JP2002045385A - 保温材及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】蓄熱材を内包したマイクロカプセルの固形物を
用いた保温材で、蓄熱材やマイクロカプセル化に必要な
素材から発する様々な不快な臭気を除去する事と、蓄熱
材を内包するマイクロカプセル及び吸水性顔料を有する
組成物をマイクロ波を照射して加熱する際に、マイクロ
波照射による迅速且つ安定な温度再現性のある発熱材と
しての機能を付与する。 【解決手段】蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形
物と無定型炭素化合物及び、または吸水率が３％〜６０
％の吸水性顔料が混合された組成物を保温材として用い
る。無定型炭素化合物が活性炭、吸水性顔料としてはシ
リカゲル、珪酸マグネシウム、活性アルミナ、ゼオライ
トが好ましい。この保温材はマイクロ波照射により加熱
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、予め加熱又は冷却
を施し、その後は電気又は燃料等によるエネルギーを連
続的に用いることなく人体や対象物を低温又は高温に長
時間保温することが可能な保温材及びその加熱方法に関
するものである。本発明の保温材は蓄冷材、カイロ、湯
たんぽ、行火等として利用可能である。

【０００２】

【従来の技術】電気や燃料のエネルギーを使用しないで
長時間低温又は高温状態を保持させるための保温材とし
て、水枕や氷嚢、カイロ、行火、湯たんぽ等が挙げられ
る。最近では水枕の替わりに保水性のゲルをシート状に
加工した解熱用絆創膏や、鉄粉の酸化反応を利用した使
い捨て化学カイロがその簡便さと安価さが受け入れられ
大きな市場へと成長を遂げている。しかしこれらの商品
は再利用や細かな温度調節が出来ないという問題があ
る。

【０００３】蓄熱型の暖房用具として湯たんぽが古くよ
り用いられている。湯たんぽは水（熱湯）の顕熱を利用
した蓄熱タイプの保温材であるが、お湯を沸かしたり充
填したりする煩雑さや火傷の危険性、そして重さの割に
は温度保持性が劣る等の欠点を有する。一般に、蓄熱型
の保温材の持続時間を長くする手段としては保温材の熱
容量を高めてやればよく、そのためには、１．蓄熱材
（湯たんぽの場合は熱湯）の量を増す、２．水の代わり
に相変化を有する化合物すなわち潜熱蓄熱材を用いる等
の方法がある。

【０００４】本発明者は、特開平８−１９５６４号公報
中で、蓄熱材を内包するマイクロカプセルの水性分散液
を包材中に充填した保温材を加熱することにより適温が
長時間持続する保温材を提案した。この保温材は電子レ
ンジ等より発せられるマイクロ波を照射することにより
容易に加熱できることが特徴であるが、過度にマイクロ
波を照射し続けると内容物の水分が次第に蒸発し、膨張
して包材が破損する危険性を孕んでいた。また水分が半
分近くを占めるため潜熱蓄熱材の含有量が高まらなかっ
たり、携帯用とするには重いという難点もあった。

【０００５】これらの課題に対し特開平７−１３３４７
９号公報で提案されている蓄熱材は、固形化せしめ水分
を除去してしまうことにより包材も通気性の素材が使用
可能になるため水分蒸発による膨張や包材破損はなくな
り、しかも軽量になるため好ましい手段である。固形化
した蓄熱材マイクロカプセルは、冷蔵庫又は冷凍庫に貯
蔵し蓄冷せしめることにより軽量の粉状又は粒状の蓄冷
材としても利用可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の課題
は、蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物を保温
剤として使用する場合に蓄熱材やマイクロカプセル化処
理を施すに必要な素材から発する様々な不快な臭気や薬
品臭を除去する事と、第２にマイクロ波照射による迅速
且つ安定な温度再現性のある発熱材としての機能を付与
することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題は蓄熱材を内包
するマイクロカプセルの固形物と無定型炭素化合物から
なる保温材を得ること、及び蓄熱材を内包するマイクロ
カプセルの固形物と無定型炭素化合物及び、相対湿度５
０％の雰囲気下での吸水率が３％〜６０％の吸水性顔料
と無定形炭素化合物を併用して保温材を得ることにより
達成され、この粉体にマイクロ波を照射し加熱して使用
することにより何回繰り返しても迅速な昇温が達成され
る。

【０００８】本発明の無定型炭素化合物は吸水性顔料よ
りもマイクロ波を照射した場合の発熱性は高いが、無定
型炭素化合物の形状が顆粒または粉末の場合には素材自
体が導電性であるために突起部分でスパークすることが
ある。よってマイクロ波を照射しない保冷用としての使
用方法の場合にはマイクロカプセルと無定型炭素のみか
ら成る態様で可能であるが、マイクロ波を照射して高温
用保温材として使用する場合には吸水性顔料と併用して
用いることによりスパークを防ぐことができるため好ま
しい。また、マイクロカプセル粉体、無定型炭素化合
物、吸水性顔料はそれぞれ別々に混在せしめても本発明
の効果は達成されるが、局部的な過度の発熱を防止する
ために同一粒子内に３種を成形せしめた粉体の方が短時
間のうちに蓄熱が完了し、より安全な態様である。

【０００９】マイクロカプセルとは直径約０．１μｍ〜
数ｍｍの微小な容器であり、液体中に分散されておれば
蓄熱材の相変化状態に関わらず常に液体である。本発明
においては蓄熱材を内包するマイクロカプセル分散液中
に無定型炭素化合物を添加し分散液とした後乾燥工程を
経て本発明の蓄熱性能を有する粉体が得られる。一般に
マイクロカプセルの粒径は小さいほど強度的に強く、逆
に大きいほど弱く乾燥工程またはそれ以降の取り扱い時
に壊れやすくなるために適度の粒子系に設定される必要
があり、最適な粒子系としては０．５〜５０μｍ 、更
に好ましくは１〜２０μｍの範囲が好ましい。尚、マイ
クロカプセルの平均粒子系とは、米国コールター社製粒
度測定装置マルチサイザーII型を用いて測定した体積平
均粒子系を示す。

【００１０】本発明で述べる無定型炭素化合物とは大量
の気体や空気を吸着し得る炭素を基本骨格とする化合物
を意味する。本発明で用いられる無定形炭素化合物とし
ては、従来より知られている木、石炭、草炭、等自然産
物の炭化によって形成される多孔質の炭素化合物や、合
成法により得られるカーボンブラック、更に敢えて吸着
能力を高めた活性炭が挙げられ、活性炭がその吸着能力
に最も優れるため好ましい材料として挙げられる。これ
ら無定型炭素化合物の添加量はマイクロカプセル１００
部に対し１〜１００部、好ましくは１〜４０部の範囲で
使用される。

【００１１】本発明の第２の課題で述べたマイクロ波照
射による迅速且つ安定な温度再現性を得るという意味
は、マイクロカプセルと吸水性顔料の２成分系の場合に
は吸水性顔料の添加比率が少ない場合などには充分な温
度まで上昇するのにマイクロ波照射が長時間になった
り、吸水性顔料が充分に吸水しない状態でマイクロ波が
照射された場合には長時間マイクロ波を照射しても充分
な温度まで上昇しないことがあった。この課題に対し本
発明者は無定型炭素化合物は充分な水分を必要としなく
てもマイクロ波を照射することにより迅速且つ安定に発
熱しうることを見出し本発明に至った。

【００１２】本発明でマイクロカプセルの固形物ととも
に混合される吸水性顔料とは空気中の水分を比較的容易
かつ多量に吸収し、吸収した後でも潮解性を示さずに粒
状の形態を維持し得る固形粒子であり、吸水率が３％〜
６０％の顔料を示す。尚、本発明で述べる吸水率とは、
以下の計算式により導かれる。

【００１３】

【数１】 ここに、ａ：３００℃、３時間熱処理後の顔料の重量
（ｇ）、ｂ：１気圧、相対湿度５０％、２３℃の雰囲気
下に２４時間静置した後の顔料の重量（ｇ）を示す。

【００１４】吸水率が３％以下の顔料では発熱に必要な
水分が少ないためマイクロ波を照射しても充分な温度ま
で上昇しないため好ましくなく、また６０％以上の顔料
になるとべたつきが生じ粉体混合物が固まりやすくなる
ため好ましくない。

【００１５】本発明で用いられる吸水性顔料としては、
塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸アルミニウム
等の多水塩を形成しうる無機塩類やベントナイト、カオ
リン、フラーズアース、酸性白土、活性白土、モンモリ
ロナイト、アタパルガイト、セピオライト、ハロイサイ
ト、パイロフィライト、セリサイト、バーミキュライ
ト、クロライト、アロフェン等の粘土好物顔料などが用
いられるが、好ましくはシリカゲル、活性アルミナ、珪
酸マグネシウム、ゼオライト等の高吸水性の顔料が好ま
しく、これらは単一または２種以上を組み合わせて用い
られる。また、有機系では高吸水性高分子樹脂粒に上記
吸水率の範囲で水を配したものを用いても良い。これら
吸水性の顔料はマイクロ波が照射されることにより発熱
材としての役目を有し、その熱は直接または間接的に接
触しているマイクロカプセルに伝熱される。

【００１６】これらの吸水性顔料とマイクロカプセルの
固形重量の混合比率は目的に応じ如何なる比率にも設定
できるが、マイクロカプセルの重量比率が増すことによ
り保温性が向上し、吸水性顔料の比率が増すことにより
マイクロ波により迅速な加熱が可能となるため目的に応
じて自由に設定されるが好ましくはマイクロカプセル１
００部に対し吸水性顔料１０〜１００部の範囲で混合さ
れる。無定型炭素化合物とマイクロカプセル及び吸水性
顔料の混合工程は、マイクロカプセル分散液中に直接無
定型炭素化合物や吸水性顔料を混合しても良いし、予め
無定型炭素化合物や吸水性顔料のみを水性分散液とした
後、分散液同士を混合しても良い。無定型炭素化合物や
吸水性顔料を分散液とする際には、適する分散剤を用い
て所望の粒子系まで機械的に分散される。

【００１７】脱水または乾燥させて粉体化する装置とし
ては、遠心分離法、フィルタープレス法、スクリュープ
レス法、等があり、乾燥手法としては、ドラムドライヤ
ー、スプレードライヤー、フリーズドライヤーなどの乾
燥装置が用いられるが、スプレードライヤーがマイクロ
カプセルの破壊もなく粒子径のコントロールも容易であ
るため好ましい手法である。これらの脱水、乾燥装置で
得られる粉体の平均粒子系は、５〜３００μｍ、好まし
くは１０〜１００μｍの範囲に設定される。

【００１８】これらの粉体は、更に造粒工程を経て平均
粒径を大きくすることにより包材に充填しやすくなり、
更に保温効果の持続性も向上する。造粒方法としては、
試料が粉体の場合と湿潤品の場合で異なるが、天板造粒
法、湿式押し出し造粒法、半乾式押し出し造粒法、ロー
ル圧縮造粒法、打錠造粒法等の各種造粒方法が用いられ
るがマイクロカプセルの損傷のない装置、条件を選ぶ必
要がある。粉体の形状は、球状、楕円形、立方体、直方
体、円柱状、円錐状、桿状、正多面体、星形、筒型等如
何なる形状でも良い。大きさは最大径で０．１〜５０ｍ
ｍの粒状に成型される。

【００１９】本発明で使用可能な潜熱蓄熱材は相変化を
伴う化合物であれば無機系、有機系いずれのものでも使
用可能であるが人体に接した場合に心地よい温熱を感じ
得る温度域に融点を有する化合物が好ましい。好ましい
融点としては０℃以上であり、具体的には、塩化マグネ
シウム・６水塩、酢酸ナトリウム・３水塩、硝酸マグネ
シウム・２水塩等の多量の結晶水を含む無機化合物。テ
トラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン等の脂肪族炭
化水素、芳香族炭化水素、ステアリン酸、ミリスチン
酸、ラウリン酸等の高級脂肪酸、セチルアルコール、ス
テアリルアルコール等の高級アルコール、安息香酸フェ
ニル、フタル酸ジシクロヘキシル等の有機化合物が挙げ
られ、これらは単独または２種以上を混合して用いられ
るが、これらに限定されるものではない。

【００２０】潜熱蓄熱材のマイクロカプセル化方法は用
いられる潜熱蓄熱材の性状により異なるが、代表的な手
法、膜材としてはコアセルベーション法によるゼラチン
皮膜、インサイチュー法によるメラミン樹脂、尿素ホル
マリン樹脂皮膜、界面重合法によるポリウレタン、ナイ
ロンあるいはポリ尿素樹脂皮膜、液中乾燥法による樹脂
皮膜等の公知の手法及び膜材が挙げられる。一般にマイ
クロ波照射により局部的にかなりの高温になることもあ
るので蓄熱材を内包するマイクロカプセルの皮膜も耐熱
性が要求されるため、マイクロカプセルの手法としては
耐熱性の高い皮膜が得られるインサイチュー法によるメ
ラミン−ホルマリン樹脂マイクロカプセル、尿素−ホル
マリン樹脂マイクロカプセルが特に好ましい。これらの
マイクロカプセルの内側または外側には過冷却防止材、
比重調節材、劣化防止剤、難燃材、着色剤、香料、光触
媒機能材料、接着剤、分散補助材等が添加できる。

【００２１】本発明の保温材は、目的に即した包材に充
填したりシート状に加工することにより固定化される。
包材の具体例としては、木綿、羊毛、絹等の天然繊維の
他に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、
ポリウレタン、ポリ尿素、ナイロン、天然ゴム等の合成
又は天然の素材が使用できる。包材の形状や大きさは特
に限定されず、使用目的に適した形態に加工される。マ
イクロ波の照射により次第に包材の表面が高温になるた
め熱をある程度遮断、保温できるような素材、例えば適
当な厚みを有する布製の袋等でこの包材の外側を覆うこ
とにより人体に接触した場合の使用感も良くなるし発熱
持続時間の調節も可能となる。シート状に加工する方法
としては蓄熱性能を有する粉体を上記合成樹脂中に練り
混んだ後シート状に成型加工することにより得られる。

【００２２】マイクロ波は通常高周波とも呼ばれ、極性
を有する液体に照射するとその分子運動が盛んになるこ
とにより加熱が可能となる。マイクロ波の最も一般的な
照射装置は電子レンジでありマグネトロンから発射され
る高周波が一般に利用されている。本発明による粉体の
加熱方法はマイクロ波照射に限定される訳ではなく、潜
熱蓄熱材の融点以上の温度の熱湯中で蓄熱材が融解する
まで加熱することによっても同様に蓄熱可能であるが、
粉体を迅速に高温に加熱できる点でマイクロ波による加
熱方法が好ましい。以下に本発明の実施例を示す。

【００２３】

【実施例】実施例１ ｐＨを４．５に調整した５％のスチレン−無水マレイン
酸共重合体のナトリウム塩水溶液１００ｇの中に、潜熱
蓄熱材として融点９℃のｎ−ペンタデカン８０ｇを激し
く撹拌しながら添加し、平均粒子径が５．０μｍになる
まで乳化を行なった。次にメラミン５ｇと３７％ホルム
アルデヒド水溶液７．５ｇ及び水１５ｇを混合し、これ
をｐＨ８に調整し、約８０℃でメラミン−ホルマリン初
期縮合物水溶液を調製した。この全量を上記乳化液に添
加し７０℃で２時間加熱撹拌を施してカプセル化反応を
行なった後、この分散液のｐＨを９に調整してカプセル
化を終了した。得られたマイクロカプセルの体積平均粒
子径は５．２μｍであった。

【００２４】水で固形分濃度を４０％(w/w)に調整した
上記マイクロカプセル分散液１００部中に粉状活性炭６
０部を添加した分散液を市販のスプレードライヤーを用
いて乾燥することにより平均粒径２０μｍの粉体が得ら
れた。この粉体１００ｇを厚さ０．５ｍｍのポリエステ
ル繊維から成る通気性のある不織布袋の中に充填して保
冷材を得た。この保冷材を冷蔵庫に８時間保存した後取
り出したところ無臭性で冷感が長時間持続する保冷材が
得られた。

【００２５】実施例２ 実施例１と同様の操作で、蓄熱材として融点５０℃のパ
ラフィンワックスを内包する固形分濃度４０％のマイク
ロカプセル分散液を得た。このマイクロカプセル分散液
１００部と、固形分濃度３０％に分散した吸水率２０％
のシリカゲル粉末の分散液１００部と粒状活性炭１０部
の混合分散液をスプレードライヤーで乾燥することによ
り平均粒径５０μｍの蓄熱性能を有する粉体が得られ
た。更にこの粉体を顆粒造粒機を用いて直径５ｍｍの蓄
熱性能を有する粉体を得た。この蓄熱性能を有する粉体
３００ｇを布製の袋に充填し寒冷時の保温材を得た。こ
の保温材を電子レンジを用いて１分間加熱を行ったとこ
ろ長時間暖かさが持続する全く無臭性のあんかが得られ
た。

【００２６】比較例１ 実施例１において活性炭粉末を使用せずに同様にして保
冷材を作成し使用したところ、マイクロカプセル由来の
臭気と若干のホルマリン臭があり使用していて不快であ
った。

【００２７】比較例２ 実施例２において活性炭を使用せずに、マイクロカプセ
ルとシリカゲルのみで保温材を作成し同様に電子レンジ
で加熱操作を施したところ、実施例２の保温材と同等の
充分な温度に達するまでに３分間を要した。また、加熱
時にマイクロカプセル化素材特有の臭気が発生し、その
臭気が電子レンジの中に充満した。

【００２８】

【発明の効果】本発明による保温材は、固形状の蓄熱材
として使用することが可能で通常の粉体と異なり一旦加
熱された後は長時間暖かさを持続させることが可能であ
る。しかも無臭性であるために冷蔵庫や電子レンジの中
で冷却または加熱しても不快感はなく、吸水性顔料と組
み合わせることによりマイクロ波照射により迅速且つ安
定な発熱性を示す。本発明の保温材はパッド状またはシ
ート状に加工することにより、肩や腰の痛みや火照りを
解きほごす医療用具、手袋、靴下、靴の中敷き及び乾燥
剤、マフラー、衣服などの防寒具、家庭用、工業用及び
農業用保温材、建築材料等に応用することが可能であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｊ 20/10 Ｂ０１Ｊ 20/10 Ａ Ｃ Ｄ 20/20 20/20 Ｂ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固
   形物と無定型炭素化合物からなる保温材。
2. 【請求項２】 蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固
   形物と無定型炭素化合物及び相対湿度５０％の雰囲気下
   での吸水率が３％〜６０％の吸水性顔料からなる保温
   材。
3. 【請求項３】 無定型炭素化合物が活性炭である請求項
   １及び２記載の保温材。
4. 【請求項４】 吸水性顔料がシリカゲル、珪酸マグネシ
   ウム、活性アルミナ、ゼオライトの少なくとも１種を含
   む請求項２記載の保温材。
5. 【請求項５】 請求項１及び２に記載の保温材をマイク
   ロ波照射により加熱及び蓄熱する方法。