凝膠化的冷卻包的製作方法

2023-12-08 19:27:16 3

專利名稱：凝膠化的冷卻包的製作方法
背景技術：
本發明涉及一種冷卻包，它是利用材料溶解在液體中生成的負溶解熱。
通過材料在液體中溶解時的負溶解熱製冷的緊湊的自冷裝置在本領域是眾所周知的。Williams的美國專利3,804,077公開一種冷卻包，其中包括在一個區域中的水溶性材料(硝酸銨)和起膠凝劑作用的澱粉材料，以及在另一個區域中的水。當用戶破壞了區域之間的隔膜時，這些成分就發生混合。硝酸銨的溶解是吸熱的，從周圍吸收熱量並「製冷」。已經知道澱粉凝膠能夠製成一些穩定性的冷卻包，它能抑制包中的混合成分在重力作用下的不均勻分布。延長這種冷卻包有效製冷的持續時間，因為它能抑制水使其不象在無凝膠存在時那麼迅速地遇到硝酸銨。
由於包中材料的粒度和密度差別很大，所以在裝運期間，澱粉往往積累在包的底部。這類包的成分往往分布得很不均勻。包的某些區域膠凝得過分好，但它們並不冷，因為凝膠阻礙了水和硝酸銨互相向對方的擴散。包的其它區域則膠凝得不夠，它們由於製冷持續的時間短又變得太冷。在使用前，為了試圖使澱粉分布得均勻，應該搖動冷卻包。均勻的分布並不是總能達到的。這會造成包與包之間膠凝性能和隨後溫度下降的不一致。
此外，在許多現有技術的裝置中，使用粉末狀的澱粉。使用粉末狀的澱粉，能提供在冷溶液中迅速生成凝膠的能力。在冷卻包的製造過程中，粉末狀的澱粉重量非常輕，並有生成粉塵的傾向。澱粉粉塵能汙染塑膠袋包裝的密封區，所以密封不好或不牢固。有相當一部分粉末損失在粉塵控制系統中，造成單個冷卻包成本的增加。此外，粉末狀的澱粉爆炸危險性極大，在工廠加工冷卻包的過程中，造成不安全的工作條件。
發明概述在本發明的一個方面，提供一種凝膠化的冷卻包，其中包括附著的膠凝劑，膠凝劑塗敷在粒狀的複合「製冷」材料上，形成可滲透的，優選液體可滲透的，不連續的覆層。這後一種材料能與液態的第二種材料互相作用製冷。冷是由粒狀的複合材料溶解在液態的第二種材料中的負溶解熱產生的，液態的第二種材料優選水溶液。「製冷」材料可以是例如許多銨鹽，錫、鈷或鎳鹽，鹼金屬鹽，或尿素之類有機化合物中的一種。優選的「製冷」材料是硝酸銨，特別是顆粒的形式，優選低密度的硝酸銨顆粒。優選的膠凝材料是澱粉。可通過噴灑、浸泡、刷塗，或採用一種粘結材料，將其塗敷到硝酸銨的顆粒上。冷卻包也可包含相變材料，相變材料可以延長裝置實際製冷的持續時間。
這些材料被裝在一次性容器中隔開的、不能滲透液體的導熱區域中，使在一個區域中包含塗敷有膠凝劑的粒狀「製冷」材料，而另一個區域則包含液體材料。每一種這樣的區域，都可以有任意個。一次性容器可由與其環境一致的聚合材料製造。
本發明凝膠化的冷卻包是通過裝置的觸發而製冷，其中包括破壞上述區域之間的隔膜。該隔膜可以是一次性使用的易碎的薄膜。
本發明的另一個方面，提供一種冷卻物體的方法，這種方法是在觸發之前或之後，使物體與本發明的冷卻包接觸。為了冷卻物體，使裝置觸發製冷，被冷卻的物體可以是動物體的一部分，優選人體的一部分，或被冷卻的物體可以是一種食品或飲料。
本發明的另一個方面，提供一種塗敷硝酸銨顆粒的方法，通過將膠凝劑塗敷到硝酸銨顆粒上，製成可滲透的、不連續的膠凝劑層和乾燥顆粒/膠凝劑複合物。
本發明的冷卻包具有許多優點。在裝置操作時，膠凝劑形成均勻分布的凝膠。這種凝膠的存在能防止混合的製冷材料沉降在底部並降低裝置的效率。
均勻的凝膠還能提高裝置的有效壽命，從而得到比從前所能達到的更長的製冷時間。
本發明的冷卻包，膠凝劑在包內具有極好的分散作用。將膠凝劑附著到製冷材料上，在包觸發時，不能使膠凝劑起「球」，或不會使膠凝劑基本上不被潤溼。在本發明的冷卻包中，所附著的膠凝劑，在製冷材料上不形成連續的塗層，因此，在包觸發時，並不阻礙溫度開始下降。
製造本發明的冷卻包包括少得多的粉末狀的膠凝劑，一般是澱粉的起塵。包的密封是比較均勻的，密封不容易失敗。
本發明還能製造比從前更小的冷卻包，這也是由於能更有效地使用這些成分。由於所有的膠凝劑都可用來被潤溼，所以不需考慮未被潤溼的部分而加入過量的膠凝劑。
除非另有規定，本申請使用的所有技術和科學術語，其含意都與本發明所屬領域中普通技術人員一般理解的相同。雖然在本發明的實踐或實驗中，可以採用與本申請所述相似或相同的方法和材料，但下面所述的是一些適宜的方法和材料。全文引入本申請提到的所有出版物、專利申請、專利和其它參考文獻作為參考。在出現矛盾的情況下，以包括定義在內的本說明書為準。此外，這些材料、方法和實施例只是用來說明，而不是限制本發明。
從下面的詳細說明和權利要求中，可以明顯地看出本發明的特徵和優點附圖簡述

圖1是本發明凝膠化的冷卻包實施方案和相似的未凝膠化的冷卻包在包表面上測定的溫度對時間標繪的對比曲線。
對優選實施方案的說明本發明是基於下列發現膠凝劑能附著在冷卻包中使用的製冷材料上，其附著方式並不明顯地阻礙或延遲製冷的開始，對效率也沒有不利的影響。膠凝劑和製冷材料實際上是無塵的，結果使冷卻包的組裝得到改進。在裝運和處理過程中，避免了膠凝劑和製冷材料的基本分離，基本上提高了冷卻包性能的可靠性和重現性。製冷材料本發明使用二種材料，當它們發生相互接觸時，就相互作用製冷。這些材料即可以發生化學反應，也可以發生物理作用製冷。
製冷的化學反應(吸熱反應)是一些顯示負反應熱的反應。例如氫氧化鋇水溶液和硫氰酸銨之間的化學反應是吸熱反應，產生冷。
製冷的物理相互作用是顯示負溶解熱的相互作用。例如，硝酸銨、硝酸鉀、硫酸銨和氯化銨之類的無機鹽溶解在水中製冷。另一些有效的製冷材料是尿素之類的有機材料和其它的無機鹽類如溴化銨、碘化銨、氯化鉀、氯化錫的二水合物、二氨化鈷、二氯化鈷六水合物和硝酸鎳六水合物。
與製冷材料相互作用的材料是液體。液體可以是水溶液，即水或包含其它成分如羥基和多羥基物質，例如乙醇、丙三醇、乙二醇、丙二醇和類似的化合物的水。
如下面所敘述的，本發明凝膠化的冷卻包的另一些成分，例如可以是相變材料。
本發明優選的實施方案，是製冷材料發生物理相互作用製冷的方案。優選的製冷材料包括硝酸銨。硝酸銨很容易以珠狀丸的形式買到，這種珠狀丸也稱作顆粒，既可以是高密度的形式，也可以是低密度的形式。這些顆粒是粒狀的複合材料。對於凝膠化的冷卻包，低密度的形式是優選的，因為它更容易溶解，得到所需要的快速降溫。低密度的顆粒還包括重量百分數較低(約0.5％至約5％(重量)，時常為約1％至約3％(重量))的粘土粘結劑，例如高嶺土。然而，低密度的硝酸銨顆粒比高密度的顆粒更容易產生粉塵。這使凝膠化冷卻包的製造商放棄低密度硝酸銨性能上的優點，以避免採用這種材料使製造過程複雜化。
我們採用的由供應商提供的高密度和低密度的二種硝酸銨顆粒(佛羅裡達州，坦帕，Nitram有限責任公司)具有相同的比重(即1.7g/cc)。然而，這二種顆粒的堆密度卻多少有些不同。低密度的硝酸銨顆粒是堆密度(g/cc)為每立方釐米約0.60至約0.90g，或約0.65至約0.85g/cc的顆粒。高密度的硝酸銨顆粒是堆密度為約0.90至約1.10g/cc，或約0.95至約1.05g/cc的顆粒。這些堆密度是通過測定高密度和低密度硝酸銨顆粒試樣的體積和重量測定的。
在本發明的水基凝膠化的冷卻包中，每100ml水中的製冷材料為約50至約150g，優選每100ml水中為約75至約140g。膠凝劑在本發明中使用的膠凝劑是有機的或無機的；在本發明中，這二種類型的膠凝劑都是有效的。可以使用無機化合物，例如金屬氧化物、金屬醇鹽、或金屬氧化物的鹼金屬鹽。這些無機化合物包括鋅的氧化物、錫的氧化物、鈦的氧化物、鋯的氧化物、和矽酸鹽和鋁酸鹽與水和乙醇之類的溶劑相組合。
在本發明中使用的優選的膠凝劑是有機膠凝劑。有效的有機膠凝劑包括包括澱粉在內的碳水化合物之類的有機化合物；聚丙烯醯胺；多元醇如季戊四醇；或含蛋白質的材料如乾燥的凝膠。這些試劑能與溶劑如水、丙酮、乙醇、二甲氧基四甘醇組合以生成凝膠。對本領域的技術人員而言，許多其它有機和無機基凝膠系統的實例也是已知的。
有機膠凝劑是特別優選的，它們與水溶液反應後生成凝膠。已經發現，含有多羥基的有機聚合物膠凝劑在本發明的冷卻包中能很好的使用。這類膠凝劑包括各種多糖化合物。已經發現，在本發明的一些實施方案中，澱粉是特別有效的。
澱粉包括α-D-吡喃葡糖基單元的直鏈(直鏈澱粉)和支鏈(支鏈澱粉)聚合物的混合物。直鏈澱粉是通過(1→4)α-配糖鍵互相鍵合的D-吡喃葡糖基單元的直鏈聚合物。支鏈澱粉是α-D-吡喃葡糖基單元高支化的聚合物，其中主要是(1→4)鍵，但也包含位於支化點的(1→6)α-配糖鍵。可從澱粉中分離的其它非碳水化合物材料包括脂肪酸、蛋白質、酶和無機材料，它們一般均以少量存在。可以從許多來源分離澱粉，其中包括從玉米、軟質玉米、小麥、黑麥、大麥、高粱、或水稻的種子，或木薯、馬鈴薯、或竹芋之類植物的根，或西谷椰子樹的木髓中分離澱粉。
澱粉一般以其凝膠化溫度表徵，凝膠化溫度是開始為稀的不透明的澱粉懸浮液變粘稠、變成半透明的並最終變成透明的溫度。直鏈澱粉的含量，從幾乎為0至約85％，大部分殘餘物是由支鏈澱粉組成的。某些澱粉膏劑的增稠是由直鏈澱粉直鏈分子的締合作用引起的。玉米澱粉能製成穩定性的凝膠。軟質玉米的澱粉(直鏈澱粉異常的低，或沒有直鏈澱粉)在稀的分散體中不能膠凝，但在高濃度(30％)下能形成可逆的凝膠，在50-60℃下可逆的凝膠重新分散。
澱粉可以其取代程度來表徵。通過與游離羥基反應可以引入取代基。所引入的取代基數目由分析確定，可用官能團的百分數表示(例如，氮、磷、氯、羥烷基、或羧基)，或優選以取代程度表示。取代程度表示每個脫水葡萄糖單元取代基的數目，取代程度可根據下式計算DS=(162)(A)/100(B)-(C-1)(A)式中DS是取代程度，A是由分析確定的取代基百分數，B是A的式量，在C與B不同時，C是被引入的所有取代基的式量。取代程度等於3係指在脫水葡萄糖單元上的所有3個羥基位置都被取代。
在本發明的冷卻包中，需要冷水的凝膠化作用。預先凝膠化的澱粉(包括預先煮過的澱粉)是通過對它們進行凝膠化加工乾燥的產品，對於這類應用是有效的。這種類型的澱粉能在冷水中溶漲和分散，因為其顆粒已被破碎，其分子不能發生高度締合。這後一種作用是由於在分子線形擴展和締合之前，迅速脫水的結果。噴霧乾燥、轉鼓乾燥、氣脹擠壓和泡沫加熱都是生產預膠凝澱粉的適宜方法。
澱粉，包括預凝膠化的澱粉，都可以通過交聯作用加以改性，以增加抗剪切性能，耐熱性能和耐極高或極低氫離子濃度的性能。澱粉可以被部分地氧化，以提高其穩定性。澱粉可通過與硝酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽或黃原酸鹽的無機酯化作用，或通過用羧酸、酸酐、酸性氯化物、或乙烯酯處理的有機酯化作用衍生。對於本發明的應用，也可以製成澱粉醚。
另一類冷水溶漲的澱粉，是高度取代的親水性的澱粉衍生物。在這類澱粉中，既可以在均相反應系統中有意使顆粒的結構碎裂，也可以通過取代基使顆粒弱化到在與水接觸時使其水合和分散。
羥烷基澱粉也適合在本發明的冷卻包中作為膠凝劑。這類澱粉包括羥基乙醚磷酸氫酯澱粉，和2-羥丙基醚磷酸氫酯澱粉。在取代程度為0.15-1.0的條件下，這類羥烷基澱粉是可冷水溶解的。
在聚合物科學和技術大全(the Encyclopedia of PolymerScience and Technology),12卷，邊緣科學出版社；John Wiley Sons有限責任公司，1970,pp.819-847中，有關於澱粉凝膠化作用的詳細資料。澱粉的生產和轉化方法，對本領域的技術人員而言，是眾所周知的。
在本發明的冷卻包中優選使用的澱粉，是冷水水合的澱粉，這種澱粉能耐溫度約-5℃。可以購到的適宜澱粉是Binasol 90C、Binasol81、soft-Set、Mira-thik 603、Mira-thik 606、Mira-thik 609、Mira-thik 468、Mira-thik 469、和Mira-Gel 463澱粉(伊利諾斯州，德卡特，A.E.Staley Mfg.公司)。特別優選的是Binasol 90C和Mira-thik 468澱粉。
在本發明凝膠化的冷卻包中使用的膠凝劑量，每100ml水可為約5至約25g膠凝劑。高於此量會妨礙達到最大的溫度下降，低於此量，在冷卻包中不能提供足夠的凝膠化作用。在本發明凝膠化的冷卻包中，優選的膠凝劑量為每100ml水約10至約25g。附著方法將膠凝劑附著到製冷材料上，以製成低粉塵的複合物。這大大地簡化了包的製造，由於膠凝劑和製冷材料往往都含有很多的粉塵。這些粉塵使得很難製成可靠的包密封，由於必須使用粉塵控制系統如空氣過濾器，並造成成分的大量浪費，而且大大地增加了製造凝膠化的冷卻包的設備中的爆炸的危險性。
可以從許多適宜的方法中，選擇將膠凝劑附著到製冷材料上的方法。這些方法包括將膠凝劑噴灑到製冷材料上，把製冷材料浸入膠凝劑中，使用一種塗敷到製冷材料上的粘結材料，然後將帶有粘結劑的製冷材料在膠凝劑中滾動，或用膠凝劑噴灑。這種方法能以粘結方式將足夠的膠凝劑附著到製冷材料上，能基本上抑制在處理時膠凝劑顆粒與製冷材料的分離。
不希望在製冷材料的表面上形成連續的膠凝劑覆層，因為這會導致延遲製冷材料與溶解製冷材料的液體開始反應。與其相反，粘結的方法能將膠凝劑均勻地分布在冷卻包中，使膠凝劑被束縛在包內發生製冷反應的區域。在本發明凝膠化的冷卻包中，膠凝劑的溶解在製冷中並不是限制步驟。
現有技術凝膠化的冷卻包的缺點是，在裝運或儲存過程中，膠凝劑變成局部化，例如集中在凝膠化冷卻包的角落裡，隨後不經用戶將其基本上重新分布，就不能發揮其作用。膠凝劑的潤溼作用是不均勻的，很多膠凝劑被浪費，因為它未曾起懸浮和分布製冷材料的作用。這是浪費膠凝劑的。本發明的冷卻包在用戶使凝膠化的冷卻包觸發以後就將被分散的膠凝劑分散在整個容器中。
將膠凝劑顆粒粘結到製冷材料上優選包括乾燥步驟，以抑制水分從吸溼的製冷材料重新分布到膠凝劑上。在包觸發之前，這種重新分布會降低膠凝性能，因此能降低本發明冷卻包製冷的性能。乾燥附著膠凝劑的製冷材料，可採用許多方法進行，其中包括在強制通風的乾燥箱中乾燥、在外熱式的旋轉乾燥器中乾燥、或採用本領域的技術人員所知的其它乾燥方法乾燥。還可選用的成分本發明凝膠化的冷卻包還可包含其它成分。其中包括相變材料。當從固相向液相、從一種固相向另一種固相，或與此相反，發生相變時，相變材料能儲存或釋放潛熱。
相變材料起溫度穩定劑的作用。當凝膠化的冷卻包開始冷卻時，從相變材料中放出熱量，引起其相變，優選發生凍結。這應理解為，在裝置能達到的溫度範圍內，選擇能發生凍結的材料。被凍結的相變材料，有助於長時間維持被降低的溫度，因為相變材料的重新熔化會吸收熱量。直到相變材料完全熔化為止，熔化相變材料所需的熱量不起使冷卻包升溫的作用。這會延長本發明冷卻包的有效使用壽命。
適宜的相變材料是在正常的環境溫度下是液態，但它在接近需冷卻包穩定的溫度下熔化。一系列均相烷烴的熔點與下表所示的原子數有直接的關係
上面的每一種材料都可以單獨或組合地封裝起來，例如，封裝在微囊中，微囊的尺寸為約1至約10μm，微囊是按本領域的技術人員所熟知的任一參考文獻(Vandergaer,J.E.，微囊法加工和應用，Plenum出版社，紐約，1974；Nixon,J.R.，微囊法，Marcel Dekker有限責任公司，紐約，1976)中所述的方法製造的。當預定的冷卻溫度接近其熔點時，上述的每一種化合物都是非常有效的。根據前述內容可以看到，選擇適宜的相變材料，並將它們以封裝的形式加入本發明的冷卻包中，能顯著地提高根據本發明的專用凝膠化冷卻包的性能。容器將裝製冷材料、膠凝劑和任何還可有的成分的容器製造成具有至少一個第一區域和至少一個第二區域。第一區域包含複合的製冷材料/膠凝劑。第二區域包含溶劑。在該裝置操作前和操作後，這些區域必須裝有這些成分，所以這二個區域都必須是不能透過液體的。該容器還必須能從外部向內部導熱，使容器的外部冷卻，從而冷卻容器外部任何需要冷卻的物體。
為了開始製冷的相互作用，製冷材料和與其相互作用的第二種材料必須發生相互接觸。在本發明中，這是優選通過打通、選擇性穿孔、拉破或採用其它方法，破壞區域之間的隔膜進行的。在優選的實施方案中，溶劑是一種液體，更優選水溶液。在破壞隔膜之後，可將水溶液轉移到包含製冷材料和膠凝劑的區域中。然而，還觀察到，在破壞隔膜之後，能將製冷材料和膠凝劑轉移到包含水的區域中。這二個區域都還可以包含相變材料。
優選隔膜包含用手使容器變形就能將其拉破、穿孔或破壞的材料。在包括多於單對的容器區域的實施方案中，設想本發明的冷卻包包括適當增加的隔膜數目，以便可以在各種區域之間建立通道，足以提供所需的冷。在只採用單對區域的實施方案中，也可以採用多個隔膜。本發明不受冷卻包中區域並置或區域結構的限制。
對隔膜或沿隔膜施加的壓力，能選擇性地將隔膜拉破、穿孔，或採用其它方式破壞隔膜，同時卻保持容器的外表面和包圍容器的表面，以及第一和第二區域完好無損。隔膜可由許多種實用結構中的任一種組成。在優選的實施方案中，隔膜包括在第一和第二區域之間延伸的易碎或不結實的壁，隔膜是可用手分開的，因而能破壞隔膜。在另一個優選的實施方案中，隔膜是包含第一區域的容器的易碎或不結實的壁，第一區域適合被包在第二區域中(一種「袋中袋」結構)。
在另一個實施方案中，採用拉片破壞隔膜。當拉動時，拉片就破壞了隔膜，在第一和第二區域之間形成通道。在不太優選的實施方案中，隔膜包括一個帶塞子的孔眼，當對其施加壓力時，該塞子是可以除去的。也通過隔膜形成通道。在另一個實施方案中，隔膜包括具有許多孔的壁，在施加壓力下，這些孔位就被拉破，使各區中的材料互相接觸。隔膜也可由可移動的圓盤或蓋組成，它們能被刺穿或採用其它方法弄穿，或由擋片組成，例如易碎的擋片。
另外，當隔膜受到外壓時，能使隔膜變形，形成一個或優選形成多個裂縫或狹縫。裂縫可從隔膜的邊緣或周邊向內延伸，或可使它們位於隔膜邊緣或周邊的中間。然而，預料任何適合破壞隔膜的方法都可用於本發明。本領域的人員會理解其它可能的方案。
容器優選包括薄的、撓性的和導熱的材料，各區域中所裝的任何內容物都不能對該材料產生有害的影響，而且該材料能耐所遇到的溫度。這一類材料可以是聚合材料，其中包括含離子鍵的聚合物膜(例如Surlyn，可從杜邦公司購到)，聚乙烯、聚丙烯和聚酯膜(例如MYLAR膜，可從杜邦公司購到)，鋁膜和鍍鋁的聚合物膜，和其它常規的塑料或其它適合容納冷卻液體的包裝材料，例如橡膠、乙烯基樹脂、或覆乙烯基樹脂的織物。乙烯基樹脂的密封，一般是採用射頻密封方法進行的，這是本領域的人員所熟知的。已經發現，採用厚度約0.02mm至約0.1mm透明的乙烯基樹脂是令人滿意的。這使容器起薄壁包囊的作用，其形狀能與周圍的形狀一致。
該容器優選包括上層和下層，它們在邊緣上粘結在一起，形成氣密的基本上是平面的包囊。隔膜的壁最好包含不結實的或薄的區域，當對其施加壓力時，這些區域能夠拉破。
在優選的實施方案中，導熱材料是金屬箔，例如基本上由鋁或銅組成的金屬箔，或鍍金屬的塑料薄膜，例如鍍鋁的聚酯。可採用任何適宜的方法，例如焊接、熱密封、超聲波焊接、溶劑焊接、摺疊密封、或採用粘結劑將材料的邊緣粘結在一起。在另一個優選的實施方案中，容器採用的材料是一種含離子鍵的聚合物膜。
在冷卻包的製造過程中，容器優選在每個區域包括一個開口端或開口側，分別用於加入製冷材料/膠凝劑和液體。在這些材料加入之前，其它的側面或邊緣都是密封的。將組分加入到容器的不同區域後，將開口側密封。容器的尺寸和形狀，以及容器內區域的並置和結構，將根據預定的應用而變化。也可採用其它的組裝程序適宜地組裝冷卻包。例如在區域呈環形配置，或袋中袋配置的情況下，例如可先真空密封一種區域，然後再裝入另一種區域。在一個具體的實施方案中，各區採用疊層式配置。本發明不受容器內區域配置的限制。
在組裝後和使用前，冷卻包處在靜態條件下，優選冷卻包在使用一次後廢棄處理。在本發明的另一個實施方案中，在本發明的冷卻包中採用多個第一區和/或第二區。如前所述，在這些實施方案以及只有單對區域的實施方案中，可以使用一個以上的隔膜。
應用本發明，用戶可以破壞或打通隔膜。然後用戶將一個區域內的材料分布到另一個區域中，或者相反。在優選的實施方案中，將包含液體的第二個區域內的內容物分布到第一個區域的製冷材料/膠凝劑中。
本發明的冷卻包在許多應用中是有效的。當通過冷卻包中液體介質的對流，向裝置的外表面上傳遞冷流時，可以觀察到按相反方向傳遞熱流，在進一步向其它物體傳遞的場合，根據具體的應用，也採用熱包。在這類應用中，將冷卻包設計成適合這些應用的形狀。例如在某些實施方案中，冷卻包用於冷卻食品或飲料。冷卻食品或飲料使用的冷卻包，可被設計成能滿足某些性能標準，例如在某一時間內，達到某一使用溫度。
本發明的冷卻包也可在醫療機構、家庭、或休養場所用於治療目的，或用於解除過熱。冷卻包也可以用於冷卻勞損的肌肉、關節或韌帶，或用於處理或防止中暑虛脫。
很容易使本發明的冷卻包用於外科手術或其它醫療目的，例如用於人或獸醫的外科手術。由於本冷卻包具有極好的穩定特性，所以患者的不舒服、可能發生的組織疼痛，會由於過冷而明顯地減輕。
對於這些和其它的應用，冷卻包優選包括固定裝置，該裝置能先使冷卻包定位，例如固定在四肢上，隨後使裝置觸發，不再進行位置的調節。適宜的固定裝置包括條帶、膠帶、或能重複使用的有附著力的條帶，例如VELCORO條帶。冷卻包可製成袖狀物，把袖狀物製成能放在四肢如人、馬、狗或任何其它動物腿周圍所需的尺寸。能將平整的冷卻包插入紡織品袖狀物或包紮物中。袖狀物的直徑是可調的，能對各類患者使用相同的袖狀物。另外，冷卻包可製成墊狀物，使其能在被冷卻的人或動物體的表面如背和胸上展開。可以在與被冷卻的物體接觸之前或之後，使冷卻包觸發。本申請使用的術語「觸發」係指隔膜的破壞或其它操作，以混合一次性容器各區域所裝的材料，從而使各區域所裝的材料開始相互作用，以及用手或其它方法將冷卻包中的材料混合在一起，保證這些材料均勻地分布，所以也保證了均勻地冷卻。
本發明的冷卻包易適合應用於治療目的。許多類型的損傷都非常需要應用冷來處理。這些損傷包括肌肉和韌帶的勞損和扭傷，以及風溼病、關節炎等病痛。冷卻包的這類應用也需要將其製成袖狀物或墊狀物，其中包括固定裝置，例如上面所述的那些。
採用自冷的一次性凝膠化冷卻包冷卻物體的方法，也是本發明的特徵。該方法由下列步驟組成製備上述的冷卻包，破壞隔膜使冷卻包觸發，用手或其它方法，將第一和第二區域中的材料混合在一起，以確保這些材料的接觸，將冷卻包放在冷卻的物體上實際使用。這種方法通過在物體和冷卻包之間建立和維持熱接觸來實施是非常有效的。在一些實施方案中，對於食品和飲料容器之類被冷卻的物體，冷卻包和容器是一個整體。在另一些實施方案中，只將冷卻包加到被冷卻的物體上，或使冷卻包的形狀適合被冷卻的物體。
在下面的實施例中，將進一步說明本發明，這些實施例並不限制在權利要求中所述的本發明的範圍。
實施例下面的實施例，說明了要求專利保護的本發明的一些具體實施方案的某些特性。實施例1採用低密度硝酸銨的凝膠化的冷卻包在一個實施例中，本發明凝膠化的冷卻包是如下製造的。Surlyn容器的一個區域裝有110ml無離子水。另一個區域裝有115g低密度的硝酸銨顆粒(佛羅裡達州，坦帕，Nitram有限責任公司)，通過稍微溼潤硝酸銨顆粒，並使它們在澱粉粉末中滾動，向這些顆粒上附著21g Binasol 90C澱粉(伊利諾斯州，戴卡特，A.E.Staley Mfg.公司)。區域之間的隔膜是由Surlyn製造的。實施例2採用高密度硝酸銨的凝膠化的冷卻包在另一個實施例中，本發明凝膠化的冷卻包的製造方法，與實施例1相同，具有以下改進。Surlyn容器的一個區域裝有120ml無離子水。另一個區域裝有115g高密度的硝酸銨顆粒，在硝酸銨顆粒上附著16g Binasol 90C澱粉。實施例3凝膠化的冷卻包與非凝膠化的冷卻包性能的對比將根據實施例1中所給成分的冷卻包，與下面製備的非凝膠化的冷卻包的性能進行對比。將130g低密度硝酸銨顆粒放入Surlyn容器的一個區域中，其另一個區域裝有120ml無離子水。這二種容器均裝有易碎性的密封隔膜。環境溫度為24℃。在時間為0時，把根據實施例1的凝膠化的冷卻包和上述非凝膠化的冷卻包的易碎密封同時破壞。將在隨後40分鐘內所得到的這二個裝置的表面溫度標繪於圖l。在圖1中包括根據實施例1的冷卻包的時間-溫度曲線1，和非凝膠化的冷卻包的時間-溫度曲線2。
如從圖1所看到的，從觸發作用後6分鐘到觸發作用後至少40分鐘的時間內，本發明凝膠化的冷卻包能比非凝膠化的冷卻包達到更低的溫度，在觸發作用後2分鐘時，這二種包達到的最低溫度之間的最大溫差僅3.1°F(1.7℃)。本發明凝膠化的冷卻包清楚地表明，在這整個時間內，其冷卻的有效持續時間超過非凝膠化的冷卻包。在本發明凝膠化的冷卻包中，膠凝劑分布的改進顯著地提高了膠凝作用和低溫性能的可靠性。
應當理解，雖然結合詳細說明敘述了本發明，但前述的說明只是用來說明本發明，而不限制本發明的範圍，本發明的範圍，是由所附權利要求的範圍規定的。本發明的其它方面、優點和改進，也在下述權利要求的範圍內。
權利要求
1．一種凝膠化的冷卻包，其中包括一次性的容器，其中該容器包括至少一個不能滲透液體的、導熱的第一區域，其包含能與液態的第二種材料相互作用以製冷的複合顆粒材料，將膠凝劑顆粒附著到其上，製成可滲透的不連續的覆層；至少一個不能滲透液體的、導熱的第二區域，其包括能與第一種區域中所述第一種材料相互作用以製冷的所述第二種材料；置於所述第一和第二區域之間的隔膜，該隔膜可用手操作，形成所述區域之間的通道，其中區域之間的通道，使膠凝劑開始凝膠化作用，生成容器中的凝膠，而且其中所述的通道使所述第一和第二種材料開始相互作用，結果在容器內製冷。
2．權利要求1的凝膠化的冷卻包，其中的第二種材料是水溶液。
3．權利要求1的凝膠化的冷卻包，其中的第一種材料選自硝酸銨、尿素、溴化銨、碘化銨、氯化鉀、氯化錫二水合物、二氨化鈷、二氯化鈷六水合物、和硝酸鎳六水合物。
4．權利要求3的凝膠化的冷卻包，其中的第一種材料是硝酸銨。
5．權利要求4的凝膠化的冷卻包，其中的硝酸銨是至少一種低密度顆粒的形式。
6．權利要求1的凝膠化的冷卻包，其中的膠凝劑是澱粉。
7．權利要求6的凝膠化的冷卻包，其中的膠凝劑被噴到第一種材料上。
8．權利要求6的凝膠化的冷卻包，其中還包括將膠凝劑粘附到第一種材料上的粘結劑。
9．權利要求1的凝膠化的冷卻包，其中的容器包括能與其周圍形狀一致的薄壁包囊。
10．權利要求9的凝膠化的冷卻包，其中的容器包括聚合物材料。
11．權利要求1的凝膠化的冷卻包，其中還包括多個第一和第二區域。
12．權利要求1的凝膠化的冷卻包，其中的隔膜是一次使用的易碎薄膜。
13．權利要求1的凝膠化的冷卻包，其中還包括封裝的相變材料。
14．一種凝膠化的冷卻包，其中包括一次性使用的聚合的容器，其中該容器包括至少一個不能滲透液體的、導熱的第一區域，其中包含附著到低密度硝酸銨上的澱粉；至少一個不能滲透液體的、導熱的第二區域，其中包含水；一個置於所述第一和第二區域之間的一次使用的易碎的薄膜，該隔膜是可操作的，以在所述的區域之間形成通道，其中區域之間的通道使容器內的澱粉開始凝膠化作用，在容器內生成澱粉凝膠，而且使硝酸銨和水開始相互作用，結果在容器內製冷。
15．一種冷卻物體的方法，其中包括以下步驟a)使權利要求1的凝膠化的冷卻包與被冷卻的物體接觸；b)破壞隔膜，形成區域之間的通道，從而使第一和第二種材料之間開始相互作用，結果在容器內製冷。
16．權利要求15的方法，其中被冷卻的物體是一種食品或飲料。
17．權利要求15的方法，其中被冷卻的物體是動物體的一部分。
18．一種採用膠凝劑塗敷硝酸銨的方法，該方法包括a)將膠凝劑塗敷到硝酸銨的顆粒上；b)乾燥硝酸銨顆粒，其中被塗敷的硝酸銨顆粒，基本上以膠凝劑不完全或不連續地覆蓋。
19．權利要求18的方法，其中的膠凝劑是澱粉。
全文摘要
本發明提供一種冷卻包,它是利用材料溶解在液體中的負溶解熱。該冷卻包還包括膠凝劑,膠凝劑被觸發生成凝膠。凝膠提供許多好處,其中包括較好的冷分布,延長冷卻包中冷的持續時間,能比現有技術的裝置更完全地利用冷卻包中的成分。
文檔編號A23L3/36GK1321074SQ99811599
公開日2001年11月7日 申請日期1999年7月30日 優先權日1998年7月31日
發明者M·W·薩賓 申請人:坦普拉技術公司