基于非织造材料的化学热敷包制备与性能研究

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化学热敷包应用于人体,既可以作为主动保暖用品对抗低温,也可以作为理疗保健用品提高人体舒适性,其表面包装材料影响着热敷包的发热温度、机械强力、粉末泄露情况等与使用安全密切相关的性能,通过合理设计化学发热剂的包装材料制备安全有效的热敷包是值得研究的课题。利用还原铁粉腐蚀过程中能量转化与热传递原理,本文以还原铁粉、活性炭粉、氯化钠溶液为发热剂原料,通过调节氯化钠溶液加入量、铁粉含量、堆积质量这三个参数配制不同的发热剂,以最高温度为标准选择较优配方配制发热剂作化学发热层;以聚乙烯(PE)透气膜与聚丙烯(PP)纺粘非织造布为原料,通过层压复合与机械致孔工艺制备具有不同开孔率的复膜非织造材料(SF材料),包覆化学发热剂作为透气防护层;再以聚丙烯酸类超吸水纤维(SAF)与皮芯结构PP/PE双组分复合纤维(ES纤维)为原料,通过梳理成网与热轧加固工艺,制备可吸水释水的SAF非织造材料作水分控释层;三者用夹心结构热压组装化学热敷包,通过结构与防护性能的测试分析各层材料在热敷包中起到的作用,并重点通过温度巡检仪与红外热像法表征其热敷包的发热特性,得到以下结论:(1)化学发热剂中加液量、铁粉含量、堆积质量都对发热特性有影响。铁粉含量90 wt%、活性炭粉含量10 wt%的10 g混合粉末、加入1 m L氯化钠溶液量作为发热剂优选配方,平均升温速率最高达10.1℃/min、最高温度值最大为85.6℃、持续发热时间为11 min,最高温度与持续发热时间随着堆积质量增加而增大。(2)SF材料不隔绝氧气、有较好的颗粒物阻隔性,兼具亲肤性与一定强力,是构建化学发热包良好的透气防护材料。随着SF材料开孔率越大、透气性就越好,发热包中发热剂的升温速率和最高温度越大,持续发热时间减少。当SF材料透气率为3.76 mm/s时,发热剂最高温度降低至52.0℃,温度保持在50~52℃区间时长达38 min;SF材料开孔率约26%、透气率达94.10 mm/s时,包中发热剂的温度变化曲线与完全暴露在空气中的发热剂温度变化曲线趋于一致。(3)SAF非织造材料具有较好的水分控释性,常温下可吸收自身质量23.94倍的水分,可逐渐缓慢释放水分。环境温度越高,SAF非织造材料从吸饱水到完全释放水所需时间越短,理论上可持续供水,有利于热敷包持续发热时间提升。但SAF非织造材料吸饱水后出现“凝胶堵塞”与“湿态切割”现象,阻碍氧气进入,热敷包温度难以升高。热敷包表面最高温度和升温速率随植入SAF非织造材料的厚度增加而下降:当SAF非织造材料厚度为1.00 mm时,克重为165.07 g/m2,热阻是0.21 m2·K/W,可使热敷包表面最高温度降至45.2℃,持续发热时间大于110 min,适用于人体热敷。
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