寒痛乐熨剂发热原理及再利用研究

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摘要：对寒痛乐熨剂为什么会发热进行了系列探究，发现寒痛乐熨剂使用时发热是基于铁的电化学腐蚀过程放热原理。对使用后的寒痛乐熨剂药粉包呈现棕褐色的原因进行了讨论，通过实验阐明一包寒痛乐熨剂并非仅可使用一次，其还可作为暖贴再使用 2次以上，这一发现有利于充分利用资源。

关键词：寒痛乐熨剂；发热原理；资源利用

文章编号：1005C6629（2016）10C0054C04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

寒痛乐熨剂是一种外敷药，主要功效是活血化瘀，散寒止痛，用于风寒湿痹引起的腰腿肩臂疼痛、风湿性关节炎、胃脘痛等病症。该药剂外袋为塑料真空包装，内袋是一个无纺布袋，药剂就盛放在无纺布袋里。摇晃一会无纺布袋，就会感觉有些热度，然后把内袋绑在腰部，能够感觉到药袋的温度逐渐升高，而且那种热乎乎的感觉能够持续十个小时以上。

寒痛乐熨剂为什么会发热？笔者就宁夏泉水药业有限公司生产的寒痛乐熨剂（批准文号：国药准字Z20025747）进行了系列研究。

1 寒痛乐熨剂发热原理

寒痛乐熨剂使用说明书上标注其成分为“川乌（生）、草乌（生）、麻黄、当归、吴茱萸、苍术、八角茴香、山奈、薄荷脑、樟脑、冰片、水杨酸甲酯”。这些中药混合在一起就会发热吗？

笔者查到伤湿祛痛膏（国药准字Z11020284）的成分为生川乌、生草乌、麻黄、苍术、当归、白芷、干姜、山柰、八角茴香、薄荷脑、冰片、樟脑、水杨酸甲酯。二者成分基本相同，但伤湿祛痛膏贴在身上并没有特别明显的发热现象。因此，寒痛乐熨剂的成分中应该还有其他物质。

打开盛放药粉的寒痛乐熨剂内袋，看到里面的物质呈细小颗粒状及粉末状。多数物质为黑色，少部分物质为红褐色，而且可观察到在空气中的黑色粉末有一些比较迅速地变成红褐色物质。拿一块磁铁靠近这些粉末，磁铁上立即吸上了许多黑色粉末，这个实验以及结合黑色粉末在空气中变为红褐色的性质，可以推测黑色粉末中含有金属铁。因为金属铁具有磁性，铁粉也会在空气中氧化而生成红褐色的铁锈。

为了进一步验证猜想，取一定量药粉，加入3 mol/L的HCl溶液，可观察到烧杯底部有灰黑色粉末，且从中有气泡放出；在灰黑色粉末上部浮着很多棕黄色物质，其中一些具有矿物的光泽。为了更加清晰地观察，将棕黄色物质倾倒出去，然后加入蒸馏水，再次把浮在灰黑色粉末上面的棕黄色物质倾倒出去，如此反复数次，使烧杯中尽量只剩余灰黑色粉末。

向以上处理后的烧杯中加入3 mol/L的HCl溶液，从灰黑色粉末间有气泡冒出，然后取烧杯中的上层液体，向其中加入10% NaOH溶液，有灰绿色絮状沉淀生成，放置空气中灰绿色沉淀逐渐变成红褐色。

上述实验说明寒痛乐熨剂药粉中含有金属铁。因为：

Fe（OH）2在空气中很容易变为灰绿色，进而被氧化成红褐色。

那么，寒痛乐熨剂药粉中为什么会有铁呢？这是因为金属铁比较容易发生放热的氧化反应。具体来说，在潮湿的空气中，铁表面吸附了一层水膜，水膜因溶解少量CO2等而成为电解质溶液，它与铁和其他物质构成无数微小的原电池。在负极，铁失去电子而被氧化为Fe2+：

铁在空气中与氧气和水发生氧化反应的速率比较缓慢，而盐的存在会加速该反应的发生，因此寒痛乐熨剂的药粉中应该加有盐。考虑到中草药在冷水中的溶解性并不好，所以笔者取少量寒痛乐熨剂药粉，加入冷的去离子水溶解寒痛乐熨剂药粉，过滤并在滤液中滴加硝酸银溶液，滤液中出现白色沉淀。该实验说明滤液中含有Cl-，因此寒痛乐熨剂的药粉中可能含有NaCl，用以加速铁的电化学腐蚀过程。

另外，加入酸反应后的药粉，会看到大量有金属光泽的黄褐色物质。文献显示，蛭石是一种黄褐色有矿物光泽的物质，具有吸湿和保温作用，可作为保温材料[2]。一些基于铁电化学腐蚀放热原理制成的暖贴的配方一般为铁粉、活性炭、食盐和蛭石[3]。所以，笔者推测寒痛乐药粉包中可能含有蛭石作为保温材料。

综上所述，寒痛乐熨剂的药粉除中药成分外，还含有铁粉、水，以及可能含有活性炭、食盐、蛭石。在水和食盐构成的电解质溶液中，铁、空气中的氧气以及活性炭构成原电池，发生比较迅速的氧化还原反应，该过程为放热反应。反应所放出的热能即为寒痛乐熨剂的热量来源。

2 寒痛乐熨剂使用后药粉包的颜色

教材指出铁锈的主要成分是Fe2O3・xH2O，并配有带有红褐色铁锈的图片，但并没有说明铁锈的颜色问题[4]。人们往往认为Fe2O3是红褐色的，而铁锈的主要成分是氧化铁的水合物，所以铁锈也是红褐色的。

当拆开寒痛乐熨剂药粉包时，也可观察到在空气中的黑色粉末中有一些红褐色物质出现，所以我们可以预计使用后的寒痛乐熨剂药粉包的颜色应以红褐色为主。

但当笔者打开使用24小时后的寒痛乐熨剂药粉包，发现里面的药粉并非呈现红褐色，而是棕褐色。这是为什么呢？

根据文献，氧化铁有多种类型，并且由于晶型不同和是否含有结晶水，又能呈现出多种不同的颜色。α-Fe2O3・H2O为黄色，称为铁黄，α-Fe2O3为红褐色，称为铁红，γ-Fe2O3为褐色，Fe3O4为黑色。铁锈由α-Fe2O3・H2O、碱式碳酸铁[xFe（OH）3・yFe2（CO3）3，红褐色]、α-Fe2O3、γ-Fe2O3、Fe3O4等多种成分组成。不同的外界环境中，氧气量、水、温度、侵入离子等基本因素的影响程度决定了铁锈的组分差异[5～7]。

根据使用后寒痛乐熨剂药粉的颜色可以推测药粉包中的铁在氧化过程生成了比较多的α-Fe2O3・H2O，除此以外还包含一定量的碱式碳酸铁、Fe2O3等，这些物质以及未反应的铁、活性炭等混合在一起，就呈现了棕褐色。

为了验证上述分析，笔者将使用后的寒痛乐熨剂药粉加热，发现棕褐色的粉末逐渐变为红褐色，进而转变为黑色。这是因为在高温情况下：

3 使用后的寒痛乐熨剂能否继续使用

使用了24小时后的寒痛乐熨剂已经感受不到热度了，但笔者认为药粉包中还应剩余一定量的铁未被氧化。这是因为寒痛乐熨剂药粉中的铁粉是固相，因而与空气的接触并不十分充分，加之寒痛乐熨剂药粉中的水含量有限，所以铁并不能完全被氧化。

既然使用了24小时后的寒痛乐熨剂药粉里仍存在未反应的铁，那么这些药粉是否仍可利用呢？笔者向这些使用后的药粉中加入少许水，这些药粉果然又继续发热了。如果向这些使用后的药粉中加入少许食盐溶液，药粉升温更加迅速。

为了对比加入纯水与加入盐水对使用后的寒痛乐熨剂药粉的影响，笔者将一包使用了24小时后的寒痛乐熨剂药粉分成等量的两份。向其中一份加入2毫升纯水，向另一份加入2毫升10% NaCl溶液，用温度传感器测得两份药粉的温度随时间变化曲线（见图1）。

由图1可见，对于使用后的寒痛乐熨剂药粉，加入10% NaCl溶液的药粉包升温更加迅速，而且其最高温度较加纯水的药粉包最高温度高出8℃。

笔者对于使用超过24小时的寒痛乐熨剂药粉包，加入5毫升10% NaCl溶液，然后利用温度传感器测试其温度随时间变化曲线[见图2（a）]。对于第2次使用超过24小时的寒痛乐熨剂药粉包，加入5毫升10% NaCl溶液，然后利用温度传感器测试其温度随时间变化曲线[见图2（b）]。接下来按照相同操作测试了第4次和第5次使用后的药粉包温度随时间变化曲线[见图2（c）、图2（d）]。

由图2（a）至图2（d）可见，使用后的药粉包在第2次和第3次使用时，药粉包温度在50℃以上的时间有9个多小时；在第4次使用时，药粉包温度在50℃以上的时间有6个多小时；但药粉包在第5次使用时温度已达不到50℃，且在40℃以上的时间也仅有2个多小时。

以上实验说明，一包寒痛乐熨剂在第一次使用后仍有较多的铁未反应，而且这种情况能够持续到第3次使用后。因此寒痛乐熨剂在第一次使用后还可以作为暖贴再使用2次以上。使用方法是将使用后的寒痛乐熨剂药粉包用剪刀剪开一个小口，向里面加入少许食盐溶液，再用一搅拌棒搅匀，然后用扎线把内袋捆扎封口即可使用。如果想要避免剪开药粉包，也可用带针头的注射器注入少量食盐水，然后将药粉包摇晃数次即可使用。

4 小结及展望

寒痛乐熨剂的药粉除中药成分外，还含有铁粉、水、盐等。寒痛乐熨剂使用时所产生的热来自铁发生电化学腐蚀所放出的热量。寒痛乐熨剂在正常使用的条件下，其药粉中的铁并没有被完全氧化，因此向药粉中加入少许食盐水，寒痛乐熨剂还可继续发热。由于人们一直以来都认为寒痛乐熨剂是一次性的，使用后就丢弃了。而一包寒痛乐熨剂的净重约52克，里面既有中药成分，也含有大量精细的还原铁粉等，像目前这样使用十几个小时就丢弃是很可惜的。本研究证明寒痛乐熨剂是可以再利用的。再利用方法是将寒痛乐熨剂内袋剪开，向其中加入少量食盐水，混合后封口使用。这种寒痛乐熨剂再利用方法很简便，如能众所周知则将有利于节约资源以及环境保护。

本研究过程还可转化为学生探究金属腐蚀以及能量转化问题的教学资源。学生通过对寒痛乐熨剂成分的观察与测量，可以学习温度测量以及绘制温度随时间变化曲线，培养利用数学工具与方法分析问题的能力。通过寒痛乐熨剂发热原因的探究，既能培养学生的实验方案设计能力，又可藉此进行金属腐蚀原理以及能量转化的教学，还可让学生尝试自制暖贴，同时结合生物课中所学的低温烫伤知识，对自制暖贴进行测试与评价，达到综合运用多种学科知识的目的。

参考文献：

[1]人民教育出版社编著.普通高中课程标准实验教科书・化学反应原理[M].北京：人民教育出版社，2007：84～85.

[2]胡光锁.蛭石膨胀机理及膨胀蛭石性质的研究[D].北京：北京工商大学硕士学位论文，2006：1～10.

[3]祝杰，潘奇.自发热产品温度的控制[J].轻工科技，2016，206（1）：54～55.

[4]人民教育出版社编著.普通高中课程标准实验教科书・化学与生活[M].北京：人民教育出版社，2007：49.

[5]杨学宏等.透明氧化铁颜料的应用及发展现状[J].河北师范大学学报（自然科学版），2004，28（5）：508～509.

[6]任海洋.不同环境下钢筋锈蚀产物的力学性能研究[D].杭州：浙江大学建筑工程学院硕士学位论文，2010：16～38.

[7]姬永生.氯离子诱发混凝土中钢筋锈蚀的锈蚀层分析[J].中南大学学报（自然科学版），2012，43（11）：4484～4490.