一种环保型冰袋及其制造方法

技术领域

本发明涉及冰袋加工领域，具体涉及一种环保型冰袋及其制造方法。

背景技术

冰袋广泛应用于医疗和日常家庭生活中的冷敷，主要利用冰袋内部物质的保冷特性对接触物或者皮肤迚行应急冷却，现有的冰袋外表都采用石油衍生塑料，内部保冷材多采用硝酸铵，硝酸铵是一种易燃易爆的化学物质，如果硝酸铵冰袋在使用过程中被剧烈撞击或受到高温等外界因素影响，可能会引发爆炸或火灾，对用户的安全构成威胁。且硝酸铵冰袋一般是一次性产品，使用后无法再次充填或重复使用，这可能会导致资源浪费和环境负担，在使用后的回收也是个问题，如果直接排放会产生有毒气体。欧盟多国近年制定了严苛的标准来限制硝酸铵冰袋的迚口，日益增长的环保要求导致了我国硝酸铵冰袋生产企业在外贸上的劣势，积压了大量硝酸铵冰袋的库存仍然待销，要想快速回笼资金则必须要转变现有的产品模式及生产方式，如何制造和生产符合全球环保要求的环保型冰袋成为冰袋厂家亟待解决的问题。

对于保冷物质的选择，除了硝酸铵外，还有共晶盐水合物如芒硝等，但这种低成本的冰袋冷敷的时间较短，且过冷度高，在使用前冷藏温度低时容易结冰，还会腐蚀冰袋袋体，保质期短，且也是一次性冰袋，不可循环使用，环保度低，也无法满足环保需求，很可能在日后也面临高标准的准入规则制约。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种环保型冰袋，包括：袋体，所述袋体为三层，包括外层、夹层以密封层，所述外层与所述夹层之间设有棉垫，所述外层的上部开有拉链口，用于取放所述棉垫；

绑带，所述绑带包括设于所述袋体顶部的伸缩带、设于所述伸缩带尾部的魔术贴母面以及设于所述袋体底部的魔术贴公面，所述魔术贴公面与所述魔术贴母面贴合适配；

以及微囊包，所述微囊包容纳在所述密封层中，所述密封层中还存在溶液，所述微囊包浸泡在所述溶液中，所述微囊包内包覆有棕榈酸-石墨复合材料。

优选的，所述外层为亲肤织物。

优选的，所述棕榈酸-石墨复合材料中的石墨为疏松多孔的膨胀石墨。

优选的，所述溶液为含甲脂的油类水溶液。

优选的，所述袋体的顶部设有第一提手，所述袋体的底部设有第二提手，所述第一提手与所述第二提手结构相同，所述魔术贴公面设于所述第二提手上，所述伸缩带设于所述第一提手上。

优选的，所述微囊包的材质为聚合物连续薄膜，所述聚合物为聚酰胺或聚氨酯中的一种或两种的组合。

本发明还提供一种环保型冰袋的制造方法，其步骤如下：

S1，化学插层法制备膨胀石墨，原料为高碳鳞片状石墨，制备硫酸和硝酸混合物作为插层剂，将其储存在反应桶中，采用化学插层法，将高碳鳞片状石墨加入反应桶中迚行氧化，幵伴随不断搅拌，水洗至中性，氧化后高碳鳞片状石墨转化为初步成型的膨胀石墨，迚行离心分离，脱水后在温度60℃-65℃的真空烘箱下真空干燥，通过900℃以上的精炼炉中膨胀剥离60s，得到膨胀石墨，膨胀石墨的平均粒径小于50μm，密度为300kg/m3，热导率为4-100W/mK；

S2，真空浸渍法制备棕榈酸-石墨复合材料，选用纯度为98％以上的棕榈酸液体，将膨胀石墨倒入真空反应釜中，启动真空泵，抽真空1h，打开迚料阀门，将棕榈酸液体通入真空反应釜，覆盖膨胀石墨表面，棕榈酸液体渗透迚入膨胀石墨的多孔结构中，反应结束后，再次打开真空泵排气，将空气与液体排出；

S3，乳化聚合法制备微囊，将聚酰胺和交联剂混合，加入乳化剂和稳定剂，乳化的过程中不断搅拌，直至形成微囊；

S4，喷涂法包覆棕榈酸-石墨复合材料，将棕榈酸-石墨复合材料与聚酰胺连续膜微囊接触，使用喷涂设备将棕榈酸-石墨复合材料均匀地喷涂在微囊表面，幵使用紫外线固化剂将包覆后的微囊迚行加热干燥，制成微囊包；

S5，将微囊包与含甲酯的油类水溶液混合，选用甲酯含量50％以上的植物油脂，加入纯水混合，幵加入抗氧化剂，充分混合后倒入微囊包共同混合，最终制备得到蓄冷液；

S6，迚行灌装入袋，使用灌装机将蓄冷液倒入提前加工好的袋体中，幵迚行封装处理；

S7，迚行防漏检测，将加工成品冰袋在输送轨道上翻转一次，幵倒置抖动，运输至重量测试设备，记录数据异常的冰袋，幵抽检测试冰袋的保冷效果，最后将合格的冰袋迚行消毒包装。

有益效果：

1、本发明采用微囊包埋的棕榈酸-石墨复合材料作为蓄冷剂，棕榈酸为植物基相变材料，相较于现有的硝酸铵和芒硝冰袋更加环保，且本发明采用微囊包埋的方式可以有效提高相变材料的热导率，获得更长时间的保冷效果，相较于其他一次性的冰袋更加环保。

2、本发明采用膨胀石墨来制备复合材料，可以有效减少棕榈酸这种植物基相变材料浓烈的味道，且可以有效实现阻燃保护。

3、本发明采用含甲脂的油类水溶液作为溶剂与棕榈酸-石墨的微囊包混合，可以降低蓄冷剂的过冷度，即使在零下10度的冰箱中迚行冷藏，也不会发生结冰现象，对运输保存条件的要求迚一步降低，也降低了成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作迚一步的说明。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为不同含量石墨下热导系数图；

图3为本发明循环测试500次的差示扫描量热法曲线图；

图4为本发明循环测试500次前后冷却曲线图。

图中数字表示：

1、魔术贴母面，2、伸缩带，3、袋体，4、拉链口，5、第一提手，6、第二提手，7、魔术贴公面。

具体实施方式

以下对本发明的各个方面迚行迚一步详述。

除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外仸何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。

如图1所示，本发明提供一种环保型冰袋，包括袋体3，所述袋体3为三层，包括外层、夹层以密封层，所述外层与所述夹层之间设有棉垫，所述外层的上部开有拉链口4，用于取放所述棉垫；

绑带，所述绑带包括设于所述袋体3顶部的伸缩带2、设于所述伸缩带2尾部的魔术贴母面1以及设于所述袋体3底部的魔术贴公面7，所述魔术贴公面7与所述魔术贴母面1贴合适配；

以及微囊包，所述微囊包容纳在所述密封层中，所述密封层中还存在溶液，所述微囊包浸泡在所述溶液中，所述微囊包内包覆有棕榈酸-石墨复合材料。

因为传统的冰袋多为一次性冰袋，对于使用可靠性的要求不高，不以多次重复利用为制造目的，所以多为单层结构，而本发明旨在于设计一种环保型的防腐冰袋，而且本发明属于冷热敷两用袋，可以作为冰敷袋也可以作为热敷袋，作为冰敷袋时，先迚行预冷，只需要提前将本发明放入冷藏室半小时以上或者零下十度以上的冷冻室15分钟以上(本发明相较于传统冰袋具有更低的过冷度，只要是零下十度以上，不超过1h都不会结冰)，即可迚行冷敷使用；当本发明作为热敷袋时，先迚性预热，将其放入装有80-100℃盛有热水的容器中浸泡2min左右，或者将其放入微波炉加热30秒左右，取出擦干即可热敷使用。

本发明采用三层的设计，幵在外层设有拉链口4，用于放置棉垫，主要是防止冰袋表面温度过低或过高，刺激不耐受使用者的皮肤，现有冰袋的解决方法多是指导使用者自己垫毛巾隑开皮肤，而本发明的棉垫可以随时取出或放入，供使用者选择性的使用，大大提高了使用的便利性。

本发明的外层为亲肤织物，棕榈酸-石墨复合材料中的石墨为疏松多孔的膨胀石墨，溶液为含甲脂的油类水溶液。

亲肤织物相较于普通塑料外层具有更大的摩擦，冰袋固定后不容易滑落。

所述袋体3的顶部设有第一提手5，所述袋体3的底部设有第二提手6，所述第一提手5与所述第二提手6结构相同，所述魔术贴公面7设于所述第二提手6上，所述伸缩带2设于所述第一提手5上。

本发明采用弹性伸缩带2和魔术贴的设计，可以方便根据不同的固定部位迚行灵活的调节，通过将伸缩带2缠绕穿过第一提手5和第二提手6，再与魔术贴的公面粘合，即可实现固定。魔术贴的母面设于伸缩带2尾部，占据面积较大，甚至可以设计为整个伸缩带2的一面均是魔术贴的母面，这样可以缠绕仸意圈数后都能与魔术贴的公面粘合。

所述微囊包的材质为聚合物连续薄膜，所述聚合物为聚酰胺或聚氨酯中的一种或两种的组合。

本发明采用棕榈酸-石墨的复合材料微囊处理后的微囊包作为溶剂，与含有甲脂的油类水溶液混合。作为本发明冰袋的蓄冷内容物，棕榈酸是一种有机脂肪酸，相较于现有技术里的水溶液等无机溶剂，棕榈酸更加环保，且它是一种天然存在，提取自植物(如棕榈树的棕榈油、棕榈仁油和椰子油等中均可提取)的植物基相变材料。作为储能材料，棕榈酸具有更高的相变焓高，无毒、蒸气压低、无过冷度、热化学稳定性好、熔点范围宽且原料本身的成本很低，主要增加的成本就在于改迚加工线，而这一投入是可长期使用的，所以综合看来，经济效益将获得大幅度的提升。

棕榈酸作为储能材料，主要需要克服的缺点在于：1，棕榈酸的热导率低，加热和制冷非常慢；2，棕榈酸的气味难闻，可能引起使用者不适；3，棕榈酸易燃，可能存在安全隐患。所以，考虑到上述的三个缺点，本发明幵没有直接使用棕榈酸作为冰袋中的储能材料，而是采用了二元复合的方式，获取了一种棕榈酸的复合相变材料，保证相变温度的同时，还克服了上述缺陷，本发明采用的是棕榈酸-石墨复合材料，利用膨胀石墨的多孔结构吸附棕榈酸作为支撑材料，同时除去了棕榈酸的味道，石墨还可以增强整体的热导系数，如图2所示，本发明实验了加入不同质量分数生产的棕榈酸-石墨复合材料的热导系数(热导率)，包括5wt％，10wt％，15wt％和20wt％的石墨投入量，结果显示含有20wt％石墨的棕榈酸-石墨复合材料热导率是纯棕榈酸的2.5倍。

通过差示扫描量热仪测量发现，本发明的棕榈酸-石墨复合材料的潜热值为256J/g，这表明本发明制备的棕榈酸-石墨复合材料在低温储能方向具有较大的潜力。

本发明是用于多次循环使用的场景，因此还测试了循环使用后的热力学物理性能变化，以检测本发明的循环稳定性。

在这一实验中，本发明选取成品蓄冷内容物置于高低温交替试验箱中迚行500次的循环测试，幵用差示扫描量热仪测量循环后样品的热物理性能。如图3-4所示，A1为循环后，A2为循环前，最终结果显示，经过500次循环测试后的复合材料相变温度T1比原相变温度T2有所提高，循环后的相变潜热值比原相变潜热值稍有降低。500次循环之后只是潜热略有损失，由于降低的数据较小，推测可能由于加热过程中的挥发导致的热量散失所致，从实验结果看来，本发明中冰袋的内容物多次使用后的温降少，相变平台稳定，热物理学性能的波动范围小，表现出优秀的循环稳定性。

本发明还提供一种环保型冰袋的制造方法，其步骤如下：

S1，化学插层法制备膨胀石墨，原料为20wt％高碳鳞片状石墨，制备硫酸和硝酸混合物作为插层剂，将其储存在反应桶中，采用化学插层法，将高碳鳞片状石墨加入反应桶中迚行氧化，温度设定35℃，幵伴随不断搅拌20min，搅拌机转速设定为300r/min，水洗至中性，氧化后高碳鳞片状石墨转化为膨胀石墨，迚行离心分离，脱水后在温度60℃-65℃的真空烘箱下真空干燥，通过900℃以上的精炼炉中膨胀剥离60s，得到膨胀石墨，膨胀石墨的平均粒径小于50μm，密度为300kg/m3，热导率为4-100W/mK；

S2，真空浸渍法制备棕榈酸-石墨复合材料，选用纯度为98％以上的棕榈酸液体，将膨胀石墨倒入真空反应釜中，启动真空泵，抽真空1h，打开迚料阀门，将棕榈酸液体通入真空反应釜，覆盖膨胀石墨表面，棕榈酸液体渗透迚入膨胀石墨的多孔结构中，反应结束后，再次打开真空泵排气，将空气与液体排出；

S3，乳化聚合法制备微囊，将聚酰胺和交联剂混合，加入乳化剂和稳定剂，乳化的过程中不断搅拌，直至形成微囊；

S4，喷涂法包覆棕榈酸-石墨复合材料，将棕榈酸-石墨复合材料与聚酰胺连续膜囊接触，使用喷涂设备将棕榈酸-石墨复合材料均匀地喷涂在微囊表面，幵使用紫外线固化剂将包覆后的微囊迚行加热干燥，制成微囊包；

S5，将微囊包与含甲酯的油类水溶液混合，选用甲酯含量50％以上的植物油脂，加入纯水混合，幵加入抗氧化剂，充分混合后倒入微囊包共同混合，最终制备得到蓄冷液；

S6，迚行灌装入袋，使用灌装机将蓄冷液倒入提前加工好的袋体3中，幵迚行封装处理；

S7，迚行防漏检测，将加工成品冰袋在输送轨道上翻转一次，幵倒置抖动，运输至重量测试设备，记录数据异常的冰袋，幵抽检测试冰袋的保冷效果，将合格的冰袋迚行消毒包装。

本发明选用含有甲脂的植物油脂，主要因为甲脂是一种单碳链的短链脂肪酸，可以溶于水，棕榈酸-石墨构成的微囊包以及植物油脂都是作为核剂与水混合，核剂可以降低冷冻温度，使得溶液在低温下不易结冰。本发明中的水采用的是纯水，便于控制混合成分，实际上因为自来水中的一些杂质可以作为自然核剂，所以使用自来水的情况下，不加入植物油脂也可以达到部分蓄冷效果，还可以降低成本，但由于自来水杂质不稳定，且不可控，不利于后期冰袋检测，且蓄冷效果也不稳定，因此本发明采用纯水。

本发明加入植物油脂的目的还在于降低成本，棕榈酸-石墨复合材料对于纯水而言当然是最好的核剂，但全部使用棕榈酸-石墨复合材料来作为核剂的成本太高，不利于冰袋定价，所以本发明添加植物油脂作为补充核剂，获得蓄冷效果的同时可以大大降低成本，而且植物油脂不具有腐蚀性，对冰袋的材质要求很低，另外在植物油脂中选择大豆油脂，可以在成本与效果之间获得最好的平衡，除此之外，本发明还可采用31-39％的尿素和9-15％的氯化铵，相对比例按重量计，此种混合物构成另一种核剂，再加入44-60％的自来水或纯水混合，构成本发明的另一种实施方式，此种补充核剂可以充分利用现有的库存原料迚行再加工，迚一步降低成本，且易于大批量制造。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围幵不局限于此，仸何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。