专利名称：热敷布的制作方法
技术领域：
应用热量来对人类和动物进行医疗处理或美容处理的方案自古就为人所知。原来的应用方式是将浸透温水的布块用于舒缓剃须后的面部皮肤、感冒时用的热裹布、肌肉痉挛时用的泥敷膏或者胃部不适时用的装满热水的加温瓶。
背景技术：
在现代的实施方案中，在运动器官的医疗应用中，替代前面提及的方案，也应用装有水性凝胶的、可再利用塑料袋，例如Hansaplast⑧热/冷-包(Hansaplast Hot/Cold Pack)。这类产品的缺点在于，该应用型体必须事先被加温，例如在水浴中或在微波炉中被加温，并且在应用期间则连续散失热量。除了前面提到的应用的很多其他的表现型体和适用场合外，自从20世纪开始以来，越来越多地使用自粘贴式热敷布。在此，其中这种热敷布的主要应用领域是运动器官的疼痛状态，但还有美容适用场合，如疤痕处理或脂肪团处理。热敷布两种最常见的基本系统，一个是将药用活性物质一有效物质释放到皮肤中，并且在那里使其起到生理作用，例如含辣椒素的产品，例如Hansaplast .ABC_热敷布 (Hansaplast ABC Warme-Pflasto:)。第二类热敷布利用放热的化学反应，例如铁的放热氧化来作为纯物理的热源，该热源将热量释放到在敷布下的组织上，例如Hansaplast 治疗热垫(Hansaplast Therapeutic Heat Pad)。具有用于热感受的有效物质的敷布的不利之处在于第一，必须经历一定的时间， 直至相应有效物质的起作用的量从敷布基体中渗入皮肤中。同样地，热感受是因人而异的， 从而某一产品均一化地制造的成批的热敷布对于不同的使用者而言可能有着从“不热”到 “太热”的感受。附加地，大量的身体自身因素和外部因素强化了这种个人化的对热感受，所述因素诸如运动、桑拿浴、水床、不透气的衣服。含有效物质的热敷布的另一缺点在于，已经渗入使用者皮肤的有效物质在移除敷布之后还要继续起效相当长的时间。在基于放热化学反应的敷布中，一方面的不利在于，这种敷布直至达到预定温度需要一定的预备时间。依照日本工业标准“一次性人体加热器”(“Disposable Body Warmers")要求所述时间在达到至少40°C时最多为30分钟。一旦所述化学反应开始，则不再能使其停止。由此，这样的产品仅适用于直接在打开包装后的一次性使用。在使用期间，产品在最高温度方面表现出波动以及在反应结束时， 表现出无差别的温度下降。但依照日本工业标准，温度在30分钟后应当处于最小40°C与最大45°C之间，并且在8小时的使用时长后，不应降至低于39°C。
发明内容
本发明的任务是，提供一种相对于公知的热敷布可供选择的热敷布，这种热敷布表现为均勻的并且可由消费者控制的发热。
在根据本发明的热敷布中，发热通过基于碳纳米管(Carbon Nanotube-CNT)的电阻加热元件来进行。相应配备的敷布在接通并将电压加载到CNT加热元件上之后，在30至 180秒之内，达到其完全的热功率，并且该敷布于是能够以士 2°C的极限在整个应用时长上保持热功率恒定。优选的是，温度波动低于士 rc。有利的是，一旦CNT-加热元件的供电中断，则发热终止。由于质量很小，而进行迅速的冷却。特别有利的是，CNT-加热元件的热功率可以借助开关调节或者借助分立元件或半导体来无级调节。最简单的是，与前置电阻(串联电阻)相结合通过附加的开关进行调整， 由此，视个人的舒适而定，可以预选以2级或更多级方式的热功率。在特定的实施方式中，可行的是，热功率通过预先编程的、集成到敷布中的或外部的控制机构来调节，从而例如实现确定的温度曲线或按区间进行加温。根据本发明的热敷布的功能性和集成化的组成部分是由碳纳米管(Carbon Nanotubes-CNT)制成的加热元件。CNT的壁一如富勒烯的壁或如石墨的平面均仅由碳组成，其中，碳原子采用具有六角形的蜂巢状结构以及各自三个键合对。管的直径大多在l-50nm的范围内，并且对于单个管而言，长度为数毫米，并且对于管束而言，长度已达20厘米。视结构的细节而定，管内的导电能力是金属性的或者是半导体性的；还已经公知如下的碳管，其在低温下是超导的。 CNT由纯的碳组成，其各个单个碳原子布置成栅格网状的管。管结构在此可以是在两侧都敞开的、单侧敞开的或者是两侧都闭合的。此外，CNT可以选自单壁的、双壁的、多壁的、功能化的CNT或CNT束以及它们的混合体。根据本发明，优选的是多壁的CNT。各个单个CNT是优良的电导体和热导体。在横截面相类似的情况下，CNT相对于铜具有约1000倍的载流能力。室温下CNT的导热能力大致是金刚石导热能力的两倍，并且大约是铜的导热能力的15倍。除了其他制造商，在市面上，例如奥地利的艾森施塔特的公司carbon-NT&F 21提供了名为Millenium-Tube或Millenium-Fiber的相应的多壁CNT。CNT的另一提供者是 CNT有限公司(韩国)(CNT C0.，LTD (Korea))，该公司销售名为“C-Tube”的CNT。为了制造根据本发明的热敷布，将粉末状的或者分散的、特别是悬浮的CNT引入平面式的应用型体中，以作为复合物。CNT在此可以作为薄层涂覆到基底上并且与其物理地相连，例如作为“漆涂”或者通过混合工艺均勻地加入基质系统中，例如，作为CNT聚合物基质。这样的复合物的公知的制造方法不会由于应用CNT而受到限制，可以应用所有通常所用的喷涂系统、涂覆系统、混合机、捏合机、挤出机等。如果在这样的复合物中存在足够多的CNT，则CNT可以构成栅格网结构，类似于嵌入式无纺布的结构，其中各个单个CNT发生碰触。在电流通过这样的栅格网结构时，通过在 CNT的彼此的碰触部位上出现的接触电阻而产生电压降并且进而发热。因为在这种情况下，相对于常见的电阻加热，完全不需要增强增大系统刚度的线材绞合，所以根据本发明的热敷布可以不仅非常薄，而且非常柔韧。这允许了 CNT热敷布在制造方式和应用型体方面的高成型自由度。
对于CNT在根据本发明的热敷布中的应用而言，极为重要的是，提供了各个单个碳纳米管尽可能均质的分布，而不出现通常存在于CNT粉末中的较大的CNT聚团。这种解聚可以通过对CNT分散体的预处理来执行，例如借助超声波发生器通过超声波来处理。通过在该分散体中这样产生的空穴，CNT聚团彼此碎裂成各个单个的CNT。但处理条件必须依赖于所应用的CNT被非常谨慎地选择，这是因为过强的超声波作用可能导致各个单个管缩短。在第二准备步骤中，还要从这种方式预先处理的、经超声波处理的CNT分散体中去除杂质，诸如无定形碳、催化剂剩余物等。因为杂质一般具有比CNT初级颗粒更高的密度，所以初级颗粒可以被轻易地离心出来。浮于上层的、解聚的并且经净化的CNT分散体则可以被直接用于制造根据本发明的CNT复合物。CNT分散体优选是固态的CNT在液态的基质中的悬浮体。CNT在已制成的复合物中的份额通常在占复合物总质量的1至15重量％之间变动。优选的是，使用水蒸气透过性的和/或吸湿性的基质。这样的基质可以防止在热敷布的下方形成湿气并且进而防止由于汗水而使粘贴力失去或者在局部出现过热效应。优选的是，用作基质的是液态硅树脂一所谓的液态硅橡胶(Liquid Silicon RiAber，LSR)，就像其在市面上常见的那样，例如由拜耳股份公司(BAYER AG)或者陶氏公司 (DOff)来提供。在此，涉及的是如下的反应树脂系统，其中，仅在将至少两种组分加以混合或者通过辐照之后开始交联。在这种情况下，解聚的并且经净化的CNT借助混合系统与一种或两种LSR组分均质地混合，必要时，除去CNT解聚的分散剂，并且CNT/硅树脂混合物通过注塑、挤出、铸型、 压制或者其他硅树脂加工类型而被加工成对于终产品所需的型体，并且然后将其聚合生成固态的产物。所应用的硅树脂的交联类型在此对于终产品来讲无关紧要，如同硅树脂分子精细结构或者其他添加剂，它们可以根据最终的热敷布的应用特性而能被选定。含CNT的复合物的最终型体在此可以通过浇铸、喷铸、注塑、挤出、成型压制等来制造。这样的CNT/硅树脂复合物的层厚度可以为直至数毫米。但优选的是，厚度在100 μ m 与2500 μ m之间，这是因为该厚度具有优良的柔韧性和断裂强度。根据本发明，热敷布可以同样通过将含CNT的漆或颜料涂覆到基底(载体材料) 上来制造。漆或颜料在此可以是基于水或溶剂的。在此，在加工漆时，CNT的份额可以明显低于1重量％ (占漆的总质量)，这使得薄而均质的CNT层的制造大大变得简单。在溶剂蒸发以后，CNT浓度又相应地高，以便足以构造CNT-CNT接触并且进而在加载电压时表现出发热。普适的加工方案可以利用对于漆和颜料常见的技术来进行，例如喷涂、印制、涂刷或浸入，并伴随接下来的干燥过程和/或在反应漆情况下的交联过程。通过加工含CNT 的漆，可以达到大约ΙΟμπι至IOOym的非常小的功能性层厚度。用于热敷布的CNT栅格网结构的两种前面介绍的制造方案达到了 1欧姆/平方米 (ohm/sq)至100欧姆/平方米的电阻。
“欧姆每平方米”是用于单位面积电阻的相对量度(Vergleichsmaii) (Rsp = R乘以试样的长度乘以试样的宽度)并且使得可以对层厚度的影响进行比较。用于制造根据本发明的热敷布的CNT复合物的应用的另一可行性方案表现为所谓的巴基纸(Bucky Paper)。该巴基纸是仅有纯CNT制成的材料型体。另一型体可以由CNT 与纸纤维的混合物组成，将该型体加工成纸张型体。在另一实施方式中，其中嵌有CNT的基质自身为敷布的粘贴层。基于CNT的在化学上的惰性，在此粘贴基质的分子基本结构并不重要。可以应用极性的、还有非极性的、含溶剂的、还有不含溶剂的热熔压敏性粘贴剂，还可以应用水性凝胶基质(巴布剂， cataplasm)。同样可行的是，向CNT粘贴基质中添加所有常见类型的添加剂，用于改善最终的产品特性。为了给根据本发明的热敷布供电，前面介绍的CNT复合物至少在两个不直接相邻的点上设有电接触部位。有利的是，两个导体电路集成在相对置的侧上或者直接集成到CNT 层中。导体电路可以由金属箔、金属线材、导电漆或其他导电材料制成，并且产生了 CNT至电源的连结点。用于根据本发明的热敷布的电源相应地通过其他导体(例如铜线缆)与所述接触部位相连接，其中，电流可以通过开关被中断或激活。特别有利的是，通过附加的控制可行性方案能调整出可预先选定的温度或温度曲线，所述控制可行性方案例如是可存储编程的控制件(SPS)。根据本发明的热敷布通过电源来供电，所述电源提供最大48V的电压，特别是提供3V至12V的电压。由此，根据本发明的热敷布明显处于带压电元件的电活性敷布的范围下，其需要100V至3000V的充电电压。相对于借助压电器件用以释放美容的、皮肤病用的或医疗的有效物质的电活性敷布，这样的基于根据本发明的CNT热敷布的方案由此对于使用者来说在电的方面明显更为安全。在此，可以使用市面上常见的原电池或可再充电的蓄电池或电源适配器 (Steckernetzteil)。优选的是纽扣电池，特别优选的是柔性的平面式的原电池或蓄电池， 这是因为由于其尺寸小而易于将其集成到热敷布中。但是同样可行的是呈太阳能电池形式的能量源。为了持续应用，同样可以设置有连至移动电话、汽车和摩托车的电源的连接部。在根据本发明的热敷布的最简单的实施方式中，CNT、导体电路和能量源被集成到一个粘贴基质中，其中，粘贴基质在一侧被以非粘贴性的载体材料来覆盖。根据本发明，由合成原料和天然原料制成的所有刚性的和弹性的平面成型件均可适合作为载体材料。优选的是如下的载体材料，所述载体材料这样使用，即，该载体材料满足适于功能的绷带的特性。例如，列出如下织物，诸如梭织物、针织物、无纬织物 (Gelege)、无纺布、(胶合)层压物、网、薄膜、泡沫以及纸张。此外，可以预处理以及后续处理所述材料。常见的预处理方案有电晕处理和疏水化；通行的后续处理有砑光、调温、(胶合)层压(Kaschieren)、冲压和覆盖。在本发明优选的实施方式中，使用聚合物薄膜、无纺布、梭织物以及它们的组合作为载体材料。此外，可以选择诸如聚乙烯、聚丙烯和聚氨酯的聚合物或者还有天然纤维作为载体材料。
根据本发明，特别优选的是，应用茂金属-聚乙烯无纺布作为载体材料。这样的茂金属-聚乙烯无纺布优选具有下列特性-40至200g/m2，特别是60至120g/m2的单位面积重量，和/或-0. 1至0. 6mm，特别是0. 2至0. 5謹的厚度，和/或-最高拉力延伸率纵向为400至700%，和/或-最高拉力延伸率横向为250至550%。同样地，可以使用公知的无纺布作为载体材料，该无纺布被机械地固定，具体而言，是通过用单独的线进行包缝来固定或通过结成网孔来固定。在第一种情况下，获得了无纺布-线缝合织物。为了制造这样的无纺布-线缝合织物，给出如下的纤维无纺布，其例如
可以被横向配置布条(quertafeln)并且借助单独的线按照编链组织方式和经平组织方式
来包缝。在第二类固定方案中，同样优选给出横向配置布条的无纺布。在固定过程期间，针从无纺布自身中牵拉出纤维并且针将纤维结成网孔，其中，接缝依照编链组织的形式来产生。优选的是，载体材料是可透水蒸汽的，以便可以在使用期间导出皮肤大量的排汗。在朝向皮肤的侧上，有利的是，CNT粘贴基质设有覆盖薄膜，用于在使用前保护粘贴性的基质。这种覆盖薄膜在此可以由所有对于使用目的而言常见的材料制成，并且粘贴基质统一为全平面的或者为了更好的可移除性而由两种或更多种必要时搭接的相同或不同的材料制成。在优选的实施方式中，CNT层未集成于粘贴基质中，而是作为单独的层加入在粘贴基质与载体材料之间。为了电绝缘和为了防止CNT可能迁移到粘贴基质或载体材料中，可以在各个单个层之间加入由对于CNT非透过性的材料制成的附加的阻截层。这种CNT非透过性的材料在此可以将CNT复合物以袋型体完全包围。同样有利的是，在CNT复合物与载体材料之间加入热绝缘层，例如金属箔。根据本发明的CNT热敷布的尺寸和外部形状是任意的并且可以与相应的适用场合相匹配。为了用在运动器官的患病处或者为了处理脂肪团，还可以选择大面积矩形的形状，为了抗皱处理或有针对性地释放美容或皮肤病的有效物质，还可以选择很小的相应于应用区域预先成型的几何形状。附加于单纯使用为热敷布地，可以将根据本发明的CNT热敷布同样在与含有效物质的基质相组合下使用，其中，热量使得皮肤渗透得到改善。在这类应用中，美容的、医疗的、或皮肤病用的有效物质作为例如单一系统被加入朝向皮肤的粘贴基质中。用于将护理性的、美容的或药用的物质给入皮肤中的敷布的作用机理在此基于诸如透皮治疗系统(TTS)的类似功能原理。用于将有效物质给送进入皮肤或透过皮肤的透皮治疗系统长久以来为人公知，并且表现为敷布式的、特别是掺有药物的系统。所述物质例如药物依赖于时间从TTS中的释放依赖于其分布系数TTS/皮肤及其在TTS和皮肤的区域中扩散来进行。这两个因素通过基质的组成来确定，由此，每时间单位释放的量和有效性的持续时长可以受到直接影响。通常地，为此使用水胶体、增溶剂和增强剂，它们实现了改善的溶解度和扩散以及物质快速从TTS过渡到皮肤中。
通过给基质加温，可以提高所有基质小粒的活动性，必要时可以使固态有效物质在应用时液化。由此，实现了每单位时间有更大量的有效物质发生扩散和渗透。通过热效应改善了对皮肤区域的整体给送，由此可以使有效物质附加地必要时更深地渗入有待处理的区域中。在含有效物质的CNT热敷布的另一根据本发明的实施方式中，有效物质可以处在一贮存系统中，而不是处在单一的基质系统中。特别有利的是，在此，有效物质被包含到固态的凝胶结构中，例如包含在明胶凝胶中，明胶凝胶作为单独的层处在朝向皮肤的粘贴基质与含CNT的层之间。这具有如下优点，贮存器可以包含非常高浓度的有效物质，而不会影响到粘贴力，有效物质的储存稳定性通过更为牢固的结合到凝胶结构中而得到提高，并且在此，必要时可以防止有效物质与粘贴基质的不相容性，以及含有效物质的CNT热敷布的使用持续时长和释放持续时长可以得到延长。在CNT敷布应用并且相应发热时，凝胶结构软化或液化并且之前牢固结合的有效物质可以自由地通过粘贴基质扩散到皮肤中。依照有效物质溶解度，在此可以应用亲水性以及亲脂性的凝胶结构。药用有效的或对皮肤病有效的物质可以向根据本发明的热敷布的粘贴基质添加， 优选添加至40重量％，特别是添加至0. 1到25重量％，尤为特别地是添加至0. 5到10重量％。典型的有效物质是(在本发明的范畴内并不是完全提出)
权利要求
1.热敷布，具有发热层，其中，所述发热层具有一定含量的碳纳米管(Carbon Nanotubes-CNT)。
2.根据权利要求1所述的热敷布，其特征在于，所述发热层由嵌在基质中的CNT制成， 其中，CNT彼此部分地碰触并且构成导电的网络。
3.根据权利要求2所述的热敷布，其特征在于，所述发热层具有浓度为1至15重量％ 的 CNT。
4.根据前述权利要求中的至少一个所述的热敷布，其特征在于，所述CNT被嵌在硅树脂基质、漆基质、粘贴基质、纸基质中。
5.根据权利要求1所述的热敷布，其特征在于，所述发热层由纯CNT制成，其中，所述 CNT彼此部分地碰触并且构成导电的网络，特别是巴基纸。
6.根据前述权利要求中的至少一个所述的热敷布，其特征在于，所述发热层与载体材料平面式地连接。
7.根据前述权利要求中的至少一个所述的热敷布，其特征在于，应用由合成的和天然的原料制成的刚性的或弹性的平面成型件作为载体材料。
8.根据前述权利要求中的至少一个所述的热敷布，其特征在于，使用聚合物薄膜、梭织物、针织物、无纬织物、无纺布、层压物、网、薄膜、泡沫和/或纸张以及它们的组合体作为载体材料。
9.根据前述权利要求中的至少一个所述的热敷布，其特征在于，对所述载体材料进行预处理和/或后续处理，优选通过电晕处理和疏水化、砑光、调温、层压、冲压和/或覆盖来进行预处理和/或后续处理。
10.根据前述权利要求中的至少一个所述的热敷布，其特征在于，为了供电，所述发热层至少在两个未直接相邻的点上设有电接触部位，有利的是，通过在相对置的侧上的两个导体电路形成。
11.根据权利要求10所述的热敷布，其特征在于，所述导体电路由金属箔、金属线材、 导电漆或其他导电材料制成。
12.根据前述权利要求中的至少一个所述的热敷布，其特征在于，所述CNT、所述导体电路以及所述能量源被集成到一个粘贴基质中，其中，所述粘贴基质在一侧被以非粘贴性的载体材料覆盖。
13.根据权利要求8所述的热敷布，其特征在于，所述载体材料包含聚乙烯、聚丙烯和聚氨酯或者还包含天然纤维，特别是茂金属-聚乙烯无纺布材料。
14.根据前述权利要求中的至少一个所述的热敷布，其特征在于，所述粘贴基质具有药用有效的或对皮肤病有效的物质，优选占到40重量％，特别优选为0. 1至25重量％，尤为特别优选为0.5至10重量％。
全文摘要
应用热量来对人类和动物进行医疗处理或美容处理的方案自古便为人公知。原来的实施方式有将浸透温水的布块用于舒缓剃须后的面部皮肤、感冒时用的热裹布、肌肉痉挛时用的泥敷膏或者胃部不适时用的装满热水的加温瓶。在根据本发明的热敷布中，发热通过基于碳纳米管(Carbon Nanotubes-CNT)的电阻加热元件来进行。
文档编号A61F13/02GK102159164SQ200980136182
公开日2011年8月17日 申请日期2009年8月20日 优先权日2008年9月15日
发明者卡尔-海因茨·韦勒尔, 哈龙·伊瑞斯密斯, 多米尼克·尼米克 申请人:拜尔斯道夫股份有限公司