湿度控制装置的制作方法

专利名称：湿度控制装置的制作方法
湿度控制装置 发明领域
本发明涉及湿度控制装置，更具体而言，涉及可用于限定环境至 保持预期水平湿度的湿度控制装置.
背景技术：
通常，易潮解的化合物，通常为盐，过去常在封闭环境中降低相 对湿度.众所周知，不同的化合物对于水分具有变化的亲合力.例如， 当水合时，每种易潮解的化合物具有特征湿度吸附容重和特征平衡相
对湿度(ERH),
干燥刑可被认为是湿度调节器，其中它们常用于完全(或几乎完全 地)除去来自封闭系统的空气中的所有水汽，在包装中，足量有效的干 燥刑将吸附来自空气的水汽，降低平衡相对湿度(ERH)至凝结不再发生 的程度，或降低其至密封包装或系统内阈值ERH从不超过包装或系统 被暴露的条件下的程度。在远低于露点的封闭系统中，大量的有效千 燥刑将减少水汽至如下程度其中系统的相对湿度匹配在目前水化程 度中千燥刑的ERH.
然而，存在其中干燥刑不是最好的选择的应用(食品、药物、分析、 医药诊断，仅举几个例子)，在此情况下，产物的ERH必须维持在某 些特定的中等水平，而不是接近零.在潮湿的环境中，控制湿度的常 见的和经济的方法为使用保湿刑(humectant)化合物。无机盐是最有效 的，且为录常用的，虽然许多易潮解的或能水合的化合物可在适当的 系统中使用。这些化合物对水有亲和力，其调节密闭容器或腔室内的 气氛中的水蒸气压.实质上，这些化合物将吸收水分，直至它们完全 成为溶液，当此发生时，固体盐和盐溶液的混合物将同时存在.该溶 液将被饱和，并将具有使用的特定盐或化合物的ERH特征，
在此情况下，特定的保湿刑是根据想要的平衡相对湿度(ERH)选择 的.该盐可以是实质上单一的，例如氯化锂.也可使用两种盐的混合 物.例如，碳酸軒溶液具有的相对湿度为约43%.因此，含有过量不 溶碳酸钾晶体的碳酸钟溶液将保持约43%的恒量相对湿度.如果相对 湿度开始增加高于43%，盐溶液将从环境中获得水分，从而降低相对湿度至接近43%.相反地，如果相对湿度开始低于43%,所述溶液将 释放水分，直至周闺环境的湿度达到约43%.不同饱和的含水盐溶液 的ERH值可从11%至98%间变化.
用于湿度控制装置的其它发明描述了将粘稠溶液包含在织物非织 造聚合物小袋中.在此情况下，粘稠溶液含有结合水、盐，并可含有 增稠剂(例如海藻酸盐或黄原胶).实际上，这些盐溶液难于处理，因为 它们是液体，其可从包含它们的包装或容器中溢出或渗透穿过.由于 稳定化的盐溶液可以从包装中滴出或毛细作用流出，其必须必然地是 有水汽气孔的，以便于起作用.当保湿刑从其环境中吸收水分，并变 成更多流体时，滴出变多的趋势使得问题复杂化.如果膜或小袋的水 分渗透比率太大，或者如果表面能或"可湿性"太大，对于流体，即使 增稠的流体，可穿过包装发生渗流.显然，这将对保护产物的预期目 标产生相反作用.
发明概迷
本发明包含控制密闭的或限定(defined)的环境中相对湿度的装 置，本发明包括固化的保湿剂组合物，其包括保湿刑盐、水和栽体. 优选的实施方案含有片刑形式的组合物，其可包括不同于栽体的粘合 剂的用途.优选的片剂形式的实施方案含有耐用的包衣片。适宜的包 衣将包括聚乙烯或其它热塑性的树脂、聚四氟乙烯、聚乙烯基吡咯烷 镧和纤维素醚.
本发明也提供用于控制封闭环境或产品包装中相对湿度的装置， 其包含水汽可渗透的容器，在容器中存有稳定的或固化的保湿剂组合 物.固化的保湿刑组合物包含保湿剂盐、水和栽体.优选的容器物质 包括热压成形毡状(felt)物质、小药囊、水汽可渗透的罐或塑性体， 其可以是除了"通气器"孔外密封的或用透气薄膜或膜密封的.在优选 的实施方案中，小药囊包括微穿孔的聚酯/纸/聚乙烯物质，优选的保湿 刑盐包括CaCl2、 LiCl2、 K2C03、 NaCl、 K2S04及其组合.本发明优 选的实施方案包括抗微生物剂在容器中的用途.
上述优选的实施方案也将包括组合物的特定添加成分，其可使装 置多功能化.这里的实例将包括控制挥发性的活性碳和/或氣吸收刑。
发明详述
本发明提供通常为固态的保湿剂，其可消除保湿刑的渗漏、溢出或渗流和所导致的对设计保湿刑来保护的产品或物质的损害的可能 性.本发明提供在独立的或在用于控制封闭系统中相对湿度的与非水 蒸气可渗透的容器中穗定的、固体形式的物质，如此在包装内保留的 产物或物质受到保护，并且不会以任何方式降解、变性或腐敗.
这可通过穗定或凝固保湿刑以提供包装湿度控制装置来实现，所 述装置不会渗透水、溶液或保湿剂本身.固体保湿剂化合物的使用将 封闭环境控制在想要的湿度和低于露点，也防止了凝结的可能性。
本发明的另一个方面是给固态、湿度调节系统提供了另外的功 能.例如，碱式盐可起保湿刑作用，以及起中和挥发性酸的作用，所 述挥发性酸可存在于包装内，或由包装内的产物生成.可以理解盐可 起调节系统内湿度和緩冲系统的作用，或提供其中氧从封闭系统中被 清除的还原环境.
在本发明的一个示例性实施方案中，包含保湿剂盐的固化形式也 可同时包括杀菌防腐剂，其可控制保湿剂包装内微生物的生长.进一 步地，通过选择具有某些挥发性的和适于容器、容器、室或包装及其 成分的抗微生物剂，可以使整个封闭系统免于微生物降解.
优选地，根据本发明保湿刑化合物或盐溶液是按下述方法制备
的在预定的溶解温度下，通过将蒸馏水慢慢地引入特定的盐中，并 持续搅拌。溶液外观似乎为"泥样(slush-like)"时，其反映出存在不溶解
的过量的盐晶体.细心地制备盐溶液是必需的，因为这要求精确的达 到预期的和想要的湿度水平.
另外，可制备真溶液，并固化或渗透到固体栽体相中，然后部分 地干燥至过饱和的程度，在该程度，过量的盐可预期离开含有过量盐 的饱和溶液而沉淀析出。饱和溶液中过量盐的比例将决定水分含量， 其可在给定的系统中于其起作用的湿度范围内被吸收或释放.当服务 环境预期具有比保湿刑的ERH更高的湿度时，预期其可使饱和的或凝 固的的保湿剂完全干燥至最大吸附容量.
本发明优选的实施方案包括包含在容器内抗微生物剂.优选地， 将抗微生物剂加入到保湿剂盐溶液中.这是优选的实施方案，因为微 生物生长，最通常是发審，可能是引起许多潮湿的包装产品降解的因 素。
如上所述，本发明的保湿刑盐可以以饱和溶液的形式存在。然后，通过将溶液加入到栽体介质中来凝固(稳定化).栽体可以是纤维素、硅 胶、粘土、碳、糖或蛋白质胶凝刑、亲水性胶体如角叉菜胶或海条酸
盐、胶状魔芋(konjac)、亲水性聚合物如丙蹄酸癍或聚乙烯酵，或任 意其它能稳定、凝固、包囊或吸附固多保速刑的物质，然后，将该固 态形式的保湿刑密封入根据本发明的适宜容器中，并用于对包装组分 没有危险的包装中.
在本发明优选的实施方案中，包装的、含水胶体固化的保湿剂包 含在毡状包封中，将起组合放入贮存易潮分析试剂的封闭环境中.优 选的单盐为硫酸钾，如疏酸钾溶液可提供约98%的ERH(在20"的温 度下).在这种情况下，保湿剂充当水分来源，同时保持密封腔室内大 气不冷凝.类似地，在毡状中包装水/丙烯酸酯可提供恒定的水分来源。 然而，在后者情况下，没有盐能保持相对湿度低于包装的贮存内部的 露点，因此，随着温度改变，可能会发生凝结。
如上所述，可将固化的保湿剂包含在水蒸气可渗透的容器内，以 适于想要获得湿度控制的密封系统包装.在固化的保湿刑和产品及其 包装内的环境之间，容器界面必须具有足够的渗湿性，并安全地包含 固化的保湿刑.典型的容器可采取热压成形毡状物质、罐或穿孔的刚 性或半刚性容器、或用微穿孔的聚酶/纸/聚乙烯结构或纺织或非织造材 料制备的小药囊形式.
在本发明另一个优选的实施方案中，可将固化的保湿刑制成在组 合物中包含适当的粘合刑的片剂。除了上述的栽体外，粘合剂可以是 单独的元件，例如，栽体可以是硅胶，粘合剂可以是任意已知数量的 粘合刑，例如聚乙烯基吡咯烷酮、纤维素鍵树脂、热塑性聚合物或蜡， 另外，粘合刑也可以起栽体作用，如果能以稳定和固化保湿剂盐的足 量存在。
可使用该片刑保湿剂，而不需要进一步包装，或其可以被包含在 内.如上所述，其可以被包含在内，或使用用于增加耐用性的水蒸气 可渗透包衣进行包衣(与仅仅使用了片剂保湿剂的相比较).在其中想要 包衣的情况下，该片剂可使用适宜的水蒸气可渗透包衣进行包衣.适 宜地，这些包衣将包括粉末状聚合物，例如聚乙烯或聚四氟乙烯，包 衣干燥或容纳在悬浮液中然后热固化.另外，片刑保湿剂可以是树脂 包衣的，例如用聚乙烯基吡咯烷嗣或纤维素酸，然后再次进行千燥和
7固化步緣.
片刑保湿剂的目的可以是用于仅仅控制湿度，或其目的可以是多
功能的，例如用于下述实施例6的吸收挥发性酸的片刑，其除了包含 保湿剂盐外，还包含活性碳和硅胶.例如，如果盐与硅胶和活性碳、 所有的粘合刑一起存在，保湿剂盐可中和环凌中存在的有害的酸，然 后，其被活性碳吸附.
另一个实例显示在实施例7中，其中阐迷了如下实施方案其包 含用于碳氢化合物或其它挥发性有机物(VOCs)吸附的单独的碳，与用 于湿度控制的保湿剂盐.
该多功能性可进一步通过将包含的氣吸收剂引入固化的组合物中 来获得。在这种情况下，保湿剂/水/栽体/粘合剂组合可以包括铁或抗坏 血酸或其它还原化合物.这些成分的选择可由本领域普通技术人员根 据该公开的内容的教导来进行，而不需要过多实验。
实施例
实施例1
固化的保湿剂组合物是通过将100克蒸馏水加入到20克硫酸钾 中，并持续搅拌来制备的。该混合物可以与15克角叉茱胶混合。发现 该混合物具有98%的ERH。
实施例2
固化的保湿剂组合物是通过将0.1克的ProClin 300杀菌剂加入到 100克的蒸馆水中来制备的(ProClin为Rohm and Haas公司在制备生物 学、化学制剂、诊断和实验室试刑中使用的防腐剂的注册商标)，接着， 将该溶液引入到20克碟酸钾中，持续撹拌.将该混合物与15克角叉 菜胶混合.最后，发现该混合物具有98%的ERH.该混合物可引起包 封和密封在聚酯毡状中的凝胶硬化.得到的结构可以用手压变形，但 用大量手工操作也不能使其泄漏.
实施例3
固化的保湿刑容器是通过如下方法制备的首先将0.4克丙酸钠加 入到50克蒸愤水中，然后，将该溶液引入58克破酸钾中，持续搅拌。 然后，将该混合物与大孔硅胶以75:25的比率(凝胶重重百分数溶液 重量百分数)混合。将得到的粒状固体保湿剂包封在非织造HDPE小 药囊中，最后，发现该混合物具有约44%的ERH'在潮湿的环境中，该保湿刑容器吸收占其25%重量的水分，在干 燥环境中，将提供占其10%重重的水分.在这些限值内，封闭环境内 的相对湿度保持接近于44%.
实施例4
固化的保湿刑容器是通过分别将1份50乂(w/w) CaCh溶液和1份 50%(W w)K2C03溶液加入到二份重量的硅胶(U. S. P.等级)中制备 的。在24小时内，完全吸附该溶液，然后，干燥至约2%湿度.将全 部的、干燥的粒状保湿刑包装在紧密结合的(welded)非织造小药囊中，
发现，该保湿剂容器具有18.1%的ERH,在29% r.h.下，湿度吸 附容量为5.5%，酸吸收容量为至少0.5meq/g.
在12月的延长存贮期间，该产品为有效地保护和保持活性化学发 光的医学诊断设备.
实施例5
将饱和的NaC，溶液渗透到等量大气孔硅胶中。加入各占1/3重量 固化的保湿刑的固体抗坏血酸和抗坏血酸钠。然后，加入与保湿剂和 固体酸和盐总量相等的铁粉，将合并的粒状和粉末状混合物包装在微 穿孔的小药囊中.
固化的保湿剂的ERH为56%.保持该相对湿度，同时从药物包装 中除去氧.得到的大气对活性药物片刑提供了延长的稳定性。
实施例6
将碳酸钾溶液加入到粒状活性炭与粒状硅胶的混合物中，使存在 按干物质计算2.5%的碳酸钾，加入聚乙烯基吡咯烷稱粘合刑树脂，在 混合物部分地千燥至约16%湿度的最优程度后，将该混合物压成片剂 形式，热固化该片剂，使其再水化至ERH为约25。/。.未包衣的、未包 含在密闭室内的片剂具有吸附水分的能力，同时保持室内ERH低于 44%。所述片刑也吸收和中和挥发性酸，从而保护也包含在室内的精 密电子元件.在该实施例中，片剂没有应用包衣.
实施例7
为了增加水分吸附和低湿度性能，可将碳制成的片剂浸入LiCl2 溶液中，然后千燥.片刑必须坚硬，因此使用PE粘合刑，其赋予良好 的强度。
制备该片刑的步骤为1. 混合142.6 gms LiCl2与440 gms H20，混合1小时.
2. 将1960 g咖干燥的低活性碳和490 gms高活性碳加入到"V" 搅拌器中.
3. 在"V"搅拌器中用盐溶液浸渍碳4.0分钟.
4. 在烘箱中，于1101C干燥碳16小时。
5. 将碳放入"V"挽拌器中，加入457.5 gms PE，混合4分钟。
6. 用压片机进行压片，并在1101C固化1小时.
7. 片刑配方 低活性碳- 64.2% 高活性碳-16.1%
LiCl2盐- 4.7% (在碳上5.5%) PE粘合剂-15.0%
在90% RH和291C的湿度室中测试片剂直到满负栽(to capacity),
片刑含有占总片剂重量40%的H20 ，显示出占碳质量47 %的吸取量.
在本文中，虽然本发明已经参照具体的实施方案进行了产生和描
述，但是本发明并非意味着限于所示的详细描述。而且，在本发明权 利要求书和相等范围内和在不背离本发明内，可对各个细节进行各种
改变。对那些本领域技术人员而言，在不背离本发明的精神下，可进 行多种改变、变化和替换.因此，意味着附加的权利要求包括所有这 些改变，如同其都落入本发明的精神和范围内.
权利要求
1. 用于控制环境中相对湿度的装置，包含含有下述组分的固化的保湿剂组合物保湿剂盐、水和载体。
2. 权利要求l的装置，其中固化的保湿剂组合物进一步包含不同 于所述栽体的粘合刑.
3. 权利要求2的装置，其中该装置是片剂形式.
4. 权利要求3的装置，其中片刑用水蒸气可渗透的包衣进行包衣,
5. 权利要求4的装置，其中包衣选自聚乙烯、聚四氣乙烯、聚乙 烯基吡咯烷酮和纤维素酸.
6. 权利要求l的装置，其中保湿剂盐选自CaCl2、 K2C03、 NaCl、 K2S04、 LiCh及其组合.
7. 权利要求l的装置，其中固化的保湿剂组合物进一步包含抗微 生物剂.
8. 权利要求1的装置，其中所述栽体选自纤维素、硅胶、粘土、 糖类或蛋白质胶凝刑、含水胶体树胶和亲水性聚合物，
9. 权利要求l的装置，其中固化的保湿剂组合物进一步包含活性碳0
10. 权利要求1的装置，其中固化的保湿剂组合物进一步包含氧 吸收刑。
11. 权利要求2的装置，其中粘合刑选自聚乙烯基吡咯烷酮、热 塑性树脂、蜡及其组合.
12. 用于控制环境中相对湿度的装置，包含 水蒸气可渗透的容器；和在所迷容器内的固化的保湿剂组合物，所述固化的保湿刑组合物 包含保湿刑盐、水和栽体.
13. 权利要求12的装置，其中所述容器由热压成形的毡状物质构成.
14. 权利要求12的装置，其中容器为小药囊形式。
15. 权利要求12的装置，其中容器为罐形式.
16. 权利要求14的装置，其中小药囊由微穿孔的聚酯/紙/聚乙烯 物质构成。
17. 权利要求15的装置，其中罐为穿孔的或部分地或完全地用多 微孔的烧结材料制备.
18. 权利要求12的装置，其中保湿刑盐选自CaCl2、 K2C03、 LiCl2、 NaCl、 K2S04及其组合，
19. 权利要求12的装置，其在容器中进一步包含抗微生物刑。
20. 权利要求U的装置，其中所述栽体选自纤维素、硅胶、粘土、 糖类或蛋白质胶凝刑、含水胶体树胶和亲水性聚合物.
21. 权利要求12的装置，其中固化的保湿刑组合物进一步包含活性碳n
22. 权利要求12的装置，其中固化的保湿剂组合物进一步包含氣 吸收刑。
全文摘要
用固化的润湿剂组合物控制环境中相对湿度的装置。固化的润湿剂组合物由润湿剂盐、水和载体制备。固化的润湿剂可在粘合剂辅助下制成片剂，或将其包含在热压成形的毡状物质、小药囊或水可渗透的罐内。在一个优选的实施方案中，药囊由微穿孔的聚酯/纸/聚乙烯物质制成。优选的润湿剂盐包括CaCl₂、K₂CO₃、LiCl₂、NaCl、K₂SO₄及其组合。本发明优选的实施方案包括一种或多种抗微生物剂、活性炭、挥发性有机物、水分吸收剂和氧吸收剂与固化的润湿剂盐的组合的用途。
文档编号C09K3/00GK101437917SQ200580038197
公开日2009年5月20日 申请日期2005年11月3日 优先权日2004年11月9日
发明者L·帕特伦, T·鲍威尔斯 申请人:多种吸附技术公司