ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЙ СОСТАВ Российский патент 1998 года по МПК C09K5/06 

Изобретение относится к полимерным материалам, конкретно к полимерным теплоаккумулирующим материалом, и может быть использовано для сохранения тепла и нагрева объектов, в частности для прогрева тканей при медицинских тепловых процедурах.

В медицине известно применение материалов на основе парафина, озокерита, а также смеси парафина (75%) с рыбьим жиром (25%) парафино-масляная аппликация по Ленскому (Техника и методики физио-терапевтических процедур/ Под ред. М.М.Боголюбова, М. Медицина, 1983, с. 320-321).

Недостатком таких материалов является высокая текучесть в расплавленном состоянии. Кроме того, применение этих веществ в медицине для проведения тепловых процедур достаточно сложно и трудоемко, так как требует специальных парафинонагревателей или водяных бань, четкого определения медицинским персоналом времени кристаллизации парафина, удаления волос на теле пациента, фиксирования расплава парафина на теле.

Наиболее близким является теплоаккумулирующий состав, содержащий парафин нормального строения /C₁₄ C₁₆/, 20-90 мас% стеарин (смесь жирных кислот C₁₄ C₁₈) 50 мас. и спирт (C₁₀ - C₁₂) 10-80 мас. (патент США N 4100092, кл. C 09 K 5/06, 1978).

К причинам, препятствующим достижения требуемого технического результата при использовании указанного состава, относится его высокая текучесть в области температур выше 32,18^oC, а также высокое содержание стеариновых кислот (50%) и высших спиртов до 80% что может привести к раздражению кожи и интоксикации организма. Из-за высокой текучести в расплавленном состоянии состав трудно удерживается на вертикальных и сложных поверхностях человеческого тела. Недостатком является и повышенная теплопроводность, обусловленная его высокой конвективной теплопроводностью (что и обусловило его применение в тепловых насосах). Это может привести к ожогам тела. Кроме того, применение этого состава в медицине для проведения тепловых процедур достаточно сложно и трудоемко, так как требует специальных парафинонагревателей или водяных бань, вытяжной вентиляции в комнате проведения процедур (пары парафина и других органических соединений канцерогенны), четкого определения медицинским персоналом времени кристаллизации состава, удаления волос на теле пациента, фиксирования расплава на теле специальными средствами.

Задачей изобретения является разработка состава теплоаккумулирующего материала, который обеспечивал бы эффективное сохранение температуры в интервале 55-30^oC при высокой пластичности материала и сохранения им вязкоэластичного состояния, обеспечивающего удержание состава на поверхности человеческого тела при тепловых медицинских процедурах.

При осуществлении изобретения получают следующий технический результат:
достигается пластичность материала, необходимая для принятия им сложных форм человеческого тела и удержание состава на поверхности при тепловых медицинских процедурах,
обеспечивается время сохранения температуры в интервале 55-30^oC, достаточное для проведения тепловых медицинских процедур.

Указанный технический результат достигается тем, что используют теплоаккумулирующий состав, включающий парафин, стеарин, пластикат натурального каучука и кристаллогидрат гидрокарбоната натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Пластикат натурального каучука 100
Стеарин 15-50,
Парафин 150-185,
Кристаллогидрат гидрокарбоната натрия 8-15.

В данном составе увеличение времени сохранения температуры в интервале 55-30^oC достигается применением в эластомерной матрице на основе пластиката натурального каучука смеси веществ, имеющих разные температуры фазовых экзотермических переходов при охлаждении материала: у стеарина 69-70^oC, у парафина 55-50^oC, у кристаллогидрата гидрокарбоната натрия 6-30^oC, у смеси стеарина с парафином 50-40^oC, так как совместное применение указанных веществ приводит к образованию эвтектический смесей и их мелкокристаллическому распределению в эластомерной матрице, что обеспечивать протекание фазовых переходов с выделением тепла в интервале 55-30^oC. Кристаллогидрат гидрокарбоната натрия выполняет дополнительно роль инициатора кристаллизации стеарина и парафина.

При нагреве материал переходит в состояние с высокой пластичностью, обеспечивающей способность принимать сложную форму поверхностей человеческого тела при минимальном давлении. Использование пластиката натурального каучука с указанными компонентами позволяет получать образцы, лишенные хрупкости при температуре 25-30^oC, а также с допустимыми требованиями по токсичности, предъявляемыми к изделиям медицинского назначения.

Применение предлагаемого состава позволяет проводить тепловые физиотерапевтические процедуры для лечения ряда заболеваний. Тепловое воздействие осуществляется наложением образца материала в виде своеобразного эластичного компресса (ЭК) при температуре 55^oC на больной участок тела.

ЭК, прикладываемый в нагретом состоянии к участку тела, повышает местную температуру, вызывает активную гиперемию (прогрев и покраснение) кожи, оживляет капиллярный кровоток и метаболические процессы, улучшает регионарную гемодинамику и трофику тканей, оказывает спазмолитическое действие, ускоряет регенерацию периферических нервных волокон при травмах и органических заболеваниях, снижает спастичность и ригидность мышц, способствует рассасыванию воспалительных процессов и спаек.

Механизма действия ЭК основан на его способности высокоэффективно аккумулировать тепло и медленно его отдавать. При этом тепловое воздействие осуществляется очень мягко без внешних и внутренних ожогов. В этом ЭК существенно отличается от обычной грелки, применение которой может вызвать осложнения ряда заболеваний за счет резкого перегрева тканей.

Используют составы с указанными соотношениями компонентов. Если содержание стеарина, парафина и кристаллогидрата гидрокарбоната натрия меньше заявленного, то не обеспечивается необходимый теплоаккумулирующий эффект, а также не обеспечивается необходимая пластичность в нагретом состоянии. Увеличение дозировок свыше заявленных приводит к интенсивному выпотеванию стеарина и парафина, материал при нагреве становится слишком текучим и не способным держать придаваемую форму; при комнатной температуре материал становится хрупким и ломается при съеме с тела пациента после окончании процедуры.

Пример 1. Изготавливают составы с различным соотношением компонентов ( см.таблицу). Для изготовления составов применяли:
пластикат натурального каучука марки смокет-шит (мол.м. 1,4•10⁶-2,6•10⁶, плотность 910-920 кг/м³),
стеарин по ГОСТ 6484-64 (смесь стеариновой кислоты CH₃ (CH₂)₁₆ COOH и жирных кислот фракций C₁₂ C₁₈, плотность 839-640 кг/м³),
парафин по ТУ 1315-678-82 (смесь предельных углеводородов C₁₉H₄₀ C₃₅H₇₂, мол.м. 268-492, плотность 880-915 кг/м³
кристаллогидрат гидрокарбоната натрия NaHCO₃ 1OH₂O, плотность 2160 кг/м³.

Температуры фазовых экзотермических переходов при охлаждении материала: у стеарина 69-70^oC, у парафина 55-50^oC, у кристаллогидрата гидрокарбоната натрия 36-30^oC.

Для изготовления пластиката натуральный каучук предварительно пластицируют на вальцах в течении 20 мин. Смешение компонентов проводят на лабораторных вальцах при 40-60^oC в течении 30 мин в следующей последовательности: в каучук вводят стеарин, затем кристаллогидрат гидрокарбоната натрия и парафин. После смещения материал подвергают листованию (прокатке) на тех же вальцах путем пропуска через зазор 8-16 мм с целью получения образцов в виде листов толщиной 10-20 мм.

Определяют пластичность материала на цилиндрических образцах при 45^oC.

Скорость снижения температуры определяют на цилиндрических образцах, помещенных в тонкостенный стеклянный стакан. Стакан с материалом помещают в водяную баню с температурой воды 70^oC. После нагрева образца и перехода его в пластическое состояние с достаточной текучестью материал уплотняют и помещают внутрь его термопару. После этого образец вынимают из водяной бани и охлаждают на воздухе до 25^oC. При этом замеряют уменьшение температуры в процессе охлаждения образца. По кривой зависимости температуры образца от времени определяют скорость уменьшения температуры в интервале 55-30^oC. способность материала к сохранению температуры в этом интервале характеризуют временем изменения температуры в интервале 55-30^oC.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из таблицы видно, что материалы с предлагаемым составом имеют достаточно большое время сохранения температуры до 30^oC в интервале 55-30^oC 40-45 мин, что позволяет проводить медицинские процедуры. Материалы имеют высокую пластичность 0,65-0,8, что делает возможным облегание сложных поверхностей тела, например суставов. В тоже время предлагаемый состав не текуч и может легко удерживаться на теле.

Пример 2. Образец из материала изготавливают размером 150-200-20 мм с составом из примера 1 (таблица, состав 2). Образец нагревают в воде до 55^oC и в виде эластичного компресса прикладывают к больному участку тела, затем покрывают теплоизолирующей шерстяной тканью или ватным одеялом и оставляют на теле в течении 30 мин. За это время осуществляется глубокий прогрев тканей.

Так как нагрев состава осуществляется в воде, а органические компоненты находятся в высокомолекулярной каучуковой матрице, то исключается попадание паров парафина и стеарина в воздух процедурной комнаты.

Положительный результат клинических испытаний подтвержден актами клинической апробации при лечении больных в травматологическом, неврологическом и терапевтическом отделениях (акты прилагаются).

Из приведенных примеров видно, что применение предлагаемого состава теплоаккумулирующего материала эффективно при выдерживании дозировок компонентов в заявляемых пределах. Эффективность применения заявляемого материала определяют большим временем сохранения температуры в интервале температур 55-30^oC, высокой пластичностью, нетоксичностью материала и удобством его применения.

Использование: для сохранения тепла и нагрева объектов, в частности для прогрева тканей при медицинских тепловых процедурах. Сущность изобретения: теплоаккумулирующий состав включает пластикат натурального каучука, стеарин, кристаллогидрат гидрокарбоната натрия и парафин при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: пластикат натурального каучука 100; стеарин 15-50; парафин 150-185; кристаллогидрат гидрокарбоната натрия 8-15. 1 табл.

Теплоаккумулирующий состав, включающий парафин, стеарин, отличающийся тем, что он дополнительно содержит пластикат натурального каучука и кристаллогидрат гидрокарбоната натрия при следующем соотношении компонентов, мас. ч.

Пластикат натурального каучука 100
Стеарин 15 50
Парафин 150 185
Кристаллогидрат гидрокарбоната натрия 8 15р