熱敷布的製作方法

2023-11-30 11:28:11 2

專利名稱：熱敷布的製作方法
技術領域：
應用熱量來對人類和動物進行醫療處理或美容處理的方案自古就為人所知。原來的應用方式是將浸透溫水的布塊用於舒緩剃鬚後的面部皮膚、感冒時用的熱裹布、肌肉痙攣時用的泥敷膏或者胃部不適時用的裝滿熱水的加溫瓶。
背景技術：
在現代的實施方案中，在運動器官的醫療應用中，替代前面提及的方案，也應用裝有水性凝膠的、可再利用塑膠袋，例如Hansaplast⑧熱/冷-包(Hansaplast Hot/Cold Pack)。這類產品的缺點在於，該應用型體必須事先被加溫，例如在水浴中或在微波爐中被加溫，並且在應用期間則連續散失熱量。除了前面提到的應用的很多其他的表現型體和適用場合外，自從20世紀開始以來，越來越多地使用自粘貼式熱敷布。在此，其中這種熱敷布的主要應用領域是運動器官的疼痛狀態，但還有美容適用場合，如疤痕處理或脂肪團處理。熱敷布兩種最常見的基本系統，一個是將藥用活性物質一有效物質釋放到皮膚中，並且在那裡使其起到生理作用，例如含辣椒素的產品，例如Hansaplast .ABC_熱敷布 (Hansaplast ABC Warme-Pflasto:)。第二類熱敷布利用放熱的化學反應，例如鐵的放熱氧化來作為純物理的熱源，該熱源將熱量釋放到在敷布下的組織上，例如Hansaplast 治療熱墊(Hansaplast Therapeutic Heat Pad)。具有用於熱感受的有效物質的敷布的不利之處在於第一，必須經歷一定的時間， 直至相應有效物質的起作用的量從敷布基體中滲入皮膚中。同樣地，熱感受是因人而異的， 從而某一產品均一化地製造的成批的熱敷布對於不同的使用者而言可能有著從「不熱」到 「太熱」的感受。附加地，大量的身體自身因素和外部因素強化了這種個人化的對熱感受，所述因素諸如運動、桑拿浴、水床、不透氣的衣服。含有效物質的熱敷布的另一缺點在於，已經滲入使用者皮膚的有效物質在移除敷布之後還要繼續起效相當長的時間。在基於放熱化學反應的敷布中，一方面的不利在於，這種敷布直至達到預定溫度需要一定的預備時間。依照日本工業標準「一次性人體加熱器」(「Disposable Body Warmers")要求所述時間在達到至少40°C時最多為30分鐘。一旦所述化學反應開始，則不再能使其停止。由此，這樣的產品僅適用於直接在打開包裝後的一次性使用。在使用期間，產品在最高溫度方面表現出波動以及在反應結束時， 表現出無差別的溫度下降。但依照日本工業標準，溫度在30分鐘後應當處於最小40°C與最大45°C之間，並且在8小時的使用時長後，不應降至低於39°C。

發明內容
本發明的任務是，提供一種相對於公知的熱敷布可供選擇的熱敷布，這種熱敷布表現為均勻的並且可由消費者控制的發熱。
在根據本發明的熱敷布中，發熱通過基於碳納米管(Carbon Nanotube-CNT)的電阻加熱元件來進行。相應配備的敷布在接通並將電壓加載到CNT加熱元件上之後，在30至 180秒之內，達到其完全的熱功率，並且該敷布於是能夠以士 2°C的極限在整個應用時長上保持熱功率恆定。優選的是，溫度波動低於士 rc。有利的是，一旦CNT-加熱元件的供電中斷，則發熱終止。由於質量很小，而進行迅速的冷卻。特別有利的是，CNT-加熱元件的熱功率可以藉助開關調節或者藉助分立元件或半導體來無級調節。最簡單的是，與前置電阻(串聯電阻)相結合通過附加的開關進行調整， 由此，視個人的舒適而定，可以預選以2級或更多級方式的熱功率。在特定的實施方式中，可行的是，熱功率通過預先編程的、集成到敷布中的或外部的控制機構來調節，從而例如實現確定的溫度曲線或按區間進行加溫。根據本發明的熱敷布的功能性和集成化的組成部分是由碳納米管(Carbon Nanotubes-CNT)製成的加熱元件。CNT的壁一如富勒烯的壁或如石墨的平面均僅由碳組成，其中，碳原子採用具有六角形的蜂巢狀結構以及各自三個鍵合對。管的直徑大多在l-50nm的範圍內，並且對於單個管而言，長度為數毫米，並且對於管束而言，長度已達20釐米。視結構的細節而定，管內的導電能力是金屬性的或者是半導體性的；還已經公知如下的碳管，其在低溫下是超導的。 CNT由純的碳組成，其各個單個碳原子布置成柵格網狀的管。管結構在此可以是在兩側都敞開的、單側敞開的或者是兩側都閉合的。此外，CNT可以選自單壁的、雙壁的、多壁的、功能化的CNT或CNT束以及它們的混合體。根據本發明，優選的是多壁的CNT。各個單個CNT是優良的電導體和熱導體。在橫截面相類似的情況下，CNT相對於銅具有約1000倍的載流能力。室溫下CNT的導熱能力大致是金剛石導熱能力的兩倍，並且大約是銅的導熱能力的15倍。除了其他製造商，在市面上，例如奧地利的艾森施塔特的公司carbon-NT&F 21提供了名為Millenium-Tube或Millenium-Fiber的相應的多壁CNT。CNT的另一提供者是 CNT有限公司(韓國)(CNT C0.，LTD (Korea))，該公司銷售名為「C-Tube」的CNT。為了製造根據本發明的熱敷布，將粉末狀的或者分散的、特別是懸浮的CNT引入平面式的應用型體中，以作為複合物。CNT在此可以作為薄層塗覆到基底上並且與其物理地相連，例如作為「漆塗」或者通過混合工藝均勻地加入基質系統中，例如，作為CNT聚合物基質。這樣的複合物的公知的製造方法不會由於應用CNT而受到限制，可以應用所有通常所用的噴塗系統、塗覆系統、混合機、捏合機、擠出機等。如果在這樣的複合物中存在足夠多的CNT，則CNT可以構成柵格網結構，類似於嵌入式無紡布的結構，其中各個單個CNT發生碰觸。在電流通過這樣的柵格網結構時，通過在 CNT的彼此的碰觸部位上出現的接觸電阻而產生電壓降並且進而發熱。因為在這種情況下，相對於常見的電阻加熱，完全不需要增強增大系統剛度的線材絞合，所以根據本發明的熱敷布可以不僅非常薄，而且非常柔韌。這允許了 CNT熱敷布在製造方式和應用型體方面的高成型自由度。
對於CNT在根據本發明的熱敷布中的應用而言，極為重要的是，提供了各個單個碳納米管儘可能均質的分布，而不出現通常存在於CNT粉末中的較大的CNT聚團。這種解聚可以通過對CNT分散體的預處理來執行，例如藉助超聲波發生器通過超聲波來處理。通過在該分散體中這樣產生的空穴，CNT聚團彼此碎裂成各個單個的CNT。但處理條件必須依賴於所應用的CNT被非常謹慎地選擇，這是因為過強的超聲波作用可能導致各個單個管縮短。在第二準備步驟中，還要從這種方式預先處理的、經超聲波處理的CNT分散體中去除雜質，諸如無定形碳、催化劑剩餘物等。因為雜質一般具有比CNT初級顆粒更高的密度，所以初級顆粒可以被輕易地離心出來。浮於上層的、解聚的並且經淨化的CNT分散體則可以被直接用於製造根據本發明的CNT複合物。CNT分散體優選是固態的CNT在液態的基質中的懸浮體。CNT在已製成的複合物中的份額通常在佔複合物總質量的1至15重量％之間變動。優選的是，使用水蒸氣透過性的和/或吸溼性的基質。這樣的基質可以防止在熱敷布的下方形成溼氣並且進而防止由於汗水而使粘貼力失去或者在局部出現過熱效應。優選的是，用作基質的是液態矽樹脂一所謂的液態矽橡膠(Liquid Silicon RiAber，LSR)，就像其在市面上常見的那樣，例如由拜耳股份公司(BAYER AG)或者陶氏公司 (DOff)來提供。在此，涉及的是如下的反應樹脂系統，其中，僅在將至少兩種組分加以混合或者通過輻照之後開始交聯。在這種情況下，解聚的並且經淨化的CNT藉助混合系統與一種或兩種LSR組分均質地混合，必要時，除去CNT解聚的分散劑，並且CNT/矽樹脂混合物通過注塑、擠出、鑄型、 壓制或者其他矽樹脂加工類型而被加工成對於終產品所需的型體，並且然後將其聚合生成固態的產物。所應用的矽樹脂的交聯類型在此對於終產品來講無關緊要，如同矽樹脂分子精細結構或者其他添加劑，它們可以根據最終的熱敷布的應用特性而能被選定。含CNT的複合物的最終型體在此可以通過澆鑄、噴鑄、注塑、擠出、成型壓制等來製造。這樣的CNT/矽樹脂複合物的層厚度可以為直至數毫米。但優選的是，厚度在100 μ m 與2500 μ m之間，這是因為該厚度具有優良的柔韌性和斷裂強度。根據本發明，熱敷布可以同樣通過將含CNT的漆或顏料塗覆到基底(載體材料) 上來製造。漆或顏料在此可以是基於水或溶劑的。在此，在加工漆時，CNT的份額可以明顯低於1重量％ (佔漆的總質量)，這使得薄而均質的CNT層的製造大大變得簡單。在溶劑蒸發以後，CNT濃度又相應地高，以便足以構造CNT-CNT接觸並且進而在加載電壓時表現出發熱。普適的加工方案可以利用對於漆和顏料常見的技術來進行，例如噴塗、印製、塗刷或浸入，並伴隨接下來的乾燥過程和/或在反應漆情況下的交聯過程。通過加工含CNT 的漆，可以達到大約ΙΟμπι至IOOym的非常小的功能性層厚度。用於熱敷布的CNT柵格網結構的兩種前面介紹的製造方案達到了 1歐姆/平方米 (ohm/sq)至100歐姆/平方米的電阻。
「歐姆每平方米」是用於單位面積電阻的相對量度(Vergleichsmaii) (Rsp = R乘以試樣的長度乘以試樣的寬度)並且使得可以對層厚度的影響進行比較。用於製造根據本發明的熱敷布的CNT複合物的應用的另一可行性方案表現為所謂的巴基紙(Bucky Paper)。該巴基紙是僅有純CNT製成的材料型體。另一型體可以由CNT 與紙纖維的混合物組成，將該型體加工成紙張型體。在另一實施方式中，其中嵌有CNT的基質自身為敷布的粘貼層。基於CNT的在化學上的惰性，在此粘貼基質的分子基本結構並不重要。可以應用極性的、還有非極性的、含溶劑的、還有不含溶劑的熱熔壓敏性粘貼劑，還可以應用水性凝膠基質(巴布劑， cataplasm)。同樣可行的是，向CNT粘貼基質中添加所有常見類型的添加劑，用於改善最終的產品特性。為了給根據本發明的熱敷布供電，前面介紹的CNT複合物至少在兩個不直接相鄰的點上設有電接觸部位。有利的是，兩個導體電路集成在相對置的側上或者直接集成到CNT 層中。導體電路可以由金屬箔、金屬線材、導電漆或其他導電材料製成，並且產生了 CNT至電源的連結點。用於根據本發明的熱敷布的電源相應地通過其他導體(例如銅線纜)與所述接觸部位相連接，其中，電流可以通過開關被中斷或激活。特別有利的是，通過附加的控制可行性方案能調整出可預先選定的溫度或溫度曲線，所述控制可行性方案例如是可存儲編程的控制件(SPS)。根據本發明的熱敷布通過電源來供電，所述電源提供最大48V的電壓，特別是提供3V至12V的電壓。由此，根據本發明的熱敷布明顯處於帶壓電元件的電活性敷布的範圍下，其需要100V至3000V的充電電壓。相對於藉助壓電器件用以釋放美容的、皮膚病用的或醫療的有效物質的電活性敷布，這樣的基於根據本發明的CNT熱敷布的方案由此對於使用者來說在電的方面明顯更為安全。在此，可以使用市面上常見的原電池或可再充電的蓄電池或電源適配器 (Steckernetzteil)。優選的是紐扣電池，特別優選的是柔性的平面式的原電池或蓄電池， 這是因為由於其尺寸小而易於將其集成到熱敷布中。但是同樣可行的是呈太陽能電池形式的能量源。為了持續應用，同樣可以設置有連至行動電話、汽車和摩託車的電源的連接部。在根據本發明的熱敷布的最簡單的實施方式中，CNT、導體電路和能量源被集成到一個粘貼基質中，其中，粘貼基質在一側被以非粘貼性的載體材料來覆蓋。根據本發明，由合成原料和天然原料製成的所有剛性的和彈性的平面成型件均可適合作為載體材料。優選的是如下的載體材料，所述載體材料這樣使用，即，該載體材料滿足適於功能的繃帶的特性。例如，列出如下織物，諸如梭織物、針織物、無緯織物 (Gelege)、無紡布、(膠合)層壓物、網、薄膜、泡沫以及紙張。此外，可以預處理以及後續處理所述材料。常見的預處理方案有電暈處理和疏水化；通行的後續處理有砑光、調溫、(膠合)層壓(Kaschieren)、衝壓和覆蓋。在本發明優選的實施方式中，使用聚合物薄膜、無紡布、梭織物以及它們的組合作為載體材料。此外，可以選擇諸如聚乙烯、聚丙烯和聚氨酯的聚合物或者還有天然纖維作為載體材料。
根據本發明，特別優選的是，應用茂金屬-聚乙烯無紡布作為載體材料。這樣的茂金屬-聚乙烯無紡布優選具有下列特性-40至200g/m2，特別是60至120g/m2的單位面積重量，和/或-0. 1至0. 6mm，特別是0. 2至0. 5謹的厚度，和/或-最高拉力延伸率縱向為400至700%，和/或-最高拉力延伸率橫向為250至550%。同樣地，可以使用公知的無紡布作為載體材料，該無紡布被機械地固定，具體而言，是通過用單獨的線進行包縫來固定或通過結成網孔來固定。在第一種情況下，獲得了無紡布-線縫合織物。為了製造這樣的無紡布-線縫合織物，給出如下的纖維無紡布，其例如
可以被橫向配置布條(quertafeln)並且藉助單獨的線按照編鏈組織方式和經平組織方式
來包縫。在第二類固定方案中，同樣優選給出橫向配置布條的無紡布。在固定過程期間，針從無紡布自身中牽拉出纖維並且針將纖維結成網孔，其中，接縫依照編鏈組織的形式來產生。優選的是，載體材料是可透水蒸汽的，以便可以在使用期間導出皮膚大量的排汗。在朝向皮膚的側上，有利的是，CNT粘貼基質設有覆蓋薄膜，用於在使用前保護粘貼性的基質。這種覆蓋薄膜在此可以由所有對於使用目的而言常見的材料製成，並且粘貼基質統一為全平面的或者為了更好的可移除性而由兩種或更多種必要時搭接的相同或不同的材料製成。在優選的實施方式中，CNT層未集成於粘貼基質中，而是作為單獨的層加入在粘貼基質與載體材料之間。為了電絕緣和為了防止CNT可能遷移到粘貼基質或載體材料中，可以在各個單個層之間加入由對於CNT非透過性的材料製成的附加的阻截層。這種CNT非透過性的材料在此可以將CNT複合物以袋型體完全包圍。同樣有利的是，在CNT複合物與載體材料之間加入熱絕緣層，例如金屬箔。根據本發明的CNT熱敷布的尺寸和外部形狀是任意的並且可以與相應的適用場合相匹配。為了用在運動器官的患病處或者為了處理脂肪團，還可以選擇大面積矩形的形狀，為了抗皺處理或有針對性地釋放美容或皮膚病的有效物質，還可以選擇很小的相應於應用區域預先成型的幾何形狀。附加於單純使用為熱敷布地，可以將根據本發明的CNT熱敷布同樣在與含有效物質的基質相組合下使用，其中，熱量使得皮膚滲透得到改善。在這類應用中，美容的、醫療的、或皮膚病用的有效物質作為例如單一系統被加入朝向皮膚的粘貼基質中。用於將護理性的、美容的或藥用的物質給入皮膚中的敷布的作用機理在此基於諸如透皮治療系統(TTS)的類似功能原理。用於將有效物質給送進入皮膚或透過皮膚的透皮治療系統長久以來為人公知，並且表現為敷布式的、特別是摻有藥物的系統。所述物質例如藥物依賴於時間從TTS中的釋放依賴於其分布係數TTS/皮膚及其在TTS和皮膚的區域中擴散來進行。這兩個因素通過基質的組成來確定，由此，每時間單位釋放的量和有效性的持續時長可以受到直接影響。通常地，為此使用水膠體、增溶劑和增強劑，它們實現了改善的溶解度和擴散以及物質快速從TTS過渡到皮膚中。
通過給基質加溫，可以提高所有基質小粒的活動性，必要時可以使固態有效物質在應用時液化。由此，實現了每單位時間有更大量的有效物質發生擴散和滲透。通過熱效應改善了對皮膚區域的整體給送，由此可以使有效物質附加地必要時更深地滲入有待處理的區域中。在含有效物質的CNT熱敷布的另一根據本發明的實施方式中，有效物質可以處在一貯存系統中，而不是處在單一的基質系統中。特別有利的是，在此，有效物質被包含到固態的凝膠結構中，例如包含在明膠凝膠中，明膠凝膠作為單獨的層處在朝向皮膚的粘貼基質與含CNT的層之間。這具有如下優點，貯存器可以包含非常高濃度的有效物質，而不會影響到粘貼力，有效物質的儲存穩定性通過更為牢固的結合到凝膠結構中而得到提高，並且在此，必要時可以防止有效物質與粘貼基質的不相容性，以及含有效物質的CNT熱敷布的使用持續時長和釋放持續時長可以得到延長。在CNT敷布應用並且相應發熱時，凝膠結構軟化或液化並且之前牢固結合的有效物質可以自由地通過粘貼基質擴散到皮膚中。依照有效物質溶解度，在此可以應用親水性以及親脂性的凝膠結構。藥用有效的或對皮膚病有效的物質可以向根據本發明的熱敷布的粘貼基質添加， 優選添加至40重量％，特別是添加至0. 1到25重量％，尤為特別地是添加至0. 5到10重量％。典型的有效物質是(在本發明的範疇內並不是完全提出)
權利要求
1.熱敷布，具有發熱層，其中，所述發熱層具有一定含量的碳納米管(Carbon Nanotubes-CNT)。
2.根據權利要求1所述的熱敷布，其特徵在於，所述發熱層由嵌在基質中的CNT製成， 其中，CNT彼此部分地碰觸並且構成導電的網絡。
3.根據權利要求2所述的熱敷布，其特徵在於，所述發熱層具有濃度為1至15重量％ 的 CNT。
4.根據前述權利要求中的至少一個所述的熱敷布，其特徵在於，所述CNT被嵌在矽樹脂基質、漆基質、粘貼基質、紙基質中。
5.根據權利要求1所述的熱敷布，其特徵在於，所述發熱層由純CNT製成，其中，所述 CNT彼此部分地碰觸並且構成導電的網絡，特別是巴基紙。
6.根據前述權利要求中的至少一個所述的熱敷布，其特徵在於，所述發熱層與載體材料平面式地連接。
7.根據前述權利要求中的至少一個所述的熱敷布，其特徵在於，應用由合成的和天然的原料製成的剛性的或彈性的平面成型件作為載體材料。
8.根據前述權利要求中的至少一個所述的熱敷布，其特徵在於，使用聚合物薄膜、梭織物、針織物、無緯織物、無紡布、層壓物、網、薄膜、泡沫和/或紙張以及它們的組合體作為載體材料。
9.根據前述權利要求中的至少一個所述的熱敷布，其特徵在於，對所述載體材料進行預處理和/或後續處理，優選通過電暈處理和疏水化、砑光、調溫、層壓、衝壓和/或覆蓋來進行預處理和/或後續處理。
10.根據前述權利要求中的至少一個所述的熱敷布，其特徵在於，為了供電，所述發熱層至少在兩個未直接相鄰的點上設有電接觸部位，有利的是，通過在相對置的側上的兩個導體電路形成。
11.根據權利要求10所述的熱敷布，其特徵在於，所述導體電路由金屬箔、金屬線材、 導電漆或其他導電材料製成。
12.根據前述權利要求中的至少一個所述的熱敷布，其特徵在於，所述CNT、所述導體電路以及所述能量源被集成到一個粘貼基質中，其中，所述粘貼基質在一側被以非粘貼性的載體材料覆蓋。
13.根據權利要求8所述的熱敷布，其特徵在於，所述載體材料包含聚乙烯、聚丙烯和聚氨酯或者還包含天然纖維，特別是茂金屬-聚乙烯無紡布材料。
14.根據前述權利要求中的至少一個所述的熱敷布，其特徵在於，所述粘貼基質具有藥用有效的或對皮膚病有效的物質，優選佔到40重量％，特別優選為0. 1至25重量％，尤為特別優選為0.5至10重量％。
全文摘要
應用熱量來對人類和動物進行醫療處理或美容處理的方案自古便為人公知。原來的實施方式有將浸透溫水的布塊用於舒緩剃鬚後的面部皮膚、感冒時用的熱裹布、肌肉痙攣時用的泥敷膏或者胃部不適時用的裝滿熱水的加溫瓶。在根據本發明的熱敷布中，發熱通過基於碳納米管(Carbon Nanotubes-CNT)的電阻加熱元件來進行。
文檔編號A61F13/02GK102159164SQ200980136182
公開日2011年8月17日 申請日期2009年8月20日 優先權日2008年9月15日
發明者卡爾-海因茨·韋勒爾, 哈龍·伊瑞斯密斯, 多米尼克·尼米克 申請人:拜爾斯道夫股份有限公司