JP2001254101A

JP2001254101A - 活性鉄基混合粉

Info

Publication number: JP2001254101A
Application number: JP2000066822A
Authority: JP
Inventors: Naomichi Nakamura; 尚道中村; Satoshi Uenosono; 聡上ノ薗; Yutaka Sugihara; 裕杉原; Tomoyuki Kohida; 智之小比田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱の立ち上がり特性、発熱の持続性に優れ
たカイロ発熱材用活性鉄基混合粉を提供する。【解決手段】３〜80質量％の水分を含む活性炭を、鉄
粉100 重量部に対し２〜20重量部混合し、好ましくは活
性炭のうち20〜70質量％を、鉄粉の表面に付着させる。
活性炭に含まれる水分のｐＨは4.0 〜12.0とするのが好
ましい。鉄粉は、Ｃ：３質量％以下を含有し、1.5 〜3.
5 Mg/m³の範囲の見掛け密度、 50 〜1500m²/kg の比表
面積を有することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として医療用や
使い捨て型カイロ用の発熱材などに用いて好適な活性鉄
基混合粉に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば「使い捨て」カイロ用の発熱材と
して、大気中での鉄粉の酸化反応によって生じる反応熱
を利用したものがあるが、単に鉄粉と大気中の酸素だけ
では発熱温度や発熱の持続性が充分でないことから、一
般には、このような発熱材は、鉄粉に、食塩や水等の反
応助剤や、さらにこれらの物質を担持する、活性炭、木
粉、珪藻土等の保水剤を混合して、製品（「使い捨て」
カイロ）とされている。鉄粉に反応助剤、保水剤等を混
合した混合物は、使用に供するまでの間は大気との接触
を避ける必要があり、通常、通気性のない材料で包装し
て保管される。

【０００３】この種の製品にあっては、なかでも開封後
速やかに昇温すること、すなわち、発熱開始初期の昇温
速度が高いことが要求され、さらに一定温度に達したの
ちは長時間安定して発熱し、その一定温度の状態が継続
することが必要とされる。カイロの発熱特性は、鉄粉自
体の特性に大きく左右されるため、このような要求に対
しては、活性の高い鉄粉を使用すればよいといわれてい
る。

【０００４】このような要求に対し、例えば、特開昭60
-262901 号公報には、カイロ用鉄粉として、活性を高め
るため、粒度分布や比表面積、純度を調整して、使い捨
てカイロに適した発熱特性を付与した鉄粉が開示されて
いる。しかしながら、特開昭60-262901 号公報に記載さ
れた技術にしたがい、鉄粉の粒度、表面積を所定の範囲
内に安定して調整することには、複雑な工程を必要と
し、経済的に不利となるという問題がある。

【０００５】このような問題に対し、特開平6-248303号
公報には、市販の鉄粉に被覆処理により、鉄粉表面が0.
3 〜3.0 重量％の導電性炭素質物質で部分的に被覆され
たことを特徴とする活性鉄粉が提案されている。特開平
6-248303号公報に記載された技術では、鉄粉表面に導電
性炭素質物質の薄膜を局部的に形成することにより、地
鉄と導電性炭素質物質との間に形成される局部電池によ
り酸化反応が促進され、初期の立ち上がり特性が向上す
るとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
6-248303号公報に記載された技術で製造された活性鉄粉
は、「使い捨て」カイロ用鉄粉に要求されている発熱特
性をすべてにわたり充分には満足しておらず、とくに開
封後の初期昇温速度がまだ不十分であるという問題が残
されていた。

【０００７】本発明は、上記した従来技術の問題点を有
利に解決し、鉄粉の酸化反応効率を向上させ、発熱開始
後の初期昇温速度が高く、発熱の立ち上がり特性に優れ
るとともに、発熱の持続性にも優れたカイロ発熱材用活
性鉄基混合粉を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
目的を達成するために、鉄粉の酸化反応効率におよぼす
各種要因について鋭意検討した。その結果、活性炭に適
量の水分を含有させて、鉄粉に混合することにより、鉄
粉の酸化反応の効率が向上し、発熱特性が顕著に改善さ
れることを見いだした。また、本発明者らは、適量の水
分を含有した活性炭を鉄粉表面に付着させることによ
り、水分と酸素が効率よく鉄粉に供給され、鉄粉の酸化
反応効率がさらに向上することを知見した。

【０００９】本発明は、上記した知見に基づいて、さら
に検討を加え完成されたものである。すなわち、本発明
は、鉄粉と活性炭とを混合した活性鉄基混合粉であっ
て、前記活性炭として３〜80質量％の水分を含む活性炭
を、前記鉄粉100 重量部に対し２〜20重量部混合したこ
とを特徴とする活性鉄基混合粉であり、また、本発明で
は、前記活性炭のうち20〜70質量％が、前記鉄粉の表面
に付着していることが好ましい。

【００１０】また、本発明では、前記活性炭に含まれる
水分のｐＨを4.0 〜12.0の範囲とするのが好ましい。ま
た、本発明では、前記鉄粉が、Ｃ：３質量％以下を含有
することが好ましく、また、前記鉄粉が、1.5 〜3.5 Mg
/m³の範囲の見掛け密度を有することが好ましく、ま
た、前記鉄粉が、ＢＥＴ法で測定して 50 〜1500m²/kg
の比表面積を有することが好ましい。

【００１１】また、本発明では、前記鉄粉を、還元鉄
粉、またはアトマイズ鉄粉、またはそれらの混合物とす
ることが好ましい。本発明に係る活性鉄基混合粉は、カ
イロ発熱材に用いられて好適である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の活性鉄基混合粉は、鉄粉
と活性炭とを混合したものであり、水、食塩等の反応助
剤や木粉等の保水剤と混合して「使い捨て」カイロに有
用な発熱材を構成する。カイロの発熱材として、鉄粉単
独で反応助剤と混ぜた場合にくらべ、鉄粉に予め活性炭
を混合して活性鉄基混合粉としておくことにより、鉄粉
の発熱特性が向上する。

【００１３】そして、本発明の一つの特徴は、鉄粉に混
合する活性炭として、予め水分を含有させた活性炭を用
いることである。活性炭に予め水分を含有させておくこ
とにより、鉄粉の酸化反応の効率が向上し鉄粉の発熱特
性が顕著に改善される。これにより、とくに、発熱開始
後の初期昇温速度が顕著に向上する。本発明の活性鉄基
混合粉では、活性炭の混合量は、鉄粉100 重量部に対
し、２〜20重量部とする。活性炭の混合量が、２重量部
未満では、鉄粉の発熱特性が低く、発熱材としての所定
の特性を満足できない。一方、20重量部を超えると、発
熱特性の向上が飽和し混合量に見合う効果が期待できな
くなり、経済的に不利となる。

【００１４】また、活性炭中に予め含有する水分量は、
３〜80質量％とする。含有する水分量が３質量％未満で
は、鉄粉の発熱特性の改善が少なく、一方、80質量％を
超えて含有すると、保管中に鉄粉がさびやすくなるた
め、カイロ発熱材を製造した際の発熱特性が劣化する。
なお、活性炭中の水分含有量は、さらに好ましくは10〜
60質量％である。水分を含有する活性炭と含有しない活
性炭を混ぜてもよく、結果的に活性炭全量に対して水分
の比率が前記質量％範囲内に収まればよい。また、活性
炭に予め水分を含有させることにより、混合作業時の発
塵が防止できるという効果もある。

【００１５】なお、鉄粉と活性炭との混合は、鉄粉と活
性炭を、所定の比率で秤量してのち、ボールミル、Ｖブ
レンダー等、公知の混合装置に投入し所定の時間（５〜
60min ）混合することにより容易に達成できる。また、
予め活性炭中に含有させる水分は、ｐＨを 4.0〜12.0の
範囲とするのが好ましい。水分のｐＨが 4.0未満では、
鉄粉との局部電池反応により発生する水素ガス量が多く
なりすぎる。一方、水分のｐＨが12.0を超えると鉄粉の
発熱反応が抑制され、カイロ発熱材として所期した特性
が得られない。

【００１６】鉄粉に混合する活性炭は、市販の粉状のも
ので木粉等の炭素質を炭化した後、薬品賦活法または水
蒸気賦活法で製造される粉末状のものを用いる。木炭以
外にヤシがらや石炭を原料としたものでも差し支えな
い。また、本発明の他の一つの特徴は、予め水分を含有
した活性炭の一部を鉄粉表面に付着させることにある。
これにより、鉄粉に水分と酸素が効率よく供給され、鉄
粉の発熱特性が顕著に向上するのである。鉄粉に付着す
る活性炭量は、混合する活性炭のうちの20〜70質量％と
するのが好ましい。鉄粉に付着する活性炭量が20質量％
未満では、鉄粉の発熱特性の向上が少なく、一方、70質
量％を超えると、鉄粉表面への酸素の供給が阻害される
という問題がある。鉄粉表面への活性炭の付着は、混合
時間の調整により制御できる。

【００１７】ここで、鉄粉表面への活性炭付着量の求め
方を説明する。まず、活性鉄基混合粉中の炭素濃度C1を
化学分析で求める。次に活性鉄基混合粉を− 100／＋ 2
00メッシュの篩にかけて篩い、篩に残った粉末中の炭素
濃度C2を化学分析で求める。このC1とC2を用いて、鉄粉表面への活性炭付着量＝C2／C1 と定義する。因にメッシュとは、１インチ角あたりの篩
の１辺の針金の本数である。−がつくのは篩を通り抜け
たことを、＋がつくのは篩を通り抜けなかったことを意
味する。− 100／＋ 200メッシュと表示すれば 100メッ
シュは通り抜けたが 200メッシュは通り抜けなかったこ
とを意味する。

【００１８】本発明で用いる鉄粉は、とくに限定される
ものではないが、好適なものとして、電解鉄粉、還元鉄
粉、アトマイズ鉄粉などが例示される。良好な発熱の立
ち上がり特性という観点からは還元鉄粉が、発熱の持続
性という観点からはアトマイズ鉄粉が好ましい。また、
還元鉄粉とアトマイズ鉄粉とを適正量配合した混合鉄粉
としてもよい。

【００１９】さらに、鉄粉の発熱特性は、Ｃ含有量にも
影響され、本発明で使用する鉄粉では、Ｃ含有量を３質
量％以下に限定するのが好ましい。Ｃ含有量を３質量％
以下とすることにより、鉄粉の発熱特性のうちとくに総
発熱量が増加する。これにより、鉄粉の発熱持続性が向
上する。なお、前述の還元鉄粉やアトマイズ鉄粉のよう
な鉄粉の場合、その組成は鉄を主成分とするが、通常不
可避的なレベルで不純物が混入している場合がほとんど
である。例えば、Si：0.15質量％以下、Mn：0.40質量％
以下、Ｐ：0.025 質量％以下、Ｓ：0.025 質量％以下、
等である。また、鉄粉は大気中の酸素と常温で反応して
幾分かが不可避的に酸化され、Ｏ：５質量％以下が混入
する場合がほとんどである。

【００２０】また、本発明で使用する鉄粉の見掛け密度
は、1.5 〜3.5 Mg/m³の範囲とするのが好ましい。見掛
け密度が3.5Mg/m³を超えて大きくなると、保水性が低下
する。一方、見掛け密度が1.5 Mg/m³未満では嵩が増加
してカイロの小型化が達成できない。なお、見掛け密度
の測定は、JIS Z 2504の規定に準拠して行うものとす
る。

【００２１】また、本発明で用いる鉄粉は、ＢＥＴ法で
測定して50〜1500m²/kg の比表面積を有することが好ま
しい。鉄粉の比表面積が50m²/kg 未満では、鉄粉の酸化
反応の活性度が低く、一方、1500m²/kg を超えると酸化
反応の活性度が高くなりすぎ、使用前に酸化して、鉄粉
の有効表面積が低下し発熱特性が低下する。なお、ＢＥ
Ｔ法とは、窒素やアルゴン等の粉体表面への吸着量を測
定することにより、粉体の比表面積を測定する方法であ
る。

【００２２】

【実施例】（実施例１）表１に示す組成、性状の還元鉄
粉に、表１に示す比率で予め水分を50質量％含有した活
性炭（武田薬品製 PHC-4）を配合し、Ｖブレンダで15mi
n 間混合し、活性鉄基混合粉とした。なお、一部の鉄基
混合粉は、予め水分を含有しない活性炭を配合した。ま
た、一部は、Ｖブレンダでの混合時間を30ｓとすること
により、鉄粉表面に活性炭が付着していない鉄基混合粉
とした。

【００２３】これら活性鉄基混合粉100 重量部に対し、
反応助剤として水30重量部、食塩５重量部、保水剤とし
て木粉８重量部を配合して発熱性組成物とした。これら
発熱性組成物の発熱特性を調査した。これら発熱性組成
物を通気性のある不織布製袋で包装してカイロを作製し
た。それらカイロを台上にタオルを４枚重ねた上に熱電
対を挟んで置き、さらにタオル８枚を上重ねして測温
し、発熱特性を求めた。

【００２４】発熱特性としては、熱電対により測定され
た温度と時間との関係から、発熱開始から20min 間の平
均昇温速度と、測定された温度−時間曲線を用いて、温
度33℃以上の温度−時間曲線下の面積をもとめ、総発熱
定数とした。なお、図１に昇温速度と総発熱定数の定義
を模式的に示す。昇温速度は、図１中、立ち上がり後20
min の平均勾配αに相当し、総発熱定数は33℃以上に相
当する部分の、（温度）×（時間）の面積Ｈで表され
る。

【００２５】これらの結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】本発明例は、発熱開始から20min 間の平均
昇温速度が高く、発熱特性が向上していることがわか
る。これに対し、活性炭に水分を予め含有しない比較
例、および本発明の範囲を外れる水分を含有する比較例
では、平均昇温速度が本発明例に比べて低い。（実施例２）表２に示す組成、性状のアトマイズ鉄粉
に、表２に示す条件で予めpHの異なる水分を40質量％含
有した活性炭を配合し、Ｗコーンミキサで１〜30min 間
混合し、活性鉄基混合粉とした。なお、活性炭は実施例
１と同じものを用いた。また、鉄粉への活性炭付着率
は、混合時間の調整により変化させた。

【００３０】これら活性鉄基混合粉100 重量部に対し、
反応助剤として水35重量部、食塩７重量部、保水剤とし
て木粉10重量部を配合して発熱性組成物とした。これら
発熱性組成物の発熱特性を、実施例１と同様に測定し
た。その結果を表２に示す。

【００３１】

【表４】

【００３２】

【表５】

【００３３】

【表６】

【００３４】本発明例は、いずれも発熱開始から20min
間の平均昇温速度が高く、発熱特性が向上する。しか
し、活性炭に予め含有する水分のｐＨが 4.0未満ではガ
スの発生がみられ、ｐＨが12.0超えとなると、発熱特性
が顕著に低下する。また、鉄粉への活性炭の付着比率が
20％未満、あるいは70％超えとなると、発熱特性が若干
低下する。（実施例３）実施例１と同じ鉄粉Ａと、表３に示す組成
のアトマイズ鉄粉Ｂとの混合粉に、表３に示す条件で予
め水分を含有した活性炭（武田薬品製 A-1）を配合し、
ボールミルで20min 間混合し、活性鉄基混合粉とした。
なお、アトマイズ鉄粉の炭素濃度はアトマイズ工程前の
原料溶融鉄に添加する炭素量で調整した。

【００３５】これら活性鉄基混合粉100 重量部に対し、
反応助剤として水35重量部、食塩５重量部、保水剤とし
てバーミキュライト10重量部を配合して発熱性組成物と
した。これら発熱性組成物の発熱特性を、実施例１と同
様に測定した。その結果を表３に示す。

【００３６】

【表７】

【００３７】本発明例は、いずれも発熱開始から20min
間の平均昇温速度が高く、発熱特性が良好である。しか
し、鉄粉のＣ含有量が３質量％を超えると総発熱定数が
若干低下する。（実施例４）実施例２のアトマイズ鉄粉の粒度を調整し
て見掛け密度と比表面積を変化させた鉄粉を用い、実施
例１と同じ活性炭を実施例１と同じ方法で混合し、活性
鉄基混合粉とした。なお、比表面積の変化は、鉄粉粒度
を調整することにより変更することで達成した。また、
比表面積の測定は窒素を吸着ガスとするＢＥＴ法によっ
た。

【００３８】これら活性鉄基混合粉100 重量部に対し、
反応助剤として水25重量部、塩化カリウム５重量部、保
水剤として木粉６重量部を配合して発熱性組成物とし
た。これら発熱性組成物を、ビーカー内に保持し、１h
放置したのち、水分の慘みだしを目視で調査し、保水性
を評価した。水分の慘みが有りを×、無しを○として表
示した。なお、発熱特性についても、上述の配合の発熱
組成物を用いて実施例１と同様に測定した。

【００３９】それらの結果を表４に示す。

【００４０】

【表８】

【００４１】本発明例は、いずれも発熱開始から20min
での昇温速度が高く、発熱特性が向上している。しか
し、見掛け密度が3.5Mg/m³を超える鉄基混合粉No.4-7で
は、水分の滲みが見られ保水性が若干低下する。また、
鉄粉の比表面積が 50m²/kg未満の鉄基混合粉No.4-1、あ
るいは1500m²/kg 超えの鉄基混合粉No.4-6では、発熱特
性が若干低下している。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、鉄粉の酸化反応効率が
向上し、発熱の立ち上がり特性に優れるとともに、発熱
の持続性にも優れた活性鉄基混合粉を、安定して供給で
き、産業上格段の効果を奏する。さらに、鉄基混合粉の
製造に際し、発塵を防止できるという効果も期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】活性鉄基混合粉の発熱特性を示す発熱開始から
20min 間の平均昇温速度αおよび総発熱定数Ｈの求め方
を説明する説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉原裕千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者小比田智之千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内Ｆターム(参考） 4C099 AA01 CA19 EA08 GA03 JA04 LA17 4K018 BA14 BB10 BC12 BD10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄粉と活性炭とを混合した活性鉄基混合
粉であって、前記活性炭として３〜80質量％の水分を含
む活性炭を、前記鉄粉100 重量部に対し２〜20重量部混
合したことを特徴とする活性鉄基混合粉。
【請求項２】前記活性炭のうち20〜70質量％が、前記
鉄粉の表面に付着していることを特徴とする請求項１に
記載の活性鉄基混合粉。
【請求項３】前記活性炭に含まれる水分のｐＨが4.0
〜12.0の範囲であることを特徴とする請求項１または２
に記載の活性鉄基混合粉。
【請求項４】前記鉄粉が、Ｃ：３質量％以下を含有す
ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載
の活性鉄基混合粉。
【請求項５】前記鉄粉が、1.5 〜3.5 Mg/m³の範囲の
見掛け密度を有することを特徴とする請求項１ないし４
のいずれかに記載の活性鉄基混合粉。
【請求項６】前記鉄粉が、ＢＥＴ法で測定して 50 〜
1500m²/kg の比表面積を有することを特徴とする請求項
１ないし５のいずれかに記載の活性鉄基混合粉。
【請求項７】前記鉄粉が、還元鉄粉、またはアトマイ
ズ鉄粉、またはそれらの混合物であることを特徴とする
請求項１ないし６のいずれかに記載の活性鉄基混合粉。