制造由包含吸收胶凝材料的放热组合物构成的热囊的方法

摘要

本发明涉及一种制造适于结合到一次性热敷带中的热囊的方法。所述热囊包含含有吸收胶凝材料的放热组合物，其中所述吸收胶凝材料可在缓解临时性或慢性周身病痛方面提供改善的加热应用。

说明书

发明领域

本发明涉及一种制造适于结合到一次性热敷带中的热囊的方法。具体地讲，本发明涉及一种制造由包含吸收胶凝材料的放热组合物构成的热囊的方法，其中所述所述吸收胶凝材料可用于改善加热。

发明背景

一次性热敷带已成为广受欢迎的可缓解临时性或慢性周身病痛不适的施热应用。这些一次性热敷带典型包含用以产生热量的放热组合物，其中所述放热组合物典型包含金属粉末、盐和水，以可使所述放热组合物能够在金属粉末氧化时释放出热量。已发现，由一次性热敷带提供的热疗适用于治疗与僵硬肌肉和关节相关的病痛、神经疼痛、背痛、风湿等。

一次性加热装置可在约一小时至约二十四小时的期间内提供持久的热量，并且被描述为比其它常规热源如旋流、热毛巾、热水沙袋、热敷垫和弹性压缩带更加简洁和更易使用。一次性加热装置还被描述为是能够保持稳定且可控温度的令人满意的装置，参见例如美国专利5,918,590，其中公开了基于特定铁氧化化学反应的热囊，所述热囊适于结合到一次性身体包裹物中以提供持久的温度，从而获得稳定、便利且舒适的加热以治疗临时性或慢性病痛。

然而已发现，在最多约二十四小时期间内维持温度的同时可改进持久供温的一致性。增进放热反应的一种方法是掺入碳材料，例如活性和非活性炭材料。其它方法包括加入保水剂或持水材料。参见例如美国专利6,436,126、6,099,556和5,233,981中公开的一次性加热装置。还可参见美国公布专利申请2004/0042965和2004/0178384中公开的加热装置。

包含吸水聚合物的放热组合物的一个具体实例公开于美国专利申请公布2002/0020406中。此公布公开了一体化放热介质，其中使放热剂与吸水聚合物混合，然后在一定压力下将所述放热剂/聚合物混合物与醇、交联剂或增塑剂压在一起，从而一体化。

尽管在包含放热组合物的一次性加热装置领域中已公布了这些公开内容，但是仍存在对特定加热装置的需求，所述加热装置包含放热组合物以在整个加热期间提供可控且持久的温度。已知，热囊的热性能对水分含量高度敏感，并且典型的热囊可包含的水分浓度为约27％或更高以维持所述热囊的加热温度。然而，包含约27％或更高的高水分浓度会造成初始加热温度低于所期望的温度。因此，难以获得快速达到治疗有益效果所需温度的能力和维持所述温度的能力。

此外，目前的加热装置包含高度倾向于离析效应的放热组合物。据信，组合物组分间的粒度差异可促成颗粒离析。例如，包含放热组合物与铁粉和碳组合的加热装置具有离析的趋势，所述放热组合物包含保水剂(例如，蛭石、木粉、吸收胶凝材料)。典型地，当与铁和碳粒相比时，所述保水剂的粒度是相当大的。例如，目前的加热装置可包含放热组合物，其中所述保水剂与铁粒的平均粒度比例通常为10∶1或更高，从而造成高度的颗粒离析。

由于离析而造成的颗粒混合组成变化可导致产品热性能不够最理想和/或不同于预期的设计。因此，由于需要过量的放热组合物来补偿颗粒离析效应，因此目前的加热装置典型无法达到最大的反应效率。这些加热装置典型包含具有较大体积的热囊，这使得它们可容纳过量的放热组合物。

已发现，包含放热组合物的热囊在快速达到初始加热温度方面是尤其有效的，并且在最多二十四小时期间内维持稳定温度方面也是有效的，其中所述放热组合物包含吸收胶凝材料。当与其它组成成分以选定比率使用时，已发现所述吸收胶凝材料除了向放热组合物提供对组成变化如离析的抗性以外，还可提供改善的加热效果。为最大程度地减小或消除离析效应，本发明的放热组合物包含的吸收胶凝材料与铁粉具有选定的粒度比率。

本发明的热囊具有可更改的物理尺寸，这可使所述热囊能被结合到一次性加热装置中，如背套、护膝、身体包裹物、关节护套、月经护垫、自颈至臂的护套等。

发明概述

本发明涉及一种制造包含颗粒状放热组合物的热囊的方法，其中所述方法包括以下步骤：(a)构建颗粒状预混物组合物，所述组合物具有约0.4克至约2.5克的预混物囊重，和(b)快速将盐水溶液加入到所述预混物组合物上。所得热囊被组合到口袋中，形成包含至少两个相对表面的一体化结构，其中至少一个表面是氧可透过的。

所述颗粒状预混物组合物中的组分包括(a)按重量计约10％至约90％的铁粉；(b)按重量计约1％至约25％的碳，所述碳选自由下列组成的组：活性炭、非活性炭、以及它们的混合物；(c)按重量计约1％至约25％的吸收胶凝材料，所述吸收胶凝材料具有约300μm至约800μm的中值粒度；和(d)按重量计约1％至约10％的水。

所述盐水溶液中的组分包括(a)按重量计约0.5％至约20％的金属盐，(b)按重量计约1％至约90％的水，和(c)任选地按重量计约0.01％至约10％的氢气抑制剂。

已发现，可改善一次性加热装置的温度一致性，由此所述加热装置可在最多二十四小时期间内提供持久的热量。上述加热装置包含特别指定的热囊，所述热囊由特别指定的方法制得，其中所述热囊包含含有吸收胶凝材料的放热组合物。所述吸收胶凝材料能够将水保留在颗粒状放热组合物中，以使得水以可控的速率释放而导致铁粉的氧化，这使得所述颗粒状放热组合物可持久提供发热，同时提供改善的持久温度。

已发现，颗粒状放热组合物可在放热组合物处理期间遭受离析效应，造成放热组合物可能无法提供保持一致且可控的温度。为了最大程度地减小或消除离析效应，本发明的颗粒状放热组合物包含的吸收胶凝材料与铁粉具有约10∶1至约1∶10，优选约7∶1至约1∶7，更优选约5∶1至约1∶5，并且最优选约3∶1至约1∶3的选定中值粒度比率。

发明详述

本发明的热囊包含颗粒状放热组合物。当将热囊结合到一次性加热装置中以缓解临时性或慢性周身病痛不适时，所述颗粒状放热组合物可提供改善的持久温度。

本发明的放热组合物为颗粒状放热组合物。如本文所用，“颗粒状”是指组合物中包含的独立颗粒。换句话讲，本文定义的颗粒状放热组合物包含独立颗粒，其中每种颗粒具有约25μm至约800μm范围内的中值粒度。

改变本文所定义的放热组合物中颗粒状组分的粒度会造成放热组合物中颗粒分离或离析。换句话讲，粒度直接影响颗粒的可流动性，并且本文所定义的颗粒状组分在它们的可流动性方面可能不同，从而造成颗粒分离或离析。本文所定义的放热组合物优选包含具有规定中值粒度范围的颗粒状组分以使所述放热组合物可抵抗颗粒分离或离析。然而可以设想，中值粒度范围高于或低于本文所定义范围的颗粒状组分也适用于本文所定义的放热组合物中。

如本文所用，“持续温度”是指在约二十秒至约二十四小时，优选约二十分钟至约二十小时，更优选约四小时至约十六小时，最优选约八小时至约十二小时期间内，温度在约32℃至约50℃，优选约32℃至约45℃，更优选约32℃至约40℃，并且最优选约32℃至约37℃范围内，其中可由需要上述治疗的人适当地选择最高皮肤温度以及最高皮肤温度下维持皮肤温度的时间长度以获得所期望的治疗有益效果而不会有任何不利的结果，例如由于长时间使用高温而发生的皮肤灼伤。已显示，保持由本发明颗粒状放热组合物所提供的“持久温度”可充分缓解具有急性、周期性和/或慢性疼痛的患者痛苦，包括骨骼疼痛、肌肉疼痛和/或牵涉性疼痛，并且甚至在将包含颗粒状放热组合物的一次性加热装置从身体疼痛部位移除后，仍可充分延长缓解持续时间，而不会有任何不利的结果。

如本文所用，术语“一次性的”涉及旨在长期使用后被丢弃的装置。换句话讲，本文所定义的“一次性”加热装置是在加热装置已将由本发明热囊提供的热量完全延续释放后，旨在放置到适当废物容器中的那些装置。本文所定义的一次性加热装置可储存于可重新密封的、基本上空气不可透过的容器中，以反复用于缓解临时性或慢性周身病痛，直至所述一次性加热装置已将热量完全延续释放完。

本发明的热囊包含一种颗粒状放热组合物，其中所述颗粒状放热组合物可包含、由或基本上由本文所述的本发明元件和限制以及本文所述的任何附加或任选成分、组分或限制组成。

除非另外指明，所有百分比、份数和比率均按所述颗粒状放热组合物的重量计。所有这些与所列成分相关的重量均基于具体的成分含量，因此除非另外指明，不包括在市售物质中可能包括的载体或副产品。

本文所引用的所有文献，包括本文所提到的出版物、专利申请和公布专利的相关部分均以引用的方式并入本文。任何文献的引用并不是承认确定其可作为本发明的现有技术获得。

热囊

本发明涉及包含颗粒状放热组合物的热囊。所述热囊可被结合到一次性加热装置中以提供改善的持久温度，缓解临时性或慢性周身病痛。优选将所述热囊以多个热囊形式结合到一次性加热装置中。

所述热囊为一体化结构形式，包含至少两个相对表面，优选薄膜层基底表面，其中至少一个表面是氧可透过的，当填充颗粒状放热组合物时具有填充体积、空隙体积和囊体积。如本文所用，“填充体积”是指填充的热囊中颗粒状组合物的体积。如本文所用，“空隙体积”是指最终热囊中未被颗粒状组合物填充的囊体积，在热囊中没有压差并且没有额外的基底材料拉伸或变形的情况下测定。如本文所用，“囊体积”是指填充体积与热囊空隙体积的加和。填充体积与囊体积的比率为约0.7至约1.0，优选约0.75至约1.0，更优选约0.8至约1.0，甚至更优选约0.85至约1.0，并且最优选约0.9至约1.0。

还可根据其顶点来测量热囊。本文所定义热囊的顶点具有大于约0.2cm至约1.0cm，优选大于约0.3cm至约0.9cm，更优选约0.4cm至约0.8cm，并且最优选约0.5cm至约0.7cm的高度。

如前所述，所述热囊为一体化结构形式，其包括至少两个相对表面，优选薄膜层基底表面。所述薄膜层基底优选由薄膜或层压到非织造织物上的薄膜制成。通常，优选的薄膜是具有热封性且能够易于热熔融的那些。如果使用非织造材料，则其可向薄膜层基底提供支撑性并且可整合到薄膜层基底中。适宜薄膜的实例包括聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、皂化的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、天然橡胶、再生橡胶和合成橡胶。所述薄膜层基底厚度在约1至约300μm的范围内并且是氧可透过或不可透过的。对于非织造织物而言，适宜的是具有优选的轻质和高拉伸强度特性的那些，例如尼龙、人造丝、纤维素酯、聚乙烯基衍生物、聚烯烃、聚酰胺或聚酯、铜铵纤维素(Bemberg)和其它高分子量化合物，以及天然材料，例如羊毛、丝绸、黄麻、大麻、棉花、亚麻、剑麻或苎麻。这些非织造材料通常描述于Riedel的“Nonwoven Bonding Methods and Materials”(Nonwoven World，1987年)中，所述文献全文以引用方式并入本文中。本发明优选的薄膜层基底是层压到约5至约100μm厚的聚(乙烯-乙酸乙烯酯)或低密度聚乙烯(LDPE)膜上的聚丙烯非织造薄片。市售非织造薄片的实例是编码为W502FWH的物料，其可从位于Waynesboro，VA，U.S.A.的PGI(Polymer Group International)商购获得。市售聚丙烯/乙酸乙烯酯(PP/EVA)薄膜的实例是编码为DH245的物料，其可从位于Cincinnati，OH，U.S.A的Clopay Plastics商购获得。

通过将两种基底围绕它们的周边粘结在一起从而形成小袋、包层或口袋，使薄膜面朝向小袋、包层或口袋的内部(待填充面)并且使非织造材料面朝向外部，来制造相对表面。还可经由热成形、机械压花、真空压花或其它可接受方法在基底中形成口袋。优选可用于本文的是热成形，其描述于Marilyn Bakker编辑的“Thermoforming”(The WileyEncyclopedia of Packaging Technology，第668至675页，1986年)中，所述文献全文以引用方式并入本文中。

所得热囊可具有任何几何形状，例如盘形、三角形、角锥体、圆锥体、球体、正方形、立方体、长方形、长方体、圆柱体、椭圆体等。本发明优选的形状包括成型几何形状，其具有约0.2cm至约5cm，优选约1cm至约4cm，更优选约2cm至约3cm囊径，和大于约0.2cm至约1cm，优选大于约0.3cm至约0.9cm，更优选约0.4cm至约0.8cm，并且最优选约0.5cm至约0.7cm高度的盘形，所得囊体积为约0.0045cm³至约20cm³，优选约0.2cm³至约11cm³。作为另外一种选择，本发明热囊的形状还可在其几何形状上进行加长，使得长轴平行于基底，高度为约0.2cm至约5cm，优选大于约0.5cm至约1cm，宽度为约0.2cm至约20cm，优选约5cm至约10cm，并且长度为约1cm至约20cm，优选约5cm至约10cm，所得囊体积为约0.04cm³至约2000cm³，优选约1.25cm³至约10cm³。

本发明的热囊优选具有每热囊约0.03cm²至约20cm²，更优选约0.1cm²至约15cm²，甚至更优选约1cm²至约10cm²，并且最优选约3cm²至约7cm²的横截面面积。每热囊具有这种横截面面积的热囊易于结合到可提供改善的体形一致性的身体包裹物等中。

本发明的热囊优选具有每热囊约0.4克预混物至每热囊约2.5克预混物，更优选每热囊约1.0克预混物至每热囊约2.4克预混物，并且最优选每热囊约1.5克预混物至每热囊约2.3克预混物的预混物重量。每热囊具有这种预混物重量的热囊也易于结合到同样可提供改善的体形一致性并因此可对目标区域提供均匀一致热量并改善穿着者舒适性的身体包裹物等中。

通过选择具有特定所需透过性的形成小袋、包层、口袋和/或覆盖层的薄膜层基底薄膜或膜包衣，可提供本发明热囊的氧可透过性。所需透过性可由微孔薄膜或由其中有孔或洞形成的薄膜来提供。这些洞/孔可通过模压铸造/真空成形或用热针孔来形成。在本发明中，还可通过使用例如至少一根钉，优选一排约20至约60根针，在至少一种薄膜层基底上穿刺通气孔，来提供氧可透过性，所述针具有例如锥形尖端，并且直径为约0.2mm至约2mm，优选约0.4mm至约0.9mm。

作为另外一种选择，在将薄膜层基底粘合在一起，从而将下文定义的颗粒状放热组合物包封在它们之间的口袋内后，可使用例如至少一根钉，优选一排约20至约60根针在热囊一面穿刺通气孔，所述针具有例如锥形尖端并且直径为约0.2mm至约2mm，优选约0.4mm至约0.9mm。透过热囊材料的一面将针压入颗粒状放热组合物中，压入深度为约2％至约100％，优选约20％至约100％，并且更优选约50％至约100％。这种孔构型可在颗粒状放热组合物氧化期间使氧扩散到热囊中，扩散量为约0.01cc O₂/分钟/5cm²至约15.0cc O₂/分钟/5cm²(21℃，0.1MPa(1ATM)下)，优选约0.9cc O₂/分钟/5cm²至约3cc O₂/分钟/5cm²(21℃，0.1MPa(1ATM)下)。虽然优选在覆盖薄膜上层提供通气孔，但也可以在覆盖薄膜下层和/或二者中提供通气孔。

本发明的热囊可任选将待递送的组分渗入到皮肤中，其中所述任选组分包括活性芳族化合物、非活性芳族化合物、药物活性物质或其它治疗剂、以及它们的混合物。任选组分可作为单独的基底层而被结合到热囊中或被结合到至少一个薄膜层基底中。上述活性芳族化合物包括但不限于薄荷醇、樟脑、按树、以及它们的混合物。上述非活性芳族化合物包括但不限于苯甲醛、柠檬醛、癸醛、乙醛、以及它们的混合物。所述药物活性物质/治疗剂包括但不限于抗生素、维生素、抗病毒剂、止痛药、抗炎剂、止痒剂、退热剂、麻醉剂、杀真菌剂、抗微生物剂、以及它们的混合物。所述热囊还可包含单独的基底层，或被结合到至少一种薄膜层基底、自粘合组分和/或吸汗组分中。

放热组合物

本发明的热囊包含一种颗粒状放热组合物。当将所述热囊结合到一次性加热装置如一次性身体包裹物中时，所述颗粒状放热组合物可提供改善的持久温度。所述颗粒状放热组合物包含颗粒状预混物组合物和盐水溶液。

颗粒状预混物组合物中的组分典型包括铁粉、碳、吸收胶凝材料和水，其组分更详细地描述于下文中。同样，典型的盐水溶液组分包括金属盐、水和任选的氢气抑制剂如硫代硫酸钠。通常通过构成颗粒状预混物组合物并快速将预混物加入到盐水溶液中以致使形成本发明热囊，来制造本文定义的放热组合物。典型的本发明热囊可包含每热囊约0.4克预混物至每热囊约2.5克预混物和每热囊约0.4克盐水溶液至每热囊约1.5克盐水溶液。因此，本发明的放热组合物可包含每热囊约0.8克至约4.0克，优选约1.5克至约3.5克，更优选约2.5克至约3.0克的总热囊重量。

可通过改变接触空气的面积，更具体地讲通过改变氧扩散性/渗透性，来根据需要控制颗粒状放热组合物生热氧化反应的速度、持续时间和温度。改变放热反应的其它方法包括例如通过选择下文所述的特定组分，改变组分粒度等来选择组合物中的组分。

作为举例说明，改变放热反应的一个具体方法涉及加入具有约200μm中值粒度的铁粉和具有约300μm中值粒度的吸收胶凝材料，其中所述吸收胶凝材料与铁粉的中值粒度比率为1.5∶1。已发现，吸收胶凝材料与铁粉的这种选定比例可使放热组合物显示具有快速的初始温度加热速率和持续时间长的加热性能，这是目前放热组合物所难以实现的。据信，目前的放热组合物包含高含量的水分，这导致在间质颗粒空隙中存在水，这限制了氧流量并且减缓了初始温度加热速率。已发现，由选定中值粒度比率的吸收胶凝材料与铁粉构成的放热组合物可使过量的水离开间质颗粒空隙，以获得更加快速的初始温度加热速率。

铁粉

本发明的颗粒状放热组合物包含一种或多种铁粉组分，所述铁粉组分的浓度按所述组合物的重量计在约10％至约90％，优选约30％至约88％，更优选约50％至约87％的范围内。

据信，本文定义的颗粒状放热组合物可在铁粉氧化时释放出热量。已知，铁是与铁放热氧化相关的电化学反应中的阳极。对铁粉的纯度、种类、尺寸等没有特别的限制，只要它可被用来与电导水和空气一起产生发热。例如，已发现，中值粒度为约50μm至约400μm，优选约100μm至约400μm，更优选约150μm至约300μm的铁粉适用于本文。

可使用筛分方法，例如“ASTM Method B214”中所描述的方法，来测定铁粉以及本文定义的任何其它颗粒状组分的中值粒度。一般来讲，使颗粒通过由不同尺寸组成的一系列筛网来筛选，并且测定残留在每个筛网上的颗粒重量分数。然后将每个筛网上的颗粒重量分数用于构建累积重量分布曲线。通过使粒度对累积加入的粒度比下一更大筛网所保留粒度小的颗粒重量百分数作图来构建累积重量分布曲线。由累积重量分布曲线测定中值粒度，其中所述中值粒度定义为与50％累积重量相应的粒度。构建累积重量分布曲线的详情描述于第4版Particle Size Measurement，第153至156页“Methods of Presenting Size Analysis Data”(Terrence Allen，1990年)中，其描述全文以引用方式并入本文中。为说明筛分方法，将约100g+/-0.1g的试验样本放入到一组美国标准筛网的顶部网筛中，其中每个筛网具有比其下层筛网更大的筛孔。将封盖放置在顶部筛网上，然后将一组网筛夹在机械操作的摇晃筛分机如TylerRoTap摇晃机中。使所述摇晃机运转15分钟，同时机械重复手动筛分期间进行的摇晃运动。在摇晃过程期间对筛网组进行轻叩，以有助于颗粒经由网孔掉落。在摇晃15分钟后，称量收集在每个网筛上的物料，精确至0.1g。所有部分重量之和应不小于试验样本重量的99.7％。保留在每个筛网上的部分重量表示为试验样本重量百分数，精确至0.1％。任何小于或等于试验样本重量0.04％的部分应作为“痕量”报告。除非指定报告至两个小数位，任何大于或等于试验样本重量0.05％的部分应作为0.1％报告。如果部分不存在，则应报告为0.0％。然后测定中值粒度。

优选地，所述颗粒状放热组合物由选定中值粒度比率的下文所定义吸收胶凝材料与铁粉构成。已表明，由此选定中值粒度比率的组分构成的放热组合物可使热囊具有改善的加热性，并且具有抵抗组成变化的能力，例如抵抗颗粒离析。吸收胶凝材料与铁粉的中值粒度比率典型在约10∶1至约1∶10，优选约7∶1至约1∶7，更优选约5∶1至约1∶5，并且最优选约3∶1至约1∶3的范围内。

与目前热囊相比，本发明的热囊典型较小并且过量的放热组合物无法用于补偿颗粒离析效应。事实上，加入过量的放热组合物会导致热囊热性能的显著变化。已发现，通过使用中值粒度在本文定义范围内的铁粉，尤其是以吸收胶凝材料与铁粉的比率组合来使用铁粉，可减弱颗粒离析效应。据信，放热组合物的反应速率受控于放热组合物的多孔性。换句话讲，热囊放热速率受到颗粒堆积性能(即间质颗粒空隙体积)和放热组合物中所含水量的影响。本文定义的铁粉可提供低堆积性能，然而吸收胶凝材料可阻止水进入到颗粒空隙中，因此使得热囊显示具有快速的初始温度加热速率和持续时间长的加热性能，以治疗临时性或慢性周身病痛。

本发明的适宜铁粉源的非限制性实例包括铸铁粉、还原铁粉、电解铁粉、铁屑粉、海绵铁、生铁、熟铁、各种各样的钢、铁合金、这些铁源的处理品种、以及它们的混合物。优选海绵铁。

海绵铁是一类铁粉源，由于海绵铁的高内表面面积，因而它是尤其有利的。由于内表面面积比外表面面积大若干数量级，因此反应性可能不受粒度控制。市售海绵铁的非限制性实例包括M-100和F-417，其可得自位于New Jersey，U.S.A.的Hoeganaes Corporation。

海绵铁是用于炼钢工业中的材料，作为钢铁制造的基本来源。不受任何制造方法的限制，可通过在略低于鼓风炉温度的温度下将粉末形式的赤铁矿(Fe₂O₃)铁矿石暴露在还原性气氛中，来制造海绵铁。包括海绵铁的制造在内，海绵铁被更具体地公开于美国专利2,243,110、2,793,946、2,807,535、2,900,247、2,915,379、3,128,174、3,136,623、3,136,624、3,136,625、3,375,098、3,423,201、3,684,486、3,765,872、3,770,421、3,779,741、3,816,102、3,827,879、3,890,142和3,904,397中；其公开以引用的方式并入本文中。

虽然氧是铁发生氧化反应所必需的，但是本发明热囊中无需内部氧源。然而，可在其制造期间内将产生氧的化学物质掺入到颗粒状放热组合物中而不会改变本发明的范畴。用于本发明目的的氧源包括空气和具有不同纯度的人工制造的氧气。在这些氧源中，优选空气，因为它是最方便且经济的。

碳

本发明的颗粒状放热组合物包含一种或多种碳组分，所述碳组分的浓度按所述组合物的重量计在约1％至约25％，优选约1％至约15％，更优选约1％至约10％的范围内。

适用于本文的碳的非限制性实例包括活性炭、非活性炭、以及它们的混合物。所述碳组分具有约25μm至约200μm，优选约50μm至约100μm的中值粒度。优选活性炭。

活性炭可用作与铁放热氧化相关的电化学反应中的阴极。然而，通过额外使用非活性炭粉末可扩展阴极能力，即共混碳以降低成本。因此，上述碳的混合物也可用于本发明。

活性炭在内部结构上是非常多孔的，使得它具有极好的氧吸附性能。事实上，当活性炭润湿时，它具有极好的氧吸附能力，从而使得活性炭可用作电化学反应中的催化剂。

此外，活性炭可很好的吸附水，并且可用在持水材料。而且，活性炭可吸附气味，例如由铁粉氧化而产生的那些。

由椰子壳、木材、木炭、煤、骨煤等制成的活性炭适用于本文，但是由其它原料如畜产品、天然气、脂肪、油和树脂等制成的那些也可用于本发明的颗粒状放热组合物中。对所用活性炭的种类没有限制，然而优选的活性炭具有良好的氧吸附性能。市售活性炭的实例包括从位于Covington，Virginia(USA)的MeadWestvaco购得的活性炭。

为向放热组合物提供快速加热速率，同时维持释热持续时间，所述放热组合物应具有比活性炭更多的吸收胶凝材料。已表明，如果吸收胶凝材料少于活性炭，则放热反应变得对含水量敏感，并且不能快速加热。不受理论的约束，据信这应归于吸收胶凝材料与活性炭间的水分竞争，并且对于待发生的放热反应而言，活性炭需要充分润湿以使其可用作吸附氧的催化剂。

此外，本文所定义颗粒状放热组合物中的碳量应最小以使间质颗粒空隙体积最大。碳典型为最精细的颗粒组分，并且过量的碳将导致碳充满间质颗粒空隙体积。已发现，放热反应所需的碳量显著低于目前放热组合物中所用的碳量，这是由于所用吸收胶凝材料的含量较高。因此，碳主要是采用其催化活性，而最大程度地减少对其保水性质的采用。

对本发明热囊的制造方法而言，少量的碳也是高度适宜的，因为少量的碳可使预混物快速吸附盐水溶液。这显著增加了本文所定义热囊制造方法的速度。

吸收胶凝材料

本发明的颗粒状放热组合物包含一种或多种吸收胶凝材料，所述吸收胶凝材料的浓度按所述组合物的重量计在约1％至约25％，优选约1％至约15％，更优选约1％至约10％的范围内。

适用于本文的吸收胶凝材料能够将水物理或化学保留于本发明的颗粒状放热组合物中。具体地讲，所述吸收胶凝材料提供将水逐渐供向铁粉组分的功用，其中所述水以可控的速率释放。不受理论的束缚，据信吸收胶凝材料可防止或抑制水进入或被保留在放热组合物的不同颗粒的填隙空位中，从而有助于防止或抑制溢流。

适宜的吸收胶凝材料的非限制性实例包括具有流体吸附特性并且可在与水接触时可形成水凝胶的那些吸收胶凝材料。上述吸收胶凝材料的一个具体实例是形成水凝胶的吸收胶凝材料，其基于多元酸，例如聚丙烯酸。此类水凝胶形成聚合物材料是与液体例如水接触时吸收上述流体并从而形成水凝胶的那些。这些优选的吸收胶凝材料通常包含基本上水不溶性的、轻度交联的、部分中和的水凝胶形成聚合物材料，所述材料由可聚合的不饱和含酸单体制得。在上述材料中，由不饱和含酸单体形成的聚合物组分可包含整个胶凝剂，或者可接枝到其它类型的聚合物部分如淀粉或纤维素上。丙烯酸接枝淀粉材料属于后一类型。因此，具体的适宜吸收胶凝材料包括水解丙烯腈接枝淀粉、丙烯酸接枝淀粉、聚丙烯酸酯、基于马来酸酐的共聚物、以及它们的组合。优选聚丙烯酸酯和丙烯酸接枝淀粉材料。市售聚丙烯酸酯的非限制性实例包括得自位于Chatanooga，TN(U.S.A.)的Nippon Shokubai的那些聚丙烯酸酯。

所述吸收胶凝材料具有约300μm至约800μm，优选约400μm至约800μm，更优选约500μm至约800μm的中值粒度。已表明，具有300μm或更大中值粒度的吸收胶凝材料有助于最大程度地减少或消除离析效应。减少离析效应可提供改善的持久温度，以获得所期望的治疗加热有益效果而没有任何不利的结果，例如皮肤灼伤。减少离析效应还可高速制造包含多个热囊的一次性加热装置，其可提供最多二十四小时的治疗加热。

如上所述，本文定义的颗粒状放热组合物优选具有选定中值粒度比率的吸收胶凝材料与铁粉。已表明，由明确选定中值粒度比率的这些组分构成的放热组合物显示具有最小的离析效应或无离析效应，这使得放热组合物符合旨在的热性能以获得所期望的治疗加热有益效果。

除了吸收胶凝材料以外，本发明的颗粒状放热组合物还可任选包含其它具有毛细管功能和/或亲水特性的持水材料。这些任选的持水材料可包含于所述颗粒状放热组合物中，其浓度按所述组合物的重量计在约0.1％至约25％，优选约0.5％至约20％，更优选约1％至约15％的范围内。上述任选持水材料的非限制性实例包括蛭石、多孔硅酸盐、锯末、木粉、棉花、纸张、植物材料、羧甲基纤维素盐、无机盐、以及它们的混合物。所述吸收胶凝材料和任选持水材料进一步描述于美国专利5,918,590和5,984,995中；其描述以引用方式并入本文中。

金属盐

本发明的颗粒状放热组合物包含一种或多种金属盐，所述金属盐的浓度按所述组合物的重量计在约0.5％至约10％，优选约0.5％至约7％，更优选约1％至约5％的范围内。

适用于本文的金属盐包括用作反应促进剂的那些金属盐，其用于活化铁粉表面以易于与空气发生氧化反应，并且可向放热组合物提供导电性以抵抗侵蚀反应。通常，存在若干适宜的可单独或组合使用的碱金属、碱土金属和过渡金属盐以抵抗铁的侵蚀反应。

适宜金属盐的非限制性实例包括硫酸盐、氯化物、碳酸盐、乙酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、以及它们的混合物。硫酸盐的具体非限制性实例包括硫酸铁、硫酸钾、硫酸钠、硫酸锰、硫酸镁、以及它们的混合物。氯化物的具体非限制性实例包括氯化铜、氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化锰、氯化镁、氯化亚铜、以及它们的混合物。氯化铜、氯化钠以及它们的混合物是优选的金属盐。市售氯化钠的一个实例包括得自位于Chicago，Illinois(USA)的Morton Salt的氯化钠。

水

本发明的颗粒状放热组合物包含水，所述水的浓度按所述组合物的重量计在约1％至约35％，优选约5％至约33％的范围内。适用于本文的水可来自任何适宜的来源。例如，自来水、蒸馏水或去离子水、或它们的任何混合物均适用于本文。

已知，热囊的热性能对水分含量高度敏感，并且典型的热囊可包含的水分浓度为或高于约27％，以维持所述热囊的加热温度。然而，包含约27％或更高的高水分浓度会造成初始加热温度低于所期望的温度。因此，难以获得快速达到治疗有益效果所需温度的能力和维持所述温度的能力。然而已发现，本发明的颗粒状放热组合物不仅可使热囊高度有效地保持稳定、可控且一致的温度，而且可使热囊具有快速的初始温度加热速率，从而致使热囊可提供所期望的治疗加热有益效果而没有任何不利的结果，例如皮肤灼伤。这可通过掺入足够重量比率的水与吸收胶凝材料，使得所述颗粒状放热组合物具有高度的内部保水率和高度的间质颗粒空隙体积来实现。本发明的颗粒状放热组合物包含的水与吸收胶凝材料的重量比率按所述放热组合物的重量计为约3∶1至约9∶1，优选约4∶1至约7∶1。

此外，目前热囊典型包含高含量的水以增加热囊加热温度保持时间。因此，本发明的放热组合物可包含高含量的水并且占据比目前热囊更低的热囊权重。因此，本发明的放热组合物可更有效地使用高含量的水，并且在持续期间内达到期望加热温度所需的放热组合物更少。

任选成分

本发明的放热组合物可进一步包含一种或多种已知的或其它可有效用于制药组合物中的其它任选组分，前提条件是所述任选组分可与上文所述组合物组分在物理和化学上相容，或不会不适当地损害产品的稳定性、美观性或性能。适用于本文的其它任选组分包括以下物质，例如凝聚助剂，包括玉米糖浆、麦芽糖醇糖浆、结晶山梨醇糖浆和无定形山梨醇糖浆；干粘合剂，包括微晶纤维素、微细纤维素、麦芽糖糊精、喷雾乳糖、共结晶蔗糖和糊精、改性右旋糖、甘露糖醇、预先胶凝化的淀粉、磷酸二钙和碳酸钙；氧化反应增强剂，包括元素铬、锰、铜，以及包含所述元素的化合物；氢气抑制剂，包括无机和有机碱性化合物和碱性弱酸盐，具体的非限制性实例包括硫代硫酸钠、亚硫酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钙、碳酸钙和丙酸钠；填料，例如天然纤维素片段(包括锯木屑、棉绒和纤维素)、片段形式的合成纤维(包括聚酯纤维)、泡沫合成树脂(例如泡沫聚苯乙烯和聚氨酯)、无机化合物(包括二氧化硅粉末、多孔二氧化硅凝胶、硫酸钠、硫酸钡、氧化铁和氧化铝；抗结块剂，例如磷酸三钙和铝硅酸钠；以及它们的混合物。这些组分也包括增稠剂如玉米淀粉、马铃薯淀粉、羧甲基纤维素和α-淀粉，和表面活性剂如包括在阴离子、阳离子、非离子、两性离子和两性型范围内的那些。如果适当的话，还可将其它任选组分包含到本文组合物或制品中，包括增容剂，如硅酸盐、锆和陶瓷、以及它们的混合物。颗粒状放热组合物中所包含的其它任选组分的浓度按所述组合物的重量计在约0.01％至约35％，优选约0.1％至约30％的范围内。

制造方法

本发明的颗粒状放热组合物可经由任何已知的或其它有效的技术来制造，所述技术适于得到可提供治疗加热有益效果的放热组合物。优选使用常规共混技术(如本文所述的共混技术)来制造本发明的颗粒状放热组合物。将本发明颗粒状放热组合物组分共混的其它适宜方法更完备地描述于1987年3月17日公布的授予Yasuki等人的美国专利4,649,895中，其描述以引用方式并入本文中。

将颗粒状放热组合物组分共混的具体技术涉及将碳加入到共混器或搅拌器中，接着加入总水量的一小部分，然后搅拌碳/水组合。通常加入足量的水以有助于共混，同时避免腐蚀加剧。停止搅拌，并且将吸收胶凝材料加入到碳/水组合中。再继续搅拌，直至所有组分充分混合，然后加入铁粉并搅拌。然后将组合物共混，直至充分混合形成颗粒状预混物。单独混合氯化钠、任选的氢气抑制剂如硫代硫酸钠以及剩余的水以形成盐水溶液，然后将其加入到铁粉预混物中以形成颗粒状放热组合物，其可用于构造本发明的热囊。通过将固定量的颗粒状预混物组合物加入到薄膜层基底片内的口袋中，如聚丙烯非织造材料/LDPE薄膜层基底片内的口袋中，来制造单独的热囊。在此方法中，将水或盐水快速加入到预混物组合物顶部，并且将聚丙烯非织造材料/聚(乙烯-乙酸乙烯酯)薄膜层基底平片放置在热囊上方，使聚(乙烯-乙酸乙烯酯)薄膜面朝向包含预成形口袋平片的LDPE薄膜面。使用低温加热，将两块薄板的薄膜层粘合在一起，形成一体化结构。所得热囊包含颗粒状放热组合物，所述组合物被密封在介于两个薄膜层基底片间的口袋中。已发现，由本文所述方法制得的热囊可尤其有效地在所期望热疗初期以及整个期间内提供一致、稳定和可控的加热温度，前提条件是所述热囊包含放热组合物，所述组合物包含选定中值粒度比率的本文指定吸收胶凝材料与铁粉。

作为另外一种选择，可使用真空形成口袋来制造单独的热囊。换句话讲，当将颗粒状预混物组合物放置在正好位于模上方的薄膜层基底表面顶部时，使用真空将薄膜层基底表面拉入到模中。颗粒状预混物组合物落入到真空形成的口袋中，并且由施加在颗粒状预混物组合物上的真空固定在模具底部。接着，快速将盐水溶液加入到预混物组合物顶部。接着，将第二薄膜层基底表面放置在第一薄膜层基底表面上，使得颗粒状放热组合物介于两个表面之间。然后将颗粒状放热组合物密封在第一和第二薄膜层基底表面间。

所得热囊可单独使用或用作多个热囊，其中所述热囊可被结合到多种一次性加热装置例如一次性身体包裹物中。典型地，所述身体包裹物具有用于将包裹物保持在身体不同部位(例如膝盖、颈部、背部等)周围的装置，并且可包括任何数量的类型和形状，其中所述保持装置包括扣紧系统，例如可重新闭合的两部分钩环扣紧系统。

所得热囊优选包装在空气不可透过的第二包装中以防止发生氧化反应，直至需要时，如上述美国专利4,649,895中所述，所述文献已经以引用方式并入本文中。作为另外一种选择，可将空气不可透过的可移除胶带放置在热囊通气孔上。当移除胶带时，空气能够进入到热囊中，从而激活铁粉的氧化反应。

实施例

以下实施例进一步描述和例证了本发明保护范围内的实施方案。所给的这些实施例仅仅是说明性的，不可理解为是对本发明的限制，因为在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可以进行许多改变。除非另外指明，所有示例浓度均为重量-重量百分比。

通过使用常规的共混技术形成颗粒状放热组合物来制造下文示例的颗粒状放热组合物，其中所得组合物可用于构建本发明的热囊。

通过将活性炭和水加入到共混器或搅拌器中，如Littleford DayMixer，并且混合约十分钟，来制造预混物。然后加入吸收胶凝材料如聚丙烯酸酯，并且将混合物搅拌约10分钟。接着，将铁粉如海绵铁加入到搅拌器中，并且将所得预混物搅拌约5分钟。

将约2.2克所得预混物组合物加入到已被LDPE薄膜覆盖的聚丙烯非织造材料片内的预成形口袋中，所述预成形口袋已被热成形以形成口袋。

接着，通过将水、金属盐如氯化钠以及任选的硫代硫酸钠加入到搅拌器中并且搅拌约十五分钟，来制造盐水溶液。然后将所得盐水溶液快速加入到预混物组合物上以获得本发明一种或多种热囊构造。

然后将覆盖聚(乙烯-乙酸乙烯酯)的聚丙烯非织造材料平片放置在热囊上并且加热粘合到底片上。修整热囊周围的物质以在热囊周边提供2.5cm的过量物质。将一百根直径约0.5mm的针同时压入到热囊一面内，直至它们约100％穿透到放热组合物中，但是没有穿透底片。这种穿孔方法可获得约1cc/min./5cm²(在21℃、0.1MPa(1ATM)下)的O₂扩散渗透性。在将盐水加入到颗粒状组合物后不久，热囊开始发热，因此将顶片和底片粘合，并且将最终热囊快速包装到气密的第二包装中，以供将来使用。

所得热囊可被结合到一次性加热装置中，包括一次性身体包裹物，例如背套、护膝、关节护套、月经护垫、自颈至臂的护套等。

颗粒状放热组合物

  组分  实施例1  (Wt.％)  实施例2  (Wt.％)  实施例3  (Wt.％)  铁粉  60.40  56.75  58.70  活性炭  4.05  3.81  3.94  吸收胶凝材料  5.09  4.78  4.94  氯化钠  3.02  3.47  1.38  硫代硫酸钠  0.38  0.43  ---  水  27.06  30.76  31.04

尽管已用具体实施方案来描述了适用于本发明的颗粒状放热组合物，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可作出许多变化和修改。在所附的权利要求书中旨在包括所有这些属于本发明保护范围内的修改。