CN101325932A - 采用产热插件的治疗套件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于向身体的区域提供热的治疗套件。所述治疗套件可用来治疗肌肉、韧带、肌腱等的多种损伤，包括臂、腿、踝、膝、肩、脚、颈、背、肘、腰、手、胸、手指、脚趾损伤等。无论其预期用途如何，所述治疗套件通常采用接纳产热插件的垫。所述产热插件包括含放热涂层的基材，所述放热涂层在氧气和湿气的存在下能生热。本发明的产热插件的一个特别的好处在于其是一次性的。因此，当所述产热插件的生热能力耗尽时，可简单地使用新的插件。这使可伸展材料可以继续使用，从而给消费者带来相当大的成本节约。

Description

采用产热插件的治疗套件
发明背景
治疗垫或包常用来暖热肌肉或减少抽筋。最常规的垫需要使用外部加热或当混合时发生放热反应的反应剂(即化学垫)。例如，“袋中袋”化学垫通常有含一种反应剂的较小袋，所述较小袋包容在含另一种反应剂的较大袋中。但这类化学垫的第一反应剂和第二反应剂之间的表面积大。因此，反应剂过早地迁移通过较小袋的可能性加大。虽然可用较厚的材料减慢迁移，但这样做有时会加大使材料破裂的难度。与“袋中袋”化学垫相反，“边对边”垫在两个各含一种反应剂的室之间使用可破坏密封。这些垫试图在袋的周边周围使用较强的外部密封而在两个室之间使用较弱的内部密封。但这是难以持续稳定地做到的，且外部密封的任何破裂均可能致使反应剂泄漏到使用者身上。
因此继续需要易于使用并易于实现对所需身体部位持续稳定加热的治疗垫。
发明概述
本发明的一个实施方案公开了一种治疗套件，所述套件包括限定空腔的垫；和能可移除地置于所述空腔内的产热插件(thermal insert)。所述产热插件包括含放热涂层的基材。所述放热涂层包含可氧化的金属。所述放热涂层一暴露于氧气和湿气就可被激活而生热。
本发明的另一实施方案公开了一种向身体部位提供热的方法。所述方法包括提供含放热涂层的产热插件，其中所述产热插件密封在外壳内，所述外壳抑制氧气进入放热涂层。打开所述外壳并置于垫所限定的空腔内。将所述垫邻近或靠近身体部位放置。
本发明的其他特征和方面在下文有更详细的描述。
附图简述
面向本领域技术人员的本发明的全面和充分公开(包括其最佳实施方式)手在本说明书的其余部分参照附图更具体地给出，在附图中：
图1示意了本发明的产热插件的一个实施方案的剖视图；
图2示意了本发明的产热插件的另一实施方案的剖视图；
图3为本发明的治疗套件的一个实施方案的顶视图；
图4为图3的套件的底视图；
图5为图3的沿5-5线的剖视图；
图6为置于手臂上的图3的垫的透视图；和
图7示意了实施例2样品的温度(℃)对时间(分钟)的热响应曲线。
代表性实施方案的详细描述
定义
本文中用到的术语“非织造织物或纤网”指各纤维或丝为交叉铺网(interlaid)而不是如针织物中那样可识别的样式的纤网。非织造织物或纤网已由多种工艺形成，例如熔喷工艺、纺粘工艺、粘合梳理纤网工艺等。
本文中用到的术语“熔喷”指其中纤维通过从多个细小(通常为圆形)的毛细管模头以熔融的纤维向会聚的高速气流(如空气流)中挤出而形成的工艺，其中气流使熔融态热塑性材料的纤维变细以减小其直径，所述直径可减小至微纤维直径。其后，熔喷纤维被高速气流携带并沉积在收集面上形成无规分配的熔喷纤网。这类工艺公开于例如授予Butin等的美国专利3,849,241中，其通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。一般而言，熔喷纤维可为可连续或不连续的微纤维，直径通常小于10微米，且当沉积在收集面上时通常是发粘的。
本文中用到的术语“纺粘”指其中小直径的基本连续的纤维通过从喷丝头的多个细小(通常为圆形)的毛细管挤出熔融态热塑性材料、然后通过例如缩径拉伸和/或其他熟知的纺粘机制快速减小所挤出纤维的直径而形成的工艺。纺粘非织造纤网的生产见述和示意于例如授予Appel等的美国专利4,340,563、授予Dorschner等的3,692,618、授予Matsuki等的3,802,817、授予Kinney的3,338,992、授予Kinney的3,341,394、授予Hartman的3,502,763、授予Levy的3,502,538、授予Dobo等的3,542,615和授予Pike等的5,382,400，其通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。纺粘纤维在沉积于收集面上时通常不发粘。纺粘纤维的直径有时可小于约40微米，常介于约5-约20微米之间。
本文中用到的术语“复合成网(coform)”通常指包含热塑性纤维与第二种非热塑性材料的混合物或稳定化基质的复合材料。举例来说，复合成网材料可通过其中至少一个熔喷模头布置在斜槽(在纤网形成时通过该斜槽向纤网中加入其他材料)附近的工艺制得。这类其他材料可包括但不限于纤维性有机材料如木浆或非木浆如棉、人造丝、再生纸、绒毛浆以及超吸收颗粒、无机和/或有机吸收剂材料、经处理的聚合物短纤维等。这类复合成网材料的一些实例见公开于授予Anderson等的美国专利4,100,324、授予Everhart等的5,284,703和授予Georger等的5,350,624；其通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。
本文中用到的术语“可伸展(的)”或“可伸展性”一般指在所施力的方向上拉伸或伸展其松弛长度或宽度的至少约50％的材料。可伸展材料不一定具有回复性质。例如，弹性体材料为具有回复性质的可伸展材料。熔喷纤网可为可伸展的，但不具有回复性质，因此为可伸展的非弹性材料。
本文中用到的术语“弹性体(的)”或“弹性(的)”指一施用拉伸力即可在至少一个方向(如CD方向)上拉伸而一解除拉伸力即收缩/返回至大约其原始尺寸的材料。例如，拉伸材料的拉伸长度可比其松弛的未拉伸长度长至少50％，且一旦解除拉伸力将回复至其拉伸长度的至少50％内。假定的例子为可拉伸至至少1.5英寸而一解除拉伸力即回复至不超过1.25英寸长度的一(1)英寸材料样品。理想的是，这类弹性体片材在横向上收缩或回复拉伸长度的至少50％，更理想至少80％。
本文中用到的“水蒸汽透过速率”(WVTR)一般指水蒸汽穿透材料的速率，以克每平方米每24小时(g/m2/24h)为单位量度。用来测定材料的WVTR的试验可随材料的性质而异。例如，在一些实施方案中，WVTR可大体按ASTM标准E-96E-80测定。该试验可能特别适合于WVTR被认为至高约3,000g/m2/24h的材料。测定WVTR的另一技术涉及PERMATRAN-W 100K水蒸汽渗透分析系统的使用，其可从明尼苏达州明尼阿波利斯的Modern Controls，Inc.购得。这类系统可能特别适合于WVTR被认为高于约3,000g/m2/24h的材料。但正如本领域内熟知的，也可采用测定WVTR的其他系统和技术。
本文中用到的术语“透气的”指可透过水蒸汽和气体但不可透过液体水。例如，“透气的阻隔层”和“透气膜”允许水蒸汽通过但基本不透过液体水。材料的“透气性”用水蒸汽透过速率(WVTR)量度，较高的值代表较透蒸汽的材料，较低的值代表较不透蒸汽的材料。透气材料的水蒸汽透过速率(WVTR)可例如为至少约100克每平方米每24小时(g/m2/24h)。在一些实施方案中为约500-约20,000g/m2/24h，在一些实施方案中为约1,000-约15,000g/m2/24h。
发明详述
现在参照本发明的各种实施方案进行详细描述，下面给出了其一个或多个实施例。各实施例是为说明的目的给出的而非对本发明的限制。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可不偏离本发明的范围或精神的前提下对本发明作各种改进和改变。例如，作为一个实施方案的一部分所示意或描述的特征可用于另一实施方案上而得到再一个实施方案。因此，本发明涵盖这类改进和改变。
总体来说，本发明涉及构造为向身体的区域提供热的治疗套件。所述治疗套件可用来治疗肌肉、韧带、肌腱等的多种损伤，包括臂、腿、踝、膝、肩、脚、颈、背、肘、腰、手、胸、手指、脚趾等。无论其预期用途如何，所述治疗套件通常采用能接纳产热插件的垫。所述产热插件包括含放热涂层的基材，所述放热涂层在氧气和湿气的存在下能生热。本发明的产热插件的一个特别的好处在于其是一次性的。因此，当所述产热插件的生热能力耗尽时，可简单地在套件中使用新的插件。这使垫可以继续使用，从而给消费者带来相当大的成本节约。
本发明的治疗套件中使用的垫可通过本领域内熟知的多种方式形成。例如，所述垫可含可伸展材料，所述材料与所关注的身体部位适形并能为使用者提供舒适贴身性而不约束血液流动。任何类型的可伸展材料均可用于此目的。例如，所述可伸展材料可为非织造纤网、纺织品、针织品、纸张、膜、泡沫等。当使用时，非织造纤网可为纺粘纤网(穿孔或非穿孔的)、熔喷纤网、粘合梳理纤网、气流铺网纤网、复合成网纤网、水刺纤网等。适于制造非织造纤网的聚合物包括例如聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、其共聚物和共混物等。适宜的聚烯烃包括聚乙烯如高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线形低密度聚乙烯；聚丙烯如全同立构聚丙烯、无规立构聚丙烯和间同立构聚丙烯；聚丁烯如聚(1-丁烯)和聚(2-丁烯)；聚戊烯如聚(1-戊烯)和聚(2-戊烯)；聚(3-甲基-1-戊烯)；聚(4-甲基-1-戊烯)；及其共聚物和共混物。适宜的共聚物包括由两种或多种不同的不饱和烯烃单体制得的无规和嵌段共聚物，如乙烯/丙烯共聚物和乙烯/丁烯共聚物。适宜的聚酰胺包括尼龙6、尼龙6/6、尼龙4/6、尼龙11、尼龙12、尼龙6/10、尼龙6/12、尼龙12/12、己内酰胺与氧化烯二胺等的共聚物以及其共混物和共聚物。适宜的聚酯包括聚(交酯)和聚(乳酸)聚合物以及聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸酸1，4-丁二醇、聚对苯二甲酸1，4-环己二亚甲酯和其间苯二甲酸酯共聚物以及其共混物。应指出，所述聚合物也可含其他添加剂(如加工助剂或处理组合物以赋予纤维所需的性质)、残留量的溶剂、颜料或着色剂等。
如果需要，所述可伸展材料也可含弹性体聚合物如弹性体聚酯、弹性体聚氨酯、弹性体聚酰胺、弹性体聚烯烃、弹性体共聚物等。弹性体共聚物的实例包括通式为A-B-A’或A-B的嵌段共聚物，其中A和A’各自为含苯乙烯部分(如聚(乙烯基芳烃))的热塑性聚合物端位嵌段，其中B为弹性体聚合物中间嵌段如共轭二烯或低级烯烃聚合物(如聚苯乙烯-聚(乙烯-丁烯)-聚苯乙烯嵌段共聚物)。由A-B-A-B四嵌段共聚物组成的聚合物也是适宜的，如授予Taylor等的美国专利5,332,613中所讨论的，其通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。这类四嵌段共聚物的实例为苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)-苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)(“S-EP-S-EP”)嵌段共聚物。市售可得的A-B-A’和A-B-A-B共聚物包括得自德克萨斯州休斯敦市的Kraton Polymers的商品名为KRATON
Figure A20068004650200091
的各种制剂。KRATON
Figure A20068004650200092
嵌段共聚物可以多种不同的制剂购得，其中的许多在美国专利4,663,220、4,323,534、4,834,738、5,039,422和5,304,599中有鉴别，这些专利通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。其他嵌段共聚物商品包括可从日本冈山的仓敷有限公司(Kuraray Company，Ltd.)以商品名SEPTON
Figure A20068004650200093
购得的S-EP-S即苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)-苯乙烯弹性体共聚物。
弹性体聚烯烃的实例包括超低密度弹性体聚丙烯和聚乙烯，如通过“单部位”或“金属茂”催化方法制得的那些。这类弹性体烯烃聚合物的商品可从德克萨斯州休斯敦市的埃克森石油化学公司(ExxonMobilChemical Co.)以商品名ACHIEVE
Figure A20068004650200094
(基于丙烯的)、EXACT
Figure A20068004650200095
(基于乙烯的)和EXCEED
Figure A20068004650200096
(基于乙烯的)购得。弹性体烯烃聚合物的商品也可从杜邦陶氏弹性体公司(DuPont Dow Elastomers，LLC)(杜邦(DuPont)和陶氏化学(Dow Chemical Co.)的合资企业)以商品名ENGAGE
Figure A20068004650200097
(基于乙烯的)和AFFINITY
Figure A20068004650200098
(基于乙烯的)购得。这类聚合物的实例也见述于授予Lai等的美国专利5,278,272和5,272,236中，其通过全文引用结合到本文中。某些弹性体聚丙烯也可用，如授予Yang等的美国专利5,539,056和授予Resconi等的5,596,052，其通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。
所述可伸展材料也可含不可透过液体和蒸气的、可透过液体和蒸气的或不可透过液体但可透过蒸气的(即“透气的”)膜。所述膜可由聚烯烃聚合物如线形低密度聚乙烯(LLDPE)或聚丙烯形成。主要为线形的聚烯烃聚合物的实例包括但不限于由如下单体产生的聚合物：乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基戊烯、1-己烯、1-辛烯和高级烯烃以及前述单体的共聚物和三元共聚物。此外，乙烯与其他烯烃包括丁烯、4-甲基戊烯、己烯、庚烯、辛烯、癸烯等的共聚物也为主要为线形的聚烯烃聚合物的实例。所述膜也可含例如上面所描述的弹性体聚合物。
所述可伸展材料也可具有多层结构。适宜的多层材料可包括例如纺粘/熔喷/纺粘(SMS)层合材料和纺粘/熔喷(SM)层合材料。适宜的SMS层合材料的各种实例见述于授予Brock等的美国专利4,041,203、授予Timmons等的5,213,881、授予Timmons等的5,464,688、授予Bomslaeger的4,374,888、授予Collier等的5,169,706和授予Brock等的4,766,029，其通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。此外，SMS层合材料的商品可由金伯利-克拉克公司(Kimberly-ClarkCorporation)以商品名Spunguard
Figure A20068004650200101
和Evolution
Figure A20068004650200102
获得。
所述可伸展材料中也可采用多层弹性层合材料。弹性层合材料可例如包括结合于非织造纤网上的膜。一种适宜的弹性层合材料为颈缩-粘合(neck-bonded)层合材料，其可含结合于弹性膜上的颈缩非织造纤网。颈缩-粘合层合材料的一些实例见述于授予Morman的美国专利5,226,992、4,981,747、4,965,122和5,336,545，其通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。另一种适宜的弹性层合材料为拉伸-粘合层合材料，其可含结合于处于伸展状态的弹性膜上的非织造纤网。适宜的拉伸-粘合层合材料见述于授予Vander Wielen等的美国专利4,720,415、授予Wright的5,385,775、授予Kieffer等的4,789,699、授予Taylor的4,781,966、授予Morman的4,657,802和授予Morman等的4,655,760，其通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。所述弹性层合材料也可为颈缩拉伸粘合层合材料。颈缩拉伸粘合层合材料的实例见述于美国专利5,114,781和5,116,662中，二者均通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。
如上所述，本发明的垫能接纳向所需身体部位提供热的产热插件。例如在一些实施方案中，所述垫限定产热插件可以可移除地位于其中的空腔。所述空腔的尺寸和形状构造为容纳所述产热插件。如果需要，所述空腔可由通过缝合、粘合、热接合等连接到可伸展材料上的单独的容器(如袋、小袋等)形成。这类容器可由将与产热插件适形的可伸展材料形成从而防止其意外脱落。一旦产热插件被置于空腔内，然后可将垫邻近或靠近身体部位放置以给予所需程度的热。有时可将所述垫包绕住身体部位并紧固以便不需使用者拿着垫即可提供热。
下面将参照例如图3-6对治疗套件200的各种实施方案给予更详细的描述。在该特定的实施方案中，套件200含由可伸展材料203形成并构造为包绕使用者手臂的垫202。基底210结合于可伸展材料203上，所述基底可由柔性足以使与特定受处理区域无关的区域实现正常的功能性运动但不可伸展性足以向受处理区域提供压力、压缩和/或支持的材料形成。例如，基底210可由软聚合物材料形成。基底210可以任何所需方式结合于可伸展材料203上，例如使用缝合、粘合、热接合等。环204A和204B也结合于基底210的外边缘上。可伸展材料203能插入穿过环204A和204B以使垫202附着于身体部位上。虽然不要求，但垫204A和204B通常由硬聚合物材料形成。垫202也含紧固件208和214(如钩-环(hook and loop)、按扣、纽扣、胶带等)。紧固件208和214可拉拢于一起以阻止使用过程中可伸展材料203的松开。在该特定的实施方案中，垫202也含连接于可伸展材料203上的容器206并限定用于接纳产热插件212的空腔217(图5)。空腔217可通过使容器206的三条边与可伸展材料203连接而形成以便产热插件212通过第四条未结合的边被接纳。所述未结合的边可有紧固件如按扣、纽扣、钩-环紧固件等以帮助在接纳产热插件212后闭合和密封空腔217。虽然在该实施方案中仅有一条边被描述为未结合的，但应理解一条或多条其他边也可不结合以接纳产热插件212。这类未结合的边同样采用例如上面所描述的紧固件。
在向指定区域施用垫202时，应将位置靠近紧固件208的可伸展材料203的端部包绕住所需区域并穿过环204A。这样可实现可伸展材料203的初步安放以及向受处理区域施用一些压力。穿过环204A后，可伸展材料203在所述区域下向回包绕并穿过环204B。通过拉动可伸展材料203穿过环204B，产热插件212将直接被压在所需区域上。此后，可伸展材料203被拉紧并用紧固件208和214固定在适当的位置上。
本发明的产热插件通常含在湿气和氧气的存在下能生热的放热涂层。所述放热涂层可由各种不同组分形成，包括可氧化的金属、碳组分、连接料、电解质盐等。这类金属的实例包括但不限于铁、锌、铝、镁等。虽然不要求，但所述金属可最初以粉末形式提供以方便处理和降低成本。从粗制金属(如铁)去除杂质以形成粉末的各种方法包括例如湿法处理技术(如溶剂提取、离子交换和电解精炼)以分离金属元素；氢气(H2)处理以除去气体元素如氧和氮；浮区熔融精炼法。使用这类技术，金属纯度可达至少约95％，在一些实施方案中金属纯度可达至少约97％，在一些实施方案中金属纯度可达至少约99％。所述金属粉末的粒径也可小于约500微米，在一些实施方案中小于约100微米，在一些实施方案中小于约50微米。这类小颗粒的使用可增大金属与空气的接触面，从而改善所需放热反应的可能性和效率。所采用金属粉末的浓度通常可随金属粉末的性质以及放热/氧化反应的所需程度而异。在大多数实施方案中，金属粉末以约40％重量-约50％重量的量存在于放热涂层中，在一些实施方案中为约50％重量-约90％重量，在一些实施方案中为约60％重量-约80％重量。
除可氧化的金属外，碳组分也可用在本发明的放热涂层中。尽管不希望受缚于理论，但我们认为这类碳组分促进金属的氧化反应并起到生热催化剂的作用。所述碳组分可为活性炭、碳黑、石墨等。当使用时，活性炭可由锯屑、木材、木炭、泥煤、褐煤、烟煤、椰壳等形成。活性炭的一些适宜形式和其形成技术见述于授予Parks的美国专利5,693,385、授予Economy等的5,834,114、授予Economy等的6,517,906、授予McCrae等的6,573,212以及授予Falat的美国专利申请公开2002/0141961和授予Hu等的2004/0166248，其均通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。
所述放热涂层也可采用连接料(binder)来提高当施用于基材上时涂层的耐久性。所述连接料也可用作使一种基材与另一种基材粘合的粘合剂。一般来说，各种连接料中的任一种均可用于本发明的放热涂层中。适宜的连接料可包括例如一旦交联即变得不溶于水的那些。交联可以各种方式获得，包括通过使连接料与多官能交联剂反应。这类交联剂的实例包括但不限于二羟甲基脲三聚氰胺-甲醛、脲-甲醛、聚酰胺表氯醇等。
在一些实施方案中，可采用聚合物胶乳作为连接料。适用于胶乳中的聚合物的玻璃化转变温度通常为约30℃或以下，以便所得基材的柔软性基本不被限制。此外，所述聚合物的玻璃化转变温度通常为约-25℃或以上以最大限度地减小聚合物胶乳的粘性。例如，在一些实施方案中，所述聚合物的玻璃化转变温度为约-15℃到约15℃，在一些实施方案中为约-10℃到约0℃。例如，可用于本发明中的一些适宜的聚合物胶乳可基于的聚合物包括但不限于苯乙烯-丁二烯共聚物、聚乙酸乙烯酯均聚物、乙酸乙烯酯-乙烯共聚物、乙酸乙烯酯-丙烯酸共聚物、乙烯-氯乙烯共聚物、乙烯-氯乙烯-乙酸乙烯酯三元共聚物、丙烯酸类聚氯乙烯聚合物、丙烯酸类聚合物、腈聚合物和本领域内熟知的任何其他适宜的阴离子聚合物胶乳聚合物。如本领域内熟知，上述聚合物胶乳的电荷可通过在聚合物胶乳的制备过程中使用带所需电荷的稳定剂来容易地改变。用于碳/聚合物胶乳体系的具体技术更详细地描述于授予McCrae等的美国专利6,573,212。可用于本发明中的活性炭/聚合物胶乳体系包括Nuchar
Figure A20068004650200141
PMA、DPX-8433-68A和DPX-8433-68B，其均可从康涅狄格州斯坦福德市的MeadWestvacoCorp购得。
如果需要，所述聚合物胶乳可用本领域内任何已知的技术如加热、电离化等交联。优选所述聚合物胶乳是自交联的，即不需要外部交联剂(如N-羟甲基丙烯酰胺)来诱发交联。具体而言，交联剂可导致聚合物胶乳和施用胶乳的基材间形成键。这类键合有时可能干扰基材生热的效率。因此，所述聚合物胶乳可基本无交联剂。特别适宜的自交联聚合物胶乳为可从德克萨斯州达拉斯市的Celanese公司以商品名DUR-O-SETElite(如PE-25220A)购得的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。或者可简单地采用降低交联度的抑制剂，如自由基清除剂、甲基氢醌、叔丁基儿茶酚、pH控制剂(如氢氧化钾)等。
虽然在本发明中聚合物胶乳可有效地用作连接料，但这类化合物有时导致悬垂性的降低和残留气味的增加。因此，本发明人已发现，可水溶的有机聚合物也可单独或与聚合物胶乳一起用作连接料来减轻这类问题。例如，发现适宜用于本发明中的一类可水溶的有机聚合物为多糖和其衍生物。多糖为含重复糖单元的聚合物，其可为阳离子的、阴离子的、非离子的和/或两性的。在一个特别的实施方案中，所述多糖为非离子的、阳离子的、阴离子的和/或两性的纤维素醚。适宜的非离子纤维素醚可包括但不限于烷基纤维素醚如甲基纤维素和乙基纤维素；羟烷基纤维素醚如羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基羟丁基纤维素、羟乙基羟丙基纤维素、羟乙基羟丁基纤维素和羟乙基羟丙基羟丁基纤维素；烷基羟烷基纤维素醚如甲基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、乙基羟丙基纤维素、甲基乙基羟乙基纤维素和甲基乙基羟丙基纤维素；等。
适宜的纤维素醚可包括例如可从康涅狄格州斯坦福德市的阿克苏诺贝尔(Akzo Nobel)以商品名“BERMOCOLL.”购得的那些。其他适宜的纤维素醚为可自日本东京的信越化学有限公司(Shin-EtsuChemical Co.，Ltd.)以商品名“METOLOSE”购得的那些，包括METOLOSE SM型(甲基纤维素)、METOLOSE SH型(羟丙基甲基纤维素)和METOLOSE SE型(羟乙基甲基纤维素)。适宜的非离子纤维素醚的一个特别的实例为甲氧基取代度(DS)为1.8的甲基纤维素。甲氧基取代度代表已经反应的各葡萄糖酐单元上存在的羟基的平均数，其可在0和3之间变化。一种这类纤维素醚为METOLOSESM-100，其为甲基纤维素，可从信越化学有限公司(Shin-Etsu ChemicalCo.，Ltd.)购得。其他适宜的纤维素醚也可从特拉华州威尔明顿市的赫克力士有限公司(Hercules，Inc.)以商品名“CULMINAL”购得。
放热涂层中碳组分和/或连接料的浓度通常可随基材的所需性质而异。例如，碳组分的量通常“量身定制”以促进氧化/放热反应而不不利地影响基材的其他性质。通常，碳组分以约0.01％重量到约20％重量的量存在于放热涂层中，在一些实施方案中为约0.1％重量到约15％重量，在一些实施方案中为约1％重量到约12％重量。此外，虽然较高的连接料浓度可为放热涂层提供更好的物理性质，但其可能对其他性质如施用有连接料的基材的吸收能力产生不利影响。相反，较低的连接料浓度可能降低放热涂层保持粘附于基材上的能力。因此，在大多数实施方案中，连接料以约0.01％重量到约20％重量的量存在于放热涂层中，在一些实施方案中为约0.1％重量到约10％重量，在一些实施方案中为约0.5％重量到约8％重量。
其他组分也可用在本发明的放热涂层中。例如，如本领域内熟知，可采用解质盐来与任何可能阻止金属氧化的钝化氧化物层反应并除去该层。适宜的电解质盐可包括但不限于碱金属卤化物或硫酸盐如氯化钠、氯化钾等；碱土金属卤化物或硫酸盐如氯化钙、氯化镁等。当使用时，电解质盐通常以约0.01％重量到约10％重量的量存在于放热涂层中，在一些实施方案中为约0.1％重量到约8％重量，在一些实施方案中为约1％重量到约6％重量。
此外，放热涂层中也可采用作为吸湿剂(moisture retainer)的颗粒。也就是说，在氧化/放热反应之前，这些颗粒可留存湿气。但在反应进行到一定程度且湿气浓度降低后，所述颗粒可释放湿气以使反应继续。除了用作吸湿剂外，颗粒也可为本发明的放热涂层提供其他好处。例如，所述颗粒可改变通常碳组分和/或金属粉末所带来的黑色。当使用时，吸湿颗粒的尺寸可小于约500微米，在一些实施方案中小于约100微米，在一些实施方案中小于约50微米。同样，所述颗粒可以是多孔的。尽管不希望受缚于理论，但据认为，多孔颗粒可为空气和/或水蒸汽提供通道以更好地接触金属粉末。例如，颗粒的孔/通道的平均直径可大于约5埃，在一些实施方案中大于约20埃，在一些实施方案中大于约50埃。这类颗粒的表面积也可大于约15平方米每克，在一些实施方案中大于约25平方米每克，在一些实施方案中大于约50平方米每克。表面积可通过Bruanauer，Emmet和Teller，Journalof American Chemical Society，第60卷，1938，第309页的物理气体吸附(B.E.T)法以氮气作为吸附气体测定。
在一个特别的实施方案中，使用了多孔碳酸盐颗粒(如碳酸钙)来留存湿气以及改变通常随带来的活性炭和/或金属粉末的黑色。这样的颜色改变从美学角度来说可能更悦人，特别是当涂层用在设计供消费者/个人使用的基材上时。适宜的白色碳酸钙颗粒可从佛蒙特州的Omya，Inc.of Proctor以干燥和含水浆状物两种形式购得。其他适宜的可留存湿气的无机颗粒包括但不限于硅酸盐如硅酸钙、硅酸铝(如云母粉、粘土等)、硅酸镁(如滑石)、石英岩、硅酸钙氟石、蛭石等；矾土；硅石；等。颗粒的浓度通常可随颗粒的性质、所需的放热反应程度和颜色改变而异。例如，颗粒可以约0.01％重量到约30％重量的量存在于放热涂层中，在一些实施方案中为约0.1％重量到约20％重量，在一些实施方案中为约1％重量到约15％重量。
除上述组分外，其他组分如表面活性剂、pH调节剂、染料/颜料/油墨、粘度调节剂等也可含在本发明的放热涂层内。粘度调节剂可例如用来根据所需的涂布工艺和/或涂布基材的性能调节涂料制剂的粘度。适宜的粘度调节剂可包括树胶如黄原胶。连接料如纤维素醚也可用作适宜的粘度调节剂。当使用时，这类其他组分通常小于放热涂层重量的约5％重量，在一些实施方案中小于约2％重量，在一些实施方案中为约0.001％重量到约1％重量。
无论其形成方式如何，所述放热涂层被施用到基材上，所述基材可实现产热插件的其他功能或仅用作涂层的物理载体。任何类型的基材均可施用以本发明的放热涂层。例如，非织造纤网、机织品、针织品、纸幅、膜、泡沫等均可施用以所述放热涂层。通常，用来形成所述基材的聚合物的软化或熔融温度高于蒸发湿气所需的温度。这类聚合物的一个或多个组分的软化温度可例如为约100℃到约400℃，在一些实施方案中为约110℃到约300℃，在一些实施方案中为约120℃到约250℃。这类聚合物的实例可包括但不限于合成聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙6、尼龙66、KEVLARTM、间同立构聚苯乙烯、液晶聚酯等)；纤维素聚合物(软木浆、硬木浆、热法机械浆)；其组合；等。
为向基材上施用本发明的放热涂层，首先可将各种组分溶解或分散在溶剂中。例如可序贯或同时将一种或多种上述组分与溶剂混合以形成可易于施用到基材上的涂料制剂。任何能分散或溶解所述组分的溶剂均是适宜的，例如水；醇如乙醇或甲醇；二甲基甲酰胺；二甲亚砜；烃如戊烷、丁烷、庚烷、己烷、甲苯和二甲苯；醚如乙醚和四氢呋喃；酮和醛如丙酮和甲基乙基酮；酸如乙酸和甲酸；和卤化溶剂如二氯甲烷和四氯化碳；以及其混合物。例如，在一个特别的实施方案中，水被用作溶剂以形成水性涂料制剂。溶剂的浓度通常足够高以抑制使用前金属的氧化。具体而言，当以足够高的浓度存在时，溶剂可用作阻隔剂以阻止空气过早与可氧化金属接触。如果溶剂的量太少，则放热反应可能过早发生。同样，如果溶剂的量太多，则沉积在基材上的金属的量可能太少而不能提供所需的放热效果。虽然所采用的实际溶剂(如水)浓度通常取决于可氧化金属和施用可氧化金属的基材的类型，但溶剂通常以涂料制剂的约10％重量到约80％重量的量存在，在一些实施方案中为约20％重量到约70％重量，在一些实施方案中为约25％重量到约60％重量。
添加到涂料制剂中的其他组分的量可随所需的热量、所用施用方法的吸湿量等而异。例如，涂料制剂内可氧化金属(粉末形式)的量通常在约20％重量到约80％重量范围内，在一些实施方案中为约30％重量到约75％重量，在一些实施方案中为约35％重量到约60％重量。此外，碳组分可占涂料制剂的约0.1％重量到约20％重量，在一些实施方案中为约0.1％重量到约15％重量，在一些实施方案中为约0.2％重量到约10％重量。连接料可占涂料制剂的约0.01％重量到约20％重量，在一些实施方案中为约0.1％重量到约15％重量，在一些实施方案中为约1％重量到约10％重量。电解质盐可占涂料制剂的约0.01％重量到约10％重量，在一些实施方案中为约0.1％重量到约8％重量，在一些实施方案中为约1％重量到约5％重量。此外，吸湿颗粒(如碳酸钙)可占涂料制剂的约2％重量到约30％重量，在一些实施方案中为约3％重量到约25％重量，在一些实施方案中为约4％重量到约10％重量。其他组分如表面活性剂、pH调节剂、粘度调节剂等也可占涂料制剂的约0.001％重量到约5％重量，在一些实施方案中为约0.01％重量到约1％重量，在一些实施方案中为约0.02％重量到约0.5％重量。
可改变涂料制剂的固体含量和/或粘度以获得所需的生热量。例如，涂料制剂的固体含量可为约30％到约80％，在一些实施方案中为约40％到约70％，在一些实施方案中为约50％到约60％。通过改变涂料制剂的固体含量，放热涂层中金属粉末和其他组分的含量可得到控制。例如，要形成金属粉末含量更高的放热涂层，涂料制剂可提供以较高的固体含量以便更高百分数的金属粉末在施用过程中结合进放热涂层中。此外，涂料制剂的粘度也可随涂布方法和/或所采用连接料的类型而异。例如，对于沉浸涂布技术(如浸渍涂布)，可采用较低的粘度，而对于落帘涂布(drop-coating)技术，可采用较高的粘度。如用带LV转子的Brookfield DV-1粘度计所测得的，通常粘度低于约2×106厘泊，在一些实施方案中低于约2×105厘泊，在一些实施方案中低于约2×104厘泊，在一些实施方案中低于2×103厘泊。如果需要，涂料制剂中可采用增稠剂或其他粘度调节剂来增大或减小粘度。
涂料制剂可用任何常规技术如刮棒涂布、辊涂、刮刀涂布、幕帘涂布、印刷涂布(如轮转凹版印刷)、喷涂、狭缝涂布、落帘涂布或浸渍涂布技术施用于基材上。形成基材(如纤维)的材料可在结合进基材中之前和/或之后涂布。涂层可施用到基材的一个或两个表面上。例如，放热涂层可存在于基材的与对着穿戴者或使用者的一面相反的表面上以避免烧伤的可能。此外，涂料制剂可覆盖基材的整个表面或可仅覆盖表面的一部分。当向多个表面施用放热涂层时，各表面可序贯或同时涂布。
无论涂层以何种方式施用，所得的基材通常被加热到某个温度以从涂层中除去溶剂和任何湿气。例如，基材可被加热到至少约100℃的温度，在一些实施方案中为至少约110℃，在一些实施方案中为至少约120℃。这样得到的经干燥的放热涂层是无水的，即通常不含水。通过尽可能减少湿气的量，放热涂层过早反应生热的可能性减小。也就是说，可氧化金属通常不与氧气反应，除非存在一些最小量的水。因此，放热涂层可保持非活动性直至使用过程中被置于湿气附近(如挨着含湿气的层)。但应理解，较小量的水可能仍然存在于放热涂层中而不引起实质性的放热反应。例如在一些实施方案中，放热涂层含低于约0.5％重量的水，在一些实施方案中低于约0.1％重量，在一些实施方案中低于约0.01％重量。
放热涂层的固体添加水平也可随需要而异。“固体添加水平”通过用经处理的基材(干燥后)的重量减去未经处理的基材的重量得到的差除以未经处理的基材的重量再乘以100％求出。较低的添加水平可使某些性质(如吸收性)最优，而较高的添加水平可使生热最优。例如在一些实施方案中，所述添加水平为约100％到约5000％，在一些实施方案中为约200％到约2400％，在一些实施方案中为约400％到约1200％。放热涂层的厚度也可变。例如所述厚度可在约0.01毫米到约5毫米的范围内，在一些实施方案中为约0.01毫米到约3毫米，在一些实施方案中为约0.1毫米到约2毫米。有时可采用较薄的涂层(如约0.01毫米到约0.5毫米)。这样的薄涂层可提高基材的柔性而仍提供均匀的加热。
为保持基材的多孔性、柔性和/或一些其他特性，有时可能需要施用放热涂层以覆盖基材的一个或多个表面面积的不到100％，在一些实施方案中为约10％到约80％，在一些实施方案中为约20％到约60％。例如在一个特别的实施方案中，所述放热涂层以预先选定的图案(如网状、菱形网格、点等)施用于基材上。虽然不要求，但这样的带有样式的放热涂层可足够温热基材而不用覆盖基材表面积的相当大部分。这对于优化基材的柔性、吸收性或其他特性可能是需要的。但应理解，所述涂层也可均匀地施用于基材的一个或多个表面上。此外，带图案的放热涂层也可为各区域提供不同的功能性。例如在一个实施方案中，基材被处理为具有两种或多种图案的可或可不交迭的涂布区域。所述区域可在基材的相同或不同表面上。在一个实施方案中，基材的一个区域涂有第一放热涂层，而另一区域涂有第二放热涂层。如果需要，一个区域可提供与另一个区域不同的热量。
除了具有功能好处外，所述基材也可具有各种美学好处。例如，虽然含活性炭，但所述基材可被制造为没有通常伴随活性炭的黑色的颜色。在一个实施方案中，放热涂层中使用了白色或浅色颗粒(如碳酸钙、二氧化钛等)以便所得基材呈浅灰或浅蓝颜色。此外可使用各种颜料、染料和/或油墨以改变放热涂层的颜色。所述基材也可涂施成带图案的放热涂层区域以形成具有不同颜色区域的基材。
也可采用其他基材来改善基材的放热性质。例如可将第一基材和第二基材结合使用。所述各种基材可一起起到向表面提供热的作用或可各自向不同的表面提供热。此外，可采用未施用本发明的放热涂层而施用了只是促进放热涂层的反应性的涂层的基材。例如，可邻近或靠近本发明的基材使用含吸湿颗粒的涂层的基材。如上所述，吸湿颗粒可留存和释放湿气以激活放热反应。
如上面所指出的，放热反应通过向放热涂层供给湿气和氧气激活。为提供所需的加热曲线，可按本发明选择性地控制让湿气接触放热涂层的速率。换句话说，如果在给定的时间段内供给了太多的湿气，放热反应可能产生过量的热而过度暖热或烧伤使用者。另一方面，如果在给定的时间段内供给了太少的湿气，则放热反应可能不足以活化。所需的施用速率当然可通过人工施用所需量的湿气获得，例如通过手工或在外部设备如注射器的帮助下获得。或者，产热插件自身可含控制湿气释放速率的机构。
使用产热插件作为控制湿气施用速率的机构的一种技术涉及水分保持层(moisture-holding layer)的使用。所述水分保持层可用在产热插件中以水分保持和在延长的时间段内可控地向放热涂层释放湿气。水分保持层可含按常规的方法或技术(如干法成形技术、气流铺网技术、梳理技术、熔喷或纺粘技术、湿法成形技术、泡沫成形技术等)形成的吸收纤网。例如在气流铺网工艺中，典型长度在约3到约19毫米范围内的小纤维束在送风中分散和携带，然后通常在抽真空的帮助下沉积到成形网上。然后使用例如热风或粘合剂使无规沉积的纤维彼此粘合。
水分保持层通常含纤维素纤维，如天然和/或合成绒毛浆纤维。绒毛浆纤维可为硫酸盐浆、亚硫酸盐浆、热法机械浆等。此外，绒毛浆纤维可含高平均纤维长度浆(high-average fiber lenth pulp)、低平均纤维长度浆(low-average fiber lenth pulp)或其混合物。适宜的高平均长度绒毛浆纤维的一个实例包括软木硫酸盐浆纤维。软木硫酸盐浆纤维源自针叶树并包括浆纤维如但不限于北方、西方和南方软木树种，包括红木、红杉木、铁杉、花旗松、冷杉、松树(如美国长叶松)、云杉(如黑云杉)及其组合等。北方软木硫酸盐浆纤维可用在本发明中。适用于本发明中的南方软木硫酸盐浆纤维的商品实例包括可从位于华盛顿Federal Way的Weyerhaeuser Company以商品名“NB-416”购得的那些。可用于本发明中的另一类绒毛浆的商品名为CR1654，可从阿拉巴马州Childersburg市的U.S.Alliance购得，其为主要含软木纤维的漂白的高度吸收性硫酸盐木浆。另一种适用于本发明中的绒毛浆为主要含软木纤维的漂白的硫酸盐木浆，可从位于南卡罗来纳州格林维尔市的Bowater Corp.以商品名CoosAbsorb S浆购得。低平均长度纤维也可用于本发明中。适宜的低平均长度浆纤维的实例为硬木硫酸盐浆纤维。硬木硫酸盐浆纤维源自落叶树并包括浆纤维如但不限于桉树、枫树、桦树、白杨等。可能特别需要桉树硫酸盐浆纤维以提高柔软性、增强亮度、增加不透明性和改变孔结构从而增大其芯吸能力。
如果需要，水分保持层也可含合成纤维如单组分和多组分(如双组分)纤维。例如，多组分纤维为由至少两种从各自的挤出机中挤出但纺到一起形成一种纤维的热塑性聚合物形成的纤维。在皮/芯多组分纤维中，第一聚合物组分被第二聚合物组分所包围。多组分纤维的聚合物在纤维的横截面上布置成位置基本不变的各明晰区域并连续地沿纤维的长度方向延伸。多组分纤维的各种聚合物组合均可用于本发明中，但第一聚合物组分通常在比第二聚合物组分的熔点低的温度下熔融。第一聚合物组分的熔融使纤维可形成粘性骨架结构，该结构一冷却即捕获和结合许多浆纤维。通常，多组分纤维的聚合物由不同的热塑性材料组成，如聚烯烃/聚酯(皮/芯)双组分纤维，其中聚烯烃(如聚乙烯皮)在比芯(如聚酯)低的温度下熔融。示例性的热塑性聚合物包括聚烯烃(如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯和其共聚物)、聚四氟乙烯、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯乙酸酯(polyvinyl chloride acetate)、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸类树脂(如聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯)、聚酰胺(如尼龙)、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氨酯、纤维素类树脂(如硝酸纤维素、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素和乙基纤维素)和任何上述材料的共聚物如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物等。
水分保持层也可含超吸收材料如天然、合成和改性天然材料。超吸收材料为可水溶胀的材料，其在含0.9％重量的氯化钠的水溶液中能吸收其自身重量的至少约20倍，有时吸收其自身重量的至少约30倍。合成的超吸收材料聚合物的实例包括聚(丙烯酸)和聚(甲基丙烯酸)的碱金属和铵盐、聚(丙烯酰胺)、聚(乙烯基醚)、马来酸酐与乙烯基醚和α-烯烃的共聚物、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基吗啉酮)、聚(乙烯醇)及其混合物和共聚物。其他超吸收材料包括天然和改性天然聚合物如水解的丙烯腈接枝淀粉、丙烯酸接枝淀粉、甲基纤维素、脱乙酰壳多糖、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素和天然树胶如藻酸盐、黄原胶、刺槐豆胶等。天然的和全部或部分合成的超吸收聚合物的混合物也可用于本发明中。其他适宜的吸收性胶凝材料公开于授予Assarsson等的美国专利3,901,236；授予Masuda等的4,076,663和授予Tsubakimoto等的4,286,082中，其通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。
当使用时，超吸收材料可占水分保持层(干基)的约1％重量到约40％重量，在一些实施方案中占约5％重量到约30％重量，在一些实施方案中占约10％重量到约25％重量。同样，多组分纤维可占水分保持层(干基)的约1％重量到约30％重量，在一些实施方案中占约2％重量到约20％重量，在一些实施方案中占约5％重量到约15％重量。纤维素纤维也可占水分保持层(干基)的至多100％重量，在一些实施方案中占约50％重量到约95％重量，在一些实施方案中占约65％重量到约85％重量。
按本发明，已发现水分保持层的性质可选择为能使湿气自水分保持层的蒸发具有受控的蒸发速率。通过控制蒸发速率，所需的湿气量可在给定的时间段内释放给放热涂层。例如，通常需要湿气从水分保持层蒸发出的平均“蒸发速率”为约0.05％到约0.5％每分钟，在一些实施方案中为约0.10％到约0.25％每分钟，在一些实施方案中为约0.15％到约0.20％每分钟。“蒸发速率”通过用水分保持层的最初湿重减去某个时间时水分保持层的重量所得的差值除以最初湿重再乘以100确定。计算多个不同时间的蒸发速率再平均。在本发明中，蒸发速率在51％的相对湿度和约22℃的温度下测定。应理解，这些相对湿度和温度条件是“最初”条件，其在测试过程中可因气氛中水蒸汽的增多而改变。
在一些实施方案中，所需的湿气蒸发速率通过控制加到水分保持层中的水溶液的性质达到。也就是说，本发明人已发现水分保持层中仅加水(25℃下的蒸汽压为23.7mmHg)有时可能导致过高的蒸发速率。因此，可向水溶液中加入溶质以降低其蒸汽压，亦即降低水分子蒸发的趋势。例如在25℃下可加入溶质使加到水分保持层中的水溶液的蒸发速率低于23.7mmHg，在一些实施方案中低于约23.2mmHg，在一些实施方案中为约20.0mmHg到约23.0mmHg。一类特别适宜的溶质包括有机和/或无机金属盐。所述金属盐可含一价(如Na+)、二价(如Ca2+)和/或多价阳离子。优选的金属阳离子的实例包括钠、钾、钙、铝、铁、镁、锆、锌等的阳离子。优选的阴离子的实例包括卤离子、水合氯离子(chlorohydrate)、硫酸根、柠檬酸根、硝酸根、乙酸根等。适宜的金属盐的特定实例包括氯化钠、溴化钠、氯化钾、溴化钾、氯化钙等。水溶液中溶质的实际浓度可随溶质的性质、产热插件的特定构造以及所需的加热曲线而异。例如，溶质可以约0.1％重量到约25％重量的量存在于水溶液中，在一些实施方案中为约1％重量到约20％重量，在一些实施方案中为约5％重量到约15％重量。
除水溶液的控制方面外，水分保持层自身也可选择性地“根据需要调整(tailor)”为能获得所需的蒸发速率。例如，本发明人已发现，与具有较高密度和定量的那些相比，具有较低密度和定量的水分保持层倾向于释放太大量的湿气。并非要束缚于理论，但据认为，这类高密度和高定量的纤网的孔隙率可能较低，从而在较长的时间段里使湿气难于从水分保持层逃逸。因此，在本发明的一个实施方案中，水分保持层(如气流铺网纤网)的密度可为约0.01到约0.50克每立方厘米(g/cm3)，在一些实施方案中为约0.05-0.25g/cm3，在一些实施方案中为约0.05-约0.15g/cm3。所述密度基于样品的烘干质量并在0.34千帕(kPa)的载荷下用直径7.62cm的圆形压盘于50％的相对湿度和23℃的温度下进行厚度测定。此外，水分保持层的定量可为约50到约500克每平方米(“gsm”)，在一些实施方案中为约100到约300gsm，在一些实施方案中为约150-约300gsm。
也可采用其他技术来获得湿气从水分保持层蒸发出的所需蒸发速率。例如，超吸收材料能在水溶液的存在下溶胀。溶胀增大水分保持层的吸收能力，但也降低湿气的蒸发速率，原因是所述材料具有更高的“束缚到”水分子上的趋势。因此，蒸发速率可通过降低溶胀程度而提高。降低超吸收材料的溶胀程度的一种技术涉及将水溶液的温度降低至环境温度以下，如低于约25℃，在一些实施方案中为约5℃到约20℃。超吸收材料的溶胀程度也可通过向水溶液中加入一种或多种离子化合物以增大其离子强度来降低。所述离子化合物可与上面所述的溶质相同。溶液的“离子强度”可按下式计算：
I＝0.5*∑zi 2*mi
其中，
zi为价态因子；和
mi为浓度。例如，含1摩尔氯化钙和2摩尔氯化钠的溶液的离子强度为“3”，其计算如下：
I＝0.5*[(22*1)+(12*2)]＝3
并非要束缚于理论，但据认为，超吸收材料具有包围聚合物链的离子骨架的反荷离子氛，当离子强度增大时所述离子氛瓦解。具体而言，反荷离子氛由与沿超吸收聚合物骨架的电荷相反的电荷的离子组成并存在于离子化合物中(如包围沿聚丙烯酸酯阴离子聚合物骨架分布的羧酸根阴离子的钠或钾阳离子)。随着与超吸收聚合物接触的离子浓度的增大，从聚合物外部到内部，液相中的离子浓度梯度开始减小，反荷离子氛的厚度(“Debye厚度”)可由约20纳米(在纯水中)减至约1纳米或以下。当反荷离子氛高度延伸时，反荷离子的渗透性更高，因此能促进更高程度的液体吸收。相反，当所吸收的液体中离子浓度增大时，反荷离子氛瓦解，吸收能力变小。由于吸收能力降低，超吸收材料束缚水分子的趋势变小，从而允许其向放热组合物释放。
如果需要，也可采用透气层以活化放热反应，所述透气层允许水蒸汽和空气流动，但阻止过量液体与基材接触，这样可抑制反应或导致过量的热而过度暖热或烧伤使用者。透气层可含透气膜。一种适宜的透气膜为微孔膜。微孔形成常被称为曲折通道的通过膜的通道。与膜的一侧接触的液体没有通过膜的直接通道。相反，膜中的微孔通道网络阻止液体通过但允许气体和水蒸汽通过。微孔膜可由聚合物和填料(如碳酸钙)形成。填料为颗粒物或其他形式的材料，其可加到膜聚合物挤出共混物中并不会在化学性质上影响挤出膜，但其可均匀分散在整个膜中。通常，以干重计，所述膜含占膜总重量的约30％到约90％重量的聚合物。在一些实施方案中，所述膜含约30％到约90％重量的填料。这类膜的实例见述于授予McCormack的美国专利5,843,057、授予McCormack的5,855,999、授予Morman等的5,932,497、授予McCormack等的5,997,981、授予Kobylivker等的6,002,064、授予McCormack等的6,015,764、授予Mathis等的6,037,281、授予McCormack等的6,111,163和授予Taylor等的6,461,457，其通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。
通常通过拉伸填充膜以在拉伸过程中使聚合物与填料(如碳酸钙)脱离而产生多个微孔通道而将所述膜制成透气膜。例如，透气材料含拉伸变薄的膜，其含至少两种基本组分，即聚烯烃聚合物和填料。这些组分被混合于一起、加热、然后用成膜领域技术人员熟知的多种成膜工艺中的任何一种挤出为膜层。这样的成膜工艺包括例如流延压花、冷却流延和吹膜工艺。
另一类透气膜为整体膜(monolithic film)，其为无孔的连续膜，由于其分子结构，其能形成不可透过液体但可透过蒸气的阻隔层。属于这种类型的各种聚合物膜包括由足以使其透气的量的聚(乙烯醇)、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙烯醇、聚氨酯、乙烯-丙烯酸甲酯和乙烯-甲基丙烯酸制得的膜。并非要遵循特定的工作机理，但据认为，由这类聚合物制得的膜增溶水分子并使这些分子从膜的一个表面输运到另一表面。因此，这些膜可以是足够连续的(即无孔的)以使其基本不可透过液体但仍能透过蒸气。
透气膜(例如上面所描述的透气膜)可构成整个透气材料或可为多层膜的一部分。多层膜可通过流延或各层的吹塑膜共挤出、通过挤出涂布或通过任何常规成层工艺制备。此外，可适用于本发明中的其他透气材料见述于授予Obenour的美国专利4,341,216、授予Yeo等的4,758,239、授予Dobrin等的5,628,737、授予Buell的5,836,932、授予Forte的6,114,024、授予Vega等的6,153,209、授予Curro的6,198,018、授予Alemany等的6,203,810和授予Ying等的6,245,401，其通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。
如果需要，也可用熟知的技术将透气膜粘合到非织造纤网、针织品和/或机织品上。例如，将膜粘合到非织造纤网上的适宜技术见述于以下美国专利：授予McCormack的5,843,057、授予McCormack的5,855,999、授予Kobylivker等的6,002,064、授予Mathis等的6,037,281、及WO 99/12734，其通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。例如，透气膜/非织造层合材料可由非织造层和透气膜层形成。所述层可布置为使透气膜层连接于非织造层上。在一个特别的实施方案中，透气材料由层合到透气膜上的非织造织物(如聚丙烯纺粘纤网)形成。
虽然上面已描述了产热插件的各种构造，但应理解，其他构造也包括在本发明的范围内。例如，也可采用其他层来改进产热插件的放热性质。例如，可邻近或靠近本发明的基材使用含吸湿颗粒涂层的基材。如上所述，吸湿颗粒可留存和释放湿气以激活放热反应。此外，特别有利的是，上述层中的一个或多个可实现产热插件的多种功能。例如，在一些实施方案中，所述透气层、水分保持层等可施用有放热涂层并因此用作基材。虽然本文中没有明确指出，但应理解，本领域技术人员将能想到众多其他可能的组合和构造。
上述水分保持和/或透气层通常可相对于放热涂层布置在任何所需位置中。下面将对本发明的产热插件的各种构造给予更详细的描述。但应理解，下面的描述仅是示例性的，其他产热插件构造也涵盖在本发明的范围内。
例如看图1，其中给出了可按本发明形成的产热插件10的一个实施方案。如图所示，产热插件10限定了两个外表面17和19并呈基本扁平、适形和可折叠材料的形式。产热插件10的外形尺寸和形状不是关键性的。例如，产热插件10的形状可通常为三角形、正方形、长方形、五边形、六边形、圆形、椭圆形等。如图所示，产热插件10包括含一个或多个放热涂层的基材12。在该实施方案中，产热插件10内含不透液体但透气的透气层14a和14b。应理解，虽然本文中示意为具有两个透气层，但本发明中可采用任何数量的透气层(如果有的话)。产热插件10也含构造用来长时间吸收和留存湿气的水分保持层16。透气层14a和14b以及水分保持层16可相对于基材12以任何方式布置。例如在图1中，透气层14a和14b直接邻近基材12布置。这样一来，透气层14a和14b可阻止外部液体与基材12接触并也可控制给定的时间段内与基材12接触的空气量。水分保持层16也可布置在各种位置处，但通常布置为给基材12的湿气源提供便利。应理解，虽然本文中示意为具有一个水分保持层，但本发明中可采用任何数量的层(如果有的话)。
虽然没有明确示出，但产热插件10也可含各种其他层。例如，产热插件10可采用导热层以帮助朝向使用者的方向(即-z向)和/或沿设备10的x-y平面散布热，从而改善选定区域的受热均匀性。导热层的导热系数可为至少约0.1瓦/(米-开尔文)(W/m-K)，在一些实施方案中为约0.1到约10W/m-k。虽然通常可采用任何导热材料，但常常需要所选材料是适形的以提高设备10的舒适和挠性。适宜的适形材料包括例如纤维材料(如非织造纤网)、膜等。任选导热层可为可透过蒸气的以便当需要激活放热反应时空气可与基材12接触。可用于导热层中的一类可透过蒸气的适形材料为非织造纤网材料。例如，导热层可含非织造层合材料如纺粘/熔喷/纺粘(“SMS”)层合材料。这类SMS层合材料也可提供液体刺穿保护和透气性。SMS层合材料通过众所周知的方法形成，例如授予Timmons等的美国专利5,213,881中所描述，其通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。另一类可用于导热层中的可透过蒸气的适形材料为透气膜。例如，导热层有时可使用透气膜/非织造层合材料。
可采用多种技术来向导热层提供导热性。例如可用金属涂层来提供导热性。适用于此目的的金属包括但不限于铜、银、镍、锌、锡、钯、铅、铜、铝、钼、钛、铁等。可用任何已知的技术如真空蒸发、电解电镀等在材料上形成金属涂层。例如以下美国专利如授予Cohen的5,656,355、授予Cohen的5,599,585、授予Abba等的5,562,994和授予Cohen的5,316,837(这些专利通过全文引用结合到本文中用于所有的目的)描述了将金属涂层沉积于材料上的适宜技术。除金属涂层外，还可采用其他技术来提供导热性。例如，可向材料(如纤维、膜等)中加入添加剂来提高导热性。这类添加剂的实例包括但不限于碳填料(如碳纤维和碳粉)、金属填料(如铜粉、钢、铝粉和铝片)和陶瓷填料(如氮化硼、氮化铝和氧化铝)。适宜的导热材料的商品实例包括例如可从位于宾夕法尼亚州Exton的LNP工程塑料股份有限公司(LNP Engineering Plastics，Inc.of Exton，PA)以商品名Konduit
Figure A20068004650200301
或从罗德岛的Cool Polymersof Warwick以商品名CoolPoly
Figure A20068004650200302
购得的导热化合物。虽然上面已描述了导热材料的若干实例，但应理解，任何已知的导热材料一般均可用于本发明中。
除导热层外，还可采用其他任选层来提高产热插件10的效用。例如，可采用隔热层来抑制热散逸到外部环境从而使热集中于病人或使用者。由于隔热层提高设备10的总体产热效率，故可用较低量的放热涂层或其他反应剂(即湿气或氧气)达到所需的温升。隔热层的导热系数可低于约0.1瓦/(米-开尔文)(W/m-K)，在一些实施方案中为约0.01-约0.05W/m-K。任何已知的隔热材料均可用于本发明中。如果需要，所选的隔热材料可为纤维性的以提高产热插件10的整体适形性。纤维材料可为高膨松的以增强其隔热性。适宜的高膨松材料可包括多孔织造材料、多孔非织造材料等。特别适宜的高膨松材料为非织造多组分(如双组分)聚合物纤网。例如，这类纤网的多组分聚合物可经机械或化学方式卷曲以增大膨松度。适宜的高膨松材料的实例在美国专利如授予Pike等的5,382,400、授予Pike等的5,418,945和授予Huntoon等的5,906,879中有更详细的描述，这些专利通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。其他适于用作隔热材料的材料见述于授予Carson的美国专利6,197,045，其通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。
产热插件10也可含任选分别形成产热插件10的外表面17和19的层。这些层可给使用者的皮肤提供感觉柔顺的无刺激表面。例如，所述层可由可透过液体和蒸气的、不可透过液体但可透过蒸气的(“透气的”)材料等形成。例如，所述层可由聚烯烃纤维以及粘合梳理短纤维的熔喷或纺粘纤网和/或天然和/或合成纤维的水刺纤网形成。在另一实施方案中，所述层可由如上所述的透气的非织造层合材料(如纺粘纤网/透气膜层合材料)形成。所述层还可含设计以转移到佩戴者皮肤上以改善皮肤健康状况的组合物。适宜的组合物见述于授予Krzysik等的美国专利6,149,934，所述专利通过全文引用结合到本文中用于所有的目的。
产热插件10的各层和/或组件可用任何已知的连接机制如粘合剂、超声波、热接合等组装于一起。适宜的粘合剂可包括例如热熔粘合剂、压敏粘合剂等。当使用时，粘合剂可施用为均匀的层、带图案的层、喷射图案或任何单独的线、旋涡或点。在一些实施方案中，放热涂层可起到生热和用作粘合剂的双重作用。例如，放热涂层的连接料可将产热插件10的一个或多个层粘合于一起。
为进一步提高产热插件所生成的热的量，有时也可采用多个基材。所述多个基材可邻近彼此布置或用一个或多个层隔开。例如，看图12，图中示意了产热插件100的一个实施方案，其中含第一基材112a和第二基材112b。虽然不要求，但产热插件100也含第一透气层114a和第二透气层114b。产热插件100也含水分保持层116以促进湿气向基材112a和112b的供给。水分保持层116位于基材112a/透气层114a和基材112b/透气层114b之间。这样，向各基材供给的湿气的量较均匀。但应理解，本发明中可任意放置层、选择层和/或层的数量。
可在产热插件的使用前或使用过程中的任何时候施加湿气，例如即将使用前或制造过程中。例如，可如上所述向水分保持层中预先施用水。加入的湿气的量为能有效激活可以电化学方式氧化的元素(如金属粉末)和可以电化学方式还原的元素(如氧)间的放热电化学反应的量。虽然该量可随反应条件以及所需的热量而异，但通常以占涂层中存在的可氧化金属的量的约20％重量到约500％重量，在一些实施方案中为约50％重量到约200％重量的量加入湿气。虽然不一定要求，但可能需要将这类水处理产热插件密封于抑制放热涂层与足量氧气接触从而避免过早激活放热反应的基本不可透过液体(可透过蒸气或不可透过蒸气)的材料或包装(未示出)内。要生热时，只需将产热插件简单地从包装中取出、暴露于空气中并插入垫所限定的空腔内即可。
通过对这些反应剂的供给的选择性控制，可获得其中高温很快达到并保持较长一段时间的加热曲线。例如，在一些实施方案中约30℃到约60℃的高温、在一些实施方案中约35℃到约55℃的高温、在一些实施方案中约37℃到约43℃的高温可在20分钟或更短时间内达到，在一些实施方案中可在10分钟或更短时间内达到。该高温可基本保持至少约1小时，在一些实施方案中为至少约2小时，在一些实施方案中为至少约4小时，在一些实施方案中为至少约10小时(例如用于通宵使用)。
本发明的治疗套件可用来向受伤或受刺激的区域施用均匀的热和压力以减轻疼痛、不适或抽筋。例如，可向上前臂的伸肌和肌腱施用压力和热以缓解上髁炎或“网球肘”带来的疼痛和不适。热和压力在伸肌和肌腱上的施用防止这些肌肉放电。这样，这些受刺激或损伤的肌肉的收缩和使用被抑制，从而减轻了网球肘或其他损伤带来的疼痛和不适。向受刺激或损伤的肌肉上施用压力也可通过阻止这些肌肉的使用以及给予肌肉足够的休息以使其愈合和避免进一步的损伤而加速愈合过程。
参照下面的实施例可更好地理解本发明。
实施例1
演示了形成本发明的产热插件的能力。首先提供2.3osy(盎司/平方码)的双层粘合梳理纤网的7″宽卷材，其一侧含0.5osy 100％的1.5丹尼尔带0.55％的HR6油剂的FiberVisions ESC 215双组分(PE皮/PP芯)纤维，另一例含1.8osy 40％的15丹尼尔带0.50％L1油剂的InvistaT-295聚酯纤维与60％的28丹尼尔带0.55％HR6油剂的FiberVisionsESC双组分(PE皮/PP芯)纤维的共混物，在聚酯/双组分纤维侧上进行涂覆。涂料制剂按如下制备。在2加仑的金属桶中，向搅拌并加热至70℃的1563.0克蒸馏水中加入46.0克METOLOSE SM-100(信越化学株式会社(Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.))和116.0克氯化钠(Mallinckrodt)。搅拌混合物并冷却，同时依次加入如下其他成分：186.6克DUR-O-SETElite PE 25-220A乙烯-乙酸乙烯酯乳液(CelaneseEmulsions)、442.2克XP-5200-6样品#05.2435503碳酸钙浆料(Omya)、80.0克Nuchar SA-400活性炭(MeadWestvaco)和1575.1克A-131铁粉(North American
Figure A20068004650200332
)。在将含全部成分的制剂搅拌约30分钟后，用冰浴将温度降至约15℃。温度降低时粘度明显增大。水性制剂的各组分的浓度计算值在下面表1中给出。
表1：水性制剂的各组分
组分   计算量
铁   39.3％
活性炭   2.0％
SM-100   1.2％
Elite PE   2.3％
碳酸钙   3.8％
氯化钠   2.9％
水   48.5％
在中试生产线工艺中用刮刀涂布机向双层粘合梳理纤网织物的聚酯/双组分纤维侧施用该水性制剂。使用0.75osy的纺粘-熔喷-纺粘织物作为载体层来支持涂好的双层粘合梳理纤网以及阻止涂料制剂渗入而与中试涂布机的部件(如辊)接触。刮刀和携带织物的钢辊之间的间隙设定为1100微米。线速度为0.25米每分钟。中试生产线涂布机含一台设定为145℃的四脚干燥器来部分干燥涂好的织物。将经部分干燥的涂布织物切成15-英寸的片并在110℃的实验室烘箱中放置约20分钟以完成干燥过程。放热组合物的组分浓度由经涂布和干燥的织物片(56.4±0.8克)、未经处理的织物片(4.0克)及水性制剂的组成计算。结果在下面表2中给出。
表2：放热组合物的组分
Figure A20068004650200341
然后设计五层结构(1.8″×2.2″)来激活放热反应。具体而言，该五层结构含置于水分保持层的一侧上的涂布织物片之一和置于水分保持层的另一侧上的另一涂布织物片。织物片的未涂布侧对着水分保持层。水分保持层由75％重量的木浆绒毛、15％重量的超吸收剂和10％重量的KoSa T255双组分纤维形成。水分保持层的定量为225克每平方米，密度为0.12克每立方厘米。木浆绒毛由Weyerhaeuser以商品名“NB416”得到。超吸收剂自德固赛(Degussa AG)以商品名“SXM9543”得到。使用“隔离层”来隔离水分保持层与各侧上的涂布层。该隔离层为织物/膜层合材料，带小穿孔以便可通过蒸汽和气体而阻止液体通过。其自Tredegar Film Products得到，标号为FM-425，批号为SHBT040060。
在形成多层结构之前，通过向两侧喷射1.8克盐水溶液(10％的氯化钠/蒸馏水溶液)使水分保持层润湿以便原始层的重量增加到3.7倍。然后在其周围放置隔离层，放置时使隔离层的织物侧与经润湿的水分保持层接触。然后在各侧上放置涂布层，放置时使未涂布侧与隔离层的膜侧接触。两个涂布层的总重量为5.0克(3.5克的铁)。然后将该五层结构放在小袋(2.2″×5.5″)内并将边缘热密封。小袋由尼龙纺粘微孔膜层合材料制成。该层合材料自三菱国际株式会社(MitsubishiInternational Corp.)获得，标号为TSF EDFH 5035-型。用杯法(STM2437)测得该层合材料的WVTR为455g/m2/24h。小袋也含一层热密封到尼龙纺粘侧上的短纤维针织物。该短纤维针织物由20％的木浆绒毛(50％的北方软木硫酸盐纤维/50％的亚拉巴马松漂白硫酸盐软木)、58％的1.5丹尼尔聚酯纤维(Invista Type 103)和22％的聚丙烯纺粘织物制备。激活反应前将所得产热插件在金属化的贮存袋中贮存48小时。该金属化的贮存袋为自Kapak Corporation获得的KAL-ML5，其为两层结构，由线形低密度聚乙烯和通过粘合剂层合到其上的金属化聚酯组成。
实施例2
演示了组装本发明的一个实施方案的治疗套件的能力。首先从Aircast，Inc.购得商标为Aircast气动臂带的臂带。该臂带含连接在可伸展材料上的“专用气室(specialized cell)”插件。取下该“气室”插件，用实施例1的产热插件来代替。将含产热插件的臂带置于人的手臂上方以使产热插件邻近肘上的肌腱。间歇地在产热插件和皮肤间放置热电偶。该热电偶用电线与数据收集装置相连以记录温度随时间(间隔5秒钟)的变化情况。约90分钟后，取下臂带，使热电偶与产热插件继续保持接触约14小时。所得的热响应数据在图7中示出。如图中可见，皮肤和产热插件间的温度达到约38℃。取下臂带后，产热插件自身的温度在36-38℃下又保持了4小时。测得其他人的手臂的温度为约34.6℃。因此，该臂带成功地将手臂从约34℃暖热至38℃。如果必要，可调节产热插件所提供的温度以提供更多或更少的温暖，例如通过改变放热涂层的组成。
虽然已参照本发明的特定的实施方案对本发明进行了描述，但应理解，一旦理解了前述内容后，本领域技术人员将可容易地想到这些实施方案的改变、变体和等价物。因此，本发明的范围应为随附的权利要求书所要求的范围以及其任何等价物。

Claims (22)

1.一种治疗套件，所述套件包括：
限定空腔的垫；和
能可移除地置于所述空腔内的产热插件，所述产热插件包括含放热涂层的基材，所述放热涂层包含可氧化的金属，其中所述放热涂层一暴露于氧气和湿气就可被激活而生热。
2.权利要求1的治疗套件，其中所述垫含可伸展材料。
3.权利要求2的治疗套件，其中所述可伸展材料含膜、非织造纤网或其组合。
4.权利要求2或3的治疗套件，其中所述可伸展材料含弹性体聚合物。
5.权利要求2、3或4中任一项的治疗套件，其中所述空腔由连接到所述可伸展材料上的容器限定。
6.上述权利要求中任一项的治疗套件，其中所述垫包含一个或多个环。
7.上述权利要求中任一项的治疗套件，其中所述垫包含一个或多个紧固件。
8.上述权利要求中任一项的治疗套件，其中所述金属为铁、锌、铝、镁或其组合。
9.上述权利要求中任一项的治疗套件，其中所述放热涂层还包碳组分、连接料、电解质盐或其组合。
10.上述权利要求中任一项的治疗套件，其中所述放热涂层的固体添加水平为约20％到约5000％，优选约100％到约1200％。
11.上述权利要求中任一项的治疗套件，其中所述基材含非织造纤网。
12.上述权利要求中任一项的治疗套件，其中所述放热涂层在激活前通常不含水分。
13.上述权利要求中任一项的治疗套件，其中在激活前所述产热插件密封在外壳内，所述外壳抑制氧气进入放热涂层。
14.上述权利要求中任一项的治疗套件，其中所述产热插件还包含施用有水溶液的水分保持层，所述水溶液能向所述放热涂层供给湿气。
15.权利要求14的治疗套件，其中所述水溶液包含一种或多种溶质。
16.上述权利要求中任一项的治疗套件，其中所述产热插件还包含能调节与所述放热涂层接触的湿气和氧气的量的透气层。
17.一种向身体部位提供热的方法，所述方法包括：
提供含放热涂层的产热插件，所述放热涂层一暴露于湿气和氧气即可激活而生热，其中所述产热插件密封在外壳内，所述外壳抑制氧气进入放热涂层；
打开所述外壳并将产热插件置于垫所限定的空腔内；和
将所述垫邻近或靠近身体部位放置。
18.权利要求17的方法，其中所述放热涂层含可氧化的金属。
19.权利要求17或18的方法，其中所述放热涂层在激活前通常不含水分。
20.权利要求17、18或19中任一项的方法，其中所述产热插件的一个或多个表面在20分钟或更短的时间内达到约35℃到约55℃的高温。
21.权利要求20的方法，其中所述高温保持至少约1小时，优选至少约2小时。
22.权利要求20或21的方法，其中所述垫邻近或靠近手臂放置。
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