con la adicion vermiculita con la mezcla mencionada anteriormente con adicion de agua, por ejemplo, metal hierro en polvo - 0.717 g, carbon activado - 0.151 g, vermiculita - 0.026 g, agua - 0.106 g; la fibra polimerica es, por ejemplo, un copolimero de acrilonitrilo y acrilato de metilo, tomado en la relacion, % en peso, de 95:5, respectivamente; se propone tambien un metodo para preparar un material mixto no tejido exotermico y un metodo para activarlo.

Description

MATERIAL MIXTO NO TEJIDO EXOTÉRMICO. MÉTODO DE PREPARACIÓN Y ACTIVACIÓN DEL MISMO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un material mixto no tejido exotérmico, que se puede usar como almohadilla desechable y reemplazable de calentamiento en dispositivos para calentar alimento, compresas médicas, etc.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se conocen materiales exotérmicos que tienen la capacidad de liberar calor al contacto con el aire. Las composiciones exotérmicas de este tipo comprenden polvo de un metal o una aleación que se oxida con el oxígeno del aire en presencia de agua, que comprende además una sal neutra de un metal, agentes retenedores de agua, catalizadores y otros aditivos [patente de E.U.A. 3967049, 1976, IPC2 F 24 J 1/00; patente japonesa 58-037075, 1983, IPC3 A 61 F 7/03]. Usualmente, estos materiales son una capa interna de un artículo y están envueltos en una bolsa que está en contacto con el objeto que se está calentando. Cuando se usan tales materiales exotérmicos, hay problemas relacionados con crear un efecto uniforme ajustable de calentamiento sobre la superficie entera del artículo, para asegurar el contacto continuo, no obstaculizado con el aire. Existe también un problema de emisión de gas, cuando se almacenan materiales exotérmicos en envases cerrados sin el acceso del aire. Los diseños previos en este campo se referían a métodos de crear artículos con distribución uniforme de un polvo de metal, permeable al aire y cómodo en el uso. Por ejemplo, se proporcionan cojines de autocalentamiento para asientos [patente de E.U.A. 4995126, 1991 , IPC5 A 47 C 21/04, A 61 F 7/08]. Se usa una mezcla de polvos de metal oxidado y material que contiene agua en envases permeables, como almohadilla desechable de calentamiento. A fin de crear una capa más o menos uniforme y, correspondientemente, calentamiento uniforme, se usan soportes especiales para fijar las tres capas del artículo. A fin de simplificar el acceso no obstaculizado del aire a la mezcla exotérmica durante el uso del cojín, se propone un medio de acojinamiento que está hecho de poliuretano y otros materiales esponjosos poliméricos. Se conocen también aparatos para calentar alimento, compresas médicas, etc., en que se usa un polvo fácilmente corroído de una aleación de Mg/Fe (contenido de Fe al 5%), activado con una solución de electrólito, como el material exotérmico. A fin de lograr la distribución uniforme en la capa exotérmica, se mezcla bien la aleación con un polvo de polietileno de peso molecular ultraalto y se hornea a 168°C [patente de E.U.A. 4522190, 1985, IPC3 F 24 J 1/00]. Sin embarco, en ese caso se cubre la superficie de una porción substancial de las partículas del polvo exotérmico, ton una masa fundida (torta) del polímero, causando la inactivación del procedimiento de oxidación (corrosión) y, por consiguiente, reduciendo la emisión de calor, en que la inactivación tiene lugar de manera no uniforme a lo largo de un corte de una capa. Los autores de la patente de E.U.A. 5117809, 1992, IPC5 F 24 J 1/00, procuraron evitar estas desventajas y asegurar la distribución uniforme de la capa de la mezcla del polvo de la aleación de Mg-Fe, en electrólito y otros aditivos, colocando la mezcla exotérmica entre dos capas de materiales poliméricos que son permeables al aire. Surgen también problemas, cuando se usan mezclas que contienen hierro en polvo y tabletas comprimidas de polvo, en dispositivos de calentamiento ideados para propósitos médicos. En particular, estos problemas pueden ser: el levantamiento de polvo de reactivos finalmente dispersados durante el mezclado y, en vista de esto, la necesidad de añadir agua, que puede causar el calentamiento espontáneo de la mezcla, la posibilidad de sobrecalentamiento local a causa de la alta capacidad de generación de calor de las mezclas que contienen hierro y especialmente de las que contienen magnesio, y la distribución uniforme del componente activo sobre el plano del dispositivo de calentamiento, la necesidad de medidas especiales para evitar el sobrecalentamiento. A fin de resolver algunos de los problemas explicados anteriormente, se propone, por ejemplo, que se lleve a cabo la modificación de un dispositivo de calentamiento para propósitos médicos, de manera que solamente una de las superficies de un envase que contiene polvo de una mezcla exotérmica sea permeable al aire. Se cubre la superficie que se encuentra sobre la piel de la persona, con una capa de un polímero especial, impermeable al aire, pero que contiene preparaciones medicinales terapéuticas. En este caso, la temperatura en el procedimiento de emisión de calor varía dentro de un intervalo limitado y no excede 42°C [patente británica 2301433A, 1996, IPC6 F 24 JK 1/00, A 61 F 7/03]. Siendo así, el objeto de la presente invención, es desarrollar tal material exotérmico el cual haría posible resolver todos los problemas mencionados anteriormente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un nuevo material no tejido exotérmico flexible, en las fibras de la matriz polimérica de la cual hay un llenador de polvo de hierro (como el metal oxidable) o una mezcla de polvo de hierro y agentes retenedores de agua. Se pueden usar carbón activado de diferentes marcas, zeolitas, geles de sílice, materiales esponjosos poliméricos, etc., que son conocidos por los especialistas en este campo, como agentes retenedores de agua. El contenido del llenador con respecto al polímero puede variar dentro de un intervalo amplio. Preferiblemente, la relación del polímero al llenador (en peso) es de 1 :3-1 :4.

Más concretamente, el llenador es metal hierro en forma de polvo, finamente dispersado, con una mezcla en polvo de metal hierro y carbón activado (DARCO KW, SKT, AG-3), o dicha mezcla con la adición de vermiculita. El tamaño de las partículas del llenador no excede 20 mieras. Además de los componentes indicados anteriormente, la mezcla puede comprender adicionalmente agua. El carbón activado y la vermiculita, como es sabido, son solventes que son capaces de "dosificar" agua para la reacción de la oxidación del hierro. Siendo así, el uso de esos reactivos en la composición del llenador hace posible aumentar la duración de la emisión de calor y mantener la temperatura dentro de un intervalo predeterminado suficientemente limitado. Además, la presencia del carbón activado y la vermiculita en el llenador mejoró las propiedades fisicomecánicas del material no tejido exotérmico propuesto (resistencia, permeabilidad al aire y otras). Un ejemplo de un llenador que comprende todos los componentes indicados en una mezcla que tiene la siguiente composición, en g: Metal hierro en polvo 0.717, Carbón activado 0.151 , Vermiculita 0.026, Agua 0.106.

La fibra polimérica — la base del material no tejido — puede ser, por ejemplo, un copólímero de acrilonitrilo y acrilato de metilo, tomados en la relación de % en peso: Acrilonitrilo 95, Acrilato de metilo 5. La presente invención se refiere también a un método para producir el material no tejido exotérmico expuesto anteriormente, comprendiendo el método aplicar el llenador mencionado anteriormente durante el paso de formar la fibra y la tela no tejida, en particular: se introduce el llenador a una solución polimérica enfriada en un solvente, por ejemplo poliacrilonitrilo en dimetilformamida, y se comprimen luego la suspensión conducida mediante llenadores para formar la fibra, durante el endurecimiento y "engomado" del cual se forma el material protegido en el dispositivo receptor. Cuando se lleva a cabo este método, se logra una distribución uniforme del hierro en todo el volumen entero del material. Se asegura el contacto necesario entre las partículas del llenador y el medio de trabajo (aire, agua, electrólito) en el material no tejido producido como resultado de la alta porosidad de las fibras llenadas. Al mismo tiempo, se fijan confiablemente esas partículas en la matriz polimérica. Además, la invención se refiere a un método de activar el material mixto no tejido exotérmico descrito anteriormente, que comprende humedecer el material por medio de un rociador con una solución acuosa de cloruro de sodio.

La concentración de la solución de cloruro de sodio puede ser del 0.5-14.5%, preferiblemente del 2.5-10.5%, la relación en peso -solució muestra seca - es un solvente de 0.6:1-1 :1 (aquí e inferior al % en peso). Después de humedecer el material con una solución de cloruro de sodio, la emisión de calor comienza 1-2 minutos después del contacto con el aire, la duración de la emisión de calor puede ser hasta de 20 horas. La temperatura del material puede aumentar en 5-40°C, dependiendo del contenido del llenador en el material no tejido, de la composición del llenador, de la marca del carbón, de la concentración de la solución de cloruro, de las condiciones bajo las cuales la emisión de calor tiene lugar (en el aire, en una celda térmicamente aislada, etc.). Se puede llevar a cabo el ajuste de la temperatura de las muestras exactamente con la misma composición del llenador, cambiando el acceso del aire, la concentración de la solución de cloruro de sodio, el número de capas del material no tejido. Una de las ventajas del material propuesto es que no hay necesidad de medidas precautorias (empacamiento hermético al aire, etc.) durante el almacenamiento del material no tejido exotérmico. Siendo así, el material propuesto puede ser el elemento reemplazable desechable de calentamiento en dispositivos autónomos de calentamiento, por ejemplo para calentar preparaciones medicinales, diferentes porciones del cuerpo, alimento y para otros propósitos domésticos y medicinales. Cuando se usa el material mixto no tejido exotérmico propuesto, se resuelven los problemas relacionados con la distribución uniforme de calor, el almacenamiento seguro y se toman precauciones para la posibilidad de ajustar la temperatura en el intervalo necesario. Los ejemplos provistos a continuación ilustran la invención propuesta, pero no la limitan de manera alguna.

EJEMPLO 1 Muestra 10a Composición del llenador: hierro ATW-230 en polvo, finalmente dispersado, que tiene un tamaño de partícula menor que 20 mieras. El contenido del llenador en el material no tejido fue del 60% (la relación polímero:llenador fue de 1 :1.5). La densidad de superficie (peso por cada metro cuadrado) fue de 500 g/m2. Condiciones de secar el material después de separar por lavado el solvente (DMFA) con agua: en una cámara soplada a través con nitrógeno, a temperatura de 80°C durante 110 min. Se humedeció una muestra que pesaba 4g con una solución de cloruro de sodio que tenía una concentración del 14.5% por medio de un rociador; el peso de la solución fue de 3.5 g. Se enrolló la muestra húmeda formando un rollo y se colocó en una celda cilindrica de medición con aislamiento térmico y dimensiones: diámetro de 30 mm, altura de 70 mm. Se cerró una abertura superior de la celda con una película permeable al aire. Se midió la temperatura en la celda después de 1 min, después del inicio con una presión de 0.1 -0.2°C. Se presentan los resultados de las mediciones en forma de gráfica que muestra la relación entre la temperatura y el tiempo (la curva de temperatura en la figura 1). El ascenso máximo de temperatura ?t max=10°C, el tiempo durante el cual la temperatura (t max) permaneció debajo del máximo en 4°~2 horas.

EJEMPLO 2 Composición del llenador: hierro en polvo (como en el ejemplo 1), carbón SKT activado con tamaño de partícula no mayor de 20 mieras. La relación hierro: carbón (% en peso) es 82.6:17.4. El contenido del llenador fue del 80% (relación polímero: llenador =1 :4). Densidad de superficie-Iargo-530 g/m2. Secado en aire con soplado intensivo desde los lados a 40°C durante 105 min. Peso de la muestra de 6 g, solución de NaCI-5 g. Se llevó a cabo la activación de la solución de cloruro de sodio y la medición de la curva de temperatura, de acuerdo con el método del ejemplo 1. El incremento máximo de temperatura (?t max) - 24°C, el tiempo con el cual se alcanzó t max - 75 min, del tiempo durante el cual la temperatura permaneció debajo del máximo en 4°C - más de 6 horas (figura 2).

EJEMPLO 3 Muestra 6 Composición del llenador: hierro en polvo (como en el ejemplo 1), carbón DARCO KBB activado y vermiculita que tiene un tamaño de partícula no mayor que 20 mieras. La relación hierro:carbón:vermiculita (% en peso) = 80.2:16.89:2.9. contenido del llenador en la muestra - 70% (relación polímero llenador 1 :2.33). Densidad de superficie - 450 g/m2. Muestra secada en aire: peso de la muestra - 6 g, solución de NaCI - 4.5 g. Activación y medición de la curva de temperatura de acuerdo con el método del ejemplo 1. El incremento máximo de temperatura (?t max) fue de 11 °C, el tiempo en el cual se alcanzó t max -160 min. El tiempo durante el cual la temperatura permaneció debajo del máximo en 1 °C - más de 6 horas (figura 3).

EJEMPLO 4 Muestra 29 Composición del llenador: hierro, carbón SKT y vermiculita en la relación del ejemplo 3. Contenido del llenador - 80%. Densidad de superficie -570 g/m2. Secado en el aire a una temperatura de 35°C durante 80 min. Peso de la muestra - 6.5 g, de la solución de NaCI - 5 g. Activación y medición de la curva de temperatura - de acuerdo con el método del ejemplo 1. El incremento máximo de temperatura (?t max) fue de 14°C, el tiempo en el cual se alcanzó t max - 50 min. El tiempo durante el cual la temperatura permaneció debajo del máximo en 4°C - más de 4 horas (figura 4).

EJEMPLO 5 Muestra 8 Composición del llenador: hierro, carbón DARCO KBB (como en ef ejemplo 3) y agua en una relación (% en peso) de Fe:C:H2O -73.6:15.5:10.9. Contenido del llenador - 70%. Densidad de superficie - 260 g/m2. Secado en el aire a una temperatura de 30°C durante 90 min. Peso de la muestra - 5 g, de la solución de NaCI - 3.5 g. Activación y medición de la curva de temperatura - de acuerdo con el método del ejemplo 1. El incremento máximo de temperatura (?t max) fue de 10°C, el tiempo en el cual se alcanzó t max - 60 min. El tiempo durante el cual la temperatura permaneció debajo del máximo en 4°C - más de 3 horas (figura 5).

EJEMPLO 6 Muestra 14 Composición del llenador: hierro, carbón DARCO KBB, vermiculita, agua. Relación de los componentes (% en peso) respectivamente 71.7:15.1 :2.6:10.6. Contenido del llenador - 80%. Densidad de superficie - 300 g/m2. Secado en el aire a 30°C durante 60 min. Peso de la muestra - 6 g, de la solución de NaCI - 5 g. Activación y medición de la curva de temperatura - de acuerdo con el método del ejemplo 1. El incremento máximo de temperatura (?t max) fue de 12°C, el tiempo en el cual se alcanzó t max - 90 min., el tiempo durante el cual la temperatura permaneció debajo del máximo en 4°C -aproximadamente 3 horas, arriba de la temperatura inicial de 6°C - más de 6 horas (figura 6).

EJEMPLO 7 Producción de muestras de materiales mixtos no tejidos sobre una base de fibra polimérica de acrilonitrilo con un llenador exotérmico Se disuelve el polvo de copolímero de acrilonitrilo (95%) y acrilato de metilo (5%) - 20 g - en dimetilformamido - 180 g - en un reactor de laboratorio a 90-95°C. La concentración del polímero en la solución es de 11-12%, la viscosidad específica del polímero de 1.6-1.8. Se introduce un llenador, moliendo preliminarmente (si es necesario) a un tamaño de partícula no mayor que 20 mieras en un pulverizador del tipo de chorro con clasificación inercial forzada de los productos molidos, a una solución polimérica enfriada a 18-20°C. La cantidad del llenador introducido en la solución es de 20-80 g por cada 20 g del polímero (la relación en peso polímero: llenador es de 1 :1-:4). Después de mezclar el llenador, se lleva a cabo la desaeración de la solución polimérica. Se determina la viscosidad y la estabilidad de las composiciones, a fin de vigilar el desarrollo de los modos óptimos. Se muestra que es preferible, desde el punto de vista de las propiedades Teológicas de la solución polimérica, trabajar con composiciones de hierro-carbón y hierro-carbón-vermiculita. Se forman las fibras llenadas a partir de las composiciones obtenidas, usando el método de hilar y, simultáneamente, se forma la tela de un material no tejido fibroso sobre la superficie de un dispositivo receptor. La estructura del material producido, que está caracterizado por el número y la resistencia de las "uniones" en los puntos de intersección de las fibras en endurecimiento determinan la permeabilidad del aire y la resistencia del producto. La asistencia está caracterizada por la carga de ruptura para una tira de 20x5 cm de material; su valor para las muestras producidas está dentro del intervalo de 10 a 130 N. La permeabilidad al aire esta caracterizada por la resistencia a una corriente de aire; este valor varió dentro del intervalo de 1 a 20 mm de agua. Después de extraer por lavado el solvente con agua (~5 por muestra de 23x60 cm de tamaño), se secan las muestras ya sea en el aire o con aire soplado intensamente desde dos lados o en una atmósfera inerte (por ejemplo, en una cámara a través de la cual se sopla nitrógeno). Estos métodos de secado hacen posible evitar o reducir sustancialmente la oxidación del hierro en el procedimiento de producir las muestras. Se llevo a cabo la vigilancia del estado del hierro en la fibra de la matriz polimérica, por medio de espectros de resonancia gamma.

EJEMPLO 8 En los ejemplos 1-6 presentados anteriormente, se activaron las muestras con una solución de cloruro de sodio a una concentración del 14.5%, ya que el calentamiento en la etapa inicial es suficientemente rápido a esa concentración. Se midió la dependencia de los parámetros principales de la emisión de calor-?t max y el tiempo en el cual se alcanza t max - sobre la concentración de la solución de cloruro de sodio sobre un intervalo extenso de concentraciones, en las bolsas 39 y 40.

Muestra 39 Composición del llenador: hierro y carbón SKT (como en el ejemplo 2), contenido del llenador - 80%, densidad de superficie - 620 g/m2. Secado en aire con soplado intensivo desde dos lados a 35°C durante 60 min. Peso de la muestra - 6 g, de la solución - 5g.

Muestra 40 Composición del llenador y contenido iguales que para la muestra 39, densidad de superficie - 670 g/m2. Secado en aire a 40°C durante 80 min. Peso de la muestra - 6.5 g, de la solución - 5.2g. Se llevo a cabo la activación de las muestras y la medición de las curvas de temperatura, de acuerdo con el método del ejemplo 1. La concentración de la varió del 0.1 a 14.5% NaCl.

Se muestran en las figuras 7-8 las gráficas que muestran la relación entre los parámetros - ?t max y él tiempo en el cual se alcanzo t max - y la concentración de NaCl. Se difiere de las figuras 7-8 de la emisión sustancial de calor tiene lugar cuando se activan las muestras con una solución que tiene una concentración >0.5%. se observa el valor máximo de t max en el intervalo de 0.5-5% NaCl. El tiempo en el cual se alcanza t max de denoye conforme la concentración de NaCI aumenta. Obviamente, se puede ajustar la emisión de calor, usando diferentes concentraciones de la solución -activador.

Claims (12)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un material mixto no tejido exotérmico sobre la base de una fibra de polímero con un llenador capaz de liberar calor al contacto con el aire.

2.- El material de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la relación polímero:llenador (peso) es de 1 :1 - 1 :4, más preferiblemente 1 :3 - 1 :4.

3.- El material de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el llenador es un metal hierro en polvo, finamente dispersado, que tiene un tamaño de partícula no mayor que 20 mieras.

4.- El material de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el llenador comprende también carbón activado.

5.- El material de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el carbón activado es carbón SKT, AG-3 o DARCO KBB.

6.- El material de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la mezcla comprende también vermiculita.

7.- El material de conformidad con las reivindicaciones 4-6, caracterizado porque el llenador comprende también agua.

8.- El material de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el llenador tiene la siguiente composición, en g: metal hierro en polvo - 0.717, carbón activado - 0.151 , vermiculita - 0.026, agua - 0.106.

9.- El material de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la fibra polimérica es un copolímero de acrilonitrilo y acrilato de metilo, tomado en la relación, % en peso: acrilonitrilo - 95, acrilato de metilo - 5.

10.- Un método de preparar el material mixto no tejido exotérmico caracterizado en la reivindicación 1 , que comprende introducir un llenador a una solución enfriada de un polímero en un solvente, por ejemplo una solución de poliacrilonitrilo en dimetilformamida, y formar luego fibras por medio del método de hilar, fibras que, cuando se adhieren, forman el material no tejido.

11.- Un método de activar el material mixto no tejido exotérmico caracterizado en la reivindicación 1 , que comprende humedecer el material con una solución acuosa de un cloruro de metal, por ejemplo cloruro de sodio.

12.- El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la solución acuosa del cloruro de sodio tiene una concentración de 0.5-14.5%, preferiblemente de 2.5.-10.5%.