Способ изготовления тепловых ячеек, содержащих экзотермические композиции с поглощающим гелеобразующим материалом

Способ изготовления тепловых ячеек, содержащих экзотермические композиции с поглощающим гелеобразующим материалом

Реферат

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 №5.918.590, 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 неактивированных углеродных материалов. Другие подходы включают в себя добавление водопоглощающих или водоудерживающих материалов. См., например, одноразовые нагревательные устройства, раскрытые в патентах США №№6.436.126, 6.099.556 и 5.233.981. 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, 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, поливинилхлорид, 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.

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 см³ до примерно 20 см³, предпочтительно от примерно 0,2 см³ до примерно 11 см³. 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 см³ до примерно 2000 см³, предпочтительно от примерно 1,25 см³ до примерно 10 см³.

Тепловые ячейки по настоящему изобретению предпочтительно имеют площадь поперечного сечения ячейки от примерно 0,03 см² до примерно 20 см², более предпочтительно от примерно 0,1 см² до примерно 15 см², еще более предпочтительно от примерно 1 см² до примерно 10 см² и наиболее предпочтительно от примерно 3 см² до примерно 7 см². 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., что также обеспечивает улучшенную согласованность с формами тела, и, следовательно, обеспечивает ровное однородное тепло 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.

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 O₂/min./5 см² до примерно 15,0 куб.см O₂/min./5 см² (при 21°С, 1 атм), предпочтительно от примерно 0,9 куб.см O₂/min./5 см² до примерно 3 куб.см O₂/min./5 см² (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 самоклеющийся 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.

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^th Edition, Terrence Allen, (1990), каковые описания включены в сюда посредством ссылки во всей полноте. Для пояснения ситового метода примерно 100±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 Tyler 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