СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ЯЧЕЕК, СОДЕРЖАЩИХ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЕ КОМПОЗИЦИИ С ПОГЛОЩАЮЩИМ ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИМ МАТЕРИАЛОМ
METHOD OF MAKING THERMAL CELLS CONTAINING EXOTHERMAL COMPOSITIONS WITH ABSORBENT GELLING MATERIAL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение направлено на способ изготовления тепловых ячеек, которые пригодны для встраивания в одноразовые нагревательные обертки. В частности, настоящее изобретение направлено на тепловые ячейки, которые содержат экзотермическую композицию, содержащую поглощающий гелеобразующий материал, причем этот поглощающий гелеобразующий материал обеспечивает улучшенное приложение тепла.
Уровень техники
Одноразовые тепловые обертки стали популярным применением для приложения тепла, чтобы уменьшить дискомфорт при временных или хронических телесных болях и заболеваниях. Эти одноразовые тепловые обертки обычно содержат экзотермическую композицию для выработки тепла, причем экзотермическая композиция, как правило, содержит металлический порошок, соли и воду, которая дает возможность экзотермической композиции выделять тепло при окислении металлического порошка. Тепловые обработки, обеспечиваемые одноразовыми тепловыми обертками, признаны подходящими для лечения болей и заболеваний, связанных с окоченевшими мышцами и суставами, невралгией, болью в пояснице, ревматизмом и т.п.
Одноразовые нагревательные устройства могут обеспечивать устойчивое тепло в течение от примерно одного часа до примерно двадцати четырех часов и описываются как менее грубые и более удобные в использовании, чем другие традиционные источники тепла типа вихревых ванн, горячих полотенец, гидроколляторов, грелок-подушек и эластичных компрессионных лент. Одноразовые нагревательные устройства далее описываются как приемлемые приборы, которые могут поддерживать соответствующую и контролируемую температуру, см., например, патент США №5918590, где раскрывается, что тепловые ячейки на основе специфической химии окисления железа пригодны для встраивания в одноразовые телесные обертки, чтобы обеспечить устойчивую температуру, приводящую к соответствующему удобному и комфортному применению тепла для лечения временного или хронического заболевания.
Обнаружено, однако, что, несмотря на устойчивость температуры в течение до примерно двадцати четырех часов, постоянство устойчивой температуры может быть улучшено. Один подход усиления экзотермических реакций состоит во введении углеродных материалов типа активированных и не активированных углеродных материалов. Другие подходы включают в себя добавление водопоглощающих или водоудерживающих материалов. См., например, одноразовые нагревательные устройства, раскрытые в патентах США №№6436126, 6099556 и 5233981. См. также нагревательные устройства, раскрытые в опубликованных заявках на патенты США №№2004/0042965 и 2004/0178384.
Один конкретный пример экзотермической композиции, содержащей водопоглощающий полимер, раскрыт в опубликованной заявке на патент США №2002/0020406. Эта публикация раскрывает единую экзотермическую среду, в которой экзотермический агент смешивается с водопоглощающим полимером и затем смесь агент-полимер прессуется вместе со спиртом, вулканизующим агентом или пластификатором при определенном давлении, чтобы таким образом стать единой.
Несмотря на раскрытия в технике одноразовых нагревательных устройств, содержащих экзотермические композиции, все еще существует потребность в определенном нагревательном устройстве, которое содержит экзотермическую композицию, обеспечивающую контролируемую и устойчивую температуру на всем протяжении периода нагрева. Известно, что теплопроизводительность тепловых ячеек высокочувствительна к уровню влажности, и типичная тепловая ячейка может содержать концентрации воды около или выше примерно 27%, чтобы поддерживать температуру нагрева тепловой ячейки. Однако включение высоких концентраций воды на уровнях примерно 27% или выше может приводить к замедлению достижения желательных начальных температур нагрева. Следовательно, способность быстро достигать желательной температуры для терапевтической пользы и способность поддерживать температуру трудны для успешного выполнения.
Кроме того, существующие нагревательные устройства содержат экзотермические композиции, которые в сильной степени склонны к эффектам разделения. Считается, что различия в размерах частиц между композиционными составляющими могут способствовать разделению частиц. Например, нагревательные устройства, содержащие экзотермическую композицию, которая содержит водопоглотители (например, вермикулит, деревянные опилки, поглощающий гелеобразующий материал) в комбинации с порошком железа и углеродом, имеют тенденцию к разделению. Как правило, размер частиц водопоглотителя довольно большой по сравнению с железными и углеродными частицами. Например, существующие нагревательные устройства могут содержать экзотермические композиции, в которых средний размер частиц водопоглотителя к частицам железа часто составляет 10:1 или больше, приводя к высокой степени разделения частиц.
Изменения в композиции смеси частиц благодаря разделению могут приводить к продукту, теплопроизводительность которого меньше, чем оптимальная и (или) отличная от намеченного проекта. Таким образом, максимальная эффективность реакции обычно не достигается существующими нагревательными устройствами, поскольку необходим избыток экзотермической композиции, чтобы компенсировать эффекты разделения частиц. Эти нагревательные устройства обычно содержат тепловые ячейки, которые имеют относительно большие объемы, позволяющие им разместить избыток экзотермической композиции.
Обнаружено, что тепловые ячейки, содержащие экзотермическую композицию, которая содержит поглощающий гелеобразующий материал, являются особенно эффективными в быстром достижении начальных температур нагрева, а также эффективны в поддержании соответствующей температуры в течение до двадцати четырех часов. При использовании в выбранных соотношениях с другими композиционными ингредиентами обнаружено, что поглощающий гелеобразующий материал обеспечивает улучшенное приложение тепла в дополнение к обеспечению экзотермических композиций, которые противостоят композиционным изменениям типа разделения. Чтобы обеспечить минимальные эффекты разделения или их отсутствие, экзотермические композиции по настоящему изобретению содержат выбранные соотношения размеров частиц поглощающего гелеобразующего материала к порошку железа.
Тепловые ячейки по настоящему изобретению имеют легко приспосабливаемые физические габариты, которые обеспечивают тепловым ячейкам возможность встраивания в одноразовые нагревательные устройства типа спинных оберток, коленных оберток, телесных оберток, суставных оберток, менструальных оберток, оберток «шея-рука» и т д.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на способ изготовления тепловой ячейки, содержащей экзотермическую композицию в виде частиц, содержащую предварительно смоченный углерод, причем способ содержит этапы, на которых: (а) составляют премиксную композицию в виде частиц, причем масса премиксной композиции в ячейке находится от примерно 0,4 грамма до примерно 2,5 грамма, и (b) быстро добавляют концентрированный соляной раствор на премиксную композицию. Получающаяся тепловая ячейка объединяется в кармане, образованном в единой структуре, содержащей по меньшей мере две противолежащие поверхности, причем по меньшей мере одна поверхность проницаема для кислорода.
Компоненты экзотермической композиции в виде частиц включают в себя: (а) от примерно 10% до примерно 90% по массе порошка железа; (b) от примерно 1% до примерно 25% по массе углерода, выбранного из группы, состоящей из активированного угля, неактивированного угля и их смесей; (с) от примерно 1% до примерно 25% по массе поглощающего гелеобразующего материала со средним размером частиц от примерно 300 мкм до примерно 800 мкм; и (d) от примерно 1% до примерно 10% по массе воды.
Компоненты концентрированного соляного раствора включают в себя: (а) от примерно 0,5% до примерно 20% по массе соли металла, (b) от примерно 1% до примерно 90% по массе воды, и (с) необязательно от примерно 0,01% до примерно 10% по массе ингибитора выделения газообразного водорода.
Найдено, что температурная стабильность одноразовых нагревательных устройств может быть улучшена, в результате чего нагревательные устройства обеспечивают устойчивое тепло в течение до двадцати четырех часов. Такие нагревательные устройства содержат характерные определенные тепловые ячейки, которые изготовлены конкретно определенным способом, причем эти тепловые ячейки содержат экзотермическую композицию с поглощающим гелеобразующим материалом. Поглощающий гелеобразующий материал обеспечивает возможность удержания воды внутри экзотермических композиций в виде частиц так, что вода выделяется с контролируемой скоростью, чтобы приводить к окислению порошка железа, в результате чего экзотермические композиции в виде частиц обеспечивают длительное тепловыделение с улучшенной устойчивой температурой.
Также найдено, что экзотермические композиции в виде частиц могут подвергаться эффектам разделения в ходе обработки экзотермической композиции, что приводит к экзотермическим композициям, которые не могут обеспечивать поддержания соответствующей и контролируемой температуры. Чтобы обеспечить минимальные эффекты разделения или их отсутствие, экзотермические композиции в виде частиц по настоящему изобретению содержат выбранные соотношения средних размеров частиц поглощающего гелеобразующего материала к порошку железа от примерно 10:1 до примерно 1:10, предпочтительно от примерно 7:1 до примерно 1:7, более предпочтительно от примерно 5:1 до примерно 1:5 и наиболее предпочтительно от примерно 3:1 до примерно 1:3.
Подробное описание изобретения
Тепловые ячейки по настоящему изобретению содержат экзотермические композиции в виде частиц. Экзотермическая композиция в виде частиц обеспечивает улучшенную устойчивую температуру, когда тепловые ячейки вводятся в одноразовые нагревательные устройства, чтобы снизить дискомфорт при временных или хронических болях в теле и заболеваниях.
Экзотермические композиции по настоящему изобретению являются экзотермическими композициями в виде частиц. Как используется здесь, «в виде частиц» относится к раздельным частицам, содержащимся внутри этих композиций. Другими словами, экзотермические композиции в виде частиц, охарактеризованные здесь, содержат отдельные частицы, причем каждая частица имеет средний размер в пределах от примерно 25 мкм (микрон) до примерно 800 мкм.
Изменения в размерах частиц компонентов в виде частиц определенных здесь экзотермических композиций могут приводить к разделению частиц или разделению внутри экзотермической композиции. Другими словами, размер частиц непосредственно влияет на подвижность частиц, и определенные здесь компоненты в виде частиц могут изменять свою подвижность, приводя к отделению или разделению частиц. Определенные здесь экзотермические композиции предпочтительно содержат компоненты в виде частиц с определенными диапазонами средних размеров частиц, такими что эти экзотермические композиции противостоят отделению или разделению частиц. Предусмотрено, однако, что компоненты в виде частиц с диапазонами средних размеров частиц выше или ниже определенных здесь диапазонов подходят для использования в определенных здесь экзотермических композициях.
Как используется здесь, «устойчивая температура» относится к температурам в пределах от примерно 32°С до примерно 50°С, предпочтительно от примерно 32°С до примерно 45°С, более предпочтительно от примерно 32°С до примерно 40°С и наиболее предпочтительно от примерно 32°С до примерно 37°С за период от примерно двадцати секунд до примерно двадцати четырех часов, предпочтительно от примерно двадцати минут до примерно двадцати часов, более предпочтительно от примерно четырех часов до примерно шестнадцати часов, наиболее предпочтительно от примерно восьми часов до примерно двенадцати часов, при этом максимальная накожная температура и отрезок времени поддержания накожной температуры при максимальной накожной температуре могут быть соответственно так выбраны с помощью лица, нуждающегося в таком лечении, что желательные терапевтические выгоды достигаются без каких-либо неблагоприятных результатов типа ожогов, которые могут возникать при использовании высокой температуры в течение длительного промежутка времени. Поддержание «устойчивой температуры», обеспеченной экзотермическими композициями в виде частиц по настоящему изобретению, показало существенное уменьшение острой, периодической и (или) хронической боли, в том числе скелетной, мышечной и (или) гетеротопической боли для лица с такой болью, и существенное продолжительное облегчение даже после того, как одноразовое нагревательное устройство, содержащее экзотермическую композицию в виде частиц, удаляется от беспокоящей части, тела без каких-либо неблагоприятных результатов.
Как используется здесь, термин «одноразовый» относится к устройствам, которые предназначены для выбрасывания после того, как они использованы. Другими словами, определенные здесь «одноразовые» нагревательные устройства являются такими устройствами, которые, как предполагается, будут помещены в подходящий мусорный приемник после того, как нагревательное устройство полностью использовано для выделения тепла, обеспеченного тепловыми ячейками по настоящему изобретению. Определенные здесь одноразовые нагревательные устройства могут сохраняться в повторно уплотняемом, практически воздухонепроницаемом контейнере для повторного использования при оказании помощи в облегчении временных или хронических телесных болей и заболевании до тех пор, пока одноразовое нагревательное устройство не будет полностью использовано для выделения тепла.
Тепловые ячейки по настоящему изобретению содержат экзотермическую композицию в виде частиц, причем эта экзотермическая композиция в виде частиц может содержать, состоять из или состоять по существу из элементов и признаков описанного здесь изобретения, а также какого-либо из дополнительных или необязательных описанных здесь ингредиентов, компонентов или признаков.
Все проценты, части и соотношения представляются по массе экзотермических композиций в виде частиц, если не определено иначе. Все такие массы, поскольку они относятся к перечисленным ингредиентам, основаны на конкретном уровне ингредиентов и, следовательно, не включают в себя носителей или побочных продуктов, которые могут быть включены в имеющиеся в продаже материалы, если не определено иного.
Все документы, цитируемые здесь, в том числе публикации, заявки на патенты и выданные патенты, упомянутые здесь, включены сюда в релевантной части посредством ссылки. Цитирование любого документа не является признанием в отношении какого-либо решения относительно его доступности в качестве прототипа к настоящему изобретению.
Тепловая ячейка
Настоящее изобретение направлено на тепловые ячейки, которые содержат экзотермическую композицию в виде частиц. Тепловые ячейки могут быть встроены в одноразовые нагревательные устройства, чтобы обеспечить улучшенную устойчивую температуру при оказании помощи при временных или хронических телесных болях и заболевании. Тепловые ячейки предпочтительно встраиваются в одноразовые нагревательные устройства как множество тепловых ячеек.
Тепловая ячейка формируется в единую конструкцию, содержащую по меньшей мере две противолежащих поверхности, предпочтительно, поверхности пленочных слоеных подложек, причем по меньшей мере одна поверхность является проницаемой для кислорода, которая при заполнении экзотермической композицией в виде частиц имеет заполняемый объем, объем пустот и объем ячейки. Заполняемый объем, как используется здесь, означает объем композиции в виде частиц в заполненной тепловой ячейке. Объем пустот, как используется здесь, означает объем ячейки, оставленный незаполненным композицией в виде частиц в законченной тепловой ячейке, измеренный без перепада давлений в тепловой ячейке и без дополнительного растяжения или деформации материала подложки. Объем ячейки, как используется здесь, означает заполняемый объем плюс объем пустот тепловой ячейки. Отношение заполняемого объема к объему ячейки находится от примерно 0,7 до примерно 1,0, предпочтительно от примерно 0,75 до примерно 1,0, более предпочтительно от примерно 0,8 до примерно 1,0, даже более предпочтительно от примерно 0,85 до примерно 1,0 и наиболее предпочтительно от примерно 0,9 до примерно 1,0.
Тепловая ячейка также может измеряться в отношении своей верхушки. Верхушка тепловых ячеек, определенная здесь, имеет высоту от более чем примерно 0,2 см (сантиметра) до примерно 1,0 см, предпочтительно от более чем примерно 0,3 см до примерно 0,9 см, более предпочтительно от примерно 0,4 см до примерно 0,8 см и наиболее предпочтительно от примерно 0,5 см до примерно 0,7 см.
Как установлено ранее, тепловая ячейка формируется в единую конструкцию, содержащую по меньшей мере две противолежащих поверхности, предпочтительно поверхности пленочных слоеных подложек. Пленочные слоеные подложки предпочтительно сделаны из пленок или пленок, ламинированных нетканым полотном. В общем, предпочтительными пленками являются те пленки, которые имеют способность к тепловому уплотнению и способны легко термически оплавляться. Нетканые материалы, если они использованы, обеспечивают опору и целостность пленочных слоеных подложек. Примеры подходящих пленок включают в себя полиэтилен, полипропилен, нейлон, полиэфир, поливинил хлорид, поливинилиден хлорид, полиуретан, полистирол, частично омыленный сополимер этилен-винил ацетата, сополимер этилен-винил ацетата, натуральный каучук, регенерированный каучук и синтетический каучук. Толщина пленочных слоеных подложек находится в диапазоне примерно от 1 до примерно 300 мкм и может быть проницаемой для кислорода или герметичной. Для нетканых полотен подходящими являются такие полотна, которые имеют такие предпочтительные характеристические свойства как легкий вес и высокая прочность на разрыв, к примеру, нейлон, искусственный шелк, сложный эфир целлюлозы, производные поливинила, полиолефины, полиамиды или полиэфиры, медно-аммиачная целлюлоза (Bemberg) и другие высокомолекулярные составы, а также естественные материалы, такие как шерсть, шелк, джут, пакля, вата, льняное полотно, сизаль или волокно рами. Эти нетканые материалы в общем описаны в Riedel «Nonwoven Bonding Methods and Materials», Nonwoven World, (1987), включенной сюда посредством ссылки во всей полноте. Предпочтительными пленочными слоеными подложками по настоящему изобретению являются полипропиленовые нетканые листы, ламинированные к пленке из поли(этилен-винил ацетата) или полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) (LDPE), имеющий толщину от примерно 5 до примерно 100 мкм. Примером имеющегося в продаже нетканого листа является материал номер W502FWH, который имеется в продаже от PGI (Polymer Group International), находящейся в Вейнсборо, Вирджиния, США. Примером имеющейся в продаже пленки из полипропилена/этилен-винил ацетата (PP/EVA) является материал номер DH245, который имеется в продаже от Clopay Plastics из Цинциннати, Огайо, США.
Противолежащие поверхности могут быть созданы путем скрепления двух подложек вместе по их периферии, формируя тем самым пакет, конверт или карман с пленочной стороной, обращенной к внутренности пакета, конверта или кармана (сторона, подлежащая заполнению), и нетканой стороной наружу. Карманы также могут быть сделаны в подложках посредством горячего формования, механического тиснения, вакуумного тиснения или другими подходящими средствами. Предпочтительным для использования здесь является горячее формование, которое описано в «Thermoforming», The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology, pp.668-675 (1986), Marilyn Bakker, ed. включенное сюда посредством ссылки во всей полноте.
3
3
3
3
3
3
3
3
Получающаяся тепловая ячейка может иметь любую геометрическую форму, к примеру, диск, треугольник, пирамида, конус, сфера, квадрат, куб, прямоугольник, прямоугольный параллелепипед, цилиндр, эллипсоид и т.п. Предпочтительная форма настоящего изобретения содержит геометрию в форме диска с диаметром ячейки от примерно 0,2 см до примерно 5 см, предпочтительно от примерно 1 см до примерно 4 см, более предпочтительно от примерно 2 см до примерно 3 см, и высотой от более чем примерно 0,2 см до примерно 1 см, предпочтительно от более чем примерно 0,3 см до примерно 0,9 см, более предпочтительно от примерно 0,4 см до примерно 0,8 см и наиболее предпочтительно от примерно 0,5 см до примерно 0,7 см, что дает объем ячейки от примерно 0,0045 см до примерно 20 см, предпочтительно от примерно 0,2 см до примерно 11 см. Альтернативно, форма тепловой ячейки по настоящему изобретению может также быть продолговатой по своей геометрии, с длинной осью, параллельной подложкам, имеющей высоту от примерно 0,2 см до примерно 5 см, предпочтительно от более чем примерно 0,5 см до примерно 1 см; ширину от примерно 0,2 см до примерно 20 см, предпочтительно от примерно 5 см до примерно 10 см, и длину от примерно 1 см до примерно 20 см, предпочтительно от примерно 5 см до примерно 10 см, что дает объем ячейки от примерно 0,04 см до примерно 2000 см, предпочтительно от примерно 1,25 см до примерно 10 см.
2
2
2
2
2
2
2
2
Тепловые ячейки по настоящему изобретению предпочтительно имеют площадь поперечного сечения ячейки от примерно 0,03 см до примерно 20 см, более предпочтительно от примерно 0,1 см до примерно 15 см, еще более предпочтительно от примерно 1 см до примерно 10 см и наиболее предпочтительно от примерно 3 см до примерно 7 см. Тепловые ячейки с данной площадью поперечного сечения на ячейку легко встраиваются в телесные обертки и т.п., которые обеспечивают улучшенную согласованность с формами тела.
Тепловые ячейки по настоящему изобретению предпочтительно имеют массу премикса (предварительно приготовленной смеси) от примерно 0,4 грамма премикса на ячейку до примерно 2,5 грамма премикса на ячейку, более предпочтительно от примерно 1,0 грамм премикса на ячейку до примерно 2,4 грамма премикса на ячейку и наиболее предпочтительно от примерно 1,5 грамма премикса на ячейку до примерно 2,3 граммов премикса на ячейку. Тепловые ячейки с данной массой премикса на ячейку также легко встраиваются в телесные обертки и т.п., которые также обеспечивают улучшенную согласованность с формами тела, и, следовательно, обеспечивает ровное однородное целевым областям и улучшает комфорт носящему.
Кислородная проницаемость тепловых ячеек по настоящему изобретению может обеспечиваться за счет выбора пленок или пленочных покрытий для пленочных слоеных подложек, формирующих мешочки, конверты, карманы, и (или) защитного слоя, которые имеют конкретные желательные свойства проницаемости. Желательные свойства проницаемости могут быть обеспечены микропористыми пленками или пленками, которые имеют сформированные в них поры или отверстия. Формирование этих отверстий/пор можно осуществлять посредством литья под давлением/вакуумного формования или путем пробивания отверстий горячей иглой. Проницаемость кислорода может также обеспечиваться в настоящем изобретении перфорированием отверстий в по меньшей мере одной из пленочных слоеных подложек для дегазационных отверстий с помощью, например, по меньшей мере одного пробойника, предпочтительно матрицы из от примерно 20 до примерно 60 пробойников, к примеру, с острыми углами и диаметрами от примерно 0,2 мм до примерно 2 мм, предпочтительно от примерно 0,4 мм до примерно 0,9 мм.
2
2
2
2
2
2
2
2
Альтернативно, после того, как пленочные слоеные подложки скреплены вместе, охватывая экзотермическую композицию в виде частиц, определенную в дальнейшем в кармане между ними, одна сторона тепловой ячейки может быть перфорирована дегазационными отверстиями с помощью, например, по меньшей мере одного пробойника, предпочтительно матрицы из от примерно 20 до примерно 60 пробойников, например, с острыми углами и диаметрами от примерно 0,2 мм до примерно 2 мм, предпочтительно от примерно 0,4 мм до примерно 0,9 мм. Пробойники вдавливаются через одну сторону материала тепловой ячейки на глубину от примерно 2% до примерно 100%, предпочтительно от примерно 20% до примерно 100% и более предпочтительно от примерно 50% до примерно 100% в экзотермическую композицию в виде частиц. Эта конфигурация отверстий обеспечивает диффузию кислорода в тепловую ячейку во время окисления экзотермической композиции в виде частиц от примерно 0,01 куб. см O/min./5 см до примерно 15,0 куб.см O/min./5 см (при 21°С, 1 атм), предпочтительно от примерно 0,9 куб.см O/min./5 см до примерно 3 куб.см O/min./5 см (при 21°С, 1 атм). Хотя предпочтительно обеспечиваются дегазационные отверстия в верхнем покрывающем пленочном слое, можно также обеспечить дегазационные отверстия в нижнем покрывающем пленочном слое и (или) в обоих слоях.
Тепловые ячейки по настоящему изобретению могут необязательно включать в себя компонент, который будет доставляться через кожу, причем этот необязательный компонент содержит активные ароматические составы, неактивные ароматические составы, фармацевтические активаторы или другие терапевтические агенты и их смеси. Необязательный компонент может быть введен в тепловые ячейки как отдельный слой подложки или введен в по меньшей мере один из пленочных слоеных подложек. Такие активные ароматические составы включают в себя - но не ограничены ими - ментол, камфару, эвкалипт и их смеси. Такие неактивные ароматические составы включают в себя - но не ограничены ими - бензальдегид, цитраль, деканаль, альдегид и их смеси. Такие фармацевтические активаторы/терапевтические агенты включают в себя - но не ограничены ими - антибиотики, витамины, антивирусные агенты, анальгетики, противовоспалительные агенты, противозудные средства, жаропонижающие средства, анестезирующие агенты, фунгициды, противомикробные препараты и их смеси. Тепловые ячейки также могут содержать отдельный слой подложки или встроенный в по меньшей мере одну из пленочных слоеных подложек самоклеящийся компонент и (или) поглощающий потовыделения компонент.
Экзотермическая композиция
Тепловые ячейки по настоящему изобретению содержат экзотермическую композицию в виде частиц, которая обеспечивает улучшенную устойчивую температуру, когда тепловые ячейки встраиваются в одноразовые нагревательные устройства типа одноразовых телесных оберток. Экзотермическая композиция в виде частиц содержит премиксную композицию в виде частиц и концентрированный соляной раствор.
Компоненты премиксной композиции в виде частиц обычно включают в себя порошок железа, углерод, поглощающий гелеобразующий материал и воду, которые описываются подробно в дальнейшем. Аналогично, типичные компоненты концентрированного соляного раствора содержат соль металла, воду и необязательно ингибитор выделения газообразного водорода типа тиосульфата натрия. Экзотермические композиции, определенные здесь, обычно приготавливаются путем создания премиксной композиции в виде частиц и быстрого соединения премикса с концентрированным соляным раствором, чтобы привести к формированию тепловых ячеек по настоящему изобретению. Типичная тепловая ячейка по настоящему изобретению может содержать от примерно 0,4 граммов премикса на ячейку до примерно 2,5 грамма премикса на ячейку и от примерно 0,4 граммов концентрированного соляного раствора на ячейку до примерно 1,5 грамма концентрированного соляного раствора на ячейку. Поэтому экзотермическая композиция по настоящему изобретению может содержать общий вес ячейки, приходящийся на ячейку, от примерно 0,8 граммов до примерно 4,0 граммов, предпочтительно от примерно 1,5 грамма до примерно 3,5 грамма, более предпочтительно от примерно 2,5 грамма до примерно 3,0 граммов.
Скорость, продолжительность и температура термогенной окислительной реакции для экзотермической композиции в виде частиц могут управляться, как желательно, путем изменения площади контакта с воздухом, точнее сказать, путем изменения диффузии/проницаемости кислорода. Другие способы изменения экзотермической реакции включают в себя выбор компонентов в композиции, например, путем выбора конкретного компонента, описанного далее, изменением размеров частиц компонента и т.д.
В качестве иллюстрации, один частный способ изменения экзотермической реакции включает в себя добавление порошка железа со средним размером частиц примерно 200 мкм, и поглощающего гелеобразующего материала со средним размером частиц примерно 300 мкм, причем соотношение средних размеров частиц поглощающего гелеобразующего материала к порошку железа составляет 1,5:1. Показано, что это выбранное соотношение поглощающего гелеобразующего материала к порошку железа обеспечивает экзотермическую композицию, которая проявляет быструю начальную температуру нагрева и долгую продолжительность тепла, что трудно достижимо с существующими экзотермическими композициями. Считается, что существующие экзотермические композиции содержат высокий уровень влажности, что приводит к образованию воды во внутренних пустотах частиц, а это ограничивает приток кислорода и замедляет скорость первоначального нагрева. Обнаружено, что экзотермические композиции, которые содержат выбранное соотношение средних размеров частиц поглощающего гелеобразующего материала к порошку железа, обеспечивают избыток воды, освобождаемой из внутренних пустот частиц, так что достигаются более быстрые скорости первоначального нагрева.
Порошок железа
Экзотермические композиции в виде частиц по настоящему изобретению содержат один или несколько компонентов порошка железа при концентрациях в пределах от примерно 10% до примерно 90%, предпочтительно от примерно 30% до примерно 88%, более предпочтительно от примерно 50% до примерно 87% по массе композиции.
Считается, что определенные здесь экзотермические композиции в виде частиц выделяют тепло при окислении порошка железа. Известно, что железо является анодом для электрохимической реакции, имеющей место при экзотермическом окислении железа. Не имеется никакого особого ограничения по чистоте, виду, размеру и т.д. порошка железа, пока он может использоваться, чтобы производить тепловыделение с электрически проводящей водой и воздухом. Например, порошок железа со средним размером частиц от примерно 50 мкм до примерно 400 мкм, предпочтительно от примерно 100 мкм до примерно 400 мкм, более предпочтительно от примерно 150 мкм до примерно 300 мкм, найден подходящим для использования здесь.
th
Средний размер частиц порошка железа и любого другого определенного здесь компонента в виде частиц может быть найдена с помощью ситового способа, такого как способ, раскрытый в ASTM Method B214. В общем, частицы просеиваются через ряд сит, состоящих из различных размеров, и измеряется массовая фракция частиц, задержанных на каждой сетке. Массовая фракция частиц на каждой сетке затем используется, чтобы составить интегральную кривую массового распределения. Интегральная кривая массового распределения составляется путем построения размеров частиц в зависимости от кумулятивно добавленного массового процента частиц меньших, чем размер частиц, остающихся на следующем наибольшем сите. Средний диаметр устанавливается по интегральной кривой массового распределения, причем средний диаметр определяется как размер частиц, который соответствует 50% интегральной массы. Подробности при составлении интегральной кривой массового распределения описываются в «Methods of Presenting Size Analysis Data» («Способы представления данных фракционного анализа») в Particle Size Measurement («Измерение размеров частиц»), pp.153-156, 4 Edition, Terrence Allen, (1990), каковые описания включены в сюда посредством ссылки во всей полноте. Для пояснения ситового метода примерно 100 г±0,1 г пробы размещается на верхней решетке сита из пакета стандартных сит США, причем каждое сито имеет сетку отверстий, которых становится тем больше, чем ниже сетка, на верхней сетке размещается крышка, затем пакет сит закрепляется во встряхивателе для сит с механическим приводом типа вибратора Tyier RoTap, вибратору дают работать 15 минут, механически производя в это время колебательное движение, которое происходит во время ручного просеивания, во время колебательного процесса происходит постукивание по пакету сит, чтобы помочь частицам проваливаться через сетку, после 15-минутного вибрирования материал, собранный на каждой сетке, взвешивается до 0,1 грамма (г). Сумма масс всех фракций не должна быть меньше чем 99,7% от массы пробы. Массы фракций, задержанных на каждом сите, выражаются как проценты от массы пробы с округлением до 0,1%. Любая фракция, которая меньше чем или равна 0,04% к массе пробы, должна быть представлена как "СЛЕД". Любая фракция, которая больше чем или равна 0,05% массы пробы, должна быть представлена как 0,1%, если не установлено, чтобы нужно представлять с точностью до двух десятичных знаков. Если фракция отсутствует, это должно быть представлено как 0,0%. Затем определяется средний размер частиц.
Предпочтительно, экзотермические композиции в виде частиц содержат выбранное соотношение среднего размера частиц определенного ниже поглощающего гелеобразующего материала и порошка железа. Показано, что экзотермические композиции, содержащие это выбранное соотношение среднего размера частиц компонентов, обеспечивают тепловые ячейки, которые имеют улучшенное приложение тепла и способность противостоять композиционным изменениям, такую как стойкость к разделению частиц. Соотношение среднего размера частиц поглощающего гелеобразующего материала к порошку железа обычно находится в пределах от примерно 10:1 до примерно 1:10, предпочтительно от примерно 7:1 до примерно 1:7, более предпочтительно от примерно 5:1 до примерно 1:5 и наиболее предпочтительно от примерно 3:1 до примерно 1:3.
Тепловые ячейки по настоящему изобретению обычно меньше по сравнению с существующими тепловыми ячейками, и избыточные дозировки экзотермической композиции не могут использоваться, чтобы компенсировать эффекты разделения частиц. Фактически, добавление избыточных дозировок экзотермической композиции может приводить к значительным изменениям в теплопроизводительности тепловых ячеек. Найдено, что эффекты разделения частиц уменьшаются при использовании порошка железа со средним размером частиц в диапазонах, определенных здесь, особенно при использовании порошка железа в комбинации соотношения поглощающего гелеобразующего материала к порошку железа. Считается, что скорость реакции экзотермических композиций обуславливается пористостью экзотермических композиций, - другими словами, на скорость, с которой тепловые ячейки выделяют тепло, оказывает влияние характер упаковки частиц (т.е. объем пустот между частицами) и количество воды, присутствующей в экзотермической композиции. Определенный здесь порошок железа обеспечивает характер слабой упаковки, в то время как поглощающий гелеобразующий материал препятствует попаданию воды в пустоты частиц, тем самым давая тепловые ячейки, которые проявляют быстрый начальный нагрев и длительную продолжительность тепла для лечения временных или хронических телесных болей и заболеваний.
Неограничивающие примеры подходящих источников для порошка железа по настоящему изобретению содержат порошковый чугун, порошок восстановленного железа, порошок электролитического железа, порошок железного лома, губчатое железо, чугун, кованое железо, различные стали, сплавы железа, переработанные модификации этих источников железа и их смеси. Предпочтительным является губчатое железо.
Губчатое железо является одним источником порошка железа, который может быть особенно выгоден благодаря высокой внутренней площади поверхности губчатого железа. Поскольку внутренняя площадь поверхности на порядки величины больше, чем наружная площадь поверхности, то реакционная способность не может контролироваться размером частиц. Неограничивающие примеры имеющегося в продаже губчатого железа содержат М-100 и F-417, которые доступны от Hoeganaes Corporation, расположенной в Нью-Джерси, США.
2
3
Губчатое железо является материалом, используемым в сталелитейной промышленности в качестве основного источника для производства стали. Без намерения ограничиться каким-либо способом производства, губчатое железо может быть произведено воздействием на гематитовую (FeO) железную руду в измельченной форме в восстановительной газовой среде при температурах несколько ниже температур доменной печи. Губчатое железо более конкретно раскрыто, включая производство губчатого железа, в патентах США №№2243110, 2793946, 2807535, 2900247, 2915379, 3128174, 3136623, 3136624, 3136625, 3375098, 3423201, 3684486, 3765872, 3770421, 3779741, 3816102, 3827879, 3890142 и 3904397, которые включены сюда посредством ссылки.
Хотя кислород необходим, чтобы производить окислительную реакцию железа, в тепловых ячейках по настоящему изобретению не требуется внутренний источник кислорода, однако производящие кислород химические материалы могут быть введены в экзотермическую композицию в виде частиц во время приготовления, без изменения объема настоящего изобретения. Источники кислорода, используемые для цели данного изобретения, содержат воздух и искусственно приготовленный кислород различной чистоты. Среди этих источников кислорода предпочтен воздух, так как это наиболее удобно и недорого.
Углерод
Экзотермические композиции в виде частиц по настоящему изобретению содержат один или несколько углеродных компонентов при концентрациях в пределах от примерно 1% до примерно 25%, предпочтительно от примерно 1% до примерно 15%, более предпочтительно от примерно 1% до примерно 10% по массе композиции.
Неограничивающие примеры углерода, подходящего для использования здесь, содержат активированный уголь, неактивированный уголь и их смеси. Углеродный компонент имеет средний размер частиц от примерно 25 мкм до примерно 200 мкм, предпочтительно от примерно 50 мкм до примерно 100 мкм. Предпочтительным является активированный уголь.
Активированный уголь служит как катод для электрохимической реакции, имеющей место при экзотермическом окислении железа. Однако возможности катода могут быть расширены путем дополнительного использования порошка неактивированного угля, т.е. смешанного углерода, чтобы уменьшить стоимость. Поэтому смеси вышеупомянутых углеродов также являются полезными в настоящем изобретении.
Активированный уголь является чрезвычайно пористым во внутренней структуре, что дает ему особенно хорошие возможности для адсорбции кислорода. Фактически, активированный уголь имеет способность адсорбировать кислород чрезвычайно хорошо, когда активированный уголь смачивается, что позволяет активированному углю функционировать в качестве катализатора в электрохимической реакции.
Кроме того, активированный уголь может хорошо поглощать воду и может служить как водоудерживающий материал. Далее, активированный уголь может адсорбировать запахи типа тех, которые вызваны окислением порошка железа.
Активированный уголь, приготовленный из скорлупы кокосового ореха, дерева, древесного угля, каменного угля, сланцеватого угля и т.п., является подходящим для использования здесь, но в экзотермических композициях в виде частиц по настоящему изобретению полезны также и приготовленные из другого сырья типа продуктов животного происхождения, природного газа, жиров, масел и смол. Нет никакого ограничения к видам используемого активированного угля, однако предпочтительный активированный уголь имеет хорошие возможности адсорбции кислорода. Пример имеющегося в продаже активированного угля включает в себя активированный уголь, доступный от MeadWestvaco, расположенного в Ковингтоне, Вирджиния, США.
Чтобы получить быстрый нагрев экзотермической композиции при поддержании тепловой продолжительности, экзотермические композиции должны иметь больше поглощающего гелеобразующего материала, чем активированного угля. Показано, что если поглощающего гелеобразующего материала меньше, чем активированного угля, то экзотермическая реакция становится чувствительной к содержанию влаги и не будет нагреваться так быстро. Не связываясь с теорией, считается, что это результат соперничества за влажность между поглощающим гелеобразующим материалом и активированным углем, и для продолжения экзотермической реакции активированный уголь должен быть достаточно смоченным надлежащим образом, чтобы функционировать как катализатор для адсорбирования кислорода.
Дополнительно, количество углерода в определенных здесь экзотермических композициях в виде частиц должно быть минимальным, чтобы максимизировать объем пустот между частицами. Углерод обычно представляет собой компонент с мельчайшими частицами, и избыток углерода мог бы приводить к заполнению углеродом объема пустот между частицами. Найдено, что количество углерода, необходимого для экзотермической реакции, является значительно меньшим, чем то количество, которое используется в существующих экзотермических композициях, из-за относительно высокого уровня используемого поглощающего гелеобразующего материала. Поэтому углерод в основном используется из-за своей каталитической активности и минимально из-за своей водоудерживающей способности.
Низкий уровень углерода также весьма желателен для способа изготовления тепловых ячеек по настоящему изобретению, так как низкий уровень углерода обеспечивает премикс, чтобы быстро поглотить концентрированный соляной раствор. Это значительно увеличивает скорость способа изготовления определенных здесь тепловых ячеек.
Поглощающий гелеобразующий материал
Экзотермические композиции в виде частиц по настоящему изобретению содержат один или несколько поглощающих гелеобразующих материалов при концентрациях в пределах от примерно 1% до примерно 25%, предпочтительно от примерно 1% до примерно 15%, более предпочтительно от примерно 1% до примерно 10% по массе композиции.
Поглощающий гелеобразующий материал, подходящий для использования здесь, дает возможность удерживать воду физически или химически внутри экзотермических композиций в виде частиц по настоящему изобретению. В частности, поглощающий гелеобразующий материал выполняет функцию постепенной поставки воды к компоненту порошка железа, причем вода выделяется с контролируемой скоростью. Не предполагая связываться с теорией, считается, что поглощающий гелеобразующий материал может предотвращать или замедлять поступление воды или удерживать ее в пустотах между различными частицами экзотермических композиций, вследствие этого помогая предотвращать или замедлять наполнение водой.
Неограничивающие примеры подходящих поглощающих гелеобразующих материалов содержат те поглощающие гелеобразующие материалы, которые имеют способности к поглощению жидкости и могут формировать гидрогели при контакте с водой. Один конкретный пример такого поглощающего гелеобразующего материала представляет собой формирующий гидрогель, поглощающий гелеобразующий материал, который основан на поликислоте, например, полиакриловой кислоте. Формирующие гидрогель полимерные материалы этого типа являются теми материалами, которые при контакте с жидкостями типа воды впитывают такие жидкости и вследствие этого формируют гидрогель. Эти предпочтительные поглощающие гелеобразующие материалы обычно содержат практически нерастворимые в воде слабо перекрестносшитые частично нейтрализованные формирующие гидрогель полимерные материалы, приготовленные из полимеризуемых ненасыщенных кислотосодержащих мономеров. В таких материалах полимерный компонент, сформированный из ненасыщенных кислотосодержащих мономеров, может содержать весь гелеобразующий агент или может быть привит на другие типы полимерных фрагментов типа крахмала или целлюлозы. Привитые сополимеры крахмала с акриловой кислотой относятся к этому последнему типу. Таким образом, конкретные подходящие поглощающие гелеобразующие материалы содержат гидролизованный привитый сополимер крахмала с акрилонитрилом, привитый сополимер крахмала с акриловой кислотой, полиакрилат, сополимер на основе малеинового ангидрида и их комбинации. Полиакрилаты и привитые сополимеры крахмала с акриловой кислотой являются предпочтительными. Неограничивающие примеры имеющихся в продаже полиакрилатов содержат полиакрилаты, которые доступны от Nippon Shokubai, расположенной в Чаттануге, Теннеси, США.
Поглощающий гелеобразующий материал имеет средний размер частиц от примерно 300 мкм до примерно 800 мкм, предпочтительно от примерно 400 мкм до примерно 800 мкм, более предпочтительно от примерно 500 мкм до примерно 800 мкм. Поглощающие гелеобразующие материалы со средним размером частиц 300 мкм или больше, как показано, приводят к минимальным эффектам разделения или их отсутствию. Уменьшение эффектов разделения обеспечивает улучшенную устойчивую температуру так, что желательные терапевтические выгоды от тепла достигаются без каких-либо неблагоприятных результатов типа ожогов. Уменьшение эффектов разделения также принимается во внимание для высокоскоростного производства одноразовых нагревательных устройств, содержащих множество тепловых ячеек, которые обеспечивают до двадцати четырех часов терапевтического тепла.
Как описано выше, определенные здесь экзотермические композиции в виде частиц предпочтительно имеют выбранные соотношения среднего размера частиц поглощающего гелеобразующего материала к порошку железа. Показано, что экзотермические композиции, содержащие определенные выбранные соотношения среднего размера частиц этих компонентов, проявляют минимальные эффекты разделения или их отсутствия, что приводит в экзотермических композициях, которые встречаются, к заданным тепловым характеристикам для желательных терапевтических выгод от тепла.
В дополнение к поглощающему гелеобразующему материалу экзотермические композиции в виде частиц по настоящему изобретению могут необязательно содержать другие водоудерживающие материалы, которые имеют капиллярную функцию и (или) гидрофильные свойства. Эти необязательные водоудерживающие материалы могут быть включены в экзотермические композиции в виде частиц при концентрациях в пределах от примерно 0,1% до примерно 25%, предпочтительно от примерно 0,5% до примерно 20%, более предпочтительно от примерно 1% до примерно 15% по массе композиции. Неограничивающие примеры таких необязательных водоудерживающих материалов содержат вермикулит, пористые силикаты, деревянные опилки, древесную муку, вату, бумагу, растительное вещество, соли карбоксиметилцеллюлозы, неорганические соли и их смеси. Поглощающий гелеобразующий материал и необязательные водоудерживающие материалы далее описаны в патентах США №№5918590 и 5984995, описания которых включены сюда посредством ссылки.
Соль металла
Экзотермическая композиция в виде частиц по настоящему изобретению содержит одну или несколько солей металлов при концентрациях в пределах от примерно 0,5% до примерно 10%, предпочтительно от примерно 0,5% до примерно 7%, более предпочтительно от примерно 1% до примерно 5% по массе композиции.
Соли металлов, подходящие для использования здесь, содержат те соли металлов, которые служат в качестве активатора реакции для активизации поверхности порошка железа, чтобы облегчить окислительную реакцию с воздухом и обеспечить электрическую проводимость экзотермической композиции для поддержания коррозионной реакции. В общем, существует несколько подходящих солей щелочных, щелочноземельных и переходных металлов, которые могут использоваться по отдельности или в комбинации, чтобы поддерживать коррозионную реакцию железа.
Неограничивающие примеры подходящих солей металлов содержат сульфаты, хлориды, карбонатные соли, ацетатные соли, нитраты, нитриты и их смеси. Конкретные неограничивающие примеры сульфатов содержат сульфат железа, сульфат калия, сульфат натрия, сульфат марганца, сульфат магния и их смеси. Конкретные неограничивающие примеры хлоридов содержат хлорид меди, хлорид калия, хлорид натрия, хлорид кальция, хлорид марганца, хлорид магния, меднозакисный хлорид и их смеси. Хлорид меди, хлорид натрия и их смеси являются предпочтительными солями металлов. Пример имеющегося в продаже хлорида натрия включает в себя хлорид натрия, доступный от Morton Salt, расположенной в Чикаго, Иллинойс, США.
Вода
Экзотермические композиции в виде частиц по настоящему изобретению содержат воду при концентрациях в пределах от примерно 1% до примерно 35%, предпочтительно от примерно 5% до примерно 33% по массе композиции. Вода, подходящая для использования здесь, может быть из любого соответствующего источника. Например, водопроводная вода, дистиллированная вода, деионизированная вода или любая их смесь, является подходящей для использования здесь.
Известно, что теплопроизводительность тепловых ячеек является в высокой степени чувствительной к уровню влажности, и типичная тепловая ячейка может содержать концентрации воды примерно 27% или выше, чтобы поддерживать температуру нагрева тепловых ячеек. Однако введение высоких концентраций воды на уровнях примерно 27% или выше может приводить к более медленным, чем желательные, начальным температурам нагрева. Следовательно, способность быстро достигать желательной температуры для терапевтической выгоды и способность поддерживать температуру трудно достичь. Найдено, однако, что экзотермические композиции в виде частиц по настоящему изобретению не только обеспечивают тепловые ячейки, которые являются высокоэффективными в поддержании устойчивой, управляемой и соответствующей температуры, но также и обеспечивают тепловые ячейки, которые имеют быстрые начальные температуры нагрева, давая тем самым тепловые ячейки, которые обеспечивают желательные терапевтические выгоды от тепла без каких-либо неблагоприятных результатов типа ожогов. Это достигается путем введения достаточного соотношения веса воды к поглощающему гелеобразующему материалу, так что экзотермические композиции в виде частиц имеют высокое удержание внутренней воды и высокие объемы пустот между частицами. Экзотермические композиции в виде частиц по настоящему изобретению содержат массовое соотношение воды к поглощающему гелеобразующему материалу от примерно 3:1 до примерно 9:1, предпочтительно от примерно 4:1 до примерно 7:1 по массе экзотермической композиции.
Кроме того, существующие тепловые ячейки обычно содержат высокий уровень воды, чтобы увеличить отрезок времени для поддержания температуры нагрева тепловых ячеек. Таким образом, экзотермические композиции по настоящему изобретению могут содержать высокий уровень воды и быть сконструированными для ячеек с более низкой массой, чем существующие тепловые ячейки. Следовательно, экзотермические композиции по настоящему изобретению используются более эффективно с высокой концентрацией воды, и нужно меньше экзотермической композиции, чтобы достичь желательной продолжительности температуры нагрева.
Необязательные компоненты
Экзотермические композиции по настоящему изобретению могут далее содержать один или несколько других необязательных компонентов, известных или иным образом эффективных для использования в экзотермических композициях, при условии, что необязательные компоненты физически и химически совместимы с описанными выше композиционными компонентами или иным образом не ослабляют чрезмерно стабильность, эстетику или производительность изделия. Другие необязательные компоненты, подходящие для использования здесь, содержат материалы типа агломерированных кислот, в том числе кукурузную патоку, сироп мальтитола, пересыщенный сорбитовый сироп и аморфный сорбитовый сироп; сухие вяжущие вещества, в том числе микрокристаллическую целлюлозу, микротонкую целлюлозу, мальтодекстрин, распыленную лактозу, сокристаллизованную сахарозу и декстрин, модифицированную Д-глюкозу, маннитол, преклейстеризованный крахмал, дикальцийфосфат и карбонат кальция; усилители окислительной реакции, включающие в себя элементарной хром, марганец, медь, и составы, содержащие упомянутые элементы; водородные газовые ингибиторы, включающие в себя неорганические и органические щелочные составы, и слабокислые соли щелочных металлов, конкретные неограничивающие примеры включают в себя тиосульфат натрия, сульфит натрия, гидроксид натрия, гидроксид калия, бикарбонат натрия, углекислый натрий, гидроксид кальция, карбонат кальция и пропионат натрия; наполнители типа природных целлюлозных фрагментов, в том числе древесную муку, хлопковую вату и целлюлозу, синтетические волокна во фрагментарной форме, включающие в себя полиэфирные волокна, вспененные синтетические смолы типа пенополистирола и полиуретана, неорганические составы, содержащие порошковый кремнезем, пористый силикагель, сульфат натрия, сульфат бария, окислы железа и глинозем; агенты, предотвращающие слеживание, такие как трикальцийфосфат и силикоалюминат натрия и их смеси. Такие компоненты также включают в себя загустители типа кукурузного крахмала, картофельного крахмала, карбоксиметилцеллюлозы и альфа-крахмала, и поверхностно-активные вещества, такие как те, что включают в себя анионные, катионные, нейтральные, цвиттер-ионные и амфотерные типы. Прочие необязательные компоненты могут быть включены в описанные здесь композиции или готовые изделия в зависимости от обстоятельств, в том числе распространенные агенты типа метасиликатов, циркония, керамики и их смесей. Другие необязательные компоненты могут быть включены в экзотермические композиции в виде частиц при концентрациях в пределах от примерно 0,01% до примерно 35%, предпочтительно от примерно 0,1% до примерно 30% по массе композиции.
Способ изготовления
Экзотермические композиции в виде частиц по настоящему изобретению могут быть приготовлены любым известным или иным образом эффективным методом при условии, что экзотермическая композиция обеспечивает терапевтическую пользу тепла. Экзотермические композиции в виде частиц по настоящему изобретению предпочтительно приготовлены с помощью обычных методов смешивания, таких как описанный здесь метод смешивания. Подходящие способы смешивания компонентов экзотермических композиций в виде частиц по настоящему изобретению более подробно описаны в патенте США №4649895 на имя Yasuki et al., опубликованном 17 марта 1987, описание которых включены сюда посредством ссылки.
Конкретный метод смешивания компонентов экзотермических композиций в виде частиц включает в себя добавление углерода в смеситель или миксер с последующим добавлением небольшого количества общей воды, и затем смешивание комбинации углерод/вода. Обычно достаточно воды добавляется, чтобы содействовать смешиванию при уходе от повышенной коррозии. Смешивание останавливается, и к комбинации углерод/вода добавляется поглощающий гелеобразующий материал. Смешивание возобновляется до тех пор, пока все компоненты не смешаны полностью, и затем добавляется и смешивается порошок железа. Композиция затем смешивается до тех пор, пока не смешается полностью, чтобы сформировать премикс в виде частиц. Хлорид натрия, необязательно водородный газовый ингибитор типа тиосульфата натрия и остальная вода смешиваются отдельно, чтобы сформировать концентрированный соляной раствор, который затем добавляется к премиксу железного порошка, чтобы сформировать экзотермическую композицию в виде частиц, которая используется в конструкции тепловой ячейки по настоящему изобретению.
Индивидуальные тепловые ячейки могут быть приготовлены добавлением фиксированного количества премикса композиции в виде частиц в карман в листе пленочной слоеной подложки, такой как карман в нетканом полипропиленовом/LDPE листе пленочной слоеной подложки. В этом процессе вода или соляной раствор быстро добавляется на верх премикса композиции, и плоский лист нетканой полипропиленовой/поли(этиленвинил ацетатной) пленочной слоеной подложки размещается поверх ячейки со стороны поли(этиленвинил ацетатной) пленки, обращенной к стороне LDPE пленки заранее сформированного содержащего лист кармана. Пленочные слои из двух листов скрепляются вместе с помощью низкой температуры, формируя единую структуру. Получающаяся тепловая ячейка содержит экзотермическую композицию в виде частиц, запечатанную в карман между двумя листами пленочной слоеной подложки. Найдено, что тепловые ячейки, приготовленные описанным здесь способом, особенно эффективны в получении стабильных долговременных и контролируемых температур нагрева первоначально и в течение желательной тепловой обработки, при том условии, что тепловые ячейки содержат экзотермическую композицию, содержащую определенное здесь выбранное соотношение среднего размера частиц поглощающего гелеобразующего материала к порошку железа.
Альтернативно, индивидуальные тепловые ячейки могут быть приготовлены с использованием вакуума для сформирования кармана. То есть вакуум используется, чтобы втянуть поверхность пленочной слоеной подложки в форму, когда премикс композиции в виде частиц размещается на верхней части поверхности пленочной слоеной подложки непосредственно над формой. Премикс композиции в виде частиц спадает каплями в сформированный вакуумом карман и удерживается на месте вакуумом, приложенным к премиксу композиции в виде частиц в нижней части формы. Затем концентрированный соляной раствор быстро добавляется поверх композиции премикса. Вторая поверхность пленочной слоеной подложки затем размещается поверх первой поверхности пленочной слоеной подложки так, что экзотермическая композиция в виде частиц располагается между двумя поверхностями. Экзотермическая композиция в виде частиц затем герметизируется между первой и второй поверхностями пленочной слоеной подложки.
Получающиеся тепловые ячейки могут использоваться сами по себе или как множество тепловых ячеек, причем тепловые ячейки могут встраиваться в различные одноразовые нагревательные устройства типа одноразовых телесных оберток. Как правило, телесные обертки имеют средства для удержания оберток на месте вокруг различных частей тела, таких как колено, шея, спина и т.д., и могут содержать любое число типов и форм, причем средства удержания содержат крепежную систему типа крепежной системы из двух частей в виде крючка и петли для повторного застегивания.
Получающиеся тепловые ячейки предпочтительно упакованы во вторичной воздухонепроницаемой упаковке, чтобы предотвратить проявление окислительной реакции до тех пор, пока это не желательно, как описано в вышеупомянутом патенте США №4649895, уже включенном сюда посредством ссылки. Альтернативно, воздухонепроницаемые сменные липкие полосы могут размещаться поверх дегазационных отверстий в тепловых ячейках, чтобы, когда полосы удаляются, воздух мог проникать в тепловую ячейку, активируя тем самым окислительную реакцию порошка железа.
ПРИМЕРЫ
Нижеследующие примеры далее описывают и демонстрируют варианты осуществления в объеме настоящего изобретения. Эти примеры даются исключительно с целью иллюстрации и не должны толковаться как ограничения настоящего изобретения, так как много изменений возможно без отхода от сущности и объема изобретения. Все приведенные примеры концентраций являются массовыми процентами, если не указано иного.
Экзотермические композиции в виде частиц, приведенные ниже, приготовлены с помощью традиционных методов смешивания для формирования экзотермических композиций в виде частиц, причем получающиеся композиции обеспечивают конструкцию тепловых ячеек по настоящему изобретению.
Премикс приготовляется добавлением активированного угля и воды в смеситель или миксер типа Littlefbrd Day Mixer и смешиванием за примерно десять минут. Затем добавляется поглощающий гелеобразующий материал типа полиакрилата, и смесь смешивается за примерно 10 минут. Далее в миксер добавляется порошок железа типа губчатого железа, и результирующий премикс смешивается за примерно 5 минут.
Примерно 2,2 грамма результирующей композиции премикса добавляются в заранее сформированный карман, который сформирован 1, чтобы получить карман в листе нетканого полипропиленового материала, который покрыт пленкой LDPE.
Затем подготавливается концентрированный соляной раствор добавлением в миксер воды, соли металла типа хлорида натрия и необязательно тиосульфата натрия и смешиванием за примерно пятнадцать минут. Результирующий концентрированный соляной раствор затем быстро добавляется на композицию премикса, чтобы получить конструкцию из одной или нескольких тепловых ячеек по настоящему изобретению.
2
2
Плоский лист полипропиленового нетканого материала, покрытый поли(этиленвинил ацетатом), размещается затем поверх тепловой ячейки и термически скрепляется с нижним листом. Материал вокруг тепловой ячейки обрезается, чтобы обеспечить 2,5 см избыточного материала вокруг периметра ячейки. Сотня пробойников диаметром приблизительно 0,5 мм вдавливается одновременно в одну сторону ячейки, пока они не проникнут приблизительно на 100% в экзотермическую композицию, но не через нижний лист. Этот процесс перфорации приводит к диффузионной проницаемости О примерно 1 куб.см/min./5 см (при 21°С, 1 атм). Ячейка начинает вырабатывать тепло вскоре после того, как соляной раствор добавляется к композиции в виде частиц, поэтому верхний и нижний листы скрепляются, и законченная тепловая ячейка быстро пакетируется в воздухонепроницаемую вторичную упаковку для будущего использования.
Получающиеся тепловые ячейки могут быть встроены в одноразовые нагревательные устройства, содержащие одноразовые телесные обертки типа оберток спины, оберток колена, оберток суставов, менструальных оберток, оберток «шея-рука» и т.д.
Экзотермические композиции в виде частиц
Компонент
Пример 1 (масс.%)
Пример 2 (масс.%)
Пример 3 (масс.%)
Порошок железа
60,40
56,75
58,70
Активированный уголь
4,05
3,81
3,94
Поглощающий гелеобразующий материал
5,09
4,78
4,94
Хлорид натрия
3,02
3,47
1,38
Тиосульфат натрия
0,38
0,43
-
Вода
27,06
30,76
31,04
Хотя описаны частные варианты осуществления изобретения, подходящие для использования в экзотермических композициях в виде частиц по настоящему изобретению, для специалистов очевидно, что различные замены и модификации настоящего изобретения могут быть сделаны без отхода от сущности и объема изобретения. Все такие модификации, которые находятся в объеме данного изобретения, предполагается охватить в приложенной формуле изобретения.