CN109124865A - 一种恒温相变薄片型自发热体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒温相变薄片型自发热体及其制备方法,所述的恒温相变薄片型自发热体由金属粉、活性炭、盐、吸水性聚合物、水容性聚合物、固‑固相变复合材料、固‑固相变复合材料和水组成。本发明在传统的配方上进行了改进,保证了自发热体的发热温度稳定性;可以通过调整相变材料配方,调整材料温度,可以使温度更佳的贴合人体需要;本发明也可以作为其他产品或者药物等辅助产品,用于人体保暖贴,配合药物如暖宫发热体,温度恒定,效果显著。
Description
技术领域
本发明涉及一种恒温相变薄片型自发热体及其制备方法。
背景技术
一直以来,将具有透气性的包覆材料内封入自发热组合物,从而产生氧化反应的发热体被广泛应用于人体取暖,目前市场上暖贴大多为片状贴剂,是由原料层、明胶层、无纺布三部分组成的,原料层是由铁、石、活性炭、无机盐、水等合成的聚合物,可在空气中氧气的作用下发生放热反应,从而达到暖的效果;现有自发热产品也有可以做到在一定温度范围内恒温发热的产品,这类产品使用的大多是相变微胶囊材料做为调控温度的材料,但是相变微胶囊的外壳均为高分子材料,如201711108499.8专利公开的相变微胶囊,热传导性比较差,影响了整体的使用效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种恒温相变薄片型自发热体及其制备方法,以解决现有技术中的问题。
首选涉及一种固-固复合相变材料,所述的固-固复合相变材料由活性炭和石蜡组成;
所述的固-固复合相变材料通过物理共混法制备,包括如下制备方法:
(1)将石蜡和乳化剂放置于90℃~95℃的水浴中加热、搅拌制备石蜡乳状液,乳化30~35min后,将石蜡乳状液温度降至60℃~65℃;
(2)将活性炭加入石蜡乳状液中,在60℃~65℃下,通过机械搅拌10~15min进行共混制备活性炭和石蜡的固-固复合相变材料;
(3)再将制备好的活性炭和石蜡的固-固复合相变材料降至室温,破碎制成粉状;
(4)将破碎制成粉状后的活性炭和石蜡的固-固复合相变材料重新放入60℃~65℃的水浴中加热,重复上述步骤(2)和(3)5次,将活性炭和石蜡乳化剂充分混合后,再重新破碎制成成粉状。
所述的石蜡的熔点为40℃~45℃;
所述的乳化剂的用量与石蜡的百分为为4%~6%,优选5%;
所述活性炭与石蜡乳化剂的百分比为15%~20%,优选17%;
所述的乳化剂为非离子表面活性剂,优选烷基酚聚氧乙烯醚;
一种恒温相变薄片型自发热体,厚度2~4mm,包括如下重量百分比组份:
各组份的百分比之和为100%;
优选的,所述的发热金属粉为铁粉,但不仅仅限于铁粉,还可以利用镁粉、钛粉、锌粉等其他氧化放热金属粉末;
优选的,所述的活性炭采用为碳晶,但不仅仅限于碳晶,也可以采用其他的碳结构体;
优选的,所述的吸水性聚合物采用聚丙烯酸盐系列;
优选的,所述水容性聚合物采用黄原胶、***胶或羧甲基纤维素(CMC)等,也可以使用其它水容性聚合物。
恒温相变薄片型自发热体及其制备方法,包括如下步骤:
(1)常温下将所述的金属粉、活性炭、盐、水容性聚合物、水容性聚合物混合搅拌,获得糊状物;
(2)常温下再将固-固复合相变材料加入到糊状物中搅拌混合,压制成片状或需要的其它立体状,再在700~720托真空度下,80~100℃干燥5~7小时,即可获得所述的恒温相变薄片型自发热体,配方量的水在使用时加入。
本发明的有益效果是:
石蜡做为相变材料进行储存和释放能量,其结构简单,容易结晶且具有较大的相变焓,活性炭用作骨架材料支撑整个材料的结构,其性能稳定,相变潜热高,含有活性炭和石蜡固-固复合相变材料的薄片型自发热体,因为自发热体本身就含有活性炭材料,可增强固-固复合相变材料热传导性,能够将温度在5~60min内,控制在一个恒定值,如40℃-45℃,优选的恒定值为42~44℃,进而发热体可以最适宜的温度作用在其他物体上。
本发明在传统的配方上进行了改进,保证了自发热体的发热温度稳定性;可以通过调整相变材料配方,调整材料温度,可以使温度更佳的贴合人体需要;本发明也可以作为其他产品或者药物等辅助产品,用于人体保暖贴,配合药物如暖宫发热体,温度恒定,效果显著。
附图说明
图1为温热装置结构示意图。
具体实施方式
实施例1
配方:
一种固-固复合相变材料,所述的固-固复合相变材料由活性炭和石蜡组成;
所述的固-固复合相变材料通过物理共混法制备,包括如下制备方法:
(1)将熔点为40℃石蜡和乳化剂放置于90℃的水浴中加热、搅拌制备石蜡乳状液,乳化30min后,将石蜡乳状液温度降至60℃;
(2)将活性炭加入石蜡乳状液中,在60℃下,通过机械搅拌10min进行共混制备活性炭和石蜡的固-固复合相变材料;
(3)再将制备好的活性炭和石蜡的固-固复合相变材料降至室温,破碎制成粉状;
(4)将破碎制成粉状后的活性炭和石蜡的固-固复合相变材料重新放入60℃的水浴中加热,重复上述步骤(2)和(3)5次,将活性炭和石蜡乳化剂充分混合后,再重新破碎制成成粉状。
乳化剂的用量与石蜡的百分为为4%;
活性炭与石蜡乳化剂的百分比为15%;
乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚;
一种恒温相变薄片型自发热体,厚度2~4mm,包括如下重量百分比组份:
发热金属粉为铁粉,活性炭采用为碳晶,吸水性聚合物采用聚丙烯酸盐系列;水容性聚合物采用黄原胶。
制备方法:
(1)常温下将所述的金属粉、活性炭、盐、水容性聚合物、水容性聚合物混合搅拌,获得糊状物;
(2)常温下再将固-固复合相变材料加入到糊状物中搅拌混合,压制成片状或需要的其它立体状,再在700托真空度下,100℃干燥5小时,即可获得所述的恒温相变薄片型自发热体,配方量的水在使用时加入。
采用如下的方法进行检测,恒温性能如下:
(1)装置:温热装置结构如图1所示,包括由恒温水桶1,置于恒温水桶1中的加热器2和搅拌器3组成;
(2)试验条件:在试验室大气条件为(25±2)℃,相对温度RH为(50-60)%的无风状态条件下。
(3)试验步骤:开启加热器2加热,使测温区域表面温度保持(35±1)℃;把真空密封的恒温相变薄片型的自发热体,在(25±2)℃环境中放置2H以上,取出自发热体,置于底衬材料(普通平面绒两层)之上,在自发热体外覆盖覆盖材料(200g/m232支纯棉布),在自发热体与覆盖材料之间***PT100热电阻(4mm直径,30mm长度),用松紧带固定。
观察升温过程,并开始记录,记下时间t0;每隔5分钟记录一次;测试发热40min内各时间段温度最高值,温度检测结果如下;
时间t/min | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | - |
温度T/℃ | 35.0 | 39.7 | 40.3 | 41.2 | 40.6 | 40.5 | 40.8 | 41.0 | 40.9 | - |
热传导性能如下:
准备含有相变微胶囊的薄片型自发热体和上述含有固-固复合相变材料的薄片型自发热体各三份,分成A、B、C三组,含有相变微胶囊的薄片型自发热体采用中国专利申请,专利号为201810496524.2中的产品。使用与上述检测条件相同的检测设备,同时检测含有相变微胶囊的薄片型自发热体与含有固-固复合相变材料的薄片型自发热体表面发热至40℃时的时间,检测结果如下表所示:
从上述检测结果中可以看出,含有相变微胶囊的薄片型自发热体温度升高到40℃时所需要的时间均大于含有固-固复合相变材料的薄片型自发热体,因此,含有固-固复合相变材料的薄片型自发热体的导热性能大于含有相变微胶囊的薄片型自发热体。
实施例2
配方:
一种固-固复合相变材料,所述的固-固复合相变材料由活性炭和石蜡组成;
所述的固-固复合相变材料通过物理共混法制备,包括如下制备方法:
(5)将熔点为43℃石蜡和乳化剂放置于93℃的水浴中加热、搅拌制备石蜡乳状液,乳化33min后,将石蜡乳状液温度降至63℃;
(6)将活性炭加入石蜡乳状液中,在63℃下,通过机械搅拌12min进行共混制备活性炭和石蜡的固-固复合相变材料;
(7)再将制备好的活性炭和石蜡的固-固复合相变材料降至室温,破碎制成粉状;
(8)将破碎制成粉状后的活性炭和石蜡的固-固复合相变材料重新放入63℃的水浴中加热,重复上述步骤(2)和(3)5次,将活性炭和石蜡乳化剂充分混合后,再重新破碎制成成粉状。
乳化剂的用量与石蜡的百分为为5%;
活性炭与石蜡乳化剂的百分比为17%;
乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚;
一种恒温相变薄片型自发热体,厚度2~4mm,包括如下重量百分比组份:
发热金属粉为铁粉,活性炭采用为碳晶,吸水性聚合物采用聚丙烯酸盐系列;水容性聚合物采用黄原胶。
制备方法:
(1)常温下将所述的金属粉、活性炭、盐、水容性聚合物、水容性聚合物混合搅拌,获得糊状物;
(2)常温下再将固-固复合相变材料加入到糊状物中搅拌混合,压制成片状或需要的其它立体状,再在710托真空度下,90℃干燥7小时,即可获得所述的恒温相变薄片型自发热体,配方量的水在使用时加入。
采用如下的方法进行检测,恒温性能如下:
(1)装置:温热装置结构如图1所示,包括由恒温水桶1,置于恒温水桶1中的加热器2和搅拌器3组成;
(2)试验条件:在试验室大气条件为(25±2)℃,相对温度RH为(50-60)%的无风状态条件下。
(3)试验步骤:开启加热器2加热,使测温区域表面温度保持(35±1)℃;把恒温相变薄片型的自发热体真空密封,在(25±2)℃环境中放置2H以上,取出自发热体,置于底衬材料(普通平面绒两层)之上,在自发热体外覆盖覆盖材料(200g/m232支纯棉布),在自发热体与覆盖材料之间***PT100热电阻(4mm直径,30mm长度),用松紧带固定。
观察升温过程,并开始记录,记下时间t0;每隔5分钟记录一次;测试发热40min内各时间段温度最高值,温度检测结果如下;
时间t/min | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | - |
温度T/℃ | 35.0 | 41.7 | 43.3 | 43.8 | 44.2 | 43.5 | 43.4 | 43.7 | 44.0 | - |
热传导性能如下:
准备含有相变微胶囊的薄片型自发热体和上述含有固-固复合相变材料的薄片型自发热体各三份,分成A、B、C三组,含有相变微胶囊的薄片型自发热体采用中国专利申请,专利号为201810496524.2中的产品。使用与上述检测条件相同的检测设备,同时检测含有相变微胶囊的薄片型自发热体与含有固-固复合相变材料的薄片型自发热体表面发热至43℃时的时间,检测结果如下表所示:
从上述检测结果中可以看出,含有相变微胶囊的薄片型自发热体温度升高到43℃时所需要的时间均大于含有固-固复合相变材料的薄片型自发热体,因此,含有固-固复合相变材料的薄片型自发热体的导热性能大于含有相变微胶囊的薄片型自发热体
实施例3
配方:
一种固-固复合相变材料,所述的固-固复合相变材料由活性炭和石蜡组成;
所述的固-固复合相变材料通过物理共混法制备,包括如下制备方法:
(1)将熔点为45℃石蜡和乳化剂放置于95℃的水浴中加热、搅拌制备石蜡乳状液,乳化35min后,将石蜡乳状液温度降至65℃;
(2)将活性炭加入石蜡乳状液中,在60℃下,通过机械搅拌15min进行共混制备活性炭和石蜡的固-固复合相变材料;
(3)再将制备好的活性炭和石蜡的固-固复合相变材料降至室温,破碎制成粉状;
(4)将破碎制成粉状后的活性炭和石蜡的固-固复合相变材料重新放入65℃的水浴中加热,重复上述步骤(2)和(3)5次,将活性炭和石蜡乳化剂充分混合后,再重新破碎制成成粉状。
乳化剂的用量与石蜡的百分为为6%;
活性炭与石蜡乳化剂的百分比为20%;
乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚;
一种恒温相变薄片型自发热体,厚度2~4mm,包括如下重量百分比组份:
发热金属粉为铁粉,活性炭采用为碳晶,吸水性聚合物采用聚丙烯酸盐系列;水容性聚合物采用黄原胶。
制备方法:
(1)常温下将所述的金属粉、活性炭、盐、水容性聚合物、水容性聚合物混合搅拌,获得糊状物;
(2)常温下再将固-固复合相变材料加入到糊状物中搅拌混合,压制成片状或需要的其它立体状,再在710托真空度下,95℃干燥6小时,即可获得所述的恒温相变薄片型自发热体,配方量的水在使用时加入。
采用如下的方法进行检测,恒温性能如下:
(1)装置:温热装置结构如图1所示,包括由恒温水桶1,置于恒温水桶1中的加热器2和搅拌器3组成;
(2)试验条件:在试验室大气条件为(25±2)℃,相对温度RH为(50-60)%的无风状态条件下。
(3)试验步骤:开启加热器2加热,使测试温区域表面温度保持(35±1)℃;把恒温相变薄片型的自发热体真空密封,在(25±2)℃环境中放置2H以上,取出自发热体,置于底衬材料(普通平面绒两层)之上,在自发热体外覆盖覆盖材料(200g/m232支纯棉布),在自发热体与覆盖材料之间***PT100热电阻(4mm直径,30mm长度),用松紧带固定。
观察升温过程,并开始记录,记下时间t0;每隔5分钟记录一次;测试发热40min内各时间段温度最高值,温度检测结果如下;
时间t/min | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | - |
温度T/℃ | 35.0 | 41.7 | 45.3 | 45.8 | 45.6 | 46.1 | 45.8 | 45.6 | 45.9 | - |
热传导性能如下:
准备含有相变微胶囊的薄片型自发热体和上述含有固-固复合相变材料的薄片型自发热体各三份,分成A、B、C三组,含有相变微胶囊的薄片型自发热体采用中国专利申请,专利号为201810496524.2中的产品。使用与上述检测条件相同的检测设备,同时检测含有相变微胶囊的薄片型自发热体与含有固-固复合相变材料的薄片型自发热体表面发热至45℃时的时间,检测结果如下表所示:
从上述检测结果中可以看出,含有相变微胶囊的薄片型自发热体温度升高到40℃时所需要的时间均大于含有固-固复合相变材料的薄片型自发热体,因此,含有固-固复合相变材料的薄片型自发热体的导热性能大于含有相变微胶囊的薄片型自发热体。
Claims (9)
1.一种恒温相变薄片型自发热体,其特征在于,所述的恒温相变薄片型自发热体由金属粉、活性炭、盐、吸水性聚合物、水容性聚合物、固-固相变复合材料、固-固相变复合材料和水组成,包括如下重量百分比组份:
各组份的百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的恒温相变薄片型自发热体,其特征在于,所述的发热金属粉为铁粉。
3.根据权利要求1所述的恒温相变薄片型自发热体,其特征在于,所述的活性炭采用为碳晶。
4.根据权利要求1所述的恒温相变薄片型自发热体,其特征在于,所述的吸水性聚合物采用聚丙烯酸盐系列。
5.根据权利要求1所述的恒温相变薄片型自发热体,其特征在于,水容性聚合物采用黄原胶、***胶或羧甲基纤维素(CMC)。
6.根据权利要求1所述的恒温相变薄片型自发热体,其特征在于,所述的固-固复合相变材料由活性炭和石蜡组成。
7.根据权利要求6所述的恒温相变薄片型自发热体,其特征在于,所述的石蜡的熔点为40℃~45℃。
8.根据权利要求1所述的恒温相变薄片型自发热体,其特征在于,发热温度在5~60min内,40℃-45℃范围内为恒定值。
9.一种恒温相变薄片型自发热体的制备方法,包括如下步骤,
(1)常温下将所述的金属粉、活性炭、盐、水容性聚合物、水容性聚合物混合搅拌,获得糊状物;
(2)常温下再将固-固复合相变材料加入到糊状物中搅拌混合,压制成片状或需要的其它立体状,再在700~720托真空度下,80~100℃干燥5~7小时,即可获得所述的恒温相变薄片型自发热体,配方量的水在使用时加入。
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